Download - F07fis
1
PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG
Oleh : Fifi Isdianti F 34102078
2007 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2
PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : Fifi Isdianti F 34102078
2007 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
3
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Fifi Isdianti
F 34102078
Dilahirkan pada tanggal 30 Desember 1983
di Jambi
Tanggal lulus : Mei 2007
Disetujui oleh :
Bogor, Mei 2007
Dr. Ir. Erliza Noor Dosen Pembimbing
4
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul
“Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan
Ultrafiltrasi Aliran Silang” adalah karya asli saya sendiri, dengan arahan dosen
pembimbing akademik, kecuali dengan jelas rujukannya.
Bogor, Mei 2007
Yang Menyatakan Pernyataan
Nama : Fifi Isdianti Nrp : F34102078
5
Fifi Isdianti. F 34102078. Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang. Dibawah bimbingan Erliza Noor. 2007.
RINGKASAN Industri makanan, minuman dan suplemen menggunakan bahan pemanis
sebagai penambah cita rasa pada produk mereka. Bahan pemanis terbagi atas dua macam yaitu pemanis alami dan pemanis buatan. Bahan pemanis alami yang biasa digunakan adalah gula sukrosa atau gula tebu. Namun gula tebu/gula sukrosa memiliki kelemahan yaitu memiliki nilai kalori tinggi sehingga dapat menyebabkan kegemukan dan diabetes. Industri melirik ke pemanis buatan karena memiliki tingkat kemanisan tinggi dan rendah kalori. Namun pemanis buatan memiliki bersifat karsinogenik. Untuk itu dicari alternatif penggunaan pemanis alami yang memiliki tingkat kemanisan tinggi, rendah kalori, non-karsinogenik. Salah satu pemanis alami tersebut adalah pemanis stevia dari daun tanaman stevia.
Pemanis stevia diperoleh dari ekstrak daun stevia menggunakan pelarut polar seperti metanol, etanol, dan spiritus. Proses kedua yaitu pemurnian atau penjernihan umumnya dilakukan dengan cara pertukaran ion, menggunakan kolom absorbsi kromatografi, atau penjernihan dengan pelarut. Penggunaan pelarut kimia dikhawatirkan masih menyisakan pelarut pada produk. Untuk itu digunakan alternatif pelarut polar yang aman seperti air untuk mengesktraksi daun stevia. Penjernihan ekstrak daun stevia dilakukan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi karena tidak adanya penambahan bahan kimia.
Penelitian bertujuan untuk mempelajari penjernihan ekstrak daun stevia dengan ultrafiltrasi aliran silang. Modul tubular yang dilengkapi dengan membran polietersulfon MWCO 20000 Dalton. Penelitian melihat pengaruh tekanan transmembran, kecepatan alir dan konsentrasi umpan terhadap fluksi, dan rejeksi membran dalam penjernihan pemanis stevia (steviosida)
Produksi pemanis stevia dilakukan dengan dua tahap. Tahap pertama yaitu penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi berdasarkan dengan pengukuran konsentrasi steviosida. Suhu pengeringan daun stevia yaitu 60oC, 80oC, dan 100oC dan suhu ekstraksi daun stevia dengan pelarut air yaitu 25oC, 40oC, 60oC, dan 100oC. Tahap kedua penjernihan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi aliran silang. Pengamatan yang dilakukan antara lain pengaruh tekanan transmembran (1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar), kecepatan alir (0.0029 m/s, 0.011 m/s, dan 0.02 m/s), dan konsentrasi umpan (20.4 g/L dan 28.7 g/L) terhadap fluksi, tingkat rejeksi membran terhadap steviosida, kenaikan konsentrasi larutan stevia dan karakteristik hasil larutan stevia.
Pada tahap pertama, konsentrasi steviosida tertinggi (8.9 g/L) diperoleh pada suhu pengeringan daun dan suhu mengekstrak daun yang digunakan adalah suhu 60oC dan suhu 100oC. Hasil pengamatan pada pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi, diperoleh fluksi yang tinggi sebesar 60.00 L/m2.jam pada tekanan transmembran 1.87 bar dengan konsentrasi 20.4 g/L dan kecepatan alir 0.02 m/s. Tingkat rejeksi yang diperoleh dalam penjernihan larutan ekstrak daun stevia dengan membran ultrafiltrasi aliran silang yaitu antara 36.7 – 69.3 persen. Tingkat kejernihan ekstrak daun stevia adalah persen kejernihan (%T) dan kadar abu. Persen kejernihan meningkat pada tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s) sebesar 64% dan penurunan kadar abu sebesar
6
62%. Pada kecepatan alir yang rendah (0.0029 m/s dengan tekanan transmembran 1.61 bar), persen kejernihan meningkat sebesar 60% dan penurunan kadar abu sebesar 59%.
Peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia dapat dilakukan dengan membran ultrafiltrasi aliran silang pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar) dan kecepatan alir rendah (0.0029 m/s). Pada kondisi tekanan transmembran tertinggi 1.87 bar dengan konsentrasi larutan umpan stevia 20.4 g/L dan kecepatan alir 0.02 m/s menghasilkan nilai fluksi tertinggi dan rejeksi terendah.
7
Fifi Isdianti. F34102078. Clarification of the Extract of Stevia Leaves (Stevia rebaudiana Bertoni) using Cross Flow Ultrafiltration. Supervised by Erliza Noor. 2007.
SUMMARY
Industry of food, beverage and food supplement use sweetener to improve
the flavor of their products. Sweeteners are categorized into two kinds, namely natural sweetener and artificial sweetener. Natural sweeteners which are commonly used are sucrose sugar or cane sugar. However, cane sugar/sucrose sugar has weakness, namely high content of calories, which can cause obesity and diabetes. Industries try to study the possibility of using artificial sweetener because of its high level of sweetness and low calories. However, artificial sweetener is carcinogenic. Therefore, the use of alternative natural sweetener which has the properties of high level of sweetness, low calories and non carcinogenic, is sought after. One such natural sweetener is stevia sweetener, derived from stevia plant leaves.
Stevia sweetener is obtained from the extraction of stevia leaves using polar solvent such as methanol, ethanol and methylated spirit. The second process is purification or clarification which is usually conducted by ion exchange process, using chromatography absorption column, or clarification using solvent. It is worrying that the use of chemical solvent could leave residue on the product. Therefore it is necessary to use alternative safe polar solvent, such as water for extracting the stevia leaves. Clarification of the stevia leaf extract is conducted by using ultrafiltration membrane due to absence of chemicals addition.
The objective of this research was learning the clarification of the stevia leaf extract using cross flow ultrafiltration. Tubular module is equipped with polyethersulfone MWCO 20000 Dalton. This research observed the effect of transmembrane pressure, cross flow velocity and feed concentration, on flux and membrane rejection in clarifying the stevia sweetener (stevioside).
Production of stevia sweetener was conducted in two stages. The first stage was determination of the drying temperature and extraction temperature on the basis of measurement of stevioside concentration. Temperatures for drying stevia leaves were 60oC, 80oC and 100oC, while temperatures for stevia leaves extraction with water solvent were 25oC, 40oC, 60oC and 100oC. the second stage of clarification used cross flow ultrafiltration membrane. The observations comprised among other things the effect of transmembrane pressure (1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar), cross flow velocity (0.0029 m/s, 0.011 m/s, dan 0.02 m/s) and feed concentration (20.4 g/L dan 28.7 g/L) on flux, level of membrane rejection on stevioside, increase in stevia solution concentration, and characteristics of stevia solution product.
In the first stage, the highest stevioside concentration (8.9 g/L) was obtained at leaves drying temperature and leaves extraction temperature of 60oC and 100oC respectively. Observation of the effect of transmembrane pressure on flux, showed that the highest flux was 60.00 L/m2.hour at transmembrane pressure of 1.87 bar and concentration of 20.4 g/L and cross flow velocity of 0.02 m/s. rejection level in the clarification of extract solution of stevia leaves with cross flow ultrafiltration membrane were between 36.7 – 69.3 percent. Level of clarity of stevia leaves extract were percentage of clarity (%T) and ash content. At high
8
membrane pressure (1.87 bar and cross flow velocity of 0.02 m/s), percentage of clarity increased by 64% and ash content decrease was 62%. At low cross flow velocity (0.0029 m/s and transmembrane pressure of 1.61 bar) percentage of clarity increased by 60% and ash content decrease was 59%.
Increasing the clarity of stevia leaves could be conducted with cross flow ultrafiltration membrane at high transmembrane pressure condition (1.87 bar and cross flow velocity of 0.02 m/s) and at low cross flow velocity (0.0029 m/s with transmembrane pressure of 1.61 bar). At highest transmembrane pressure condition of 1.87 bar with stevia feed solution concentration of 20.4 g/L and cross flow velocity of 0.02 m/s, highest flux value and lowest rejection were obtained.
9
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin, Puji dan syukur penulis kepada Allah SWT,
karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis mampu menyelesaikan penelitian dan
menyusun skripsi dengan judul Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia
rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang dengan baik. Pada
kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tulus atas bantuan
dan dukungan yang telah diberikan oleh berbagai pihak selama penulis melakukan
penelitian hingga penyusunan skripsi. Rasa terima kasih penulis sampaikan
kepada :
1. Kedua orang tua penulis yang tercinta atas doa yaitu Zulfiati dan Zulpan
Munir, nasihat dan kasih sayang yang tak pernah terputus serta adik – adik
(Hendra dan Dafit) penulis atas semangat dan doa yang telah diberikan kepada
penulis.
2. Dr. Ir. Erliza Noor sebagai dosen pembimbing akademik atas dorongan dan
saran yang diberikan mulai dari persiapan penelitian hingga terselesaikannya
skripsi ini.
3. Dr. Ir. Suprihatin selaku dosen penguji atas saran, kritik, dan fasilitas yang
telah diberikan.
4. Ir. Indah Yuliasih, MSi. selaku dosen penguji atas saran, kritik dan kesediaan
untuk meluangkan waktu.
5. Fitri, Harti, Eva, Yoga, Santo dan Vico terima kasih atas semangat dan
kebersamaannya.
6. Beny Budiansyah atas doa, semangat, saran dan kritiknya.
7. Yeni dan Fatma yang bersedia membantu penulis selama penelitian.
8. Ibu Rini, Pak Gunawan, Pak Sugiardi dan para laboran di laboratorium TIN.
9. Rekan – rekan TIN angkatan 39 seperjuangan.
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang membutuhkannya.
Bogor, Mei 2007
Penulis
10
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ..................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................. ii
DAFTAR GAMBAR........................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ........................................................................................... vi
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... vii
I. PENDAHULUAN ......................................................................................
A. LATAR BELAKANG .........................................................................
B. TUJUAN ..............................................................................................
1
1
2
II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................
A. TANAMAN STEVIA ..........................................................................
B. STEVIA SEBAGAI PEMANIS ALAMI ............................................
C. EKSTRAKSI PEMANIS STEVIA .....................................................
D. TEKNOLOGI MEMBRAN ................................................................
1. Filtrasi Membran ............................................................................
2. Bahan Membran ..............................................................................
3. Jenis Modul Membran ....................................................................
E. MEMBRAN ULTRAFILTRASI ........................................................
F. KONDISI PROSES FILTRASI MEMBRAN ....................................
G. PENJERNIHAN PEMANIS STEVIA ...............................................
3
3
4
9
10
10
11
12
13
15
18
III. METODOLOGI .......................................................................................
A. BAHAN DAN ALAT .........................................................................
B. PROSEDUR PENELITIAN ...............................................................
19
19
20
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................
A. Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi daun stevia ..............
B. Penjernihan Larutan stevia dengan Ultrafiltrasi...................................
1. Fluksi Air ......................................................................................
2. Kondisi Tunak Fluksi Larutan Stevia ............................................
3. Pengaruh Tekanan Transmembran Terhadap Fluksi......................
4. Pengaruh Kecepatan Alir Terhadap Fluksi.....................................
5. Pengaruh Konsentrasi Larutan Stevia Terhadap Fluksi.................
23
23
27
27
28
29
31
32
11
6. Tingkat Rejeksi Membran dan kenaikan konsentrasi...................
C. Karakteristik Larutan Stevia ..............................................................
D. PEMBAHASAN UMUM.....................................................................
34
35
45
V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................
