Pengolahan Limbah Kulit Kakao (Theobroma cacao L.) Menggunakan Teknologi Pirolisis dengan Dua Siklus Destilasi

Imam Hidayat*

*Universitas Hasanuddin

Asrama Mahasiswa (Ramsis Putra) Universitas Hasanuddin Unit I, Blok E, No. 111, Kampus Unhas Tamalanrea, Makassar 90245, Sulsel

Phone: 085216792673 Email: imamuhidate@gmail.com

Abstrak

Limbah kulit kakao (Theobroma cacao L.) merupakan salah satu limbah yang cukup melimpah di Provinsi Sulawesi Selatan yang merupakan salah satu penghasil kakao terbesar di Indonesia. Kulit kakao dapat diolah menjadi bahan kimia organik yang multifungsi yakni menjadi asap cair (liquid smoke) dengan menggunakan teknologi pirolisis. Namun untuk menghasilkan asap cair yang berkualitas dibutuhkan beberapa kali penyulingan, sehingga proses ini boros energi. Maka diperlukan metode yang lebih hemat energi. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah merekayasa teknologi pirolisis dengan penambahan dua siklus destilasi. Sehingga pengolahan kulit kakao menjadi asap cair dapat dilakukan tanpa penyulingan. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk merekayasa teknologi pirolisis dengan menambahkan dua siklus destilasi pada proses pengolahan. Dengan metode penelitian yang dilakukan secara eksperimental dengan merancang reaktor pirolisis dengan dua siklus destilasi. Dan proses pengolahan limbah kulit kakao menggunakan metode pirolisis dengan dua siklus destilasi ternyata dapat menghasilkan asap cair yang berkualitas setara dengan grade II tanpa proses penyulingan dan sangat hemat energi. Kata Kunci: kulit kakao, pirolisis, asap cair, destilasi

PENDAHULUAN

Kakao (Theobroma cacao L.) merupakan salah satu komoditas pertanian yang cukup melimpah di Indonesia. Salah satu provinsi yang cukup potensial dalam budidaya tanaman ini adalah Sulawesi Selatan. Berdasarkan data Departemen Perkebunan Provinsi Sulawesi Selatan, pada tahun 2010 produksi kakao Sulawesi Selatan sebesar l71 ton (data Departemen Perkebunan Sulawesi Selatan, Oktober 2010).

Melihat limpah ruahnya produksi kakao, limbah kulit kakao di Sulawesi Selatan khususnya berupa kulit terbilang cukup banyak. Dimana perbandingan antara biji dan kulit kakao adalah sekitar 25% : 75%. Namun, limbah tersebut belum dapat dimanfaatkan secara maksimal oleh petani kakao, sehingga hanya menjadi limbah potensial yang tak terolah.

Mengingat banyaknya limbah kakao yang kurang dimanfaatkan, perlu suatu teknologi tepat guna yang tentunya berskala industri rumah tangga agar limbah tersebut dapat diubah menjadi produk yang berguna dan bernilai ekonomis.

Penelitian ini ditujukan untuk mengolah limbah kulit kakao menjadi arang dan asap cair menggunakan teknologi pirolisis. Pirolisis merupakan salah satu proses kimia untuk mengurai bahan-bahan organik menjadi arang dan asap cair dengan menggunakan proses pembakaran secara tertutup yang dilengkapi dengan proses destilasi. Adapun bahan organik yang dapat diolah secara pirolisis menurut Maga (1988) adalah bahan organik yang mengandung selulosa, semiselulosa, dan lignin, karena ketiga senyawa tersebut dapat menghasilkan tiga kelompok senyawa yakni senyawa cair yang mudah menguap dan dapat terkondensasi, gas-gas yang tidak dapat terkondensasi, dan senyawa padat berupa arang. Dan berdasarkan penelitian Spillane (1995) membuktikan bahwa kulit buah kakao mengandung hemiselulosa, selulosa, dan lignin. Maka, kandungan senyawa dari kulit kakao dapat diolah menjadi arang dan asap cair secara pirolisis karena mengandung ketiga makromolekul tersebut.

Adapun dalam proses penelitian ini, reaktor pirolisis direkayasa secara proses, yakni dirancang dengan dua siklus destilasi. Maka proses destilasi berjalan sebanyak dua kali namun dalam satu kali pembakaran. Sehingga untuk menghasilkan asap cair yang berkualitas tidak diperlukan lagi proses redestilasi secara terpisah.

