Perencanaan Pabrik Kimia

PERANCANGAN PABRIK PEKTIN DARI DAGING KULIT BUAH COKLAT

DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 390 TON/TAHUN

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia terletak di daerah tropis, dimana banyak menghasilkan tanaman hasil pertanian, salah satunya tanaman coklat. Pembangunan industri yang dilaksanakan di Indonesia adalah bagian dari usaha jangka panjang untuk merombak struktur ekonomi nasional. Hal ini sesuai dengan era industrialisasi yang sedang berkembang pada sekarang ini. Dengan memanfaatkan sumber daya alam, sumber daya energi dan sumber daya manusia. Pengembangan industri diusahakan kepada upaya perluasan kesempatan kerja. Banyak subsektor industri yang pembangunannya berkembang dengan pesat, salah satunya adalah industri kimia. Hal ini terjadi karena kebutuhan barang–barang hasil industri kimia terus meningkat sejalan dengan perkembangan zaman. Industri pektin adalah salah satu jenis produksi industri kimia yang dibutuhkan dan jumlahnya terus meningkat.

Pektin merupakan produk yang dibutuhkan oleh industri makanan, industri kosmetik dan industri obat–obatan. Sumber pektin dari tanaman hasil pertanian seperti pepaya, jeruk, apel, adpokat, nenas, coklat dan lain–lain. Salah satu tanaman yang mengandung pektin adalah tanaman coklat. Dimana yang diambil dari tanaman coklat adalah daging kulit buah coklat sebagai bahan baku pembuatan pektin.

1.2 Pengertian Pektin

Pektin merupakan polimer dari asam D–galakturonat yang dihubungkan oleh ikatan α–1,4 glikosidik. Sebagian gugus karboksil pada polimer pektin mengalami esterifikasi dengan metil (metilasi) menjadi gugus metoksil. Senyawa ini disebut sebagai asam pektinat atau pektin. Pektin secara alami merupakan bagian dari tanaman, yaitu jenis koloid yang membentuk jaringan sel rantai panjang, terikat pada hemiselulosa, α selulosa dan komponen lain.

Senyawa pektin dapat dibagi empat (4) yang terdiri atas :

1.2.1 Protopektin

Adalah senyawa pektin yang tidak larut dalam air, dapat dihidrolisa menjadi pektin dan asam pektinat.

1.2.2 Asam pektinat

Adalah senyawa pektin asam poligalakturonat yang mengandung metil ester.

1.2.3 Pektin

Adalah senyawa pektin asam poligalakturonat yang mengandung 3 – 16 % gugus metoksil, dapat larut dalam air, membentuk jelly dengan gula dalam suasana asam.

1.2.4 Asam pektat

Adalah senyawa pektin yang tidak mengandung gugus metilester dan terdapat pada buah yang terlalu matang serta sayuran busuk.

Rumus bangun asam pektat, pektin, dan asam pektinat dapat dlihat pada Gambar 1.1, 1.2, dan 1.3.

H H OH COOH H H H OH COOH H

O O

O O O O O O

COOH H H H OH COOH H H H OH

Gambar 1.1 Rumus Bangun Asam Pektat (Charley,1982).

H H OH COOH H H H OH COOH H

O O

O O O O O

O O

COOH H H H OH COOCH₃ H H H OH

Gambar 1.2 Rumus Bangun Pektin (Charley,1982).

H H OH COOCH₃ H H H OH COOCH₃ H

O O

O O O O O O O

COOH H H H OH COOH H H H OH

Gambar 1.3 Rumus Bangun Asam Pektinat (Charley,1982).

Kebutuhan Pektin di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.1 sebagai berikut.

