EKSPERIMEN DAN PEMODELAN PENGARUH KONDISI OPERASI ...

HALAMAN JUDUL

SKRIPSI – TK 141581

EKSPERIMEN DAN PEMODELAN PENGARUHKONDISI OPERASI EKSTRAKSU HYDROTHERMALTERHADAP KONSENTRASI XANTHONE PADAEKSTRAK KULIT BUAH MANGGIS (Garciniamangostana)

Sarah Duta LestariNRP 2311100 069Edwin Azmiramdhan SulaimanNRP 2311100 129

Dosen PembimbingDr. Siti Machmudah, ST. M. EngNIP. 197305121999032001Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M. EngNIP. 195209161980031002

JURUSAN TEKNIK KIMIAFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2015

FINAL PROJECT – TK 141581

EXPERIMENT AND SIMULATION OFHYDROTHERMAL EXTRACTION OPERATIONCONDITION EFFECT TOWARD XANTHONECONCENTRATION OF MANGOSTEEN (Garciniamangostana) FRUIT PERICARP EXTRACT

Sarah Duta LestariNRP 2311100 069Edwin Azmiramdhan SulaimanNRP 2311100 129

SupervisorsDr. Siti Machmudah, ST. M. EngNIP. 197305121999032001Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M. EngNIP. 195209161980031002

CHEMICAL ENGINEERING DEPARTMENTFaculty of Industrial TechnologySepuluh Nopember Institute of TechnologySurabaya2015

i

EKSPERIMEN DAN PEMODELAN PENGARUH KONDISIOPERASIEKSTRAKSI HYDROTERMAL TERHADAPKONSENTRASI XANTHONEEKSTRAK KULIT BUAH

MANGGIS(Garcinia mangostana)

Nama : Sarah Duta Lestari (2311 100069)Edwin Azmiramdhan S. (2311 100129)

Jurusan : Teknik Kimia FTI-ITSPembimbing : Dr. Siti Machmudah, S.T., M.Eng

Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M.Eng

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruhkondisi operasi ekstraksi hydrothermal terhadap konsentrasixanthone dan membuat pemodelan untuk memodelkan prosesekstraksi hydrothermal.

Xanthone merupakan salah satu senyawa polifenolantioksidan yang terkandung dalam kulit buah manggis (Garciniamangostana). Untuk mendapatkan xanthone dari kulit manggissecara optimal perlu dilakukan suatu upaya, salah satunya adalahekstraksi secara hydrothermal. Ekstraksi secara hydrothermaladalah ekstraksi yang menggunakan air sebagai pelarut padakondisi subkritis atau pada suhu dan tekanan tinggi (T>100oC;P>1 atm). Pada penelitian ini, variabel bebas yang digunakanadalah variasi temperatur (120, 140, 160, 180 dan 200oC) dantekanan operasi (3, 5, dan 10 MPa). Metode analisa kandunganekstrak xanthone yang digunakan adalah metodespektrofotometri.

Pemodelan menggunakan solver pada Microsoft Excel.Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah HighPerformance Liquid Chromatography (HPLC) pump, Ekstraktor,

ii

Furnace, Cooler/Chiller, Filter, Back Pressure Regulator (BPR),Collection Vial, Spektrofotometer.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan suhuoperasi pada ekstraksi hydrothermal menyebabkan peningkatan%recovery xanthone. Dari segi kondisi starting material, ekstraksikulit manggis kering lebih optimal daripada kulit manggis segar.Didapat kondisi optimal ekstraksi hydrothermal adalah pada 160oC tekanan 5 MPA. Selain itu dengan adanya nilai KD hasilekstraksi untuk jangka waktu yang lebih lama dapat diperkirakan.

Kata kunci : Ekstraksi, Hydrothermal, xanthone,spektrofotometri.

iii

EXPERIMENT AND SIMULATION OFHYDROTHERMAL EXTRACTION OPERATION

CONDITION EFFECT TOWARD XANTHONECONCENTRATION OF MANGOSTEEN (Garcinia

Mangostana) FRUIT PERICARP EXTRACT

Name : Sarah Duta Lestari (2311 100069)Edwin Azmiramdhan S. (2311 100129)

Major : Chemical Engineering FTI-ITSAdvisor : Dr. Siti Machmudah, ST. M Eng

Prof. Dr. Ir Sugeng Winardi, M Eng

ABSTRACT

The purpose of this research is to analyze the effect ofhydrothermal extraction operation condition toward the xanthoneconcentration and simulate to get a comparation betweenexperimental and simulation result.

Xanthone is one of the antioxidant compound that iscontained in the pericarp of mangosteen fruit. There are ways toget the xanthone from pericarp of mangosteen optimally, one ofthem is hydrothermal extraction. Hydrothermal extraction is anextraction method that uses water at subcritical condition or hightemperature and high pressure water (T>100°C, P>1 atm) assolvent. There are some terms to consider in getting highxanthone contents in the extract, such as xanthone contents inmangosteen pericarp, operational temperature and pressure. Inthis research, the variables are variations of operationtemperature (120, 140, 160, 180 and 200oC) and pressure (3, 5,and 10 MPa). The method to analyze the contents of xanthone isspectrophotometry method. The simulation is using solver ofMicrosoft Excel software.

The equipments for this research consist of HighPerformance Liquid Chromatography (HPLC) pump, Extractor,

iv

Furnace, Cooler/Chiller, Filter, Back Pressure Regulator (BPR),Collection Vial and Spectrophotometer.

The conclusion of this research are showing that thetemperature increament cause increasing of xathone recovery.Recovery of xanthone is best obtained at 160 oC 5 MPA with arecovery of xanthone 82,07 %. The simulation has been done andcan be used to estimate the xanthone recovery of longerextraction time.

Keywords : Extraction, Hydrothermal, subcritical water,xanthone, spectrophotometry

v

KATA PENGANTAR

Penulis mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT.yang selalu melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehinggapenulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Eksperimendan Pemodelan Pengaruh Kondisi Operasi Ekstraksi HydrotermalTerhadap Konsentrasi Xanthone Ekstrak Kulit Buah Manggis(Garcinia mangostana)”.

Skripsi ini merupakan syarat kelulusan bagi mahasiswatahap sarjana di Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya. Penulismenyadari laporan ini tidak akan selesai tanpa bantuan dariberbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkanterima kasih kepada :1. Kedua orang tua serta keluarga kami, atas doa, bimbingan,

semangat dan kasih sayang yang selalu tercurah selama ini.2. Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M.Eng. selaku Dosen

Pembimbing dan Kepala Laboratorium Mekanika Fluidadan Pencampuran, atas bimbingan dan saran yangdiberikan.

3. Ibu Dr. Siti Machmudah, ST. M.Eng. selaku DosenPembimbing atas bimbingan dan motivasi yang telahdiberikan.

4. Dosen-dosen Teknik Kimia FTI-ITS yang telahmemberikan ilmunya kepada penulis.

5. Keluarga besar Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)dan Mixing Crew Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS atasdukungannya.

6. Berbagai pihak yang telah membantu prosesterselesaikannya skripsi ini.

Penulis menyadari laporan ini tidak luput dari kekuranganmaka penulis mengharap saran dan kritik demi kesempurnaannyasehingga dapat bermanfaat bagi pembaca.

Surabaya, Juli 2015Penyusun

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULLEMBAR PENGESAHANABSTRAK ............................................................................... iKATA PENGANTAR .............................................................. vDAFTAR ISI ............................................................................ viDAFTAR GAMBAR ................................................................ viiiDAFTAR TABEL .................................................................... ix

BAB 1 PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang ....................................................... 11.2 Perumusan Masalah ............................................... 21.3 Tujuan Penelitian ................................................... 21.4 Manfaat Penelitian ................................................. 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA2.1 Manggis ................................................................. 5

2.1.1 Asal Usul ..................................................... 52.1.2 Klasifikasi ................................................... 52.1.3 Morfologi .................................................... 62.1.4 Kandungan Senyawa dalam Manggis ......... 7

2.2 Senyawa Xanthone ................................................. 92.3 Ekstraksi ................................................................ 10

2.3.1 Esktraksi Secara Dingin .............................. 112.3.2 Esktraksi Secara Panas ................................ 14

2.4 Ekstraksi Hydrothermal ......................................... 152.5 Pemodelan Ekstraksi Hydrothermal ...................... 172.6 Penelitian Terdahulu .............................................. 18

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN3.1 Deskripsi Proses Penelitian .................................... 213.2 Variabel Penelitian ................................................. 213.3 Bahan Ekstraksi Hydrothermal dan Analisa .......... 213.4 Peralatan Ekstraksi Hydrothermal

vii

dan Analisa ............................................................ 223.5 Prosedur Penelitian ................................................ 24

3.5.1 Percobaan Ekstraksi Hydrothermal ............. 243.5.1.1 Persiapan Starting Material Kulit

Manggis ......................................... 243.5.1.2 Proses Ekstraksi ............................. 253.5.1.3 Analisa Ekstrak .............................. 27

3.5.2 Pemodelan Ekstraksi Hydrothermal ........... 273.6 Variabel Ekstraksi ................................................. 28

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Ekstraksi Hydrothermal ......................................... 29

4.1.1 Pengaruh Suhu Operasi Terhadap% Recovery Xanthone yangTerekstrak .................................................. 31

4.1.2 Pengaruh Tekanan Operasi Terhadap% Recovery Xanthone yangTerekstrak .................................................. 34

4.1.3 Pengaruh Kondisi Kulit ManggisStarting Material Terhadap % RecoveryXanthone yang Terekstrak ......................... 36

4.1.4 Kondisi Operasi Optimum EkstraksiHydrothermal Kulit Manggis .................... 39

4.2 Pemodelan Ekstraksi Hydrothermal ...................... 42

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN5.1 Kesimpulan ............................................................ 475.2 Saran ...................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKADAFTAR NOTASIAPPENDIKSBIODATA PENULIS

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi nilai gizi buah manggisper 100 gram ............................................................ 7

Tabel 4.1 Hasil perhitungan % recovery variabel kulitmanggis kering ......................................................... 39

Tabel 4.2 Hasil perhitungan % recovery variabel kulitmanggis segar ........................................................... 40

Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai KD dan % AAD padapemodelan koefisiendistribusi variabel kulit manggis kering ................... 43

Tabel 4.4 Hasil perhitungan nilai KD dan % AAD padapemodelan koefisien distribusi variabel kulitmanggis segar ........................................................... 44

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik produksi manggis di Indonesiatahun 1997-2012 .................................................. 1

Gambar 2.1 Pohon manggis ..................................................... 6Gambar 2.2 Buah manggis ....................................................... 7Gambar 2.3 Struktur xanthone .................................................. 10Gambar 2.4 P-T fase diagram untuk air murni ......................... 16Gambar 3.1 High Performance Liquid Chromatography

Pump .................................................................... 22Gambar 3.2 Furnace ................................................................. 23Gambar 3.3 Chiller ................................................................... 23Gambar 3.4 Skema proses ekstraksi secara hydrothermal ....... 26Gambar 4.1 Hasil analisa kromatografi FTIR pada starting

material dan residu .............................................. 30Gambar 4.2 Pengaruh suhu operasi terhadap % recovery

xanthone pada 5 MPa variabel kulitmanggis kering ..................................................... 32

Gambar 4.3 Pengaruh suhu operasi terhadap % recoveryxanthone pada 5 MPa variabel kulitmanggis segar ....................................................... 33

Gambar 4.4 Pengaruh tekanan operasi terhadap % recoveryxanthone pada 160 oC variabel kulit

manggis kering ..................................................... 34Gambar 4.5 Pengaruh tekanan operasi terhadap % recovery

xanthone pada 160 oC variabel kulitmanggis segar ....................................................... 35

Gambar 4.6 Pengaruh kondisi kulit manggis startingmaterial terhadap % recovery xanthonepada tekanan 3 MPA ............................................ 36

Gambar 4.7 Pengaruh kondisi kulit manggis startingmaterial terhadap % recovery xanthonepada tekanan 5 MPA ............................................ 37

