Oleh : Prof. Ir. Muhammad Mujiburohman S.T., M.T., h.D. Guru Besar Teknologi Separasi UMS
RADARSOLO.COM - HAMPIR semua senyawa di alam terkemas dalam campuran dengan bahan-bahan lain. Untuk memanfaatkan bahan tertentu secara optimal, harus dipisahkan dari campurannya. Isolasi bahan alam dari campurannya telah banyak dilakukan masyarakat atau industri, dengan menerapkan berbagai macam teknologi separasi.
Di antaranya pengambilan minyak atsiri dengan cara distilasi kukus, ekstraksi solven menggunakan pelarut selektif, atau bahan diperas secara mekanik. Penggunaan bahan alam sekarang juga menjadi tren, karena dinilai lebih aman dibandingkan bahan sintetis.
Keberadaan bahan-bahan lain dalam campuran bahan alam, diindikasikan bisa saling menetralkan satu sama lain. Adapun bahan sintetis dinilai lebih berisiko, karena kandungan bahan lain di dalamnya setelah berlangsungnya reaksi kimia.
Salah satu bahan alam yang potensial untuk diisolasi adalah senyawa aroma. Bahan ini banyak digunakan dalam industri makanan, farmasi, dan kosmetik sebagai aditif karena baunya yang harum atau rasanya yang sedap. Meski dalam kadar rendah (level ppm), bahan aroma ternyata banyak tersedia di alam bebas seperti di berbagai bagian tanaman mulai dari bunga, daun sampai akarnya.
Berlimpahnya sumber bahan aroma alam dan bisa diperbaharui, menjadikan harga bahan baku penyedia aroma alam relatif murah. Di sisi lain, produk aroma alam lebih diminati dibandingkan aroma sintetis menjadikannya bernilai ekonomi tinggi.
Selama ini pengisolasian bahan aroma alam dari sumbernya menggunakan teknologi separasi distilasi kukus dan ekstraksi solven. Keduanya memiliki beberapa kelemahan antara lain terkontaminasinya produk oleh solven dan tingginya kebutuhan energi. Pada ekstraksi solven diperlukan solven tertentu untuk mengekstrak aroma dari campurannya.
Diperlukan tahapan separasi lebih lanjut untuk memisahkan aroma dari solven pengekstrak. Jika separasi lanjut ini tidak sempurna, bahan aroma masih mengandung solven yang umumnya mempunyai tingkat toxicity tertentu sehingga tidak aman untuk dikonsumsi. Distilasi, di samping kebutuhan energi yang tinggi, juga tidak baik untuk produk yang sensitif terhadap panas. Pada suhu yang tinggi bahan aroma mungkin teroksidasi menjadi senyawa lain.
Teknologi separasi yang potensial mengatasi permasalahan yang dihadapi teknologi separasi distilasi-ekstraksi adalah dengan menggunakan membran tidak berpori yang disebut sebagai pervaporasi (pervaporation = permeation dan evaporation). Membran merupakan lapisan tipis yang selektif, mampu melewatkan partikel tertentu sekaligus menahan partikel yang lain. Disebut pervaporasi karena selama proses melewati membran, permeant mengalami perubahan fasa dari cair menjadi uap.
Performans pervaporasi dalam memisahkan komponen dari campurannya sangat baik. Sebagai gambaran, dengan konsentrasi umpan senyawa aroma propil propionat 0,3% hanya dengan menggunakan selembar membran selektif (PEBA 2533) yang tipis (25 μm), pada suhu lingkungan (30°C), dan pem-vacuum-an di sisi downstream membran sekitar 3 mmHg, bisa dihasilkan konsentrasi permeate di atas 50%. Konsentrasi permeate ini sudah jauh di atas kelarutan propil propionat dalam air, yang pada suhu 25°C sebesar 0,56% (Perry dan Green, 1999).
Artinya, dalam arus permeate akan dihasilkan dua fasa yaitu fasa organik (propil propionat) dan fasa air. Dengan teknologi separasi dekantasi sederhana, produk propil propionat relatif murni bisa dihasilkan. Jika propil propionat yang berada di fasa air di-recovery, jumlah propil propionat terambil meningkat sampai 7% (Mujiburohman dan Feng, 2017).
Dari sisi kapasitas, fluks permeasi yang dihasilkan oleh pemisahan membran tidak berpori tampaknya kurang menjanjikan. Pada kisaran konsentrasi umpan aroma 390-3.200 ppm fluks permeasi aroma hanya berkisar 10,5-218 g/m2.jam. Ada dua hal yang telah dilakukan untuk menaikkan kapasitas, yaitu modifikasi struktur membran dari cara pembuatannya dan modifikasi modul tempat mengemas membran. Pada awalnya agar stabilitas mekanik terjaga, membran dibuat tidak setipis sekarang; akibatnya, fluks permeasi cukup rendah dan tidak layak secara komersial. Dengan dikembangkannya metode pembuatan membran phase separation technique oleh Loeb dan Sourirajan (1963), struktur dalam satu membran dapat dikondisikan anisotropic yang mana membran terstruktur menjadi lapisan tipis tidak berpori dan lapisan lebih tebal berpori sebagai penopang lapisan tidak berpori. Hasilnya, membran anisotropic ini bisa menghasilkan fluks permeasi 10 kali lebih banyak.
Peningkatan kapasitas teknologi separasi berbasis membran juga dilakukan dengan memodifikasi membrane chamber dalam bentuk modul membran. Prinsipnya modul dibuat sedemikian rupa sehingga diperoleh luas total permukaan membran seluas-luasnya tetapi dapat dikemas dalam volume modul sekecil-kecilnya. Untuk itu, modul-modul seperti spiral-wound, tubular, dan hollow fibre telah dikembangkan. Baker (2004) melaporkan lebih dari 100 industri menggunakan teknik pervaporasi untuk mendapatkan etanol dan isopropanol yang relatif murni, salah satunya di Bethenville Perancis yang menggunakan membran seluas 2.400 m2 dan menghasilkan etanol kering sebanyak 150.000 L/hari.
Dengan mempertimbangkan faktor ketersediaan bahan aroma alam melimpah dalam kadar rendah dan dapat diperbaharui, serta sensitivitas sifat bahan aroma alam yang harus dijaga dalam produk, menjadikan pervaporasi sangat menjanjikan untuk diterapkan pada isolasi bahan aroma alam. Kapasitas dan selektivitas yang ditunjukkan dari data eksperimen pervaporasi sangat mendukung, ditambah dengan beberapa keunggulan lain seperti konsumsi energi yang rendah, produk bebas kontaminasi, ramah lingkungan, hemat ruang konstruksi, dan mudah pengoperasiannya. (*)
Editor : Andi Aris Widiyanto