Rekayasa memutus cinta antara asam sitrat dan air

Ekstraksi asam sitrat dari air dengan teknik ekstraksi reaktif (1996-1998)

Asam sitrat adalah asam organik yang bertanggung jawab memberi rasa masam pada buah jeruk. Asam ini adalah asam yang sangat popular di dunia industri pangan dan farmasi karena siapa yang tidak suka jeruk? Rasa masam jeruk yang ditambahkan dalam kue-kue mampu menyembunyikan ketidaksempurnaan si koki dalam satu hal atau yang lain. Beberapa tetes asam sitrat juga dapat membuat rasa pahit obat tidak terlalu menyengsarakan, sehingga orang-orang sakit tidak merasa ‘sudah jatuh tertimpa tangga’. Secara alamiah, asam ini ada di buah jeruk dan beberapa jenis buah yang lain. Tapi jika kita bicara soal produksi komersial dalam skala kuintal per hari (jumlah perputaran asam sitrat di pasar dunia sekitar  1 juta ton per tahun di awal abad ke-21 ini), maka tentu tidak masuk akal memproduksi asam sitrat dengan cara memeras jeruk. Cara yang masuk akal untuk memproduksi asam sitrat dalam skala industri adalah fermentasi, yaitu mempekerjakan makhluk-makhluk mikro golongan jamur yang namanya Aspergillus niger. Sebetulnya mereka hanya melakukan fungsi alamiahnya saja: makan sesuatu dan akibatnya mengeluarkan sesuatu. Dalam hal ini, mereka makan gula dan menghasilkan asam sitrat. Tapi perlu campur tangan bioprocess engineer supaya mereka tidak korupsi gula untuk membuat produk yang lain.

Betapa pun canggihnya si bioprocess engineer, alam membatasinya sehingga produk asam sitrat hasil fermentasi ini pasti encer, hanya sekitar 10% saja. Hal ini terjadi karena masalah buah simalakama. Asam, apa pun itu, adalah racun bagi si Aspergillus. Produknya bisa meracuni dirinya sendiri kalau jumlahnya terlalu banyak. Oleh karena itu, ada batas yang tidak bisa dilanggar di sini, karena jamur mikro kita ini tidak mengenal konsep bunuh diri. Dia tidak akan memproduksi melebihi batas aman untuk dirinya.

Tentu saja produk encer ini tidak bisa langsung dijual, karena sama saja kita membeli air yang tercampur asam sitrat. Konsumen yang waras tentu menginginkan asam sitrat murni. Jadi masalah dalam produksi asam sitrat bukan di fermentasinya, tapi sebetulnya di pemurniannya. Ini tidak hanya dihadapi industri asam sitrat. Dalam industri bioproses yang lain pun, problemnya adalah pada pemurnian. Rata-rata biaya produksi untuk biaya pemisahan adalah 60% dari total biaya. Jadi peningkatan efisiensi di bagian ini menjadi sangat berarti untuk meningkatkan profit perusahaan.

Bulatan-bulatan merah ini adalah asam sitrat yang kita paksa pergi meninggalkan air ke negeri MIBK. Tapi dasar cinta, masih ada juga yang kembali ke negeri air!

Sepertinya sederhana saja, masalahnya ‘hanya’ memisahkan asam dari air. Sayangnya, asam karboksilat sangat cinta dengan air. Rayuan gombalnya pada si asam adalah: ke mana pun dikau pergi, daku ikut juga. Misalnya kita coba pisahkan dengan perebusan, mengharap perbedaan titik didih akan membuat mereka terpisah dalam fase uap dan fase cair, ternyata si air masih maksa ikut juga. Sudah tambah biaya merebus, produk masih belum bisa dijual. Teknik yang bisa dilakukan untuk mengatasi hal ini adalah ‘kawin paksa’. Biarpun si asam dan air saling cinta setengah mati, kita bisa paksa tarik si asam ke ‘luar negeri’ di mana air tidak bisa ikut karena pasti dia akan ditolak di imigrasi. Orang-orang teknik kimia menyebut proses ini sebagai EKSTRAKSI. ‘Luar negeri’-nya ini adalah pelarut non-polar (misalnya minyak, kerosen, dll. yang tidak akan pernah bisa dimasuki air karena air adalah senyawa yang polar).

