## INDONESIA

## Ekstraksi Minyak Atsiri Dari Bawang Merah Dengan Metode Microwave Ultrasonic Steam Diffusion (MUSDf)
Achmad Ferdiansyah * , Islamiyah Wulandari, Nadya Rosita Asri
Departemen Teknik Kimia Industri, Insitut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 1 Departemen Teknik Kimia Industri, Insitut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). Kampus ITS Sukolilo, Surabaya
*Penuiis korespondensi: ach_ferdi@chem-eng.its.ac.id

## Abstract
This research, the shallot extraction process is done by Microwave Steam Diffusion method modified with the addition of ultrasonic. This method can produce product (yield) with high quality of essential shallot oil with lower processing energy requirement. The variables used are Microwave Steam Diffusion (MSDf) and Microwave  Ultrasonic  Steam  Diffusion  (MUSDf)  with  extraction  time  of  40,  50,  60  and  70  minutes.  The result  of  this  research,  shows  that  the  best  method  to  produce  red  shallot  oil  extract  is  by  using  MUSDf method  which  has  obtained  yield  of  0.96  ml/kg,  61.14%  organosulfur  and  60  minutes  optimum  time  of extraction.
Keywords: : shallot, microwave, ultrasonic, oranosulfur.

## Abstrak
Penelitian  ekstraksi  bawang  merah  ini  dilakukan  dengan  menggabungkan  metode  Microwave  Steam Diffusion  (MSDf)  dengan  penambahan  gelombang  ultrasonic.  Penambahan  ini  bertujuan  agar  yield  dan konsumsi  energi  yang  dibutuhkan  dalam  proses  ekstraksi  bawang  merah  menurun.  Variabel  yang digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  metode  MSDf  dan  metode  MUSDf  (Microwave  Ultrasonic  Steam Diffusion) yang diberi penambahan gelombang ultrasonic. Waktu ekstraksi pada penelitian ini adalah 40, 50,  60  dan  70  menit.  Hasil  yang  didapat  adalah  metode  terbaik  untuk  mendapatkan  minyak  atsiri  dari bawang  merah adalah metode  MUSDf  dengan  yield  sebesar  0,96  ml/kg  dan  kadar  organo  sulfur  sebesar 61,14%, serta waktu ekstraksi yang optimum adalah 60 menit.
Kata kunci: bawang merah, microwave, ultrasonic, organosulfur.

