Tugas 2 Ppma Murliadi Palham Tikm B

Tugas 2 : PPMA

1 | H a l

Oleh : Murliadi Palham, S.T. : TIKM-B

PERANCANGAN PABRIK MINYAK ATSIRI Konsentrasi Teknologi Industri Kecil dan Menengah

Magister Sistem Teknik, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Yogyakarta, 2010

Dosen Pengampuh

Ir. Supranto, M.Sc. Ph.D

Technical Visibility

TEKNOLOGI PROSES PRODUKSI MINYAK ATSIRI

METODE FISIKA-KIMIA

MEKANIK

Oleh

MURLIADI PALHAM TIKM –B

Tugas 2 : PPMA

2 | H a l


TEKNOLOGI PROSES PRODUKSI

MINYAK ATSIRI

PENDAHULUAN

Minyak Atsiri merupakan suatu minyak yang mudah menguap (volatile oil)

biasanya terdiri dari senyawa organik yang bergugus alkohol, aldehid, keton dan

berantai pendek. Minyak atsiri dari tanaman dapat berasal dari batang (kulit

cendana, masoi); dari daun (cengkeh, sereh wangi, nilam), dari akar (akar wangi),

dari bunga (cengkeh, kenanga), dan dari buah misalnya pala.

Sekarang ini, teknologi pengolahan/pembuatan minyak atsiri telah mengalami

kemajuan yang sangat pesat, baik dari segi metode maupun peralatannya. Terdapat

berbagai macam cara yang dilakukan untuk memproduksi minyak atsiri, yaitu :

1. Cara Kimia-Fisika, meliputi

a. penyulingan (destilasi) seperti penyulingan dengan air (water destilation)

:penyulingan dengan air dan uap (water and steam destilation), dan

penyulingan dengan uap langsung (steam destilation)

b. solvent Solven extraction, seperti maceration dan hypercritical CO2

extraction

2. Cara Mekanik, meliputi : Sponge, Ecuelle a piquer (=basin, to prick/prod), dan

machine abrasion

Agar kita dapat menentukan teknologi apa yang akan digunakan ada baiknya

kita haraus mempelajari terlebih dahulu masing-masing alternatif teknologi yang

tersedia

Dalam pemilihan teknologi beberapa faktor yang harus dipertimbangkan

adalah :

a. Kebutuhan modal.

Untuk menyediakan mesin-mesin, perlatan dan fasilitas-fasilitas lainnya.

b. Kondisi pasar.

Yaitu berapa volume penjualan yang direncanakan.

Tugas 2 : PPMA

3 | H a l


c. Tenaga kerja.

Yaitu tenaga kerja yang tersedia memiliki ketrampilan untuk melakukan

proses produksi.

d. Bahan mentah.

Jenis bahan mentah yang akan diproses sangat menentukan tipe teknologi

yang akan digunakan.

e. Kemajuan teknologi.

Perusahaan harus mempertimbangkan kemajuan teknologi yang berkembang

dalam industri minyak atsiri.

f. Kualitas produk.

Perlu dipertimbangkan kualitas produk yang diinginkan apakah juga

ditentukan oleh berbagai alternatif teknologi yang ada.

Tugas 2 : PPMA

4 | H a l


A. PENYULINGAN (Distillation)

Distilasi (penyulingan) adalah proses pemisahan komponen dari suatu

campuran yang berupa larutan cair-cair dimana karakteristik dari campuran

tersebut adalah mampu-campur dan mudah menguap, selain itu komponen-

komponen tersebut mempunyai perbedaan tekanan uap dan hasil dari

pemisahannya menjadi komponen-komponennya atau kelompok-kelompok

komponen. Karena adanya perbedaan tekanan uap, maka dapat dikatakan pula

proses penyulingan merupakan proses pemisahankomponen-komponennya

berdasarkan perbedaan titik didihnya.