Tabel 1.1 Kebutuhan Pektin di Indonesia

No	Tahun	Jumlah Impor (kg/tahun)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007	245.610 302.600 474.800 379.050 319.140 239.900 189.470 136.334 670.410 183.050

Sumber : Statistik Impor Indonesia

Dalam perdagangan dibedakan 2 (dua) macam pektin yaitu :

1. Pektin kering (powdered dry pectin), berupa pektin yang telah dihaluskan dan biasanya dijual dalam bentuk campuran dengan gula; dan

2. Pektin cair (liguid pectin), berupa yang biasanya mengandung 4 – 5 % berat pektin.

Mutu dan kadar pektin dari berbagai tanaman tidak sama, tergantung dari sumber bahan baku, cara perlakuan, tingkat kematangan, dan iklim pada saat pengambilan bahan baku.

Pektin dapat bercampur dengan air dan tersebar di dalamnya membentuk koloid. Koloid pektin termasuk jenis hydrophylic (senang air), reversibel, dimana sifat fisiknya akan kembali seperti semula jika diendapkan, dikeringkan, dan dilarutkan lagi.

Pektin kering yang telah dimurnikan berupa kristal putih. Kelarutan pektin berbeda–beda sesuai dengan kadar metoksilnya. Pektin yang mempunyai kadar metoksil tinggi larut dalam air dingin, sedangkan pektin yang mempunyai kadar metoksil rendah larut dalam alkali atau oksalat. Proses kelarutan dapat dipercepat dengan pemanasan, dan dengan pemanasan juga dapat diperoleh pektin yang lebih banyak daripada tanpa pemanasan. Pektin dalam larutan akan mengendap jika di tambahkan etanol dalam jumlah tertentu.

Gugus metoksil dapat dihilangkan dengan hidrolisa oleh asam, alkali, dan enzim. Hidrolisa sebagian untuk pembuatan pektin berkadar metoksil rendah dengan suatu asam harus dilakukan pada suhu rendah, pH rendah, dan waktu yang lama, atau pada suhu tinggi dengan waktu yang singkat.

Berdasarkan kadar metoksilnya dibedakan dua (2) jenis pektin yaitu :

1. Pektin yang mempunyai kadar metoksil tinggi (7 – 9 %); dan

2. Pektin yang mempunyai kadar metoksil rendah (3 – 6 %).

1.3 Sifat–sifat Pektin

Sifat–sifat pektin terbagi atas fisik dan kimia. Adapun sifatnya antara lain :

1.3.1 Sifat–sifat Fisik Pektin

Sifat–sifat fisik pektin antara lain :

1. Berat molekul dari pektin : 30.000 – 300.000;

2. Bentuk : Padatan putih terang;

3. Densiti : 1,526 gram/cc;

4. Spesifik grafiti : 0,65;

5. Perputaran spesifik : + 230 ^o; dan

6. Kapasitas panas : 0,431 KJ/Kg ^oC.

1.3.2 Sifat–sifat Kimia Pektin

Sifat–sifat kimia pektin antara lain :

1 Pektin mudah larut dalam air;

2 Pektin tidak dapat larut dalam formamide, dimetil sulfoxide, dimetil formamide dan gliserol panas;

3 Pektin dapat diendapkan dari larutan yang encer seperti etanol, aseton, deterjen dan polietilen;

4 Pektin dapat membentuk jeli dengan menambah gula dan asam;

5 Larutan encer pektin merupakan asam yang sedikit jenuh dengan adanya kelompok karboksil bebas;

6 Zat–zat pektin yang mudah larut bereaksi sebagai penukar kation (kation exchange);

7 Jika pektin bereaksi dengan asam–asam panas menyebabkan terhidrolisanya grup metil ester menjadi asam galaktunorik; dan

8 Pektin dapat diesterifikasi dengan asam–asam tanpa suatu penurunan berat molekul. (http://www.ippa.info/historyofpectin.htm,2002)

1.4 Kegunaan Pektin

Penggunaan pektin dalam berbagai bidang antara lain :

1.4.1 Bidang Farmasi

Penggunaan pektin dalam bidang ini digunakan sebagai campuran obat–obatan untuk berbagai jenis penyakit, antara lain : obat diare, disentri radang usus besar, obat luka, haemostatik agent, pengganti plasma darah, dan pektin juga digunakan untuk memperlambat absorbsi beberapa jenis obat–obatan tertentu didalam tubuh sehingga dapat memperpanjang masa kerja suatu obat.