## I. Pendahuluan
Melimpahnya  produksi  bawang  merah dengan  rata-rata  hasil  panen  pertahunnya mencapai  1,4  juta  ton  menyebabkan  harga bawang merah turun yaitu Rp. 15 ribu per kg.
Namun,  disaat  tidak  musim  harga  bawang merah  melonjak  tinggi  yaitu  Rp.  70  ribu  per kg.  Harga  bawang  merah  yang  cenderung fluktuatif  menyebabkan  kerugian  bagi  petani karena stok bawang merah yang tidak terjual
menjadi  busuk.  Oleh  karena  itu,  diperlukan inovasi  pengolahan  bawang  merah  dengan mengambil  minyak  atsirinya.  Pengolahan bawang merah menjadi minyak atsiri bawang merah  ini  sangat  penting  untuk  dilakukan agar  saat  panen  raya  petani  tidak  merugi karena  harga  yang  rendah.  Hal  ini  tentunya juga  menjadi  solusi  untuk  meningkatkan pendapatan petani bawang merah.
Minyak  atsiri  bawang  merah  termasuk minyak nabati yang memiliki karekter mudah menguap  dengan  aroma  yang  sangat  khas. Minyak  jenis  ini  sering  disebut  sebagai minyak  eteris,  minyak  aromatik atau  minyak terbang  [1,2].  Bawang  merah  mengandung minyak atsiri yang terdiri atas Trans-2-ethyl- 2-butenal  dan senyawa organosulfur [3].
Proses  pengambilan  minyak  atsiri  dari bawang  merah  sudah  dikembangkan  oleh peneliti  sebelumnya.  Salah  satunya  adalah penelitian  dengan  metode  Supercritical  CO2 Extraction  Optimization  of  Onion  Oil  Using Response  Surface  Methodology  diperoleh yield    3,01  ml/kg  dengan  suhu  operasi 40,60C  selama  260  menit  [4].  Pada  metode ini, waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan  minyak  sangat  lama  serta teknologi  yang  digunakan  sangat  kompleks dan  sulit  diterapkan,  kemudian  metode  lain yang  lebih  sederhana  yaitu  Coupling  Pilot Extraction  dan  diperoleh  yield  sebesar  0,033 ml/kg.  Metode  ini  dilakukan  dengan  suhu operasi yang cukup tinggi yaitu 1650C dalam
waktu 15 menit. Kekurangan dari metode ini adalah yield yang dihasilkan rendah [5].
Oleh  karena  itu,  inovasi  modifikasi metode perlu dilakukan lebih lanjut terhadap ekstraksi  minyak  bawang  merah.  Metode yang  akan  dipakai  pada  penelitian ini adalah Microwave Steam Diffusion dengan penambahan  gelombang  ultrasonik  yang bertujuan untuk menghasilkan minyak bawah merah  dengan  kualitas  yang  baik  melalui proses yang lebih efisien dengan energi yang sedikit  tetapi  menghasilkan  yield  tinggi. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh  penambahan  gelombang  ultrasonik terhadap  yield  minyak  bawang  merah  pada metode Microwave Steam Diffusion. Menganalisis pengaruh penambahan
