Simposium Nasional RAPI VIII 2009
ISSN : 1412-9612
KOEFISIEN TRANSFER MASSA VOLUMETRIS (Kca) PADA EKSTRAKSI GLUKOMANAN DARI UMBI ILES-ILES Fadilah1 , Sperisa Distantina1 , Kalma Prihani2, Wibiana Wulan N2 1
Staf Pengajar Teknik Kimia FT UNS 2Mahasiswa Teknik Kimia FT UNS Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No. 36 A Surakarta, Telp./Fax (0271)632112
Abstrak Iles–iles (Amorphophallus oncohpyllus ) merupakan tanaman tahunan dan merupakan famili dari Araceae. Tanaman ini mengandung glukomanan di dalam umbinya dan mempunyai banyak kegunaan, diantaranya di manfaatkan di bidang industri makanan, industri kosmetik, serta bermanfaat bagi kesehatan. Pada penelitian ini dilakukan ekstraksi glukomanan yang terkandung dalam umbi iles – iles. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh perbandingan padatan iles – iles dengan volume pelarut dan suhu terhadap koefisien transfer massa volumetris ( Kca ). Umbi iles – iles yang telah dipotong tipis dikeringkan kemudian dibuat tepung. Butir manan dipisahkan dari pati dengan pengayakan. Sejumlah gram tepung manan diekstraksi dengan air dalam alat ekstraksi secara batch yang dilengkapi dengan pengaduk. Glukomanan hasil ekstraksi dipresipitasi dengan menambahkan alkohol teknis, kemudian dikeringkan dalam oven. Percobaan dilakukan dengan mengubah perbandingan volume pelarut dengan massa padatan iles–iles, yaitu satu gram padatan dengan volume pelarut 75 mL, 100 mL, dan 125 mL. Dilakukan pada suhu 45 oC dan 55 oC. Dari hasil penelitian diperolah Kca optimum pada perbandingan satu gram padatan iles – iles dengan 100 mL air. Nilai Kca pada suhu 45 oC lebih besar dibanding pada suhu 55 oC. Kata kunci : Iles – iles (Amorphophallus oncohpyllus ), glukomanan, ekstraksi Pendahuluan Iles–iles (Amorphophallus oncohpyllus ) merupakan tanaman tahunan dan merupakan famili dari Araceae. Tanaman ini banyak digunakan karena iles-iles sangat bermanfaat bagi kesehatan yaitu dapat mengganti sel-sel dalam tubuh, membersihkan dan mempercepat kelancaran peredaran darah, tidak mengandung lemak sehingga menbatasi kegemukan, menghilangkan kolesterol dan baik untuk penderita darah tinggi dan kencing manis. Karena mempunyai banyak manfaat, maka iles – iles digunakan dalam industri makanan, yaitu untuk memperbaiki tekstur pada jelly,pengental pada pudding, fruit suspension pada Yogurt,dll.Selain untuk digunakan untuk industri makanan, iles-iles juga digunakan untuk industri kosmetik yaitu untuk menghaluskan kulit (www.aagos.ristek.ac.id). Mengingat kegunaan dan kandungan iles-iles , maka umbi ini mempunyai potensi dan prospek yang baik untuk dikembangkan. Namun pada kenyataannya di Indonesia teknologi pengolahan iles – iles masih sangat rendah, yaitu hanya menghasilkan chip yang masih berupa bahan mentah dan belum menambah nilai dari iles – iles. Padahal jika diolah dengan tepat, iles-iles dapat menjadi komodi eksport dengan nilai jual yang tinggi. Untuk itu perlu ada penelitian tentang pengolahan umbi iles – iles. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan perbandingan volume pelarut dengan massa padatan terhadap konstanta keseimbangan Henry dan koefisien transfer massa (kca) pada ekstraksi glukomanan dengan pelarut air. Di Indonesia tanaman Iles-iles dikenal dengan banyak nama tergantung pada daerah asalnya. Misalnya disebut acung atau acoan oray (Sunda), Kajrong (Nganjuk) dll. Banyak jenis tanaman yang sangat mirip dengan Iles-iles yaitu diantaranya: Suweg, Porang dan Walur.Tanaman ini mempunyai umbi yang kandungan glukomanannya cukup tinggi. Glukomanan adalah polisakarida dalam famili mannan. Glukomanan terdiri dari monomer β-1,4 α-mannose dan α-glukosa. Glukomanan yang terkandung dalam iles – iles mempunyai sifat yaitu dapat memperkuat gel, memperbaiki tekstur, mengentalkan, dan lain sebagainya ( M.Alonso Sande,dkk , 2008 )
Gambar 1. Struktur Glukomanan
K-85
Simposium Nasional RAPI VIII 2009
ISSN : 1412-9612
