Ekstraksi Minyak Atsiri dari Lada Hitam (Piper nigrum) Menggunakan Metode Solvent-free Microwave Extraction (SFME) dengan Aliran Steam dan Metode Microwave Hydrodistillation

Aurunnisa, Ainiya Nanda (2024) Ekstraksi Minyak Atsiri dari Lada Hitam (Piper nigrum) Menggunakan Metode Solvent-free Microwave Extraction (SFME) dengan Aliran Steam dan Metode Microwave Hydrodistillation. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6008231007-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Seiring meningkatnya perdagangan minyak atsiri di pasar global yang ditunjukkan dengan adanya pertumbuhan permintaan minyak atsiri yang signifikan mendorong negara Indonesia untuk berkompetisi dalam meningkatkan daya saing ekspor minyak atsiri dalam pangsa pasar global. Salah satu minyak atsiri yang saat ini banyak dikembangkan adalah minyak atsiri dari lada hitam. Metode konvensional yang paling umum digunakan dalam ekstraksi minyak atsiri adalah hydrodistillation extraction. Akan tetapi, metode ini memerlukan waktu yang cukup lama untuk menyelesaikan proses ekstraksi, menghasilkan yield minyak atsiri yang rendah, dan konsumsi airnya yang tinggi. Metode ekstraksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode microwave hydrodistillation (MHD) dan solvent-free microwave extraction dengan aliran steam (SFMES) yaitu dengan memanfaatkan gelombang mikro (microwave) untuk memanaskan sampel lada hitam secara langsung guna mempercepat proses ekstraksi senyawa-senyawa aromatik yang ada dalam biji lada hitam. Kedua metode ini mampu menghasilkan minyak atsiri dengan kualitas dan recovery yang lebih baik, memiliki kontrol suhu yang lebih baik, dan menghasilkan minyak atsiri yang lebih bersih, serta lebih ramah lingkungan. Pada penelitian ini dilakukan studi ekstraksi dengan metode microwave hydrodistillation dan solvent-free microwave extraction dengan aliran steam (ekstraksi berbantuan gelombang mikro) yang digunakan untuk meningkatkan yield minyak atsiri dan menghasilkan minyak atsiri yang lebih bersih dan berkualitas. Parameter operasi yang digunakan meliputi rasio feed-to-distiller (0,075; 0,1; 0,125; 0,15 gr/mL), rasio feed-to-solvent (0,15; 0,2; 0,25; 0,3 gr/mL), waktu reaksi (180 menit), dan daya microwave (150, 300, 450, 600 watt). Minyak atsiri hasil ekstraksi selanjutnya dianalisis kandungan kimianya menggunakan Gas Chromatography and Mass Spectrometry (GC-MS) dan dilakukan karakterisasi minyak atsiri didasarkan pada parameter warna, berat jenis, indeks bias, dan kelarutan dalam alkohol yang merujuk pada standar yang ada, serta dilakukan perhitungan yield, recovery, dan ditentukan bagaimana kondisi optimum dan model kinetika reaksinya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan daya microwave menyebabkan meningkatnya yield, dengan yield tertinggi sebesar 1,673% (MHD, F/S 0,25 gr/mL) dan 1,755% (SFMES. F/D 0,15 gr/mL) diperoleh dengan daya 600W. Selain itu, pada daya, rasio F/S, dan rasio F/D yang lebih tinggi menghasilkan recovery minyak atsiri yang lebih tinggi, dengan perolehan recovery 73,37% (MHD) dan 90,14% (SFMES). Optimasi Taguchi mengidentifikasi kondisi optimal untuk yield maksimum yaitu melalui metode solvent-free microwave extraction dengan aliran steam, daya microwave 600W, rasio F/D 0,15 gr/mL, dan waktu reaksi 120 menit. Dari segi komposisi, metode SFMES didominasi senyawa monoterpen 50,83% dan MHD didominasi sisquiterpen 50,92%, serta minyak atsiri yang dihasilkan memenuhi Standar Internasional ISO 3061:2008. Model kinetika ekstraksi microwave hydrodistillation mengikuti Power’s Law dengan koefisien determinasi R2 = 0,99981 dan SSE = 0,00016, sedangkan solvent-free microwave extraction dengan aliran steam mengikuti model kinetika Elovich’s Equation dengan R2 = 0,99989 dan SSE = 0,00009.
==================================================================================================================================
Along with the increasing trade in essential oils in the global market, which is indicated by the significant growth in demand for essential oils, it encourages Indonesia to compete in increasing the competitiveness of essential oil exports in the global market share. One of the essential oils that is currently being developed is essential oil from black pepper. The most commonly used conventional method in essential oil extraction is hydrodistillation extraction. However, this method takes a long time to complete the extraction process, resulting in low essential oil yield, and high water consumption. The extraction methods used in this study are microwave hydrodistillation and solvent-free microwave extraction with steam flow, which utilizes microwaves to heat black pepper samples directly to accelerate the extraction process of aromatic compounds in black pepper seeds. Both methods can produce better quality and recovery essential oils, have better temperature control, and produce cleaner, more environmentally friendly essential oils. This study used microwave hydrodistillation and solvent-free microwave extraction with steam flow (microwave-assisted extraction) to increase essential oil yield and produce cleaner and higher-quality essential oil. The operating parameters used include feed-to-distiller ratio (0.075; 0.1; 0.125; 0.15 g/mL), feed-to-solvent ratio (0.15; 0.2; 0.25; 0.3 g/mL), reaction time (180 minutes), and microwave power (150, 300, 450, 600 watts). The extracted essential oil was then analyzed for chemical content using Gas Chromatography and Mass Spectrometry (GC-MS) and essential oil characterization was carried out based on the parameters of color, specific gravity, refractive index, and solubility in alcohol referring to existing standards, as well as yield and recovery calculations and determined how the optimum conditions and reaction kinetics model. The results showed that increasing microwave power led to increased yields, with the highest yields of 1.673% (MHD, F/S 0.25 gr/mL) and 1.755% (SFMES. F/D 0.15 gr/mL) obtained with 600W power. In addition, higher power, F/S ratio, and F/D ratio resulted in higher essential oil recovery, with 73.37% (MHD) and 90.14% (SFMES) recovery. Taguchi optimization identified optimal conditions for maximum yield through a solvent-free microwave extraction method with steam flow, microwave power 600W, F/D ratio 0.15 gr/mL, and reaction time of 120 minutes. In terms of composition, the SFMES method is dominated by monoterpenes 50.83% and MHD is dominated by sesquiterpenes 50.92%, and the essential oil produced meets the International Standard ISO 3061: 2008. Experimental and predicted yield data with the highest R2 (R-square) and smallest SSE (sum of squares error). The microwave hydrodistillation extraction kinetics model follows Power's Law with a coefficient of determination R2 = 0.99981 and SSE = 0.00016, while solvent-free microwave extraction with steam flow follows Elovich's Equation kinetics model with R2 = 0.99989 and SSE = 0.00009.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	black pepper, essential oil, extraction, microwave hydrodistillation, solvent-free microwave extraction, ekstraksi, lada hitam, minyak atsiri
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD416 Essences and essential oils. Q Science > QD Chemistry > QD502 Chemical kinetics Q Science > QD Chemistry > QD63 Extraction Q Science > QD Chemistry > QD63.S4 Separation (Technology)
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Ainiya Nanda Aurunnisa
Date Deposited:	25 Mar 2025 01:49
Last Modified:	25 Mar 2025 01:49
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/112253

Actions (login required)

View Item