Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tuntutan dunia dalam menjaga lingkungan semakin menjadi topik utama dalam perkembangan ilmu pengetahuan. Isu mengenai industri dengan konsep berkelanjutan pun hangat diperbincangkan di Indonesia beberapa tahun belakangan ini. Berkembangnya populasi manusia dan meningkatnya aktifitas industri menyebabkan emisi CO2 di atmosfer semakin meningkat. Efek pemanasan global yang ditimbulkan oleh gas CO2 tersebut semakin parah seiring dengan bertambahnya konsentrasi CO2 di amosfer. Salah satu cara untuk mengurangi gas CO2 di atmosfer adalah dengan cara memanfaatkan gas CO2 tersebut untuk dimanfaatkan kembali dalam proses di industri kimia yang memerlukan CO2. Senyawa CO2 memiliki sifat dapat larut di kebanyakan senyawa organik yang sering dimanfaatkan sebagai pelarut (solvent), maka salah satu pemanfaatan CO2 yang bisa dilakukan adalah dengan menggunakan gas CO2 tersebut sebagai pelarut. Namun, karena pada kondisi atmosferis, senyawa CO2 berbentuk gas, maka pemanfaatan CO2 sebagai pelarut harus dilakukan dengan cara penekanan atau pendinginan. Teknologi ekstraksi dengan menggunakan CO2 yang telah banyak dilakukan adalah dengan menggunakan CO2 tersebut dalam fasa superkritisnya.
1
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
Ekstraksi superkritis banyak diaplikasikan untuk mengekstrak senyawa esensial dari berbagai sumber di alam. Bebarapa contoh ekstraksi menggunakan CO2 superkritis antara lain: Ekstraksi senyawa-senyawa esensial dari daun coriander (Zorca, 2006), ekstraksi senyawa kafein dari biji kopi (Peker, 1992), dan ekstraksi senyawa γ-oryzanol dari bekatul (Xu and Godber, 2000). Beberapa kelebihan utama proses ekstraksi superkritis antara lain: kelarutan senyawa esensial yang dapat diubah dengan cara mengubah tekanan CO2 superkritis, kelarutan yang lebih selektif dibandingkan dengan pelarut organik, dan mudahnya dalam proses pemisahan. Di lain pihak, kelemahan utama dalam ekstraksi superkritis menggunakan CO2 adalah penggunaan tekanan yang sangat besar, sehingga membutuhkan biaya untuk kompresi. Selain itu, ekstraksi superkritis memerlukan peralatan ekstraksi yang tahan terhadap tekanan yang sangat tinggi. Ekstraksi secara konvensional menggunakan pelarut senyawa organik adalah yang paling banyak dilakukan saat ini. Proses yang sederhana, tidak diperlukannya suhu dan tekanan yang tinggi, dan proses recovery pelarut yang relatif mudah menjadi kelebihan utama dari proses ini. Namun, proses ekstraksi dengan menggunakan pelarut secara konvensional ini seringkali dihindari karena harga pelarut yang mahal dan kurang cocok untuk bahan makanan atau obatobatan. Selain itu, isu mengenai keselamatan proses, kesehatan, dan lingkungan (Safety, Health, and Environment) juga mendorong dalam pembatasan penggunaan senyawa-senyawa organik sebagai pelarut yang diantaranya merupakan senyawa turunan minyak bumi dan bersifat beracun. Pada penelitian ini akan dilakukan proses ekstraksi dengan mengkombinasikan pelarut organik
2
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
dan gas CO2 sehingga diharapkan akan mengurangi jumlah kebutuhan pelarut organik dan sekaligus memanfaatkan CO2 yang menimbulkan permasalahan lingkungan. CO2 yang dilarutkan
ke dalam senyawa
organik
dengan
cara
menginjeksikan ke dalamnya akan menyebabkan ekspansi volume dari senyawa tersebut (gambar 1). Sistem yang tebentuk dinamakan Gas-expanded Liquid (GXL). Ekstraksi dengan menggunakan GXL mempunyai kelebihan dibandingkan ekstraksi dengan menggunakan CO2 superkritis, karena sistem GXL hanya menggunakan tekanan yang lebih rendah (20-60 atm) dibandingkan sistem superkritis yang menggunakan tekanan 100-200 atm (Ford, 2007). Selain itu, ekspansi volume yang besar dapat menurunkan kebutuhan pelarut tersebut sebagai pelarut (Ford, 2007). Sistem GXL dapat mempertahankan kelebihan sifat fisis dari sistem superkritis sekaligus dapat mempertahankan kekuatan pelarutan dari pelarut murni.
