ABSTRAK
Kelapa merupakan salah satu komoditas ekspor yang besar bagi Indonesia. Salah satu produk yang dewasa ini mulai diminati pasar adalah Virgin Coconut Oil (VCO). VCO merupakan minyak kelapa yang diperoleh lewat pemanasan minimal dan tanpa proses pemurnian kimiawi. Pembuatan Virgin Coconut Oil secara konvensional dilakukan dengan cara fermentasi dan sentifugasi. Dalam perkembanganya ditemukan kendala,sehingga dikembangkan teknologi membran berupa ultrafiltrasi dan reverse osmosis. Ultrafiltrasi digunakan pada proses pemisahan produk dan reverse osmosis diapikasikan pada proses pemurnian produk. Dengan melalui kedua tahapan tersebut,diharapkan VCO yang diperoleh memiliki kemurnian dannilai ekonomis yang jauh lebih tinggi. Meskipun demikian,teknologi membran ini juga memiliki kekurangan yaitu adanya fouling dan polarisasi konsentrasi,serta anggapan bahwa teknologi membran merupakan teknologi yang mahal. Untuk mengatasinya,perlu adanya penelitian dan pengembangan lebih lanjut.
Kata kunci : kelapa, VCO, ultrafiltrasi, reverse osmosis, membran
PENDAHULUAN
Kelapa (Coconut nucifera) memiliki peran yang strategis bagi masyarakat Indonesia. Hal ini terlihat dari areal perkebunan kelapa di Indonesia yang memiliki luas terbesar di dunia. Produk utama yang dikembangkan dari industri kelapa secara terintegerasi adalah minyak kelapa murni atau Virgin Coconut Oil (VCO).
VCO merupakan minyak kelapa yang diperoleh lewat pemanasan minimal dan tanpa proses pemurnian kimiawi. Produk ini memiliki banyak manfaat bagi kehidupan manusia sehingga perlu dikembangkan dalam skala yang lebih besar dengan proses yang lebih ekonomis.
Pembuatan Virgin Coconut Oil secara konvensional dilakukan dengan cara fermentasi dan sentifugasi. Kedua metode ini pada prinsipnya sama, perbedaaannya terletak pada proses pemisahan produk. Kedua metode ini memiliki kekurangan yaitu waktu yang lama pada proses fermentasi dan kesulitan pemisahan produk pada proses sentrifugasi. Untuk mengatasi kendala-kendala tersebut mulai dikembangkan teknologi membran berupa ultrafiltrasi dan reverse osmosis. Dengan kedua tahapan tersebut diharapkan dapat diperoleh produk dengan kualitas yang baik dan kemurnian tinggi.
PEMBAHASAN
Kelapa (Cocos nucifera)adalah komoditas penting di Indonesia. Hal ini terlihat dari total luas areal perkebunan kelapa di Indonesia yang mencapai 3,712 juta hektar (31,4%) dan merupakan luas areal perkebunan kelapa terbesar di dunia.
Melalui penggunaan teknologi yang tepat dan penerapan prinsip-prinsip dasar optimasi proses, pengolahan kelapa yang selama ini dipraktikkan secara konvensional dapat diperbaiki sehingga kualitas produk yang dihasilkan dapat ditingkatkan dan pemanfaatan hasil samping yang mengandung potensi ekonomi yang lebih tinggi. Produk utama yang dikembangkan dari industri kelapa secara terintegerasi adalah minyak kelapa murni atau Virgin Coconut Oil (VCO).