1.4.2 Bidang Kecantikan (Kosmetika)

Penggunaan pektin dalam bidang kecantikan digunakan untuk campuran berbagai jenis kosmetika yaitu : pembuatan cream dan hand body lotion, sabun, pasta gigi, dan minyak rambut.

1.4.3 Bidang Tata Boga (Bahan Makanan)

Penggunaan pektin dalam bidang tata boga sebagai bahan makanan telah dikenal secara lebih meluas dikalangan masyarakat, diantaranya digunakan pada pembuatan makanan seperti: pembuatan jelly dan selai buah, roti, bahan pengental (thickening agent) untuk proses pembuatan tomato kechup, tomato pulp, cod liver oil, es krim dan lain–lain.

Selain kegunaan yang disebut diatas pektin juga dapat digunakan untuk beberapa hal berikut :

1. Sebagai stabilisator pada pembuatan koloid logam;

2. Sebagai bahan peledak dalam bentuk nitro pektin, asetil pektin dan formil pektin; dan

3. Untuk pembuatan resin sintetis, perekat.

1.5 Sifat–sifat Daging Kulit Buah Coklat

1.5.1 Sifat–sifat Kimia Daging Kulit Buah Coklat

Sifat–sifat kimia daging kulit buah coklat yang berupa komposisi kandungannya dapat dilihat dari Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Komposisi Daging Kulit Buah Coklat

No	Komponen	Kandungan (%)
1	Air	57,750
2	Total padatan : a. Protein kasar b. Lemak c. Glukosa d. Sukrosa e. Pektin f. Ekstrak bebas N g. Serat kasar i. Theobromine j. Mineral	42,250 7,690 0,085 1,450 0,100 6,490 46,240 34,820 0,200 2,853

Sumber : Harso Suwito dan Tri Hartati, 1984

1.5.2 Sifat–sifat Fisik Daging Kulit Buah Coklat

Sifat–sifat fisik dari daging kulit buah coklat antara lain:

1. Bentuk : Padatan berwarna putih kekuning–kuningan;

2. Boiling point : 159 ^oC;

3. Densitas : 1,467 gram/cc;

4. Kapasitas panas : 0,539 kcal/kg ^oC; dan

5. Komposisi (% berat) : – Air = 57,75 %

– Total padatan = 42,25 %.

1.6 Sifat–sifat Bahan Zat Kimia Tambahan

Sifat–sifat bahan zat kimia tambahan pada proses pembuatan pektin dari daging kulit buah coklat adalah HCl 37 % dan Etanol. Sifat–sifat HCl 37 % dan Etanol adalah sebagai berikut :

1.6.1 HCl 37 % (Asam Khlorida)

A. Sifat Kimia HCl 37 %

Sifat–sifat kimia dari HCl 37 % sebagai berikut :

a. Tidak berwarna;

b. Berbau rangsang pada tekanan 1 atm;

c. Berwarna kuning jika mengandung besi,chlorine dan senyawa–senyawa organik lainnya;

d. Bersifat korosif;

e. Persenyawaan yang stabil; dan

f. Terurai pada suhu di atas 150 ^oC.

B. Sifat Fisik HCl 37 %

Sifat–sifat fisik dari HCl 37 % sebagai berikut :

a. Berat Molekul : 36,461 gram/mol;

b. Melting point : – 114,180 ^oC;

c. Boiling point : – 85 ^oC;

d. Density : 1,184 gram/cc;

e. Temperatur kritis : 51,5 ^oC;

f. Tekanan kritis : 82 atm; dan

g. Kapasitas panas : 0,191 kkal/kg ^oC.

