42

3. PENGARUH SUHU TERHADAP SIFAT FISIK

MINYAK SAWIT KASAR

Pendahuluan

Sifat fisik minyak dan lemak sangat ditentukan oleh suhu yang dialaminya.

Istilah minyak dan lemak merupakan petunjuk mengenai sifat fisiknya, dimana

pada suhu kamar minyak berfase cair sedangkan lemak berfase padat (Timms

1985). Minyak sawit kasar (crude palm oil atau CPO) sebagai suatu bahan

berbasis minyak dan lemak, memiliki karakteristik yang khas terkait perubahan

sifat fisiknya akibat pengaruh suhu. Pada pengembangan sistem transportasi

CPO moda pipa, pengaruh suhu terhadap perubahan sifat fisik CPO sangat

penting untuk diketahui, khususnya pada saat CPO dialirkan dalam sistem pipa

yang mengalami perubahan suhu selama pengaliran.

Sifat fisik minyak dan lemak sangat ditentukan oleh komposisi asam lemak

dan susunan asam lemak tersebut di dalam triacylglycerol (TAG). Menurut Ong et

al. (1995), karakteristik fisik dasar minyak sawit mencakup berat jenis atau

densitas (density), panas jenis (specific heat), panas lebur (heat of fusion), dan

kekentalan atau viskositas (viscosity). Karakteristik fisik empiris minyak sawit

antara lain titik leleh (melting point), kandungan lemak padat (solid fat content

atau SFC), serta sifat fase dan polimorfisme lemak sawit. Terkait dengan sistem

pengaliran CPO di dalam pipa, sifat fisik yang berperan adalah densitas, sifat

reologi, dan sifat kristalisasi lemaknya yang dinyatakan dengan SFC.

Codex Alimentarius Comission (CAC) dalam CAC/RCP 36 (CAC 2005),

merekomendasikan suhu pengaliran CPO dalam pipa adalah 50-55 oC. CPO

harus terus dipertahankan pada kisaran suhu tersebut agar CPO berada dalam fase

cair dan tidak mengalami kristalisasi. Upaya untuk mempertahankan suhu agar

tetap tinggi antara lain dengan penggunaan insulasi di sepanjang pipa dengan

material yang dapat menghambat terjadinya pelepasan panas yang berlebihan dari

CPO bersuhu tinggi ke lingkungan. Kondisi pengaliran pada suhu tinggi tersebut

selama ini telah diaplikasikan untuk jarak dekat, misalnya untuk menghubungkan

antara tangki penyimpanan dengan truk tangki pengangkut CPO.

43

Pada sistem transportasi CPO moda pipa untuk jarak tempuh yang jauh,

suhu awal CPO yang tinggi akan mengalami penurunan akibat pelepasan panas ke

lingkungan. Pada saat terjadi penurunan suhu tersebut, karakteristik CPO

khususnya sifat fisik densitas, sifat reologi, dan nilai SFC akan mengalami

perubahan. Perubahan sifat fisik CPO akibat pengaruh suhu pengaliran, akan

menentukan kendali proses pengalirannya sesuai desain pipa yang digunakan.

Menurut Fasina et al. (2006), perubahan sifat reologi akibat pengaruh suhu akan

menentukan energi yang dibutuhkan untuk pemompaan minyak. Dengan

demikian, pengaruh suhu terhadap sifat fisik CPO perlu dipelajari secara lebih

mendalam. Data karakteristik CPO akibat pengaruh suhu sangat penting artinya

sebagai dasar di dalam menyusun rancangan teknik kendali untuk

mempertahankan sifat fisik CPO agar tetap dapat dialirkan di dalam sistem pipa.

Beberapa penelitian yang mengkaji pengaruh suhu terhadap sifat fisik

minyak nabati telah dilakukan, antara lain oleh Tangsathitkulchai et al. (2004),

Fasina et al. (2006), dan Kim et al. (2010), akan tetapi penelitian tersebut tidak

menggunakan sampel CPO. Suhu diketahui berpengaruh pula terhadap proses

kristalisasi minyak sawit, seperti telah diteliti oleh Miskandar et al. (2002), Graef

et al. (2008, 2009), dan Tarabukina et al. (2009) untuk sampel minyak sawit yang

telah mengalami pemurnian (refined bleached deodorized palm oil/RBDPO).

Untuk tujuan transportasi di dalam pipa, pembentukan kristal lemak yang

berlebihan justru harus dapat dicegah karena dapat menyebabkan terjadinya

penyumbatan dalam pipa. Belum terdapat penelitian yang secara fokus

mempelajari fenomena perubahan sifat fisik CPO khususnya perubahan densitas,

SFC, dan sifat reologinya sebelum tahap kristalisasi lemak berlangsung. Oleh

karena itu, dalam penelitian ini ingin diperoleh informasi pengaruh suhu terhadap

sifat fisik CPO pada kisaran suhu pengaliran sebelum induksi kristalisasi lemak

terjadi akibat suhu yang menurun.

Fenomena perubahan sifat fisik CPO akibat pengaruh suhu dipelajari pada

kisaran suhu 25 oC hingga 55

oC, yang diasumsikan merupakan kisaran suhu

pengaliran yang mungkin diterapkan dalam sistem pipa yang akan dikembangkan

di Indonesia. Pengukuran sifat fisik CPO dilakukan pada kondisi pretreatment

suhu standar, karena perlakuan suhu yang dialami suhu sebelum pengukuran sifat

44

fisik akan mempengaruhi hasil pengujian. Berdasarkan data yang diperoleh, dapat

dikembangkan model matematika pengaruh suhu terhadap parameter sifat fisik

CPO, serta pengujian korelasi antara parameter sifat fisik tersebut.

Penelitian-penelitian terkait sifat reologi dan kristalisasi lemak seperti

penelitian Chong et al. (2007) dan Vuillequez et al. (2010) menunjukkan bahwa

terjadinya perubahan sifat fisik (khususnya sifat reologi dan kristalisasi)

minyak/lemak bukan hanya ditentukan oleh suhu sampel saat pengukuran, tetapi

juga dipengaruhi oleh lama waktu yang dialami oleh sampel saat mengalami

proses penurunan dan penyetimbangan suhu. Respon perubahan sifat reologi

minyak/lemak saat suhu sedang mengalami penurunan dengan laju penurunan

suhu tertentu, akan menghasilkan besaran parameter sifat reologi yang berbeda.

Oleh karena itu, pada kasus pengaliran CPO di dalam pipa yang akan mengalami

kondisi dan waktu pengaturan suhu yang berbeda (dalam penelitian ini disebut

metode penerapan suhu), informasi mengenai pengaruh metode penerapan suhu

yang dialami sampel CPO terhadap hasil pengukuran sifat reologinya perlu

dipelajari lebih lanjut.

Pada penelitian ini diajukan model sistem transportasi CPO moda pipa yang

membutuhkan tahap pemanasan kembali saat suhu CPO mengalami penurunan

sebelum proses kristalisasi CPO dimulai. Dengan demikian, bila pengaliran

berlangsung pada jarak tempuh yang jauh, proses penurunan suhu dan pemanasan

kembali akan terjadi secara berulang di sepanjang aliran pipa pada jarak tertentu.

Bagaimana pengaruh siklus suhu yang menurun dan meningkat secara berulang

terhadap sifat fisik CPO juga akan dipelajari dalam tahap penelitian ini.

Tujuan dari tahap penelitian ini adalah untuk memperoleh data pengaruh

suhu terhadap parameter sifat fisik CPO beserta pemodelan matematikanya.

