ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 12 (3) (2009): 1 – 5
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Sintesis Emulsifier Ester Sukrosa Asam Lemak ( FACE ) Dari Minyak Jagung Menggunakan Na 2 CO 3
Ardhita Niken Destiana a , Ismiyarto a* , Ngadiwiyana a
a Organic Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: ismiyarto@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords: Corn oil,
transesterification reaction, sucrose fatty acid ester, emulsifier
A synthesis of fatty acid sucrose ester (FACE) emulsifiers from corn oil using Na 2 CO 3 has been conducted. The FACE synthesis was performed by refluxing method using fatty acid methyl  ester  (FAME),  sucrose,  methanol  solvent  and  Na 2 CO 3 catalyst  with  variation  of catalyst weight ratio to FAME were 1.5%, 3%, 4.5%, 6% and 7.5 %. The FACE optimum condition occurred in the Na 2 CO 3 weight ratio of 6% with degree of transesterification was 1,169 and emulsion time of 347.47 sec. The GC-MS analysis result on FAME showed the composition of major compound of FAME was linoleic acid methyl ester, oleic acid methyl ester, palmitic acid methyl ester and methyl ester of stearic acid. The amount of catalysts affected the resulting FACE

## A b s t r a k
Kata kunci: minyak jagung, reaksi transesterifikasi, ester asam lemak sukrosa, emulsifier
Telah  dilakukan  penelitian  sintesis  emulsifier  ester  sukrosa  asam  lemak  ( FACE )  dari minyak  jagung  menggunakan  Na 2 CO 3 .  Sintesis FACE dilakukan  dengan  metode  refluks menggunakan  metil  ester  asam  lemak  ( FAME ),  sukrosa,  pelarut  metanol,  dan  katalis Na 2 CO 3 dengan variasi rasio berat katalis terhadap FAME 1,5%, 3%, 4,5%, 6%, dan 7,5%. Kondisi optimum FACE terjadi pada FACE dengan rasio berat Na 2 CO 3 6% dengan derajat transesterifikasi 1,169 dan waktu pecah emulsi 347,47 detik. Hasil analisis GC-MS pada FAME menunjukkan komposisi senyawa mayor penyusun FAME adalah metil ester asam linoleat, metil ester asam oleat, metil ester asam palmitat, dan metil ester asam stearat. Banyaknya katalis mempengaruhi FACE yang dihasilkan.