gelombang ultrasonik terhadap kadar organosulfur pada metode Microwave Steam Diffusion.
Menganalisis pengaruh penambahan  gelombang  ultrasonik  terhadap konsumsi  energi  pada  metode  Microwave Steam Diffusion.

## II. Metodologi

## 2.1 Alat dan Bahan
Bahan  yang  dipakai  ialah  bawang merah  segar  dan aquadest .  Peralatan  yang digunakan microwave,  steam generator,  dan ultrasonik.  Ultrasonik  digunakan  untuk mempercepat proses ekstraksi minyak bawang merah dengan memperlebar pori-pori bawang  merah.  Spesifikasi  dari  ultrasonik dengan  frekuensi  30  ±  3kHz,  power  supply
input  220-240  Volt,  dan  output  power  3-30 watt. Microwave digunakan sebagai penghasil  panas  pada  proses  ekstraksi. Spesifikasi  dari microwave yaitu  daya  450 watt. Steam  Generator digunakan  untuk menghasilkan  uap  air.  Spesifikasi Steam Generator yaitu  daya  sebesar  1800  watt. Serangkain alat Microwave Ultrasonic Steam Diffusion (MUSDf)  dapat  dilihat  pada Gambar 1 .
2.2.  Eksraksi  Minyak  Bawang  Merah dengan Metode MSDf dan MUSDf
Bahan  baku  yang  digunakan  berupa  bawang merah  segar  sebanyak  500  gram  yang  sudah dipotong  kecil-kecil  dan  air  sebanyak  500 mL. Ekstraksi minyak bawang merah dengan
metode Microwave  Steam Diffusion  (MSDf) dilakukan  maserasi  selama  30  menit  terlebih dahulu. Sedangkan untuk metode Microwave Ultrasonic Steam Diffusion (MUSDf) maserasi  dilakukan  dengan  menambahan gelombang ultrasonic selama  30  menit. Setelah  itu,  dilakukan  ekstraksi  dengan metode  MSDf  dan  dilanjutkan  dengan metode MUSDf dengan waktu 40, 50, 60 dan 70  menit.  Kemudian,  minyak  bawang  merah yang dihasilkan akan dilanjutkan pada proses penghitungan  yield dan karekterisasi minyak bawang  merah  dengan  menggunakan  uji GCMS untuk mengetahui senyawa organosulfur yang terkandung. Selain itu juga dihitung konsumsi energi dari masing-masing metode yang digunakan.
Gambar 1. a. Ultrasonic Sonode, b. Steam Generator, c. Microwave, d. Thermo Couple
III. Hasil dan Pembahasan
3.1. Pengaruh Penambahan Ultrasonik Pada Metode MSDf terhadap Yield