Secara lebih terperinci, pengaruh suhu dipelajari pada kondisi pengukuran

standar, pada kondisi dengan metode penerapan suhu tertentu, dan pada kondisi

ketika CPO mengalami siklus suhu menurun dan meningkat. Pendekatan kondisi

pengukuran yang berbeda di dalam kajian pengaruh suhu terhadap parameter sifat

fisik CPO ini, diharapkan akan menghasilkan data karakteristik CPO yang lebih

komprehensif dan relevan dengan teknis penggunaan data tersebut di lapangan.

45

Bahan dan Metode

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2010 hingga bulan Juni

2011. Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Laboratorium Departemen Ilmu

dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor;

dan Laboratorium South East Asian Food and Agricultural Science and

Technology (SEAFAST) Center, Institut Pertanian Bogor.

Bahan dan Alat

Bahan utama yang digunakan dalam tahap penelitian ini adalah sampel CPO

yang diperoleh dari tiga perusahaan kelapa sawit yang berlokasi di Kalimantan

Barat, Banten, dan Jakarta. Tiga sampel tersebut dipilih berdasarkan hasil

pengujian Tahap I (Bab 2), dengan bilangan iod berturut-turut 51.31, 54.15, dan

50.38 g/100 g sampel, untuk melihat adanya korelasi antara sifat kimia terhadap

perubahan sifat fisik CPO akibat pengaruh suhu.

Pada pengujian pengaruh metode penerapan suhu dan pengaruh siklus suhu

terhadap sifat fisik CPO, digunakan satu sampel CPO yang berdasarkan hasil

penelitian tahap sebelumnya memiliki bilangan iod yang paling rendah, yaitu

sebesar 50.38 g/100 g sampel. Sampel CPO dengan bilangan iod yang berada di

dekat batas bawah spesifikasi standar bilangan iod menurut SNI 01-2901-2006

(yaitu sebesar 50-55 g/100 g lemak), memiliki derajat ketidakjenuhan yang lebih

rendah. Pada saat terjadi penurunan suhu, proses kristalisasi sampel CPO tersebut

diperkirakan lebih mudah terjadi, lebih cepat terdeteksi, dan memberikan

gambaran kondisi terberat dalam pencegahan proses kristalisasi lemak CPO.

Dengan demikian, diharapkan data hasil pengujian dengan sampel CPO tersebut

akan mendekati batas kritis terjadinya proses kristalisasi untuk sampel CPO pada

umumnya.

Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah piknometer

untuk mengukur densitas CPO. Selain itu digunakan Nuclear Magnetic

Resonance (NMR) Analyzer Bruker Minispec PC 100 (Bruker Optics Ltd.,

46

Canada) untuk mengukur kandungan lemak padat (solid fat content/SFC), dengan

pengaturan suhu yang dilakukan dengan dry block untuk suhu di atas 30 oC dan

waterbath circulation Thermomix UB-Frigomix untuk suhu di bawah 30 oC. Sifat

reologi diukur menggunakan HAAKE Viscometer Rotovisco RV20 (Karlsruhe,

Jerman) yang diatur suhunya dengan HAAKE Circulator dan HAAKE

Temperature Control Module F3. Digunakan pula Differential Scanning

Calorimetry (DSC) tipe DSC-60 (Shimadzu Corp. Jepang) yang dikendalikan

suhunya oleh software Thermal Analysis System TA-60WS untuk mengukur profil

entalpi CPO.

Metode Penelitian

Pengaruh suhu terhadap sifat fisik CPO dipelajari pada kisaran suhu yang

akan diterapkan dalam proses pengaliran, yaitu antara suhu kamar 25 oC hingga

suhu 55 oC. Suhu 55

oC dipilih karena merupakan suhu rekomendasi Codex

Alimentarius Comission sesuai CAC/RCP 36 (CAC 2005) tentang suhu maksimal

pengaliran CPO. Selain itu, berdasarkan hasil penelitian tahap sebelumnya, SFC

CPO pada suhu 55 oC telah sangat rendah, kurang dari 10%. Pengukuran sifat

fisik dilakukan pada setiap selang suhu 5 oC, yaitu pada suhu 25, 30, 35, 40, 45,

50, dan 55 oC. Bagan alir tahap penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 8.

Tahap penelitian ini diawali dengan pengukuran sifat fisik CPO pada

kisaran suhu 25-55 oC. Sifat fisik yang diukur terkait dengan proses pengaliran

CPO di dalam pipa, mencakup densitas, SFC, dan sifat reologi. Parameter sifat

reologi yang diamati mencakup parameter indeks tingkah laku aliran (flow

behaviour index atau n), indeks konsistensi (concistency index atau K) dan

viskositas terukur (apparent viscosity atau ). Densitas atau berat jenis () CPO

(g/mL) diukur mengikuti metode AOCS Cc 10a-25 (AOCS 2005), sedangkan

SFC CPO diukur menggunakan NMR berdasarkan metode IUPAC 2.150 ex 2.323

(IUPAC 1987). Pengukuran sifat reologi dilakukan dengan HAAKE Viscometer

(HAAKE 1991, 1992). Prosedur analisis sifat fisik tersebut secara lengkap dapat

dilihat pada bagian prosedur analisis pada penelitian Tahap I (Bab 2), yang

masing-masing dilakukan dengan minimal dua ulangan.

47

Gambar 8 Diagram alir penelitian pengaruh suhu terhadap sifat fisik

minyak sawit kasar (CPO).

Pengukuran sifat fisik CPO pada kisaran suhu 25-55 oC

Densitas, metode AOCS Cc 10a-25 (AOCS 2005)

Profil SFC, metode IUPAC 2.150 ex 2.323 (IUPAC 1987)

Sifat reologi CPO (HAAKE 1991, 1992)

Analisis pengaruh suhu terhadap sifat

fisik CPO dan pemodelan matematikanya

Pengaruh suhu terhadap densitas

Pengaruh suhu terhadap SFC

Pengaruh suhu terhadap sifat reologi

Penentuan korelasi antar parameter sifat fisik

CPO terkait dengan pengaruh suhu

Korelasi densitas dengan SFC

Korelasi densitas dengan sifat reologi

Korelasi SFC dengan sifat reologi

Pengujian pengaruh siklus suhu 25-55 oC terhadap sifat fisik CPO

Pengaruh siklus suhu terhadap profil entalpi

Pengaruh siklus suhu terhadap SFC

Pengaruh siklus suhu terhadap sifat reologi

Pengujian pengaruh metode penerapan suhu terhadap sifat

reologi CPO pada kisaran suhu 25-55 oC

(1) Sampel CPO mengalami penyetimbangan suhu selama 24 jam di

suhu pengukuran setelah pemanasan awal 55 oC

(2) Sampel CPO mengalami penurunan suhu dari 55 oC dengan laju 1

oC/menit menuju suhu pengukuran

48

Sebelum dilakukan pengukuran sifat fisik, sampel CPO harus mengalami

penyetimbangan suhu di suhu pengukuran selama 30-35 menit. Waktu 30-35

menit dipilih sebagai waktu penyetimbangan pada suhu pengukuran sesuai dengan

prosedur standar penentuan densitas dan SFC. Dari tiga sampel CPO yang

digunakan, dilakukan perbandingan antar sampel untuk melihat variasi sifat

fisiknya akibat pengaruh suhu.

Berdasarkan data yang diperoleh, dilakukan analisis data pengaruh suhu

terhadap sifat fisik CPO tersebut, dan dilakukan penepatan model matematikanya.