## 1. Pendahuluan
Tanaman  jagung  ( Zea  mays L)  di  Indonesia merupakan  tanaman  pangan  yang  penting  setelah  padi dan terdapat hampir di seluruh kepulauan Indonesia [1]. Dewasa ini, proporsi penggunaan jagung sebagai bahan pangan  cenderung  menurun,  tetapi  meningkat  sebagai pakan  ternak  dan  bahan  baku  industri,  salah  satunya minyak jagung [2].
Minyak jagung diperoleh dengan jalan mengekstrak bagian  lembaga.  Sistem  ekstraksi  yang  digunakan biasanya  sistem  press  ( pressing )  atau  kombinasi  sistem press  dan  ekstraksi  ( pressing  and  solvent  extraction ). Minyak jagung merupakan trigliserida yang disusun oleh
gliserol  dan  asam-asam  lemak.  Persentase  trigliserida sekitar 98,6%, sedangkan sisanya merupakan bahan non minyak,  seperti  abu,  zat  warna  atau  lilin.  Asam  lemak yang menyusun minyak jagung terdiri dari asam lemak jenuh  dan  asam  lemak  tak  jenuh.  Jumlah  asam  lemak jenuh dalam minyak jagung sekitar 13%, yaitu 10% asam palmitat dan 3% asam stearat. Sedangkan golongan asam lemak  tak  jenuh  yang  menyusun  trigliserida  minyak jagung sekitar 86% yang terdiri dari 30% asam oleat dan 56% asam linoleat [1].
Asam-asam lemak tersebut sangat berpotensi untuk diubah menjadi senyawa  metil  ester asam  lemak  (Fatty Acid  Methyl  Ester  (FAME))  yang  memiliki  banyak peranan  dalam  berbagai  macam  industri,  misalnya
biodiesel.  FAME  dapat  digunakan  untuk  sintesis  ester asam  lemak  karbohidrat  ( Fatty  Acid  Carbohydrate  Ester (FACE)) yang mempunyai fungsi sebagai emulsifier non ionik dan sebagai bahan baku industri polimer [3].
FAME dari minyak jagung dengan rantai asam lemak yang panjang dapat mengalami transesterifikasi dengan sukrosa  sehingga  menghasilkan  ester  asam  lemak sukrosa (FACE) yang merupakan senyawa amfifilik, yaitu senyawa  yang  mempunyai  gugus  hidrofilik  (polar)  dan hidrofobik (non polar) sehingga dapat digunakan sebagai emulsifier.
Pada  sintesis  FACE  ini,  katalis  merupakan  faktor yang  penting  dalam  reaksi  transesterifikasi  FAME menjadi  FACE.  Katalis  basa  lebih  sering  digunakan karena  kurang  korosif  dan  lebih  efektif  dibandingkan dengan  katalis  asam,  di  mana  katalis  basa  dapat mengikat ion H+ dari molekul alkohol menghasilkan RO- yang  merupakan  nukleofil  kuat  sehingga  reaksi transesterifikasi berlangsung lebih cepat. Na 2 CO 3 dipilih sebagai  katalis  karena  relatif  sedikit  menghasilkan  air, sehingga  memungkinkan  untuk  dilakukan  reaksi  pada suhu  yang  tinggi.  Banyaknya  katalis  tersebut berpengaruh  terhadap  produk  yang  dihasilkan.  Rasio berat katalis Na 2 CO 3 terhadap FAME pada sintesis FACE menentukan  derajat  transesterifikasinya.  Derajat transesterifikasi  ini  menunjukkan  banyaknya  gugus hidroksil (-OH) yang tersubstitusi menjadi gugus ester. Derajat transesterifikasi  FACE yang dihasilkan mempengaruhi kestabilannya sebagai emulsi.

## 2. Metodologi

## Penentuan Bilangan Asam
Minyak jagung sebanyak 10 gram dimasukkan dalam erlenmeyer 250 mL lalu ditambahkan campuran alkohol dengan  eter  1:1  serta  PP,  digojog.  Kemudian  larutan dititrasi  dengan  NaOH  0,1  N  hingga  berwarna  merah muda.  Selanjutnya  ditentukan  bilangan  asamnya  untuk mengetahui kadar FFA dalam minyak.
Bilangan asam = 𝑏×𝑁×40 𝑎 × 𝑓
Di mana:
a  = berat sampel minyak jagung (g) b = volume NaOH yang digunakan (mL)
f  = faktor pengenceran

## N = normalitas NaOH = 0,1 N

## Sintesis Metil Ester Asam Lemak (FAME)
Sebanyak  20  gram  minyak  jagung  dimasukkan  ke dalam  labu  refluks  leher  tiga  dan  dipanaskan  sampai suhu  50oC.  Selanjutnya  larutan  KOH  (0,1  gram)  dalam metanol  (4,3754  gram)  pada  corong  penambah dimasukkan ke dalam labu yang berisi minyak dan telah dipanaskan  tersebut.  Kemudian  campuran  direfluks selama  45  menit  pada  suhu  70oC  sambil  diaduk menggunakan magnetic stirer. Campuran yang diperoleh didiamkan  selama  30  menit  dan  setelah  pendiaman selama  30  menit  lapisan  ester  yang  terbentuk  pada lapisan  atas  dipisahkan  dari  gliserol  menggunakan
corong pisah. Kemudian FAME yang diperoleh dianalisis menggunakan GC-MS.