Gambar 4.8 Pengaruh kondisi kulit manggis startingmaterial terhadap % recovery xanthone

ix

pada tekanan 10 MPA .......................................... 38Gambar 4.9 Perbandingan warna ekstrak pada setiap

waktu ekstraksi hydrothermal semi batchpada 160 oC dan tekanan 5 MPa ......................... 41

Gambar 4.10 Kandungan xanthone pada variabel 160 oCdan tekanan 5 MPa .............................................. 42

Gambar 4.11 Perbandingan data eksperimen danpemodelan KD pada tekanan 5 MPa variabelkulit manggis kering pada berbagai suhu........... 46

DAFTAR NOTASI

Notasi Keterangan Satuanxρ

KD

CCoM

XanthoneMo

Xanthone30

Xanthone60

Xanthone90

Xanthone120

Xanthone150

Xanthone180

TP

Ma

Mb

Mi

Va

AbsorbansiDensitas ekstrak

Koefisien distribusiKonsentrasi solute

Konsentrasi awal soluteMassa sampel yang

terekstrakMassa Xanthone pada

awal ekstraksiMassaXanthone pada 30

menitMassaXanthone pada 60





menitSuhu operasi

Tekanan operasiTotal massa yang

terekstraksi pada jumlahvolume A

Total massa yangterekstraksi pada jumlah

volume BTotal massa awal pada

ekstrakVolume awal

-mg/ml

-mg/mlmg/ml

mg

mg

mg

mg

mg

mg

mg

mg

oCMPa

mg/gr drysample

mg/gr drysample

mg/gr drysample

ml

Vbt

% AAD

Volume akhirWaktu ekstraksi

% Absolute averagedeviation

mls-

1

BAB 1PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangIndonesia memiliki kekayaan alam yang sangat

melimpah. Salah satu diantaranya adalah keanekaragaman flora diIndonesia. Ragam jenis tumbuhan tersebut telah dimanfaatkandalam berbagai bidang, salah satunya dalam bidang kesehatan.

Salah satu tumbuhan yang telah dimanfaatkan dalambidang kesehatan adalah buah manggis. Manggis (Garciniamangostana) berasal dari Asia Tenggara. Manggis mengandungbanyak senyawa xanton. Produksi manggis di Indonesia terusmeningkat setiap tahunnya. Produksi manggis di Indonesia padatahun 2012 mencapai 190.294 ton. Kulit manggis yang sebagianbesar tidak digunakan itu sebenarnya memiliki berbagai manfaatterutama bagi kesehatan.

Gambar 1.1 Grafik produksi manggis di Indonesiatahun 1997-2012

(Badan Pusat Statistik, 2013)Kandungan senyawa utama manggis adalah senyawa

turunan xanton yang mempunyai aktivitas biologi sebagai

0

40.000

80.000

120.000

160.000

200.000

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Pro

duks

i (to

n)

Tahun

2

antibakteri, antimikroba, antiinflamasi, antioksidan, pengobatanHIV, serta dapat menghambat pertumbuhan sel kanker.Internasional Biotechnology Gifu Jepang melaporkan bahwa 10mikron/ml α-mangostin yang diisolasi dari kulit buah manggismampu menghambat sel leukimia. Xanton telah digunakan dalampengobatan tradisional sebagai obat diare, disentri danpendarahan. Sifat antioksidan xanton melebihi vitamin C. Denganmengolah xanton dari kulit manggis diharapkan dapatmeningkatkan nilai ekonomi dari buah manggis, terutamamanggis dengan kualitan rendah (Pemi Pidianti, 2009). Walaupunxanton memiliki banyak manfaat, tetapi masih banyak masyarakatIndonesia yang belum mengetahuinya.

Secara tradisional, untuk mendapatkan xanthone darikulit manggis dapat dilakukan dengan cara merebus kulit manggistersebut, kemudian meminum air rebusan tersebut. Cara initerbilang kurang efisien, karena jumlah xanthone yang terlarutdalam air tersebut kurang maksimal. Untuk memperoleh xanthonesecara optimal, maka dilakukan usaha pemisahan xanthone darikulit manggis. Salah satu usaha yang dapat dilakukanadalahdengan ekstraksi secara hydrothermal.

Ekstraksi secara hydrothermaladalah ekstraksimenggunakan air sebagai pelarut pada suhu dan tekanan tinggi (T> 100oC; P > 1 atm). Metode yang digunakan adalah SubcriticalWater Extraction (SWE). Metode SWE lebih cepat dan lebihmurah dibandingkan dengan ekstraksi secara tradisional.Berdasarkan alasan tersebut, maka diperlukan penelitianmengenai “Eksperimen dan Pemodelan Pengaruh KondisiOperasi Ekstraksi Hydrotermal Terhadap Konsentrasi XanthoneEkstrak Kulit Buah Manggis (Garcinia mangostana)”.

1.2 Perumusan MasalahPemodelan proses ekstraksi secara hydrothermal sangat

diperlukan agar proses ekstraksi dapat berjalan dengan optimal.Pada metode ekstraksi hydrothermal ada beberapa parameteryang harus diperhatikan untuk mendapatkan hasil ekstrak yang

3

3

optimal. Dengan demikian, pengaruh kondisi ekstraksi terhadapkandungan ekstrak dan pemodelannya perlu diteliti.

1.3 Tujuan PenelitianTujuan penelitian ini adalah :

1. Menganalisapengaruh kondisi operasi ekstraksi kandunganxanthone dalam ekstrak kulit buah manggis yang dihasilkan

2. Memodelkan proses ekstraksi hydrothermal dengan modelempiris

1.4 Manfaat PenelitianManfaat yang diharapkan dari penelitian ekstraksi

hydrothermal kulit manggis:1. Ekstrak yang diperoleh bisa digunakan sebagai bahan obat

atau suplemen.2. Memberikan informasi mengenai proses ekstraksi xanthone

dari kulit manggis dengan metode ekstraksi hydrothermaldalam upaya mendapatkan ekstrakxanthone yang maksimal.

3. Hasil pemodelan dapat digunakan untuk memprediksi prosesekstraksi hydrothermal yang optimal.

4. Sebagai bahan referensi dan informasi bagi penulisselanjutnya yang tertarik untuk mengkaji dan menelititentang ekstraksi secarahydrothermal.

4

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

5

5

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Manggis2.1.1 Asal Usul

Manggis (Garcinia mangostana L.) merupakantanaman buah berupa pohon yang berasal dari hutan tropisyang teduh di kawasan Asia Tenggara, salah satunyaIndonesia. Dari Asia Tenggara tanaman ini menyebar kedaerah Amerika Tengah dan daerah tropis lainnya sepertiSrilanka, Malagasi, Karibia, Hawai dan Australia Utara. DiAsia Tenggara pohon manggis jarang ditanam secaramonokutur, tetapi biasanya ditanam di pekarangan ataukebun buah-buahan yang ditumpangsarikan dengan buah-buahan lainnya. (Pemi Pidianti, 2009)

Di negara lain, manggis dikenal dengan banyaknama, seperti manggis di Indonesia dan Malaysia,manggustan di Filipina, mangkhud di Laos dan Thailand,dan cay mangcut di Vietnam, di Prancis disebutmangostanaier, di Spanyol disebut mangostan, sedangkan diBelanda mangoestan

Tanaman manggis telah dikenal oleh para penelitidari Barat sejak awal tahun 1631. Hanya dalam dua abadterakhir tanaman manggis tersebar ke negara-negara tropislainnya, seperti Srilangka, India bagian selatan, AmerikaTengah, Brazil, dan Queensland (Australia). Penamaanilmiah Garcinia mangostana kepada manggis diberikansesuai dengan nama penjelajah dari Perancis yang bernamaLaurent Garcin (1683 - 1751).

2.1.2 KlasifikasiApabila dilihat dari taksonominya, maka tanaman

manggis dapat diklasifikasikan ke dalam :Kingdom = PlantaeDivisi = Spermatophyta

6

Kelas = AngiospermaeSub-kelas = DicotyledoneOrdo = ThalamifloraFamili = GuttiferalesGenus = GuttiferaeSpesies = Garcinia mangostana

(Wijaya Efendi, 1991)

2.1.3 MorfologiTinggi pohon manggis dewasa dapat mencapai 10-

25 meter. Akar tanaman manggis berjumlah sedikit dan tidakmempunyai bulu akar dengan laju pertumbuhan yang lambat.Akar tanaman manggis mudah rusak dan terganggu sebagaiakibat dari lingkungan yang kurang menguntungkan. Dauntanaman manggis berbentuk bulat panjang dengan ujungtajam serta bertekstur tebal. Permukaan daun bagian atasberwarna hijau gelap sedangkan bagian bawah berwarnahijau kusam. Ukuran daun bervariasi dengan panjang daun15-25 cm dan lebar 7-13 cm. (Pemi Pidianti, 2009)

Gambar 2.1 Pohon ManggisDiameter buah manggis berkisar antara 4-7 cm.

Ketebalan kulitnya antara 6-10 mm dan semakin matangsemakin berwarna merah keunguan. Buah manggisbertesktur lembut, berwarna putih dengan rasa manis asam.Dalam satu buah manggis biasannya terbagi menjadi empat

7

7

hingga delapan segmen bagian buah berwarna putih yangdapat dimakan. (Robert Paull, 2002)

Gambar 2.2 Buah Manggis

2.1.4 Kandungan Senyawa dalam ManggisBuah manggis dijuluki “king of tropical fruit”

karena keunikan dan berbagai manfaatnya. Tabel 2.1menunjukkan komposisi kandungannutrisi buah manggisper100 gram.

Tabel 2.1 KomposisiNilaiGiziBuahManggis per 100 gram

KOMPOSISI NILAI

Air 70 – 80 g

Protein 0,5 g

Lemak 0,6 g

Karbohidrat 5,6 g

Kalsium 5,7 mg

Fosfor 9,4 mg

Besi 0,3 mg

Vitamin B1 0,06 mg

8

Vitamin B2 0,04 mg

Vitamin C 35 mg

Xanthonedagingbuah 107,76 mg

Xanthonekulitbuah 29,00 mg

Energi 63 kkal

Selain buahnya yang dapat dinikmati, kulit buahmanggis juga memiliki banyak manfaat. Kulit buah manggismerupakan bagian buah manggis yang membungkus dagingbuah. Rasio bagian buah yang dikonsumsi dengan bagianbuah yang dibuang, lebih tinggi bagian buah yang dibuang,dalam hal ini kulit buahnya yang mencapai 2/3 bagian buahatau 66,6%. Oleh sebab itu diperlukan upaya untukmemanfaatkannya. Kendala dalam pemanfaatan kulit buahmanggis adalah rasanya pahit. Rasa pahit pada kulit buahmanggis tersebut ada kaitannya dengan kandungan senyawatannin yang terdapat di dalam jaringan kulit buah manggis.

Senyawa tannin merupakan asam tannat, secarateoritis suatu senyawa yang bersifat asam dapat dinetralkandengan larutan basa, yang akan membentuk garam tannatdan air. Sifat larutan kapur tohor yang basa kuat diharapkandapat mengikat asam tannat yang terkandung di dalam kulitbuah manggis. Dengan demikian rasa pahit yang terkandungdalam kulit buah manggis dapat dinetralisir. Kulit manggismenghasilkan warna merah keunguan, dan amat sulitdibersihkan, karena mengandung tanin, resin, dancrystallizable mangostine (C20H22O5), yang mudah larutdalam alkohol atau eter, dan tidak larut dalam air.

Berikut ini adalah jenis-jenis zat yang terkandungdalam kulit buah manggis yaitu polythydroxy-xanthone,mangostin, 3-isomangostein, alpha-mangostin, beta-mangostin, gamma-mangostin, garcinone A, B, C dan D,maclurin, mangostenol, catechin, potassium, calcium,

9

9

phosphor, besi, vitaminB1, B2, dan C, polisakarida,stilbenes, quinones, polyphenes,mangostinon A dan B,trapezifolixanthone, tovophylin B, flavonoidepicatochin,dangartanin.

