Filtrasi pada Industri Pembuatan Ekstrak Oleoresin

Filtrasi pada Industri Pembuatan Ekstrak Oleoresin

 

Penyaringan (filtrasi) adalah suatu pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Baik dalam skala laboratorium dan skala industri. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru limbah padatnyalah yang harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Seringkali umpan dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi, atau memasang peralatan tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae. Oleh karena varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan.

Filtrasi adalah proses pemisahan dari campuran heterogen yang mengandung cairan dan partikel-partikel padat dengan menggunakan media filter yang hanya meloloskan cairan dan menahan partikel-partikel padat. Proses filtrasi yang sederhana adalah proses penyaringan dengan media filter kertas saring . Kertas saring kita potong melingkar jika masih bentuk lembaran empat persegi panjang atau kubus, jika telah berbentuk lingkaran lipat dua, sebanyak tiga atau empat kali. Selanjutnya buka dan letakkan dalam corong pisah sehingga tepat melekat dengan corong pisah. Tuangkan campuran heterogen yang akan dipisahkan, sedikit demi sedikit, kira-kira banyaknya campuran tersebut adalah sepertiga dari tinggi kertas. Lakukan berulang-ulang, sehingga kita dapat memisahkan partikel padat dengan cairannya. Hasil filtrasi adalah zat padat yang disebut residu dan zat cairnya disebut dengan filtrat.

Proses filtrasi dilakukan dengan dua cara, yang pertama dilakukan dengan tanpa tekanan atau hanya dilakukan menggunakan corong dan kertas saring saja dimana cairan mengalir karena adanya gaya grafitasi. Pemisahan ini sangat cocok untuk campuran heterogen dimana jumlah cairannya lebih besar dibandingkan partikel zat padatnya. Yang kedua adalah filtrasi (penyaringan) dengan menggunakan tekanan atau dengan cara divakumkan (disedot dengan pompa vakum). Proses pemisahan dengan teknik ini sangat tepat dilakukan, jika jumlah partikel padatnya lebih besar dibandingkan dengan cairannya.

 Gambar 1. Pemisahan dengan kertas saring tanpa tekanan (adanya grafitasi)

Di bawah ini adalah video filtrasi :

video filtrasi

Gambar 2. Filtrasi dengan tekanan (divakumkan menggunakan pompa)

Di bawah ini video proses vacum filtration :

video vacum filtration 

Berdasarkan gaya pendorong aliran, penyaringan diklasifikasikan menjadi Penyaring gaya berat (gravity filters), Penyaring tekanan (Pressure filters), Penyaring vakum (Vacuum filters), Penyaring sentrifugal (Centrifugal filters). Berdasarkan operasinya dibagi atas  Cara batch (bertahap ) dan Cara continue (berkesinambungan).

Filtrasi banyak dimanfaatkan untuk membersihkan air dari sampah pada pengolahan air, menjernihkan preparat kimia di laboratorium, menghilangkan pirogen dan pengotor pada air suntik injeksi dan obat‐obat injeksi, dan membersihkan sirup dari kotoran yang ada pada gula dan untuk memurnikan bahan-bahan obat dari partikel dan bahan yang tidak diinginkan sehingga dapat menjamin hasil akhir dari suatu produk obat yang berkualitas dan sesuia syarat yang ditentukan.

Filtrasi skala laboratorium digunakan untuk memisahkan campuran heterogen zat padat yang tidak larut dalam cairan. Penyaringan menggunakan corong gelas dan kertas saring dan hasil saringan disebut filtrat.

 

Gambar 3. Filtrasi skala laboratorium

Gambar 4. Filtrasi skala industri

Pemeriksaan Filtrasi skala pilot plan/industri sebelum pengoperasian

Sebelum peralatan filtrasi digunakan harus diperiksa dahulu supaya tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan pada waktu beroperasi, misalnya penyaring tidak berfungsi secara optimum. Fluida mengalir melalui media penyaring karena adanya perbedaan tekanan yang melalui media tersebut.

Pemeriksaan penyaring dilakukan agar dapat beroperasi pada:

·         Tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring,

·         Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring,

·         Dan vakum pada bagian bawah.