Maka dengan dua siklus destilasi, asap cair yang dihasilkan serupa dengan asap cair yang diperoleh dengan dua kali proses destilasi secara terpisah. Sehingga rekayasa dua siklus destilasi dalam satu kali pembakaran terbilang lebih hemat energi. Sebab redestilasi secara terpisah membutuhkan energi yang cukup besar, karena harus dilakukan dua kali proses pembakaran. Sesuai dengan penuturan Sujanto (1983) bahwa dibutuhkan energi yang cukup besar untuk meghasilkan panas dalam proses destilasi. Maka pengolahan kulit kakao secara pirolisis dengan dua siklus destilasi dapat menjadi salah satu solusi penanganan limbah kakao yang ramah lingkungan, hemat energi, serta efisien.

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan di sini adalah metode eksperimen dengan peralatan dan prosedur yang digunakan sebagai berikut:

I. Alat dan Bahan 1. Drum untuk membuat ruang pembakaran reaktor 2. Plat besi untuk menutupi semua sisi ruang pembakaran yang terbuka 3. Pipa stainless sebagai bagian reaktor yang menyalurkan asap pembakaran serta asap cair hasil pengolahan 4. Pipa spiral (stainless steel) sebagai pipa destilasi 5. Termocouple untuk mengukur suhu pembakaran 6. Plat baja sebagai dasar tabung pembakaran untuk menghasilkan suhu tinggi dalam ruang pembakaran 7. Generator air untuk mengalirkan air secara berkala selama proses pembakaran 8. Gelas ukur untuk mengukut volume asap cair 9. Kulit kakao sebagai bahan baku peenelitian

II. Prosedur Penelitian a) Pembuatan reaktor pirolisis dua siklus destilasi

Reaktor pirolisis dibuat dari drum dengan ukuran tebal plat ± 1,5 mm, dan berdiameter 60 cm. Reaktor dilengkapi dengan termocouple untuk mengukur suhu pembakaran. Dan dasar reaktor diberi plat baja yang berfungsi sebagai media penyaluran panas antara api dan bahan baku. Pipa yang menyalurkan asap dibuat dari pipa besi berdiameter 4 cm dengan panjang 300 cm, dimana pipa ini menghubungkan reaktor pirolisis dengan tabung destilator.

Adapun tabung destilator juga dibuat dari drum bekas. Sedangkan pipa destilasi dibuat dari bahan stainless steel berdiameter 2 inch. Tabung destilator dilengkapi dengan sistem aliran air secara kontinu. Untuk menciptakan aliran air, digunakan generator air. Lalu, dibuat pula tungku pembakaran dengan menggunakan drum bekas.

Adapun penambahannya siklus destilasi tersebut dilakukan dengan membuat sistem pengolahan berjalan dua siklus namun dalam satu kali pembakaran. Dimana pipa yang mengalirkan asap serta asap cair yang berbahan stainless stell dirakit menjadi dua siklus dalam tabung reaktor.

b) Pembuatan arang dan asap cair menggunakan reaktor pirolisis

1. Kulit kakao dibersihkan dari kotoran yang menempel 2. Kulit kakao dikeringkan di bawah sinar matahari 3. Kulit kakao dibakar di dalam reaktor dengan cara memasukkan sedikit demi sedikit hingga penuh. 4. Setelah seluruh kulit buah kakao dimasukkan ke dalam reaktor, maka ruang pembakaran ditutup agar

oksigen tidak masuk ke dalam ruang pembakaran sehingga tidak terjadi nyala api di dalam ruang pembakaran.

5. Setelah itu didiamkan selama 5 jam

Proses pembakaran dilakukan dengan 3 suhu berbeda yakni 200 oC, 250 0C, dan 300 0C. Dan suhu pembakaran diukur menggunakan termocouple yang dipasang pada ruang pembakaran.

Gambar 1. Desain reaktor pirolisis dengan rekayasa dua siklus destilasi

c) Pengukuran massa arang Massa arang tiap pembakaran dengan menggunakan suhu berbeda yakni 200 oC, 250 0C, dan 300 0C

ditimbang.

d) Pengukuran volume asap cair Pengukuran bobot rendemen dilakukan menggunakan metode Association of Official Agricultural

Chemists (AOAC) International dengan menghitung bobot sampel sesuai bobot kering dan kadar airnya (Horwitz, 2000). Dengan menggunakan rumus:

Rendemen produk = ୟୱୟ୮ cair

୭ୠ୭୲ kering ୠୟ୦ୟ୬ ୠୟ୩୳ (1)

e) Pengukuran Moisture Arang Moisture atau kadar air adalah kandungan air yang terdapat pada arang.

