Denny Rino Aszari 2312106001Karina Alfionita 2312106002

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M. Eng

Dr. Siti Machmudah , ST., M. Eng

Laboratorium Mekanika Fluida dan PencampuranJurusan Teknik Kimia – FTIInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Ekstraksi Senyawa Fitokimia dari AmpasKelapa Sawit Menggunakan

Karbondioksida (CO2) Superkritis

Latar Belakang

Kelapa sawit merupakan tanaman yang banyak tumbuh di Indonesia, terutama di Sumatera (Aceh, Sumatera Utara, Riau, dan Sumatera Selatan) dan Kalimantan Timur

Eksocarp

Mesocarp

Endocarp

Kernel

Ekstraksi CO2Superkritis

Senyawa Fitokimia

(Choo, 1994)

• Senyawa fitokimia merupakan zat kimia alami yang terdapat di dalam tumbuhan dan dapat memberikan rasa, aroma atau warna pada tumbuhan itu.

•Senyawa fitokimia tidak dibutuhkan untuk fungsi normal tubuh, tetapi memiliki efek yang menguntungkan bagi kesehatan.

•Senyawa fitokimia yang banyak terkandung dalam ampasbuah sawit yaitu :

Karotenoid : 2894-5498ppmTokoferol : 896-1064 ppm

• Buah sawit secara alami berwarna merah karenakandungan karotenoid yang tinggi.

• Karakteristik karotenoid antara lain:

o Termasuk senyawa lipida yang tidak tersabunkan

o Larut dalam pelarut organik (kloroform, benzena, petrolium eter) tetapi tidak larut dalam air

o Peka terhadap oksidasi yang dipicu oleh temperatur yang relatif tinggi.

Karotenoid

Beberapa tipe karotenoid yang ada dalam buah kelapa sawit antara lain:

Tipe Karotenoid % Tipe Karotenoid %

Phytoene 1.27 γ-Carotene 0.33

Cis-β-Carotene 0.68 δ-Carotene 0.83

Phytofluene 0.06 Neurosporene 0.29

β-Carotene 56.02 β-Zeacarotene 0.74

α-Carotene 35.16 α-Zeacarotene 0.23

Cis-α-Carotene 2.49 Lycopene 1.3

δ-Carotene 0.69

• Fungsi vitamin E:

meningkatkan daya tahan tubuh,

membantu mengatasi stres,

meningkatkan kesuburan,

meminimalkan risiko kanker dan penyakit jantung koroner,

antioksidan.

Tokoferol (α-tocopherol)

• Tokoferol (α-tocopherol) adalah bentuk vitamin E yang diserap dan terakumulasi pada manusia.

Ekstraksi CO2 Superkritis

SCFE (Supercritical Fluid Extraction) adalah ekstraksi menggunakan fluida superkritis sebagai pelarut untuk memisahkan komponen-komponen dalam suatu cairanatau padatan, yang biasanya dioperasikan secara kontinyu.

Pelarut yang biasa digunakan sebagai fluida superkritis: CO2

Pertimbangan CO2 sebagai fluida superkritis

Temperatur kritis yang rendah dari CO2

CO2 bersifat non toxic

Tidak mudah terbakar

Tidak berbau

Secara komersial mudah didapatkan

Ramah lingkungan dibanding pelarut organiklain karena tidak meninggalkan residu

Fluida Superkritis

Properti fisik dari gas, fluida superkritis dan cairan

Properties Gas Fluida Superkritis Cairan

Densitas (g/ml) 0,0006-0,002 0,2 – 0,5 0,6-1,6

Viskositas (g/cm.s) 0,0001-0,003 0,0001-0,0003 0,002-0,03

Diffusivitas(cm2/s) 0,1-0,4 0,0007 0,000002-0,00002

Penelitian Terdahulu

Peneliti Penelitian Metode Hasil

Baysal, dkk (2000)

Ekstraksi β-karoten dan

lycopene dari limbah

pasta tomat

Ekstraksi CO2

superkritis

dengan bantuan

co-solvent etanol

Peningkatan tekanan dan temperatur

operasi berpengaruh pada meningkatnya

solubilitas karotenoid dan densitas pelarut,

sehingga, dari hasil ekstrak dapat dilihat

bahwa yield β-karoten juga semakin

meningkat.

Larasati, dkk

(2005)

Ekstraksi β-karoten dan

tokoferol dari biji carica

dieng dengan

menggunakan beberapa

pelarut

Teknik Ekstraksi

Menggunnakan

Pelarut

β-karoten dan tokoferol yang bersifat

nonpolar banyak terekstrak dengan

menggunakan pelarut etil asetat karena

pelarut tersebut bersifat non polar

daripada pelarut – pelarut lain.

