PEMANFAATAN BIJI KOPI (ARABIKA) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN PEMBUATAN BIODIESEL Pendahuluan Kopi adalah adalah salah salah satu satu potens potensii kekayaa kekayaan n alam alam Indone Indonesia sia yang yang dapat dapat dimanf dimanfaat aatkan kan sebagai sumber biodiesel. Bagian dari tanaman kopi yang yang potensial untuk dijadikan bahan baku biodiesel setelah melalui pengujian secara psiko-kimia adalah biji kopi dan ampas kopi. Biodie Biodiesel sel merupak merupakan an bahan bahan bakar bakar yang terdir terdirii dari dari campur campuran an mono-a mono-alky lkyll ester ester dari dari rantai rantai panjang asam lemak yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan b ahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumber terbaharui. Biodiesel bersifat biodegradable dan mengandung sulfur. Minyak biji kopi jenis arabika yang menjadi menjadi limbah limbah cukup potensial potensial untuk dijadikan dijadikan bahan baku biodiesel. Di dalam minyak kopi terkandung komponen utama trigliserida sebesar 81!". #ebanyak $%$!" kadar lemak total pada kopi terdapat pada lapisan lilin pelindung biji. &sam lemak pada lapisa lapisan n lilin lilin berbeda berbeda dari dari pada minyak minyak kopi. 'ada 'ada lapisa lapisan n lilin lilin terdapa terdapatt asam asam lemak lemak (hidroksitr hidroksitriptam iptamida ida dari asam palmitat palmitat arachidat arachidat behenat dan lignoserat. lignoserat. 'ada minyak minyak kopi terdapat trigliserida dengan asam lemak linoleat )*$-*("+ asam palmitat )!$-!("+. 'ada ester diterpen terdapat asam palmitat )*$-*("+ dan asam linoleat )%,"+. Kadar asam lemak bebas robust robustaa lebih lebih tinggi tinggi daripa daripada da arabik arabika. a. emak emak dan turuna turunanny nnyaa pada pada biji biji kopi kopi antara antara lain lain trigliserida asam lemak bebas ester diterpen diterpen bebas triterpen sterol ester-ester sterol tokoferol fosfatida serta (-hydroksitryptamida dan turunannya. 'eningkatan asam lemak bebas selama selama penyimpanan penyimpanan menyebabkan kopi menjadi berbau tengik. tengik. Diterpen Diterpen pada biji kopi antara lain safestol safestol kahw kahweo eol, l, dan 1,-$1,-$-met methil hilcof cofest estol. ol. Kahweol Kahweol sedikit sedikit sekali terdapat pada kopi robusta sedangkan pada kopi arabika sebesar $!1". ,-$-methilcofestol hanya terdapat pada kopi robusta antara $$- $1(". /asio kafestol0kahweol kafestol0kahweol pada pada kopi arabika antara *$0,$-$0!$ sedangkan pada kopi robusta tidak terdapat atau sedikit sekali terdapat kahweol. Minyak biji kopi rusak diketahui memiliki kadar asam lemak bebas )&+ )&+ lebih besar dari (". Biodiesel dapat diperoleh melalui reaksi transesterifikasi trigliserida dan reaksi esterifikasi asam lemak bebas tergantung dari kualitas minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku. Bila bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang mengandung kadar asam lemak bebas (free fatty acid) tinggi yakni lebih besar dari %" maka perlu dilakukan proses praesterifikasi untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar %" sehingga biodiesel dihasilkan melalui % tahap proses yaitu esterifikasi asam dan esterifikasi alkalin. /eaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester adalah 0 /2334 5 24!34 /2334! 5 4%3 &sam emak Metanol Metil 6ster &ir 6sterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi )berangka-asam 7( mg-K34g+. 'ada tahap ini asam lemak bebas akan dikon9ersikan menjadi metil ester. :ahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. ;amun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu. :ransest :ransesterifi erifikasi kasi )biasa )biasa disebut disebut dengan alkoholisi alkoholisis+ s+ adalah adalah tahap kon9ersi kon9ersi dari trigliseri trigliserida da )minyak nabati+ menjadi alkil ester melalui reaksi dengan alkohol dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. /eaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah 0
uadest )4%3+ metanol )24!34+ natrium hidroksida );a34+ dan asam sulfat )4%#3*+. 'eralatan utama yang akan digunakan dapat dilihat pada gambar %.