Kulit buah manggis juga bersifat anti jamur.Aktivitas anti jamur hasil isolasi beberapa xanthone danbeberapa derivat mangostin terhadap jamur Fusariumoxysporumf. sp. Vasinfectum, Alternariatenuis, danDrechelaoryzae dapat menghambat pertumbuhan semuajamur tersebut. Telah dilakukan pula penelitian terhadapaktivitas xanthone dalam kulit manggis terhadappertumbuhan Staphylococcus aureus yang resisten terhadapantibiotik metisilin. Hasilnya menunjukkan bahwa satuisolate aktif, alfamangostin, yang merupakan salah satuderivat xanton, menghambat pertumbuhan bakteri tersebutdengan MIC sebesar 1,57 - 12,5 µg/mL.

Kulit manggis juga mempunyai khasiat yang lain,yaitu antioksidan, mujarab mengatasi jantung koroner, HIV,dan sebagainya. Menurut hasil penelitian, kulit buah manggismemiliki aktivitas HIV tipe I (Chen, 1966), antibakteri,antioksidan dan antimetastasis pada kanker usus (Tambunan,1998).

Ekstrak kulit manggis bersifat antiproliferasi untukmenghambat pertumbuhan sel kanker. Xanthone mampumerawat beberapa jenis penyakit kanker seperti kanker hati,pencernaan, paru-paru dan sebagainya. Xanthone dalam kulitmanggis juga ampuh mengatasi penyakit tuberkulosis (TBC),asma, leukimia, antiinflamasi, dan antidiare.

2.2 Senyawa XanthoneXanthone adalah senyawa polyphenolic natural dengan

tiga gugus cincin benzena sederhana. Xanthone banyak terdapatpada tanaman terutama pada jenis Gentianaceae, Moraceae,Guttiferae, Polygalaceae, Leguminosae, dan pada jamur sertalumut. Sudah banyak penelitian yang menunjukkan bahwa

10

xanthone memiliki ribuan senyawa turunan yang terdiri darigugus hydroxyl, methoxyl, phenyl, dll. Seluruh turunan xanthonebermanfaat bagi dunia kesehatan. Xanthone dan turunannyamemiliki khasiat sebagai anti bakteri, anti virus, anti oksidan, antiinflamasi, mengobati kanker, mengobati hipertensi, koagulan, dll.Banyak penelitian tentang cara untuk mengisolasi ataumensintesis xanthone dan turunannya karena struktur kimianyayang unik dan manfaat kesehatannya. (Yang Chun-hui dkk, 2012)

Buah manggis (Garcinia mangostana) merupakan salahsatu sumber xanthone yang paling banyak dibandingkan buahlain. Senyawa turunan xanthone yang banyak terdapat pada buahmanggis adalah α-, β-, dan γ- mangosteen. Ekstrak α-mangosteenbanyak digunaka dalam bahan suplemen nutrisi, kosmetik herbal,dan bidang farmasi.(Abdalrahim dkk, 2012)

Gambar 2.3Struktur kimia xanthone(Carr, 2011)

2.3 EkstraksiEkstraksi merupakan proses pemisahan dua zat atau lebih

dengan menggunakan pelarut yang tidak saling campur.Berdasarkan fase yang terlibat, terdapat dua jenis ekstraksi, yaituekstraksi cair-cair dan ekstraksi padat-cair. Pemindahankomponen dari padatan ke pelarut pada ekstraksi padat-cairmelalui tiga tahapan, yaitu difusi pelarut kepori-pori padatan ataukedinding sel, di dalam dinding sel terjadi pelarutan padatan olehpelarut, dan tahapan terakhir adalah pemindahan larutan dari pori-

10

xanthone memiliki ribuan senyawa turunan yang terdiri darigugus hydroxyl, methoxyl, phenyl, dll. Seluruh turunan xanthonebermanfaat bagi dunia kesehatan. Xanthone dan turunannyamemiliki khasiat sebagai anti bakteri, anti virus, anti oksidan, antiinflamasi, mengobati kanker, mengobati hipertensi, koagulan, dll.Banyak penelitian tentang cara untuk mengisolasi ataumensintesis xanthone dan turunannya karena struktur kimianyayang unik dan manfaat kesehatannya. (Yang Chun-hui dkk, 2012)

Buah manggis (Garcinia mangostana) merupakan salahsatu sumber xanthone yang paling banyak dibandingkan buahlain. Senyawa turunan xanthone yang banyak terdapat pada buahmanggis adalah α-, β-, dan γ- mangosteen. Ekstrak α-mangosteenbanyak digunaka dalam bahan suplemen nutrisi, kosmetik herbal,dan bidang farmasi.(Abdalrahim dkk, 2012)

Gambar 2.3Struktur kimia xanthone(Carr, 2011)

2.3 EkstraksiEkstraksi merupakan proses pemisahan dua zat atau lebih

dengan menggunakan pelarut yang tidak saling campur.Berdasarkan fase yang terlibat, terdapat dua jenis ekstraksi, yaituekstraksi cair-cair dan ekstraksi padat-cair. Pemindahankomponen dari padatan ke pelarut pada ekstraksi padat-cairmelalui tiga tahapan, yaitu difusi pelarut kepori-pori padatan ataukedinding sel, di dalam dinding sel terjadi pelarutan padatan olehpelarut, dan tahapan terakhir adalah pemindahan larutan dari pori-

11

11

pori menjadi larutan ekstrak. Ekstraksi padat-cair dipengaruhioleh waktu ekstraksi, suhu yang digunakan, pengadukan, danbanyaknya pelarut yang digunakan (Harborne 1987). Tingkatekstraksi bahan ditentukan oleh ukuran partikel bahan tersebut.Bahan yang diekstrak sebaiknya berukuran seragam untukmempermudah kontak antara bahan dan pelarut sehinggaekstraksi berlangsung dengan baik. (Sudarmadji & Suhardi 1996).

Ekstraksi dengan pelarut dapat dilakukan dengan caradingin dan cara panas. Jenis-jenis ekstraksi tersebut sebagaiberikut:

2.3.1. Ekstraksi secara dinginMaserasi merupakan cara ekstraksi yang paling

sederhana. Bahan simplisia yang dihaluskan sesuai dengansyarat farmakope (umumnya terpotong-potong atau berupaserbuk kasar) disatukan dengan bahan pengekstraksi.Selanjutnya rendaman tersebut disimpan terlindung daricahaya langsung (mencegah reaksi yang dikatalisis cahayaatau perubahan warna) dan dikocok kembali. Waktulamanya maserasi berbeda-beda antara 4-10 hari. Secarateoritis pada suatu maserasi tidak memungkinkanterjadinya ekstraksi absolute. Semakin besar perbandingancairan pengekstraksi terhadap simplisia, akan semakinbanyak hasil yang diperoleh.

Metode maserasi digunakan untuk menyari simplisiayang mengandung komponen kimia yang mudah larutdalam cairan penyari, tidak mengandung benzoin, tiraksdan lilin (Sudjadi, 1988).

Keuntungan dari metode ini adalah peralatannyasederhana. Sedang kerugiannya antara lain waktu yangdiperlukan untuk mengekstraksi sampel cukup lama,cairan penyari yang digunakan lebih banyak, tidak dapatdigunakan untuk bahan-bahan yang mempunyai teksturkeras seperti benzoin, tiraks dan lilin.

Metode maserasi dapat dilakukan dengan modifikasisebagai berikut :

12

Modifikasi maserasi melingkar Modifikasi maserasi digesti Modifikasi Maserasi Melingkar Bertingkat Modifikasi remaserasi Modifikasi dengan mesin pengaduk

(Sudjadi, 1988).Soxhletasi merupakan penyarian simplisia secara

berkesinambungan. Soxhletasi dilakukan dalam sebuahalat yang disebut soxhlet. Cairan penyari diisikan padalabu, serbuk simplisia diisikan pada tabung dari kertassaring, atau tabung yang berlubang-lubang dari gelas, bajatahan karat, atau bahan lain yang cocok. Cairan penyaridipanaskan hingga mendidih. Uap cairan penyari naik keatas melalui pipa samping, kemudian diembunkan kembalioleh pendingin tegak.

Cairan turun ke labu melalui tabung yang berisi serbuksimplisia. Cairan penyari sambil turun melarutkan zat aktifserbuk simplisia. Karena adanya sifon maka setelah cairanmencapai permukaan sifon, seluruh cairan akan kembalike labu. (Sudjadi, 1988).

Keuntungan metode ini adalah : Dapat digunakan untuk sampel dengan tekstur yang

lunak dan tidak tahan terhadap pemanasan secaralangsung.

Digunakan pelarut yang lebih sedikit Pemanasannya dapat diatur (Sudjadi, 1988).Kerugian dari metode ini : Karena pelarut didaur ulang, ekstrak yang terkumpul

pada wadah di sebelah bawah terus-menerusdipanaskan sehingga dapat menyebabkan reaksiperuraian oleh panas.

Jumlah total senyawa-senyawa yang diekstraksiakan melampaui kelarutannya dalam pelarut tertentusehingga dapat mengendap dalam wadah dan

13

13

membutuhkan volume pelarut yang lebihbanyak untuk melarutkannya.

Bila dilakukan dalam skala besar, mungkin tidakcocok untuk menggunakan pelarut dengan titik didihyang terlalu tinggi, seperti metanol atau air, karenaseluruh alat yang berada di bawah kondensor perluberada pada suhu ini untuk pergerakan uap pelarut yangefektif . (Sudjadi, 1988).

Metode ini terbatas pada ekstraksi dengan pelarutmurni atau campuran azeotropik dan tidak dapatdigunakan untuk ekstraksi dengan campuran pelarut,misalnya heksan : diklormetan = 1 : 1, atau pelarut yangdiasamkan atau dibasakan, karena uapnya akanmempunyai komposisi yang berbeda dalam pelarut cairdi dalam wadah. (Sudjadi, 1988).

Perkolasi adalah cara penyarian dengan mengalirkanpenyari melalui serbuk simplisia yang telah dibasahi.Perkolasi dilakukan dalam wadah berbentuk silindrisatau kerucut (perkolator), yang memiliki jalan masukdan keluar yang sesuai. Bahan pengekstraksi yangdialirkan secara terus-menerus dari atas, akan mengalirturun secara lambat melintasi simplisia yang umumnyaberupa serbuk kasar. Melalui penyegaran bahan pelarutsecara terus-menerus, akan terjadi proses maserasibertahap banyak. Jika pada maserasi sederhana, tidakterjadi ekstraksi yang sempurna dari simplisia karenaakan terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutandalam sel dengan cairan disekelilingnya, maka padaperkolasi melalui suplai bahan pelarut segar, perbedaankonsentrasi tadi selalu dipertahankan. Dengan demikianekstraksi total secara teoritis dimungkinkan (praktisjumlah bahan yang dapat diekstraksi mencapai 95%).Keuntungan metode ini adalah tidak memerlukanlangkah tambahan yaitu sampel padat telah terpisah dariekstrak. Kerugiannya adalah kontak antara sampel padat

14

tidak merata atau terbatas dibandingkan dengan metoderefluks, dan pelarut menjadi dingin selama prosesperkolasi sehingga tidak melarutkan komponen secaraefisien. (Sutriani L., 2008)

2.3.2. Ekstraksi secara panasa. Metode refluks

Keuntungan dari metode ini adalah digunakan untukmengekstraksi sampel-sampel yang mempunyai teksturkasar dan tahan pemanasan langsung. Sedangkankerugiannya adalah membutuhkan volume total pelarutyang besar dan sejumlah manipulasi dari operator(Sutriani L., 2008).b. Metode destilasi uap

Destilasi uap adalah metode yang populer untukekstraksi minyak-minyak menguap (esensial) darisampel tanaman. Metode destilasi uap airdiperuntukkan untuk menyari simplisia yangmengandung minyak menguap atau mengandungkomponen kimia yang mempunyai titik didih tinggipada tekanan udara normal. (Sutriani L., 2008).

Pelarut yang baik untuk ekstraksi adalah pelarutyang mempunyai daya melarutkanyang tinggi terhadapzat yang diekstraksi. Daya melarutkan yang tinggi iniberhubungan dengan kepolaran pelarut dan kepolaransenyawa yang diekstraksi. Terdapat kecenderungankuat bagi senyawa polar larut dalam pelarut polar dansebaliknya. (Sutriani L., 2008).