Wei dkk

(2005)

Ekstraksi β-karoten pada

minyak sawit.

Ekstraksi

menggunakan

CO2 superkritis

Kelarutan karotenoid sebanding dengan

densitas dari CO2 superkritis, karena pada

temperatur konstan dan tekanan

dinaikkan, densitas dari CO2 meningkat

sehingga kelarutan karotenoid dalam

solven tersebut meningkat.

Penelitian Terdahulu

Lau dkk

(2007)

Ekstraksi β-karoten

dan tokoferol dari

serat ampas hasil

perasan kelapa sawit

dengan menggunakan

ekstarksi superkritis.

Ekstraksi

menggunakan

CO2 superkritis

Kadar β-karoten dan tokoferol paling banyak

diperoleh pada temperatur 313 K dan tekanan

30 MPa. Hal ini disebabkan karena pada

tekanan 10 dan 20 MPa senyawa trigliserida

dihilangkan.

Toro dkk.

(2013)

Ekstraksi dengan

menggunakan CO2

superkritis untuk

mengambil β-karoten

pada minyak sawit

Ekstraksi

menggunakan

CO2 superkritis

Didapatkan kandungan karotenoid tertinggi

diperoleh pada temperatur 318 K dan tekanan

15 MPa sebesar 0.81mg β-karoten/g ekstrak.

Rumusan Masalah

Pada proses ekstraksi ampas kelapa sawitmenggunakan CO2 superkritis, senyawa fitokimiaberada dalam sisa minyak yang terperangkap di dalam ampas (fiber) sehingga CO2 sulit untuk melakukan penetrasi ke dalam matriks padatan.

Tujuan Penelitian

1Mengekstrak sisa minyak dalam ampas kelapa sawityang masih banyak mengandung senyawa fitokimia, seperti karotenoid dan tokoferol dengan menggunakan CO2 superkritis.

2Menganalisa pengaruh kondisi operasi ekstraksi ampas kelapa sawit menggunakan CO2 superkritis terhadap hasil ekstraksi.

Manfaat Penelitian

1Mengetahui kondisi operasi optimum untukmendapatkan ekstrak dengan konsentrasitertinggi.

2Memberikan informasi mengenai alternatif proses pengambilan minyak dari ampas kelapasawit dengan menggunakan CO2 superkritis

Dengan melakukan penelitian ini diharapkan :

Proses Ekstraksi

P

T

F

Chiller

CO2 liquid

PreHeater

CO2 Pump

Dry Gas Flowmeter

BPR

Oven

Extractor

Collection vialV-6

Co-solvent

Co-solvent pump

Pre-heater

T

Glassbead

Variabel Eksperimen

Temperatur : 40, 60, dan 80oC

Tekanan : 20, 30 , dan 40 Mpa

Laju Alir CO2 : 2, 3, dan 4 L/min

Flowrate co-solvent : 0, 0.15, 0.225 mL/min

Analisa

Spectrophotometer UV-Vis

Digunakan analisa dari hasil ekstraksi

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

Untuk mengetahui besar yield

Senyawa fitokimia

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 30 60 90 120 150 180

yie

ld e

kstr

ak (

g/ k

g sa

mp

el)

waktu (menit)

P=20MPa

P=30MPa

P=40MPa

Pengaruh tekanan terhadap yield ekstrak pada kondisi operasi suhu 40oC dan flow

rate CO2 3 ml/menit.Kenaikan tekanan operasi mengakibatkan adanya kenaikan densitas CO2

sehingga kekuatan solvent untuk melarutkan solute meningkat.

Pengaruh tekanan terhadap yield β-karoten pada kondisi operasi suhu 40oC dan flow rate CO2 3 ml/menit.

0

50

100

150

200

250

300

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270

yie

ld β

-car

ote

ne

(m

g/ k

g sa

mp

el)

Konsumsi CO2 (g/ kg sampel)

P=20MPa

P=30MPa

P=40MPa

Pengaruh tekanan terhadap yield α-tokoferol pada kondisi operasi suhu 40oC dan flow rate CO2 3 ml/menit.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270

yie

ld α

-to

kofe

rol (

mg/

kg

sam

pe

l)

Konsumsi CO2 (g/ kg sampel)

P=20MPa

P=30MPa

P=40MPa

Pengaruh temperatur terhadap yield ekstrak pada kondisi operasi tekanan 20 MPa dan flow rate CO2 5 ml/menit. Kenaikan temperatur mengakibatkan densitas CO2 menurun sehingga solubilitassolute juga menurun.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 30 60 90 120 150 180

yie

ld e

kstr

ak (

g/

kg s

amp

el)

waktu (menit)