A. KESIMPULAN ..................................................................................
B. SARAN ...............................................................................................
47
47
47
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 48
LAMPIRAN ................................................................................................... 51
12
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Tanaman Stevia rebaudiana Bertoni M ................................ 3
Gambar 2. Struktur molekul steviosida .................................................. 6
Gambar 3. Struktur kimia polietersulfon ................................................ 11
Gambar 4. Modul membran Hollow fiber............................................... 12
Gambar 5. Modul membran Tubular ...................................................... 13
Gambar 6 (a). Modul membran Spiral Wound........................................... 13
Gambar 6 (b). Modul membran Flat Plate ................................................ 13
Gambar 7. Karakteristik proses membran............................................... 15
Gambar 8. Sistem Aliran Umpan Pada Membran................................... 17
Gambar 9. Diagram alir proses filtrasi dengan membran Ultrafiltrasi ... 19
Gambar 10. Kadar air daun selama pengeringan ...................................... 23
Gambar 11. Larutan stevia setelah ekstraksi............................................. 24
Gambar 12. Konsentrasi steviosida larutan stevia pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstraksi ............................................ 26
Gambar 13. Kadar gula total larutan stevia pada berbagai kondisi suhu pengeringan dan ekstraksi................................ 27
Gambar 14. Hubungan antara lama filtrasi dengan fluksi pada air destilata pada tekanan 1.87 bar, kecepatan alir 0.04 m/s ...... 28
Gambar 15. Grafik hubungan antara lama filtrasi larutan stevia dengan fluksi pada kecepatan 0.02 m/s dan tekanan 1.23 bar ........... 29
Gambar 16. Grafik hubungan antara tekanan transmembran terhadap fluksi pada beberapa konsentrasi dan kecepatan alir 0.02 m/s ................................................................................. 30
Gambar 17. Hubungan tekanan transmembran dengan fluksi pada air destilata dan kecepatan alir 0.04 m/s ............................... 31
Gambar 18. Grafik hubungan antara kecepatan alir dengan nilai fluksi pada berbagai konsentrasi dan tekanan transmembran 1.61 bar.................................................................................. 32
Gambar 19. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan stevia dengan nilai fluksi pada tekanan transmembran 1.61 bar, kecepatan alir 0.02 m/s.......................................................................... 33
Gambar 20. Perubahan pH pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan............................................................................ 36
Gambar 21. Perubahan pH pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir................................................. 36
13
Gambar 22. Perubahan konsentrasi steviosida pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan ........................... 37
Gambar 23. Perubahan konsentrasi steviosida pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir.................. 38
Gambar 24. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan............................................... 39
Gambar 25. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan............................................... 40
Gambar 26. Perbandingan nilai tingkat kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai tekanan .................................................................................. 41
Gambar 27. Perbandingan nilai tingkat kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai kecepatan alir ........................................................................ 41
Gambar 28. Hasil pemurnian larutan stevia (a) umpan, permeat pada (b) tekanan 1.49 bar, (c) tekanan 1.65 bar, (d) tekanan 1.87 bar 42
Gambar 29. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan tekanan.................................. 43
Gambar 30. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan tekanan ................................. 44
14
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Klasifikasi tanaman Stevia rebaudiana ............................................ 4
Tabel 2. Tingkat kemanisan glikosida ............................................................ 6
Tabel 3. Kandungan beberapa senyawa pada daun tanaman stevia................. 8
Tabel 4. Sifat – sifat hasil ekstraksi gula stevia............................................... 10
Tabel 5. Klasifikasi membran berdasarkan perbedaaan ukuran pori............... 14
Tabel 6. Fitokimia daun stevia.......................................................................... 25
Tabel 7. Tingkat rejeksi membran pada berbagai tekanan transmembran ...... 34
Tabel 8. Kenaikan konsentrasi larutan stevia setelah pemurnian..................... 35
15
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Perangkat Alat Percobaan .................................................. 52
Lampiran 2. Spesifikasi Teknik Unit Ultrafiltrasi .................................. 53
Lampiran 3. Diagram alir penentuan suhu pengeringan dan suhu
ekstraksi ............................................................................. 54
Lampiran 4. Diagram alir pembuatan larutan stevia pada berbagai konsentrasi untuk proses penjernihan ................................ 55
Lampiran 5. Data perhitungan konsentrasi steviosida dengan spektrofotometer UV (λ=210 nm)...................................... 56
Lampiran 6. Prosedur Analisis Sebelum dan Sesudah Filtrasi membran polyethersulfone (membran Ultrafiltrasi) ........ 58
Lampiran 7. Hasil Analisa Fitokimia Daun Stevia................................. 60
Lampiran 8. Hasil Analisa Tahap Pertama ............................................. 61
Lampiran 9. Data Fluksi Air Hasil Penyaringan Dengan Menggunakan Membran (P=1.87 bar; v=0.04 m/s)................................... 62
Lampiran 10. Data Penentuan Kondisi Tunak Larutan Stevia (P= 1.23 bar; T= 40oC; CFV= 0.02 m/s dan C=28.7 g/L... 64
Lampiran 11. Data Hasil Filtrasi Dengan Membran Ultrafiltrasi............. 65
Lampiran 12. Data Analisis hasil pemurnian larutan stevia dengan membran ultrafiltrasi.......................................................... 66
Lampiran 13. Hasil Uji High Performance Liquid Chromatography (HPLC)............................................................................... 67
16
I. PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Industri makanan, minuman, dan suplemen menggunakan pemanis
sebagai penambah cita rasa pada produknya. Bahan pemanis terbagi atas dua
macam yaitu pemanis alami dan pemanis buatan. Bahan pemanis alami yang
biasa digunakan adalah gula sukrosa atau gula tebu. Namun gula tersebut
memiliki beberapa kelemahan yaitu memiliki nilai kalori tinggi yang dapat
menyebabkan kegemukan dan diabetes. Industri makanan, minuman, dan
suplemen menggunakan pemanis buatan karena memiliki tingkat kemanisan
yang tinggi dan rendah kalori. Namun pemanis buatan memiliki sifat yang
karsinogenik yaitu penyebab kanker. Untuk itu dicari alternatif pemanis
alami yang memiliki tingkat kemanisan yang tinggi, rendah kalori dan tidak
bersifat karsinogenik. Salah satu pemanis alami tersebut adalah pemanis
stevia dari daun tanaman stevia. Gula sukrosa termasuk ke dalam pemanis
nutritif dimana pemanis tersebut menghasilkan kalori sebesar 4 kalori/gram.
Stevia termasuk pemanis yang kalorinya tidak ada sama sekali (Anonim,
2007).
Pemanis stevia diperoleh dengan mengekstraksi daun stevia
menggunakan pelarut polar yaitu metanol, etanol, atau spiritus. Penggunaan
pelarut kimia dikhawatirkan masih menyisakan pelarut pada produk. Untuk
itu digunakan pelarut polar yang aman untuk mengekstraksi daun stevia
yaitu air.
Penjernihan pemanis stevia dapat dilakukan dengan cara pertukaran
ion, kolom absorbsi kromatografi, dan penjernihan larutan stevia
menggunakan kolom fixed-bed dengan penambahan zeolite atau adsorben
(Mantovaneli, 2004). Proses perlakuan awal ekstraksi dengan penambahan
kapur dan menggunakan kolom pertukaran ion dengan tujuan untuk
menghilangkan pelarut organik (Giovanetto, 1990). Tetapi langkah–langkah
penjernihan tersebut cukup kompleks dan menggunakan banyak bahan kimia
dan menghasilkan residu, maka perlu dilakukan modifikasi proses yang
dapat mengurangi penggunaan bahan kimia dan residu yaitu dengan
menggunakan proses membran filtrasi (Kumar, 2000).
17
Proses penjernihan dengan membran adalah proses pemisahan
pengotor–pengotor bukan pemanis dari larutan stevia. Pengotor–pengotor
yang memiliki bobot molekul lebih besar dari MWCO membran 20000
Dalton seperti senyawa yang menyebabkan warna (pigmen), makromolekul
dan protein dapat tertahan sedangkan molekul air dan molekul pemanis
stevia dapat lolos berdasarkan bobot molekul tertentu. Kelebihan
penjernihan menggunakan membran ultrafiltrasi adalah tidak adanya
penambahan bahan kimia selama proses.
Proses penjernihan dengan membran ultrafiltrasi memiliki kelemahan
yaitu terjadi rejeksi yang menyebabkan sebagian solut tertahan pada
membran. Selain itu juga kelemahannya terdapat pada umur pakai membran
yang tidak lama dan harga membran yang tinggi. Penelitian ini mengkaji
pengaruh tekanan transmembran, kecepatan alir, dan konsentrasi umpan
terhadap fluksi pada membran ultrafiltrasi serta rejeksi membran terhadap
pemanis stevia.
B. TUJUAN
Tujuan Penelitian ini antara lain:
1. Mempelajari penjernihan ekstrak daun stevia dengan ultrafiltrasi aliran
silang,
2. Mempelajari pengaruh tekanan transmembran, konsentrasi umpan, dan
kecepatan alir terhadap fluksi,
3. Mengukur rejeksi membran dalam penjernihan pemanis stevia.
18
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. TANAMAN STEVIA
Stevia merupakan tanaman berbentuk perdu (semak), tingginya antara
60 - 90 cm dengan panjang daun 3 - 7 cm dan memiliki banyak cabang.
Batang stevia bentuknya lonjong, ditumbuhi oleh bulu-bulu yang halus.
Demikian pula tepi daunnya yang bergerigi tampak halus. Bentuk daun stevia
lonjong, langsing dan duduk berhadapan. Tanaman stevia dapat tumbuh
dengan baik di tanah latosol yang berwarna merah pada ketinggian 500 - 1500
m dari permukaan laut (Lutony (1993), Sudarmaji (1982)).
Gambar 1. Tanaman Stevia rebaudiana Bertoni M
Menurut Lutony (1993) stevia memiliki sistem pengakaran serabut dan
terbagi menjadi dua bagian yakni perakaran halus dan perakaran tebal.
Bunganya hermaprodite dengan mahkota yang khas berbentuk seperti tabung.
Salah satu kelebihan tanaman ini adalah daya regenerasinya yang kuat
sehingga tahan terhadap pemangkasan.
Penamaan stevia diambil dari tanaman yang bernama latin Stevia
rebaudiana Bertoni M., termasuk keluarga Compositae (Asteraceae) atau
19
sembung-sembungan. Tanaman ini dapat diperbanyak melalui stek, biji,
anakan, dan kultur jaringan yang termasuk pada divisi Spermatophyta, kelas
Dicotyledone, dan ordo Campanulatae (Lutony, 1993). Klasifikasi tanaman
Stevia rebaudiana B.dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Klasifikasi tanaman Stevia rebaudiana Bertoni.
Famili Asteraceae
Genus Stevia
Spesies rebaudiana
Sinonim Eupatorium rebaudianum
Nama Umum Stevia
Bagian yang
digunakan
daun
Sumber : Taylor, 2005
Tanaman stevia dikenal pertama kali di Indonesia sekitar tahun 1977,
dan telah dicoba pembudidayaannya dibeberapa daerah seperti Tawangmangu,
Sukabumi, Garut, dan Bengkulu dengan ketinggian sekitar 1000 meter di atas
permukaan laut. Berdasarkan penelitian Atmoko (2001) bahwa pemberian
gambut tanah latosol berpengaruh nyata terhadap jumlah daun, sedangkan
terhadap tinggi tanaman, bobot basah dan kering tajuk dan akar tidak
berpengaruh nyata. Media tanah gambut 100 % dapat meningkatkan
kandungan gula (10.06 %) pada daun stevia, dibandingkan dengan 0 %
gambut (7.91 %).
B. STEVIA SEBAGAI PEMANIS ALAMI
Daun tanaman stevia rebaudiana mengandung campuran dari diterpen,
triterpen, tanin, stigmasterol, minyak yang mudah menguap dan delapan
senyawa manis diterpen glikosida (Crammer, 1986).
Stevia rebaudiana mengandung delapan glikosida diterpen yang
menyebabkan daun tersebut terasa manis, yaitu steviosida, steviolbiosida,
rebaudiosida A – E dan dulkosida A.
20
1. Rebaudiosida A
Sifat–sifat yang dimiliki senyawa ini adalah titik lebur 235 – 237 oC,
berbentuk kristal menyerupai jarum, [α]D = - 15.3o (dalam metanol).
2. Rebaudiosida B
Sifat-sifat yang dimiliki senyawa ini adalah titik lebur 193 – 195oC,
berbentuk kristal menyerupai jarum, [α]D = - 45.4o (dalam metanol).
Senyawa ini selain terdapat didalam daun stevia juga dapat diperoleh dari
hasil hidrolisis alkalis maupun enzimatis rebaudiosida A.
3. Rebaudiosida C
Sifat–sifat yang dimiliki senyawa ini titik lebur 235 – 238 oC, berbentuk
kristal menyerupai jarum, [α]D = - 28.7o (dalam metanol).
4. Rebaudiosida D
Apabila senyawa ini dihidrolisis dengan asam sulfat akan mengakibatkan
terputusnya ikatan monosakarida yang terikat, sedangkan hidrolisis oleh
alkali dan enzim hanya mampu memutuskan sebagian monosakarida.
5. Rebaudiosida E
Rebaudiosida E tersusun atas empat molekul glukosa dan satu molekul
aglikon. Keempat molekul glukosa tersebut dua molekul membentuk
disakarida yang terikat pada atom C13 molekul aglikon, sedangkan dua
molekul yang lain membentuk disakarida terikat pada atom C18.
6. Dulkosida A
Sifat–sifat senyawa ini adalah titik lebur 193 – 195 oC, berbentuk kristal
menyerupai jarum, [α]D = - 46.7o (dalam metanol).
7. Steviolibiosida
Sifat–sifat yang dimiliki senyawa ini adalah titik lebur 188 – 199 oC,
berbentuk kristal menyerupai jarum, [α]D = - 37.4o (dalam metanol).
8. Steviosida
Steviosida memiliki rumus molekul C38H60O18 yang terdiri dari 56.7%
unsur C, 7.51% unsur H, dan 35.78% unsur O dengan berat molekul
804.90. Titik lebur senyawa ini adalah 198oC, [α]D = - 39.3o (dalam air).
Meskipun steviosida yang paling tinggi memiliki tingkat kemanisannya,
namun bila dipergunakan secara tersendiri sebagai gula murni untuk bahan
pemanis makanan dan minuman dalam dosis banyak, maka akan
menyebabkan rasa manisnya kurang mengena pada lidah. Hal tersebut
21
disebabkan steviosida masih memiliki rasa sepat dan langu. Rasa sepat dan
langu ternyata tidak terdapat pada senyawa yang lainnya. Jika rebaudiosida A,
D dan E digabungkan maka campurannya akan memiliki tingkat kemanisan
yang setara dengan steviosida (Lutony, 1993).
Glikosida merupakan senyawa organik yang mengandung senyawa gula
(glycone) dan bukan gula (aglycone). Glycone terdiri dari unsur pokok yaitu
rhamnose, fruktosa, glukosa, xylosa, arabinosa. Sedangkan yang lainnya
terdiri dari senyawa kimia yaitu sterol, tanin, dan karotenoid. Selain itu juga
stevia mengandung protein, karbohidrat, fosfor, besi, kalsium, potasium,
sodium, flavonoid, zinc, vitamin C dan vitamin A (Elkins, 1997). Struktur
kimia steviosida dapat dilhat pada Gambar 2.
Gambar 2. Struktur molekul stevioside (Geuns, 2003)
Steviosida merupakan glikosida yang penting dengan tingkat kemanisan
300 kali dari sukrosa dan rebaudioside A tingkat kemanisannya 400 kali lebih
manis dari sukrosa. Pemanis lainnya juga penting, tetapi jumlah pemanis di
dalam daun stevia sedikit yaitu rebaudiosida C, dulkosida A, rebaudiosida E,
dan D (2,3,4,5) (Kinghorn, 1985). Sementara itu siklamat, pemanis sintesis
kontroversial yang masih digunakan, ternyata hanya mempunyai tingkat
kemanisan antara 30 - 80 kali dari tingkat kemanisan sukrosa. Aspartam
juga termasuk pemanis sintesis kontroversial dan sering digunakan, tingkat
kemanisan antara 100 - 200 kali kemanisan sukrosa. Dengan kata lain, tingkat
kemanisan gula stevia lebih unggul apabila dibandingkan dengan siklamat
atau asapartam yang selama ini banyak dipakai sebagai pemanis berbagai
22
produk makanan dan minuman (Sudarmaji, 1982). Glikosida bila dikristalkan
akan terbentuk serbuk putih yang tidak berbau dan tingkat kemanisan dari
glikosida pada daun stevia dapat terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Komposisi glikosida di dalam daun stevia No.
Jenis senyawa R1 R2 Potensi kemanisan
(sukrosa = 1)
1. Steviol H H --
2.
Steviolbioside H β-glc- β -gluc (2 1) 100 – 125
3. Stevioside β -glc β -glc- β -gluc (2 1) 150 – 300
4. Rebaudioside A β -glc
β-glc-β-gluc (2 1)
β-glc (3 1) 250 – 450
5. Rebaudioside B H
β-glc-β-gluc (2 1)
β-glc (3 1) 300 – 350
6. RebaudiosideC (Dulcoside B)
β -glc β-glc- β-gluc (2 1)
β-glc (3 1) 500 – 120
7. Rebaudioside D
β-glc-β-gluc
(2 1)
β-glc- β -gluc (2 1)
β -glc (3 1) 250 – 450
8. Rebaudioside E β –glc β -glc- β -gluc (2 1) 150 – 300
9. Rebaudioside F
β -glc- β -gluc
(2 1)
β -glc- β -Xyl (2 1) β -glc (3 1)
--
10. Dulcoside A β -glc β -glc- α-Rha (2 1) 50 -120
Sumber : Geuns (2003)
Menurut Kinghorn (1985) stevioside memiliki kemanisan kira–kira 300
kali lebih manis dari sukrosa pada konsentrasi 0.4%, 150 kali lebih manis dari
sukrosa pada konsentrasi 4% dan 100 kali lebih manis dari sukrosa pada
konsentrasi 10%. Hasil uji oragnoleptik yang dijelaskan oleh Lutony (1993)
bahwa setiap 0.1 gram pemanis stevia setara dengan 20 gram sukrosa (gula
putih) pada minuman teh manis tanpa mengurangi rasa kesukaan, sedangkan
pada minuman ringan yang menggunakan essence jeruk dan juga frombosen
untuk penggunaan 2 gram pemanis stevia setara dengan 4 gram gula putih.