keterangan gambar0 1. statif %. termometer !. labu leher tiga *. heating mantle (. pipa penghubung ,. pendingin liebig . erlenmeyer 8. corong pemisah =. refluks kondensor 1$. motor pengaduk )magnetic stirrer+
Ga"#a$ %& Pe$alatan Uta"a
?ariabel-9ariabel dalam percobaan0 1. :ahap ekstraksi dengan 9ariabel berubah perbandingan berat pelarut 0 biji kopi bubuk )(01 ,01 01 dan 801+ serta jenis pelarut )nheksana dan toluena+ sementara suhu operasi yang digunakan adalah $-($ 2 untuk pelarut n-heksana dan 11$-11($ 2 untuk pelarut toluena dan @aktu operasi 1%$ menit. %. :ahap esterifikasi pada suhu operasi ,$$ 2 dan menggunakan katalis 4%#3* 1" )99+ selama ,$ menit dengan perbandingan molar asam lemak bebas 0 metanol A 10! sementara kecepatan pengaduk konstan ,$$ rotasi per menit )rpm+.
!. :ahap transesterifikasi pada suhu operasi ,$$ 2 selama 1%$ menit dan menggunakan katalis ;a34 1(" @@ dengan perbandingan molar minyak biji kopi 0 metanol A 10= sementara kecepatan pengaduk konstan ,$$ rpm. Dari beberapa 9ariabel yang digunakan diatas maka akan dilakukan analisa terhadap ' 1. Minyak biji kopi a. densitas b. 9iskositas c. kadar asam lemak bebas (free fatty acid) d. Gas chromatography (GC) untuk analisa komposisi asam lemak dan asam lemak bebas di dalam minyak biji kopi. %. Metil 6ster a. densitas b. 9iskositas c. titik nyala d. Gas chromatography (GC) untuk analisa komposisi asam lemak dan asam lemak bebas di dalam metil ester.
Ha!l dan Pe"#ahaan Pen!a*an Bahan Ba+u Bahan baku penelitian diperoleh dengan mengikuti proses pengolahan buah kopi secara tradisional yang pada umumnya dilakukan dalam masyarakat. Buah kopi segar yang telah dipanen dikumpulkan dan dimasukkan ke dalam mesin pengupas kulit untuk memisahkan kulit luar buah kopi dengan biji kopi. 'ada tahap ini biji kopi rusak dipilah dari biji kopi yang baik untuk diolah lebih lanjut. 'emilihan ini didasarkan pada penampilan fisiknya yakni sebagian atau keseluruhan biji membusuk yang ditandai dengan @arna hitam pada biji biji yang terlalu ringan karena memiliki rongga-rongga besar maupun bentuk kerusakan biji kopi lain. #esudah itu biji kopi dicuci dengan air hingga terpisah dari pengotor seperti lendir atau sisa-sisa kulit buah yang tidak diinginkan dan dikeringkan dengan sinar matahari hingga kulit keras penutup biji kopi benar-benar kering dan bersih. 'roses selanjutnya adalah menumbuk biji kopi kering ini untuk menghancurkan kulit keras penutup biji kopi kemudian kulit keras ini dipisahkan dengan cara ditampi hingga diperoleh biji kopi rusak yang telah lepas dari kulit dan pengotor lain. 'roses seterusnya adalah penyangraian (roasting). 'roses ini dilakukan dengan cara penggorengan biji kopi tanpa minyak goreng pada suhu pemanas berupa kompor selama lebih kurang 1 jam hingga timbul @angi khas kopi masak dan biji kopi ber@arna coklat hingga kehitaman. 'engaruh panas pada penyangraian kopi seringkali ditunjukkan dengan dehidrasi parsial. 'ada @aktu yang sama reaksi oksidasi dan reduksi terjadi didalam kopi seperti juga beberapa reaksi polimerisasi. Kehilangan kandungan air a@al pada biji kopi bukan hanya berupa kelembapan tetapi juga akibat dekomposisi konstituen dalam kopi terutama karbohidrat selama pemanasan. Dehidrasi pada karbohidrat mengakibatkan timbulnya caramel, yang menjadi komponen pokok penyebab timbulnya @arna pada kopi. 'engaruh penyangraian terhadap