Parameter viskositas terukur ( ditentukan kesesuaiannya dengan model

Arrhenius (Steffe & Daubert 2006). Dilakukan pula analisis korelasi antar

parameter sifat fisik CPO untuk menyusun model matematika pendugaan

parameter sifat fisik CPO tertentu melalui pengujian parameter sifat fisik lainnya.

Pada tahap selanjutnya dipelajari pengaruh metode penerapan suhu

khususnya terhadap sifat reologi CPO yang diukur dengan HAAKE Viscometer

Rotovisco RV20, karena sifat reologi berkaitan langsung dengan proses

pengaliran di dalam pipa. Proses pengaliran CPO dapat berlangsung pada

kondisi suhu setimbang yang konstan (isotermal), maupun pada suhu non-

isotermal karena mengalami penurunan dari suhu 55 oC. Kedua kondisi

pengaliran tersebut diperkirakan akan menghasilkan parameter sifat reologi yang

berbeda. Pengaruh suhu dipelajari pada dua metode penerapan suhu yaitu:

(1) sampel CPO mengalami penyetimbangan suhu selama 24 jam di suhu

pengukuran setelah pemanasan awal 55 oC;

(2) sampel CPO mengalami penurunan suhu dari suhu pemanasan awal 55 oC

dengan laju 1 oC/menit menuju suhu pengukuran.

Kondisi suhu setimbang pada metode penerapan suhu (1) mensimulasikan

kondisi pengaliran CPO dalam pipa secara isotermal, sedangkan kondisi suhu

yang belum setimbang pada metode penerapan suhu (2) mensimulasikan kondisi

CPO saat mengalami penurunan suhu ketika dialirkan di dalam pipa. Melalui

perlakuan tersebut, diharapkan dapat ditentukan sifat reologi CPO pada kedua

metode penerapan suhu, sehingga data yang digunakan dalam perhitungan teknik

kendali aliran CPO dapat lebih sesuai dengan profil perubahan suhu yang terjadi

selama pengaliran CPO dalam sistem pipa.

49

Pada tahap berikutnya, dilakukan pengujian pengaruh siklus suhu menurun

dan meningkat dengan kisaran suhu 25-55 oC untuk mensimulasikan model sistem

pengaliran CPO moda pipa jarak jauh yang membutuhkan tahap pemanasan

kembali di beberapa lokasi untuk mencegah terjadinya kristalisasi lemak. Laju

penurunan dan peningkatan suhu yang diterapkan pada penerapan siklus suhu

adalah 1 oC/menit. Pengaruh siklus suhu dievaluasi melalui profil entalpi

(thermogram) DSC yang dilakukan sebanyak 10 siklus, sedangkan pengaruh

siklus suhu terhadap SFC dan CPO dilakukan sebanyak 3 siklus. Siklus suhu

tersebut diterapkan beberapa kali pada sampel CPO dalam kondisi statis, kecuali

pada pemantauan CPO yang dilakukan pada shear rate 100 s-1. Prosedur

analisis pengujian pengaruh siklus suhu secara lengkap dapat dilihat pada bagian

prosedur analisis, dan semua pengujian dilakukan minimal dengan dua ulangan.

Untuk melihat perbedaan antar sampel atau antar perlakuan, dilakukan uji one-

way analysis of variance (ANOVA one-way) menggunakan program statistik

SPSS Statistics 17.0. Uji Duncan multiple-range dilakukan untuk menentukan

perbedaan yang nyata antara data rata-rata pada P

50

menit, dan selanjutnya disimpan pada suhu 0 oC selama 60 menit. Sebelum

dilakukan pengukuran SFC, contoh uji dipertahankan dulu pada masing-masing

suhu pengukurannya selama 30-35 menit, dengan menggunakan dry block untuk

suhu di atas 30 oC dan waterbath circulation Thermomix UB-Frigomix untuk

suhu di bawah 30 oC.

Pengujian pengaruh siklus suhu terhadap profil entalpi (modifikasi metode

Saberi et al. 2011)

Untuk mengetahui pengaruh siklus suhu menurun dan meningkat yang

dialami CPO secara berulang terhadap profil entalpi CPO, dilakukan pengujian

dengan Differential Scanning Calorimetry (DSC) tipe DSC-60 (Shimadzu Corp.

Jepang) yang dikendalikan dengan software Thermal Analysis System TA-60WS.

Hasil pengujian dengan DSC akan menghasilkan kurva profil entalpi

(thermogram). Pada saat suhu menurun, diperoleh kurva eksotermik (terjadi

pelepasan panas), sedangkan pada saat suhu meningkat diperoleh kurva

endotermik (terjadi penyerapan panas).

Tahap persiapan sampel dan instrumen yang digunakan dalam percobaan ini

sama dengan yang digunakan dalam analisis kalorimetri dinamis menurut Saberi

et al. (2011). Modifikasi prosedur analisis dilakukan terhadap program suhu yang

diterapkan. Perlakuan peningkatan suhu dilakukan pada laju 10 oC/menit untuk

mensimulasikan proses pemanasan yang cepat dengan heat exchanger pada jalur

perpipaan hingga suhu 55 oC dan sampel dipertahankan pada suhu tersebut selama

10 menit. Selanjutnya sampel diturunkan suhunya dengan laju penurunan suhu 1

oC/menit hingga suhu 25

oC, dan ditahan pada suhu tersebut selama 1 menit.

Kemudian dilakukan pemanasan kembali ke suhu 55 oC dan penurunan suhu

kembali ke 25 oC dengan laju perubahan suhu yang sama hingga 10 siklus.

Pengujian pengaruh siklus suhu terhadap kandungan lemak padat

(modifikasi metode IUPAC 1987)

Percobaan siklus suhu menurun dan meningkat dilakukan dengan

memodifikasi metode pengukuran SFC berdasarkan IUPAC 2.150 ex 2.323

51

(IUPAC 1987). Sampel CPO tidak melalui prosedur tempering standar, tetapi

langsung diukur SFC-nya dengan NMR pada metode penerapan suhu yang

dialaminya. Sebelumnya sampel CPO dimasukkan ke dalam tabung sampel NMR

setinggi + 2.5 cm. Sampel tersebut kemudian dipanaskan secara cepat dengan

dry block hingga suhu 55 oC dan ditahan selama 30 menit untuk menghilangkan

memori kristal awal. Sampel kemudian diturunkan suhunya dengan laju

penurunan suhu 1 oC/menit hingga suhu 25

oC, dan selanjutnya ditingkatkan

kembali suhunya ke 55 oC dalam waktu 10 menit. Pengukuran SFC dilakukan

pada setiap selang penurunan suhu 5 oC, dan pengujian dilakukan pada 3 siklus

suhu menurun dan meningkat.

Pengujian pengaruh siklus suhu terhadap viskositas terukur (HAAKE 1991,

1992)

Pengujian dilakukan dengan HAAKE Viscometer Rotovisco RV20 yang

dikontrol siklus suhunya dengan HAAKE Circulator dan HAAKE Temperature

Control Module F3 sesuai program suhu yang ingin diterapkan (HAAKE 1992).

Pengujian berlangsung pada shear rate yang tetap yaitu 100 s-1

. Sampel CPO

diberi perlakuan suhu yang meningkat hingga suhu 55 oC, dengan laju 1

oC/menit.

Peningkatan suhu tidak dilakukan pada laju yang lebih cepat, karena keterbatasan

sistem kontrol suhu pada instrumen yang digunakan (HAAKE 1991). Setelah

suhu 55 oC tercapai, dilakukan penurunan suhu menjadi 25

oC dengan laju

penurunan suhu 1 oC/menit. Siklus suhu menurun dan meningkat dilakukan pada

3 siklus, dan dilakukan pengukuran terhadap nilai sampel CPO tersebut.