Tekanan di atas atmosfer dapat dilaksanakan dengan gaya gravitasi pada cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower, atau dengan gaya sentrifugal. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring bisa jadi tidak lebih baik dari pada saringan (screen) kasar atau dengan unggun partikel kasar seperti pasir. Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu aliran cairan kristal kasar, penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair.

Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum, atau pemisah sentrifugal. Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring tunak (steady) atau sebentar-sebentar. Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu, aliran fluida melalui peralatan secara kontinu, tetapi harus dihentikan secara periodik untuk membuang padatan terakumulasi. Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama peralatan beroperasi.

Penyaring dibagi ke dalam tiga golongan utama, yaitu penyaring kue (cake), penyaring penjernihan (clarifying), dan penyaring aliran silang (crossflow). Penyaring kue memisahkan padatan dengan jumlah relatif besar sebagai suatu kue kristal atau lumpur. Seringkali penyaring ini dilengkapi peralatan untuk membersihkan kue dan untuk membersihkan cairan dari padatan sebelum dibuang. Penyaring penjernihan membersihkan sejumlah kecil padatan dari suatu gas atau percikan cairan jernih semisal minuman. Partikel padat terperangkap di dalam medium penyaring atau di atas permukaan luarnya. Penyaring penjernihan berbeda dengan saringan biasa, yaitu memiliki diameter pori medium penyaring lebih besar dari partikel yang akan disingkirkan. Di dalam penyaring aliran silang, umpan suspensi mengalir dengan tekanan tertentu di atas medium penyaring. Lapisan tipis dari padatan dapat terbentuk di atas medium permukaan, tetapi kecepatan cairan yang tinggi mencegah terbentuknya lapisan. Medium penyaring adalah membran keramik, logam, atau polimer dengan pori yang cukup kecil untuk menahan sebagian besar partikel tersuspensi. Sebagian cairan mengalir melalui medium sebagai filtrat yang jernih, meninggalkan suspensi pekatnya. Pembahasan selanjutnya, suatu penyaring ultra, unit aliran silang berisi membran dengan pori yang sangat kecil, digunakan untuk memisahkan dan memekatkan partikel koloid dan molekul besar.

Merawat Peralatan Filtrasi

Peralatan filtrasi harus dirawat secara kontinyu agar umur pakai peralatan menjadi lebih panjang. Langkah-langkah perawatan sebagai berikut :

•     Media penyaring dibersihkan dengan diblower menggunakan udara sehingga partikel-partikel yang ada di pori-pori penyaring tidak menempel lagi.

• ·         Kantong penyaring untuk pembersih gas juga dibersihkan dari media padatan atau partikel.

• ·    Penyaring bercangkang dan berdaun juga dibersihkan dari debu dan karat sehingga media penyaringan tersebut akan bekerja secara optimum.

FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES FILTRASI

Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktor–faktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi, efisiensinya, dan sebagainya. Faktor–faktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman media, ukuran dan material, konsentrasi kekeruhan, tinggi muka air, kehilangan tekanan, dan temperatur.

1.      Debit Filtrasi

Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien. Sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempurna, akibat adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang terlalu tinggi saat melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel–partikel yang terlalu halus yang tersaring akan lolos.

2.      Konsentrasi Kekeruhan

Konsentrasi kekeruhan sangat mempengaruhi efisiensi dari filtrasi. Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi.

3.      Temperatur

Adanya perubahan suhu atau temperatur dari air yang akan difiltrasi, menyebabkan massa jenis (density), viskositas absolut, dan viskositas kinematis dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi perbedaan dalam ukuan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi terhadap efisiensi daya saring filter.

4.      Kedalaman media, Ukuran, dan Material

Pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama. Lagi pula ditinjau daris segi biaya, media yang terlalu tebal tidaklah menguntungkan dari segi ekonomis. Sebaliknya media yang terlalu tipis selain memiliki waktu pengaliran yang pendek, kemungkinan juga memiliki daya saring yang rendah. Demikian pula dengan ukuran besar kecilnya diameter butiran media filtrasi berpengaruh pada porositas, laju filtrasi, dan juga kemampuan daya saring, baik itu komposisisnya, proporsinya, maupun bentuk susunan dari diameter butiran media. Keadaan media yang terlalu kasar atau terlalu halus akan menimbulkan variasi dalam ukuran rongga antar butir. Ukuran pori sendiri menentukan besarnya tingkat porositas dan kemampuan menyaring partikel halus yang terdapat dalam air baku. Lubang pori yang terlalu besar akan meningkatkan rate dari filtrasi dan juga akan menyebabkan lolosnya partikel halus yang akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging (penyumbatan lubang pori oleh partikel halus yang tertahan) terlalu cepat.