Tapi namanya juga cinta buta … walaupun memang si air tidak bisa ikut ke luar negeri, si asam masih bisa kembali lagi ke negeri air karena dia tidak punya masalah dengan imigrasi. Bagaimana taktiknya agar asam bahagia di luar negeri dan melupakan si air? Sederhana saja, perkenalkan dia dengan cowok macho, sexy, dan kaya raya di luar negeri, supaya memorinya dengan si air yang dingin dan tanpa rasa itu segera terhapus, dan dia tidak sudi lagi kembali pada si air. Jadi, jika dalam pelarut non-polar itu kita tambahkan senyawa lain yang daya tariknya melebihi daya tarik air, maka dijamin si asam tidak akan susah payah melintas perbatasan untuk menemui si air. Akal bulus orang-orang teknik kimia inilah yang disebut EKSTRAKSI REAKTIF. Ekstraksi yang diperkuat dengan reaksi kimia, agar asam terikat komitmen untuk tetap berada di luar negeri dan melupakan si air untuk selamanya.

Bulatan ungu itu adalah si sexy TIOA. Setelah bertemu TIOA, ternyata si asam bisa melupakan air, bahkan dia tidak keberatan dimadu oleh TIOA (payah!)

Riset saya dalam upaya pemisahan asam sitrat dan air ini menggunakan pelarut non-polar yang disebut metil isobutil keton (sering disingkat sebagai MIBK). Ini adalah senyawa yang satu keluarga dengan aseton (yang sering digunakan untuk menghapus cat kuku para wanita cantik itu), tapi termasuk golongan aristokrat feodal yang tidak mau berbaur dengan air si rakyat jelata. Sebagai pengikat komitmen si asam dalam MIBK, saya tambahkan senyawa bernama tri iso-oktil amin (TIOA) yang bisa bercampur kompak sekali dengan MIBK tapi juga saling benci setengah mati dengan air. TIOA ini sedemikian atraktifnya sehingga satu molekul TIOA bisa menggandeng lebih dari 1 (bahkan lebih dari 4!) molekul asam, pada saat yang bersamaan! Bahkan playboy-playboy kawakan kelas dunia kalah!

Yang saya pelajari dalam riset itu adalah batasan-batasan alam yang mengatur proses kawin paksa antara asam dan TIOA di negeri MIBK itu. Selain itu, saya juga mempelajari sejauh mana upaya perlawanan dari air untuk mempertahankan si asam di sisinya. Pemahaman ini diperlukan untuk bisa merancang proses yang menguntungkan, karena makin banyak asam yang bisa dipisahkan dari air, berarti makin banyak keuntungan yang diraup. Untuk keperluan perancangan proses, tidak cukup kesimpulan yang sifatnya deskriptif, tapi diperlukan kesimpulan yang mudah diterjemahkan dalam bentuk angka. Hal ini wajar karena produk suatu perancangan adalah angka-angka: berapa volume-nya, berapa dimensi alatnya, berapa lama prosesnya, berapa suhunya, dsb yang semuanya adalah ANGKA. Jadi, produk dari riset saya adalah PERSAMAAN MATEMATIS yang akan sangat membantu para perancang proses untuk membuat perhitungan-perhitungan mereka.