Hasil dan Pembahasan

Pengaruh Suhu terhadap Sifat Fisik CPO pada Kisaran Suhu 25-55 oC

Proses pengaliran CPO dalam pipa dipengaruhi oleh suhu selama

pengaliran, yang juga akan menentukan kendali pengalirannya sesuai desain

perpipaan yang dirancang. Untuk memastikan bahwa suhu pengukuran telah

tercapai dan setimbang, sampel CPO yang dianalisis sifat fisiknya terlebih dahulu

52

mengalami penyetimbangan di suhu pengukuran selama 30-35 menit. Waktu

penyetimbangan 30-35 menit merupakan waktu yang telah ditetapkan dalam

prosedur penentuan densitas minyak menurut AOCS Cc 10a-25 (AOCS 2005),

dan dalam prosedur penentuan SFC menurut IUPAC 2.150 ex 2.323 (IUPAC

1987). Pada pengukuran sifat reologi CPO, dilakukan pula penyetimbangan suhu

selama 30-35 menit sebelum prosedur pengukuran sifat reologi berlangsung.

Pada tahap penelitian ini digunakan tiga sampel CPO yang masing-masing diberi

kode CPO A, CPO B, dan CPO C.

Pengaruh suhu terhadap densitas CPO

Profil densitas CPO yang diukur pada kisaran suhu 25-55 oC dapat dilihat

pada Gambar 9 dengan data selengkapnya disajikan pada Lampiran 12. Secara

umum, pada suhu yang semakin tinggi, densitas CPO semakin rendah, yang sesuai

dengan hasil penelitian Ong et al. (1995) yang menggunakan sampel RBDPO.

Pada suhu rendah di bawah 45 oC variasi nilai densitas antar sampel CPO cukup

besar, sedangkan pada suhu di atas 45 oC, densitas ketiga sampel CPO memiliki

nilai rata-rata sebesar 0.894 g/mL.

Gambar 9 Densitas tiga sampel CPO pada suhu 25-55 oC.

0,885

0,890

0,895

0,900

0,905

0,910

0,915

0,920

0,925

0,930

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Den

sita

s (k

g/m

3)

Suhu (oC)

CPO A

CPO B

CPO C

0.930

0.925

0.920

0.915

0.910

0.905

0.900

0.895

0.890

0.885

53

Bila dibandingkan dengan data Ong et al. (1995) yang menggunakan sampel

RBDPO, densitas RBDPO pada suhu 50 oC sedikit lebih rendah yaitu 0.891 g/mL.

Pengujian Tangsathitkulchai et al. (2004) menggunakan sampel CPO pada suhu

15.5 oC menghasilkan data densitas sebesar 0.908 g/mL, yang masih sesuai

dengan kisaran data percobaan dalam penelitian ini.

Penurunan densitas CPO dapat dimodelkan dengan persamaan regresi

linier pengaruh suhu (T) terhadap densitas () yang diajukan oleh PORIM. Nilai

densitasCPO menurut PORIM (Timms 1985) mengikuti Persamaan 9. Persamaan

pengaruh suhu terhadap densitas CPO juga diajukan oleh Narvaez et al. (2007)

(Persamaan 10).

(g/mL) = 0.9244 0.00067 T (9)

(g/mL) = 0.9451 0.00124 T (10)

Berdasarkan data densitas tiga sampel CPO dapat disusun persamaan regresi

linier (Persamaan 11) dengan nilai R2 yang tinggi (0.984). Penentuan model

matematika melalui regresi linier pengaruh suhu terhadap densitas CPO disajikan

pada Gambar 10.

(g/mL) = 0.9354 0.00082 T (11)

Gambar 10 Regresi linier pengaruh suhu terhadap densitas tiga sampel CPO.

= 0.9354 - 0.00082 TR = 0.984

0,885

0,890

0,895

0,900

0,905

0,910

0,915

0,920

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Den

sita

s (k

g/m

3)

Suhu (oC)

0.920

0.915

0.910

0.905

0.900

0.895

0.890

0.885

54

Persamaan 9, 10, dan 11 menghasilkan prediksi nilai densitas CPO yang

sedikit berbeda pada suhu yang sama. Menurut Timms (1985), adanya perbedaan

kecil pada nilai densitas yang dihitung dari persamaan matematika pengaruh suhu

tersebut tidak signifikan secara statistik bila dibandingkan dengan kesalahan

dalam pengukuran dan variasi sampel CPO yang diukur.

Pengaruh suhu terhadap kandungan lemak padat CPO

Kandungan lemak padat (SFC) merupakan fraksi lemak dalam bentuk padat

(dalam %) yang terdapat di dalam suatu sampel pada suhu tertentu setelah melalui

tempering suhu tertentu, yang diukur dengan Nuclear Magnetic Resonance

(NMR). Menurut Metin dan Hartel (2005), bila lemak didinginkan di bawah titik

leleh dari komponen bertitik leleh tertinggi, akan terdapat rasio antara lemak padat

terhadap lemak cair yang tergantung pada kondisi campuran TAG, yang dikenal

dengan istilah SFC.

Hasil pengukuran SFC tiga sampel CPO dengan menggunakan metode

standar perlakuan awal suhu (pretreatment) berupa pemanasan sampel CPO pada

suhu 80 oC selama 30 menit, dipertahankan pada suhu 60

oC selama 5 menit, dan

disimpan pada suhu 0 oC selama 60 menit), dapat dilihat pada Gambar 11 dengan

data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 13. Bentuk kurva SFC yang

dihasilkan tiga sampel CPO tersebut sesuai dengan bentuk kurva SFC minyak

sawit menurut Timms (1985). Bentuk kurva SFC sampel minyak dan lemak

sangat tergantung dari pretreatment yang dialami sampel, khususnya riwayat

perubahan suhu yang dialaminya. Pada suhu yang semakin tinggi, SFC semakin

rendah. Hal itu terjadi karena pada suhu yang lebih tinggi, terjadi pelelehan pada

fraksi lemak yang semula merupakan fase padat menjadi fase cair, yang sangat

terkait dengan titik leleh (TM) sampel CPO.

Berdasarkan Gambar 11 dapat diketahui bahwa pada suhu 25 oC, sekitar

16.5% lemak dalam sampel CPO berbentuk padat. Dengan semakin

meningkatnya suhu, kandungan lemak dalam bentuk padat dalam sampel CPO

semakin menurun. Pada suhu di atas 40 oC, nilai SFC sampel CPO kurang dari

10%, dan pada suhu 55 oC SFC sampel CPO bernilai kurang dari 5%.

55

Gambar 11 Kandungan lemak padat (SFC) tiga sampel CPO pada suhu 25-

55 oC.

Keterbatasan pengukuran SFC oleh instrumen Nuclear Magnetic

Resonance (NMR) Analyzer Bruker Minispec PC 100 yang dipergunakan dalam

penelitian ini adalah tingkat ketelitian pengukuran pada SFC di bawah 5% yang

kurang baik. Diduga pada suhu 55 oC, SFC sampel CPO sudah sangat rendah dan

dalam kondisi hampir cair sempurna.