Pemilihan pelarut pada umumnya dipengaruhi oleh:· Selektivitas, pelarut hanya boleh melarutkan

ekstrak yang diinginkan.· Kelarutan, pelarut sedapat mungkin memiliki

kemampuan melarutkan ekstrak yang besar.

15

15

· Kemampuan tidak saling bercampur, pada ekstraksicair, pelarut tidak boleh larut dalam bahanekstraksi.

· kerapatan, sedapat mungkin terdapat perbedaankerapatan yang besar antara pelarut dengan bahanekstraksi.

· Reaktivitas, pelarut tidak boleh menyebabkanperubahan secara kimia pada komponen bahanekstraksi.

· Titik didih, titik didh kedua bahan tidak bolehterlalu dekat karena ekstrak dan pelarut dipisahkandengan cara penguapan, distilasi dan rektifikasi.

· Kriteria lain, sedapat mungkin murah, tersediadalam jumlah besar, tidak beracun, tidak mudahterbakar, tidak eksplosif bila bercampur udara,tidak korosif, bukan emulsifier, viskositas rendahdan stabil secara kimia dan fisika. (Sutriani L.,2008).

·2.4 Ekstraksi Hydrothermal

Secara umum, kondisi hydrothermal adalah suatu kondisiyang melibatkan air bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi.Airyang berada pada temperatur lebih tinggi dari titik didihambiennya bisa diaplikasikan untuk ekstraksi, pada suhu lebihrendah, jenis kandungan ionic dan polar akan terekstrak, padasuhu lebih tinggi, substansi nonpolar akan terlarut dan terekstrak.Air menghilangkan substansi komponen nonpolar denganmenginteraksikannya dengan substrat dan melemahkan gayaikatannya. (Brunner, 2008). Keuntungan metode hydrothermaluntuk ekstraksi ini adalah kemampuan untuk membuat ekstrakyang tidak stabil pada titik leburnya, Selain itu, metode ini tidakmembutuhkan senyawa organik sebagai pelarutnya. Metode iniramah lingkungan dan serbaguna karena tidak melibatkan pelarutorganik. Selain itu, bahan yang memiliki tekanan uap tinggi dekat

16

titik lebur juga dapat tumbuh dengan metode hydrothermal.(Schmid,2004)

Air yang digunakan dalam proses ekstraksi hydrothermalini adalah subcritical water yang memiliki sifat fisik tetapberbentuk liquid dalam rentang suhu 100 ºC sampai 374 ºC dandalam kondisi bertekanan.Air ini memiliki dua sifat unik, sifatyang pertama adalah ion product yang tinggi pada suhu yangtinggi. Kenyataan ini menunjukkan bahwa air dapat bertindaksebagai katalis asam maupun basa. Air ini juga mampu dikatalisisoleh proses kondensasi peptida, asam dikarboksilat, dan isomerdari asam lemak dan sakarida. Sifat lainnya adalah konstantadielektriknya yangrelatif rendah, Konstanta dielektrik subcriticalwater konstan pada 200 ºC sampai 300 ºC, hampir sama denganaseton dan methanol ambient, menunjukkan bahwa air dapatdigunakan untuk mengekstraksi zat hidrofobik dari sumber dayaalam. Kelarutan asam lemak dalam air diukur, dan itumenunjukkan bahwa ikatan hidrogen antara molekul air menjadisangat lemah pada suhu yang lebih tinggi dari 150ºC. Padasubcritical water, juga ditemukan bahwa subcritical watermemiliki kemampuan yang baik untuk melarutkan lipid.(Adachi,2009)

Gambar 2.4 memperlihatkan fase diagram Pressure-Temperature untuk air murni (pure water).

Gambar 2.4. P-T fase diagram untuk air murni (Pure Water)

17

17

Dari diagram tersebut, dapat terlihat bahwa air memiliki suhukritis 374 ºC dan tekanan kritis 218 atm. Di bagian kanan atastitik tersebut, terdapat daerah kondisi supercritical yaitu daerahyang berada diatas suhu dan tekanan kritisnya. Kondisisubcritical, seperti yang ditunjukkan pada diagram, terdapat padadaerah di kiri bawah titik kritis. Karena yang dipakai adalahsubcritical water, maka daerah yang tercakup adalah daerahsubcritical liquid.

2.5 PemodelanEkstraksi Hydrothermal2.5.1. Thermodynamic Model (SWE)

Pemodelan menggunakan koefisien partisi (KD)mendeskripsikan proses ekstraksi yang dikontrol oleh pastisisolute antara solute dalam matrix dan juga solute dalamsolvent. Menurut hukum distribusi yang dinyatakan oehNertst pada tahun 1891, bahwa suatu zat yang terlarut akanmembagi diri antara dua pelarut yang tidak saling melarutkansedemikian rupa, sehingga perbandingan aktifitas padakeadan setimbang dan suhu tertentu adalah tetap.

Dalam ekstraksi peristiwa ini terjadi ketika nilaikandungan solute dalam tanaman kecil. Laju alir pelarutyang digunakan juga kecil karena kandungan solute yangkecil, sehingga sistem ekstraksi ini dapat ditinjau dari segitermodinamika. Ketika pemodelan KD diaplikasikan padasuatu proses ekstraksi maka kurva ekstraksi akan mengikutipersamaan berikut :

= + (2.2)

Dimana,Ma = Total massa yang terekstraksi pada jumlah volume A

(mg/g dry sample)Mb = Total massa yang terekstraksi pada jumlah volume B

(mg/g dry sample)Mi = Total massa awal ekstrak pada feed (mg/g dry sample)

18

KD = Koefisien distribusi= Densitas ekstrak (mg/ml)

m = massa sample yang terekstrak (mg dry sample)Persamaan 2.2 diturunkan berdasarkan persamaan

2.1 yang merupakaan pengertian dasar dari koefisien partisi,yaitu perbandingan antara konsetrasi solute dalam matrix danjuga solute dalam solvent.

= (2.2)

(Khajenoori, 2008)

2.6 Penelitian TerdahuluRobert Bunsen (1839) memasukkan air ke dalam tabung

kaca berdinding tebal. Kemudian dipanaskan pada suhu di atas200 °C dan tekanan di atas 100 Bar. Ini pendapat pertama bahwaair dapat menjadi media pelarut pada proses hydrothermal.

Seorang peneliti dari Malaysia, Saim dkk (2008) berhasilmengekstraksi kandungan Essential Oil dari akar coriander(Coriandrum sativum L.) menggunakan proses hydrothermalldengan subcritical water sebagai pelarutnya.

Kiwa Kitada dkk. (2009) menganalisa aktifitasantioksidan dan antibakterial pada ekstrak nutraceutical dariChlorella vulgaris, yang diperoleh dari ekstraksi secarahydrothermal.Dari penelitian ini diketahui bahwa semakin tinggisuhu ekstraksi hydrothermal, yield ekstrak yang diperoleh jugasemakin besar.

Singh dkk (2011) melakukan eksperimen ekstraksikandungan phenolic compounds dari kulit ari kentang denganmenggunakan subcritical water sebagai pelarutnya. Daripenelitian diketahui bahwa penggunaan subcritical water padasuhu 160 oC – 180 oC, tekanan 6 MPa, dan waktu ekstraksi 60menit dapat menjadi pengganti pelarut organik yang bagus untukmengekstrak kandungan phenolic compound dari kulit arikentang.

Zarena dkk, (2011) melakukan penelitian ekstraksi kulitmanggis menggunakan metode supercritical CO2 dengan

19

19

menggunakan variabel tekanan serta suhu untuk mengetahuikondisi optimum ekstraksi dengan CO2 superkritis.Dari hasilpenelitian ini, dapat diketahui bahwa kondisi optimum ekstraksidengan CO2 superkritis adalah pada suhu ekstraksi 60oC dantekanan 30 MPa.

Stevi dkk (2012) melakukan penelitian ekstraksi kulitbuah manggis dengan metode maserasi menggunakan pelarutmethanol untuk menentukan kandungan fenolik dan aktivitasantioksidannya.Dari penelitian ini, dapat diketahui bahwa ekstrakdari starting material kering menghasilkan yield lebih banyakdaripada starting material basah.

Qifni dan Dwitama (2013) melakukan penelitian ekstraksihydrothermal dari kulit buah manggis secara semi batch dan batchdengan menggunakan variabel tekanan dan suhu untukmengetahui kondisi optimum ekstraksi serta mengetahui efisiensiantioksidan. Dari hasil penelitian diketahui bahwa kenaikantekanan pada proses ekstraksi hydrothermal (1-5 MPa)menyebabkan peningkatan total phenolic compound(TPC) danyield xanthone dalam ekstrak. Kenaikan suhu operasi pada prosesekstraksi hydrothermal (120oC-180oC) menyebabkan peningkatantotal phenolic compound (TPC) dan yield xanthone. Kondisioptimum untuk mendapatkan Total Phenolic Compound (TPC)maksimum yakni pada suhu 180oC dengan tekanan 5 MPa,sedangkan untuk mendapatkan yield xanthone maksimumdidapatkan kondisi optimum pada suhu 150oC dengan tekanan 5MPa. Dari segi kandungan TPC, xanthone, dan efisiensiantioksidan, hasil ekstrak hydrothermal batch lebih baik daripadaekstrak hydrothermal semi batch.

Simon dan Kevin (2014) melakukan penelitian ekstraksihydrothermal dari kulit buah manggis secara semi batch dan batchdengan menggunakan variabel ukuran starting material, tekanandan suhu untuk mengetahui kondisi optimum ekstraksi sertamengetahui efisiensi antioksidan. Kondisi optimum untukmendapatkan Total Phenolic Compound (TPC) maksimumdidapatkan pada suhu 180oC, ukuran 16-24 mesh, rasio 2.5 gr/15

20

ml, dan waktu 150 menit; sedangkan konsentrasi xanthonemaksimum didapatkan pada suhu 180oC, ukuran 35-42 mesh,rasio 2.5 gr/15 ml, waktu 150 menit. Dari segi kandunganxanthone, hasil ekstrak hydrothermal batch lebih baik daripadaekstrak hydrothermal semibatch. Sedangkan dari segi kandunganTPC, hasil ekstrak hydrothermal semibatch lebih baik daripadaekstrak hydrothermal batch.

21

21

BAB 3METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Deskripsi Proses PenelitianProses ekstraksi hydrothermal ini digunakan untuk

mengekstrak xanthone dari bahan baku kulit buah manggis(Garcinia Mangostana) yang masih segar. Metode ekstraksi yangdigunakan adalah dengan proses hydrothermal dengan pelarutberupa air pada kondisi subkritis. Proses ekstraksi dilakukansecara semibatch . Suhu operasi yang digunakan adalah 120, 140,160, 180 dan 200 0C, dengan tekanan sebesar 3, 5, dan 10MPa,dan laju alir air sebesar 1mL/min. Dengan proses ekstraksi secarahydrothermal ini diharapkan akan diperoleh pengetahuan tentangkondisi operasi terbaik untuk menghasilkan xanthone dengankadar antioksidan dan kualitas yang baik. Kadar xanthone dalamekstrak kulit manggis selanjutnya dianalisa dengan metodespektrofotometri. Selain itu juga dilakukan pemodelan ekstraksimenggunakan thermodynamics dan mass transfer diffusion model.Selanjutnya hasil ekstraksi hydrothermal akan dibandingkandengan hasil dari pemodelan.

3.2 Variabel PenelitianPenelitan ekstraksi kulit buah manggis secara

hydrothermal ini dilakukan secara semibatch. Kondisi kulit yangdigunakan dalam kondisi kering dan segar. Suhu operasi yangdigunakan adalah 120, 140, 160, 180, dan 200 oC dengan tekananoperasi masing-masing sebesar 3, 5, dan 10 MPa, dan laju alir air1mL/min.

3.3 Bahan Ekstraksi Hydrothermal dan Analisa1. Kulit Manggis

Bahan baku kulit manggis ini berfungsi sebagai startingmaterial. Jenis kulit manggis yang digunakan adalahGarcinia Mangostana. Analisia proksimat pada kulit buahmanggis menunjukkan bahwa kadar airnya 37.68%, kadar

22

abu 1,01%, kadar lemak 0,63%, protein 0,71%, total gula1,17% dan karbohidrat 35,61%. Berbagai hasil penelitianmenunjukkan bahwa kulit buah manggis kaya akankandungan antioksidan terutama antosianin, xanthone.

