Taken from milis Teknik-Kimia
Pertanyaan :
Fer,
Sedikit buat menambah wawasan, boleh dijelaskan soal microwave, kenapa proses distillasi dengan microwave berlangsung lebih cepat. Buat saya hal ini menarik, soalnya pemanasan dengan microwave yg saya tahu, baru merambah barang2 rumahan saja.
pINO
Jawaban Ferry
Mas Pin..
Ini saya kopi paste dari sebagian kecil proposal penelitian aku untuk hal ini.
Semoga dapat sedikit memberikan pengetahuan.
salam,
-ferry-
5.2. Mekanisme Kerja Microwave
Daerah gelombang mikro pada spektrum elektromagnetik terletak di antara radiasi infra merah dan frekuensi radio dengan panjang gelombang 1 cm - 1 m dan frekuensi 30 GHz – 300 MHz (Gambar 5.2). Pada oven microwave komersial biasanya digunakan frekuensi 2450 MHz dengan panjang gelombang 12 cm. Meskipun pada oven microwave terdapat lubang-lubang berdiameter kecil di sisinya, gelombang mikro tersebut tidak akan mampu melewatinya selama diameter lubang tersebut masih jauh di bawah panjang gelombangnya. Oleh sebab itu, kemungkinan lolosnya energi ke lingkungan menjadi sangat kecil.
Gambar 5.2. Spektrum elektromagnetik (http://laps. colorado. edu)
Oven microwave bekerja dengan melewatkan radiasi gelombang mikro pada molekul air, lemak, maupun gula yang sering terdapat pada bahan makanan. Molekul-molekul ini akan menyerap energi elektromagnetik tersebut. Proses penyerapan energi ini disebut sebagai pemanasan dielektrik (dielectric heating). Molekul-molekul pada makanan bersifat elektrik dipol (electric dipoles), artinya molekul tersebut memiliki muatan negatif pada satu sisi dan muatan positif pada sisi yang lain. Akibatnya, dengan kehadiran medan elektrik yang berubah-ubah yang diinduksikan melalui gelombang mikro pada masing-masing sisi akan berputar untuk saling mensejajarkan diri satu sama lain. Pergerakan molekul ini akan menciptakan panas seiring dengan timbulnya gesekan antara molekul yang satu dengan molekul lainnya. Energi panas yang dihasilkan oleh peristiwa inilah yang berfungsi sebagai agen pemanasan bahan makanan di dalam dapur oven microwave ( Kingston , 1997).
Dari penjelasan di atas, pemanasan menggunakan microwave melibatkan tiga kali konversi energi, yaitu konversi energi listrik menjadi energi elektromagnetik, konversi energi elektromagnetik menjadi energi kinetik, dan konversi energi kinetik menjadi energi panas. Proses pemanasan menggunakan microwave berlangsung mulai dari luar permukaan bahan. Selanjutnya pemanasan akan berlangsung secara konduksi sehingga bagian dalam bahanpun akan turut terpanaskan.
5.3. Ekstraksi Microwave untuk Isolasi Bahan Alam
5.3.1. Isolasi Minyak Atsiri
Dewasa ini, teknologi microwave tidak hanya diaplikasikan pada pengolahan bahan makanan. Salah satu aplikasi yang saat ini sedang banyak dikaji adalah untuk isolasi minyak atsiri dari bahan tanaman menggantikan teknologi konvensional seperti distilasi uap (hydrodistillation), ekstraksi dengan lemak (enfleurage), dan ekstraksi pelarut (solvent extraction) (Guenther, 1948). Keuntungan proses ini terutama adalah kecepatan waktu untuk mengisolasi seluruh minyak atsiri dibandingkan proses-proses sebelumnya (Ali et. al., 2001; Gomez dan Witte, 2001 ; Castro et. al., 1999 ; Deng et.al., 2006 ; Alfaro et.al, 2003).
Gelombang elektromagnetik yang disalurkan melalui radiasi microwave akan menembus material transparan seperti gelas atau plastik sebagai wadah bahan tanaman yang akan diisolasi. Radiasi microwave mampu mencapai kelenjar grandular dan sistem vaskular pada bahan tanaman. Kandungan air serta komponen-komponen lainnya termasuk minyak atsiri di dalam bahan tanaman menyerap radiasi tersebut dan akan merubahnya menjadi energi panas. Hal ini menyebabkan terjadinya peningkatan temperatur di dalam bahan tanaman secara tiba-tiba. Peningkatan temperatur terus berlangsung hingga tekanan internal melampaui kapasitas ekspansi dinding sel. Pada kondisi ini, dinding sel akan pecah dan substansi-substansi yang ada di dalamnya termasuk minyak atsiri akan keluar dengan bebas (Pare, 1992).
Setelah minyak atsiri keluar dari dinding sel, maka akan bercampur dengan air yang juga terkandung di dalam bahan tanaman. Peristiwa ini mempermudah jalannya penguapan minyak atsiri dan air melalui mekanisme hidrodifusi.
5.3.2. Microwave-Assisted Extraction Process (MAE)
MAE merupakan teknik sederhana untuk mengekstraksi bahan-bahan terlarut di dalam bahan tanaman dengan bantuan energi microwave. Teknik ini dapat diterapkan baik pada fasa cair yakni cairan digunakan sebagai pelarut maupun fasa gas yakni gas sebagai media pengekstrak (Castro et.al., 1999).