## Sintesis Ester Sukrosa Asam Lemak (FACE) dari FAME
Pada  tahap  ini,  sintesis  ester  asam  lemak  sukrosa dilakukan dengan memasukkan 3,625 gram sukrosa, 5,2 gram FAME, Na 2 CO 3 , dan pelarut metanol ke dalam labu leher  tiga  yang  telah  dirangkai  dengan  kondensor, termometer, pengaduk magnet, dan pemanas. Selanjutnya  campuran  diaduk  dengan  magnetic  stirer selama  2  jam.  Campuran  direfluks  pada  suhu  60oC dengan  variasi  berat  Na 2 CO 3 .  FACE  yang  dihasilkan disaring dengan corong Buchner dan hasil yang diperoleh dianalisis struktur kimianya menggunakan spektrofotometer  FTIR  yang  selanjutnya  digunakan untuk  menghitung  derajat  transesterifikasinya.  Setelah itu,  diuji  stabilitasnya  sebagai  emulsifier.  Proses dilakukan  untuk  persen  berat  Na 2 CO 3 terhadap  FAME 1,5%; 3%; 4,5%; 6% dan 7,5%.
Derajat Transesterifikasi 𝐴 𝐶=𝑂 𝐴 𝑂−𝐻 → 𝐴 =   − log 𝐼 𝐼 𝑜

## Uji Stabilitas FACE Sebagai Emulsifier
Uji stabilitas emulsifier dilakukan dengan membuat sistem emulsi minyak-FACE-akuades dengan perbandingan tertentu, sebanyak 2 gram minyak jagung ditambah 0,5 gram FACE (ester sukrosa) dan dilakukan pengocokan  yang  dilanjutkan  titrasi  dengan  aquades hingga  terbentuk  emulsi  dan  ditentukan  waktunya hingga  emulsi  pecah.  Sistem  emulsi  dibuat  dengan menggunakan  FACE  dengan  variasi  berat  Na 2 CO 3 yang sudah ditentukan.

## 3. Hasil Dan Pembahasan

## Penentuan Bilangan Asam
Bilangan  asam  merupakan  banyaknya  milligram basa  kuat  yang  dibutuhkan  untuk  menetralkan  asam lemak bebas yang terdapat dalam 1 gram minyak. Prinsip dari bilangan asam adalah penguraian asam lemak bebas menjadi  garam  asam  lemak  dan  airnya.  Penentuan bilangan asam bertujuan untuk mengetahui kadar asam lemak bebas dalam minyak. Setelah dilakukan penentuan bilangan asam  diperoleh  bilangan asam minyak  jagung tersebut sebesar 0,173296. Minyak ini masih merupakan campuran  antara  trigliserida  dan  asam  lemak  bebas. Bilangan  asam  sebesar  0,173296  menunjukan  bahwa kadar asam lemak bebas pada minyak sudah rendah. Jika kadar  asam  lemak  bebasnya  masih  tinggi,  maka  perlu diturunkan  terlebih  dahulu  karena  asam  lemak  bebas tersebut dapat bereaksi dengan KOH membentuk sabun sehingga  dapat  mempengaruhi  proses  transesterifikasi. Reaksi  saponifikasi  mengakibatkan  penurunan  jumlah KOH  sehingga  akan  mengurangi  efektifitasnya  sebagai katalis [3].
Gambar 1. Reaksi Saponifikasi Asam Lemak R OH O + KOH R OK O + H 2 O