5.      Tinggi Muka Air Di Atas Media dan Kehilangan Tekanan

Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. Dengan muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (bila filter dalam keadaan bersih). Muka air diatas media akan naik bila lubang pori tersumbat (terjadi clogging) terjadi pada saat filter kotor. Untuk melewati lubang pori, dibutuhkan aliran yang memiliki tekanan yang cukup. Besarnya tekanan air yang ada diatas media dengan yang ada didasar media akan berbeda di saat proses filtrasi berlangsung. Perbedaan inilah yang sering disebut dengan kehilangan tekanan (headloss). Kehilangan tekanan akan meningkat atau bertambah besar pada saat filter semakin kotor atau telah dioperasikan selama beberapa waktu. Friksi akan semakin besar bila kehilangan tekanan bertambah besar, hal ini dapat diakibatkan karena semakin kecilnya lubang pori (tersumbat) sehingga terjadi clogging.

Contoh Penerapan Proses Fitrasi di Industri Pembuatan Ekstrak Oleoresin

Oleoresin merupakan campuran senyawa minyak atsiri dan resin yang diperoleh dengan cara ekstraksi. Dalam perdagangan, sudah banyak oleoresin yang dipasarkan seperti oleoresin jahe (ginger), cabe (capsicum), lada hitam (black pepper), kayu manis (cinnamon bark), bunga cengkeh (clove bud oleoresin), pala (nutmeg oleoresin), paprika oleoresin, dan masih banyak lagi yang lain. Umumnya oleoresin ini bisa berbentuk cair, pasta ataupun padatan tergantung dari komponen senyawa yang terkandung. Sedang fungsi oleoresin adalah sebagai bahan baku flavor, disamping sebagai bahan pengawet alami. Di dunia industri, oleoresin digunakan sebagai bahan baku obat, kosmetik, parfum, pengalengan daging, fresh drink dan masih banyak lagi, hingga industri bakery maupun kembang gulapun juga membutuhkan oleoresin.

Kebutuhan bahan alami oleoresin saat ini meningkat tajam. Untuk keperluan ekspor saja, Indonesia belum mampu memenuhi permintaan pasar padahal bahan baku rempah di Indonesia sangat melimpah. Banyak tanaman rempah sebagai bahan baku oleoresin hanya bisa tumbuh di daerah tropis seperti Indonesia. Sementara pasar/buyer oleoresin seperti daratan Eropa, Amerika termasuk Timur Tengah tidak bisa menanam sendiri bahan rempah yang sangat banyak ragamnya. Ujung-ujungnya mereka akan tetap selalu mengimpor produk rempah sebagai kekayaan hayati Indonesia. Terlebih lagi Eropa sudah mengaklamasikan “Back to Nature” untuk masyarakatnya. Masyarakat maju seperti di Eropa memang sudah mulai meninggalkan produk sintetis untuk beralih ke produk alami yang mempunyai efek samping sangat-sangat rendah dibanding produk sintetik.

Industri oleoresin di Indonesia sangat terbatas jumlahnya, sampai-sampai perusahaan pengguna oleoresin di harus import oleoresin dari negara lain. Ini artinya peluang bisnis memproduk oleoresin sangat lebar, terlebih lagi bahan baku rempah juga tersedia melimpah. Inilah kesempatan emas orang Indonesia untuk meraih sukses dengan memproduksi oleoresin yang jauh lebih profit dibanding menjual bahan mentah rempah ke luar negeri.

Proses Ekstraksi

Bahan baku bersih yang telah disortasi dikecilan ukuran ukurannya dengan cara menggiling menggunakan mesin grinding, baru pengayakan pada mesh tertentu. Untuk mendapat hasil berkualitas, gunakan mesin penggiling rempah yang inert yaitu berbahan stainless steel.