Pada operasi distilasi, terjadinya pemisahan didasarkan pada gejala bahwa bila

campuran cair ada dalam keadaan setimbang dengan uapnya, komposisi uap dan

cairan berbeda. Uap akan mengandung lebih banyak komponen yang lebih mudah

menguap, sedangkan cairan akan mengandung lebih sedikit komponen

yangmudah menguap. Bila uap dipisahkan dari cairan, maka uap tersebut

dikondensasikan, selanjutnya akan didapatkan cairan yang berbeda dari cairan yang

pertama, dengan lebih banyak komponen yang mudah menguap dibandingkan

dengan cairan yang tidak teruapkan. Bila kemudian cairan dari kondensasi uap

tersebut diuapkan lagi sebagian, akan didapatkan uap dengan kadar komponen

yang lebih mudah menguap lebih tinggi.

Gambar 1. Bagan

perlengkapan distilasi di

laboratorium

Tugas 2 : PPMA

5 | H a l


Macam-macam metode penyulingan :

1. Distilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen

cairan berdasarkanperbedaan titik didih yang jauh berbeda.

2. Distilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan dis.sederhana,

hanya dis.bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik,

sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan

titik didih yang berdekatan.

3. Distilasi Azeotrop, memisahkan campuran azeotrop (campuran dua atau

lebih komponen yang sulit di pisahkan), biasanya dalam prosesnya

digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tsb, atau

dengan menggunakan tekanan tinggi.

4. Distilasi Kering : memanaskan material padat untuk mendapatkan fasa uap

dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil cairan bahan bakar dari

kayu atau batu bata.

5. Distilasi vakum: memisahkan dua kompenen yang titik didihnya sangat

tinggi, motede yang digunakan adalah dengan menurunkan tekanan

permukaan lebih rendah dari 1 atm, shg titik didihnya juga menjadi rendah,

dalam prosesnya suhu yang digunakan untuk mendistilasinya tidak perlu

terlalu tinggi.

Dalam industri minyak atsiri dikenal 3 macam metode penyulingan (destilasi

sederhana), yaitu :

3. Penyulingan dengan air (water destilation).

4. Penyulingan dengan air dan uap (water and steam destilation)

5. Penyulingan dengan uap langsung (steam destilation)

Tidak semua bahan dapat diambil minyak atsirinya dengan cara ini, terutama

bahan-bahan yang bersifat thermolabile (heat sensitive). Contoh: jasmine/melati,

rose. Dengan cara distilasi, suhu dan waktu distilasi sangat penting untuk

menghindari kerusakan minyak atsiri.

Tugas 2 : PPMA

6 | H a l


1. PENYULINGAN DENGAN AIR

Penyulingan dengan air (water destilation) dilaksanakan dengan cara bahan

baku tercelup dalan air di dalam ketel lalu dididihkan. Air akan menguap

membawa minyak atsiri. Molekul air melindungi minyak atsiri dari over

heating. Uap air yang membawa minyak atsiri diembunkan, setelah dingin

minyak atsiri dipisahkan dari air (Skema pada gambar 1 dan 2). Air yang

terpisah disebut floral water (hydrosol/sweet water).

Gambar 2. Skema penyulinngan minyak atsiri dengan air

.

Gambar 3. Penyulinngan minyak atsiri dengan air

Prinsip Kerja

Ketel penyulingan diisi air sampai volume hampir separuh, lalu

dipanaskan.

Sebelum air mendidih bahan baku dimasukkan dalam ketel.

Bahan baku biasanya yang tidak rusak oleh panas uap air misalnya buanga

atau daun yang mudah bergerak dalam air.

Tugas 2 : PPMA

7 | H a l


2. PENYULINGAN DENGAN AIR DAN UAP

Penyulingan dengan air dan uap (water and steam destilation) merupakan cara

yang paling banyak digunakan. Cara ini hanya cocok untuk jenis minyak atsiri

yang tidak rusak oleh panas uap air. Umunya kualitas hasil penyulingan dengan

air dan uap ini lebih baik dari pada penyulingan dengan air. suhunya tidak

terlalu tinggi. Hanya saja membutuhkan waktu distilasi yang lebih panjang

untuk yield yang lebih besar.

Prinsip Kerja

Ketel diisi air sampai batas saringan/angsang.