23
Stevia merupakan sumber alternatif yang berpotensial untuk
menggantikan pemanis buatan seperti sakarin, aspartam, asulfam dan lain-lain.
Stevioside tidak seperti pemanis rendah kalori yang lain, karena bersifat stabil
terhadap suhu dan memiliki pH antara 3 - 9. Industri makanan mulai
meluncurkan produk yang menggunakan stevia (Anonim, 2004).
Ekstrak dari daun stevia dapat digunakan sebagai bahan tambahan
seperti penyedap makanan atau bahan pemanis pada suplemen, tapi stevia
bukan seperti pemanis–pemanis yang tersedia di pertokoan. Zoltan P. Rona,
M. D. menulis tentang stevia di terbitan Health Naturally mengatakan bahwa
stevia merupakan tumbuhan perdu yang ekstraknya aman dikonsumsi. Selama
berabad-abad bangsa Paraguay dan Brazil mengkonsumsi pemanis alami ini.
Stevia termasuk pemanis yang bebas kalori, dapat mencegah gigi berlubang,
dan tidak memicu gula darah meningkat. Sebagaimana diketahui bahwa
pemanis ini dapat membantu penderita diabetes karena berperan dalam proses
metabolisme gula (Martini, 1998).
Menurut Acton (1976) pemanis nirkalori yang ideal memiliki sifat, larut
dalam air, stabil terhadap panas/kimiawi, tidak beracun, mamiliki rasa tunggal
(pure of flavor), dan intensitas rasa manisnya tinggi. Steviosida telah
memenuhi beberapa persyaratan diatas. Kandungan beberapa senyawa dapat
pada daun tanaman stevia dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Kandungan beberapa senyawa pada daun tanaman stevia
Komponen Kandungan *(%) Rendemen** (%)
Steviosida 5-15 2.52
Rebaudiosida 3-6 1.40
Rebaudiosida B Sedikit sekali 0.04
Steviolbiosida Sedikit sekali 0.04 * Tanaka (1979) ** Kohda et al. (1976)
C. EKSTRAKSI PEMANIS STEVIA
24
Bridel dan Lavielle (1931) melakukan ekstraksi daun stevia dengan
menggunakan alkohol dan menghasilkan glikosida berbentuk kristal dan tidak
memiliki atom nitrogen, glikosida ini dinamakan “stevioside”. Kristal
stevioside yang terkandung di dalam daun stevia menyebabkan rasa manis.
Cara ekstraksi daun stevia untuk mengeluarkan komponen pemanis dari
daun ada tiga macam yaitu ekstraksi dengan pelarut air yang merupakan
modifikasi prosedur Wood et al. (1955), ekstraksi dengan pelarut menguap
seperti metanol teknik menurut prosedur Kohda et al. (1976) dan ekstraksi
dengan pengepresan hidraulik. Penelitian ini menggunakan pelarut air untuk
memperoleh pemanis glikosida pada daun stevia.
Pelarut yang sesuai digunakan untuk ekstraksi daun stevia adalah pelarut
polar antara lain air dan alkohol. Pelarut yang baik harus mempunyai sifat:
daya larut dan selektivitas terhadap glikosida tinggi, tak bereaksi (merusak)
senyawa yang diinginkan, setelah proses ekstraksi dapat dipisahkan dengan
mudah. Disamping itu harus tidak mempunyai efek racun, mudah didapat serta
murah harganya (Anwar, 1982). Urutan polaritas pelarut menurun sebagai
berikut: air, metanol, etanol, n-propanol, aseton, etil asetat, etil eter,
kloroform, diklorometan, benzen (Anonim, 2006). Sifat-sifat yang hasil
ekstraksi pemanis stevia dengan pelarut metanol dan air dapat dilihat pada
Tabel 4.
Tabel 4. Sifat-sifat hasil ekstraksi pemanis stevia
Jenis pelarut Sifat-sifat hasil ekstraksi
Metanol Air
Bentuk Bubuk Kasar Cairan kental
Warna Putih kehijauan Coklat
Rendemen 4.4 % ---
Kadar air 4.5 % ---
Rasa Manis Manis
Sumber : Muhammad (1983)
Kedua cara ekstraksi diatas menunjukkan bahwa ekstraksi dengan
menggunakan pelarut air hanya menghasilkan cairan kental yang berasa manis
25
dan setelah dilakukan proses kristalisasi, ternyata tidak terbentuk kristal
pemanis stevia (Muhammad, 1983).
Kumar (2000) mengembangkan proses ekstraksi dan penjernihan ekstrak
daun stevia dengan mengurangi jumlah unit operasi dan mengurangi dan atau
menghilangkan penggunaan kimia termasuk pelarut organik. Operasi tersebut
adalah menggunakan membran ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi. Kumar
menyatakan bahwa air efektif untuk mengekstraksi glikosida dengan
pemilihan pH dan suhu.
Zairisman (1984) mengatakan bahwa penentuan kadar stevioside dan
rebaudioside-A telah dilakukan oleh beberapa peneliti melalui beberapa cara,
yaitu thin layer densitometry, cara droplet counter-current chromatography,
cara High Performance Liquid Chromatography cara dual wavelength thin
layer chromatography scanner dan cara two dimentional thin layer
chromatography.
D. TEKNOLOGI MEMBRAN
1. Filtrasi Membran
Menurut Cheryan (1998) bahwa filtrasi didefinisikan sebagai
pemisahan dua atau lebih komponen yag bersifat cairan atau gas
berdasarkan ukuran molekul dengan mengalirkan umpan melalui
membran. Sedangkan untuk membran diartikan sebagai selaput
semipermeable yang melewatkan spesi tertentu dan menahan spesi yang
lain berdasarkan ukuran spesi yang akan dipisahkan. Spesi yang berukuran
besar akan tertahan dan yang ukurannya lebih kecil akan dilewatkan
(Mulder, 1996).
Membran filtrasi merupakan proses pemisahan yang dipacu oleh
tekanan dengan tujuan untuk memisahkan komponen-komponen dalam
suatu campuran secara selektif melalui fasa antara (membran) sehingga
menghasilkan aliran konsentrat (retentat) dari aliran filtrat (permeat)
(Noor, 2003).
Membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan
teknologi yang sama–sama berfungsi sebagai alat pemisahan komponen
dalam suatu campuran. Keunggulan tersebut dapat dilihat dibawah ini :
26
1. Proses dapat dilakukan pada suhu kamar, sehingga cocok untuk
pemisahan komponen yang tidak tahan pada suhu tinggi.
2. Tidak terjadi perubahan fase komponen
3. Penggunaan energi lebih rendah karena energi yang digunakan hanya
untuk menggerakkan pompa.
4. Proses dapat terjadi secara simultan.
2. Bahan Membran
Menurut Mulder (1996), membran dapat dibuat dari berbagai material.
Material yang digunakan terbagi ke dalam dua kelas yaitu membran
sintetik dan membran biologi. Membran sintetik terbagi menjadi membran
organik dan anorganik. Membran biologi dibutuhkan oleh makhluk hidup
di muka bumi untuk kelangsungan hidupnya. Industri pada umumnya
menggunakan membran dengan bahan polimer. Material membran yang
biasa digunakan adalah selulosa asetat, selulosa triasetat, poliakrilonitril,
poliamida, polisulfon, polietersulfon, dan poliolefin (Wenten, 1999).
Pemilihan polimer sebagai bahan baku pembuatan membran
berdasarkan faktor struktural. Faktor struktural akan menentukan sifat
termal, kimia dan mekanik. Setiap faktor tersebut akan mempengaruhi
sifat intrinsik polimer yaitu permeabilitas. Kinerja membran ditunjukkan
oleh fluksi dan selektivitasnya, dimana selektivitas merupakan parameter
utama dari membran ultrafiltrasi (Wenten, 1999). Material membran yang
digunakan dalam penelitian ini adalah polietersulfon (PES).
Polisulfone (PSF) adalah hasil reaksi polimerik antara garam natrium
bisphenol-A dan garam natrium di-p-dicholorodiphenyl sulfone. PSF
memiliki nilai Tg = 195oC sedangkan polietersulfon (PES) memiliki Tg =
230oC, sehingga memberikan stabilitas termal dan stabilitas oksidatif yang
baik, kekuatan dan fleksibilitasnya tinggi, tahan terhadap pH yang ekstrim
dan tidak dipengaruhi oleh kenaikan temperatur, resistensi terhadap klorin
SO2
Gambar 3. Struktur kimia polietersulfon (Mulder, 1996)
27
cukup baik, dan mudah untuk membran pabrikasi dalam konfigurasi
variasi yang luas (Wenten, 1999).
3. Jenis Modul Membran
Berbagai bentuk membran biasa disebut modul. Menurut Zeman
(1996) bahwa modul membran ada empat macam yaitu hollow fiber,
tubular devices, flate plate, dan spiral wound. Hollow fiber merupakan
unit yang dikembangkan untuk ultrafiltrasi dam mikrofiltrasi. Oleh amicon
dan ramicon pada tahun 1970. Hollow fiber berbentuk silinder dengan
membran yang dapat diletakkan dibagian luar, dalam atau bahkan pada
kedua permukaan. Diameter fibernya antara 200-2500 µm, jumlah fiber
dalam satu bundelan sekitar 50 – 10.000 fiber (Gambar 4).
Gambar 4. Modul membran hollow fiber (Zeman, 1996)
Tubular devices desainnya sama dengan modul hollow fiber, tetapi
modul ini memiliki diameter tube yang lebih besar (0.3 – 2.5 cm). Modul
tubular merupakan membran yang dibuat dengan meletakkannya ke dalam
sebuah tube (Gambar 5).
28
Gambar 5. Modul membran tubular (Zeman, 1996)
Modul flate-and-frame menggunakan membran multi flate sheet
dengan susunan seperti sandwich/lapisan – lapisan (gambar 6a).
Sedangkan modul wound spiral seperti flate sheet yang dibentuk seperti
catridge dan bagian tengah terdapat saluran untuk mengeluarkan permeat
(gambar 6b).
a. Spiral wound b. Flat Plate
Gambar 6. Modul Membran (Zeman,1996)
E. MEMBRAN ULTRAFILTRASI
Membran dibedakan menjadi enam macam yaitu membran mikrofiltrasi,
ultrafiltrasi, reverse osmosis, elektrolisis, elektrofiltrasi dan dialisis. Keenam
29
membran tersebut dibedakan berdasarkan ukuran pori. Perbedaan membran
tersebut dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Klasifikasi membran berdasarkan perbedaan ukuran pori
Proses filtrasi Ukuran pori Aplikasi
Mikrofiltrasi 10 - 0.1 µm Partikel kecil, koloid, sel
Ultrafiltrasi 0.1 µm – 5 nm Makromolekul, emulsi
Reverse osmosis < 5 nm Desalinasi, zat organik
Elektrolisis < 5 nm Desalinasi, zat organik
Elektrofiltrasi 10 µm – 5 nm Partikel kecil, koloid, sel
Makromolekul, emulsi
Dialisis < 5 nm Penanganan kerusakan ginjal
Sumber : Wenten (1999)
Membran ultrafiltrasi merupakan proses filtrasi antara nanofiltrasi dan
mikrofiltrasi. Membran ultrafiltrasi mempunyai porositas tinggi dan dapat
menahan makromolekul bertekanan rendah sehingga “solut” yang kecil dapat
lewat bersama air, tekanan yang dibutuhkan untuk proses yaitu berkisar 1 – 10
bar (Mulder, 1996).
Karakteristik cutoff dari membran ultrafiltrasi umumnya dikenal dengan
molecular weight cutoff. Membran ultrafiltrasi tidak akan melewatkan molekul
yang memiliki berat molekul lebih dari MWCO.
Secara umum proses pemisahan dengan menggunakan membran
mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan proses yang lain,
diantaranya adalah: konsumsi energi yang relatif kecil, biaya operasi relatif
rendah, tidak menimbulkan pencemaran lingkungan, proses dapat berlangsung
secara kontinyu, dan tidak memerlukan ruang instalasi yang besar. Kelemahan
proses pemisahaan dengan menggunakan membran hanyalah mudah
timbulnya polarisasi konsentrasi di permukaan membran yang dapat
menurunkan fluksi zat yang dipisahkan (Wenten, 1999). Komponen yang
dipisahkan menggunakan membran dapat dilihat pada gambar 7.
30
Gambar 7. karakteristik proses membran (www.kochmembran.com)
Membran ultrafiltrasi akan menahan protein dan senyawa koloid yaitu
komponen yang memiliki molekul terbesar dan melewatkan komponen atau
senyawa yang memiliki berat molekul yang kecil (Gambar 7).
Nanofiltrasi memiliki ukuran pori sekitar 1 nanometer. Membran
nanofiltrasi banyak diaplikasi pada pemisahan garam bervalensi dua dari air
dan fraksinasi molekul yang kecil di berbagai industri (Gambar 7). Kinerja
membran nanofiltrasi dipengaruhi oleh karakterisrik membran yang mencakup
fluksi, rejeksi dan Molecular Weight Cut-Off (Mulder, 1996). Hasil penelitian
Kumar (2000) menunjukkan bahwa dengan pemisahan nanofiltrasi diakhir
operasi dapat mengurangi rasa pahit pada komponen pemanis stevia karena
senyawa tersebut ikut tercuci.
F. KONDISI PROSES FILTRASI MEMBRAN
Menurut Osada dan Nagawa (1992) kinerja membran pada pemisahan
dipengaruhi oleh karakteristik membran yang digunakan. Parameter utama
yang digunakan dalam penilaian kinerja membran filtrasi adalah fluksi dan
rejeksi. Faktor yang dapat mempengaruhi fluksi antara lain tekanan
31
transmembran, kecepatan crossflow dan konsentrasi larutan. Dipertegas pula
oleh Cheryan (1986) bahwa faktor penting yang dapat mempengaruhi fluksi
pada proses ultrafiltrasi yaitu tekanan transmembran, konsentrasi larutan
umpan, suhu dan laju alir serta jenis aliran bahan.
Menurut Pritchard, et al (1995), menyatakan bahwa kecepatan crossflow
dapat mempengaruhi nilai fluksi, dengan semakin tinggi kecepatan crossflow
yang digunakan maka semakin besar fluksi yang dihasilkan. Hal tersebut
disebabkan karena semakin banyaknya partikel dipermukaan membran yang
bisa digerakkan oleh aliran umpan.
Performansi dan efisiensi membran ditentukan oleh dua parameter yaitu
fluks dan selektifitas. Fluksi adalah jumlah volume permeat yang diperoleh
pada operasi membran per satuan waktu per luas permukaan membran
(Wenten, 1999).
Fluksi volume (Mulder, 1996)
tAVJ*
= .......................................................................... (1)
dimana: J = fluksi (l/m2.jam)
V = Volume permeat (L)
A = Luas permukaan membran (m2)
t = waktu (jam)
Pada proses filtrasi, di atas permukaan membran maupun di dalam pori–
pori membran akan terdapat partikel–partikel yang tertahan. Hal tersebut
menunjukkan bahwa membran memiliki nilai rejeksi terhadap larutan umpan.