T=40C

T=60C

T=80C

Pengaruh temperatur terhadap yield β-karoten dengan kondisi operasi tekanan 20 MPa dan flow rate CO2 5 ml/menit.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400

yie

ld β

-kar

ote

n (m

g/ k

g sa

mp

el)

Konsumsi CO2 (g/kg sampel)

T=40C

T=60C

T=80C

Pengaruh temperatur terhadap yield α-tokoferol dengan kondisi operasi tekanan 20 MPa dan flow rate CO2 5 ml/menit

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 50 100 150 200 250 300 350 400

yie

ld α

-to

kofe

rol (

mg/

kg

sam

pe

l)

Konsumsi CO2 (g/ kg sampel)

T=40C

T=60C

T=80C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 30 60 90 120 150 180

yie

ld e

kstr

ak (

g/kg

sam

pe

l)

waktu (menit)

CO2=3mL/min

CO2=4mL/min

CO2=5mL/min

Pengaruh flow rate CO2 terhadap yield ekstrak pada kondisi operasi tekanan 20 MPa dan temperatur 40oCPenambahan flow rate CO2 dapat meningkatkan jumlah molekul CO2 yang berkontakdengan solute.

Pengaruh flow rate CO2 terhadap yield β-karoten pada kondisi operasi tekanan 20 MPa dan temperatur 40oC

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 30 60 90 120 150 180

yie

ld β

-kar

ote

n (m

g/ k

g sa

mp

el)

waktu (menit)

CO2=3mL/min

CO2=4mL/min

CO2=5mL/min

Pengaruh flow rate CO2 terhadap yield α-tokoferol dengan kondisi operasi tekanan 20 MPa dan temperatur 40oC

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 30 60 90 120 150 180

yie

ld α

-to

kofe

rol (

mg/

kg

sam

pe

l)

waktu (menit)

CO2=3mL/min

CO2=4mL/min

CO2=5mL/min

Pengaruh co-solvent terhadap yield ekstrak, pada kondisi operasi tekanan 20 MPa dan temperatur 40oC, flow rate CO2 3 mL/minPenambahan co-solvent dapat meningkatkan solubility fluida CO2 sehinggayield ekstrak , β-karoten, dan α-tokoferol meningkat.

0

50

100

150

200

250

0 30 60 90 120 150 180

yie

ld e

kstr

ak (

g/

kg s

amp

el)

waktu (menit)

Ethanol = 0%

Ethanol = 5%

Ethanol = 7,5%

Pengaruh co-solvent terhadap yield β-karotendan pada kondisi operasi tekanan 20 MPa dan temperatur 40oC, flow rate CO2 3 mL/min

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Yie

ld β

-ka

rote

n (

mg

/k

g s

am

pe

l)

Konsumsi CO2 ( g/kg sampel )

Et=0%

Et=5%

Et=7,5%

Pengaruh co-solvent terhadap yield α-tokoferol dengan kondisi operasi tekanan 20 MPa dan temperatur 40oC, flow rate CO2 3 mL/min

0

500

1000

1500

2000

2500

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

yie

ld α

-to

kofe

rol (

mg/

kg s

amp

el)

Konsumsi CO2 (g/kg sampel)

Et=0%

Et=5%

Et=7,5%

1. Kenaikan tekanan operasi menyebabkan yieldekstrak, β-karoten, dan α-tokoferol yang dihasilkansemakin meningkat. Hal tersebut karena kenaikantekanan operasi mengakibatkan adanya kenaikandensitas CO2 sehingga kekuatan solvent untukmelarutkan solute meningkat.

2. Kenaikan temperatur operasi menyebabkan yieldekstrak, β-karoten, dan α-tokoferol yang dihasilkansemakin menurun. Dikarenakan densitas CO2

menurun yang menyebabkan solubilitas solute jugamenurun.

3. Perubahan flow CO2 tidak berpengaruhsecara signifikan, hal ini dikarenakan padapenambahan flow rate, terjadipeningkatan jumlah molekul CO2 sertapeningkatan interaksi intermolecularantara solvent dan solute, sehingga soluteyang terekstrak lebih banyak.

4. Penambahan co-solvent etanol dapatmeningkatkan solubility fluida CO2sehingga yield ekstrak , β-karoten, dan α-tokoferol meningkat.

5. Kondisi optimum yang didapatkan :

P = 20 Mpa

T = 40oC

Flow rate CO2 = 3 mL/min

Flow rate ethanol = 7,5%

Dimana :

Kadar β-karoten yang dihasilkan 1157,64 mg/Kg

Kadar α-tokoferol yang dihasilkan 2203,06 mg/Kg