Gambar 1. Gas-expanded Liquid Penelitian mengenai berbagai aplikasi dari GXL sudah mulai dilakukan sejak tahun 2000. Saunders (2011) pada disertasinya membahas mengenai kegunaan dari GXL sebagai tunable solvent dalam aplikasi teknologi nanopartikel. Pada disertasi tersebut dijelaskan mengenai bagaimana GXL dapat 3
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
membantu peleburan partikel berukuran nano secara selektif. Selain itu, disertasi yang dikerjakan oleh Ford (2007) membahas kegunaan dari GXL pada berbagai reaksi organik seperti reaksi substitusi nukleofilik dan reaksi hidroformulasi. Pada disertasi tersebut dijelaskan juga bagaimana CO2 dapat membantu proses recycle dari katalis homogen yang digunakan dalam reaksi. Penggunaan GXL pada teknologi partikel, kristalisasi, dan reaksi (non-katalitik, katalitik homogen, katalitik heterogen) adalah yang paling banyak diteliti dan diaplikasikan. Pada penelitian ini proses ekstraksi dengan GXL akan diaplikasikan untuk pengambilan senyawa xanthone dari kulit manggis. Xanthone adalah senyawa yang terkenal sangat bermanfaat di dunia ilmu kesehatan. Ditemukannya xanthone sebagai senyawa anti-kanker dan berbagai manfaat lainnya telah mendorong banyak penelitian yang mempelajari senyawa xanthone tersebut. Berbagai macam senyawa derivatif xanthone dapat ditemukan dari berbagai sumber di alam. Kulit buah manggis adalah salah satu sumber di alam yang paling banyak mengandung senyawa xanthone. Buah manggis (Garcinia Mangostana) adalah buah yang berasal dari daerah tropis Asia Tenggara khususnya Indonesia. Ketersediaan buah manggis di Indonesia sangat melimpah dan banyak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Banyak sekali bahkan hampir seluruh masyarakat Indonesia belum mengetahui kandungan xanthone yang sangat bermanfaat di dalam kulit manggis, sehingga kulit manggis hanya dibuang tanpa dimanfaatkan lebih lanjut. Pemanfaatan kulit manggis yang mengandung banyak senyawa yang bermanfaat di Indonesia dinilai
4
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
masih kurang baik. Selain itu, pengetahuan mengenai metode pemanfaatan kulit manggis yang baik pun belum banyak diketahui.
1.2. Keaslian Penelitian Penelitian mengenai ekstraksi senyawa-senyawa esensial dari bahan alami sudah banyak dilakukan di dunia. Bahkan tidak sedikit dari banyak hasil penelitian tersebut telah digunakan dalam industri produksi senyawa-senyawa esensial
pada
skala
industri.
Ekstraksi
menggunakan
pelarut
organik
konvensional, uap air, maupun ekstraksi menggunakan fluida superkritis sudah banyak dikaji. Di Indonesia terdapat beberapa industri yang membuat jus kulit manggis. Hampir seluruh industri tersebut hanya merubah keseluruhan bentuk kulit manggis menjadi produk yang dapat dikonsumsi. Aplikasi pemanfaatan kulit manggis pun sudah diterapkan oleh masyarakat, selain dibuat dalam bentuk jus, ada pula yang hanya merebus kulit manggis dan mengkonsumsi air rebusan tersebut. Penelitian mengenai ektraksi senyawa xanthone dari kulit buah manggis dengan menggunakan pelarut organik seperti etil asetat, heksan, dan aseton, telah berhasil dilakukan oleh Zerena dan Udayana Sankar (2009). Proses ekstraksi xanthone dengan menggunakan CO2 superkritis pun telah berhasil diteliti oleh peneliti yang sama pada tahun 2011. Senyawa xanthone dapat pula diekstrak dengan menggunakan etanol (Pothitirat dan Gritsanapan, 2008)
5
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
Penelitian mengenai aplikasi menggunakan GXL sudah banyak dilakukan sejak awal tahun 2000. Aplikasi GXL pada reaksi non-katalitik, katalitik homogen maupun reaksi katalitik heterogen adalah yang paling banyak diteliti. Selain itu, penelitian proses kristalisasi untuk teknologi nanopartikel juga sudah banyak menggunakan GXL ini. Penlitian mengenai aplikasi GXL untuk proses ekstraksi senyawa esensial dari bahan alam belum banyak dilakukan, walaupun telah diketahui secara teori suatu sistem GXL dapat dirubah kekuatan pelarutannya hanya dengan memainkan tekanan sistem. Oleh karena hal-hal tersebut, penelitian mengenai ekstraksi senyawa xanthone dari kulit buah manggis dengan menggunakan GXL menjadi sangat menarik.