2. AquadestAquadest ini digunakan sebagai pelarut dalam prosesekstraksi secara hydrothermal. Aquadest yang digunakansebagai pelarut ini adalah kondisi subkritis.

3. XanthoneDigunakan sebagai larutan standar untuk analisa kuantitatifxanthone yang terkandung di dalam ekstrak

3.4 Peralatan Ekstraksi Hydrothermal dan Analisa1. High Performance Liquid Chromatography (HPLC) Pump

Pompa ini digunakan pada ekstraksi hydrothermal secarasemibatch untuk memompa air pelarut kedalam ekstraktorsampai pada tekanan operasi yang diinginkan. HPLC pumpini bisa menaikkan tekanan liquid hingga mencapai 40 MPa.

Gambar 3.1 High Performance Liquid ChromatographyPump

2. Ekstraktor SemibatchDigunakan sebagai tempat ekstraksi hydrothermal secarasemibatch dari starting material berupa kulit manggis.Ekstraktor yang terbuat dari stainless steel berbentuk silinderdengan dimensi: panjang 4.42 cm dan inside diameter 2,85cm. Jenis ekstraktor ini adalah fixed bed, dimana di kedua

23

23

sisinya (inlet dan outlet) terdapat filter dengan ukuran 50m.

3. FurnaceFurnace/Oven digunakan sebagai pemanas untuk menaikkandan menjaga suhu operasi ekstraksi. Furnace ini mampubekerja hingga suhu 310 oC.

Gambar 3.2 Furnace

4. Cooler/ChillerCooler/chiller digunakan sebagai pendingin campuran uapair dan uap ekstrak xanthone yang dihasilkan dari prosesekstraksi secara semibatch hydrothermal. Bahan yangdigunakan sebagai pendingin adalah air. Aliran daripendingin ini bersifat counter current terhadap aliranekstrak.

Gambar 3.3 Chiller

24

5. FilterFilter yang terbuat dari stainless steel dengan ukuran pori 7m berfungsi untuk menyaring partikel-partikel yangmungkin terlarut di dalamekstrak.

6. Back Pressure Regulator (BPR)Back pressure regulator digunakan sebagai pengontroltekanan dalam system ekstraksi.

7. Collection VialCollection Vial digunakan sebagai penampung/tempatmengumpulkan ekstrak dari kulit manggis.

8. UV-Vis SpectrophotometerUV-Vis Spectrophotometer ini digunakan untuk menganalisakandungan xanthone.

3.5 Prosedur PenelitianPenelitian ini terbagi menjadi 2 tahap, yaitu percobaan

dan pemodelan. Percobaan terdiri dari 3 tahap persiapan startingmaterial,proses ekstraksi, dan analisa.

3.5.1Percobaan Ekstraksi Hydrothermal3.5.1.1 Persiapan Starting material Kulit Manggis

Dalam penelitian ini digunakan dua variabel kondisistarting material kulit manggis kering dan kulit manggis segar.Tahap pertama untuk persiapan starting material kulit manggiskering ekstraksi ini adalah size reduction dari kulit manggis.Mula-mula, kulit manggis dipisahkan dari daging buahnya.Setelah itu, kulit manggis tersebut dihancurkan menggunakanmill. Kemudian, kulit manggis dikeringkan di dalam oven dengansuhu 60oC selama 24 jam.

Sedangkan untuk variabel starting material kulit manggissegar, tahap pertama sama seperti kulit manggis kering yaitu kulitmanggis melalui tahap size reduction dengan cara dihancurkan

25

25

menggunakan mill. Namun, variabel kulit manggis segar tidakmelalui tahap pengeringan.

3.5.1.2 Proses EkstraksiPada proses ekstraksi hydrothermal semibatch (gambar

3.4), mula-mula starting material dimasukkan ke dalamekstraktor hingga memenuhi volume ekstraktor (kondisi fixedbed). Kemudian, di kedua sisi inlet dan outlet ekstraktorditambahkan glass bead. Glass bead ini berfungsi untukmencegah terjadinya channeling, sehingga aliran air yang masukekstrakstor terdistribusi sempurna ke semua arah karena adanyaglass bead. Glass bead yang dipakai tipe BZ-2 dengan diameter1,5 mm – 2,5 mm. Kemudian ekstraktor tersebut dimasukkan kedalam furnace. Selanjutnya air sebagai pelarut dipompa ke dalamekstraktor menggunakan HPLC (High Performance LiquidChromatography)Pump. HPLC pump ini berfungsi untukmenaikkan tekanan pelarut sesuai dengan kondisi operasiekstraksi secara hydrothermal. Pada HPLC pump ini, aliranpelarut diatur dengan flow rate 1 mL/menit. Tekanan operasiekstraksi hydrothermal ini diatur menggunakan BPR dengan caramenutup BPR sampai tekanan yang diinginkan. Kemudian, airtersebut dipanaskan menggunakan preheater dan furnacehinggamencapai kondisi subkritis. Preheater ini berupa lilitan tube yangdipasang di dalam furnace. Di dalam furnace, starting materialyang terdapat didalam ekstraktor diekstraksi dengan subcriticalwater. Untuk memastikan suhu di dalam ekstraktor sesuai dengansuhu yang diinginkan, suhu liquid masuk dan keluar ekstraktormasing-masing diukur dengan termokople T1 dan T2. Setelah itu,larutan ekstrak yang telah dihasilkan tersebut didinginkandengancoolerdankemudiandilewatkan filter. Kemudian ekstrakyang telah diperoleh ditampung di dalam botol/collection vial,setelah melalui BPR. Larutan ekstrak selanjutnya disimpan dalamlemari es sampai dianalisa.

26

Gam

bar

3.4

Skem

apr

oses

ekst

raks

isec

ara

hydr

othe

rmal

27

27

3.5.1.3 Analisa EkstrakPada penelitian ini, dilakukan analisa kandungan

xanthone pada kulit manggis. Analisa kandungan xanthone dalamekstrak dilakukan menggunakan metode spektrofotometri. Untukanalisa kandungan xanthone, mula-mula spektrofotometerdikalibrasi terlebih dahulu, dengan cara memasukkan larutanblanko (aquades) ke dalam kuvet, kemudian mengukurnyadengan spektrofotometer pada panjang gelombang 236 nm,kemudian mengatur nilai absorbansi = 0 dan nilai transmitansi =100%. Setelah itu, mengukur absorbansi larutan xanthone standardengan konsentrasi 0,1 hingga 0,5 mg/mL. Kemudian membuatkurva kalibrasi xanthone dari nilai absorbansi yang telahdiperoleh. Selanjutnya mengukur absorbansi ekstrak yang telahdiencerkan dengan aquades. Kandungan xanthone dalam ekstrakdapat dihitung dengan membandingkan nilai absorbansi ekstrakdengan persamaan kurva kalibrasi xanthone standar yang telahdibuat. Analisa ini dilakukan karena xanthone merupakanantioksidan utama dalam kulit manggis. (Jung et al., 2006)

3.5.2 Pemodelan Ekstraksi HydrothermalPemodelan ini menggunakan solver pada Excel . Dalam

pemodelan ini menggunakan thermodynamic model.= (3.1)

Massa hasil analisa pada masa fluida yang terekstraksi dan massahasil analisa yang tersisa pada feed masuk bergantung pada nilaiKD, dimana KD adalah koefisien distribusi. Ketika pemodelan KD

diaplikasikan pada suatu proses ekstraksi maka kurva ekstraksiakan mengikuti persamaan berikut := + (3.2)

Dimana,Ma = Total massa yang terekstraksi pada jumlah volume A

(mg/g dry sample)Mb = Total massa yang terekstraksi pada jumlah volume B

28

(mg/g dry sample)Mi = Total massa awal ekstrak pada feed (mg/g dry sample)KD = Koefisien distribusi

= Densitas ekstrak (mg/ml)M = massa sampe yang terekstrak (mg dry sample)

3.6 Variabel EkstraksiSemi-Batch

Variabel bebas- Suhu = 120, 140, 160, 180 dan 200 °C- Tekanan = 3, 5, dan 10 MPa- Flowrate = 1 mL/min.- Kondisi starting material = Kulit manggis segar dan

kering Variabel tetap

- Waktu = 180 menit

29

29

BAB 4HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini telah dipelajari pengaruh tekanan dansuhu operasi ekstraksi hydrothermal serta kondisi startingmaterial yaitu kulit manggis segar dan kulit manggis keringterhadap kandungan xanthone pada ekstrak kulit buah manggis.Beberapa variabel diatas perlu dipelajari untuk mengetahuikondisi optimal dari ekstraksi hydrothermal kulit buah manggisini. Selain itu telah dipelajari pemodelan ekstraksi hydrothermalmenggunakan thermodynamicmodel dengan mencari nilaikoefisien distribusi. Penelitian ini menggunakan proses ekstraksihydrothermal semi batch.

4.1 Ekstraksi HydrothermalEkstraksi hydrothermal ini menggunakan sistem semi-

batch, dengan variabel suhu operasi 120 oC, 140 oC, 160 oC, 180oC, dan 200 oC dengan variabel tekanan 3 MPa, 5 MPa, dan 10MPa. Selain itu digunakan variabel kulit manggis segar dan kulitmanggis kering. Kulit manggis kering melalui tahap preparasisize reduction dan pengeringan pada suhu 60 oC selama 24 jam,sedangkan variabel kulit manggis segar tanpa melalui prosespengeringan. Variabel ini digunakan untuk mengetahui pengaruhkondisi operasi terhadap % recoveryxanthone yang terekstrak.

Pada ekstraksi hydrothermal semibatch, subcritical watersebagai solvent dialirkan secara konstan ke dalam ekstraktor yangtelah diisi dengan starting material kulit manggis, denganflowrate 1 ml/menit melalui HPLC pump.

Gambar 4.1 menunjukkan perbandingan hasil analisakromatografi FTIR pada starting material kulit manggis danresidu. Analisa dilakukan pada rentang wavelength 4000-500 cm-

1. Dari hasil analisa FTIR dapat diketahui apakah xanthone telahterekstrak melalui identifikasi ikatan kimia dalam residu. Padaumumnya kulit manggis mengandung selulosa, hemiselulosa, danlignin yang mengandung gugus alkena, ester, keton, alkohol, dan

30

gugus aromatik (Machmudah, 2015). Dari gambar tersebut,terlihat bahwa kandungan senyawa xanthone telah terekstrak.

Gambar 4.1 Hasil analisa kromatografi FTIR padastarting material dan residu

Dapat dilihat dari gambar 2.3 bahwa xanthonemengandung gugus C=O dengan panjang gelombang 1060 cm-1

(Machmudah, 2015). Pada gambar 4.1 terlihat bahwa %transmitan starting material pada range panjang gelombang C=Osebesar 78,20 %. Sedangkan % transmitan pada residu baik 160oC (78,22 %) maupun 200 oC (78,73 %) mengalamin peningkatan.Hal ini menunjukkan bahwa terjadi deformasi dari gugusaromatik C=O yang berarti bahwa xanthone telah terkestrak.

Gugus C-O-C berada pada range panjang gelombangsekitar 1232 cm-1 (Machmudah, 2015). Dari gambar 4.1 terlihatbahwa pada range panjang gelombang C-O-C % transmitan padastarting material (80,66 %) dengan peak jauh lebih tajamdibandingkan pada residu 160 oC (83,70 %) dan residu 200 oC(87,46 %). Hal ini menunjukkan bahwa pada proses ekstraksigugus C-O-C kulit manggis lebih reaktif dan berkurang.

31

31

Xanthone juga mengandung gugus C-H yang berada padapanjang gelombang 1402 cm-1 (Machmudah, 2015). Pada gambar4.1 baik starting material, residu 160 oC, maupun residu 200 oCmenunjukkan peningkatan nilai % transmitan dengan %transmitan untuk starting material sebesar 83,02 %, residu 160 oCsebesar 83,18 %, dan residu 200 oC sebesar 88,80 %. Peningkatan% transmitan menunjukkan berkurangnya jumlah gugus C-H.