Nilai rejeksi dihitung dengan mengetahui konsentrasi umpan
Rejeksi merupakan kemampuan membran untuk menahan suatu
komponen agar tidak melewati membran. Nilai rejeksi tersebut dapat
diperoleh dengan menggunakan suatu persamaan,
Cp R (%) =1 - x 100% .......................................... (2) Cf
dimana: R (%) = persentase tahanan
Cp = konsentrasi zat pada permeat (g/l)
Cf = konsentrasi zat pada umpan (g/l)
32
Umpan
Permeat
Faktor yang menyebabkan keterbatasan penggunaan membran berpori
adalah terjadinya peristiwa fouling dan polarisasi konsentrasi. Fouling adalah
suatu peristiwa penurunan nilai fluksi akibat terakumulasinya komponen-
komponen disekitar membran yang menutupi pori–pori membran. Polarisasi
konsentrasi adalah terbentuknya lapisan kedua (second layer) pada permukaan
membran yang dapat meningkatkan resistensi membran. Peristiwa fouling
identik dengan penurunan fluksi permeat dan perubahan selektivitas pada
membran. Fouling terjadi akibat interaksi spesifik secara fisik dan kimia
antara berbagai padatan terlarut dengan membran. Fouling dihilangkan dengan
melakukan backflushing, penggunaan laju alir silang yang tinggi atau
pembersihan secara kimiawi. Penurunan fluksi secara cepat pada awal filtrasi
akibat pengaruh dari polarisasi konsentrasi, tetapi pada penurunan fluksi
dalam jangka waktu yang panjang merupakan kontribusi dari terjadinya
fouling pada membran (Wenten, 1999).
Menurut Mulder (1996) sistem membran terbagi menjadi empat yaitu :
(i) dead–end, (ii) crossflow, (iii) hybrid dead–end/crossflow dan (iv) cascade.
Sistem crossflow (aliran silang) dapat memperkecil terjadinya fouling karena
pembentukan cake yang sangat lambat akibat gaya geser. Sistem crossflow
menurut Noor (2003) yaitu mengalirkan umpan sejajar dengan permukaan
membran sehingga solut yang terejeksi dipermukaan membran akan tersapu
oleh aliran tersebut. Padatan yang terakumulasi dipermukaan membran dan
membentuk lapisan, proses ini disebut dead–end system. Gambar aliran umpan
secara dead–end dan crossflow (aliran silang) dapat dilihat pada Gambar 8.
(a) Sistem aliran silang (crossflow) (b) Sistem dead-end
Gambar 8. Sistem Aliran Umpan pada membran
33
Pada air murni semakin tinggi tekanan yang diberikan, maka fluksi air
juga akan semakin tinggi. Fenomena yang terjadi pada larutan, ketika tekanan
dinaikkan pada batas tertentu akan menaikkan fluksi tetapi setelah mencapai
tekanan tertentu maka fluksi tidak meningkat walaupun tekanan dinaikan,
maksimum fluksi ini disebut limiting flux (Wenten, 1999).
G. PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA
Penjernihan ekstrak daun stevia bertujuan untuk menghilangkan atau
membuang semaksimal mungkin bagian bukan pemanis stevia yang
terkandung di dalam ekstrak stevia. Hasil ekstraksi daun stevia menggunakan
pelarut air masih dalam bentuk ekstrak kasar. Jika ekstrak kasar tidak
jernihkan maka tidak dapat dikomersialkan karena rasanya masih sepat, dan
warnanya gelap. Kotoran dalam ekstrak kasar terdiri dari pigmen organik dan
garam inorganik (Wang, 2002).
Beberapa proses telah dikembangkan dalam penjernihan dan pemurnian
pemanis stevia yaitu ekstraksi dengan pelarut, flokulasi dan prespitasi, ion
exchange, adsorpsi dengan menggunakan adsorben polimer, adsorpsi dengan
menggunakan adsorben inorganik, pemisahan dengan kolom kromatografi,
ultrafiltrasi dan pemisahan membran, dan ekstraksi dengan supercritical gas.
Pemurnian diatas telah dipelajari untuk pemurnian glikosida stevia (Wang,
2002).
Membran keramik mikrofiltrasi (MF) skala laboratorium dengan ukuran
0.3 - 0.8 µm sudah cukup untuk membuang partikel dan komponen dengan
berat molekul yang besar dalam pemisahan pemanis stevia. Hal tersebut
diamati kira-kira 80% pemanis menyerap melalui membran ini (Kumar, 2000).
Hasil penelitian Kumar (2000) menunjukkan bahwa perlakuan awal dengan
membran keramik mikrofiltrasi sudah cukup. Penambahan kapur dan atau
flokulan pada umpan ultrafiltrasi menunjukkan fluksi yang signifikan.
Diafiltrasi dengan 3 volume ditemukan cocok untuk menguraikan pemanis.
Membran nanofiltrasi cocok untuk memisahkan bobot molekul yang kecil.
Pemanis stevia tidak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia karena
masih adanya rasa getir dan sepat (pahit). Kumar (2000) menjelaskan bahwa
rasa pahit yang ada pada komponen pemanis stevia dapat tercuci dalam
konsentrasi pemanis melalui proses nanofiltrasi.
34
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. BAHAN DAN ALAT
1. Bahan
Bahan yang digunakan untuk ekstraksi adalah daun stevia (Stevia
rebaudiana Bertoni) yang diperoleh dari kebun Percobaan milik BUMN
Perkebunan di Ciomas, air destilata pH 7, membran polyethersulfone
(PES) MWCO 20000 Dalton. Bahan untuk analisa antara lain fenol 5%,
H2SO4 PA, NaOH 0.1% untuk membersihkan membran.
2. Alat
Peralatan yang digunakan adalah oven kipas, waterbatch, gelas piala,
termometer, saringan 65 mesh, timbangan analitik, cawan porselen,
desikator, alat HPLC merk Waters dari USA, spektrofotometer UV merk
Thermospectronic V4.60, gelas ukur, labu takar, pipet mohr, penangas,
vortex, pompa dengan sistem modul aliran silang (gambar peralatan dapat
dilihat pada Lampiran 1), modul membran ultrafiltrasi yang berbentuk
hollow fiber. Spesifikasi alat ultrafiltrasi dapat dilihat pada Lampiran 2.
Diagram alir ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Diagram alir proses ultrafiltrasi
35
B. PROSEDUR PENELITIAN
1. Tahap Pertama : Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi
a. Pengeringan daun stevia
Daun stevia basah dikeringkan dengan menggunakan oven kipas
pada suhu 60oC, 80oC, 100oC. Pada setiap setengah jam sekali bahan
diambil, kemudian dianalisa kandungan air (kadar air), pengeringan
dihentikan jika kadar air bahan telah mencapai maksimum 10%
(pengeringan berlangsung selama ± 2 - 4 jam). Daun yang telah kering
dihaluskan dengan menggunakan blender kering, kemudian disaring
dengan saringan 65 mesh. Daun yang telah halus dikemas di dalam
plastik dan disimpan di dalam lemari pendingin suhu 4oC.
b. Proses ekstraksi daun stevia pada berbagai suhu pemanasan
Daun stevia diekstraksi dengan pelarut air (pH 7). Untuk
pemilihan suhu ekstraksi, masing-masing daun bubuk yang telah
dikeringkan pada suhu 60oC, 80oC, 100oC ditimbang sebanyak 1 gram
dalam 20 ml air. Proses ekstraksi dilakukan dengan metode Food
Sanitation Association Food Research Laboratory (Zairisman, 1985).
Larutan stevia dipanaskan pada suhu yang bervariasi yaitu 250C,
400C, 600C, 1000C. Pemanasan dilakukan selama 1 jam kecuali pada
suhu 250C dibiarkan selama semalam. Kemudian disaring dengan
kertas saring. Filtrat dipisahkan dan residu dicuci dengan air panas
beberapa kali. Filtrat dan air cucian dikumpulkan, kemudian
ditambahkan air sehingga volume menjadi tepat 100 ml. Hasil
ekstraksi daun stevia diukur konsentrasi steviosida dan kadar gula
total. Diagram alir dapat dilihat pada Lampiran 3.
2. Tahap Kedua : Penjernihan Ekstrak Daun Stevia dengan
Ultrafiltrasi
Konsentrasi ekstrak daun stevia (larutan umpan stevia) adalah 20.4 g/L
dan 28.7 g/L. Konsentrasi ini diperoleh dari hasil perhitungan konsentrasi
steviosida dengan menggunakan spektrofotometer (λ= 210 nm). Diagram
alir pembuatan konsentrasi umpan dapat dilihat pada Lampiran 4.
perhitungan konsentrasi umpan dapat dilihat pada Lampiran 5.
36
Penjernihan ekstrak daun stevia dilakukan dengan membran
ultrafiltrasi. Pada ultrafiltrasi diamati nilai fluksi permeat dan rejeksi
dengan parameter tekanan transmembran, kecepatan alir (kecepatan
crossflow) dan konsentrasi umpan (konsentrasi steviosida dalam larutan
stevia).
Tata cara proses ultrafiltrasi adalah sebagai berikut:
a) Penentuan fluksi air
Penentuan fluksi air bertujuan untuk mengetahui kondisi membran
baik sebelum digunakan maupun setelah digunakan. Air disirkulasikan
selama 30 menit pada suhu 40oC dengan tekanan transmembran 1.87
bar dan kecepatan alir 0.04 m/s.
b) Penentuan kondisi tunak fluksi larutan stevia
Percobaan dilakukan dengan mengoperasikan proses ultrafiltrasi
selama 30 menit hingga keadaan tunak dicapai. Waktu ketika fluksi
mulai mengalami kondisi tunak, maka dapat digunakan untuk
mengetahui pengaruh ketiga peubah yang akan diamati. Proses
dilakukan pada suhu 40oC pada tekanan transmembran 1.23 bar,
kecepatan alir 0.02 m/s dan konsentrasi larutan umpan stevia 28.7 g/L.
c) Pengamatan pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi larutan
stevia
Proses penjernihan larutan stevia dilakukan pada berbagai tekanan
transmembran yaitu 1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, 1.87 bar dengan
kecepatan alir 0.02 m/s, pada konsentrasi larutan umpan stevia
20.4 g/L dan 28.7 g/L.
d) Pengamatan pengaruh kecepatan alir terhadap fluksi larutan stevia
Proses penjernihan dilakukan dengan proses ultrafiltrasi pada berbagai
kecepatan alir yaitu antara 0.0029 sampai 0.02 m/s.
e) Pengamatan pengaruh konsentrasi umpan terhadap fluksi
Percobaan dilakukan dengan mengoperasikan proses ultrafiltrasi pada
berbagai konsentrasi larutan umpan stevia yaitu 20.4 g/L, 28.7 g/L
dengan kecepatan alir 0.02 m/s dan tekanan 1.61 bar.
f) Tingkat rejeksi membran dan kenaikan konsentrasi larutan stevia
Untuk mengetahui efisiensi membran dalam menyaring molekul gula
yang diinginkan yaitu steviosida.
37
4. Tahap Ketiga : Analisa Hasil Filtrasi Dengan Ultrafiltrasi
Analisa untuk mengetahui sebelum dan sesudah ultrafiltrasi pada ekstrak
daun stevia adalah analisa pH, konsentrasi steviosida, kadar gula total,
persen kejernihan (%T), kadar abu dan analisa HPLC. Prosedur analisa
dapat dilihat pada Lampiran 6
.
38
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi daun stevia
Daun stevia sebelum diekstraksi terlebih dahulu dikeringkan
menggunakan oven dengan kipas. Pengeringan daun stevia berkaitan dengan
kandungan air dalam daun (kadar air). Sebelum dilakukan proses ekstraksi,
bahan baku disimpan dan kandungan air dalam daun diatur, sehingga
mikroorganisme, jamur serta enzim tidak berkembang. Hubungan kadar air
dengan suhu pengeringan ditunjukkan pada Gambar 10.
0102030405060708090
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Jam Ke-
Kad
ar
Air
(%
,bb)
Suhu Pengeringan (oC) 60 Suhu Pengeringan (oC) 80Suhu Pengeringan (oC) 100
Gambar 10. Kadar air daun selama pengeringan
Pada gambar terlihat bahwa proses pengeringan daun berlangsung dengan
cepat seiring meningkatnya suhu pengeringan. Hal ini disebabkan karena
dengan meningkatnya suhu maka penguapan air dalam bahan akan lebih cepat.
Kadar air pada daun diharapkan maksimum 10 persen. Adapun tujuan
pengeringan adalah untuk memperpanjang daya simpan dan menghindari
kerusakan akibat aktifitas serangga, jamur, dan enzim.
Pengeringan daun 60oC menghasilkan warna daun masih hijau sedangkan
pengeringan diatas suhu 60oC dapat menyebabkan warna daun menjadi coklat.
Dari hasil penelitian Atmawinata (1986), pengeringan daun diatas suhu 80oC
akan memberikan warna hijau kecoklatan pada daun. Perubahan warna ini
dapat disebabkan akibat terjadinya reaksi maillard yaitu reaksi antara gula
39
pereduksi dengan asam amino. Kemungkinan lain adalah terbentuknya
senyawa pheophytin akibat reaksi antara klorofil dengan semua asam yang
menguap pada waktu proses pengeringan. Untuk mendapatkan daun yang
masih berwarna hijau dan kadar steviosida tidak berubah. maka pengeringan
dilakukan pada suhu 60oC.
Ekstraksi daun stevia dilakukan dengan menggunakan pelarut polar yaitu
air karena senyawa glikosida bersifat polar sehingga dapat larut dalam air.
Daun stevia pada pengeringan 60oC, 80oC, dan 100oC yang telah dicampur
dengan pelarut air dipanaskan pada suhu 25oC, 40oC, 60oC dan 100oC untuk
mendapatkan suhu ekstraksi yang akan digunakan pada proses selanjutnya.
Air sebagai pelarut akan masuk ke dalam rongga partikel yang dilarutkan
karena adanya panas maka akan terjadi ekstraksi, kemudian terjadi proses
hidrolisis dari molekul yang tidak larut menjadi molekul kecil yang larut ke
dalam air. Pada fase ini gula, molekul yang lebih besar serta protein akan
terhidrolisis. Hasil ekstraksi daun stevia menghasilkan filtrat yang berwarna
coklat kemerahan. Warna tersebut dikarenakan masih terkandung senyawa
yang bukan gula. Hasil larutan stevia setelah diekstraksi dapat dilihat pada
Gambar 11.
Gambar 11. Larutan stevia setelah ekstraksi
Senyawa bukan gula tersebut antara lain adalah senyawa yang dapat
menghasilkan warna dan dapat larut dalam air seperti klorofil, alkaloid,
tanin, steroid, flavonoid dan makromolekul. Senyawa kimia yang
40
terkandung di dalam daun stevia dapat dilihat pada Tabel 6. Data lengkap
fitokimia dapat dilihat pada Lampiran 7.