Bahan baku diletakkan diatas angsang sehingga tidak kontak langsung

dengan air yang mendidih tetapi dengan uap air.

Air yang menguap akan membawa partikel minyak atsiri dan dialirkan ke

alat pemisah.

Untuk memudahkan proses penguapan, bagian ketel untuk bahan baku harus

diberi ruang yang cukup. Bahan tidak boleh dipadatkan.

Gambar 4. Skema penyulinngan minyak atsiri dengan air dan uap

Gambar 5. Penyulinngan minyak atsiri dengan air dan uap

Tugas 2 : PPMA

8 | H a l


3. PENYULINGAN DENGAN UAP LANGSUNG

Dilakukan dengan mengalirkan uap tekanan tinggi ke dalam bahan yang akan

didistilasi. Steam generator (ketel perebus air untuk menghasilkan steam)

terpisah dari ketel yang berisi bahan. Uap panas yang kontak dengan bahan

membantu melepaskan molekul aromatik dari bahan. Molekul minyak atsiri

yang lepas menguap bercampur dengan steam. Temperatur steam harus

dikontrol agar hanya cukup untuk memaksa bahan melepas minyak atsirinya

dan tidak membakar bahan.

Steam yang dipakai bertekanan > 1 atm dan bersuhu > 100oC, sehingga waktu

distilasi bisa lebih cepat mengurangi kemungkinan rusaknya minyak atsiri.

Cara ini menghasilkan minyak atsiri dengan mitu yang tinggi.

Gambar 6. Skema penyulinngan minyak atsiri uap langsung

Gambar 7. Penyulinngan minyak atsiri dengan uap langsung

Tugas 2 : PPMA

9 | H a l


Ada beberapa faktor yang menentukan mutu hasil penyulingan, seperti :

1. Jenis dan penanganan bahan baku yang akan disuling

2. Jenis, distribusi dan debit uap yang digunakan

3. Bahan penyusun ketel penyulingan

4. Dimensi alat penyuling

5. Metode penyulingan yang digunakan

Pada umumnya, untuk mendapatkan rendemen yang tinggi dan mutu minyak

atsiri yang baik diperlukan usaha-usaha seperti :

(1) suhu penyulingan dipertahankan serendah mungkin dengan mengingat

bahwa kecepatan serta besarnya jumlah minyak ditentukan oleh suhu;

(2) pada penyulingan uap, jumlah air yang kontak langsung dengan bahan yang

disuling, diusahakan sesedikit mungkin

(3) perajangan bahan dimaksudkan agar pengisian bahan ke dalam ketel suling

sehomogen mungkin (Guenther, 1987).

Peralatan Penyulingan

Alat-alat yang diperlukan dalam penyulingan tergantung pada banyaknya

bahan dan metode penyulingan yang dilakukan. Ada tiga bagian alat yang

merupakan peralatan dasar, yaitu : ketel suling (retor), pendingin (kondensor), dan

penampung hasil kondensasi (receiver), sedangkan untuk penyulingan uap

diperlukan bagian tambahan yaitu ketel uap.

1. Ketel Suling

Ketel suling digunakan sebagai tempat air atau uap untuk mengadakan kontak

langsung dengan bahan, serta untuk menguapkan Eteris. Pada bentuk

sederhana ketel suling berbentuk silinder atau tangki, yang mempunyai

diameter sama atau lebih kecil dari tinggi tangki. Tangki tersebut dilengkapi

dengan tutup yang dapat dibuka dan diapitkan pada bagian atas penampang

ketel. Pada atau dekat penampang atas tangki dipasang pipa berbentuk leher

angsa untuk mengalirkan uap ke kondensor (Guenther, 1947).

Tugas 2 : PPMA

10 | H a l


2. Ketel Uap/Boiler

Ketel uap adalah pembangkit uap/dimana air dipanaskan di bawah tekanan,

dimana uap ini berfungsi sebagai zat pemindah tenaga kaloris. Melalui api dan

gas asap kalor dipindahkan dari bahan bakar ke air dan uap melalui dinding

bidang pemanas, kemudian uap dapat disalurkan ke pemakai sesuai dengan

tujuan penggunaannya (Tambunan dan Karo-karo dalam Sunarto, 1992).