Produk VCO yang dihasilkan kelapa mengandung molekul lemak yang disebut MCT (Medium Chain Triglyserida). Molekul lemak ini mirip dengan lemak yang terdapat pada air susu ibu (ASI) dan mempunyai efek nutrisi yang sama. Selain itu VCO mengandung asam lemak-asam lemak yang mempunyai sifat-sifat yang unik, di antaranya:
1. Memiliki sifat anti mikroba dan anti virus
2. Memiliki sifat menyehatkan secara umum
3. Memiliki sifat-sifat fisik yang menguntungkan
4. Menyehatkan kulit
5. Membantu mengurangi berat badan
6. Memiliki pengaruh positif yang terkait dengan penyakit diabetes, kolesterol tinggi, hypotiroid, pencernaan buruk, dan penyakit jantung
Pada awalnya pembuatan VCO dilakukan dengan dua metode konvensional yaitu fermentasi dan sentrifugasi. Pada proses fermentasi digunakan mikroba untuk memisahkan minyak dengan protein. Mikroba membantu menggumpalkan protein dalam santan agar terpisah dari minyak.Sedangkan pada proses dengan sentrifugasi,pengolahan awalnya sama dengan proses fermentasi hanya dalam teknik pengambilan minyaknya dilakukan dengan sentrifugasi.
Proses inti pada pembuatan VCO terletak pada pemisahan minyak dari air dan protein. Pada berbagai proses, pemisahan tersebut dilakukan dengan memanfaatkan berat jenis minyak yang lebih ringan. Akan tetapi, cara tersebut mempunyai kendala yaitu waktu yang lama (pada cara fermentasi), serta kesulitan dalam kemurnian produk(pada cara sentrifugasi, karena pemisahan dilakukan dengan dengan cara dekantasi).
Berkembangnya teknologi membran memberikan alternatif proses lain pada produksi VCO. Dengan memanfaatkan besar molekul, kendala pemisahan, di antaranya waktu yang lama, serta kemurnian produk pada proses lain dapat diatasi. Proses pemisahan dan pemurnian pruduk VCO dengan memakai teknologi membran dikembangkan dalam dua tahap yaitu ultrafiltrasi dan reverse osmosis.
Karakteristik Membran yang digunakan:
1. Pada tahap ultrafiltrasi
Proses membran Ultrafiltrasi (UF) merupakan upaya pemisahan dengan
membran yang menggunakan gaya dorong beda tekanan sangat dipengaruhi
oleh ukuran dan distribusi pori membran (Malleviale, 1996). Proses pemisahan
terjadi pada partikel-partikel dalam rentang ukuran koloid. Membran ini
beroperasi pada tekanan antara 1-5 bar dan batasan permeabilitasnya adalah 10-
50 l/m2.jam.bar.
Spesifikasi ultrafiltrasi yang akan digunakan untuk pemisahan protein dari air dan
minyak dalam produksi VCO, adalah sebagai berikut:
· Membran : asimetrik porous
· Modul : plate and frame
Modul plate and frame yang digunakan pada proses ultrafiltrasi memiliki kelebihan pada kemampuan menampung suspended solid (SS). Kemampuan menampung suspended solid menjadi pertimbamngan utama pada pemilihan ultrafiltrasi untuk memproduksi VCO, karena protein yang akan dipisahkan berbentuk suspended solid.
· Ketebalan : 150 μm
· Ukuran pori : 2 nm
· Driving force : tekanan (5 bar)
· Prinsip pemisahan : sieving mechanism
· Material membran : polysulfone
Polysulfone merupakan keluarga polimer thermoplastic. They contain the subunit aryl -SO 2 -aryl, the defining feature of which is the sulfone group.Polysulfone berisi sub-unit aryl-SO 2-aryl, yang mendefinisikan fitur yang merupakan sulfone grup. These polymers are known for their toughness and stability at high temperatures. Polimer ini memiliki kekerasan dan stabilitas pada suhu tinggi.Selain itu juga bersifat kaku dan transparan serta mampu mempertahankan sifatnya pada rentang suhu-100 ° C sampai 150 ° C.Namun dapat ber transisi jika mencapai suhu 185° C.Secara mekanis, polysulfone memiliki daya tahan tinggi terhadap compaction, sehingga direkomendasikan untuk digunakan di bawah tekanan tinggi. Polysulfone sangat tahan terhadap asam mineral, alkali, dan electrolytes, dalam pH berkisar antara 2 sampai 13. It is resistant to oxidizing agents, therefore it can be cleaned by bleaches .Selain itu juga tahan terhadap surfactants dan zat air arang minyak serta oxidizing agen, sehingga dapat dibersihkan oleh bleaches. Juga stabil di aqueous asam dan non-polar larutan serta larut dalam dichloromethane dan methylpyrrolidone.It is also resistant to surfactants and hydrocarbon oils .It is not resistant to low-polar organic solvents (eg. ketones and chlorinated hydrocarbons ), and aromatic hydrocarbons .Namun tidak tahan terhadap larutan organik dengan polaritas yang rendah (misalnya ketones dan chlorinated hidrokarbon), dan hidrokarbon aromatik selain itu jika terjadi kontak dengan zat berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan timbulnya cracking film membran. Mechanically, polysulfone has high compaction resistance, recommending its use under high pressures.They contain the subunit aryl -SO 2 -aryl, the defining feature of which is the sulfone group.Polysulfones were introduced in 1965 by Union Carbide .Polysulfones telah diperkenalkan pada tahun 1965 oleh Union Carbide. Due to the high cost of raw materials and processing, polysulfones are used in specialty applications and often are a superior replacement for polycarbonates . Karena tingginya biaya bahan baku dan pengolahan, polysulfones khusus digunakan dalam aplikasi dan untuk penggantian polycarbonates.
Stuktur kimia poysulfone:
Gambar Morfologi membran untuk ultrafiltrasi dari polysulfone.
2. Pada tahap reverse osmosis
Salah satu teknologi membran yang banyak digunakan saat ini yaitu reverse osmosis (RO). Proses ini merupakan kebalikan dari osmosis. Proses ini terjadi secara alami sehingga tidak membutuhkan energi.
Spesifikasi reverse osmosis yang akan digunakan untuk pemisahan asam lemak
dari air dalam produksi VCO, adalah sebagai berikut:
- Membran : asimetrik
- Modul :hollow fiber
Pemilihan hollow fiber pada reverse osmosis berdasarkan pada pertimbangan packing densitynya yang tinggi. Hal tersebut perlu dilakukan mengingat pemisahan asam lemak dengan air relatif sulit, sehingga diperlukan luas membran yang cukup besar untuk mencapai spesifikasi produk yang diinginkan.
- Ketebalan : sublayer = 150 mm; toplayer = 1mm
- Ukuran pori : <>
- Driving force : tekanan (20 bar)
- Prinsip pemisahan : solution – diffusion
· Material membran : cellulose triacetate
Selulosa asetat adalah suatu senyawa kimia buatan yang digunakan dalam film fotografi dan merupakan komponen dalam bahan perekat,serta sebagai serat sintetik.Secara kimia, selulosa asetat adalah ester dari asam asetat dan selulosa. Senyawa ini pertama kali dibuat pada tahun 1865. Selulosa asetat atau acetate rayon fiber (1924) merupakan salah satu serat sintetik yang pertama diproduksi berdasarkan pada cotton or tree pulp cellulose ("biopolymers"). Selulosa asetat merupakan serat dengan kualitas bagus yang diproduksi dengan biaya rendah (murah).Sifatnya halus, lembut, kering, ulet, rendah ketahanannya terhadap abrasi, tidak menimbulkan alergi,tidak tahan panas, serta bersifat hidrofilik (suka terhadap air), tahan terhadap pembentukan fouling.
Operasi proses ultrafiltrasi dan reverse osmosis
Operasi membran dapat diartikan sebagai proses pemisahan dua atau lebih komponen dari aliran fluida melalui suatu membran. Membran berfungsi sebagai penghalang (Barrier) tipis yang sangat selektif diantara dua fasa, hanya
dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu
aliran fluida yang dilewatkan melalui membran (Mulder, 1996). Proses
membran melibatkan umpan (cair dan gas), dan gaya dorong (driving force)
akibat perbedaan tekanan (P), perbedaan konsentrasi (C) dan perbedaan
energi (.E).
Berkembangnya teknologi membran memberikan alternatif proses lain pada
produksi VCO. Dengan memanfaatkan besar molekul, kendala pemisahan,
diantaranya waktu yang lama serta kemurnian produk pada proses lain, dapat
dihindari.
Skema pembuatan VCO dengan aplikasi teknologi membran.
Penyantanan
Air
Ampas kelapa
Ultra filtrasi
Protein
Reverse osmosis
Air
VCO
Proses produksi VCO dengan memakai teknologi membran yang
a. Pemisahan daging buah dan tempurung.
Buah kelapa yang digunakan hendaknya cukup tua. Daging buah kelapa
dipisahkan dari tempurungnya dengan menggunakan linggis.
b. Pemarutan
Pemarutan ini berfungsi untuk memperkecil ukuran dan merusak sel-sel
daging buah kelapa agar minyaknya mudah dikeluarkan.
c. Pemerasan
Parutan kelapa diperas untuk mendapatkan santannya. Minyak dapat
dikeluarkan dari buah kelapa dengan membentuk emulsi santan dengan air
d. Penyaringan
Untuk memisahkan santan yang dihasilkan dengan cake (parutan kelapa
yang sudah diperas).
e. Pemisahan
Dilakukan secara dua tahap yaitu:
a. ultrafiltrasi, untuk memisahkan protein dari air dan minyak
b.reverse osmosis, untuk memisahkan minyak dari airVCO yang dihasilkan dengan melibatkan teknologi membran ini diharapkan dapat mempermudah produksi VCO dengan spesifikasi produksi yang berkualitas sangat tinggi.
Proses Ultrafiltrasi
Proses membran Ultrafiltrasi (UF) merupakan upaya pemisahan dengan membran yang menggunakan gaya dorong beda tekanan sangat dipengaruhi oleh ukuran dan distribusi pori membran (Malleviale, 1996). Proses pemisahan terjadi pada partikel-partikel dalam rentang ukuran koloid. Terjadinya perpindahan disebabkan adanya driving force. Proses perpindahan karena adanya driving force berupa beda potensial kimia, lebih spesifik lagi disebabkan oleh faktor tekanan.
Sistem aliran yang digunakan adalah sistem aliran dead-end .Sistem ini dipilih mengingat kemudahan dalam pembuatan alat dan operasinya. Selain itu mengingat kontaminan yang akan dipisahkan terdapat dalam konsentrasi yang relatif rendah, maka sistem dead-end akan lebih menguntungkan dibanding sistem aliran cross-flow.Sistem operasi yang dipilih adalah kontinyu sinngel pass. Pemakaian sistem operasi single pass pada ultrafiltrasi disebabkan oleh kemudahan pemisahan protein yang berbentuk Suspended Solid dari larutan, selain itu tidak diperlukan spesifikasi tertentu untuk produknya .Waktu yang diperlukan pada ultrafiltrasi sangat singkat karena memakai sistem single pass.
Gambar Sistem operasi single pass.
Proses Reverse osmosis
Salah satu teknologi membran yang banyak digunakan saat ini yaitu reverse osmosis (RO). Proses ini merupakan kebalikan dari osmosis. Pada osmosis, pelarut berpindah dari daerah berkonsentrasi rendah (hipotonik) ke daerah berkonsentrasi tinggi (hipertonik) sehingga konsentrasi di kedua daerah menjadi berimbang. Proses ini terjadi secara alami sehingga tidak membutuhkan energi. Contoh osmosis yang terjadi di alam yaitu penyerapan air oleh akar tanaman. Berbeda dengan osmosis, RO terjadi dengan arah yang berlawanan yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Untuk melawan gradien konsentrasi, dibutuhkan energi eksternal berupa tekanan. Perpindahan pada reverse osmosis disebabkan oleh beda potensialkimia, lebih spesifik lagi disebabkan oleh faktor tekanan.Fluks air (atau pelarut) sebanding dengan perbedaan tekanan efektif sedangkan fluks solute,sebanding dengan perbedaan konsentrasi.Pola aliran yang digunakan dalam reverse osmosis adalah cross flow. Sistem operasi yang dipilih pada reverse osmosis adalah system batch. Pemilihan system batch pada reverse osmosis didasarkan pada pertimbangan pemisahan asam lemak dari air yang relatif lebih sulit serta untuk memenuhi spesifikasi produk yang telah ditetapkan. Dengan waktu proses diperkirakan selama 30 menit untuk menghasilkan produk yang sesuai spesifikasi.