1.6.2 Etanol

A. Sifat Kimia Etanol

Sifat–sifat kimia dari Etanol sebagai berikut :

1. Zat yang mudah menguap;
2. Mudah terbakar cairan yang tidak berwarna;
3. Memiliki aroma yang spesifik.
4. Dengan logam natrium dan kalium membentuk senyawa alkohalat
5. Dengan fosfortrikhlorida membentuk alkil khlorida
6. Bereaksi dengan asam membentuk eter
7. Jika dioksidasi membentuk aldehid

B. Sifat Fisik Etanol

Sifat–sifat fisik dari Etanol sebagai berikut :

1. Berat Molekul : 46,069 gram/mol;
2. Melting point : – 141,490 ^oC;
3. Boiling point : – 24,840 ^oC;
4. Density : 0,655 gram/cm³;
5. Temperatur kritis : 126,950 ^oC;
6. Tekanan kritis : 53 atm; dan
7. Kapasitas panas : 0,580 kkal/kg ^oC.

1.7 Pemanfaatan Daging Kulit Buah Coklat

Daging kulit buah coklat merupakan limbah tanaman perkebunan yang perlu penangganan terutama di Daerah Nanggroe Aceh Darussalam dan Sumatera Utara. Selama ini daging kulit buah coklat hanya dimanfaatkan sebagai campuran makanan ternak karena kandungan proteinnya tinggi, penambah unsur hara, bahan bakar, dan sumber gas bio. Ternyata di samping itu semua, daging kulit buah coklat mempunyai nilai manfaat lebih tinggi yaitu sebagai sumber bahan kimia pektin yang dapat dilakukan secara ekstraksi dengan menggunakan pelarut air dan diasamkan dengan asam oksalat.

Pada dasarnya proses pembuatan pektin adalah sama untuk setiap bahan baku yaitu dilakukan pemisahan pektin yang terdapat dalam bahan baku dengan komponen–komponen lainnya, diantaranya dilakukan dengan proses ekstraksi dengan menggunakan pelarut HCl (asam khlorida). Dimana prosesnya mengekstraksi pektin dengan pelarut asam khlorida encer dilanjutkan dengan pengendapan dengan menggunakan aseton teknis. Pencucian akhirnya dilakukan dengan alkohol. Dalam proses ekstraksi terjadi perpindahan massa pektin dari daging kulit coklat ke pelarutnya (asam khlorida encer). Perpindahan massa berlangsung melalui dua tahapan proses yaitu difusi dari dalam padatan dan perpindahan massa dari permukaan padatan ke cairan.

Produksi coklat di Indonesia dihasilkan dari perkebunan besar negara, swasta dan rakyat yang terdapat salah satunya di daerah Nanggroe Aceh Darussalam tepatnya Aceh Utara. Meningkatnya usaha dibidang pembudidayaan coklat telah meningkatkan hasil devisa bagi negara. Perkembangan produksi coklat di Nanggroe Aceh Darussalam dapat dilihat pada Tabel 1.3.

Tabel 1.3 Perkembangan Produksi Biji Coklat Di Nanggroe Aceh Darussalam

No	Tahun	Jumlah Produksi (Ton)
1	1998	1.214,500
2	1999	1.223,000
3	2000	1.179,000
4	2001	1.639,000
5	2002	1.138,000
6	2003	1.377,000
7	2004	1.377,000
8	2005	1.168,000
9	2006	–
10	2007	1.590,000

Sumber : Aceh Dalam Angka, 2005

Tabel 1.4 Persentase Bagian–bagian didalam Buah Coklat

No	Komponen	Persen (%)
		Segar	Kering
1 2 3	Kulit Placenta Biji	68,5 2,5 29,0	47,2 2,0 50,8

Sumber : Shepherd dan Ngan, 1984

Berdasarkan persentase bagian–bagian didalam buah coklat maka produksi daging kulit buah coklat dapat kita ketahui dari perbandingan daging kulit buah coklat dengan biji buah coklat. Perkembangan produksi daging kulit buah coklat di Nanggroe Aceh Darussalam dapat dilihat pada Tabel 1.5.