Bila data SFC sampel CPO dibandingkan dengan data Basiron (2005)

tentang SFC RBDPO, kisaran nilai SFC CPO lebih tinggi. Pada sampel RBDPO,

nilai rata-rata SFC pada suhu 45 oC telah mencapai 0.7%, sedangkan pada sampel

CPO yang diujikan, SFC rata-rata bernilai 5.37%. Fenomena tersebut sesuai

dengan hasil penelitian Siew dan Mohammad (1989), dimana pada suhu lebih

tinggi dari 25 oC, SFC CPO lebih tinggi dibandingkan SFC RBDPO. Lebih

tingginya nilai SFC CPO dibandingkan RBDPO, selain diduga akibat instrumen

NMR yang digunakan telah mencapai batas sensitivitas pengukurannya, juga

karena jenis sampel yang dianalisis berbeda. Sampel CPO yang belum

mengalami tahap pemurnian, masih mengandung komponen selain lemak serta

kotoran, yang diperkirakan menyebabkan nilai SFC yang lebih tinggi. Pada CPO

terkandung pecahan dari TAG berupa diacylglycerol (DAG), yang menurut Siew

dan Ng (1996), juga mempengaruhi sifat kristalisasi lemak. Nilai SFC RBDPO

0

5

10

15

20

25

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Kan

du

ngan

lem

ak

pad

at

(%)

Suhu (oC)

CPO A

CPO B

CPO C

56

yang berbeda dibandingkan CPO, menurut Siew dan Mohammad (1989)

dipengaruhi oleh proses deodorisasi yang telah dialami RBDPO pada suhu tinggi,

yang mengakibatkan perubahan sifat kristalisasinya, termasuk mempengaruhi

nilai SFC-nya.

Pengaruh suhu terhadap sifat reologi CPO

Pengaruh suhu terhadap sifat reologi CPO difokuskan sebelum proses

kristalisasi tahap pertama, yang menurut Tarabukina et al. (2009) termasuk dalam

zona A dengan sampel yang berada dalam fase cair, dan peningkatan viskositas

hanya disebabkan oleh terjadinya penurunan suhu. Pengukuran sifat reologi CPO

dilakukan pada kondisi suhu yang isotermal setelah penyetimbangan selama 30-

35 menit. Menurut Goodrum et al. (2002), karena viskositas merupakan fungsi

dari suhu, maka nilai parameter reologi indeks tingkah laku aliran (flow behaviour

index atau n) dan nilai indeks konsistensi (concistency index atau K) juga dapat

berubah dengan perubahan suhu. Dengan demikian, n dan K harus ditentukan

melalui percobaan penentuan viskositas pada kondisi suhu tertentu (isotermal).

Pengukuran sifat reologi CPO dilakukan dengan mengukur shear stress dan

viskositas terukur () CPO pada kisaran shear rate ( ) 0-400 s-1. Berdasarkan

rheogram yang diukur pada suhu yang berbeda, dapat diamati adanya perbedaan

respon shear stress akibat shear rate yang diterapkan pada ketiga sampel CPO

akibat perbedaan suhu (Gambar 12).

Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 12, bentuk kurva dan slope yang

dihasilkan pada setiap suhu berbeda. Pada suhu 25-40 oC, kenaikan shear stress

tidak proporsional (lebih tinggi) dibandingkan kenaikan shear rate, sehingga

membentuk kurva convex (cekung ke bawah) yang merupakan ciri dari fluida

yang bersifat non-Newtonian pseudoplastic (Rao 1999). Sedangkan pada suhu di

45-55 oC, shear stress yang terukur kenaikannya sebanding (linier) dengan

kenaikan shear rate yang mengindikasikan sifat fluida Newtonian.

57

Gambar 12 Rheogram yang diukur pada kisaran suhu 25-55 oC pada sampel

CPO A, CPO B, dan CPO C.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Shea

r stres

s (P

a)

Shear rate (s-1)

1

2

3

4

5

6

7

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Shea

r stres

s (P

a)

Shear rate (s-1)

1

2

3

4

5

6

7

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Shea

r stres

s (P

a)

Shear rate (s-1)

25 C (2)

30 C (1)

35 C (2)

40 C (1)

45 C (1)

50 C (1)

55 C (1)

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

CPO A

CPO C

CPO B

58

Dengan melakukan penepatan model reologi menggunakan persamaan

power law, dapat ditentukan parameter sifat fluida n dan K tiga sampel CPO pada

kisaran suhu 25-55 oC (Tabel 7 dan Lampiran 14). Data lengkap persamaan

regresi linier hubungan shear rate dan shear stress tiga sampel CPO pada kisaran

suhu 25-55 oC dapat dilihat pada Lampiran 15. Secara umum, pada suhu

pengukuran yang sama terdapat variasi nilai n dan K di antara ketiga sampel CPO

tersebut. Diperkirakan penyebab variasi sifat reologi CPO disebabkan oleh

adanya perbedaan komposisi asam lemak sesuai dengan hasil pengujian pada

tahap penelitian sebelumnya, maupun akibat susunan asam lemak tersebut di

dalam TAG. Hal tersebut sesuai dengan hasil penelitian Wang dan Briggs (2002)

terhadap 5 jenis minyak kedelai, dimana perbedaan komposisi asam lemak dalam

minyak kedelai menghasilkan variasi pada sifat reologinya.

Berdasarkan Tabel 7 dapat diketahui bahwa ketiga sampel CPO bersifat

sebagai fluida Newtonian pada suhu 55 oC, dengan nilai n sekitar 1 dan nilai K

yang sangat rendah mendekati 0. Pada suhu 50 dan 45 oC, ketiga sampel CPO

CPO mengalami penurunan nilai n, akan tetapi sifatnya masih mendekati sifat

fluida Newtonian karena nilai n yang tinggi di atas 0.9. Dengan suhu yang

semakin rendah, sifat fluida CPO semakin pseudoplastic dengan nilai n yang

semakin kecil dan nilai K yang semakin besar.

Tabel 7 Parameter model fluida CPO yang ditunjukkan oleh indeks tingkah laku

aliran (n) dan indeks konsistensi (K) pada tiga sampel CPO.

Suhu

(oC)

Indeks tingkah laku aliran (n)* Indeks konsistensi (K, Pa.sn)*

CPO A CPO B CPO C CPO A CPO B CPO C

25 0.534 a 0.781 a 0.545 a 2.519 c 0.369 d 2.452 c

30 0.558 a 0.858 b 0.673 b 1.406 b 0.174 c 0.702 b

35 0.761 b 0.902 b,c 0.738 c 0.279 a 0.103 b 0.310 b

40 0.822 c 0.918 b,c 0.786 d 0.141 a 0.070 a,b 0.179 a

45 0.930 c,d 0.960 c 0.932 e 0.043 a 0.038 a 0.050 a

50 0.946 c,d 0.960 c 0.931 e 0.041 a 0.035 a 0.033 a

55 0.987 d 0.968 c 1.004 f 0.027 a 0.027 a 0.026 a

* Huruf yang berbeda di belakang angka pada kolom yang sama menunjukkan perbedaan nyata

(P

59

Pada suhu 25 oC, sifat pseudoplastic ketiga sampel CPO semakin dominan.

Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Ong et al. (1995) mengenai sifat aliran

fluida RBDPO yang memiliki indikasi sifat aliran turbulent non-Newtonian pada

suhu di bawah 30 oC dengan di atas 100 mPa.s. Timms (1985) menyatakan

bahwa pada saat mendekati titik lelehnya, sifat non-Newtonian dapat terjadi

karena keberadaan kristal lemak di dalam sampel minyak. Karakter sifat reologi

CPO tersebut serupa dengan hasil penelitian Goodrum et al. (2002) pada sampel

yellow grease dan poultry fat, dimana sampel tersebut pada suhu kamar bersifat

sebagai fluida non-Newtonian sedangkan pada suhu tinggi (71.1 oC) bersifat

sebagai fluida Newtonian karena lemak padatnya telah meleleh.