## Minyak Bawang Merah
Penambahan gelombang ultrasonik pada metode MSDf bertujuan agar yield yang dihasilkan  dari  proses  ekstraksi  ini  semakin
besar  dengan  waktu  ekstraksi  yang  singkat. Teknologi ini sangat sesuai untuk mengekstrak  bahan  alam  yang  memiliki tingkat sensitivitas tinggi terhadap perubahan suhu. Pada subbab ini akan dilakukan analisis pengaruh penambahan ultrasonik pada metode MSDf terhadap yield minyak bawang
d a b c
Ferdiansyah A., dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 86-94
merah. Performa yield  yang dihasilkan dapat dilihat pada grafik 1 berikut :
Dari grafik 1. dapat dilihat bahwa yield (ml/kg)  tertinggi  pada  metode  MUSDf  dan MSDf  ditunjukkan  pada  menit  ke  60  dan  70 sebesar  0,96  ml/kg  dan  0,80  ml/kg. Sedangkan yield terendah  pada  metode MUSDf  dan  MSDf  ditunjukkan  pada  menit ke  40  sebesar  0,56  ml/kg  dan  0,40  ml/kg. Berdasarkan  hal  tersebut  dapat  dilihat  waktu optimum untuk menghasilkan ekstrak dengan yield  tertinggi  pada  metode  MSDf  dan MUSDf  adalah  pada  waktu  ke-60  menit dengan  yield  sebesar  0,96  ml/kg  dan  0,80 ml/kg.  Y ield yang  dihasilkan  pada  menit  ke 60 dan 70 untuk kedua metode, sama karena minyak  bawang  merah  yang  terkandung didalam  bahan  sudah  maksimum  terekstrak dengan metode yang telah digunakan.
Selaput dinding sel dari bawang merah semakin  lama  semakin  melunak  berbanding lurus dengan lamanya waktu ekstraksi. Selain itu  adanya  perbedaan  konsentrasi  minyak bawang  merah  yang  tinggi  antara  pelarut dengan  bahan  yang  diekstrak  menyebabkan semakin  cepat  yield  yang  didapatkan  diawal proses  ekstraksi.  Selanjutnya  penambahan waktu  ekstraksi  tidak  berdampak  terhadap yield  yang  didapatkan.  Hal  ini  disebabkan oleh  kandungan  minyak  bawang  merah  pada pelarut  sudah  semakin  tinggi  sehingga kemampuan untuk melarutkannya lagi semakin  kecil.  Selain  itu  juga,  kandungan
minyak yang terkandung di dalam bahan juga semakin kecil [6, 7].
Adanya peningkatan yield pada MUSDf disebabkan oleh gelombang ultrasonik  yang  ditambahkan  selama  proses maserasi.  Energi  dari  gelombang  ultrasonik ini  akan  melalui  media  air  sebagai  perantara untuk  berkontak  dengan  bahan  bawang merah.  Gelombang  ultrasonik  yang  memiliki energi  ini  akan  menimbulkan  fenomena kavitasi. Fenomena ini diawali dari terbentuknya  gelembung  kecil  pada  pelarut yang  terus  bertambah  besar  seiring  dengan penambahan gelombang ultrasonik. Gelembung  tersebut  semakin  lama  semakin membesar dan pecah sehingga mengeluarkan energi yang  besar  [8]. Energi yang ditimbulkan  ini  dapat  merusak  dinding  sel bawang merah sehingga bahan aktif yang ada di  dalam  sel  mudah  untuk  keluar.  Tahapan proses  fenomena  kavitasi  ini  dapat  dilihat pada gambar 2 berikut.
Fenomena  kavitasi  ini  sesuai  dengan penjelasan pada penelitian Khan et al. (2010) tentang ekstraksi polyphenols dari kulit jeruk menggunakan Ultrasound-Assisted Extraction .  Pada  penelitian  ini  didapatkan simpulan  bahwa  penambahan  gelombang ultrasonik  mampu  mempersingkat  waktu ekstraksi.  Hal  ini  disebabkan  oleh  adanya proses kavitasi selama proses sonifikasi yang berdampak  pada  pecahnya  dinding  sel  yang
memungkinkan  terjadinya  proses  difusi menjadi lebih cepat.
Proses  kavitasi  tepat  pada  permukaan bahan  bawang  merah  (a),  lalu  ukuran gelembung  yang  semakin  membesar menyebabkan  gelembung  tersebut  pecah dan  menimbulkan  tekanan  yang  tinggi  (b dan  c).  Tekanan  yang  timbul  berdampak pada  pecahnya  sel  bawang  merah  dan kandungan minyak bawang merah terlepas ke pelarut (d) sehingga yield yang dihasilkan semakin besar [9].
Penggunaan ultrasonik dalam proses ekstraksi memiliki banyak
kelebihan  dibanding  dengan  ekstraksi konvensional.  Kelebihannya  antara  lain adalah  mempu  mempercepat  proses ekstraksi  dan  mampu  mengurangi  jumlah pelarut yang digunakan. Selain itu metode ini  lebih  aman  digunakan  untuk  bahan yang memiliki sifat sensitif terhadap suhu ( thermolabile) [10]. Berdasarkan penjelasan  diatas  dapat  disimpulkan bahwa bahwa metode MUSDf lebih efisien daripada metode MSDf.
Grafik 1. Yield Minyak Bawang Merah dengan Metode MSDf dan MUSDf
Gambar 2. Mekanisme Gelembung Kavitasi
a b c d
Ferdiansyah A., dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 86-94
3.2 Pengaruh Metode Ekstraksi