3. Kondensor (Pendingin)

Pendingin berfungsi untuk mengubah seluruh uap air dan uap minyak menjadi

fase cair. Jumlah panas yang dikeluarkan pada peristiwa kondensasi sebanding

dengan panas yang diperlukan untuk penguapan uap minyak dan uap air serta

jumlah kecil panas tambahan dikeluarkan untuk mendinginkan hasil

kondensasi, yang berguna untuk menjaga supaya suhunya di bawah titik didih

(Guenther, 1947).

Kondensor yang paling umum digunakan adalah kondensor berpilin (coil

condenser) yang dimasukkan ke dalam tangki berisi air dingin yang mengalir.

Arah aliran air pendingin berlawanan dengan arah uap air dan uap minyak.

4. Oil Separator

Alat ini digunakan untuk memisahkan minyak dari air suling. Jumlah volume

air suling selalu lebih besar dari jumlah minyak, dalam hal ini diperlukan agar

air suling tersebut terpisah secara otomatis dari Eteris. Eteris dan air suling

tidak melarut; karena perbedaan bobot jenis maka larutan tersebut akan

terpisah dimana minyak tersebut berada di atas lapisan air, hal ini yang

merupakan prinsip kerja dasar dari alat ini (Guenther, 1947).

Tugas 2 : PPMA

11 | H a l


B. EKSTRAKSI

Ekstraksi pada prinsipnya adalah teknik pemisahan (separasi) komponen yang

diinginkan (solute) dari cairan (solvent) dengan mengeksploitasi perbedaan sifat

kelarutan dari masing-masing komponen campuran terhadap jenis pelarut

tertentu.. Pelarut yang digunakan harus dapat mengekstrak substansi yang

diinginkan tanpa melarutkan material lainnya.

Teknik ekstraksi banyak digunakan dalam proses produksi, seperti : minyak

goreng (terutama dari biji-bijian), aroma dan minyak atsiri, kopi bebas kafein, dan

gula. Teknik ekstraksi lainnya misalnya menggunakan air untuk mengambil

pigmen alami dari tumbuhan, seperti: daun, dan lain-lain

Dalam kaitannya dengan minyak atsiri, teknik ekstraksi ini biasanya digunakan

pada bahan atau minyak atsiri yang mudah rusak oleh panas, kandungan

minyak atsirinya sangat rendah, serta pada bahan yang bersifat

thermolabile, dalam hal ini adalah minyak bunga-bungaan seperti melati, mawar,

atau sedap malam.

Gambar 8. Peralatan dan proses pengambilan minyak atsiri dengan ekstraksi

Untuk melarutkan minyak atsiri yang terdapat pada bunga-bungaan tersebut,

maka dibutuhkan pelarut yang biasanya adalah pelarut organik yang bersifat non-

polar. Contoh lain misalnya ekstraksi minyak atsiri dari biji pala (Myristica fragrans).

Tugas 2 : PPMA

12 | H a l


Pertama-tama yang dilakukan adalah mengambil kandungan minyak-lemak dari

bijinya, baru kemudian dilakukan pemurnian untuk mendapat-kan minyak esensial

atsirinya saja.

Terdapat empat metode ekstraksi yang dapat dilakukan, yaitu :

a. Maceration

Bahan terutama bunga direndam dalam minyak panas untuk memecah sel-

sel yang mengandung minyak atsiri kemudian minyak panas akan menyerap

minyak atsiri. Minyak yang mengandung minyak atsiri dipisahkan dari

bahan dengan penyaringan atau dekanter.

b. Enfleurage

Kaca dalam frame (disebut chassis) dilapisi dengan lemak binatang/

tumbuhan yang tidak berbau dan murni. Kemudian bunga segar yang baru

dipetik ditempelkan pada lemak lalu ditutup.