Tangsathitkulchai et al. (2004) melakukan pengukuran sifat reologi CPO

pada suhu 30, 40, dan 60 oC pada shear rate 0-4000 s

-1, dan disimpulkan bahwa

CPO memiliki sifat fluida Newtonian. Selain itu CPO juga bersifat time

independent dimana shear stress tidak mengalami perubahan ketika diterapkan

shear rate pada waktu tertentu. Kesimpulan Tangsathitkulchai et al. (2004) yang

berbeda mengenai sifat fluida CPO disebabkan oleh kisaran perlakuan shear rate

yang diterapkan jauh lebih tinggi dibandingkan penelitian ini, sehingga profil

perubahan shear stress cenderung menghasilkan kurva yang linier.

Bila dibandingkan dengan jenis minyak nabati lainnya seperti yang telah

diteliti oleh Kim et al. (2009), minyak canola, jagung, grapeseed, hazelnut,

zaitun, kedelai, dan biji bunga matahari memiliki sifat fluida Newtonian. pada

suhu 25 oC untuk tujuh sampel minyak nabati tersebut lebih rendah yaitu berkisar

antara 43-63 mPa.s, dibandingkan CPO yang berkisar antara 134-293 mPa.s

pada shear rate 100 s-1

. Demikian juga yang diperoleh Fasina et al. (2006) yang

menyatakan bahwa 12 sampel minyak nabati yaitu minyak almond, canola,

jagung, grapeseed, hazelnut, zaitun, kacang tanah, safflower, wijen, kedelai, biji

bunga matahari, dan walnut bersifat sebagai fluida Newtonian, dengan di suhu

20 oC berkisar antara 59-87 mPa.s. Perbedaan tersebut diduga terkait dengan

perbedaan komposisi asam lemak di dalam sampel. Sampel minyak nabati

lainnya lebih dominan mengandung asam lemak tak jenuh (78.1-91.9%),

sedangkan sampel CPO hanya mengandung asam lemak tak jenuh sekitar 49.8%.

Menurut Kim et al. (2009), ikatan rangkap dengan konfigurasi cis pada asam

60

lemak tak jenuh memiliki bentuk rantai yang bengkok, yang menyulitkan untuk

tersusun rapat satu sama lain. Hal tersebut mengganggu penataan kristalin dan

menyebabkan struktur lemak menjadi tidak kuat dan tidak kaku, dengan molekul

yang tersusun lebih longgar sehingga bersifat lebih cair. Selain itu menurut Wang

dan Briggs (2002), adanya konfigurasi rantai asam lemak yang bengkok

mencegah terjadinya interaksi atau penataan antar molekul serta mengurangi friksi

intermolekuler, sehingga mengakibatkan menjadi lebih rendah.

Berdasarkan pengujian statistik dengan ANOVA one-way dan uji lanjut

Duncan terhadap nilai n dan K (Lampiran 16), dapat diketahui bahwa suhu

memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap sifat reologi CPO. Pada suhu

40, 45, 50 dan 55 oC, sifat reologi CPO secara umum relatif sama. Perbedaan

yang nyata pada sifat reologi CPO mulai terjadi pada suhu di bawah 40 oC. Bila

dikaitkan dengan titik leleh (melting temperature, TM) CPO yaitu rata-rata 39.07

oC (hasil penelitian Tahap I pada Bab 2), maka pada suhu di atas TM, lemak padat

CPO telah mengalami pelelehan sempurna, dan menghasilkan sifat reologi yang

tidak berbeda nyata pada kondisi CPO yang cair sempurna. Sebaliknya pada suhu

di bawah TM, mulai terjadi kondisi supercooling yang menginduksi terjadinya

kristalisasi lemak CPO, yang mengakibatkan perbedaan yang nyata terhadap sifat

reologinya.

Sifat CPO sebagai fluida pseudoplastic menguntungkan dalam sistem

pengaliran dalam pipa, karena pada saat mengalami peningkatan shear rate,

fluida akan bersifat semakin encer (shear thinning). Berdasarkan pengukuran

sifat reologi sampel CPO tersebut, dapat diamati pula perubahan akibat

pengaruh shear rate (Gambar 13). Penerapan shear rate tertentu dalam proses

pengaliran di dalam pipa (pada penelitian ini dipilih shear rate 100 s-1

dan 400 s-1

)

akan menghasilkan CPO yang berbeda, seperti dapat dilihat pada Tabel 8 dan

Lampiran 14. Pada saat CPO bersifat sebagai fluida pseudoplatic (di suhu 25-40

oC), shear rate yang semakin tinggi akan menurunkan . Terkait sistem

pengaliran CPO dalam pipa, dengan semakin tingginya laju aliran (flow rate) yang

diterapkan, akan menyebabkan CPO menjadi lebih rendah. Pada suhu 45-55 oC,

saat CPO cenderung bersifat sebagai fluida Newtonian, nilai relatif tetap dan

perbedaan shear rate yang diterapkan tidak akan berpengaruh terhadap .

61

Gambar 13 Profil viskositas terukur CPO yang diukur pada kisaran suhu 25-55 oC

pada sampel CPO A, CPO B, dan CPO C.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Visk

osita

s ter

ukur

(mPa

.s)

Shear rate (s-1)

1

2

3

4

5

6

7

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Visk

osita

s te

ruku

r (m

Pa.s)

Shear rate (s-1)

1

2

3

5

6

6

7

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Visko

sita

s te

ruku

r (m

Pa.

s)

Shear rate (s-1)

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

CPO A

CPO C

CPO B

62

Data pada Tabel 8 menunjukkan bahwa pada suhu yang semakin tinggi,

nilai CPO semakin rendah. Pada suhu 55 oC, nilai CPO sekitar 25 mPa.s, dan

nilai semakin besar pada suhu yang lebih rendah hingga lebih dari 100 mPa.s.

Plot hubungan antara suhu dengan nilai ketiga sampel CPO disajikan pada

Gambar 14. Bentuk kurva hubungan suhu dengan CPO tersebut sesuai dengan

hasil penelitian Tangsathitkulchai et al. (2004) pada CPO, khususnya pada shear

rate 400 s-1

, dimana akan menurun secara eksponensial ketika suhu meningkat.

Penurunan secara eksponensial akibat peningkatan suhu pada kisaran 5-95 oC

juga terjadi pada tujuh sampel minyak nabati yang diteliti oleh Kim et al. (2009)

dan 12 sampel minyak nabati yang diteliti oleh Fasina et al. (2006).

Menurut Ong et al. (1995), sampel RBDPO yang bersuhu di bawah 30 oC

memiliki lebih besar dari 100 mPa.s. Timms (1985) mengemukakan bahwa

minyak meningkat dengan meningkatnya berat molekul, tetapi menurun dengan

meningkatnya ketidakjenuhan dan suhu, dengan penurunan minyak sekitar 30%

untuk setiap peningkatan suhu sebesar 10 oC. Menurut Santos et al. (2005)

pengaruh suhu terhadap penurunan disebabkan oleh terjadinya penurunan

interaksi molekuler di dalam fluida, sedangkan menurut Munson et al. (2001)

disebabkan oleh terjadinya penurunan gaya kohesif pada molekul-molekul fluida

saat suhu mengalami peningkatan. Selain itu menurut Tangsathitkulchai et al.