## terhadap Kualitas Minyak Bawang Merah
Kualitas  minyak  bawang  merah  yang dihasilkan  menjadi  parameter  keberhasilan suatu  metode  ekstraksi.  Oleh  karena  itu produk  minyak  atsiri  yang  dihasilkan  perlu dilakukan  uji Gass  Chromatography  Mass Spectrometry (GC-MS)  utuk  mengetahui kadar  zat  organosulfur  yang  merupakan bahan  aktif  dalam  bawang  merah.  Semakin tinggi  kadar  organosulfur,  maka  kualitas produk  yang  dihasilkan  semakin  baik. Berikut  ini  merupakan  hasil  uji  GCMS  pada minyak bawang merah dengan metode MSDf dan MUSDf yang disajikan pada Gambar 3.
Dari  hasil  uji  GCMS  pada  Gambar  3 terlihat  bahwa  minyak  bawang  merah  yang
diperoleh  dengan  metode  MSDf  (a)  pada retention  time 4,311  menit  terdeteksi senyawa dipropyl  disulfide sebesar  17,16% dan  pada retention  time 7,320  menit terdeteksi  senyawa bis  (3-hidroxypropyl) disulfide sebesar  30,93%.    Sedangkan minyak  bawang  merah  yang  diperoleh dengan  metode  MUSDf  (b)  pada retention time 4,298 menit terdeteksi senyawa dipropyl disulfide sebesar  20,80%  dan  pada retention time 7,292  menit  terdeteksi  senyawa bis  (3- hidroxypropyl)  disulfide sebesar  33,76%. Data  hasil  uji  GCMS  kandungan  minyak bawang  merah  dengan  metode  MSDf  dan MUSDf  selengkapnya  disajikan  pada  Tabel 1.
Gambar 3. Hasil Uji GCMS pada Minyak Bawang Merah dengan Metode MSDf (a) dan MUSDf (b)
(a) (b)
Hasil  uji  GCMS  pada  tabel  1  diatas, terlihat  bahwa  sebagian  besar  kandungan minyak  bawang  merah  yang  diperoleh dengan  metode  MSDf  dan  MUSDf  adalah senyawa  organosulfur  ( disufide,  trisulfide, tetrasulfide ). Hal ini sesuai dengan penelitian Chun-Lin  Ye  et  al.  (2012)  tentang  ekstraksi minyak  bawang  merah  dengan  metode Supercritical  CO 2 Extraction. Dari  hasil penelitian tersebut menyatakan bahwa komposisi  kimia  dari  minyak  bawang  merah hasil analisis GCMS yang paling representatif adalah senyawa organosulfur.
Persentase  kandungan  organosulfur yang  dihasilkan  pada  metode  MSDf  dan MUSDf  memiliki  perbedaan.  Persentase kandungan  organosulfur  pada  metode  MSDf adalah Bis-3-hydroxypropyl disulfide (30,93%),  dipropyl  disulfide  (17,16%),
methyl  propyl  disulfide  (5,28%),  dimethyl trisulfide  (0,84%),  dan  dimethyl  tetrasulfide (0,46%).  Sedangkan  pada  metode  MUSDf, persentase  kandungan  organosulfur  yang dihasilkan yaitu Bis-3-hydroxypropyl disulfide (33,76%), dipropyl disulfide (20,80%),  methyl  propyl  disulfide  (5,61%), dimethyl  trisulfide  (0,63%),  dan  dimethyl tetrasulfide (0,34%). Apabila senyawa organosulfur tersebut ditotal, diperoleh persentase  sebesar  54,67%  untuk  metode MSDf  dan  61,14%  untuk  metode  MUSDf. Jika  dibandingkan  dengan  penelitian  Chun- Lin Ye et al. (2012) kandungan organosulfur yang  dihasilkan  sebesar  56,22%  .  Hal  ini menunjukkan bahwa penambahan gelombang ultrasonik  mampu  meningkatkan  kadar organosulfur dalam minyak bawang merah.
Tabel 1. Hasil Analisis GCMS Komponen dalam Minyak Bawang Merah
No. Komponen Metode MSDf (%) MUSDf (%) 1 Bis-3-Hydroxypropyl Disulfide 30,93 33,76 2 Pentafluoro Benzene 28,94 24,51 3 Dipropyl Disulfide 17,16 20,80 4 Benzoic Acid 10,13 10,04 5 Methyl Propyl Disulfide 5,28 5,61 6 Dimethyl Trisulfide 0,84 0,63 7 Dimethyl Tetrasulfide 0,46 0,34 8 1,1-Thiobis Propane 0,40 0,23 9 1,3,5-Trithlane 0,27 0,16 10 Beta-caryophyllene 0,13 0,10
Tabel 2 . Konsumsi Energi pada Proses Ekstraksi Parameter Metode MSDf MUSDf Waktu Ekstraksi (jam) Waktu Sonifikasi (jam) Daya Input Ekstraksi (kW) Daya Input Sonifikasi (kW) Total Daya (kWh) 1 - 2,25 - 2,25 1 0,5 2,25 0.03 2,265 Yield (ml/kg) 0,80 0,96 Konsumsi Energi (kWh/ml) 2,812 2,360 3.3 Analisis  Konsumsi  Energi  pada

## Proses Ekstraksi
Analisis konsumsi energi sangat dibutuhkan untuk mengetahui efektivitas dari sebuah  metode.  Melalui  analisis  ini  energi yang  digunakan  selama  proses  ekstraksi dihitung  dan  dibandingkan  dengan  produk yang  dihasilkan  sehingga  akan  didapatkan berapakah  kebutuhan  energi  per  ml  dari produk.  Semakin  rendah  energinya  maka semakin  efisen  metode  tersbut.  Berikut disajikan tabel 2 yang merupakan perbandingan  konsumsi  energi  dari  kedua metode yang digunakan pada penelitian ini.
Dari  tabel  2.  dapat  dilihat  bahwa dengan waktu yang sama yaitu 1 jam, energi yang  dibutuhkan  untuk  mendapatkan  per  ml minyak  bawang  merah  dari  metode  MSDf sebesar  2,812  kWh  sedangkan  untuk  metode MUSDf sebesar 2,360 kWh. Melalui data ini bisa  disimpulkan  bahwa  metode  MUSDf lebih hemat energi hingga 16% dibandingkan dengan metode MSDf.

## 4. Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan  didapatkan  kesimpulan  bahwa penambahan  gelombang  ultrasonik  mampu meningkatkan  yield  minyak  bawang  merah sebesar  20%  dan  mampu  meningkatkan kualitas  kadar  organosulfur  minyak  bawang merah  dari  54,67%  menjadi  61,14%.  Jika ditinjau  dari  energi,  penambahan  gelombang ultrasonik  mempu  menurunkan  konsumsi energi sebesar 16 %.
Melalui  penelitian  ini  dapat  terlihat bahwa  pengaruh  penambahan  gelombang ultrasonik cukup signifikan untuk meningkatkan  kuantitas  dan  kualitas  dari ekstrak bawang merah. Oleh karena itu perlu dilakukan upaya penelitian lebih lanjut untuk melakukan scaling  up dari  proses  yang  telah dilakukan  dari  penelitian  ini  sehingga  bisa didapatkan  hasil  yang  sama  setelah  proses scaling up tersebut.

## Daftar Pustaka
[1] Lin,  C.  M.,  Sheu,  S.  R.,  Hsu,  S.  C.,  & Tsai,  Y.  H.  (2010).  Determination  of
Bactericidal  Efficacy  of  Essential  Oil Extracted  from  Orange  Peel  on  the Food  Contact  Surfaces.  Food  Control,
1710-1715.
[2] Muhlizah,  F.  dan  S.  Hening-S.  2000. Sayur  dan  Bumbu  Dapur  Berkhasiat Obat. Jakarta: Penebar Swadaya.
[3] Eric  Block,  et  al.  (1978).  Reactions  of Organosulfur  Compounds.  Department of  Chemistry,  University  of  Missouri, St. Louis, Missouri. Vol. 37.
[4] Chun-Lin Ye, et al. (2012). Supercritical CO2 Extraction Optimization  of  Onion  Oil  Using Response Surface Methodology.
School  of  Biological  and  Chemical Engineering,  Zhejiang  University  of
Science  and  Technology,  Hangzhou,
China. No.4, 646-652.
[5] Li-Guo Zhang, et al. (2014). Extraction and  Quality  Analysis  of  Volatile  Oils from  Onions  by  Coupling  Pilot  and Laboratory Equipment Based on Multi- Rectification.Separation and Purification Technology.
[6] Khan,  M.  K.,  Vian,  M.  A.,  Tixier,  A. S.,  Chemat,  F.,  &  Dangles,  O.  (2010). Ultrasound-Assisted Extraction of
Polyphenols  (Flavanone  Glycosides) from  Orange  (Citrus  sinensis  L.)  Peel. Food Chemistry, 851-858.
[7] Pratiwi,  L.,  Rachman,  M.  S.  dan Hidayati, N., (2016). Ekstraksi Minyak Atsiri  dari  Bunga  Cengkeh  dengan Pelarut Etanol dan N-Heksana. s.l., s.n.
[8] Liu, Q. M., Yang, X. M., Zhang,  L., & Majetich,  G.  (2010).  Optimization  of Ultrasonic-Assisted Extraction of Chlorogenic Acid from Folium eucommiae  and  Evaluation  of  its Antioxidant Activity. Journal of Medicinal Plants Research Vol. 4 (23), 2503-2511.
[9] Chemat,  F.,  Virot,  M.,  Tamao,  V., Ginies,  C.,  &  Visinoni,  F.  (2008). Green  Procedure  with  a  Green  Solvent for  Fats  and  Oils  Determination: Microwave-integrated  Soxhlet  Using Limonene  Followed  by  Microwave Clevenger  Distillation.  Journal  of Chromatography A, 147–152.
[10] Garcı´a-Pe´rez,  J.  V.,  Ca´rcel,  J.  A., Fuente-Blanco,  S.  d.  l.  dan  Sarabia,  E. R.-F.,  2006.  Ultrasonic  Drying  of
Foodstuff in a Fluidized Bed: Parametric Study. Journal of Ultrasonics, Volume 44, pp. 539-543