## Sintesis Metil Ester Asam Lemak (FAME)
Sintesis  senyawa  metil  ester  asam  lemak  (FAME) dilakukan  dengan  mereaksikan  trigliserida  (minyak) dengan metanol menggunakan katalis KOH.
Tahap-tahap  reaksi  yang  terjadi  ditunjukkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Tahap-Tahap Reaksi Transesterifikasi Pada Sintesis FAME
Pencampuran  katalis  KOH  dengan  metanol  akan menyebabkan KOH mengalami ionisasi menjadi K+ dan OH-, kemudian ion OH- akan mengikat H+ pada metanol sehingga  akan  menghasilkan  ion  metoksida  (CH3O-) yang merupakan nukleofil yang lebih kuat dibandingkan metanol.  Ion  CH3O-  tersebut  akan  menyerang  gugus karbonil pada trigliserida menghasilkan metil ester asam lemak  dan  digliserida.  Digliserida  ini  kemudian  akan mengalami  reaksi  dengan  metoksida  yang  lain membentuk metil ester asam lemak dan monogliserida. Kemudian  monogliserida  ini  akan  mengalami  siklus katalitik yang sama membentuk metil ester dan gliserol.
Proses transesterifikasi menghasilkan dua fasa yang tidak saling bercampur. Fasa atas yang berwarna kuning muda  merupakan  FAME,  sedangkan  fasa  bawah  terdiri dari gliserol, katalis KOH dan metanol sisa yang berwarna kuning  tua.  Metil  ester  asam  lemak  (FAME)  yang diperoleh dari 20,0079 g minyak jagung adalah sebesar 20,5771 g.
FAME tersebut kemudian dianalisis dengan GC-MS. Analisis  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  komposisi senyawa  yang  terdapat  pada  FAME  dari  minyak  jagung ini.  Hasil  analisis  GC-MS  dari  FAME  ditampilkan  pada Gambar 3.
Gambar 3. Kromatogram FAME dari Minyak Jagung
Dari gambar di atas terlihat adanya 14 puncak yang berarti terdapat 14 senyawa yang berbeda dengan empat puncak  utamanya  adalah  puncak  nomor  4,  7,  8  dan  10. Data keempat puncak tersebut ditampilkan pada tabel 1.