Moisture = (ି)

x 100% (2)

dimana : A = Berat sampel dengan cawan (g) C = Berat sampel yaitu = (A-B ) (g) D = Berat cawan dengan residu (g) Sampel yang dihitung kadar airnya dikategorikan menjadi 3 jenis berdasarkan suhu pembakaran yang

digunakan yakni 200 oC, 250 0C, dan 300 0C. f) Pengujian fungsi asap cair

Untuk pengujian fungsi asap cair hasil pirolisis secara destilasi dapat dilakukan dalam beberapa bentuk berdasarkan fungsi yang dinginkan. Dalam penelitian ini, asap cair hasil olahan diuji berdasarkan fungsinya sebagai pengawet. Maka dalam penelitian ini, asap cair diuji daya awetnya terhadap cumi basah dengan diencerkan menggunakan air. Adapun tahap pengujiannya sebagai berikut:

1. Asap cair diencerkan menggunakan air mineral 2. Campuran asap cair dan air dikategorikan menjadi tiga konsentrasi yang berbeda yakni, 15%, 12%, dan

10% 3. Sampel cumi dicelupkan selama 1 menit pada setiap konsentrasi 4. Sampel ditiriskan lalu disimpan dalam lemari es beserta sample cumi yang tidak mengalami perlakuan

apapun sebagai perbandingan 5. Lalu sampel diamati setiap hari berdasarkan warna

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan pengamatan selama penelitian maka diperoleh hasil sebagai berikut:

a) Massa Arang Berdasarkan hasil pengolahan sebanyak 3 kali menggunakan bobot bahan baku yang sama yakni 40 kg kulit

kakao dan durasi pembakaran yang sama yakni 5 jam, namun dengan suhu yang berbeda yakni 200 oC, 250 0C, dan 300 0C. Maka diperoleh massa arang sebagai berikut:

Massa arang pembakaran pada suhu 200 oC : 32 kg (80%) Massa arang pembakaran pada suhu 250 0C : 29 kg (72,5%) Massa arang pembakaran pada suhu 300 0C : 28,5 kg (71,2%)

Dari hasil pengukuran terlihat bahwa massa arang menurun seiring meningkatnya suhu pembakaran. b) Volume Asap Cair

Dengan menggunakan rumus (1) maka diperoleh volume asap cair di setiap suhu berbeda sebagai berikut:

Massa arang pembakaran pada suhu 200 oC : 1,2 L Massa arang pembakaran pada suhu 250 0C : 1,4 L

Massa arang pembakaran pada suhu 300 0C : 1,7 L

Dari hasil pengukuran terlihat bahwa volume asap cair meningkat seiring meningkatnya suhu pembakaran. Hal tersebut dikarenakan suhu tinggi dapat menguraikan selulosa, hemiselulosa, dan lignin dengan cepat. Sebab pada suhu sekitar 300 0C pirolisis berjalan cukup baik, sesuai penuturan Pastor-Villegas et al., (2006) bahwa proses pirolisis dapat terjadi secara maksimal pada kisaran suhu 300 0C – 500 0C.

Grafik 1. Volume asap cair (L) terhadap suhu pembakaran (0C)

c) Moisture arang Kandungan moisture pada masing – masing sampel arang untuk setiap suhu pembakaran yaitu:

Moisture arang pembakaran pada suhu 200 oC : 5,01% Moisture arang pembakaran pada suhu 250 0C : 4,53% Moisture arang pembakaran pada suhu 300 0C : 4,18%

Dari hasil pengukuran terlihat bahwa kandungan air arang menurun seiring meningkatnya suhu pembakaran.

d) Daya Awet Asap Cair Berdasarkan hasil pengamatan yang diperoleh. Asap cair hasil pengolahan kulit kakao secara pirolisis yang

diencerkan menggunakan air dengan konsentrasi yang berbeda, yakni 15%, 12%, dan 10% memiliki daya awet yang terhadap cumi yang berbeda setiap konsentrasi, yakni:

Konsentrasi 15% : 7 hari Konsentrasi 12% : 5 hari Konsentrasi 10% : 4 hari Tanpa asap cair : 3 hari

Setiap sampel diamati setiap 6 jam. Lalu data durasi daya awet setiap konsentrasi dicatat ketika sampel cumi telah berwarna agak kecoklatan. Maka pada konsentrasi 15%, sampel masih berwarna putih, namun pada hari ke delapan, sampel telah mulai berubah warna. Begitu pula pada konsetrasi 12% pada hari ke enam, konsentrasi 10% pada hari ke lima, sedang tanpa pengawet pada hari ke empat. Maka berdasarkan pengamatan, daya awet asap cair terhadap cumi berbanding lurus dengan tingginya konsentrasi. Namun dalam penelitian ini, digunakan konsentrasi maksimal 15% sebab, berdasarkan penuturan Yunanti (2003) yang mengatakan bahwa asap cair hasil destilasi ulang dapat diaplikasikan sebagai pengawet makanan dengan diencerkan dengan air dengan konsentrasi maksimal 16 %.