(2004), peningkatan suhu juga menurunkan jumlah partikel lemak yang

mengendap serta membantu pelarutannya, sehingga mengalami penurunan.

Tabel 8 Viskositas terukur tiga sampel CPO pada shear rate 100 s-1

dan 400 s-1

.

Suhu

(oC)

Viskositas terukur pada shear rate

100 s-1

(mPa.s)*

Viskositas terukur pada shear

rate 400 s-1

(mPa.s)*

CPO A CPO B CPO C CPO A CPO B CPO C

25 293.0 e 134.0 e 299.7 d 153.3 e 98.9 f 159.3 e

30 183.2 d 90.2 d 154.9 c 99.2 d 74.1 e 98.4 d

35 92.6 c 64.3 c 92.9 b 66.5 c 56.1 d 64.6 c

40 58.3 b 47.4 b 66.3 b 48.1 b 42.2 c 49.2 b

45 30.9 a,b 31.7 a 36.6 a 28.1 a 30.0 b 33.3 a

50 31.5 a,b 29.2 a 23.9 a 29.3 a 27.6 b 21.7 a

55 25.1 a 22.8 a 25.8 a 24.6 a 21.8 a 26.0 a * Huruf yang berbeda di belakang angka pada kolom yang sama menunjukkan perbedaan nyata

(P

63

Gambar 14 Pengaruh suhu terhadap viskositas terukur tiga sampel CPO pada

shear rate 100 s-1

dan 400 s-1

.

Nilai pada shear rate 400 s-1 lebih rendah dibandingkan pada shear rate

100 s-1

, karena terkait dengan sifat fluida CPO yang pseudoplastic yang akan

semakin rendah saat shear rate meningkat. Pada kisaran shear rate tersebut,

ketiga sampel CPO secara umum rendah (di bawah 35 mPa.s) dan tidak berbeda

nyata pada suhu 45, 50, dan 55 oC. Dengan demikian, bila CPO berada pada suhu

tinggi di atas TM CPO 39 oC, sifat reologinya tidak berbeda nyata akibat lemak

dalam bentuk padat telah meleleh sempurna.

Berdasarkan data pada Tabel 7 dan 8, dapat disimpulkan bahwa pada suhu

yang semakin rendah sifat fluida CPO semakin pseudoplastic, akan tetapi nilai

pada suhu-suhu rendah tersebut lebih tinggi dibandingkan saat CPO bersifat

sebagai fluida Newtonian di suhu tinggi. Penerapan shear rate yang sangat tinggi

sekalipun, tidak menyebabkan penurunan yang lebih rendah dibandingkan

dengan penerapan suhu analisis yang lebih tinggi. Dengan demikian, penggunaan

suhu pengaliran yang lebih tinggi akan lebih menguntungkan karena nilai yang

dihasilkan lebih rendah dan tidak berubah akibat pengaruh shear rate yang

diterapkan (karena bersifat sebagai fluida Newtonian).

0

50

100

150

200

250

300

350

20 30 40 50 60

Vis

kos

itas

ter

ukur

(mP

a.s)

Suhu (oC)

CPO A, g 100 s-1

CPO B, g 100 s-1

CPO C, g 100 s-1

CPO A, g 400 s-1

CPO B, g 400 s-1

CPO C, g 400 s-1

CPO A, g 100 s-1

CPO B, g 100 s-1

CPO C, g 100 s-1

CPO A, g 400 s-1

CPO B, g 400 s-1

CPO C,g 400 s-1

64

Pengaruh suhu terhadap viskositas terukur fluida () dapat dimodelkan

dengan baik oleh model Arrhenius seperti dapat dilihat pada Persamaan 12 (Steffe

& Daubert 2006).

= exp

(12)

dimana Ea adalah energi aktivasi untuk aliran, R adalah konstanta gas universal,

dan T adalah suhu absolut. Nilai Ea dan konstanta persamaan Arrhenius (Ar)

ditentukan menggunakan regresi linier dari data percobaan. Nilai Ea

mengindikasikan bahwa suatu fluida akan lebih mudah mengalami perubahan

viskositas saat terjadi perubahan suhu (Steffe & Daubert 2006; Wang & Briggs

2002).

Untuk fluida non-Newtonian, terdapat pengaruh shear rate yang akan

mengubah respon perubahan viskositas terukur () akibat perubahan suhu. Steffe

dan Daubert (2006) mengemukakan cara penepatan model Arrhenius untuk fluida

non-Newtonian dengan mengunakan patokan suhu tertentu (reference temperature

atau Tr) dan tertentu (reference atau r) pada shear rate tertentu (Persamaan

13).

ln

=

1

1

(13)

Tr yang dipilih dalam penelitian ini adalah 300 K (atau 27 oC), sedangkan r

dihitung berdasarkan Persamaan 12. Dengan menggunakan r hasil perhitungan,

dapat diperoleh konstanta model Arrhenius untuk ketiga sampel CPO sebagai

fluida non-Newtonian yang ditampilkan pada Tabel 9 untuk shear rate 100 s-1

dan Tabel 10 untuk shear rate 400 s-1

. Penepatan model Arrhenius dengan plot

1/T terhadap ln ketiga sampel CPO untuk penentuan nilai Ea dan Ar pada data

di shear rate 100 s-1

dan 400 s-1

, dapat dilihat pada Lampiran 17.

Berdasarkan penepatan dengan model Arrhenius tersebut, dapat ditentukan

nilai Ea ketiga sampel CPO pada saat mengalami shear rate tertentu. Pada ketiga

sampel CPO yang diuji, nilai Ea pada shear rate 100 s-1

berkisar antara 48.20-

65

70.13 kJ/mol, sedangkan pada shear rate 400 s-1

, nilai Ea berkisar antara 41.46-

53.28 kJ/mol. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa CPO yang dialirkan

pada shear rate yang lebih tinggi akan memiliki nilai Ea yang lebih rendah dan

lebih tidak sensitif terhadap perubahan suhu yang dialaminya.

Penggunaan model Arrhenius pada RBDP olein (fraksi olein minyak sawit

yang telah dimurnikan) oleh Gupta et al. (2007) menghasilkan nilai Ea sebesar

27.88 kJ/mol. Kim et al. (2010) yang menggunakan model Arrhenius pada tujuh

sampel minyak nabati menghasilkan nilai Ea 24.6-26.9 kJ/mol dan nilai Ar 1.18 x

10-6

-2.23 x 10-6

Pa.s. Sedangkan penelitian Fasina et al. (2006) pada 12 sampel

minyak nabati menghasilkan nilai Ea 28.7-33.3 kJ/mol dan nilai Ar 1.1 x 10-8

-4.9

x 10-8

Pa.s. Nilai Ea CPO lebih besar dibandingkan Ea RBDP olein dan sampel

minyak nabati yang diteliti Kim et al. (2009) dan Fasina et al. (2006), yang

menunjukkan bahwa saat terjadi perubahan suhu, sampel CPO semakin mudah

berubah dibandingkan sampel minyak nabati lainnya.

Menurut Wang dan Briggs (2002), nilai Ea juga ditentukan oleh komposisi

kimia lemak. Diperkirakan, nilai Ea semakin besar bila terjadi perubahan fase

bahan pada kisaran suhu pengujian. CPO mengalami perubahan fase pada kisaran

suhu 25-55 oC, karena memiliki TM rata-rata sebesar 39.07

oC. Sedangkan sampel

minyak nabati lain yang diteliti Gupta et al. (2007), Kim et al. (2010), dan Fasina

et al. (2006) pada umumnya telah berbentuk cair pada suhu kamar, dan memiliki

sifat fluida Newtonian.