## Tabel 1. Analisis FAME dengan GC-MS
Puncak Waktu retensi (menit) Kelimpahan (%) Massa molekul (g/mol) Metil ester 4 23,786 17,79 270 Asam palmitat 7 27,289 42,70 294 Asam linoleat 8 27,398 31,80 296 Asam oleat 10 27,776 5,36 298 Asam stearat
Dari  tabel  tersebut  dapat  diketahui  bahwa kandungan  metil  ester  terbanyak  dalam  FAME  adalah metil ester asam linoleat dengan kelimpahan 42,70%.
Sintesis Ester Sukrosa Asam Lemak ( FACE) dari FAME
Sintesis ester asam lemak sukrosa ( FACE ) dilakukan dengan mereaksikan FAME dengan sukrosa menggunakan  katalis  Na 2 CO 3 pada  temperatur  60°C selama 2 jam. Penggunaan katalis Na 2 CO 3 mempertimbangkan  terbentuknya  bikarbonat  sehingga tidak  terbentuk  air  dan  ester  tak  terhidrolisis [4](Adamopoulos,  2006).  Pada  sintesis FACE ini dilakukan lima variasi rasio berat Na 2 CO 3 terhadap berat FAME yaitu  1,5%;  3%;  4,5%;  6%  dan  7,5%.  Hasil  yang diperoleh  yaitu  berupa  padatan  berwarna  putih, sedangkan  berat  dan  titik  leleh  masing-masing  variasi FACE yang dihasilkan ditunjukkan pada tabel 2. berikut.
Tabel 2.  Hasil Optimasi Sintesis FACE
Berat Na 2 CO 3
(%b/b)
Berat Produk (g) Titik Leleh ( o C) 1,5 3,6661 184-186 3 3,6960 188-189 4,5 2,0480 189-190 6 3,0676 188-189 7,5 3,6532 183-184
Mekanisme  reaksi  transesterifikasi  yang  terjadi pada sintesis FACE ditunjukkan pada Gambar 4. berikut.
CH 3 O-H + OH CH 3 O + H 2 O H 2 C HC H 2 C O O O COR 1 COR 2 COR 3 + CH 3 O H 2 C HC H 2 C O O OH COR 1 COR 2 + R 3 COOCH 3 H 2 C HC H 2 C O O OH COR 1 COR 2 + CH 3 O H 2 C HC H 2 C O OH OH COR 1 + R 2 COOCH 3
H 2 C HC H 2 C O OH OH COR 1 + CH 3 O H 2 C HC H 2 C OH OH OH + R 1 COOCH 3 CH 3 O-H + OH CH 3 O + H 2 O H 2 C HC H 2 C O O O COR 1 COR 2 COR 3 + CH 3 O H 2 C HC H 2 C O O OH COR 1 COR 2 + R 3 COOCH 3 H 2 C HC H 2 C O O OH COR 1 COR 2 + CH 3 O H 2 C HC H 2 C O OH OH COR 1 + R 2 COOCH 3 H 2 C HC H 2 C O OH OH COR 1 + CH 3 O H 2 C HC H 2 C OH OH OH + R 1 COOCH 3 CH 3 OH + Na 2 CO 3 CH 3 O + Na + NaHCO 3
Gambar 4. Tahap-Tahap Reaksi Transesterifikasi Pada Sintesis FACE
Pada  reaksi  di  atas,  tahap  pertama  adalah  reaksi katalis Na 2 CO 3 dengan pelarut metanol menghasilkan ion metoksida  yang  akan  menyerang  gugus  hidroksil  dari sukrosa  menghasilkan  suatu  alkoksida  dan  metanol, kemudian alkoksida akan menyerang gugus karbonil dari metil  ester.  Serangan  ini  menghasilkan  suatu intermediet tetrahedral yang akan mengalami penataan ulang  (resonansi)  menghasilkan  ester  sukrosa  asam lemak (FACE) dan ion metoksida. Tahap terakhir adalah protonasi katalis yang menghasilkan suatu spesies aktif akan  bereaksi  dengan  ion  metoksida  menghasilkan kembali katalis dan metanol.
Karakteristik  struktur  kimia  dari  FACE  dilakukan dengan  menggunakan  spektrofotometer  FTIR.  Analisis FTIR  dilakukan  untuk  mengetahui  perbedaan  serapan pada gugus  hidroksil  dan  karbonil  sebelum dan setelah transesterifikasi.  Hal  ini  menandakan  keberhasilan proses transesterifikasi yang telah dilakukan.
Karakter  sukrosa  adalah  keberadaan  serapan hidroksil yang kuat, sementara FACE adalah keberadaan serapan karbonil pada sekitar daerah 1700 cm -1 dan C-O ester pada sekitar daerah 1100 cm -1 [4].
Gambar 5. Spektra FTIR Sukrosa
Tabel 3. Daerah Serapan FTIR Sukrosa
No. Gugus Bilangan Gelombang (cm -1 ) 1 O – H 3387 2 C(SP3) - H 2908,65 3 C – O 1126,43
Setelah  dilakukan  analisis  FTIR,  diketahui  bahwa pada  FACE  1,5%,  3%,  4,5%,  6%  maupun  7,5%  muncul gugus  karbonil  (C=O)  yang  ditunjukkan  pada  puncak 1743,65  cm -1 dan  diperkuat  dengan  adanya  gugus  C-O ester pada sekitar daerah 1100 cm -1 . Hal ini menandakan terbentuknya  FACE.  Selain  itu,  pada  FACE  yang dihasilkan tersebut juga masih terdapat gugus -OH.
Gambar 6. Spektra FTIR FACE

## Tabel 4. Daerah Serapan FTIR FACE
Gugus Fungsi
Bilangan gelombang pada FACE dengan rasio berat Na 2 CO 3
(cm -1 ) 1,5% 3% 4,5% 6% 7,5% -OH 3394,72 3387 3394,72 3417,86 3387 C=O 1743,65 1743,65 1743,65 1743,65 1743,65 C sp3 H 2931,8 2931,8 2924,09 2924,09 2939,52 C-O 1126,43 1126,43 1126,43 1172,72 1126,43
Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa FACE dapat dibuat melalui reaksi transesterifikasi antara FAME dengan  sukrosa  menggunakan  katalis  Na 2 CO 3 .  Derajat transesterifikasi  yang  diperoleh  dari  spektra  FTIR FACE tersebut sebesar 0,665 untuk Na 2 CO 3 1,5%; 0,722 untuk Na 2 CO 3 3%; 0,754 untuk Na 2 CO 3 4,5%; 1,169 untuk Na 2 CO 3 6%;  dan  0,317  untuk  Na 2 CO 3 7,5%.  Derajat transesterifikasi ini menunjukkan banyaknya gugus O – H yang tersubstitusi oleh ester. Semakin besar nilai derajat transesterifikasi maka semakin banyak gugus O – H yang telah tersubstitusi menjadi gugus ester.