Gambar 2. Perbedaan warna cumi antara cumi yang tidak diberi pengawet (kiri) dan cumi yang diawetkan dengan campuran asap cair dan air (kanan) setelah tiga hari.

1

1,2

1,4

1,6

1,8

200 250 300

Grafik Hubungan Suhu dan Volume Asap Cair

KESIMPULAN

Dari penelitian ini disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Massa arang hasil pengolahan kulit kakao dengan metode pirolisis dengan rekaysa dua siklus destilasi

berkisar antara 28,5 kg – 32 kg untuk bahan baku sebanyak 40 kg kulit kakao kering. Dengan massa tertinggi 32 kg yang diperoleh pada penggunaan suhu pembakaran 300 0C

2. Volume asap cair berkisar 1,2 L – 1,7 L. Dengan volume tertinggi yang diperoleh pada penggunaan suhu pembakaran 300 0C

3. Moisture arang berkisar antara 5,01% - 4,18%. Dengan moisture terendah diperoleh pada penggunaan suhu pembakaran 300 0C

4. Durasi daya awet asap cair terhadap cumi berkisar antara 4-7 hari. Dengan durasi terlama dengan konsentrasi pengenceran asap cair dan air sebanyak 15%

DAFTAR PUSTAKA Departemen Pertanian, 2013. Produksi Kakao Sulawesi Selatan 2010. (http://www.deptan.go.id/daerah_new/sulsel/disbun/tampil.php?page=selayangpandang), diakses pada 23 Oktober 2012. Horwitz, W. (ed.) (2000). Official Methods of Analysis of AOAC International, 17th ed., vol. 1. AOAC International, Gaithersburg, Maryland, USA. Maga, J.A. 1988. Smoke in Food Processing, CRC Press- Inc Boca rotan Florida. 1-3 : 113-138 Pastor-Villegas, J., Pastor-Valle, J.F., Meneses Rodriguez, J.M., dan Garcia Garcia, M. (2006). Study of Commercial Wood Charcoals for The Preparation of Carbon Adsorbents. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 76. 103-108 Spillane, J. 1995. Komoditi Kakao, Peranannya dalam Perekonomian Indonesia. Kanisius. Yogyakarta Yuwanti, Sih. 2003. Asap cair sebagai pengawet alami pada bandeng presto. Agritech. 25 (1) : 36 – 40

Data Diri Penulis

Nama : Imam Hidayat Tempat/tanggal lahir : Wonomulyo, 17 Desember 1992 Jenis Kelamin : Laki-laki Agama : Islam Pekerjaan : Mahasiswa Jurusan : Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian Universitas : Universitas Hasanuddin Alamat : Asrama Mahasiswa (Ramsis Putra) Universitas Hasanuddin Unit I, Blok E, No. 111, Kampus Unhas Tamalanrea, Makassar 90245, Sulsel Telepon : 085216792673 Email : imamuhidate@gmail.com Riwayat Pendidikan Formal

SD : SDN 015 Sumberjo SMP : SMPN 5 Wonomulyo SMA : SMAN 1 Polewali Perguruan Tinggi : Universitas Hasanuddin

Riwayat Penelitian

1. Penelitian tentang pemanfaatan gonad bulu babi (Diadema setosum) sebagai bahan baku alternatif pembuatan Coto Makassar (2010)

2. Penelitian tentang pemanfaatan kulit durian sebagai bahan baku pembuatan briket (2012)

Perstasi 1. Delegasi Indonesia di “Study of the United Satates Institute for Student Leader on Global Environmental

Issues 2013” di Hawai’i, Colorado, & Washington DC, Amerika (2013) 2. Delegasi Indonesia di “Bayer Young Environmental Envoy” di Leverkusen, Jerman (2012) 3. Juara 1 Lomba Karya Tulis Islami tingkat nasional di Universitas Indonesia (2012)