1.3. Manfaat Penelitian Pengembangan teknologi ekstraksi dengan menggunakan GXL diharapkan dapat memberikan alternatif metode ekstraksi yang saat ini ada yaitu ekstraksi meggunakan pelarut konvensional dan ekstraksi menggunakan fluida superkritis. Proses ekstraksi dengan menggunakan GXL diperkirakan dapat mengatasi beberapa kelemahan dari metode ekstraksi menggunakan konvensional sekaligus mengatasi beberapa kelemahan dari metode ekstraksi meggunakan fluida superkritis. Sehingga metode ekstraksi dengan menggunakan GXL ini diharapkan dapat memberikan pilihan proses yang lebih optimum. Jika ditinjau dari aspek lingkungan, pemanfaatan CO2 sebagai pelarut tambahan dalam bentuk GXL akan mengurangi jumlah penggunaan pelarut organik konvensional yang berpotensi mencemari lingkungan. Selain itu, pemanfaatan CO2 sebagai pelarut juga dapat mengurangi emisi CO2 ke atomosfer. 6
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
Akan tetapi, berbeda dengan pemanfaatan CO2 sebagai bahan baku sintesis senyawa lain seperti urea atau natrium bikarbonat (proses Solvay) yang dapat mengurangi emisi CO2 secara terus-menerus, pemanfaatan CO2 sebagai pelarut hanya dapat mengurangi emisi CO2 pada awal saja. Hal ini dikarenakan CO2 yang dimanfaatkan akan selalu di-recycle. Sehingga secara neraca massa tidak akan ada pengurangan jumlah CO2 di atmosfer secara terus menerus. Namun, memanfaatkan CO2 sebagai pelarut dalam suatu proses ekstraksi akan memperpanjang life-cycle dari CO2. Walaupun tidak dapat mengurangi emisi CO2 secara terus-menerus, namun dengan memperpanjang life-cylce CO2 maka dapat dianggap sebagai suatu kontribusi yang nyata dalam menangani masalah lingkungan. Dari segi senyawa yang akan diesktraksi, penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan mengenai senyawa xanthone di dalam kulit manggis. Senyawa xanthone yang banyak terkandung di dalam kulit buah manggis sangat bermanfaat di dunia kesehatan pada umumnya dan untuk pengobatan kanker pada khususnya. Ketersedian buah manggis yang melimpah di Indonesia dan tidak tersedianya bauh manggis di negara-negara selain negara-negara asia tenggara seharusnya dapat membuat produk-produk dari buah manggis menjadi komoditi utama yang dapat diunggulkan.
7
Sistem CO2-Etanol Dalam Bentuk Gas-Expanded Liquid (GXL) sebagai Pelarut untuk Ekstraksi Senyawa Xanthone dari Kulit Manggis
Ragaguci 11/341564/PTK/08535
1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini antara lain: -
Memperoleh alternatif proses ekstraksi senyawa esensial dari bahan alam selain dari proses ekstraksi menggunakan pelarut konvensional dan ekstraksi superkritis.
-
Membandingkan hasil ekstraksi antara proses ekstraksi menggunakan pelarut konvensional dengan ekstraksi menggunakan GXL.
-
Mempelajari kesetimbangan campuranan terner Etanol-xanthone-CO2 dari proses ekstraksi xanthone menggunakan pelarut dalam sistem CO2-etanol dalam bentuk Gas-expanded liquid.
8