Pada penelitian ini digunakan alat ekstraksi bukan sokhlet yaitu ekstraksi secara batch, dimana tepung iles – iles dikontakkan secara langsung dengan pelarut di dalam suatu tempat sebagai tempat ekstraktor. Dalam ekstraksi ini terjadi transfer massa solute dari dalam padatan ke cairan. Transfer massa terjadi melalui dua tahap yang berlangsung secara seri, yaitu difusi solute dari dalam padatan ke permukaan padatan dan dari permukaan padatan ke cairan. Kecepatan ekstraksi ditentukan oleh proses yang lambat, tetapi jika kedua proses berlangsung dengan kecepatan yang tidak sangat berbeda maka kecepatan ekstraksi ditentukan oleh kedua proses tersebut. Persamaan kecepatan difusi solut dalam padatan dianalogikan dengan persamaan kecepatan difusi dalam cairan atau gas (hukum Fick) dengan harga difusivitas efektif. Dengan demikian bentuk persamaan kecepatan adalah sebagai berikut:
N A = − De
dC A dr
(1) Dalam hal ini De adalah difusivitas efektif dalam padatan dan gaya dorongnya adalah gradien konsentrasi, sedangkan tahanannya yaitu jarak perpindahan massa (Hardjono, 1989). Nilai koefisien transfer massa (kca) sangat ditentukan oleh besarnya nilai peubah yang mempengaruhi yaitu ukuran padatan, kecepatan putar pengadukan, diameter pengaduk, kekentalan, berat jenis pelarut dan difusivitas molekuler dalam solven. Ilustrasi untuk peristiwa transfer massa dari padatan ke dalam cairan adalah sebagai berikut:
Gambar 2 . Ilustrasi transfer massa dari padatan ke cairan Kecepatan perpindahan massa solut dari permukaan padatan ke cairan didekati dengan persamaan:
N A= Kca(C Af*-C Af) (2) CAf* merupakan konsentrasi minyak dalam larutan yang setimbang dengan kadar minyak pada permukaan padatan. Hubungan kesetimbangan padat cair dianalogikan dengan persamaan Henry ( Treybal, 1981 ):
C Af*=H x C A (3) Nilai CA dalam penelitian ini yaitu konsentrasi glukomanan yang tersisa dalam padatan (massa glukomanan sisa/massa non glukomanan ) dapat dievaluasi dengan neraca massa total glukomanan dalam sistem.
Mo + 0 = CA.(berat non glukomanan) + CAf.V
CA =
Mo − CA. f .V berat.non.glukomanan
(4) Massa awal glukomanan dalam padatan diperolaeh dari percobaan, yaitu kadar total glukomanan dalam padatan iles – iles, sedangkan massa awal glukomanan dalam larutan = 0. Massa akhir glukomanan dalam padatan merupakan konsentrasi glukomanan tersisa x padatan non glukomanan, dan massa akhir glukomanan dalam larutan merupakan data yang diambil dari penelitian. Nilai konstanta Henry dapat dievaluasi dari persamaan (3) dimana CA diperoleh dari persamaaan (4) saat Caf setimbang (Caf*). Caf* adalah konsentrasi glukomanan dalam cairan pada saat setimbang dengan permukaan padatan, Nilai koefisien transfer massa volumetris (Kca) dapat dievaluasi dari Neraca massa glukomanan dalam fase cair : Neraca Massa Glukomanan dalam Fase Cair
K-86
Simposium Nasional RAPI VIII 2009
R input - R output
=
ISSN : 1412-9612
R accumulation
NA . V - 0
=
∂ (CA.f.V) ∂t (5)
Dalam penelitian ini, volume dijaga konstan, sehingga :
NA
=
∂(CAf) ∂t
(6) Substitusi persamaan (2) ke (5)
Kca(CAf*-CAf)
=
∂(CAf) ∂t (7)
Substitusi persamaan (3) ke (7)
Kca.(H.C A- C Af)
Kca.∂t =
=
∂(CAf) (H.CA- CAf )
∂ (C Af) ∂t
(8) Kondisi batas Integrasi dari persamaan (8)
: t = 0 , CAf = 0 t = t , CAf = CAf
- Kca . t = ln ( H.CA - C Af ) - ln ( H. C A ) ln ( H. C A - C Af) = ln ( H. C A ) - Kca . t H. C A - C Af = EXP { ( H. C A ) - Kca.t } CAf = H. CA - EXP { ( H. CA ) - Kca.t } (9) Bahan dan Metode Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah umbi iles – iles yang diperoleh dari daerah Madiun, alkohol 96 % yang diperoleh dari toko SABA KIMIA Solo, dan Aguadest yang diperoleh dari Laboratorium Proses Kimia Umbi iles – iles dikupas, dipotong setebal 5 cm kemudian dijemur sampai kering. Umbi iles – iles yang sudah kering dibuat tepung dan diayak dengan ukuran 100 mesh.Tepung iles – iles diekstraksi dengan menggunakan pelarut air.Setiapselang waktu tertentu diambil culikan hasil ekstraksi, Hasil ekstraksi kemudian disaring. Filtrat yang diperoleh dipresipitasi dengan menambahkan alkohol 96 % menggunakan perbandingan volum 1 : 1. Hasil presipitasi berupa glukomanan basah dikeringkan dalam oven, selanjutnya ditimbang. Percobaan dilakukan dengan mengubah perbandingan volume pelarut dengan massa padatan iles–iles, yaitu satu gram padatan dengan volume pelarut 75 mL, 100 mL, dan 125 mL. Dilakukan pada suhu 45 oC dan 55 oC.