Tabel 1.5 Perkembangan Produksi Daging Kulit Buah Coklat Di Nanggroe Aceh Darussalam

No	Tahun	Jumlah Produksi (ton)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007	2.868,737 2.888,810 2.784,879 3.871,431 2.688,034 3.252,569 3.252,569 2.758,896 – 3.755,690

Sumber: Statistik Pertanian Coklat Aceh, 2005

Berdasarkan data di atas maka kebutuhan bahan baku tahun 2008 dapat diproyeksikan dengan menganggap peningkatan kebutuhan bahan baku secara linier setiap tahun. Dari hasil ekstrapolasi diperoleh kebutuhan bahan baku pada tahun 2008 sebesar 5.749,278 ton/tahun begitu juga dengan kapasitas produksi pektin sebesar 38,400 kg/jam atau 276,482 ton/tahun dapat dilihat pada Tabel 1.1.

Berdasarkan kebutuhan bahan baku tersebut maka kapasitas bahan baku pabrik pektin dari daging kulit buah coklat sebesar 2.000 kg/jam atau 4.800 ton/tahun. Pada perancangan pabrik pektin dari daging kulit buah coklat kami merencanakan untuk kapasitas sebesar 55 kg/jam atau 400 ton/tahun. Sehingga dengan perbandingan tersebut maka pabrik pektin dari daging kulit buah coklat layak untuk didirikan untuk kekurangan bahan bakunya akan diperoleh dari perkebunan rakyat, perkebunan negara dan pembukaan lahan perkebunan coklat sendiri.

BAB II

PEMILIHAN DAN DISKRIPSI PROSES

Pabrik pektin ini, direncanakan akan menghasilkan produk pektin yang berkadar tinggi dan ekonomis. Adapun beberapa proses yang perlu ditinjau untuk pembuatan pektin.

2.1 Proses Pembuatan Pektin

Pada prinsipnya proses pembuatan pektin adalah sama untuk setiap bahan baku yaitu dilakukan pemisahan pektin yang terdapat dalam bahan baku dengan komponen–komponen lainnya. Ada beberapa proses pembuatan pektin yang dibagi berdasar atas bahan baku dan pengekstrak yang digunakan antara lain.

2.1.1 Proses Ekstraksi dengan Menggunakan Larutan H₂SO₄

Pada proses ini pektin dipisahkan dari komponen lainnya yang terkandung dalam bahan baku menggunakan pengekstrak larutan asam sulfat di dalam tangki ekstraktor dengan waktu tinggal (residence time) 30 – 80 menit. Dengan adanya penambahan asam sulfat pektin akan terpisah dengan komponen padatan lainnya. Selanjutnya larutan pektin yang mengandung asam sulfat dapat dinetralkan dengan penambahan udara atau proses aerasi tanpa menggunakan senyawa alkali. Bahan baku yang digunakan biasanya buah apel, yang memiliki kandungan pektin 9 % dalam padatan. Selanjutnya proses diteruskan pada unit pengentalan dan pemadatan.

2.1.2 Proses Ekstraksi dengan Menggunakan Larutan HNO₃

Proses ekstraksi dengan menggunakan larutan asam nitrat sebagai pengekstrak hampir sama dengan proses penggunaan larutan asam sulfat. Larutan asam nitrat akan melarutkan pektin dan selanjutnya dipisahkan dari komponen padatan lainnya. Keasaman yang diizinkan antara pH 2,7 – 4, pada temperatur 95 ^oC, dengan waktu tinggal ditangki ekstraktor 50 – 100 menit. Selanjutnya asam nitrat yang terdapat di dalam larutan pektin dinetralkan dengan larutan basa. Disamping itu tujuan lain penambahan larutan basa (alkali) yang utama adalah untuk mendapatkan pektin. Proses selanjutnya sama dengan pengekstrak asam sulfat. Bahan yang digunakan pada proses ini adalah buah jeruk (citrus fruits) yang memiliki kandungan pektin 35 % dalam padatan.