Minyak atsiri akan terserap oleh lemak, bunga diganti dengan yang segar

lagi sampai lemak menjadi jenuh dengan minyak atsiri. Setelah jenuh bunga

diambil (defleurage). Campuran lemak dan minyak atsiri ini disebut

Pomade. Pamade dicuci dengan alkohol hingga minyak atsiri larut dalam

alkohol.

Dengan cara distilasi akan diperoleh minyak atsiri. Cara ini sangat mahal

dan memerlukan tenaga yang cukup banyak. Bahan yang diproses dengan

cara ini contohnya tuberose dan jasmine.

c. Volatile Solvent

Yaitu ekstraksi minyak atsiri dengan pelarut menguap. Semua minyak yang

diekstraksi dengan pelarut menguap mempunyai warna gelap, karena

mengandung pigmen alamiah yang bersifat tidak dapat menguap.

Sebaliknya minyak hasil penyulingan uap umumnya berwarna cerah dan

bersifat larut dalam alkohol 95 %. Minyak atsiri dapat diekstraksi memakai

hexan, metanol, etanol, petrloleum eter, atau benzen.

Benzen sekarang tidak dipakai lagi karena bersifat carcinogenic (bisa

menyebabkan kanker). Minyak atsiri yang diambil dengan cara ini

Tugas 2 : PPMA

13 | H a l


mempunyai aroma hampir sama denga aslinya. Minyak atsiri banyak yang

dipungut dengan cara ini, akan tetapi banyak yang tidak mau memakainya

untuk aroma terapi?? Karena ada sisa solvent pada produk akhir minyak

atsiri. Solvent yang tertinggal 6 – 20%. Dengan memakai hexan, solven yang

tersisa hanya 10 ppm. Hasil akhir cara ini disebut concrete. Concrete dapat

dilarutkan dalam alkohol untuk memisahkan solvennya. Bila alkohol

diuapkan akan dihasilkan absolute. Absolute atau concrete dapat dipakai untuk

perfume tapi tidak untuk skin care. Contoh tanaman yang diproses dengan

cara ini adalah jasmine, hyacinth, narcissus, tuberose.

Cara kerja ekstraksi dengan pelarut menguap cukup sederhana, yaitu

dengan cara memasukkan bunga yang akan diekstraksi ke dalam ketel

ekstraktor khusus, dan kemudian ekstraksi berlangsung secara sistematik

pada suhu kamar, dengan menggunakan pelarut menguap. Pelarut akan

berpentrasi ke dalam bahan (bunga) dan melarutkan minyak bunga beserta

beberapa jenis lilin dan albumin serta zat warna. Larutan tersebut

selanjutnya dipompa ke dala evaporator dan minyak dipekatkan pada suhu

rendah. Setelah semua pelarut diuapkan dalam keadaan vakum, maka

diperoleh minyak bunga yang pekat. Dan suhu harus dijaga tetap rendah

selama proses ini berlangsung. Dengan demikian uap aktif yang terbentuk

tidak akan merusak persenyawaan minyak bunga.

Keuntungan dari metode ini adalah minyak bunga yang dihasilkan lebih

mendekati bau bunga alamiah bila dibandingkan dengan mutu minyak

bunga hasil penyulingan.

Sedangkan kerugian ekstraksi dengan pelarut memerlukan alat yang rumit

dan mahal dan juga membutuhkan tenaga kerja yang terlatih. Biaya

ekstrakksi relatif mahal dan sedikit saja kesalahan dalam proses dapat

mengakibatkan kerugian yang sangat besar. Hilangnya pelarut sela proses

berlangsung akan menambah biaya produksi minyak bunga alamiah dan

kehilangan pelarut ini tidak dapat dihindarkan. Ekstraksi dengan

menggunakan pelarut baik digunakan untuk bahan yang memiliki nilai

ekonomi tinggi terutama minyak bunga.

Tugas 2 : PPMA

14 | H a l


d. Hypercritical CO2 extraction

Cara ini relatif baru dan mahal, tetapi menghasilkan minyak atsiri dengan

kualitas yang baik. CO2 menjadi hypercritical pada 33oC dan tekanan 200

atm, pada kondisi ini tidak benar-benar gas atau cair. CO2 pada kondisi ini

merupakan solven terbaik karena suhunya rendah dan waktunya sangat

singkat/ instan. CO2 bersifat inert dan dengan menurunkan tekanan akan

segera dapat memisahkan minyak atsiri dari solvennya.