Gambar 3. Rangkaian Alat Ekstraksi Glukomanan
K-87
Simposium Nasional RAPI VIII 2009
ISSN : 1412-9612
Keterangan : 1. Termometer 2. Waterbath 3. Gelas beaker 4. Pemanas Hasil dan Pembahasan Konstanta Henry diperoleh dari data CAf * yaitu CAf pada saat setimbang. Hasil perhitungan kontanta Henry pada berbagai kondisi dapat dilihat pada gambar 4. 0,012
konstanta henry
0,01 0,008 SUHU 45
0,006
SUHU 55
0,004 0,002 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Jumlah volume untuk mengekstraksi 1 gram padatan ilesiles
Gambar 4 . Grafik hubungan antara nilai konstanta Henry dengan volume pelarut untuk mengekstrak 1 gram padatan. Dari grafik di atas, dapat terlihat bahwa nilai konstanta Henry untuk ekstraksi glukomanan dengan pelarut akuades cenderung menurun dengan semakin banyaknya volume akuades. Hal ini disebabkan karena semakin besar volume pelarut, maka filtrat yang dihasilkan akan semakin cair (encer).Semakin encer suatu larutan, maka konsentrasi glukomanan semakin kecil. Hal ini sesuai dengan persamaan ( 3 ), dimana konstanta Henry sebanding dengan konsentrasi glukomanan dalam larutan. Semakin kecil konsentrasi glukomanan dalam larutan, maka semakin kecil pula harga konstanta Henry. Begitu pula jika ditinjau dari segi suhu. Pada suhu 55 oC, konsentrasi glukomanan lebih besar daripada konsentrasi glukomanan pada suhu 45 oC. Hal ini menyebabkan harga konstanta Henry pada suhu 55 oC lebih besar daripada harga konstanta Henry pada suhu 45 oC. Pembandingan konsentrasi glukomanan dalam ekstrak yang diperoleh pada percobaan dengan konsentrasi glukomanan hasil perhitungan dapat dilihat pada gambar 5 sampai dengan gambar 9.
konsentrasi glukomanan (gr/mL)
0,0063
75 m L hitung
0,0042
100 m L hitung 125 m L hitung 75 m L data 100 m L data
0,0021
125 m L data
0 0
50
100
150
200
waktu ekstraksi (menit)
Gambar 5 . Grafik antara konsentrasi glukomanan ( gr/ml ) dengan waktu ekstraksi ( menit ) pada suhu 45 oC.
K-88
Simposium Nasional RAPI VIII 2009
ISSN : 1412-9612
ko n sen trasi g lu ko m an an ( g r/m L )
0,006 0,005 75 mL hitung
0,004
100 mL hitung 125 mL hitung
0,003
75 mL data 100 mL data
0,002
125 mL data
0,001 0 0
50
100
150
200
waktu ekstraksi (menit)
K o n s e n tra s i g l u k o m a n a n (g r/m L )
Gambar 6 . Grafik antara konsentrasi glukomanan ( gr/ml ) dengan waktu ekstraksi ( menit ) pada suhu 55 oC.
0,006 0,005 0,004 data Caf suhu 45 C
0,003
data Caf suhu 55 C
0,002
Caf hitung suhu 45 C
0,001 Caf hitung suhu 55 C
0 0
50
100
150
200
waktu ekstraksi ( menit ) Gambar 7 . Grafik hubungan konsentrasi glukomanan ( gr/ml) dengan waktu ekstraksi ( menit ) pada ekstraksi 1 gram padatan dengan 75 ml air.