Saya mengerjakan riset ini selama 2 tahun, antara 1996-1998. Waktu itu saya sangat fokus pada riset ini karena belum banyak tanggung jawab lain sebagai dosen muda di Jurusan Teknik Kimia UGM. Riset ini dibiayai oleh beasiswa S2 saya dari URGE Program (program dari World Bank untuk peningkatan mutu pendidikan S1 Indonesia). Dari riset ini, saya mendapatkan gelar master saya. Oh ya, saya juga menyempatkan diri menikah di tengah-tengah riset saya yang satu ini. Ternyata, pernikahan berdampak sangat baik untuk kinerja riset saya. Dari riset ini saya menghasilkan paper yang memenangkan predikat paper terbaik dalam Seminar Nasional Teknik Kimia di Universitas Indonesia tahun 1998. Selain itu, saya juga berhasil mempublikasikan hasil riset saya ini di jurnal internasional bergengsi untuk kalangan teknik kimia, Industrial and Engineering Chemistry Research, yang dikelola oleh American Chemical Society.

Iklan

22 Tanggapan to “Rekayasa memutus cinta antara asam sitrat dan air”

  1. Pencerahan sakestu..

  2. ada ga si bahaya dari asam sitrat kimia.. apakah dapat menimbulkan residu bagi tubuh

    • Asam sitrat adalah asam organik lemah yang secara alamiah ada di buah jeruk, dan bahkan menjadi bagian dari siklus metabolisme dalam tubuh makhluk hidup. Jadi ini bukan senyawa kimia yang jahat, walaupun tentunya segala sesuatu kalau berlebihan pasti akan ada efek negatifnya. Dari material safety data sheet untuk asam sitrat, efek racunnya baru muncul (pada hewan percobaan tikus) jika dikonsumsi melalui mulut sebanyak 5 gram/kg berat tubuh (jadi seandainya analog untuk manusia, jika berat saya 60 kg maka baru akan berbahaya buat saya jika saya menelan asam sitrat sebanyak 300 gram sekaligus)

  3. Salam hangat. Saya sangat terkesan dengan artikel yang anda tulis, kebetulan sekali sy juga sedang tertarik dengan gaya si asam sitrad ini, yang ingin saya tanyakan kenapa asam sitrad akan membusuk jika kita panaskan, adakah cara agar dia tidak mebusuk ketika dipanaskan tetapi tetap dengan sifat atau kegunaan yg sama. Terima kasih

    • Hallo Andri, saya kurang mengerti dengan maksud “membusuk” dalam komentar Anda karena asam sitrat tidak akan “membusuk” jika dipanaskan. “Pembusukan” akan terjadi jika ada aktivitas mikroorganisme dan pada umumnya mikroorganisme akan mati jika dipanaskan sampai suhu yang cukup tinggi, sehingga tidak bisa lagi melakukan aktivitas “pembusukan”.

  4. Mbak, saya mau nanya setelah asam sitratnya diikat MBIK-TIOA, proses selanjutnya untuk memisahkan asam sitrat dengan MBIK-TIOA untuk mendapatkan kristal asam sitrat bagaimana ya? trims.

    • Hallo Pak Budiman, untuk mendapatkan kembali asam sitratnya, dilakukan “back extraction”. Asam yang terikat sebagai kompleks dengan TIOA/MIBK diekstrak dengan air pada suhu di atas suhu kamar, sehingga bisa diperoleh asam sitrat dengan konsentrasi tinggi. Setelah itu purifikasi selanjutnya dilakukan dengan kristalisasi.

  5. bahasanya mudah dipahami bu, sangat menarik. tapi kalau boleh tau, bagaimana perhitungannya ya bu? trimakasih, dan salam kenal 🙂

    • @ Helen: Salam kenal juga 🙂 Paper teknisnya (thermodynamic model development dan metode kalkulasi) ada di publikasi saya di jurnal ilmiah: Wiratni, Tyoso, B.W., and Sediawan, W.B., 2001, “Analysis of Liquid-liquid Equilibrium in the System of Citric Acid-Water-(Triisooctyl amine + Methyl Isobuthyl Ketone) using a Quasi-Physical Approximation”, Ind. Eng. Chem. Research, 40 (2), 668-673. Blog ini tidak saya maksudkan untuk detail-detail teknisnya 🙂 jadi silakan Anda refer ke paper aslinya jika berminat tahu lebih banyak dari sisi teoritisnya.