Selain itu xanthone memiliki gugus C=C yang beradapada panjang gelombang 1613 cm-1 (Machmudah, 2015). Darigambar 4.1 terlihat ketajaman peak berkurang seiringbertambahnya suhu. Peak starting material dengan % transmitan81,12 % lebih tajam dibandingkan peak residu 160oC (81,55 %)dan residu 200 oC (88,25 %) yang menunjukkan bahwa ikatanC=C juga telah terkonsumsi selama proses ekstraksi. Dari hasilpembahasan dapat disimpulkan bahwa ekstraksi hydrothermalkulit buah manggis dapat mengekstrak xanthone.

4.1.1 Pengaruh Suhu Operasi Terhadap % RecoveryXanthoneyang Terekstrak

Gambar 4.2 da 4.3 berturut-turut menunjukkan pengaruhsuhu operasi terhadap % recoveryxanthone yang terekstrak pada5MPA untuk variabel kulit manggis kering dan kulit manggissegar.

32

Gambar 4.2 Pengaruh suhu operasi terhadap % recoveryxanthonepada 5 MPA variabel kulit manggis kering

Pada gambar 4.2 untuk variabel kulit manggis keringpada tekanan 5 MPA terlihat bahwa % recovery xanthonemeningkat dari suhu 120 oC hingga 160 oC, namun kemudianmenurun pada suhu 180 oC dan 200 oC. Peningkatan %recoveryxanthone seiring meningkatnya suhu operasi ekstraksidisebabkan karena pada subcritical water peningkaan suhuoperasi akan menurunkan konstanta dielektrik air. Pada suhurendah, ikatan hidrogen dari air sangat kuat sehingga nilaikonstanta dielektrik tinggi. Semakin tinggi suhu air akanmemperlemah kekuatan setiap ikatan hidrokarbon sehinggamengurangi nilai dari konstanta dielektrik dan polaritas air (Carr,2011). Senyawa xanthone pada dasarnya larut terhadap pelarutorganik yang bersifat non polar (methanol, etnaol, dll). Penurunanpolaritas air ini menyebabkan peningkatan kemampuan air untuk

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)

120 C 140 C 160 C

33

33

melarutkan senyawa phenolic, termasuk xanthone (Machmudah,2015).

Selain itu peningkatan suhu operasi akan menurunkanviskositas dan tegangan permukaan air. Hal ini mempermudahpenetrasi air sebagai solvent pada partikel sehingga meningkatkanefisiensi ekstraksi (Adachi, 2008).

Namun, peningkatan suhu operasi melebihi suatu batastertentu dapat menyebabkan degradasi pada senyawa fitokimia.Batas suhu operasi tersebut berbeda untuk setiap senyawa(Khajenoori, 2009). Pada kondisi operasi tekanan 5 MPA variabelkulit manggis kering ini terlihat bahwa xanthone mulaimengalami degradasi pada suhu 180 oC.

Gambar 4.3 Pengaruh suhu operasi terhadap % recovery xanthonepada 5MPA variabel kulit manggis segar

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)

120 C 140 C 160 C

34

Dari gambar 4.3 untuk tekanan 5 MPA variabel kulitmanggis segar terlihat bahwa % recovery xanthone paling besarterdapat pada suhu paling tinggi yaitu 200 oC. Pada kondisi inijuga menunjukkan bahwa % recovery xanthone akan meningkatseiring bertambahnya suhu, walaupun pada suhu 140 oC hingga180 oC tidak terdapat perbedaan yang signifikan. Tidak sepertipada variabel kulit manggis kering, pada variabel kulit manggissegar xanthone belum terdegradasi pada suhu 180 oC. Hal inidikarenakan ekstraksi kulit manggis kering lebih efisien sehinggaproses ekstraksi lebih cepat seperti yang akan dibahas pada subbab berikutnya tentang pengaruh kondisi starting material pada %recovery xanthone.

4.2.2 Pengaruh Tekanan Operasi Terhadap %RecoveryXanthone yang Terekstrak

Gambar 4.4 Pengaruh tekanan operasi terhadap % recoveryxanthone pada 160 oC variabel kulit manggis kering

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)

3 MPA 5 MPA 10 MPA

35

35

Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa pada variabel kulitmanggis kering suhu 160oC, tekanan operasi maksimum adalah 5MPA. Terlihat pada tekanan 5 MPA % recovery xanthonemencapai 87,02 % dibandingkan dengan tekanan 3 MPA (44,21%) dan 10 MPA (36,47 %). Namun pada gambar 4.5 tidak terlihathasil yang sama.

Gambar 4.5 Pengaruh tekanan operasi terhadap % recoveryxanthone pada 160 oC variabel kulit manggis segar

Pada gambar 4.5 untuk variabel kulit manggis segar suhu160 oC, tekanan operasi optimal adalah pada 3 MPA. Nilai %recovery pada 3 MPA mencapai 48,09 %, sedangkan pada 5 MPA20, 85 % dan 10 MPA 21,59 %.

Dari pembahasan dua grafik diatas terlihat bahwaperbedaan tekanan tidak memberi banyak pengaruh pada hasilekstraksi. Berdasarkan literatur, tekanan tidak memberi banyakpengaruh terhadap % recovery pada ekstraksi menggunakan

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)

3 MPA 5 MPA 10 MPA

36

subcritical water. Namun tekanan yang digunakan harus cukupbesar untuk mampu menjaga fase air tetap pada kondisi liquidwalau pada suhu tinggi. Tekanan yang ditentukan adalah antara 1hingga 10 MPA pada suhu 100 hingga 300 oC. Selain itu tekananyang cukup tinggi mungkin membantu untuk mengekstrak soluteyang berada di bagian terdalam matriks dimana kondisi tekananatmosferik belum tentu bisa menjangkau (Adachi, 2008).

4.2.3 Pengaruh Kondisi Kulit Mangis Starting materialTerhadap % RecoveryXanthone yang Terekstrak

Gambar 4.6 hingga 4.8 berturut-turut merupakan grafikpengaruh kondisi starting material terhadap % recovery xanthonepada tekanan 3 MPA, 5 MPA, dan 10 MPA.

Gambar 4.6 Pengaruh kondisi kulit manggis starting materialterhadap % recoveryxanthone pada tekanan 3 MPA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)

120 C segar 120 kering140 segar 140 kering160 segar 160 kering

37

37

Dari gambar 4.6 pada tekanan 3 MPA suhu 120 oC dan160 oC variabel kulit manggis kering memberikan hasil recoverylebih rendah dari variabel kulit manggis segar , namun perbedaannilai yang ada tidak terlalu siknifikan. Pada suhu 140 oC, variabelkulit manggis kering jauh lebih optimal dibandingkan variabelkulit manggis segar.

Gambar 4.7 Pengaruh kondisi kulit manggis starting materialterhadap % recovery xanthone pada tekanan 5 MPATidak seperti pada tekanan 3 MPA, pada tekanan operasi

5 MPA terlihat bahwa variabel kulit manggis kering jauh lebihoptimal dibandingkan variabel kulit manggis segar. Salah satunyapada kondisi operasi suhu 160 oC dimana % recovery variabelkulit manggis kering mencapai 87,02 % sedangkan pada variabelkulit manggis segar hanya mampu mencapai 20,85 %.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)


38

Gambar 4.8 Pengaruh kondisi kulit manggis starting materialterhadap % recovery xanthone pada tekanan 10 MPA

Gambar 4.8 untuk tekanan operasi 10 MPA memberikanhasil yang sama dengan tekanan operasi 5 MPA bahwa variabelkulit manggis kering lebih optimal dibandingkan dengan variabelkulit manggis segar. Hal ini dikarenakan pengeringan mengurangikandungan air pada kulit manggis, sehingga nutrien dankandungan senyawa lain akan tertinggal dan konsentrasinyasemakin meningkat. Meningkatnya konsentrasi xanthone dalamkulit manggis akan memudahkan subcritical water dalammengekstrak xanthone (Satong-aun, 2011). Selain itupengurangan air pada starting material dapat membebaskansolute yang terikat oleh air dan memperpendek jarak perpindahanmassa oleh pelarut, sehingga memudahkan subcritical wateruntuk mengekstrak.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210

% R

ecov

ery

Waktu (menit)


39

39

4.2.4 Kondisi Operasi Optimum Ekstraksi HydrothermalKulit Manggis

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kondisi operasioptimum ekstraksi hydrothermal, diantaranya yang telah dibahasadalah suhu operasi, tekanan operasi, dan kondisi startingmaterial. Dari ekperimen yang telah dilakukan dengan beberapavariabel tersebut didapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 4.1 Hasil perhitungan % recovery variabelkulit manggis kering

Tekanan (MPA) Suhu (oC) % Recovery xanthone

3

120 26,55

140 50,23

160 44,21

180 55,17

200 58,32

5

120 31,53

140 67,46

160 87,02

180 70,64

200 50,14

10

120 40,30

140 42,56

160 36,47

180 52,25

200 71,71

40

Tabel 4.2 Hasil perhitungan % recovery variabel kulit manggissegar

Tekanan (MPA) Suhu (oC) % Recovery xanthone

3

120 30,98

140 34,44

160 48,09

180 28,29

200 63,60

5

120 6,24

140 26,78

160 20,85

180 22,33

200 36,06

10120 12,77

140 12,20

160 21,59

Dari tabel 4.1 dan tabel 4.2 dapat dilihat bahwa kondisioperasi optimal ekstraksi hydrothermal adalah pada variabel kulitmanggis kering suhu operasi 160 oC tekanan 5 MPA.

41

41

Gambar 4.9 Perbandingan warna ekstrak pada setiap waktuekstraksi hydrothermal semi batch pada 160 oC dan tekanan

5 MPADari hasil yang diperoleh dapat diamati warna ekstrak

kulit buah manggis pada setiap waktu ekstraksi. Gambar 4.9menunjukkan perbandingan warnaekstrak pada setiap waktuekstraksi hydrothermal semi batch pada suhu 160 oC dan tekanan5 MPA, dimana hasil ekstrak diambil setiap 30 menit dengancollection vial. Warna ekstrak kulit manggis berwarna kuningkecoklatan. Hal ini mengindikasikan bahwa senyawa yangterekstrak tidak hanya xanthone, melainkan campuran darisenyawa lain dalam kulit manggis seperti antosianin. Selain itudari kepekatan warna ekstrak dapat diamati bahwa kandungansenyawa yang terekstrak meningkat seiring berjalannya waktukemudian menurun. Warna ekstrak yang paling pekat teramatipada waktu ekstraksi 90 menit.

42

Gambar 4.10 Kandungan xanthone pada variabel 160 oCtekanan 5 MPA

4.2 Pemodelan Ekstraksi HydrothermalDari hasil eksperimen pada variabel kulit manggis kering

dan segar pada suhu 120 oC, 140 oC, 160 oC, 180 oC, dan 200 oCserta tekanan operasi 3 MPA, 5 MPA, dan 10 MPA, didapatkannilai KD dengan error minimal menggunakan persamaan (3.2).Perhitungan error menggunakan persamaan absolute averagedeviation (%AAD) sebagai berikut :

%AAD = x100

0

5

10

15

20

25

30

0 30 60 90 120 150 180

Kan

dung

an X

anth

one

dala

m E

kstr

ak(m

g)

Waktu Ekstraksi (menit)

(4.1)

43

43

Tabel 4.3 Hasil perhitungan nilai KD dan %AAD padapemodelan koefisien distribusi variabel kulit manggis kering

Tekanan(MPA)

Suhu(oC)

Koefisiendistribusi,

KD

%AAD

3

120 0,00060 3,13

140 0,00035 1,26

160 0,00041 3,28

180 0,00042 0,55

200 0,00046 5,14

5

120 0,00057 0,37

140 0,00025 1,48

160 0,00021 4,18

180 0,00027 6,60

200 0,00054 3,76

10

120 0,00044 1,11

140 0,00041 2,03

160 0,00045 0,12

180 0,00038 1,61

200 0,00031 0,07

Tabel 4.3 menunjukkan hasil perhitungan KD dan %AAD padaberbagai kondisi operasi variabel kulit manggis kering. Sepertitelah dibahas sebelumnya, kondisi operasi optimal dari variabelkulit manggis kering adalah pada 160 oC tekanan 5 MPA. Daritabel 4.3 terlihat bahwa kondisi suhu operasi 160 oC tekanan 5MPA memiliki nilai koefisien distribusi paling kecil yaitu0,00021.