Proses ekstraksi fasa cair didasarkan pada prinsip perbedaan kemampuan menyerap energi microwave pada masing-masing senyawa yang terkandung di dalam bahan tanaman. Parameter yang biasa digunakan untuk mengukur sifat fisik ini disebut sebagai konstanta dielektrik.
Teknik MAE juga tergantung pada konstanta dielektrik dari pelarut yang digunakan. Alfaro et.al. (2003) mengatakan bahwa pelarut etanol menghasilkan rendemen minyak jahe paling baik di antara pelarut lain yang dibandingkan seperti heksana, petroleum eter, dan diklorometana. Lebih lanjut dalam penelitiannya dikatakan bahwa penggunaan proses MAE mampu menurunkan waktu isolasi menjadi 60 detik daripada menggunakan ekstraksi sokhlet dengan waktu 2 jam.
Pada sebuah naskah paten (European Patent 0485668A1) yang diterbitkan oleh Pare (1992) terlihat gambaran umum proses MAE seperti pada Gambar 5.3. berikut ini.
Gambar 5.3. Diagram Alir Proses Microwave-Assisted Extraction (EP 0485668A1)
Bahan tanaman dimasukkan pada tangki 10 dan dicampurkan dengan pelarut yang berasal dari tangki 13. Campuran bahan dengan pelarut dialirkan menuju microwave 17 dimana terjadi pemecahan dinding sel bahan tanaman untuk mengeluarkan minyak atsiri. Ampas bahan tanaman dipisahkan menggunakan filer 19 dan ekstrak dialirkan menuju tangki evaporasi pelarut 21 untuk memisahkan minyak dari pelarutnya. Setelah dikondensasikan, pelarut tersebut ditampung pada tangki 27 untuk digunakan kembali. Selanjutnya minyak atsiri yang dihasilkan dapat diambil dari tangki 21 melalui kerangan 25.
5.3.2. Microwave-Assisted Hydrodistillation Process (MAH)
Proses ini pada dasarnya merupakan kombinasi antara pemanfaatan radiasi gelombang mikro dengan sistem distilasi kering. Oleh sebab itu, pada MAH tidak diperlukan pelarut tambahan seperti halnya MAE. Untuk menjamin berlangsungnya proses difusi antara minyak atsiri dan air, maka bahan yang digunakan harus segar (masih mengandung air).
Secara umum prosesnya adalah sebagai berikut ; bahan tanaman di dalam distillation flask yang terbuat dari gelas atau plastik agar dapat ditembus oleh radiasi microwave akan menyerap radiasi tersebut hingga mencapai kelenjar grandular dan sistem vaskular bahan tanaman di dalam dinding sel. Peristiwa ini menimbulkan panas sehingga dinding sel akan pecah dan minyak atsiri di dalamnya dapat bebas keluar. Adanya air di dalam bahan tanaman yang juga panas akibat menyerap energi elektromagnetik akan berdifusi ke dalam minyak atsiri sehingga menimbulkan peristiwa hidrodifusi. Minyak atsiri dan air menguap bersamaan berdasarkan prinsip distilasi campuran tak saling larut lalu dikondensasikan.
Tanggapan by Alvino Rizaldy
Wow, thank's alot Oom Ferry,
Menarik, kalau boleh disimpulkan bahwa pemanasan dengan microwave bisa menghasilkan kenaikan temperatur yg lebih homogen dibandingkan pemanasan konvensional karena sumber panasnya adalah hasil pergerakan molekul dalam material yg dipanaskan.
Ada sedikit pertanyaan lagi, apakah pergerakan molekul ini cukup kuat untuk merusak sebuah rantai karbon rangkap?
Sebenarnya saya sedang menghayal untuk aplikasi lain (polimerisasi misalnya). Hmm... jadi kepikir sekolah lagi
pINO
Tanggapan by Ferry
Memang kurang lebih demikian, Mas.
Mengenai kerusakan sebuah rantai karbon rangkap, saya belum mempelajari sampai ke arah sana. Kalau dalam terminologi minyak atsiri sendiri, kerusakan pada sebuah komponen di dalam minyak atsiri biasanya terjadi pada suhu yang tinggi seperti hidrolisis ester atau oksidasi aldehid sehingga membentuk asam-asam atau juga adanya reaksi lain seperti resinifikasi atau polimerisasi yg terjadi pada suhu tinggi. Sehingga suhu di dalam labu yang dipanaskan oleh microwave itu juga dikontrol supaya tidak terlalu tinggi.
Dari hasil membaca jurnal2 mengenai distilasi minyak atsiri menggunakan microwave ini, perbandingan antara komponen2 yang terkandung di dalam minyak yang dihasilkan menggunakan hidrodistilasi dgn pemanasan konvensional dan menggunakan microwave tidak menimbulkan perbedaan atau perubahan komponen2 inti minyak (oxygenated terpene) yang signifikan.
salam,
-ferry-
Tanggapan by Alvino Rizaldy
Yah kayaknya triggernya emang tetap limit temperatur, sekilas menggoggle, dapet info bahwa reaksi polimerisasi addisi dg pemanasan microwave bisa berjalan 2-3 kali lebih cepat daripada yg dipanaskan secara konvensional temperatur yg sama.
thank's fer, jadi nambah pengetahuan baru nih
best regards,
pINO
retail essential oil