kandungan lemak biji adalah mengurangi berat aktualnya tetapi tidak mengubah persentasi lemak yang ada dalam jumlah besar karena pengurangan jumlah lemak terjadi seiring dengan penyusutan biji. Beberapa asam lemak 9olatil akan tergerak keluar dan lemak terpecah hingga meningkatkan persentasi jumlah asam lemak bebas sejumlah ester ringan acrolein dan asam format. ika penyangraian terlalu lama atau terlalu cepat lemak akan muncul pada permukaan akibat pecahnya sel lemak dengan perubahan kimia lemak secara alami dan ditandai dengan biji yang mengembang dan pecah. #etelah diperoleh biji kopi sangraigongseng langkah selanjutnya adalah penggilingan dan pengayakan. Biji kopi digiling hingga berbentuk bubuk dengan mesin penggiling kopi yang terdapat di pasar tradisional #idikalang Kabupaten Dairi. #etelah itu bubuk kopi diayak dengan ayakan 1$$ mesh. aju ekstraksi akan meningkat apabila ukuran partikel bahan baku semakin kecil. Dalam arti lain rendemen ekstrak akan semakin besar bila ukuran partikel semakin kecil. E+t$a+! Bahan baku berupa bubuk biji kopi sangrai berukuran kurang lebih 1$$ mesh diekstraksi dengan menggunakan metode soChlet. Metode soChlet ini dipilih antara lain karena0 1. #ampel secara berulang-ulang mengalami kontak dengan bagian pelarut yang masih baru dengan demikian membantu menggeser kesetimbangan perpindahan %. :emperatur sistem tetap relatif tinggi karena panas yang dikenakan pada labu destilasi mencapai ruang ekstraksi hingga luas tertentu !. :idak diperlukan filtrasi setelah tahap leaching. 'roses ekstraksi dilanjutkan dengan destilasi untuk memulihkan pelarut yang terpakai dan mendapatkan minyak kopi bebas pelarut. #etelah itu dilakukan analisa rendemen. Pena$uh Ju"lah Pela$ut Te$hada* Rende"en M!na+
'engaruh 9ariasi jumlah pelarut terhadap rendemen minyak kopi dapat dilihat pada gambar ! dan *.
dengan pelarut n-heksana jauh lebih rendah daripada dengan toluena. #ecara umum minyak dan lemak dapat larut sempurna dalam etil eter hidrokarbon benene karbon disulfida dan pelarutpelarut halogen. ;-heksana juga merupakan pelarut minyak atau lemak yang biasa dipergunakan dalam proses ekstraksi dengan pelarut menguap. Kelarutan minyak atau lemak dalam suatu pelarut ditentukan oleh sifat polaritas asam lemaknya. &sam lemak yang bersifat polar cenderung larut dalam pelarut polar sedangkan asam lemak non polar larut dalam pelarut non polar. &sam lemak berantai pendek cenderung larut dalam pelarut polar sebaliknya asam lemak berantai panjang tidak dapat larut dalam pelarut polar. Minyak atau lemak tidak larut dalam air dan sedikit larut dalam alkohol terutama minyak dengan berat molekul rendah kecuali minyak jarak (castor oil). /endemen minyak yang diperoleh telah mencapai titik maksimum yakni 1!" apabila dibandingkan dengan teori yakni 1". &dapun kelebihan sekitar $!" kemungkinan disebabkan pengotor seperti at terdekomposisi termal yang terikut dan belum teruapkan seperti disebutkan diatas. Penu,!an Pe"an-aatan M!na+ Ko*! #ampel yang digunakan untuk pengujian pemanfaatan minyak kopi menjadi bahan baku biodiesel adalah 1$$ ml minyak kopi yang dikumpulkan dari %1 run ekstraksi dengan perolehan rata-rata tiap run (% ml minyak kopi. Anal!a A.al
&nalisa a@al yang dilakukan meliputi analisa densitas 9iskositas dan kadar asam lemak bebas dapat dilihat pada tabel 1.