Tabel 6. Fitokimia daun stevia
Fitokimia Hasil pengujian (kualitatif)
Alkaloid +++
Saponin +
Tanin ++++
Fenolik +
Flavonoid +
Triterfenoid -
Steroid ++++
Glikosida ++++ Keterangan : - : negatif + : positif lemah +++ : positif kuat ++++ : positif kuat sekali Pemilihan kondisi suhu ekstraksi daun stevia pada berbagai suhu
pengeringan berdasarkan pengukuran konsentrasi steviosida dan kadar gula
total. Data hasil pengukuran konsentrasi steviosida dan kadar gula total dapat
dilihat pada Lampiran 8.
1. Konsentrasi Steviosida
Suhu ekstraksi pada berbagai suhu pengeringan yang menghasilkan
konsentrasi steviosida yang tinggi adalah suhu 100oC pada suhu
pengeringan 60oC yaitu sebesar 8.9 g/L. Namun pada suhu ekstraksi 40oC
nilai konsentrasi steviosida tidak berbeda jauh dengan suhu 100oC yaitu
8.2 g/L. Data lengkap dapat dilihat pada Lampiran 8. Perbedaan hasil
konsentrasi steviosida pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstrasi
dapat dilihat pada Gambar 12.
41
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
60 80 100
Suhu Pengeringan (oC)
Kons
entr
asi S
tevi
osid
a (g
/L)
T = 25oC T = 40oC T = 60oC T = 100oCSuhu Ekstraksi
Gambar 12. Konsentrasi steviosida larutan stevia pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstraksi
Secara umum semakin tinggi suhu ekstraksi maka konsentrasi
steviosida yang diperoleh tinggi. Air memiliki titik didih 100oC sehingga
pada suhu ini air menjadi lebih efektif dalam melarutkan senyawa-
senyawa pemanis stevia. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian Marsono
(1984) yaitu semakin tinggi suhu ekstraksi (100oC) maka perolehan zat
padat terlarut semakin besar dan rasa larutan semakin manis. Larutan
stevia yang dihasilkan berwarna kecoklatan dan rasanya manis dengan
sedikit rasa sepat.
2. Kadar Gula Total
Pada suhu ekstraksi 100oC pada suhu pengeringan 60oC
menghasilkan kadar gula total sebesar 2.48 g/L. Namun pada suhu
ekstraksi 40oC pada suhu pengeringan 80oC nilai kadar gula total yang
dihasilkan tidak berbeda jauh yaitu 2.45 g/L.
42
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
60 80 100
Suhu Pengeringan Daun (oC)
Kad
ar g
ula
tota
l (g/
L)
T ekstraksi 25oC T ekstraksi 40oCT ekstraksi 60oC T ekstraksi 100oC
Gambar 13. Kadar gula total larutan stevia pada berbagai kondisi suhu
pengeringan dan ekstraksi
Berdasarkan Gambar 13. kadar gula total yang dihasilkan berkisar
1.43 – 2.48 g/L. Kadar gula yang terukur merupakan molekul gula
(glukosa), dimana senyawa glikosida mengandung molekul glukosa yang
berikatan dengan aglikon. Steviosida dapat terhidrolisa menjadi steviol
dan glukosa dan hal tersebut dapat disebabkan oleh fermentasi oleh
mikroorganisme. Kemanisan larutan stevia tidak ditentukan oleh
kandungan gula, tetapi lebih ditentukan oleh senyawa–senyawa pemanis
yang ada di dalamnya (Steviosida). Penelitian Marsono menunjukkan
kadar gula total sebesar 3.6 10-3 % memiliki tingkat kemanisan setara 20 –
25 % gula.
Suhu pengeringan dan suhu ekstraksi yang digunakan untuk
penelitian selanjutnya adalah suhu 60oC dan suhu 100oC. Air memiliki
titik didih 100oC, sehingga air dapat mengekstrak lebih baik.
B. Penjernihan Ekstrak Daun Stevia dengan Ultrafiltrasi
Pada tahap ini diamati (1) pengaruh tekanan transmembran terhadap
fluksi; (2) pengaruh laju alir tehadap fluksi; (3) konsentrasi larutan umpan
stevia terhadap fluksi; (4) rejeksi membran dan kenaikan konsentrasi.
1. Fluksi Air
Tujuan pengukuran fluksi air adalah untuk mengetahui kinerja
membran dan mengevaluasi efektivitas pencucian membran (cleaning).
43
Pengamatan fluksi air dilakukan dengan mensirkulasikan air destilata pada
suhu 40oC selama 30 menit. Proses sirkulasi air destilata dilakukan
sebelum dan setelah membran digunakan. Tekanan yang digunakan adalah
1.87 bar dan dengan kecepatan alir 0.04 m/s.
Hasil pengukuran fluksi air menunjukkan nilai fluksi belum konstan
pada awal filtrasi. Setelah menit ke-10 nilai fluksi mulai konstan, yaitu
pada kisaran fluksi 225 L/m2.jam. Grafik hubungan waktu filtrasi dengan
fluksi dapat dilihat pada Gambar 14. Data lengkap fluksi air dapat dilihat
pada Lampiran 9.
050
100150200250300350400
0 5 10 15 20 25 30 35
Lama Filtrasi (menit)
Fluk
s (L
/m2 .ja
m)
Gambar 14. Hubungan antara lama filtrasi dengan fluksi pada air
destilata pada tekanan 1.87 bar, kecepatan alir 0.04 m/s
Pengamatan fluksi air yang dilakukan oleh Raekiansyah (2002) dalam
isolasi hialuronat, mencapai tunak setelah proses berlangsung pada menit
ke–15. Membandingkannya dengan penelitian Raekiansyah karena
membran polisulfon memiliki sifat yang sama dengan membran
polietersulfon.
2. Kondisi Tunak Fluksi Larutan Stevia
Konsentrasi umpan yang digunakan untuk mengetahui kondisi tunak
pada konsentrasi steviosida dalam larutan stevia adalah 28.7 g/L.
Hubungan waktu filtrasi dengan fluksi pada larutan stevia dapat dilihat
44
pada Gambar 15. Data yang berhubungan dengan waktu filtrasi terhadap
fluksi dapat dilihat pada Lampiran 10.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
Lama Filtrasi (menit)
Fluk
s (L
/m2 .ja
m)
Gambar 15. Grafik hubungan antara lama filtrasi larutan stevia dengan
fluksi pada kecepatan 0.02 m/s dan tekanan 1.49 bar Kondisi tunak larutan stevia tercapai setelah menit ke-10 dengan nilai
fluksi berkisar antara 36.00 – 37.89 L/m2.jam. Fluksi mulai menurun pada
saat awal operasi dikarenakan telah terjadi pembentukan lapisan cake pada
permukaan membran yang disebut polarisasi konsentrasi. Pada saat lapisan
cake telah terbentuk secara konstan maka nilai fluksi relatif konstan
terhadap waktu.
3. Pengaruh Tekanan Transmembran Terhadap Fluksi
Pada penelitian ini untuk mengetahui pengaruh tekanan transmembran
terhadap fluksi penjernihan larutan stevia, maka operasi dilakukan
menggunakan beberapa tekanan yaitu 1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan
1.87 bar pada konsentrasi steviosida pada larutan stevia 20.4 g/L, 28.7 g/L,
dan kecepatan alir 0.02 m/s. Data lengkap dapat dilihat pada Lampiran
11b. Hubungan tekanan transmembran dengan fluksi ditunjukkan pada
Gambar 16.
45
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1 1,5 2
Tekanan (Bar)
Fluk
s (L/
m2 .ja
m)
C = 20,4 g/L C = 28,7 g/L
Gambar 16. Grafik hubungan antara tekanan transmembran terhadap fluksi
pada beberapa konsentrasi dan kecepatan alir 0.02 m/s Grafik ini menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan, nilai fluksi
yang dihasilkan semakin tinggi. Nilai fluksi tertinggi diperoleh pada
konsentrasi steviosida pada larutan umpan 20.4 g/L dengan tekanan
1.87 bar sebesar 60.00 L/m2.jam. Operasi filtrasi larutan stevia dengan
membran ultrafiltrasi yang dilakukan pada tekanan tinggi, pada titik
tertentu nilai fluksi tidak dipengaruhi oleh tekanan transmembran
walaupun tekanan ditingkatkan. Pada tekanan 1.61 bar telah menunjukkan
kecenderungan konstan. Peningkatan nilai fluksi yang seiring dengan
peningkatan tekanan, dikarenakan tekanan yang semakin tinggi akan
meningkatkan gaya dorong larutan menuju membran.
Pada konsentrasi steviosida 28.7 g/L menunjukkan fluksinya lebih
rendah dibandingkan dengan konsentrasi steviosida 20.4 g/L. Hal itu
diduga masih banyaknya partikel–partikel bukan gula yang lolos pada
proses penyaringan dengan kertas saring sehingga pada proses penjernihan
dapat menghambat aliran larutan berupa pelarut dan zat terlarut (gula
stevia) melewati membran. Larutan pada konsentrasi 28.7 g/L lebih pekat
dibandingkan dengan larutan pada konsentrasi 20.4 g/L.
Menurut pendapat Wenten (1999) bahwa pada air murni semakin tinggi
tekanan yang diberikan, maka fluksi air juga akan semakin tinggi. Fluksi
yang dihasilkan pada filtrasi air lebih tinggi dibandingkan dengan larutan
46
stevia. Hal ini disebabkan karena air tidak mengalami polarisasi
konsentrasi sehingga tidak ada hambatan air untuk melewati membran.
Data fluksi air dengan berbagai tekanan dapat dilihat pada Lampiran 11a.
1.23 bar
1.45 bar
1.87 bar
0
50
100
150
200
250
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Tekanan transmembran (bar)
Fluk
s (L
/m2 .ja
m)
Gambar 17. Hubungan tekanan transmembran dengan fluksi air dengan
kecepatan alir 0.04 m/s
Fenomena yang terjadi pada larutan stevia, ketika tekanan dinaikkan
akan menaikkan fluksi tetapi setelah mencapai tekanan batas tertentu maka
fluksi tidak meningkat walaupun tekanan dinaikkan.
4. Pengaruh Kecepatan alir Terhadap Fluksi
Pengamatan pengaruh kecepatan alir umpan terhadap fluksi permeat
dilakukan pada kecepatan alir 0.0029 m/s, 0.011 m/s dan 0.02 m/s. tekanan
transmembran 1.61 bar dan konsentrasi steviosida (20.4 g/L, dan 28.7
g/L). Hubungan antara kecepatan alir dengan fluksi dapat dilihat pada
Gambar 18. Data lengkap hasil pengamatan dapat dilihat pada Lampiran
11c.
47
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,00
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025
Kecepatan alir (m/s)
Fluk
s (L
/m2 .ja
m)
C1 = 20,4 g/L C2 = 28,7 g/L
Gambar 18. Grafik hubungan antara kecepatan alir dengan nilai fluksi pada berbagai konsentrasi dan tekanan transmembran 1.61 bar
Dari Gambar diatas diamati bahwa peningkatan nilai fluksi permeat
pada konsentrasi umpan 20.4 g/L berkisar 51.43 – 55.38 L/m2.jam.
Semakin besar kecepatan alir yang diberikan maka nilai fluksi semakin
besar. Namun pada kecepatan alir 0.011 m/s dan 0.02 m/s fluksi
menunjukkan kecenderungan yang konstan. Hal itu disebabkan semakin
banyak partikel–partikel besar dipermukaan membran yang dapat digeser
sedangkan partikel–partikel yang memiliki ukuran lebih kecil atau
mendekati ukuran pori membran akan lebih cepat menimbulkan
penyumbatan daripada partikel yang lebih besar. Hal tersebut yang dapat
menyebabkan terjadinya fouling dan penurunan fluksi. Namun semakin
tinggi konsentrasi umpan akan menyebabkan kecepatan alir larutan
berkurang dan fluksi menurun, karena viskositas larutan umpan yang
tinggi dan pergerakan partikel keluar dari membran akan menurun.
5. Pengaruh Konsentasi Larutan Umpan Stevia Terhadap Fluksi
Konsentrasi larutan umpan stevia dapat diukur dengan menggunakan
spektrofotometer UV pada panjang gelombang 210 nm, dalam hal ini
steviosida dinyatakan sebagai standar pemanis yang terkandung pada hasil
ekstraksi daun stevia. Data lengkap hasil pengamatan diberikan pada
Lampiran 11d.
48
Konsentrasi larutan umpan stevia adalah 20.4 g/L dan 28.7 g/L. Grafik
hubungan antara konsentrasi larutan stevia dengan fluksi dapat dilihat pada
Gambar 19.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0
Konsentrasi steviosida larutan stevia (g/L)
Fluk
s (L
/m2 .ja
m)
v = 0,0029 m/s
v = 0,011 m/s
v = 0,02 m/s
Gambar 19. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan umpan stevia
dengan nilai fluksi pada tekanan transmembran 1.61 bar berbagai kecepatan alir.
Grafik diatas menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi umpan
maka fluksi yang dihasilkan semakin rendah. Fluksi akan menurun secara
eksponensial jika konsentrasi umpan meningkat (Wenten, 1999). Hasil
studi Widoretno (2005) menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi
dalam umpan dapat meningkatkan viskositas pada permukaan membran
sehingga dapat mengurangi daya difusi larutan melewati membran. Fluksi
terhadap konsentrasi umpan pada kecepatan alir 0.0029 m/s menghasilkan
fluksi yang lebih rendah yaitu 51.43 L/m2.jam – 40.00 L/m2.jam
dibandingkan fluksi terhadap konsentrasi umpan pada kecepatan alir 0.011
m/s dan 0.02 m/s yaitu 55.38 L/m2.jam – 42.35 L/m2.jam. Hal ini
menunjukkan bahwa kecepatan alir yang rendah dapat mempercepat
terakumulasinya partikel–partikel yang terlarut dipermukaan membran.
Sedangkan kecepatan alir yang tinggi mampu menggerakkan partikel–
partikel yang terdapat diatas permukaan membran.
49
6. Tingkat rejeksi membran dan kenaikan konsentrasi larutan stevia
Proses penjernihan ekstrak daun stevia dengan membran ultrafiltrasi
diharapkan seluruh solut yang mengandung pemanis stevia dapat lolos
melewati membran sehingga rejeksi yang diperoleh 0% karena Molecular
Weight CutOff (MWCO) membran yang digunakan untuk menjernihkan
ekstrak daun stevia ini adalah 20000 Dalton, sedangkan bobot molekul
senyawa pemanis stevia berkisar 318.44 – 804.90. Tingkat rejeksi
membran terhadap larutan stevia diperlihatkan pada Tabel 7.
Tabel 7. Tingkat rejeksi membran pada berbagai tekanan transmembran dengan kecepatan alir 0.02 m/s
Tekanan (bar)
C umpan (g/L)
C permeat (g/L)
Rejeksi (%)
1.49 20.4 7.9 61.41.61 20.4 10.0 51.11.87 20.4 12.9 36.7
1.49 28.7 8.8 69.31.65 28.7 9.5 66.9
Dari Gambar diatas diperoleh tingkat rejeksi stevia antara 36.7 – 69.3
persen. Hal ini menunjukkan bahwa pemanis stevia masih ada yang
tertahan oleh membran. Larutan stevia dengan konsentrasi steviosida 28.7
g/L memiliki rejeksi diatas 50 persen. Hal tersebut menunjukkan bahwa
membran ultrafiltrasi masih kurang optimal dalam menyaring pemanis
stevia. Di dalam larutan umpan diduga masih terdapat partikel–partikel
terlarut yang memiliki bobot molekul yang lebih besar sehingga telah
terakumulasi diatas permukaan membran. Molekul gula yang tertahan oleh
membran dapat disebabkan karena telah terjadi polarisasi konsentrasi
sehingga molekul pemanis stevia sulit untuk lolos melewati membran.