Gambar Sistem operasi batch.
Gambar Pola Aliran
Parameter kinerja membran:
Karakteristik kinerja membran digambarkan oleh retention dan permeation rate. Secara umum pemisahan dengan membran terdiri dari tiga aliran utama yaitu umpan, permeate dan retentate. Konsentrasi umpan akan lebih kecil dari permeate atau retentate nya. Berdasarkan fenomena tersebut maka ada beberapa parameter proses yang dapat membedakan proses satu dengan proses lainnya Baik pada proses ultrafiltrasi maupun reverse osmosis produksi VCO, diharapkan rejeksi dan selektifitas yang tinggi, untuk menghasilkan produk yang diinginkan Sistem yang memakai resirkulasi adalah pada bagian reverse osmosis yang bertujuan untuk mencapai spesifikasi produk.
Kendala-kendala yang dihadapi
1. Fouling
Fouling merupakan perubahan irreversible pada membrane yang terjadi melalui mekanisme adsorbsi pore blocking atau pembentukan lapisan gel. Parameter yang akan digunakan untuk mengukur fouling adalah membrane filtration index (MFI).
Untuk produksi VCO ini, beberapa metode yang digunakan untuk mengurangi fouling, yaitu:
Ø umpan sebelum masuk unit ultafiltrasi sudah dilakukan pretreatment
Ø dengan adanya unit filtrasi, untuk menahan parutan kelapa
Ø unit ultrafiltrasi sebagai pretreatment sebelum memasuki unit reverse
Ø osmosis
Ø properties membran disesuaikan dengan kondisi umpan
Ø dilakukan cleaning dengan hydraulic dan mechanical cleaning
Ø kondisi proses dilakukan agar polarisasi konsentrasinya rendah.
2. Polarisasi konsentrasi
Polarisasi konsentrasi terjadi karena konsentrasi di sekitar permukaan membrane naik yang disebabkan tertahannya solute oleh membran. Akan tetapi hal ini dapat diimbangi dengan perpindahan solute dari permukaan membran menuju ke arah umpan masuk. Sehingga pada pengimplementasiannya, konsentrasi protein pada ultrafiltrasi dan konsentrasi VCO pada reverse osmosis yang tertinggi ada di dekat permukaan membran sesuai dengan fenomena polarisasi konsentrasi yang umum terjadi pada membran.
Konsekuensi dari peristiwa polarisasi konsentrasi tersebut antara lain:
- penyerapan akan lebih rendah, merupakan kasus yang umum untuk solute dengan Mr yang rendah,
- penyerapan akan lebih tinggi, terjadi pada campuran makromolekul solute ketika polarisasi konsentrasi dapat mempengaruhi selektivitas,
- fluks akan lebih rendah, fluks sebanding dengan driving force, karena polarisasi konsentrasi
- menaikkan resistance yang menyebabkan driving force turun, maka fluks akan menurun.
Polarisasi konsentrasi dapat dikendalikan dengan meningkatkan turbulensi (kecepatan aliran) dan dengan pemasangan baffle.
Pemeliharaan membran :
Pemeliharaan yang harus dilakukan untuk proses ultrafiltrasi dan reverse osmosis
ini, yaitu:
· pembersihan membran dengan mechanical dan hydraulical cleaning
· penggantian membran
Penggantian membran pada reverse osmosis akan sering terjadi disebabkan bahan
membran yang digunakan adalah cellulose acetate yang tidak tahan lama.
A. Kesimpulan
- Virgin Coconut Oil (VCO) memiliki banyak manfaat sehingga produksinya perlu dikembangkan dalam skala yang besar.
- Teknologi membran berupa ultrafiltrasi dan reverse osmosis merupakan terobosan untuk mengatasi kendala-kendala yang ditemukan pada cara produksi VCO secara konvensional sehingga dapat dihasilkan produk dengan kualitas yang lebih tinggi.