Gambar 5. Alat Grinding

Gambar 6. Alat Perkolator

Tahap selanjutnya serbuk bahan baku diekstraksi dengan pelarut organik. Ada beberapa pelarut yang biasa dipakai seperti etanol, metilen chloride, aceton, hexan, dll. Pemilihan solven organik ini disesuaikan dengan jenis rempah yang diekstraksi agar mendapat hasil yang optimum dan spesifikasi produk oleoresin sesuai standar yang telah ditentukan. Selain pemilihan pelarut, pemilihan metode ekstraksi juga berpengaruh terhadap produk. Metode ekstraksi skala industri bisa dengan ekstrak maserasi satu tahap dan multi tahap atau menggunakan metode perkolasi dengan alat perkolator untuk mendapatkan proses penyarian yang sempurna.

Gambar 7. Alat Vacuum Filter

Selanjutnya dilakukan filtrasi untuk memisahkan residu dan filtrat menggunakan alat filtrasi. Untuk mempercepat proses filtrasi, gunakan alat filtrasi sistem vakum (proses filtrasi dalam keadaan vakum/dengan menggunakan pompa). Penggunaan filter penyaring bisa dipasang berapa mikron yang akan dipakai, menyesuaikan bahan baku yang diekstraksi. Kemudian filtrat yang diperoleh selanjutnya dievaporasi atau diuapkan dengan evaporator recycling solvent agar diperoleh oleoresin murni.

Penjelasan tentang alat filtrasi sistem vakum yaitu pada awalnya suspensi mengalir melalui medium filter, filtrat yang dihasilkan mempunyai laju alir besar tetapi kualitas filtrat tidak begitu jernih. Seiring dengan terbentuknya padatan tertahan maka laju filtrat makin menurun tetapi kualitas filtrat semakin jernih, hal itu disebabkan cake padatan tertahan  yang terbentuk berfungsi juga sebagai penyaring. Lapisan padatan tertahan yang terbentuk akan semakin tebal mengakibatkan laju filtrat makin kecil, oleh karena itu pada ketebalan tertentu harus dilakukan proses pengambilan padatan tersebut.

Agar suspensi bisa mengalir melalui medium filter maka dibutuhkan perbedaan tekanan yang signifikan. Ada dua cara yang dapat dilakukan : pertama suspensi dipompa (tekanan fluida sebelum medium filter lebih tinggi) atau cara kedua ruang filtratnya divakumkan sehingga suspensi tertarik menuju ruang filtrat melalui medium filter. Alat Filter Testing Unit adalah peralatan filtrasi yang menggunakan metode kedua. Metode ini mirip penyaringan dengan corong buchner yang dihubungkan dengan waterjet untuk pemvakuman.

Gambar. Alat Evaporator Oleoresin

Penggunaan alat evaporator recycling solvent ini dimaksudkan agar pelarut tertampung dalam container dan bisa digunakan lagi untuk ekstraksi sehingga mendapat efisien cost produksi.

Hasil oleoresin murni selanjutnya diuji kualitas dengan parameter yang telah ditentukan tergantung bahan uji yang diekstraksi. Sebagai contoh, oleoresin capsicum ditest dengan parameter tingkat kepedasan, kekentalan, sisa pelarut dan microbiological testing seperti total plate count, total yeast and mould dan E.coli salmonella.

Daftar Pustaka

Setyowati Rahayu, Suparni dan Sari Purnavita. 2008. Kimia Industri untuk SMK. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

http://id.shvoong.com/exact-sciences/chemistry/2231949-faktor-faktor-yang-mempengaruhi-proses/ diakses pada tanggal 11 februari 2013 jam 20:58

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/pemisahan-kimia-dan-analisis/filtrasi-2/ diakses pada tanggal 11 februari 2013 jam 21:22

http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/24/filtrasi-dan-aplikasinya-dalam-industri/ diakses pada tanggal 12 februari 2013 jam 18:37

http://lansida.blogspot.com/2012/07/proses-ekstraksi-oleoresin.html diakses pada tanggal 12 februari 2013 jam 19:09

possed by : Niken Sri S / XIII KI / 12912