2.1.3 Proses Ekstraksi dengan Menggunakan Larutan HCl

Larutan HCl yang digunakan sebagai pengekstrak pektin didalam tangki ekstraktor maupun memisahkan pektin dengan padatan lainnya dengan sempurna. Waktu tinggal dalam tangki ekstraktor antara 1 – 1,5 jam, pada temperatur operasi 95 ^oC. Pektin yang keluar dari tangki ekstraktor ini dalam fase liquid dengan pH 1,5 – 3,5. Pada umumnya bahan baku yang digunakan adalah daging kulit buah coklat. Selanjutnya pemekatan dilakukan didalam evaporator penambahan etanol yang menyebabkan pektin yang sudah dalam bentuk larutan pekat akan membentuk endapan. Disamping itu etanol akan bereaksi dengan HCl sehingga suasana tidak dalam bentuk asam. Reaksi yang terjadi adalah :

HCl + C₂H₅OH C₂H₅Cl + H₂O .............. (2.1)

2.2 Pemilihan Proses

Berdasarkan uraian singkat mengenai proses yang telah dijelaskan diatas, maka prarancangan pabrik pektin ini menggunakan proses ekstraksi dengan menggunakan larutan HCl 37 %, dengan pertimbangan–pertimbangan sebagai berikut :

1. Pada umumnya penelitian pektin dari daging kulit buah coklat banyak menggunakan larutan HCl 37 % untuk mengikat pektin yang terkandung dalam daging kulit coklat

2. Dalam proses ekstraksi pektin, pH yang dibutuhkan agar proses berlangsung sempurna harus berada pada 1,5 – 3,5

3. Waktu pemisahan lebih singkat di dalam tangki ekstraksi; dan

4. Proses penetralan lebih sederhana dan sempurna sehingga produk pektin yang dihasilkan lebih baik.

2.3 Uraian Proses

Dalam prarancangan pabrik pektin dari daging kulit buah coklat dan pengekstrak HCl 37 %, tahapan operasi meliputi beberapa unit :

1. Unit persiapan dan penghancuran;

2. Unit pengekstraksian; dan

3. Unit pengentalan dan pemadatan.

2.3.1 Unit persiapan dan penghancuran

Daging kulit buah coklat yang merupakan bahan baku pembuatan pektin didatangkan dari perkebunan coklat negara, perkebunan rakyat, perkebunan swasta yang ada di provinsi Nanggroe Aceh Darussalam.

Proses produksi pektin diawali dengan persiapan rajangan daging kulit buah coklat dengan menggunakan alat penghancur yaitu crusher, sehingga menghasilkan bubur buah coklat.

2.3.2 Unit ekstraksi

Pengekstraksian bubur daging kulit buah coklat dilakukan dengan menggunakan HCl 37 % pada temperatur 95 ^oC selama 30 menit. Pengekstraksian bubur daging kulit buah coklat dilakukan pada tangki ekstraktor dengan pH 3 – 4.

Hasil ekstrak yang diperoleh didinginkan dengan cooler sampai temperatur 30 ^oC. Kemudian dialirkan ke filter press. Alat filter press ini berfungsi untuk memisahkan ampas dengan filtrat yang mengandung pektin.

2.3.3 Unit Pengentalan dan Pemadatan

Filtrat yang diperoleh dari filter press dialirkan ke evaporator, filtrat yang diperoleh dipekatkan dengan menguapkan air sebanyak setengah dari umpan masuk evaporator.

Setelah dipekatkan, filtrat kental tersebut dipadatkan (diendapkan) dengan menggunakan alkohol 95 % sebanyak dua kali jumlah asam khlorida yang digunakan sebelumnya. Kemudian antara larutan induk dengan pektinnya dipisahkan dengan menggunakan centrifuge.

Untuk pemurnian pektin dilakukan dengan menggunakan alkohol 80 % yang berfungsi melarutkan lemak, minyak dan menghilangkan asam khlorida yang masih terdapat di dalam pektin. Pektin yang telah dicuci dikeringkan dengan menggunakan udara kering yang dipanaskan pada temperatur 85 ^oC pada alat rotary dryer. Produksi pektin yang dihasilkan mengandung 0,4 % air. Pektin yang telah kering digiling dengan menggunakan miller sampai ukuran dalam bentuk powder dan selanjutnya dibawa ke gudang produk untuk dikemas.