K-89
Simposium Nasional RAPI VIII 2009
ISSN : 1412-9612
ko n sen trasi g lu ko m an an (g r/m L )
0,005
0,004 data Caf suhu 45 C data Caf suhu 55 C
0,003
Caf hitung suhu 45 C Caf hitung suhu 55 C 0,002
0,001
0 0
50
100 150 waktu ekstraksi ( menit )
200
Gambar 8 . Grafik hubungan konsentrasi glukomanan ( gr/ml) dengan waktu ekstraksi ( menit ) pada ekstraksi 1 gram padatan dengan 100 ml air Dari gambar 5 sampai gambar 9 terlihat bahwa CAf hasil perhitungan mendekati CAf yang diperoleh dari percobaan, dengan ralat rata – rata antara 3,6005 % hingga 5,8986 %. Hal ini berarti bahwa model matematika yang diajukan mewakili peristiwa perpindahan massa glukomanan dari tepung iles – iles ke dalam pelarut akuades.
Konsentrasi glukomanan (gr/mL)
0,004
0,003 Caf data suhu 45 C Caf data suhu 55 C Caf hitung suhu 45 C
0,002
Caf hitung suhu 55 C 0,001
0 0
50
100
150
200
waktu ekstraksi ( menit )
Gambar 9 . Grafik konsentrasi glukomanan ( gr/ml) dengan waktu ekstraksi ( menit ) pada ekstraksi 1 gram padatan dengan 125 ml air. Dari gambar 5 dan 6 terlihat bahwa pada suhu ekstraksi 45 oC dan 55 oC semakin lama waktu ekstraksi semakin banyak glukomanan yang terekstrak. Volume air yang lebih banyak untuk mengekstrak 1 gram padatan mengakibatkan ekstrak yang dihasilkan lebih encer. Semakin besar perbandingan massa padatan dengan pelarut, maka konsentrasi glukomanan dalam ekstrak semakin kecil. Namun jika dilihat jumlah total glukomanan yang terekstrak, volum yang lebih banyak mengakibatkan yield yang lebih besar pula. Dari gambar 7, 8 , dan 9 dapat dilihat konsentrasi glukomanan pada ekstraksi pada suhu 55 oC lebih besar daripada konsentrasi glukomanan pada suhu 45 o C. Hal tersebut diakibatkan pada suhu yang lebih tinggi molekul glukomanan memiliki energi dalam yang lebih tinggi sehingga dapat mendifusi dengan lebih cepat.
K-90
Simposium Nasional RAPI VIII 2009
ISSN : 1412-9612
0,012 0,01 0,008 Kca
SUHU 45 SUHU 55
0,006 0,004 0,002 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Volume pelarut untuk mengekstraksi 1 gram padatan ilesiles
Gambar 10. Grafik hubungan antara nilai koefisien transfer massa volumetris (kca) dengan volume pelarut untuk mengekstraksi 1 gram padatan iles - iles Nilai Konstanta Kecepatan Transfer Massa Volumetris (Kca) yang diperoleh dari pengolahan data dapat dilihat pada gambar 10. Dari gambar 10, dapat terlihat bahwa nilai Kca optimum pada perbandingan satu gram padatan dengan 100 mL akuades. Pada perbandingan massa padatan dengan volume pelarut yang sama, nilai Kca pada suhu 45 oC lebih besar dibandingkan pada suhu 55 oC. Kesimpulan Dari hasil penelitian diperoleh nilai koefisien transfer massa (Kca) optimum pada perbandingan satu gram padatan iles – iles dengan 100 mL air dan nilai Kca pada suhu 45 oC lebih besar dibanding pada suhu 55 oC. Daftar Notasi CAf = konsentrasi glukomanan dalam larutan pada waktu t, (g/mL) = konsentrasi glukomanan yang tersisa dalam padatan, ( glukomanan/g non glukomanan) CA CAf* = konsenrasi glukomanan dalam larutan yang setimbang dengan permukaan padatan, (g/mL) De = Difusivitas efektif , (cm2/menit) H = Tetapan kesetimbangan Henry, Kca = koefisien transfer massa volumetris ,(g pelarut/ cm2 .menit) NA = kecepatan transfer massa (g/ cm2 .menit) Daftar Pustaka Hardjono, (1989), ” Opersi Teknik Kimia II ”, ed 1, hal 17-20, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta M. Alonso-Sande, Teijeiro-Osorio, D, Remunan-Lopez, C., and Alonso, M.J., (2008), “Glucomannan, a Promising Polysaccharides for Biopharmaceutical Purposes”, Eur. J. Pharm. Biophar. Doi 10.1016/j.ejpb.2008.02. Sumarwoto, (2004) , ” Iles-iles, Deskripsi dan Sifat-sifat ”,Biodversitas, vol 6,hal 185-190 Treyball, R.E., (1981) , “Mass Transfer Operation”, 3rd edition, Mc Grow Hill, Singapore www.aagos.ristek.ac.id, “Iles-iles (Amorphophallus oncohpyllus )”
K-91