Polarisasi konsentrasi adalah terbentuknya lapisan kedua (second layer)
pada permukaan membran yang meningkatkan resistensi membran
(Cheryan. 1986). Berdasarkan tingkat rejeksi yang didapatkan membran
dengan MWCO 20000 Dalton masih menghasilkan rejeksi yang tinggi,
sehingga untuk mengurangi tingkat rejeksi yang tinggi diperlukan
membran dengan MWCO yang lebih besar dari 20000 Dalton.
50
Kenaikan konsentrasi dari larutan umpan dapat diketahui dengan
mengetahui konsentrasi retentat dan dapat dihitung dengan rumus:
Kenaikan konsentrasi = x 100 %
Tabel 8. Kenaikan konsentrasi larutan stevia setelah penjernihan pada berbagai tekanan transmembran (kecepatan alir 0.02 m/s)
P (bar) Cf (g/ml)
Cp (g/ml)
Cr (g/ml)
Qf (ml/s)
Qp (ml/s)
Qr (ml/s)
Kenaikan konsentrasi
(%) 1.49 0.0204 0.0079 0.0214 100 7.143 92.857 4.71.61 0.0204 0.0099 0.0213 100 7.692 92.308 4.31.87 0.0204 0.0129 0.0217 100 10.000 90.000 6.3
1.49 0.0287 0.0088 0.0301 100 6.667 93.333 5.01.65 0.0287 0.0095 0.0302 100 7.143 92.857 5.1
Berdasarkan Tabel 8. kenaikan konsentrasi steviosida pada larutan
retentat adalah sekitar 4.3 – 6.6 persen. Semakin tinggi konsentrasi umpan,
semakin banyak pula partikel terlarut yang dapat menghalangi laju difusi
larutan ke membran sehingga produk yang diinginkan sulit lolos melewati
membran.
C. Karakteristik Larutan Stevia
Uji karakteristik yang dilakukan pada ekstrak daun stevia sebelum dan
sesudah filtrasi terhadap tiap tekanan dan kecepatan alir adalah pH,
konsentrasi steviosida, kadar gula total, kejernihan dan kadar abu. Data
lengkap hasil analisa larutan stevia pada berbagai tekanan dapat dilihat pada
Lampiran 12.
a). pH
pH merupakan salah satu pengukuran asam atau basa suatu larutan.
Larutan stevia memiliki pH diatas 5.00. Pemanis stevia tidak akan berubah
jika dipanaskan pada suhu 100oC selama 1 jam dan stabil pada pH 3 – pH
Cr – Cf Cf
Keterangan : Cr = Konsentrasi retentat Cf = Konsentrasi umpan (feed)
51
9 (Anonim. 2004). pH sebelum dan sesudah filtrasi larutan stevia dapat
dilihat pada Gambar 20.
5,20
5,50
5,80
6,10
6,40
6,70
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
pH
Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 barTekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar
Gambar 20. Perubahan pH pada berbagai konsentrasi umpan steviosida
dan tekanan (CFV=0.02 m/s).
5,355,405,455,505,555,605,655,705,755,805,85
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
pH
Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,016 m/s
Gambar 21. Perubahan pH pada berbagai konsentrasi umpan dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar).
Pada Gambar 20 dan Gambar 22 menunjukkan bahwa pH larutan
stevia setelah filtrasi tidak berubah secara signifikan yaitu berkisar antara
5 – 5.79. Hal itu dikarenakan tidak adanya perlakuan kimiawi selama
proses filtrasi. Salah satu keunggulan dari teknologi membran yaitu
mengurangi penggunaan bahan kimiawi. Hasil penelitian Puri (2005)
52
tentang kajian pemurnian nira tebu dengan membran filtrasi dengan sistem
aliran silang menghasilkan pH nira sebesar 5.41 dan terjadi penurunan pH
setelah proses filtrasi dengan membran.
b). Konsentrasi steviosida
Pemanis stevia yang paling utama pada tanaman Stevia rebaudiana
adalah steviosida. Steviosida jumlahnya lebih banyak dibandingkan
dengan pemanis lainnya yang terkandung di dalam tanaman stevia.
Kandungan steviosida di dalam daun stevia adalah 5 – 15% dan
rebaudiosida A adalah 3 – 6%, sedangkan untuk glikosida yang lain
jumlahnya sangat sedikit (Tanaka, 1979). Setelah pemisahan dengan
membran pada berbagai tekanan dan kecepatan alir, terjadi penurunan
konsentrasi steviosida pada permeat seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 22 dan Gambar 23.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Kon
sent
rasi s
tevi
osid
a se
suda
h ke
luar
mem
bran
(g
/L)
Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 bar Tekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar
Gambar 22. Perubahan konsentrasi steviosida pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan (CFV=0.02 m/s).
53
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Kons
entras
i ste
vios
ida
sesu
dah
kelu
ar m
embr
an
(g/L
)
CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s
Gambar 23. Perubahan konsentrasi steviosida pada konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar).
Pada Gambar 22, tekanan yang tinggi akan menghasilkan konsentrasi
steviosida sesudah keluar membran berkisar antara 7.9 g/L – 12.9 g/L
sedangkan pada berbagai kecepatan alir konsentrasi steviosida berkisar
6.9 g/L – 10.0 g/L yang dapat dilihat pada Gambar 23. Konsentrasi
steviosida setelah difiltrasi dengan membran mengalami penurunan pada
konsentrasi 20.4 g/L sebesar 36.76% - 61.27%, sedangkan konsentrasi
28.7 penurunannya sebesar 65.51% – 73.17%. Konsentrasi steviosida
mengalami penurunan dikarenakan telah terjadinya fermentasi selama
proses filtrasi sehingga steviosida terhidrolisa menjadi steviol dan glukosa,
disamping itu juga larutan memiliki sifat sedikit asam sehingga ada
kemungkinan terjadi penguraian senyawa di dalam larutan tersebut.
c). Kadar gula total
Kadar gula total untuk menunjukkan larutan mengandung gula
sederhana, oligosakarida dan polisakarida. Kadar gula total sebelum dan
sesudah masuk membran pada berbagai tekanan dapat dilihat pada
Gambar 24.
54
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Kada
r gu
la t
otal
(g/
L)
Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 barTekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar
Gambar 24. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan
steviosida dan tekanan (CFV=0.02 m/s).
Pada gambar terlihat bahwa nilai gula total tertinggi diperoleh pada
konsentrasi 20.4 g/L yaitu 0.801 g/L. Kadar gula total pada tiap tekanan
menunjukkan kecenderungan naik namun jumlah yang dihasilkan sedikit
dibandingkan dengan steviosida. Hal tersebut menunjukkan bahwa
kemanisan larutan stevia tidak ditentukan oleh kandungan gulanya. tetapi
lebih ditentukan oleh senyawa–senyawa pemanis yang ada di dalamnya
(delapan glikosida diterpen). Steviosida dapat terhidrolisis menjadi aglikon
(steviol) dan glukosa dengan adanya penambahan asam dan enzim. Gula
total yang terukur adalah steviosida yang terhidrolisa menjadi glukosa dan
steviol.
55
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Kada
r gu
la t
otal
(g/
L)
Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s
Gambar 25. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar).
Pada kecepatan alir yang bervariasi menunjukkan kadar gula total
yang fluktuatif sehingga tidak diketahui kecenderungannya. Namun kadar
gula total yang menurun menunjukkan bahwa gula selain gula stevia ada
yang tertahan dipermukaan membran. Kadar gula total setelah keluar dari
membran pada berbagai kecepatan alir dapat dilihat pada Gambar 25.
d). Persen kejernihan (%T)
Menurut Moerdokusumo (1993), kejernihan merupakan perbandingan
antara cahaya yang dipantulkan oleh suatu lapisan gula dan cahaya standar
yang sama dipantulkan oleh lapisan magnesia. Kejernihan larutan diukur
dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 490 nm
dengan pengenceran 10 kali.
Persen kejernihan (%T) pada larutan ekstrak daun stevia menunjukkan
bahwa membran ultrafiltrasi mampu memisahkan pengotor-pengotor yang
menyebabkan warna dari hasil ekstrak daun stevia. Hal itu ditunjukkan
dengan semakin tinggi persen kejernihan (%T), maka semakin banyak
kotoran-kotoran yang tersaring oleh membran. Larutan stevia yang telah
difiltrasi dengan ultrafiltrasi aliran silang menghasilkan larutan yang lebih
jernih dibandingkan dengan larutan ekstrak daun stevia sebelum difiltrasi
dengan membran. Perbandingan nilai persen kejernihan (%T) sebelum dan
56
sesudah filtrasi pada berbagai tekanan dan berbagai kecepatan alir dapat
dilihat pada Gambar 26 dan Gambar 27.
0
20
40
60
80
100
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Keje
rnih
an (%
T)
Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 barTekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar
Gambar 26. Perbandingan nilai persen kejernihan sebelum (umpan) dan
setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai tekanan (CFV=0.02 m/s).
0
20
40
60
80
100
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Keje
rnih
an (%
T)
Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s
Gambar 27. Perbandingan nilai persen kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai kecepatan alir (ΔP=1.61 bar).
Berdasarkan Gambar 26, semakin tinggi tekanan yang diberikan persen
kejernihan yang dihasilkan pada permeat semakin tinggi. Persen
kejernihan meningkat sebesar 64% pada tekanan 1.87 bar. Pada Gambar
27, menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan alir, maka persen
kejernihan yang dihasilkan semakin rendah. Peningkatan persen
57
kejernihan terdapat pada kecepatan alir rendah (0.0029 m/s) sebesar 60%.
Larutan ekstrak daun stevia sebelum difiltrasi masih memiliki warna yang
keruh (coklat) dan mengandung pengotor-pengotor. Pengotor yang
terkandung di dalam ekstrak daun stevia berupa klorofil, partikel-partikel
besar yang menghasilkan pigmen, tanin dan senyawa inorganik. Hasil
penjernihan ekstrak daun stevia dapat dilihat pada Gambar 27. Data
lengkap persen kejernihan dapat dilihat pada Lampiran 12.
Gambar 28. Hasil penjernihan ekstrak daun stevia (a) umpan. permeat pada (b) tekanan 1.49 bar. (c) tekanan 1.65 bar. (d) tekanan 1.87 bar.
e). Kadar Abu
Larutan ekstrak daun stevia sebelum difiltrasi memiliki kadar abu
yang tinggi yaitu sebesar (0.073%). Namun setelah difiltrasi dengan
membran, larutan ekstrak daun stevia menghasilkan kadar abu yang
lebih rendah. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada
konsentrasi larutan umpan stevia dan tekanan dapat dilihat pada
Gambar 29.
(a) (b) (c) (d)
58
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Kada
r A
bu (
%)
Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 barTekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar
Gambar 29. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada
konsentrasi larutan stevia dan tekanan (CFV=0.02 m/s). Berdasarkan Gambar 29, kadar abu yang dihasilkan pada tekanan
1.87 bar mengalami penurunan sebesar 62%. Hal itu menunjukkan
bahwa pengotor pada larutan ekstrak daun stevia dapat difiltrasi
dengan ultrafiltrasi aliran silang sehingga larutan stevia menjadi lebih
jernih. Pada kecepatan alir yang semakin meningkat menghasilkan
nilai kadar abu yang meningkat, sehingga larutan stevia yang
dihasilkan pun memiliki tingkat kejernihan yang rendah. Pada
kecepatan alir yang rendah (0.0029 m/s), terjadi penurunan kadar abu
sebesar 59%. Hal itu menunjukkan bahwa pada kecepatan alir yang
rendah, proses terakumulasinya abu pada permukaan membran
semakin cepat sehingga dapat menyumbat pori-pori membran. Nilai
kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan umpan
stevia dan kecepatan alir dapat dilihat pada Gambar 30.
59
0,0000,0100,0200,0300,0400,0500,0600,0700,0800,090
20,4 g/L 28,7 g/L
Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM)
Kada
r Abu
(%
)
Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s
Gambar 30. Nilai Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar).
f. Analisa larutan stevia dengan High Performance Liquid Chromatography (HPLC)
Larutan stevia yang diekstraksi dengan air destilata sebelum
dijernihkan dengan menggunakan membran dianalisa dengan HPLC
untuk membuktikan ada tidaknya kandungan steviosida di dalam
ekstrak daun stevia menggunakan pelarut air. Larutan ekstrak daun
stevia terbukti mengandung senyawa glikosida yang utama yaitu
steviosida dan rebaudiosida A. Pada standar steviosida waktu
retensinya 3.14 dan standar rebaudiosida A waktu retensinya 5.26.
Larutan stevia sebelum jernihkan diketahui adanya steviosida dimana
menghasilkan waktu retensi 3.10 (pada puncak kromatogram no. 4)
dan 5.20 pada rebaudiosida A (puncak kromatogram no. 8). dapat
dilihat pada Lampiran 13.
Larutan stevia setelah dijernihkan diketahui waktu retensi 3.07
yang menunjukkan steviosida (puncak kromatogram no. 5) dan waktu
retensi 5.26 menunjukkan rebaudiosida A (puncak kromatogram no.
12). Selain steviosida dan rebaudiosida A masih ada senyawa–senyawa
lain yang terkandung di dalam larutan stevia karena ada puncak
kromatografi selain senyawa tersebut. Hasil analisa HPLC
menunjukkan bahwa steviosida yang banyak terkandung di dalam daun
60
stevia. Keberhasilan dalam penjernihan ekstrak daun stevia belum
dapat dikatakan berhasil karena standar yang digunakan hanya
pemanis stevia yaitu steviosida dan rebaudiosida A, sehingga pengotor
yang terkandung di dalam hasil ekstrak daun tidak dapat diketahui.
D. PEMBAHASAN UMUM
Membran ultrafiltrasi aliran silang (MWCO 20000 Dalton) mampu
menjernihkan larutan stevia dari pengotornya. Pengotor–pengotor yang
terkandung di dalam larutan stevia berupa klorofil, tanin, partikel-partikel
besar (protein dan koloid) yang menghasilkan pigmen dan senyawa inorganik.
Namun proses penjernihan dengan ultrafiltrasi masih memberikan tingkat
rejeksi yang tinggi sehingga konsentrasi steviosida yang diperoleh masih
rendah. Hal itu dikarenakan larutan masih banyak mengandung partikel–
partikel besar yang dapat mempercepat terakumulasinya partikel di atas
permukaan membran sehingga pemanis stevia ikut tertahan.