  6. Salam kenal , agus isdiyanto tk ugm’92. sedang merintis home industri tapioka di pati . bu wiratni, apakah dg proses seperti ini juga yang dilakukan pabrik tapioka di lampung dalam pemanfaatan limbah ampas (onggok) untuk produksi asam sitrat ? Mungkinkah proses ini menggunakan peralatan sederhana skala home industri ?

    • Kalau untuk skala home industry, produksi asam sitrat akan terasa mahalnya di purifikasi. Kalau fermentasinya sih murah, seperti orang bikin alkohol. Tapi untuk menghasilkan asam sitrat dalam bentuk kristal itu yang mahal. Onggok ini kandungannya apa saja? Mungkin bisa dipertimbangkan untuk campuran pakan ternak? Kalau ada sampelnya, kapan2 dolan ke Jurusan, nanti coba kita lihat apa kandungannya dan bagaimana kemungkinan2 untuk pemanfaatannya.

  7. Makasih,bu. Sementara ini penggunaan onggok memang untuk makanan ternak. Kandungan utama serat kasar dan rendah protein. Teknologi terakhir (setahu sy) dilakukan proses fermentasi untuk meningkatkan kandungan protein. Secara teknis, proses fermentasi untuk onggok adalah dengan menambahkan campuran mineral yang terdiri atas urea, MgSO4, ZA ((NH4)2SO4), KCL, NaH2PO4 dan FeSO4, dan serbuk spora sebanyak 1 sendok makan (6-8 g) dalam tiap kg onggok. Plus penambahan air panas, untuk memperoleh kadar air akhir sebesar 60%. Adonan kemudian difermentasikan dalam baki-baki plastik, dan setelah 3-4 hari, setelah permukaan ditumbuhi miselium adonan pun bisa dipanen, dikeringkan dan digiling.

  8. How impressed i am with your article!
    Kalo mau tau informasi dari paper-nya langsung gimana ya Mbak?
    Sudah ada di internet atau masih hard copy? kalo hardcopy saya bisa cari dimana ya? Tq

    • Hallo Ginaris (Mas atau Mbak?) … paper ini sudah published tahun 2000an di Industrial and Engineering Chemistry Research (salah satu publikasi di bawah American Chemical Society). Saya tidak bisa share di blog saya karena jurnal tsb bukan open-source. Tapi saya bisa email PDF papernya ke Anda. BTW kenapa tertarik dengan topik ini? Apa sedang melakukan riset yang sama?

  9. Mbak aja 🙂
    Iya saya sedang mencari cara bagaimana memisahkan asam-asam dari suatu larutan yang di dalamnya sudah tercampur berbagai jenis asam.
    Wah, dengan senang hati kalo mbak wiratni tidak keberatan email saya
    ginevra.jolie@gmail.com

    • Sudah saya kirimkan full paper-nya yang sudah published di jurnal Industrial and Engineering Chemistry Research (under American Chemical Society) … sebetulnya sudah saya email sejak komen pertama Anda ke alamat yang tertera di comment ID Anda, tapi ternyata itu alamat emailnya salah, pantesan delivery failure terus 🙂 Semoga bermanfaat.

  10. halo, salam kenal 🙂
    saya tertarik dengan tulisan artikel ini. saya ingin sekali membaca jurnal mbak tersebut supaya bisa menjadi referensi riset saya mengenai asam sitrat. jika berkenan, boleh dikirim ke email saya kah? cahyaningrum93@yahoo.com terima kasih 🙂

  11. email papernya sudah sampai. terima kasih banyak mbak 😀

  12. maaf mbak, mau tanya lagi. mbak ada prosedur lengkap mengenai ekstraksi asam sitrat dengan TIOA & MIBK itu nggak? 🙂

    makasih sebelumnya.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: