## Studi Pemilihan Proses Pabrik Gliserol Monostearat
Delyana Ratnasari, Sahara Tulaini, Heru Setyawan, dan Ni Made Intan Putri Suari Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : madeintan@chem-eng.its.ac.id
Abstrak—Surfaktan berfungsi menjaga kestabilan suatu emulsi agar  tetap  homogen,  dengan  cara  menurunkan  tegangan permukaan. Saat ini, industri yang memproduksi surfaktan di Indonesia  masih  menggunakan  bahan  baku  yang  berasal  dari minyak  bumi  tak  terbarukan  (surfaktan  sintetis).  Gliserol monostearat  (GMS)  merupakan  jenis  surfaktan  yang  sering digunakan  dan  hingga  saat  ini  belum  ada  pabrik  gliserol monostearat  yang  didirikan  di  Indonesia.  Kegunaan  gliserol monostearat  dalam  industri  misalnya  sebagai  pearlizing agent, emulsifier dan dispersan. Pemilihan proses untuk memproduksi gliserol  monostearat  perlu  dianalisis  agar  produksi  yang dihasilkan lebih optimal. Gliserol monostearat dapat diproduksi melalui  dua  macam  proses,  yaitu  proses  esterifikasi  dan transesterifikasi.  Pada  proses  esterifikasi,  digunakan  bahan baku  berupa  gliserol  dan  asam  stearat  menggunakan  katalis asam  atau  basa.  Sedangkan  pada  proses  trans-esterifikasi (gliserolisis),  bahan  baku  yang  digunakan  yakni  trigliserida berupa tristearat dan gliserol menggunakan katalis basa.  Dari studi  yang  telah  dilakukan,  proses  esterifikasi  lebih  dipilih karena  ditinjau  dari  aspek  teknis,  aspek  operasi  dan  aspek lingkungan,  proses  esterifikasi  lebih  baik  daripada  proses transesterifikasi.
Kata Kunci—Gliserol Monostearat, Seleksi proses, Esterifikasi, Transesterifikasi

## I. PENDAHULUAN
ERATURAN  Presiden  No.  5/2006  tentang  Kebijakan Energi Nasional menyebutkan kuota bahan bakar nabati (BBN) jenis biodiesel pada tahun 2011-2015 sebesar 3 persen dari konsumsi energi nasional atau setara dengan 1,5 juta kilo liter. Padahal kapasitas produksi biodiesel dalam negeri baru mencapai 680 ribu kilo liter. Target ketersediaan 1,5 juta kilo liter, produksi biodiesel di Indonesia masih kurang 820 ribu kilo  liter  [1].  Apabila  diperkirakan  rata-rata  konversi biodiesel sebesar 90%, maka gliserol yang dihasilkan adalah 10% dari produksi. Hal tersebut menyebabkan gliserol yang akan  terus  bertambah  pada  tiap  tahunnya.  Tujuan  dari Pembuatan turunan gliserol adalah membuat turunan gliserol memiliki nilai ekonomi yang lebih tinggi. Salah satu turunan gliserol  yang  dapat  dikembangkan  dan  bernilai  ekonomi tinggi  adalah  Gliserol  Monostearat  sebagai  zat  aditif  pada makanan.
Gliserol  Monostearat  (GMS)  merupakan  salah  satu  jenis surfaktan  yang banyak diaplikasikan dalam industri farmasi dan  makanan, terutama industri bakery . Namun, banyaknya kebutuhan gliserol monostearat di Indonesia tidak didukung dengan  pasokan  gliserol  monostearat  yang  mencukupi sehingga harus mengimpor seluruh kebutuhan dalam jumlah besar.  Secara  umum,  gliserol  monostearat  dapat  dibuat dengan bahan baku gliserol dan asam stearat dengan proses esterifikasi  atau  dari  gliserol  dan  trigliserida  dengan  proses transesterifikasi. Gliserol dan asam stearat merupakan salah satu  jenis  produk  dari  industri  oleokimia  sedangkan
trigliserida didapatkan dari proses esterifikasi gliserol dengan fatty acid yang berasal dari industri oleokimia. Gliserol dapat diperoleh dari hasil olahan CPO menjadi oleokimia dan dari hasil produksi samping CPO menjadi biodiesel.
Kapasitas  produksi  industri  oleokimia  di  Indonesia  pada tahun 2013, terutama untuk produksi fatty acid , fatty alcohol , dan  produk  akhir  lainnya  mencapai  1,599  juta  ton/tahun. Terdapat beberapa produsen oleokimia antara lain MT/tahun dengan lokasi di Riau dan Gresik sedangkan produksi crude palm oil (CPO) sebagai bahan baku dasar industri oleokimia dari  tahun  ke  tahun  terus  meningkat  dengan  rata-rata kenaikan  9,52  persen/tahun,  tercatat  pada  tahun  2016 produksi  CPO  di  Indonesia  mencapai  32  juta  ton  dan sebanyak 27 juta ton di ekspor dan sisanya diolah lebih lanjut dalam negeri.
Selain  dari  oleokimia,  gliserol  dapat  diperoleh  dari  hasil produk samping biodiesel sebesar ± 10% dari total kapasitas produksi.  Pada  tahun  2013,  kapasitas  produksi  biodiesel  di Indonesia  mencapai  4,997  juta  ton/tahun  dan  Jawa  Timur menghasilkan biodiesel sebanyak 1,57 juta ton/tahun dengan salah  satu  produsen  terbesar  yakni  PT  Wilmar  Nabati Indonesia  di  Gresik  dengan  kapasitas  mencapai  1,3  juta ton/tahun.  Sehingga  kebutuhan  bahan  baku  pembuatan gliserol  monostearat  dapat  dipenuhi  dari  dalam  negeri mengingat banyaknya jumlah olahan CPO menjadi oleokimia serta  gliserol  dari  hasil  samping  produksi  industri  biodiesel yang sedang berkembang pesat.
Pada  tahun  2006,  data  kebutuhan  surfaktan  di  Indonesia mencapai  sekitar  95000  ton  per  tahun,  sedangkan  kapasitas produksi dalam negeri  hanya  55000 ton per tahun sehingga sebanyak 44500 ton lainnya dipenuhi melalui kegiatan impor [2].

## Gambar 1. Penggunaan emulsifiers pada industri makanan.
Pada  tahun  2015  ditinjau  dari  aplikasi  pengemulsi makanan,  sebanyak  59,4%  pengemulsi  makanan  digunakan dalam produksi bakery and confectionary . Sisanya digunakan dalam  produksi  susu  dan  produk  lainnya  [3].  Salah  satu industri bakery terbesar  di  Indonesia  yakni  PT  Nippon Indosari Corpindo dapat memproduksi 182.092,8 kg roti/hari dengan asumsi penggunaan GMS  0,015/kg roti. PT Nippon Indosari  Corpindo  memiliki  4  pabrik  utama  untuk
P
memproduksi  roti  yakni  di  Cikarang,  Pasuruan,  Semarang, dan Medan
Sedangkan, pada tahun 2016 ditinjau dari area pemasaran pengemulsi  makanan,  pada  tahun  2016,  sebanyak  24% konsumsi pengemulsi  makanan berada di Asia Pasifik  yang menempati posisi kedua setelah Eropa [3].
Gambar 2. Area pemasaran emulsifier makanan.
Diperkirakan hingga tahun 2025 monogliserida menempati urutan  pertama  bahan  pengemulsi  dengan  permintaan tertinggi karena kebutuhan pengemulsi berbasis bahan baku alami  sangat  dipertimbangkan  untuk  keuntungan  jangka panjang. Hal ini berarti permintaan akan gliserol monostearat sebagai salah satu jenis monogliserida akan terus naik di masa mendatang.  Sehingga  dapat  diprediksi,  GMS  memiliki potensi sebagai salah satu jenis emulsifier yang menjanjikan dan dominan di masa mendatang [3].
Gambar 3 . Analisa pasar emulsifies untuk makanan berdasarkan jenis.
Dari tinjauan tersebut, produk GMS untuk industri bakery sangat berpotensi untuk dikembangkan. Selain itu, pendirian pabrik  gliserol  monostearat  sendiri  sangat  berpotensi  untuk dikembangkan juga dikarenakan di Indonesia sampai saat ini belum  ada  pabrik  gliserol  monostearat  yang  didirikan  di Indonesia
Dalam  industri bakery, gliserol  monostearat  digunakan sebagai pengemulsi yang bertujuan untuk menjaga kestabilan suatu  emulsi  (campuran  zat  yang  berbeda  polaritasnya  atau tidak  saling  larut)  dengan  cara  menurunkan  tegangan permukaan  sehingga  dapat  mencegah  terpisahnya  antara  2 cairan yang berbeda, serta dapat memperbaiki tekstur produk pangan sehingga meningkatkan nilai jual dari produk pangan tersebut  [1].  Kegunaan  gliserol  monostearat  dalam  industri yang  lain  yakni  sebagai pearlizing  agent ,  emulsifier  dan lotion dalam shampoo . Pemilihan proses untuk memproduksi gliserol  monostearat  perlu  dianalisis  lebih  lanjut  agar produksi yang dihasilkan dari suatu industri ini lebih optimal.

## II. PEMILIHAN PROSES
Pemilihan  proses  suatu  pabrik  merupakan  salah  satu masalah  pokok  yang  menunjang  keberhasilan  suatu  pabrik dan akan mempengaruhi kelangsungan dan kemajuan pabrik tersebut.  Gliserol  Monostearat  (GMS)  dapat  diproduksi melalui  dua  macam  proses,  yaitu  proses  esterifikasi  dan
transesterifikasi. Dalam pemilihan proses perlu dipertimbangkan beberapa aspek seperti aspek teknis, aspek operasi, aspek lingkunan dll. Pemilihan proses sangat penting dilakukan  untuk  memperoleh  produk  bernilai  jual  tinggi dengan  bahan  baku  yang  murah  dan  biaya  produksi  yang rendah.

## A. Proses Esterifikasi
Pada  proses  esterifikasi,  digunakan  bahan  baku  berupa gliserol  dan  asam  stearat  menggunakan  katalis  asam  atau basa.  Reaksi  dikatalisis  oleh  suatu  asam  dan  bersifat reversible [4]. Umumnya katalis asam yang sering digunakan adalah hydrogen klorida dan asam sulfat.dengan mekanisme reaksi seperti ditunjukkan dalam gambar 4.
Gambar 4. Mekanisme reaksi esterifikasi dengan katalis asam .
Asam karboksilat akan membentuk suatu ester karboksilat dengan R dan  R’  merupakan  alkil atau aril.  Laju reaksi ini bergantung  dari  halangan  sterik  asam  karboksilat  dan alkohol,  sehingga  laju  esterifikasi  dipengaruhi  oleh  jenis asam dan alkohol yang digunakan dalam reaksi.
Sedangkan,  reaksi  esterifikasi  menggunakan  katalis  basa umumnya basa yang digunakan seperti natrium, kalium atau kalsium  hidroksida.  Katalis  asam  dan  basa  yang  digunakan adalah  katalis  homogen.  Penggunaan  katalis  homogen  ini memiliki  beberapa  kelemahan  yaitu  bersifat  korosif, berbahaya karena dapat merusak kulit, mata, paru-paru, sulit dipisahkan  dari  produk,  dapat  mencemari  lingkungan  dan tidak  dapat  digunakan  kembali  [5].  Untuk  menghindari pencemaran lingkungan katalis asam dan basa nantinya akan dinetralisasi  menggunakan  asam/basa  sehingga  dihasilkan garam yang lebih ramah lingkungan
Esterifikasi  merupakan  reaksi  yang  tejadi  antara  asam lemak dengan gugus alkohol yang menghasilkan gugus ester dan air. Berdasarkan stoikiometri reaksi, untuk membentuk 1 mol  gliserol  monostearat  dibutuhkan  1  mol  gliserol.  Reaksi esterfikasi pembentukan GMS sebagai berikut :
Gambar 5. Reaksi esterifikasi pembentukan gliserol monostearat.
Pada  reaksi  esterifikasi  yang  terjadi  untuk  membentuk GMS, tidak diperlukan pemisahan di awal karena digunakan
asam  stearat  dengan  kemurnian  tinggi.  Namun,  dibutuhkan penetralan katalis menggunakan asam (asam fosfat) di akhir proses.
Gambar 6. Blok diagram proses esterifikasi gliserol monostearat.
Proses esterifikasi dilakukan pada temperatur 240 - 250 o C dan tekanan 3,4 atm [1]. Konversi yang dapat dicapai dalam reaksi pembentukan gliserol monostearat sebesar 90 – 95%. Produk  yang  keluar  dari  tahapan  proses  esterifikasi diumpankan ke proses evaporasi untuk menguapkan gliserol yang  nantinya  akan  diumpankan  kembali  bersama fresh gliserol sebagai recycle gliserol. Produk bawah dari tahapan evaporasi  berupa  campuran  produk  dan  katalis  akan  di netralkan  kemudian.  Kemudian  dilakukan  kristalisasi  untuk membentuk  produk  gliserol  monostearat  berbentuk  padatan atau powder.
B. Proses Trans-Esterifikasi
Transesterifikasi  adalah  reaksi  pembentukan  ester  dari suatu senyawa ester lain melalui pertukaran gugus alkil dari ester  yang  bereaksi  dengan  suatu  alcohol.  Reaksi transesterifikasi dapat dikatalisis oleh asam maupun basa [6]. produk hasil transesterifikasi berupa alkil ester dan gliserol, dengan mekanisme reaksi seperti disajikan dalam gambar 7.
Gambar 7. Mekanisme reaksi transesterifikasi trigliserida.
Dari Gambar 7 pada proses trans-esterifikasi (gliserolisis), bahan  baku  yang  digunakan  yakni  trigliserida  berupa tristearat  dan  gliserol.  Proses  ini  umumnya  menggunakan katalis basa seperti natrium,  kalium dan kalsium hidroksida karena  apabila  menggunakan  katalis  asam  ditakutkan terjadinya  saponifikasi.  Transesterifikasi  merupakan  reaksi pembentukan  ester  dan  gliserol  dari  trigliserin  (lemak  atau minyak)  dengan  gugus  alkohol.  Berdasarkan  stoikiometri reaksi,  untuk  membetuk  3  mol  gliserol  monostearat  hanya dibutuhkan 2 mol gliserol dan 1 mol trigliserida. Akan tetapi pada reaksi transesterifikasi dapat terbentuk gliserol distearat sehingga mengurangi konversi produk GMS.
Gambar 8. Reaksi trans esterifikasi pembentukan gliserol monostearat.
Sebelum diumpankan ke dalam reaktor, kandungan asam lemak  bebas  (FFA)  dalam  trigliserida  perlu  dipisahkan terlebih  dahulu  dan  diakhir  proses  harus  dipisahkan  antara gliserol  monostearat  dan  gliserol  distearat.  Semakin  tinggi rasio gliserol terhadap trigliserida maka semakin tinggi pula temperatur  yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  reaksi sempurna. Gliserol dapat terkonversi menjadi acrolein pada temperatur  255°C  dalam  suasana  asam,  namun  formasi acrolein tidak  akan  terjadi  apabila  digunakan  katalis  basa pada temperatur 260°C [7] .
Gambar 9. Blok Diagram Proses Trans Esterifikasi Gliserol Monostearat.
Proses trans-esterifikasi dilakukan pada temperatur 260 o C dan tekanan 13,61 atm yang diinjeksikan nitrogen ke dalam reaktor  untuk  mencegah  oksidasi.  Konversi  yang  dapat dicapai  dalam  reaksi  pembentukan  gliserol  monostearat sebesar  90-92%.  Kemudian  produk  dinetralisasi  dan memasuki tahap pemisahan menggunakan distilasi molekuler/fraksionasi untuk memisahkan produk
monogliserida dan digliserida. Setelah melalui pemisahan ini selanjutnya  gliserol  monostearat  dikristalisasi  dan  pisahkan dari garam dan air yang masih tersisa
Jika  ditinjau  dari  bahan  baku  utama  yang  digunakan, proses  transesterifikasi  lebih  ekonomis  daripada  proses esterifikasi karena menggunakan trigliserida berupa tristearin sebagai bahan baku utama, akan tetapi konversi produk yang dihasilkan  dari  proses  transesterifikasi  tidak  dapat  sebesar proses esterifikasi. Hal ini dikarenakan proses transesterifikasi  menghasilkan  produk  lain  yaitu  digliserida yang masih harus dipisahkan kembali.

## C. Seleksi Proses
Berdasarkan uraian dan data-data yang telah dijelaskan di atas maka didapatkan perbandingan sebagai berikut.
Tabel. 1 Perbandingan Macam Proses Produksi Gliserol Monostearat No. Parameter Macam Proses Esterifikasi Transesterifikasi Aspek Teknis 1. Konversi (%) 90 – 95 90 – 92 2 Yield (%) 92 65,4 Aspek Operasi 3. Temperatur ( o C) 240-250 260 4. Tekanan (atm) 3,4 13,61 Aspek Lingkungan 5. Hasil Samping H 2 O
FFA, H 2 O ; Gliserol Distearat
Pada pendirian pabrik gliserol monostearat, dipilih proses esterifikasi dengan pertimbangan sebagai berikut:
1. Didapatkan  konversi  dan  yield  yang  tinggi  tanpa menggunakan proses lebih lanjut.
2. Rangkaian  proses  lebih  sederhana  karena  tidak memerlukan separator di awal dan akhir proses.
3. Tekanan yang dipakai lebih rendah meskipun suhu yang digunakan tidak terlalu jauh perbedaannya.
4. Hasil  samping  lebih  sedikit  sehingga  lebih  aman dibanding proses yang lain.

## D. Uraian Proses Terpilih

## Gambar 10. Proses pembuatan gliserol monostearat secara esterifikasi.
Proses produksi gliserol monostearat dari asam stearat dan gliserol dengan proses esterifikasi terbagi menjadi tiga tahap proses utama, yaitu:
1) Tahap Pre-treatment
Pada  tahap  ini  bahan  baku  dikondisikan  untuk  mencapai kondisi  operasi  sebelum  masuk  dalam  reaktor  esterifikasi. Bahan baku asam stearat, gliserol dan NaOH dicampur dalam perbandingan mol 1:1,06:0,07 dalam mol.
Pada glycerol  storage  tank ,  gliserol  dipanaskan  terlebih dahulu  dari  ±  25  ºC  hingga  135  ºC  untuk  menurunkan viskositas gliserol agar mudah dialirkan menuju mixing point . Tangki  tersebut  dilengkapi  dengan coil pemanas  dengan sumber panas dari high pressure steam dimana suhu glycerol dalam  tangki  diatur  oleh thermostatic  control  valve . Kemudian  gliserol  dari  tangki glycerol dipompa  menuju mixing point menggunakan pompa.
Pada stearic acid storage tank yang berisi asam stearat di kondisikan pada suhu 76 ºC yang dimana tangki dilengkapi coil pemanas  seperti  tangki glycerol dengan  tujuan penggunaan  yang  sama.  Kemudian  asam  stearat  di  alirkan dalam mixing  tank menggunakan  pompa,  sedangkan  NaOH langsung di pompa menuju mixing tank menggunakan pompa tanpa dipanaskan terlebih dahulu.
Semua  bahan  baku  tercampur  dalam mixing  tank dan masuk  ke  dalam preheater untuk  dinaikkan  temperaturnya hingga 250 o C yang bertujuan untuk mengurangi beban energi dalam reakor. Campuran bahan baku dengan temperatur 250
o C diumpankan ke dalam reaktor esterifikasi  menggunakan pompa.

## 2) Tahap Esterifikasi
Pada tahap ini, campuran asam stearat, gliserol, dan NaOH dalam  reaktor  esterifikasi  akan  terjadi  reaksi  esterifikasi antara  asam  stearat  dan  gliserol  membentuk  gliserol monostearat  dengan  bantuan  katalis  NaOH.  Selain  asam stearat  terdapat  asam  palmitat  yang  ikut  bereaksi  dengan gliserol  membentuk  gliserol  monopalmitat.  Reaksi  yang terjadi adalah sebagai berikut:
a. Pembentukan Gliserol Monopalmitat
C 16 H 32 O 2 + C 3 H 8 O 3  C 19 H 38 O 4 + H 2 O b. Pembentukan Gliserol Monostearat
C 18 H 36 O 2 + C 3 H 8 O 3  C 21 H 42 O 4 + H 2 O Reaktor  dilengkapi dengan heating jacket untuk  menjaga suhu reaktor pada suhu 250. Reaksi berlangsung selama 4,5 jam. Produk yang keluar dari reaktor esterifikasi merupakan campuran  dari  gliserol  monostearat,  gliserol  monopalmitat, air,  NaOH  dan  asam  stearat  serta  asam  palmitat  yang  tidak bereaksi  dengan  temperatur  170 o C  dan  tekanan  3,4  atm. Produk  keluaran  reaktor  esterifikasi  dialirkan  menuju  tahap selanjutnya melewati back pressure valve hingga tekananya turun mencapai 1 atm.
3) Tahap Pemurnian
Produk keluaran reaktor esterifikasi diumpankan ke dalam flash  distillation yang  dioperasikan  pada  suhu  170 o C  dan tekanan vakum 0,07 atm menggunakan steam ejector untuk untuk memisahkan air dari hasil reaksi dan sebagian gliserol yang  tidak  bereaksi.  Uap  yang  keluar  dari flash  distillation dinaikan tekanannya hingga 1 atm menggunakan kompresor, uap akan masuk ke kondenser untuk mengubah sebagian fasa uap menjadi cair. Aliran uap-cair ini akan masuk flash drum untuk dipisahkan antara uap air dan gliserol sehingga gliserol dapat  di  alirkan  kembali  ke glycerol  storage  tank ,  gliserol dialirkan menggunakan pompa sedangkan uap air di buang ke atmosfer.  Campuran  yang  tidak  teruapkan  dalam flash distillation masuk  ke  dalam flash  distillation  cooler menggunakan pompa untuk diturunkan suhunya hingga 100 o C sebelum masuk ke neutralizer . Pada neutralizer (R-320)  kandungan  NaOH  dalam campuran  akan  dinetralkan  menggunakan  asam  fosfat sehingga  membentuk  garam  Na 3 PO 4 ,  penambahan  asam fosfat terhadap NaOH yakni dengan perbandigan 1:3 dalam mol.  Produk  hasil  netralisasi  diumpankan  ke  dalam crystallizer ,  yang  bertujuan  membentuk  padatan  berupa kristal  gliserol  monostearat  dan  gliserol  monopalmitat. Kristalisasi  dilakukan  dengan  cara  menurunkan  temperatur hingga  40 o C.  Produk  yang  keluar  dari crystallizer berupa campuran kristal, garam Na 3 PO 4 dan liquor (air) diumpankan ke  dalam centrifuge untuk  dipisahkan  antara  filtrat  dan presipitat. Kristal gliserol monostearat hasil pemisahan dalam centrifuge disalurkan menggunakan konveyor dan diseragamkan ukurannya menggunakan ball mill kemudian diseleksi ukutannya hingga mencapai 60 mesh menggunakan screener. Produk yang telah sesuai ukurannya masuk ke GMS bin untuk ditampung sebelum

## IV. KESIMPULAN
Dari  studi  yang  telah  dilakukan  penulis,  maka  dapat disimpulkan  bahwa  pada  pendirian  pabrik  gliserol monostearat, dipilih proses esterifikasi dengan mempertimbangkan aspek teknis, operasi, dan lingkungan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] H. . Hui, Bailey’s Industrial Oil and Fat Products . New York: John
Wiley & Sons Inc, 1996.
[2] Wuryaningsih,  “Kebutuhan  akan  Penggunaan  Surfaktan  di Indonesia,” Jakarta, 2008.
[3] Administrator  Grand  View  Research,  “Food  Emulsifiers  Market Analysys,”
2017.
[Online]. Available: http://www.grandviewresearch.com. [4] Fessenden, Kimia Organik . Jakarta: Erlangga, 1986.
[5]
P.  Asthasari,  “Kajian  Awal  Pembuatan  Biodiesel  dari  Minyak Dedak Padi dengan Proses Esterifikasi,” Reaktor ,  vol.  12, no.  1, pp. 19–21, 2008.
[6] L. Widyastuti, “Reaksi Metanolisis Biji Jarak Menjadi Metil Ester sebagai Bahan BakarPengganti Minyak Diesel dengan Menggunakan Katalis KOH,” Semarang, 2007.
[7] N.  Sonntag,  “Glycerolysis  of  fats  and  methyl  esters  —  Status, review and critique,” J. Am. Oil Chem. Soc. , vol. 59, no. 10, pp. 795A–802A, 1982.