44

Tabel 4.4 Hasil perhitungan nilai KD dan %AAD padapemodelan koefisien distribusi variabel kulit manggis segar

Tekanan(MPA)

Suhu(oC)

Koefisiendistribusi,

KD

%AAD

3

120 0,00068 1,92

140 0,00038 3,57

160 0,00035 0,30

180 0,00042 3,02

200 0,00034 4,22

5

120 0,00047 0,55

140 0,00034 2,18

160 0,00048 6,20

180 0,00050 1,46

200 0,00046 4,64

10

120 0,00050 0,64

140 0,00067 4,06

160 0,00054 6,30

Tabel 4.3 menunjukkan hasil perhitungan KD dan %AADpada berbagai kondisi operasi variabel kulit manggis kering. Daritabel 4.4 nilai koefisien distribusi terkecil berada pada kondisisuhu operasi 200 oC tekanan 3 MPA yang merupakan kondisioperasi optimal pada variabel kulit manggis segar, yaitu sebesar0,00034.

Dari hasil perhitungan nilai % AAD untuk setiap kondisioperasi masih memenuhi batas % error yakitu ±10 %, sehinggapemodelan ini sesuai untuk digunakan dalam ekstraksihydrothermal. Nilai koefisien distribusi paling kecil dari seluruhkondisi operasi berada pada suhu operasi 160 oC tekanan 5 MPA

45

45

yang merupakan kondisi operasi optimal. Dari tabel 4.3 dan 4.4dapat dilihat bahwa semakin optimal proses ekstraksi maka nilaiKDyang didapatkan akan semakin kecil. Hal ini sesuai denganpersamaan berikut :

Semakin optimal ekstraksi, maka jumlah xanthone sebagai solutedalam matrix yang terbawa oleh subcritical water sebagai solventakan bertambah. Semakin berjalannya waktu jumlah xanthonedalam matrix akan berkurang (Khajenoori, 2009). Maka semakinoptimal suatu kondisi operasi ekstraksi hydrothermal, nilaikoefisien distribusinya akan semakin kecil..

Ekstraksi hydrothermal kulit manggis pada penelitian inidilakukan selama 3 jam. Namun dengan adanya nilai koefisiendistribusi (KD) dapat diperkirakan hasil ekstraksi dalam rentangwaktu yang lebih lama. Gambar 4.11 menunjukkan perbandinganantara xanthone yang terekstrak pada eksperimen dengan hasilperhitungan pada tekanan 5 MPa.

(4.2)

46

Gambar 4.11 Perbandingan data eksperimen dan pemodelan KDpada tekanan 5 MPA variabel kulit manggis kering pada berbagai

suhu

Dari gambar 4.11 dapat terlihat bahwa hasil perhitunganmenggunakan model termodinamika mempunyai kesesuaiandengan hasil eksperimen dengan %AAD rata-rata 2,63 %. Selainitu hasil perhitungan dari pemodelan untuk rentang waktuekstraksi sampai 5 jam menunjukkan kecenderunganpertambahan massa xanthone yang terekstrak semakin konstanyang berarti bahwa xanthone telah terekstrak.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Aku

mul

asi M

assa

Xan

thon

e T

erek

stra

k (m

g)

Waktu Ekstraksi (menit)

140 C Pemodelan 140 C Eksperimen 160 C Pemodelan

160 C Eksperimen 180 C Pemodelan 180 C Eksperimen

47

47

BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanDari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut:1. Peningkatan suhu operasi pada ekstraksi hydrothermal

menyebabkan peningkatan %recovery xanthone.2. Peningkatan tekanan tidak terlalu berpengaruh terhadap

%recovery xanthone.3. Ekstraksi kulit manggis kering lebih optimal

dibandingkan kulit manggis segar.4. Kondisi optimal ekstraksi hydrothermal kulit manggis

untuk mendapatkan xanthone adalah pada 160 oC tekanan5 MPA.

5. Hasil pemodelan nilai KD dapat digunakan untukmemperkirakan hasil ekstraksi untuk waktu yang lebihlama.

5.2 Saran1. Melakukan pengukuran pengaruh flowrate terhadap hasil

ekstrak xanthone.2. Memperkirakan jumlah kulit manggis yang dibutuhkan

sejak awal karena manggis tidak tersedia sepanjangtahun. (Musim Manggis ada pada Januari-April)

3. Pada percobaan kali ini, suhu yang digunakan adalahsuhu sistem oven. Alangkah lebih baik bila diberithermocouple pada rangkaian alat agar bisa mendapatkansuhu air masuk dan keluar reaktor (T1 dan T2) yangsesungguhnya.

4. Melakukan penelitian lebih lanjut tentang korelasimatematis antara variabel suhu dan tekanan terhadap %recovery xanthone.

5. Memisahkan xanthonedari hasil ekstrak, agar bisadimanfaatkan dan dikomersilkan.

48

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

DAFTAR PUSTAKA

Adachi,S., and Wiboonsirikul, J.,(2008). Properties of subcriticalwater and its utilization. Food Science TechnologyResearch, 14(4): 319-328.

Abdalrahim, F.A., Aisha, Abu-Salah, K.M., Ismail, Z., and AbdulMajid, A.M.S., (2013). Determination of Total Xanthonesin GarciniaMagostana Fruit Rind Extract by Ultraviolet(UV) Spectrofotometry. Journal of Medicinal PlantsResearch, 7(1): 29-35.

Asl, A.H. and Khajenoori, M.,(2013). Subcritical WaterExtraction. Mass Transfer – Advances in SustainableEnergy and Environment Oriented Numerical Modeling,Chapter 17: 459-487.

Carr, A.G., Mammucari, R.,and Foster, N.R.,(2011). A review ofsubcritical water as a solvent and its utillisation for theprocessing of hydrophobic organic compounds. ChemicalEngineering Journal, Chapter 172: 1-17.

Efendi, Wijaya. (1991). Ekstrakasi, Purifikasi,danKarakteriasiAntosianindariKulitManggis(GarciniaMangostana L.). IPB, Bogor.

Harborne, J.B., (1987). MetodeFitokimia. ITB,Bandung.Machmudah, S., Ash-Shiddiqi, Q.Y., Kharisma, A.D.,

Widiyastuti, Wahyudiono, Kanda, H., Winardi, S., andGoto, M., (2014). Subcritical Water Extraction ofXanthone from Mangosteen(Garcinia Mangostana Linn)Pericarp. Advanced Chemical Engineer, 5-1: 1-6.

Pasaribu, S.S.,Ener, Kevin., (2014). Pengaruh Kondisi OperasiEkstraksi Hydrothermal Terhadap Konsentrasi Xanthonedan Efisiensi Antioksi dan Ekstrak Kulit Buah Manggis(GarciniaMangostana).ITS,Surabaya.

Pidianti, Pemi. (2009). Studi Potensi Xanton Kulit Manggis PadaBerbagai Kualitas Buah Manggis. IPB, Bogor.

Satong-aun, W., Assawarachan, R., and Noomhorm, A. (2011).The Influence of Drying Temperature and Extraction

Methods on α-Mangostin in Mangosteen Pericarp.Journal of Food Science and Engineering 1: 85-92.

Schmid, G., (2004). Nanoparticles: Theory to application.Weinheim: Wiley-VCH).Singh, P.P and Saldaña, M.D.A. (2011). Subcritical water

extraction of phenolic compounds from potato peel.Journal Food Research International 44: 2452–2458.

Stevi, G.D., Dewa, G.K., dan Vanda ,S.K.(2011). Aktivitasantioksidan Ekstrak Fenolik dari Kulit Buah Manggis(Garcinia mangostana L.).Journal MIPA Unsrat online 1(1): 11-15.

Sudarmadji S, Suhardi. (1996). Analisis Bahan Makanan danPertanian. Liberty, Yogyakarta.

Sudjadi, (1988).Metode Pemisahan, Penerbit Kanisius,Yogyakarta.

Sutriani L., (2008) .Ekstraksi .online athttp://medicafarma.blogspot.com/2008/11/ekstraksi,diakses pada 31 Januari 2015 .

Tambunan, R.M.., (1998). Telaah Kadungan Kimia dan AktivitasAntimikroba Kulit Buah Manggis. Tesis. ITB, Bandung.

Chun-hui, Y., Li, M., Zhen-ping, W., Feng, H., and Jing, G.(2012). Advanced in Isolation and Synthesis ofXanthoneDeritatives. Chinnese Herbal Medicines. 4(2):87-102.

Zarena, A.S. and Udaya S.K. (2011). Xanthones enriched extractsfrom mangosteen pericarp obtained by supercriticalcarbon dioxide process. Journal of Separation andPurification Technology 80 (2011): 172–178.

http://www.bps.go.id/tab_sub/view.php?tabel=1&daftar=1&id_subyek=55&notab=10

A-1

APPENDIKS

1. Perhitungan xanthone dalam ekstrak

Gambar A-1 Kurva Kalibrasi Konsentrasi Xanthone

Dari kurva kalibrasi konsentrasi xanthone standarddengan menghubungkan plot antara absorbansi dengankonsentrasi xanthone standard didapatkan persamaan regresilinier : y = 0,003x pada panjang gelombang 236 nm, dimana :

y = Konsentrasi xanthone standardx = AbsorbansiKemudian melakukan analisa absorbansi sampel ekstrak

yang diperoleh dari proses ekstraksi hydrothermal menggunakanspektrofotometer UV-Vis dan melakukan perhitungan % recoveryxanthone.Contoh perhitungan untuk variabel kulit manggis kering:Menghitung kandungan xanthone dalam ekstrak

y = 0,003xR² = 0,976

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,010

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000

Kon

sent

rasi

Xan

thon

e St

anda

rd (

mg/

ml)

Absorbansi

A-2

Ekstrak sampel yang diperoleh pada suhu operasi 120 oC dantekanan 3 MPA secara semi batch. Spektrofotometer tidak dapatmembaca sampel yang terlalu pekat, maka dari itu ekstrakdiencerkan (0,2 ml ekstrak diencerkan menggunakan 8 mlmethanol).

Absorbansi (x) ketika waktu ekstraksi 0 menit (M0, yaituekstrak dari awal hingga tercapai kondisi operasi sesuaivariabel yang ditentukan ) = 0,419C0 dalam methanol = 0,003 x absorbansi (x)

= 0,003 x 0,419= 0,00126 mg/ml

Nilai diatas merupakan konsentrasi ekstrak yang telahdiencerkan dengan methanol. Untuk mengetahuikonsentrasi ekstrak digunakan rumus pengenceran.C0 dalam ekstrak x V0,2 ml ekstrak = C0 dalam methanol x (Vmethanol + V0,2

ekstrak)C0 dalam ekstrak x 0,2 ml = 0,00126 mg/ml x (8+0,2) ml

C0 dalam ekstrak =, × ,, = 0,0515 mg/ml

Kemudian menghitung massa xanthone dalam ekstrak :Volume ekstrak yang diperoleh = 30 mlXanthoneMo = 0,0515 mg/ml x 30 mlXanthoneMo = 1,545 mg

Absorbansi (x) ketika waktu ekstraksi 30 menit = 0,710Dengan cara perhitungan yang sama didapatkan massaxanthone (xanthone30) sebesar 2,621 mg




A-3



Total xanthone yang terekstrak (m) = xanthoneMo + xanthone30 +

xanthone60 + xanthone90 + xanthone120 + xanthone150 + xanthone180

= 1,545 + 2,621 + 5,123 +5,189 + 4,493 + 3,929 +

2,750= 25,649 mg

Menghitung kandungan xanthone dalam kulit manggisKandungan xanthone dalam kulit manggis diambil denganmetode ekstraksi secara konvensional menggunakan soxhletdengan pelarut methanol. Dengan ekstraksi selama 24 jamdiasumsikan bahwa seluruh xanthone telah terekstrak. Kemudianuntuk menentukan kandungan xanthone dalam kulit manggis,hasil ekstrak soxhlet dianalisa menggunakan spektrofotometerUV-Vis.