## Uji Stabilitas FACE Sebagai Emulsifier
Kestabilan  emulsi  minyak  dalam  air  dengan  ester asam  lemak  sukrosa  ( FACE )  sebagai  emulsifier  dapat diketahui  dengan  menentukan  waktu  dari  saat  emulsi terbentuk  sampai  emulsi  pecah  kembali,  di  mana semakin besar waktu pecah emulsi menunjukkan bahwa emulsi  tersebut  semakin  stabil.  Waktu  pecah  emulsi ditunjukkan pada tabel di bawah.
O O
OH HO HO HO O OH OH OH HO CH 3 O + O O O O O O O O O O O + CH 3 OH R C O OCH 3 O O O O O O O O O O O O R OCH 3 O OCH 3 R O OCH 3 R O R OCH 3 O R OCH 3 O R OCH 3 O R OCH 3 O R OCH 3 + CH 3 O + CH 3 OH sukrosa metil ester O O O O O O O O O O O O R OCH 3 O OCH 3 R O OCH 3 R O R OCH 3 O R OCH 3 R OCH 3 O R OCH 3 O R OCH 3 O O O O O O O O O O O C C O + CH 3 O O R C R O C O R O R C O R C O R C O R C O R O O O O O O O O O O O + metanol NaHCO 3 Na 2 CO 3
Tabel 5. Waktu Pecah Emulsi
FACE (%
Na 2 CO 3 ) Derajat Transesterifikasi Waktu Pecah (detik) 1,5 0,665 261,83 3 0,722 306,61 4,5 0,754 317,38 6 1,169 347,47 7,5 0,317 139,27
Tabel  di  atas  menunjukkan  bahwa  semakin  besar rasio berat Na 2 CO 3 pada FACE maka semakin stabil emulsi yang  terbentuk  dan  emulsi  dengan  stabilitas  tertinggi dihasilkan oleh FACE dengan rasio berat Na 2 CO 3 6%. Ini menunjukkan  bahwa  dengan  derajat  transesterifikasi yang  semakin  besar  maka  kestabilan  emulsi  juga semakin  tinggi  dan  semakin  banyak  gugus  -OH  yang tersubstitusi  menjadi  gugus  ester  sehingga  gaya  tarik antara  gugus  hidrofobik  dengan  minyak  semakin  kuat. Hal  ini  yang  menyebabkan  semakin  stabilnya  sistem emulsi.

## 4. Kesimpulan
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut:
Ester  sukrosa  asam  lemak  ( FACE )  dapat  disintesis dari minyak jagung dengan menggunakan katalis Na 2 CO 3 dan dapat dimanfaatkan sebagai emulsifier.
Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  kondisi optimum kestabilan emulsi diperoleh pada FACE dengan rasio berat Na 2 CO 3 6% dengan waktu pecah emulsi 347,47 detik dan derajat transesterifikasi 1,169.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  S. Ketaren, Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan,  in,  Universitas  Indonesia  Press,  Jakarta, 1986.
[2]  Suarni,  Muh  Yasin,  Jagung  sebagai  Sumber  Pangan Fungsional, Iptek Tanaman Pangan, 6, 1, (2015) 41- 56
[3]  Ulf  Schuchardt,  Ricardo  Sercheli,  Rogério  Matheus Vargas,  Transesterification  of  vegetable  oils:  a review, Journal of the Brazilian Chemical Society, 9, 3,  (1998)  199-210 http://dx.doi.org/10.1590/S0103- 50531998000300002
[4]  Lambrini Adamopoulos, Understanding the formation of sugar fatty  acid  esters,  in:    Wood and Paper  Science,  North  Carolina  State  University, North Carolina, 2006, pp. 116.