:abel 1. 'erbandingan Karakteristik Minyak Kopi 'raktek dengan :eori E( 1%F
Dari tabel 1 terlihat bah@a minyak kopi yang dihasilkan masih memenuhi spesifikasi yang dinyatakan dalam teori. Kadar asam lemak bebas yang tinggi menyebabkan proses esterifikasi harus dilaksanakan untuk menghindari terbentuknya sabun pada proses transesterifikasi. &nalisa gas chromatography )<2+ juga dilakukan untuk mengetahui komposisi asam lemak dalam minyak kopi. 4asilnya terlihat dalam gambar ( dan data puncak-puncak utama kromatogram terdapat pada tabel %.
:abel %. Data 'uncak-'uncak Gtama Kromatogram Minyak Kopi
4asil 6sterifikasi dan :ransesterifikasi &nalisa yang dilakukan terhadap hasil esterifikasi dan transesterifikasi yang diperoleh berupa metil ester antara lain analisa densitas 9iskositas titik nyala dan gas chromatography )<2+. 4asil yang diperoleh beserta perbandingannya dengan #tandarisasi Mutu Biodisel Indonesia )/#;I 6B $%$((1+ ditunjukkan dalam tabel !.
:abel !. 'erbandingan Karakteristik Metil 6ster 'raktek Dengan #tandarisasi Mutu Biodisel Indonesia )/#;I 6B $%$((1+ E%F
#edangkan hasil uji gas chromatography )<2+ terlihat pada gambar , dan data puncakpuncak utamanya diberikan dalam tabel *. :abel *. Data 'uncak-'uncak Gtama Kromatogram 2ampuran Metil 6ster Dari Minyak Kopi
keberadaan impurities berupa komponen-komponen yang tidak diketahui yang tercampur dengan metil ester maupun gliserol yang belum terpisah sempurna sehingga menaikkan densitas dan 9iskositas kinematik metil ester. #elain itu kondisi operasi esterifikasi dan transesterifikasi yang dipakai kemungkinan tidak sesuai untuk menghasilkan biodiesel dari minyak kopi dengan yield dan kemurnian yang tinggi. #alah satu contoh adalah tingginya kadar trigliserida dalam metil ester yang diuji kemungkinan disebabkan perbandingan metanol0minyak yang sedikit berlebih. Hahyuningsih )%$$=+ melaporkan bah@a rasio mol metanol-minyak optimum adalah 801. 'ada perbandingan yang lebih besar yakni =01 yield biodiesel yang dihasilkan telah mengalami penurunan. 4al ini disebabkan karena penggunaan metanol yang berlebihan akan meningkatkan pembentukan gliserol. Keberadaan gliserol yang tinggi dalam larutan alkil ester akan mendorong reaksi berbalik kekiri sehingga yield alkil ester menjadi berkurang. Kesalahan dalam pemilihan kondisi operasi ini disebabkan oleh keterbatasan referensi yang akurat mengenai pembuatan biodiesel dari minyak kopi ataupun dari bahan bahan lain yang memiliki komposisi asam lemak menyerupai minyak kopi.
Ke!"*ulan
1. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bah@a minyak yang diperoleh dari limbah biji kopi dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. %. Kondisi operasi esterifikasi dan transesterifikasi yang dipakai dalam pengujian pemanfaatan minyak kopi menjadi biodiesel belum sesuai untuk menghasilkan yield yang tinggi. !. /endemen minyak tertinggi diperoleh pada ekstraksi dengan pelarut toluena. *. 'erbandingan massa pelarut terhadap massa kopi optimal pada ekstraksi dengan pelarut toluena murni adalah 10, dan pelarut n-heksana teknis adalah 10. Da-ta$ Puta+a
2anaki M
Illy &. dan ?iani / "spresso Coffee/ the Chemistry of 0uality, &cademic 'ress ondon p. (, 1==(. I>bal &ffan. &mran &dri dan Diah &yu Kartika emanfaatan 1imah Kopi eagai Bahan Baku emuatan Biodiesel, Gsulan 'rogram Kreati9itas Mahasis@a Institut 'ertanian Bogor Bogor %$11. Ketaren # engantar !eknologi #inyak dan 1emak angan, 6disi 1 2etakan 1. akarta 0 'enerbit Gni9ersitas Indonesia (%'2ress), 1=8,. Kondamudi ; Mohapatra #K Misra M pent coffee grounds as a ersatile source of green energy, ournal of &gricultural and ood 2hemistry (, 0 11(J,$ %$$8. Mittlebach M. /emschmidt 2laudia Biodiesel !he Comprehensie -andook. ?ienna0 Boersedruck