Absorbansi (x) ekstrak soxhlet = 2,101C0 dalam methanol = 0,003 x absorbansi (x)

= 0,003 x 2,101= 0,006 mg/ml

Nilai diatas merupakan konsentrasi ekstrak yang telahdiencerkan dengan methanol. Untuk mengetahuikonsentrasi ekstrak digunakan rumus pengenceran.C0 dalam ekstrak x V0,1 ml ekstrak = C0 dalam methanol x (Vmethanol + V0,1 ekstrak)C0 dalam ekstrak x 0,2 ml = 0,006 mg/ml x (20+0,1) ml

C0 dalam ekstrak =, × ,, = 1,267 mg/ml

Kemudian menghitung massa xanthone dalam ekstrak :Volume ekstrak yang diperoleh = 108 mlXanthoneMo = 1,267 mg/ml x 108 ml

A-4

XanthoneMo = 263,514 mg

Massa kulit manggis yang diekstrak = 30,159 gr

Kandungan xanthone kulit manggis =,, = 8,738

mg/gr kulit manggis

Menghitung % recovery xanthonePada kondisi operasi 120 oC dan tekanan 3 MPA jumlah startingmaterial kulit manggis yang digunakan adalah sebanyak 11 gr.

Kandungan xanthone terekstrakMo =,

= 0,140

mg/gr kulit manggis

% RecoveryMo =, ⁄, ⁄ × 100 % =

1,599 % Dengan cara perhitungan yang sama didapatkan %

recovery30 = 2,712 % Dengan cara perhitungan yang sama didapatkan %





recovery180 = 2,846 %Total % recovery120 oC, 3 MPA = %recoveryMo + %recovery30 + %recovery60 + %recovery90 + %recovery120 + %recovery150 +%recovery180

= 1,599 + 2,712 + 5,302 + 5,370 +4,650 +4,066 + 2,846

= 26,545 %

A-5

2. Perhitungan koefisien distribusiPerhitungan nilai koefisien distribusi ini menggunakan

rumus pemodelan termodinamika, yaitu :

= 1 −( − ) + 1 +

Dimana,Ma = Total massa yang terekstraksi pada jumlah volume A(mg/g dry sample)Mb = Total massa yang terekstraksi pada jumlah volume B(mg/g dry sample)Mi = Total massa awal ekstrak pada feed (mg/g dry sample)KD = Koefisien distribusi

= Densitas ekstrak (mg/ml)m= massa sampe yang terekstrak (mg dry sample)

Contoh perhitungan untuk menghitung nilai KD padatekanan 3 MPA variabel kulit manggis kering:

Menghitung massa pemodelan (predicted Mb)

= 1 −( − ) + 1 + ×

Pada kondisi operasi 120 oC tekanan 3 MPA, untuk ‘a’adalah kondisi awal ekstraksi (0 menit) dan ‘b’ adalahkondisi 30 menit ekstraksi.Mi = 8,78 mg/gr kulit manggisMa = 0 mgMb = 0 + 0,2383 = 0,2383 mgVa = 0 mlVb = 30 mlm = 11 gr = 11000 mg

A-6

= = , = 0,0079 mg/ml

Trial nilai KD awal = 0,5= ,, ×( )× , + , × 8,78=0,0004mg= |0,2383 − 0,0004| = 0,057Tabel 1. Hasil Perhitungan pada Kondisi Operasi 120 oC

tekanan 3 MPA Sebelum Solving Nilai KD

Waktu(menit)

Massa(mg)

Massaakumulasi

(mg)

Volume(ml)

Densitas(mg/ml)

Mpredicted

(mg)Error2

0 0,000 0,0000 0 0 0 0

30 0,238 0,2383 30 0,0079 0,0004 0,057

60 0,466 0,7040 60 0,0117 0,2388 0,216

90 0,472 1,1757 90 0,0131 0,7046 0,222

120 0,408 1,5841 120 0,0132 1,1762 0,166

150 0,357 1,9413 150 0,0129 1,5847 0,127

180 0,250 2,1913 180 0,0122 1,9418 0,062Error 0,851

KD 0,5

Kemudian mencari nilai KD denganmenggunakan program solver pada microsoft excel . Darihasil perhitungan didapatkan nilai koefisien distribusiuntuk suhu 120 oC tekanan 3 MPA adalah 0,00060

A-7

Gambar 2. Program Solver pada Microsoft Excel

Gambar 3. Hasil Solver pada Microsoft Excel

A-8

Tabel 2. Hasil Perhitungan pada Kondisi Operasi 120 oCtekanan 3 MPA

Setelah Solving Nilai KD

Waktu(menit)

Massa(mg)

Massaakumulasi

(mg)

Volume(ml)

Densitas(mg/ml)

Mpredicted

(mg)Error2

0 0,000 0,0000 0 0 0 0

30 0,238 0,2383 30 0,0079 0,2948 0,003

60 0,466 0,7040 60 0,0117 0,7026 0,000

90 0,472 1,1757 90 0,0131 1,1301 0,002

120 0,408 1,5841 120 0,0132 1,5389 0,002

150 0,357 1,9413 150 0,0129 1,9190 0,000

180 0,250 2,1913 180 0,0122 2,2600 0,005Error 0,013

KD 0,00060

Menghitung %AAD (% Absolute Average Deviation)%AAD = 1 − x100Pada 120 oC 3 MPA didapat,Mexp = 2,191 mgMmodel = 2,260 mg

%AAD =, ,, × 100% = 3,13 %

BBiiooddaattaa PPeennuulliiss

EEDDWWIINN AAZZMMIIRRAAMMDDHHAANN SS..DDiillaahhiirrkkaann ddii SSuurraabbaayyaa ppaaddaa ttaannggggaall 2277FFeebbrruuaarrii 11999944.. AAnnaakk ddaarrii BBaappaakkSSuullaaiimmaann SSuuhhaaddii ddaann IIbbuu EEmmeellddaaFFiissmmaarriiddaa iinnii tteellaahh mmeenneemmppuuhhppeennddiiddiikkaann ffoorrmmaall ddii TTKK MMuuttiiaarraa((11999977--11999999)),, mmeellaannjjuuttkkaann ddii SSDDMMuuhhaammmmaaddiiyyaahh 44 SSuurraabbaayyaa ((11999999--22000055)),, kkeemmuuddiiaann mmaassuukk kkee SSMMPPNN 11SSuurraabbaayyaa ((22000055--22000088)),, llaalluummeellaannjjuuttkkaann kkee SSMMAANN 22 SSuurraabbaayyaa((22000088--22001111)).. SSeetteellaahh lluulluuss ddaarrii SSMMAAppaaddaa ttaahhuunn 22001111 ppeennuulliiss mmeellaannjjuuttkkaannssttuuddii SS11 ddii JJuurruussaann TTeekknniikk KKiimmiiaa

IInnssttiittuutt TTeekknnoollooggii SSeeppuulluuhh NNooppeemmbbeerr.. PPaaddaa ttaahhuunn tteerraakkhhiirrnnyyaa,,ppeennuulliiss ssaammbbiill mmeennggeerrjjaakkaann TTuuggaass AAkkhhiirr jjuuggaa mmeennjjaabbaatt sseebbaaggaaiiMMeenntteerrii PPeerreekkoonnoommiiaann ddii BBEEMM IITTSS kkeeppeenngguurruussaann 1144//1155.. DDiiLLaabboorraattoorriiuumm MMeekkaanniikkaa FFlluuiiddaa ddaann PPeennccaammppuurraann bbeerrssaammaappaarrttnneerrnnyyaa,, SSaarraahh DDuuttaa LLeessttaarrii,, mmeennggeerrjjaakkaann ttuuggaass aakkhhiirr ddeennggaannjjuudduull ““PPrraa DDeessaaiinn PPaabbrriikk DDeekkssttrriinn ddaarrii TTeeppuunngg TTaappiiookkaa”” yyaannggkkeemmuuddiiaann ddiillaannjjuuttkkaann ddeennggaann sskkrriippssii yyaanngg bbeerrjjuudduull ““EEkkssppeerriimmeennddaann PPeemmooddeellaann PPeennggaarruuhh KKoonnddiissii OOppeerraassii tteerrhhaaddaapp KKoonnsseennttrraassiiXXaanntthhoonnee ppaaddaa EEkkssttrraakk KKuulliitt BBuuaahh MMaannggggiiss ((GGaarrcciinniiaammaannggoossttaannaa))”” ddii bbaawwaahh bbiimmbbiinnggaann PPrrooff.. DDrr.. IIrr.. SSuuggeenngg WWiinnaarrddii,,MM..EEnngg ddaann DDrr.. SSiittii MMaacchhmmuuddaahh,, SSTT.. MM..EEnngg..

Alamat : Perumahan Purimas G-1/2 Gunung AnyarKota Surabaya

Telepon : 08563230033Email : [email protected] : I don’t need to be the best, but I just need to

be different by being better

BBiiooddaattaa PPeennuulliiss

SSAARRAAHH DDUUTTAA LLEESSTTAARRIIPPuuttrrii ppeerrttaammaa ppaassaannggaann BBppkk.. AAffiiaannKKaasshhaarrjjaannttoo ddaann IIbbuu DDwwii AAttmmiiPPuujjiilleessttaarrii iinnii ddiillaahhiirrkkaann ppaaddaa hhaarriiSSeenniinn,, 1133 SSeepptteemmbbeerr 11999933.. PPaaddaa ttaahhuunn11999988 ppeennuulliiss mmeemmuullaaii ppeennddiiddiikkaannffoorrmmaallnnyyaa ddii TTKK AAiissyyaahh BBuussttaannuullAAtthhffaall VV.. KKeemmuuddiiaann mmeellaannjjuuttkkaann kkeeSSDDNN KKaalliitteennggaahh IIII ppaaddaa ttaahhuunn 11999999,,uunnttuukk jjeennjjaanngg sseekkoollaahh mmeenneennggaahh ddiiSSMMPPNN 11 SSiiddooaarrjjoo ppaaddaa ttaahhuunn 22000055ddaann jjeennjjaanngg mmeenneennggaahh aattaass ddii SSMMAANN11 SSiiddooaarrjjoo ppaaddaa ttaahhuunn 22000088.. PPeennuulliissyyaanngg sseejjaakk aawwaall SSMMAA tteerrttaarriikk ddeennggaann

TTeekknniikk KKiimmiiaa bbeerrhhaassiill mmeennddaappaattkkaann ssaattuu bbaannggkkuu jjuurruussaann tteerrsseebbuuttddii IInnssttiittuutt TTeekknnoollooggii SSeeppuulluuhh NNooppeemmbbeerr SSuurraabbaayyaa ppaaddaa 22001111..SSaaaatt aakkhhiirr mmaassaa ssttuuddiinnyyaa ppeennuulliiss bbeerrhhaassiill mmeennyyeelleessaaiikkaann ttuuggaassaakkhhiirr PPrraaddeessaaiinn PPaabbrriikk DDeekkssttrriinn ddaarrii TTeeppuunngg TTaappiiookkaa ddaannppeennuulliissaann bbuukkuu sskkrriippssii iinnii ddii LLaabboorraattoorriiuumm MMeekkaanniikkaa FFlluuiiddaa ddaannPPeennccaammppuurraann ddii bbaawwaahh bbiimmbbiinnggaann PPrrooff.. DDrr.. IIrr.. SSuuggeenngg WWiinnaarrddii,,MM..EEnngg ddaann DDrr.. SSiittii MMaacchhmmuuddaahh,, SSTT.. MM..EEnngg..

Alamat : Pondok Tanggulangin Asri QQ-2,Sidoarjo

Telepon : 087853454551Email : [email protected] : Believe in yourself, follow your heart not

the crowd

EKSPERIMEN DAN PEMODELAN PENGARUH KONDISI OPERASI ...

Documents

Transcript of EKSPERIMEN DAN PEMODELAN PENGARUH KONDISI OPERASI ...