Larutan stevia yang telah difiltrasi diukur kadar abu dan persen
kejernihannya (%T) serta melihat nilai fluksi dan tingkat rejeksi pada berbagai
kondisi membran untuk melihat tingkat keberhasilan membran dalam
menjernihkan ekstrak daun stevia. Larutan stevia yang jernih diindikasikan
dengan persen kejernihan yang tinggi dan kadar abu yang rendah. Kondisi
yang demikian dapat diperoleh pada tekanan transmembran yang tinggi (1.87
bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s) dan kecepatan alir yang rendah (0.0029
m/s dengan tekanan transmembran 1.61 bar). Pada tekanan yang tinggi (1.87
bar) diperoleh peningkatan kejernihan larutan stevia setelah difiltrasi sebesar
64 % dengan penurunan kadar abu sebesar 62%. Kecepatan alir yang rendah
(0.0029 m/s) diperoleh peningkatan kejernihan larutan stevia sebesar 60%
dengan penurunan kadar abu sebesar 59%. Fluksi tertinggi didapatkan pada
tekanan transmembran 1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s dan
konsentrasi 20.4 g/L. Hasil analisa dengan HPLC (High Performance Liquid
Chromatography) membuktikan bahwa larutan ekstrak daun stevia
mengandung pemanis stevia yaitu steviosida sedangkan kandungan lainnya
tidak dapat diketahui karena standar yang digunakan hanya pemanis stevia.
Proses penjernihan pemanis stevia yang menghasilkan fluksi tinggi,
tingkat rejeksi yang rendah dan konsentrasi steviosida yang tinggi dapat
61
diperoleh pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi yaitu 1.87 bar,
dengan kecepatan alir 0.02 m/s dan konsentrasi umpan yang rendah yaitu 20.4
g/L.
62
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
Peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia dapat dilakukan
dengan menggunakan membran ultrafiltrasi aliran silang pada kondisi tekanan
transmembran yang tinggi dan kecepatan alir yang rendah. Peningkatan
kejernihan tertinggi diperoleh sebesar 64% pada kondisi tekanan
transmembran yang tinggi (1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s) dan
kecepatan alir umpan yang rendah (0.0029 m/s dengan tekanan transmembran
1.61 bar) diperoleh peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia sebesar
60%.
Penggunaan kondisi tekanan 1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s
selain dapat meningkatkan kejernihan, juga menghasilkan nilai rejeksi yang
rendah (36.7%) dan fluksi yang tertinggi (60.00 L/m2.jam).
B. SARAN
Untuk memperbaiki proses dalam mengurangi kehilangan gula steviosida
maka perlu dilakukan penjernihan gula stevia yang diawali menggunakan
membran mikrofiltrasi.
63
DAFTAR PUSTAKA
Acton, E. M dan Stone, H. 1976. Science. 193: 584-586.
Anonim. 2007. Ganti Gula dengan Pemanis. www.ptphapros.co.id [artikel online], diakses 27 Mei 2007..
Anonim. 2006. Solvent. www.wikipedia.com [artikel online], diakses 21 November 2006.
Anonim. 2004. Ultrafiltration – Filtration Overview. www.kochmembran.com. [artikel online], diakses tanggal 7 Februari 2006.
Anonim. 2004. About Stevia Sugar. http://www.greengold.com/stability of stevia
sugar/htm. [artikel online], diakses tanggal 14 Juli 2006.
Anonim. 2004. Science Tech, Entrepreneur. Vol. 12/No. 10: 6.
AOAC. 1984. Official Methods of Analysis of The Association of Official Analytical Chemist, 14th ed. Washington DC.
Atmawinata, O., dan R. S. Pudjosunarjo. 1986. Perubahan Kadar Steviosida Dalam Daun Stevia Selama Pengolahan. Menara Perkebunan, 54 (3), Hal. 64 – 67.
Atmoko, M. A. B., 2001. Pemberian Gambut Rawa Pening Pada Tanah Latosol Untuk Meningkatkan Pertumbuhan Dan Kandungan Gula Pada Tanaman Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni M). Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanain Bogor. Bogor.
Cheryan, M. 1998. Ultrafiltration and Mirofiltration Handbook. Technomic Publ. Co. Inc, Lancaster, Pennsylvania.
Cheryan, M. 1986. Ultrafiltration Handbook. Technomic Publ. didalam F. H. Pranata. Studi Penggunaan Membran Ultrafiltrasi Crossflow Dalam Proses Pemekatan Gelatin. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Bogor.
Elkins, R. 1997. Stevia Nature’s Sweetener. Woodland Publishing, Inc. Pleasant Grove, UT.
Guzman, C. C., dan J. S. Siemonsma. 1999. Plant Resources of South-East Asia (PROSEA). Spices 13: 207-211.
Geuns, J. M. C. 2003. Stevioside. Phytochem. 64 : 913 – 912.
64
Giovanetto, R. H. 1990. Method For Recovery Of Stevioside From Plant Raw Material. US patent no. 4,892,938.
Kinghorn, A. D., dan Soejarto, D. D. 1985. Stevioside. dalam L. O. Nabos dan R. C. Gelardi. Alternative sweeteners. 157 – 171. New York. Marcel Dekker Inc.
Kohda, H., R,. Kasai, K., Yamakasi, K., Murakami dan O. Tanaka. 1976. New Sweet Diterpene Glycosides from Stevia rebaudiana Bertoni M. Phytochem, 15 (-): 981-983.
Kumar, A., dan S. Q. Zhang. 2000. Membrane-Based Separation Scheme For Processing Sweeteners from Stevia Leaves. Food Res. Int. 33 : 617-620.
Lutony, T. L. 1993. Tanaman Sumber Pemanis. Penebar Swadaya. Jakarta.
Mantovaneli, I. C. C., E. C Ferretti., M. R. Simoes dan C. Ferreira da Silva. 2004. The Effect Of Temperature And Flow Rate On The Clarification Of The Aqueous Stevia-Extract In A Fixed-Bed Column With Zeolites. Brazilian J. Of Chem Eng.21 (03):449 – 458.
Marsono, Y. 1984. Pembuatan Sirup Stevia Sebagai Usaha Untuk Memperoleh Bahan Pemanis Yang Masih Berkalori. Laporan penelitian. Fakultas Teknologi Pertanian UGM. Yogyakarta.
Martini, B. 1998. Stevia - A Natural Choice. http://www.projecta.com/sentienttimes/july98articles/martini.htmhttp://www.q10.ca/acatalog/stevia.pdf [artikel online].
Moerdokusumo, A. 1993. Pengawasan Kualitas dan Teknologi Pembuatan Gula Di Indonesia. ITB. Bandung.
Muhammad, T. 1983. Pengukuran Derajat Kemanisan Gula Steviosida dai Ekstraksi dengan Soxlet. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Mulder, M. 1996. Basic Principle of Membrane Technology. Kluwer Academic Publisher, Netherland.
Nikolova, D., B., Bankova, V., dan Popov, S. Separation and quantification of stevioside and rebaudioside A in plant extracts by normal-phase high performance liquid chromatography and thin-layer chromatography: A comparison, Phytochemical Analysis 5, 81 (1994).
Noor, E. 2003. Bahan Pengajaran II: Proses Hilir. Jurusan Teknologi Industri Pertanian. Institut Pertanian Bogor.
Nubatonis, L. M. 2004. Kajian Aplikasi Teknologi Membran Pada Proses Pemurnian Nira Tebu. Tesis.Sekolah Pascasarjana. IPB.
65
Osada, Y. dan T. Nagawa. 1992. Membrane Science and Technology. Marcel Dekker, Inc., New York.
Sudarmaji. 1982. Bahan-bahan Pemanis. Agritech. Yogyakarta.
Tanaka, O. 1979. Chemistry of Stevia rebaudiana Bertoni M. New Source of Natural Sweeteners. Ins.of Pharm. Sci. Hirosima Univ. School of Medicine Japan.
Taylor, L. 2005. The Power of Rainforest Herb. http://www. raintree.com/stevia/htm.[artikel online], diakses tanggal 5 Februari 2006.
Wang, C., Y. Liu., B. He., X. Guo., Y. Fan., Z. Shi., M. Xu., dan R. Shi. 2002. Synthesis of Bifunctional Polymeric Adsorbent and Its Application in Purification of Stevia Glycosides. Food Research International. 50 : 107-116.
Widoretno. 2005. Kajian Proses Pemurnian Dan Pemekatan Larutan Raw Sugar Dengan Menggunakan Teknologi Membran. Tesis. Sekolah Pascasarjana IPB. Bogor.
Wenten I. G. 1999. Teknologi Membran Industrial. Jurusan Teknik Kimia, ITB. Bandung.
Zairisman, A. A.Alfa dan O. Atmawinata. 1985. Penentuan Kadar Steviosida dan Rebaudiosida-A dalam Daun Stevia Dengan High Performance Liquid Chromatography. Menara Perkebunan, 53 (4), 121 – 123.
Zeman, L. J dan A. L Zydney. 1996. Microfiltration and Ultrafiltration Principles and Application. Marcel Dekker Inc. New York.
66
67
Lampiran 1. Perangkat Alat Percobaan
Membran ultrafiltrasi hollow fibre
Pompa dengan sistem modul aliran silang
68
Lampiran 2. Spesifikasi Teknik Unit Ultrafiltrasi
No URAIAN/JENIS MATERIAL JUMLAH
1 2 3 4 5
Modul membran mikrofiltrasi Brand : GDP Filter Material : Polyethersulfone (PES) MWCO : 20.000 daltons Membrane area : 0.5 m2 Working pressure : 0 – 2 bar Housing dimension : Dia 40 mm x L 300 mm Filter Pump Type : Diaphragm Pump Maximum capacity : 180 liter/jam Maximum pressure : 6 kg/cm2 Power : 96 W/48 DC V/2.0 A Piping and Accessories 3.1 Tubing Type : Flexible hose Material : Poly Urethane Diameter : 6 mm 3.2 Accessories Pressure gauge
Brand : SELLERY Pressure range : 0 – 4 bar Connection : NPT 1/4'”
Regulator valve Type : Ball valve Material : Stainless steel
Solenoide valve Type : Needle valve Material : Plastic PP
Fiting/Connection Material : Polyprophylene
Frame Material : Painted carbon steel & acrylic Dimensi : 40 cm x 38 cm x 38 cm Control box Model : Adjustable Including : Timer, relay, circuit breaker
1 unit 1 unit 1 lot 2 unit 1 unit 2 unit 8 pcs 1 lot 1 set
69
Tanaman Stevia
Pemipilan daun dari batang
Di oven (T = 60oC, 80oC,100oC ; t = ± 2 – 4 jam)
Di giling hingga halus
Saring dengan saringan 65 mesh
Daun stevia yang telah halus
Ukur kadar air tiap ½ jam, sampai kadar air mencapai < 10%
D ita m b a h k a n a q u a d e s se b a n y a k ± 2 0 m l (p H = 7 )
D ip a n a sk a n d a la m w a te r b a tc h(T = 2 5 , 4 0 , 6 0 , 1 0 0 o C ; t = 1 J a m , k e c u a li 2 5 o C d ib ia r k a n se m a la m )
S a r in g d e n g a n k e r ta s sa r in g
w h a tm a n
D a u n s te v ia y a n g te la h h a lu s , h a s il p e n g e r in g a n 6 0 o C , 8 0 o C , 1 0 0 o C
d it im b a n g se b a n y a k 1 g r a m
R e s id u
C u c i d e n g a n a ir p a n a sF iltra t
S a r in g R e s id uT a m b a h a ir s a m p a i 1 0 0 m l
A n a lisa k o n se n tr a s i
s te v io s id a d a n k a d a r g u la to ta l
Lampiran 3. Diagram alir penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi
a. Pengeringan daun stevia pada berbagai suhu
b. Ekstraksi daun stevia pada berbagai suhu pemanasan
70
Lampiran 4. Diagram alir pembuatan larutan stevia pada berbagai konsentrasi untuk proses penjernihan dengan membran ultrafiltrasi
71
y = 47,979x + 0,0819R2 = 0,9949
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,000 0,005 0,010 0,015
Konsentrasi steviosida (g/100ml)
Abs
orba
nsi
AbsLinear (Abs)
Lampiran 5. Data perhitungan konsentrasi steviosida dengan spektrofotometer UV (λ=210 nm)
• Kurva standar steviosida
Konsentrasi (g/100ml)
Abs
0.001 0.155 0.002 0.191 0.003 0.219 0.004 0.248 0.005 0.310 0.006 0.354 0.007 0.416 0.008 0.469 0.009 0.516 0.010 0.574 0.012 0.664 0.014 0.753
• Perhitungan konsentrasi steviosida
Absorbansi dengan panjang gelombang 210 nm, spektofotometer UV
Absorbansi (λ = 210 nm) sampel 1
1 2
Rata - rata Abs Pengenceran
Konsentrasi steviosida (g/100ml)
Konsentrasi steviosida
(g/L)
Umpan 0.559 0.585 0.572 200 2.04 20.4P (1.49 Bar) 0.446 0.474 0.460 100 0.788 7.9P (1.61 Bar) 0.591 0.53 0.561 100 0.997 10.0P (1.65 Bar) 0.504 0.513 0.509 100 0.889 8.9P (1.87 Bar) 0.692 0.71 0.701 100 1.290 12.9 v (0.0029) 0.401 0.423 0.412 100 0.688 6.9v (0.011) 0.555 0.554 0.555 100 0.985 9.9v (0.016) 0.591 0.53 0.561 100 0.997 10.0
Absorbansi (λ = 210 nm) sampel 2
1 2
Rata - rata Abs Pengenceran
Konsentrasi steviosida (g/100ml)
Konsentrasi steviosida
(g/L)
Umpan 0.744 0.798 0.771 200 2.87 28.7P (1.49 Bar) - 0.504 0.504 100 0.879 8.8P (1.61 Bar) 0.587 0.315 0.451 100 0.769 7.7P (1.65 Bar) 0.562 0.513 0.538 100 0.949 9.5P (1.87 Bar) 0.604 0.509 0.557 100 0.989 9.9 v (0.0029) 0.549 0.51 0.530 100 0.932 9.3v (0.011) 0.584 0.534 0.559 100 0.994 9.9v (0.016) 0.587 0.315 0.451 100 0.769 7.7
72
Contoh perhitungan konsentrasi steviosida:
Persamaan regresi kurva standar: y = 47.979x + 0.0819
R2 = 0.9949
Absorbansi sampel rata-rata: 0.572
Pengenceran: 200 kali
x = (0.57-0.0819)/47.979 = 0.0101015 g/100 ml
Konsentrasi dalam filtrat = 200 x 0.0101732 g/100 ml
= 2.04 g/100 ml = 20.4 g/L
73
Lampiran 6. Prosedur Analisa 1. pH (AOAC, 1984)
Suhu larutan stevia diukur dan diset pengatur suhu pH meter
pH meter dinyalakan dan dibiarkan sampai stabil (15 menit)
Elektroda dicelupkan ke dalam larutan stevia
Elektroda dibiarkan tercelup sampai diperoleh pembacaan yang stabil
Diperoleh pH larutan stevia
2. Kadar air (AOAC, 1984)
Cawan kosong dioven selama 10 menit pada suhu 105oC, kemudian dinginkan
dalam desikator. Timbang bahan sebanyak 2-5 gram. Bahan + cawan dioven
pada suhu 105oC selama 3 – 5 jam. Dinginkan dalam desikator, kemudian
timbang. Keringkan kembali ke dalam oven sampai diperoleh berat yang tetap.
berat awal bahan – berat akhir bahan Kadar air (%,bb) = x 100 %
berat awal bahan (g)
3. Penentuan Konsentrasi steviosida (Nikolova-Damyanova et al, 1994)
Membuat kurva baku glikosida, dalam hal ini yang digunakan steviosida, yaitu
0.02 gram steviosida dalam labu takar 100 ml dan diencerkan sampai tanda
tera (larutan steviosida dengan konsentrasi 0.02 % atau 20 mg per 100 ml).