Pemilihan pelarut

Faktor yang paling menentukan berhasilnya proses ekstraksi adalah mutu dari

pelarut yang dipakai. Pelarut yang ideal harus memenuhi syarat sebagai berikut :

1. Harus dapat melarutkan semua zat wangi bunga dengan cepat dan

sempurna, dan sedikit mungkin melarutkan bahan seperti lilin, pigmen,

senyawa albumin dengan perkataan lain pelarut harus bersifat selektif.

2. Harus mempunyai titik didih yang cukup rendah agar pelarut mudah

diuapkan tanpa menggunakan suhu tinggi. Namun titik didih pelarut tadi

tidak boleh terlalu rendah karena hal ini akan mengakibatkan hilangnya

sebagian pelarut akibat penguapan pada musim panas.

3. Pelarut tidak boleh larut dalam air.

4. Pelarut harus bersifat inert sehingga tidak bereaksi dengan komponen

minyak bunga.

5. Pelarut harus mempunyai titk didih yang seragam dan jika diuapkan tidak

akan tertinggal di dalam minyak. Pelarut dengan titik didih tinggi akan

tertinggal dalam minyak setelah proses penguapan sehingga mempengaruhi

aroma minyak bunga yang dihasilkan.

6. Harga pelarut harus serendah mungkin dan tidak mudah terbakar.

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju ekstraksi adalah:

Tipe persiapan sampel

Waktu ekstraksi

Kuantitas pelarut

Suhu pelarut

Tipe pelarut

Tugas 2 : PPMA

15 | H a l


C. METODE MEKANIK

Sering disebut dengan expression, yaitu dengan cara cold pressing tidak ada

panas yang dibutuhkan pada cara ini. Prosesnya adalah penekanan/pemerasan

(squeezing) Kacang-kacangan dan biji-bijian bisa diambil minyaknya dengan

pengepresan secara mekanik.

Gambar 9. Proses pengambilan minyak atsiri dengan metode mekanik

Minyak atsiri yang dipungut dengan cara ini adalah citrus oil (bergamot,

grapefruit, lemon, lime, mandarin, orange, dan tangerine). Ada 3 cara yang

berbeda untuk memungut citrus oil, yaitu:

Sponge

Ecuelle a piquer (=basin, to prick/prod)

Machine abrasion

a. Sponge,

Dulu dilakukan secara manual (dengan tangan). Daging buah dipisahkan,

kulit buah dan biji direndam dalam air panas. Setelah lebih elastis kemudian

sponge/busa ditempelkan pada kulit buah lalu diperas/ditekan. Minyak

atsiri yang keluar akan terserap oleh sponge. Setelah jenuh, dikumpulkan

dengan cara memeras sponge.

Tugas 2 : PPMA

16 | H a l


b. Equelle a piquer

Cara ini lebih hemat tenaga daripada sponge. Metode ini tidak lagi

dilakukan dengan cara manual tapi dengan alat yang yang diputar dan

dilengkapi paku-paku pada pinggirnya untuk menusuk oil cells pada kulit

buah. Minyak atsiri dan pigmen dapat dikeluarkan dari kulit buah,

kemudian minyak atsirinya dapat dipisahkan.

Gambar 10. Peralatan pengambilan minyak atsiri dengan metode mekanik

c. Machine abrasion

Hampir sama dengan cara (b). Mesin dapat melepaskan kulit buah dan

memasukkannya ke dalam centrifuge dengan menambahkan air. Pemisahan

secara sentrifugal ini berjalan sangat cepat, tetapi karena minyak atsiri

bercampur dengan zat-zat lain, kemungkinan dapat terjadi perubahan

karena pengaruh enzim.

Gambar 11. Pengambilan

minyak atsiri dengan

metode mekanik

Education

Tugas 2 Ppma Murliadi Palham Tikm B