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