Dari larutan steviosida baku tersebut diencerkan sampai larutan mempunyai
konsentrasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, dan 14 mg per 100 ml. Larutan
tersebut ditera absorabansinya dengan spektronik double beam UV dengan
kisaran absorbansi 0 – 2 dan panjang gelombang 210 nm. Peneraan absorbansi
sampel dilakukan dengan mengencerkan sampel sampai mempunyai nilai
absorbansi antara 0 – 2. selanjutnya konsentrasi steviosida pada sampel dapat
diketahui dari kurva baku dikalikan dengan faktor pengencerannya.
4. Total gula dengan metode Fenol (AOAC, 1984)
Pembuatan kurva standar : pipet 2 ml larutan glukosa standar yang
mengandung 0, 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 µgram glukosa masing – masing
masukkan ke dalam tabung reaksi.
Tambahkan 1 ml larutan fenol 5 %, kemudian dikocok.
74
Tambahkan dengan cepat dan tegak lurus ke permukaan larutan 5 ml
larutan asam sulfat pekat
Biarkan selama 10 menit, kocok
Ukur absorbansi pada panjang gelombang 490 nm
Buat kurva standar
Penetapan sampel: sampel yang digunakan berupa cairan yang jernih,
prosedur sama seperti pada pembuatan kurva standar.
5. Kadar Abu (AOAC, 1984)
Siapkan cawan porselen, kemudian bakar dalam tanur, dinginkan dalam
desikator dan timbang.
Timbang bahan sebanyak 3 – 5 gram dalam cawan, kemuian letakkan
dalam tanur pengabuan, bakar sampai didapat abu berwarna keabu – abuan
atau sampai beratnya tetap. Pengabuan dilakukan pada suhu 600oC selama
2 jam.
Dinginkan dalam desikator dan timbang
6. Persen Kejernihan (% T) (AOAC, 1984)
Ambil sampel feed dan permeat kemudian lakukan pengenceran sebanyak
10 kali
Ukur tingkat kejerniha dengan menggunakan spektrofotometer dengan
panjang gelombang 490 nm, satuan yang dipakai persen transmisi (%T),
aquades sebagai standar atau blanko (100 %).
7. Analisa High Performance Liquid Chromatogrphy (HPLC) (Zairisman, 1985)
Larutan steviosida dan rebaudiosida dengan konsentrasi 400 ppm, fasa gerak
yang terdiri atas campuran 76 % acetonitril dan 24 % air. Kecepatan alir
pelarut 1.5 ml per menit. Larutan yang akan dianalisis disuntikkan sebanyak
10 mikrometer ke dalam varian 5000 series liquid chromatograph yang
dilengkapi dengan loop injector UV-50 detektor dan TA 401 chromatography
data system. Konsentrasi steviosida dan rebaudiosida A diukur pada
sensitivitas 0.2 absorbansi unit full scale, kolom yang digunakan adalah NH2-
10.
75
Lampiran 7. Hasil Analisa Fitokimia Daun Stevia
76
Lampiran 8. Hasil Analisa Tahap Pertama
a. Kadar air daun stevia selama pengeringan (% bb)
Jam Ke- Suhu Pengeringan
(oC) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
60 79.56 79.04 76.79 66.94 54.19 20.25 5.50 6.36
80 60.17 17.23 8.10 5.42 3.13 5.03 - -
100 59.92 46.87 45.18 7.32 - - - -
b. Hasil analisa larutan stevia pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstraksi
Suhu Pengeringan
Suhu Ekstraksi
Konsentrasi steviosida
(g/L)
Konsentrasi gula total
(g/L) 60 25 7.0 1.51
40 8.2 2.19 60 4.1 1.43 100 8.9 2.48
80 25 5.9 1.53 40 7.2 2.45 60 7.1 1.89 100 7.3 2.02
100 25 2.5 2.38 40 4.7 1.60 60 4.1 1.74 100 4.1 1.56
77
Lampiran 9. Data Fluksi Air Hasil Penyaringan Dengan Menggunakan Membran (P= 1.87 bar; v= 0.04 m/s)
Lama filtrasi (menit)
Vol (ml) Detik
Fluksi (L/m2.jam)
Lama filtrasi (menit)
Vol (ml) Detik
Fluksi (L/m2.jam)
0.11 500 11 327.27 14.3 500 16 225.00 0.24 500 13 276.92 14.46 500 16 225.00 0.37 500 13 276.92 15.02 500 16 225.00 0.47 500 10 360.00 15.18 500 16 225.00
1 500 13 276.92 15.34 500 16 225.00 1.11 500 11 327.27 15.51 500 17 211.76 1.22 500 11 327.27 16.07 500 16 225.00 1.34 500 12 300.00 16.23 500 16 225.00 1.45 500 11 327.27 16.39 500 16 225.00 1.55 500 10 360.00 16.55 500 16 225.00
2.1 500 15 240.00 17.1 500 16 225.00 2.22 500 12 300.00 17.27 500 17 211.76 2.37 500 15 240.00 17.43 500 16 225.00
2.5 500 13 276.92 17.59 500 16 225.00 3.05 500 15 240.00 18.14 500 16 225.00 3.19 500 14 257.14 18.3 500 16 225.00 3.33 500 14 257.14 18.46 500 16 225.00 3.49 500 16 225.00 19.02 500 16 225.00 4.04 500 15 240.00 19.18 500 16 225.00
4.2 500 16 225.00 19.34 500 16 225.00 4.34 500 14 257.14 19.5 500 16 225.00
4.5 500 16 225.00 20.06 500 16 225.00 5.05 500 15 240.00 20.22 500 16 225.00
5.2 500 15 240.00 20.39 500 17 211.76 5.36 500 16 225.00 20.55 500 16 225.00
5.5 500 14 257.14 21.1 500 16 225.00 6.06 500 16 225.00 21.26 500 15 240.00
6.2 500 14 257.14 21.42 500 16 225.00 6.36 500 16 225.00 21.58 500 16 225.00 6.52 500 16 225.00 22.14 500 16 225.00 7.06 500 14 257.14 22.3 500 16 225.00 7.21 500 15 240.00 22.46 500 16 225.00 7.37 500 16 225.00 23.02 500 16 225.00 7.53 500 16 225.00 23.18 500 16 225.00 8.07 500 14 257.14 23.34 500 16 225.00 8.23 500 16 225.00 23.5 500 16 225.00 8.37 500 14 257.14 24.06 500 16 225.00 8.52 500 15 240.00 24.22 500 16 225.00 9.08 500 16 225.00 24.38 500 16 225.00 9.24 500 16 225.00 24.54 500 16 225.00 9.41 500 17 211.76 25.26 500 16 225.00 9.58 500 17 211.76 25.42 500 16 225.00
10.14 500 16 225.00 25.58 500 16 225.00 10.3 500 16 225.00 26.14 500 16 225.00
10.46 500 16 225.00 26.29 500 15 240.00 11.02 500 16 225.00 26.45 500 16 225.00
78
Lama filtrasi (menit)
Vol (ml) Detik
Fluksi (L/m2.jam)
Lama filtrasi (menit)
Vol (ml) Detik
Fluksi (L/m2.jam)
11.18 500 16 225.00 27.01 500 16 225.00 11.34 500 16 225.00 27.17 500 16 225.00 11.5 500 16 225.00 27.32 500 15 240.00
12.06 500 16 225.00 27.48 500 16 225.00 12.22 500 16 225.00 28.05 500 17 211.76 12.38 500 16 225.00 28.21 500 16 225.00 12.55 500 17 211.76 28.37 500 16 225.00 13.11 500 16 225.00 28.54 500 17 211.76 13.27 500 16 225.00 29.1 500 16 225.00 13.43 500 16 225.00 29.26 500 16 225.00 13.59 500 16 225.00 29.42 500 16 225.00 14.14 500 15 240.00 29.58 500 16 225.00
30.15 500 17 211.76
79
Lampiran 10. Data Penentuan Kondisi Tunak Larutan Stevia (P= 1.49 bar; T= 40oC; CFV= 0.02 m/s dan C=15.4 g/L)
Lama Filtrasi (menit)
Volume (ml)
detik Fluks (L/m2.jam)
Lama Filtrasi (menit)
Volume (ml)
detik Fluks (L/m2.jam)
0.15 100 15 48.00 15.22 100 21 34.29 0.28 100 13 55.38 15.42 100 20 36.00 0.42 100 14 51.43 16.02 100 20 36.00 0.57 100 15 48.00 16.22 100 20 36.00 1.15 100 18 40.00 16.42 100 20 36.00 1.33 100 18 40.00 17.02 100 20 36.00 1.50 100 17 42.35 17.22 100 20 36.00 2.07 100 17 42.35 17.43 100 21 34.29 2.25 100 18 40.00 18.03 100 20 36.00 2.42 100 17 42.35 18.22 100 19 37.89 3.01 100 19 37.89 18.42 100 20 36.00 3.18 100 17 42.35 19.02 100 20 36.00 3.35 100 17 42.35 19.22 100 20 36.00 3.51 100 16 45.00 19.43 100 21 34.29 4.11 100 20 36.00 20.02 100 19 37.89 4.30 100 19 37.89 20.22 100 20 36.00 4.48 100 18 40.00 20.42 100 20 36.00 5.06 100 18 40.00 21.02 100 20 36.00 5.26 100 20 36.00 21.22 100 20 36.00 5.46 100 20 36.00 21.42 100 20 36.00 6.06 100 20 36.00 22.02 100 20 36.00 6.21 100 15 48.00 22.22 100 20 36.00 6.38 100 17 42.35 22.42 100 20 36.00 6.58 100 20 36.00 23.02 100 20 36.00 7.18 100 20 36.00 23.22 100 20 36.00 7.34 100 16 45.00 23.42 100 20 36.00 7.52 100 18 40.00 24.02 100 20 36.00 8.10 100 18 40.00 24.22 100 20 36.00 8.29 100 19 37.89 24.41 100 19 37.89 8.47 100 18 40.00 25.01 100 20 36.00 9.05 100 18 40.00 25.21 100 20 36.00 9.23 100 18 40.00 25.41 100 20 36.00 9.43 100 20 36.00 26.00 100 19 37.89
10.03 100 20 36.00 26.20 100 20 36.00 10.23 100 20 36.00 26.40 100 20 36.00 10.43 100 20 36.00 27.00 100 20 36.00 11.07 100 24 30.00 27.20 100 20 36.00 11.27 100 20 36.00 27.40 100 20 36.00 11.47 100 20 36.00 28.00 100 20 36.00 12.06 100 19 37.89 28.19 100 19 37.89 12.25 100 19 37.89 28.39 100 20 36.00 12.42 100 17 42.35 28.59 100 20 36.00 13.01 100 19 37.89 29.19 100 20 36.00 13.21 100 20 36.00 29.39 100 20 36.00 13.41 100 20 36.00 29.58 100 19 37.89 14.01 100 20 36.00 30.18 100 20 36.00 14.21 100 20 36.00 14.41 100 20 36.00 15.01 100 20 36.00
80
Lampiran 11. Data Hasil Filtrasi Dengan Membran Ultrafiltrasi
a. Data Hubungan Tekanan Transmembran Terhadap Nilai Fluksi Air Destilata
Tekanan (bar) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam)
1.23 500 34 105.88 1.45 500 21 171.43 1.87 500 16 225
b.Data Hubungan Tekanan Transmembran Terhadap Nilai Fluksi
C1 = 20.4 g/L ; v = 0.02 m/s Tekanan
(bar) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam)
1.49 100 14.5 49.66 1.61 100 13 55.38 1.87 100 12 60.00
C2 = 28.7 g/L ; v = 0.02 m/s Tekanan
(bar) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam)
1.49 100 15 48.00 1.65 100 14 51.43
c. Data Hubungan Kecepatan AlirTerhadap Nilai Fluksi
C1 = 20.4 g/L ; ΔP = 1.61bar CFV (m/s) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam)
0.0029 100 14 51.43 0.011 100 13 55.38 0.02 100 13 55.38
C2 = 28.7 g/L ; ΔP = 1.61 bar CFV (m/s) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam)
0.0029 100 18 40.00 0.011 100 17 42.35 0.02 100 17 42.35
d. Data Hubungan Konsentrasi Terhadap Fluksi
P = 1.61 bar ;v = 0.0029 m/s Konsentrasi (%) volume (ml) Waktu (detik)Fluksi (L/m2 jam)
20.4 100 14 51.4328.7 100 18 40.00
P = 1.61 bar ;v = 0.011 m/s Konsentrasi (%) volume (ml) Waktu (detik)Fluksi (L/m2 jam)
20.4 100 13 55.3828.7 100 17 42.35
P = 1.61 bar ;v = 0.02 m/s Konsentrasi (%) volume (ml) Waktu (detik)Fluksi (L/m2 jam)
20.4 100 13 55.38 28.7 100 17 42.35
Lampiran 12. Data Analisis hasil penjernihan larutan stevia dengan membran ultrafiltrasi
a. Hasil penjernihan pada berbagai tekanan
Analisa larutan stevia Konsentrasi steviosida pada larutan stevia
(g/L)
Tekanan (bar) pH Konsentrasi
steviosida (g/L)
Kadar gula total
(g/L)
Kejernihan (%)*
Kadar abu (%)
Umpan 5.60 20.4 2.035 56.6 0.0731.49 5.35 7.9 0.623 80.1 0.061.61 5.55 10.0 0.686 83.3 0.0731.65 5.45 8.9 0.662 90.1 0.053
20.4
1.87 5.35 12.9 0.801 92.8 0.028Umpan 5.58 28.7 2.327 52.4 0.081.49 5.63 8.8 0.424 85.4 0.0521.61 5.52 7.7 0.662 82.3 0.0471.65 5.72 9.5 0.335 86.4 0.043
28.7
1.87 5.64 9.9 0.658 86.5 0.030Keterangan : * Pengenceran 10 kali
b. Hasil penjernihan pada berbagai kecepatan alir
Analisa larutan stevia Konsentrasi steviosida
pada larutan stevia (g/L)
Kecepatan Alir (m/s) pH Konsentrasi
steviosida (g/L)
Kadar gula total
(g/L)
Kejernihan (%)*
Kadar abu (%)
Umpan 5.60 20.4 2.035 56.6 0.0730.0029 5.79 6.9 0.651 90.8 0.030.011 5.70 9.9 0.795 87 0.053
20.4
0.02 5.55 10.0 0.686 83.3 0.073Umpan 5.58 28.7 2.327 52.4 0.080.0029 5.59 9.3 0.960 86.2 0.0500.011 5.55 9.9 1.169 84.2 0.033
28.7
0.02 5.52 7.7 0.662 82.3 0.047Keterangan : * Pengenceran 10 kali
Lampiran 13. Hasil Uji High Performance Liquid Chromatography (HPLC)
a. HPLC dari standar steviosida (400 ppm)
b. HPLC dari standar rebaudiosida (400 ppm)
c. HPLC dari larutan stevia sebagai umpan (28.7 g/L)
d. Larutan stevia setelah difiltrasi (12.9 g/L ; ΔP = 1.87 bar)
4. steviosida 8. rebaudiosida A
5. steviosida 12. rebaudiosida A