Tabel 9 Parameter model Arrhenius pengaruh suhu terhadap viskositas terukur

CPO sebagai fluida non-Newtonian pada shear rate 100 s-1

.

Jenis

CPO

Ea (kJ/mol)

Ar

(Pa.s) r

(Pa.s)

Tr

(K) Model Arrhenius

CPO

A 70.00 1.39 x 10

-10 0.214 300 100 s

-1 = 0.214 exp 8420

1

1

300

CPO

B 48.20 4.43 x 10

-7 0.109 300 100 s

-1 = 0.109 exp 5797

1

1

300

CPO

C 70.13 1.30 x 10

-10 0.212 300 100 s

-1 = 0.212 exp 8435

1

1

300

66

Tabel 10 Parameter model Arrhenius pengaruh suhu terhadap viskositas terukur

CPO sebagai fluida non-Newtonian pada shear rate 400 s-1

.

Jenis

CPO

Ea (kJ/mol)

Ar

(Pa.s) r

(Pa.s)

Tr

(K) Model Arrhenius

CPO

A 51.31 1.39 x 10

-7 0.119 300 400 s

-1 = 0.119 exp 6172

1

1

300

CPO

B 41.56 4.98 x 10

-6 0.086 300 400 s

-1 = 0.086 exp 4999

1

1

300

CPO

C 53.28 6.43 x 10

-8 0.122 300 400 s

-1 = 0.122 exp 6409

1

1

300

Untuk membuktikan adanya korelasi antara Ea dengan sifat kimia CPO,

dilakukan uji korelasi Pearson antara Ea dengan kandungan asam lemak bebas

(ALB) dan bilangan iod (BI). Hasil uji korelasi tersebut disajikan pada Lampiran

18, yang menunjukkan bahwa BI berkorelasi nyata dengan Ea CPO, akan tetapi

ALB tidak berkorelasi nyata dengan Ea CPO. Walaupun kisaran BI sampel CPO

telah dibatasi oleh SNI pada kisaran 50-55 g/100 g sampel, akan tetapi kisaran BI

yang sempit tersebut menghasilkan nilai Ea yang berbeda.

Berdasarkan data dari tiga sampel CPO, dapat disusun suatu persamaan

matematika yang dapat memprediksi nilai Ea sampel CPO berdasarkan BI-nya

pada shear rate tertentu. Prediksi Ea sampel CPO dari BI-nya pada shear rate

100 s-1

dilakukan dengan Persamaan 14 dengan R2 = 0.946, sedangkan prediksi Ea

sampel CPO dari BI-nya pada shear rate 400 s-1

dapat dilakukan dengan

Persamaan 15 dengan R2 = 0.993.

Ea 100 s-1

= -6.254(BI) + 387.6 (14)

Ea 400 s-1

= -3.185(BI) + 214.1 (15)

Penentuan persamaan regresi linier tersebut dapat dilihat pada Lampiran 19.

Saat CPO mengalami perubahan suhu pada kisaran 25-55 oC di shear rate

tertentu, CPO dengan BI yang semakin kecil memiliki Ea yang semakin besar,

sehingga semakin mudah mengalami perubahan . Pada CPO dengan BI yang

rendah, akan terdapat lebih banyak fraksi asam lemak jenuh yang bertitik leleh

67

tinggi (fraksi stearin), dan mudah memadat pada suhu kamar. Dengan tingginya

kandungan asam lemak jenuh di dalamnya, ketika suhu meningkat melewati titik

lelehnya, maka sampel CPO tersebut juga akan semakin mudah berubah.

BI memiliki korelasi yang nyata dan sangat menentukan nilai Ea suatu

sampel CPO. BI menunjukkan proporsi kandungan asam lemak jenuh dan tak

jenuh di dalam sampel CPO (Basiron 2005), dan sampel CPO dengan BI yang

rendah memiliki jumlah ikatan rangkap yang lebih sedikit. Pada minyak yang

mengandung lebih banyak ikatan rangkap (BI lebih tinggi), saat suhu mengalami

perubahan, maka juga akan lebih mudah mengalami perubahan dan memiliki

Ea yang lebih kecil. Hasil tersebut didukung oleh hasil penelitian Kim et al.

(2009) yang menunjukkan bahwa sifat reologi minyak nabati ditentukan oleh

komponen utama asam lemak di dalamnya yaitu asam lemak tak jenuh 18:1 dan

18:2, dan minyak yang mengandung lebih banyak ikatan rangkap memiliki nilai

Ea yang lebih kecil.

Korelasi Antara Parameter Sifat Fisik CPO Terkait dengan Pengaruh Suhu

Perubahan parameter sifat fisik CPO yaitu densitas, SFC, dan sifat reologi

saat terjadi perubahan suhu pada kisaran 25-55 oC, disebabkan oleh terjadinya

fenomena fisik tertentu yang dialami CPO. Bila fenomena fisik yang

menyebabkan perubahan parameter sifat fisik tersebut sama, dan data parameter

sifat fisik yang berbeda berkorelasi, maka korelasi antar parameter sifat fisik

CPO dapat menghasilkan model matematika yang dapat digunakan untuk

memprediksi suatu parameter sifat fisik melalui pengukuran parameter sifat fisik

lainnya pada saat sampel CPO mengalami perubahan suhu. Khususnya terkait

dengan sifat reologi, prediksi sifat fluida melalui penentuan parameter n dan K

sangat penting artinya mengingat ketersediaan instrumen untuk mengukur

parameter sifat reologi yang masih terbatas, dan waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan analisis tersebut cukup panjang.

Data hasil pengujian sifat fisik tiga sampel CPO pada suhu 25-55 oC dan

dengan kondisi pengukuran standar, diuji korelasi Pearson (Lampiran 20).

Densitas tidak memiliki korelasi yang nyata (P

68

reologi (n, K, dan ). Densitas yang dihitung dengan membagi massa CPO

dengan volumenya, diduga tidak terlalu dipengaruhi oleh jumlah kristal lemak

yang terbentuk saat suhu mengalami perubahan, dan densitas dapat langsung

dihitung menggunakan Persamaan 10.

Perubahan nilai SFC akibat pengaruh suhu pada kisaran suhu 25-55 oC

berkorelasi nyata (P

69

SFC dan viskositas secara perlahan selama proses kristalisasi RBDP olein. Secara

umum, viskositas sampel akan meningkat dengan meningkatnya SFC dan

kandungan kristal.

Parameter sifat reologi CPO (nilai n dan K) dapat diprediksi dengan

persamaan matematika hasil regresi linier tiga sampel CPO, yang menghubungkan

antara SFC dengan parameter reologinya. Nilai n dapat diprediksi berdasarkan

SFC dengan Persamaan 16 (R = 0.903), sedangkan K dapat diprediksi

berdasarkan SFC dengan Persamaan 17 (R = 0.977). Penentuan persamaan

regresi linier hubungan antara SFC dengan parameter reologi CPO dapat dilihat

pada Lampiran 21.

n = -0.029(SFC) + 1.070 (16)

K = 0.146(SFC) 0.732 (17)

Pengaruh Metode Penerapan Suhu terhadap Sifat Reologi CPO

Menurut Rye et al. (2005), sifat reologi lemak dipengaruhi oleh kondisi

proses antara lain suhu penyimpanan, laju pendinginan, waktu penyimpanan,

shear (gaya geser) dan perlakuan suhu (tempering) yang diterapkan. Oleh karena

itu, hasil pengukuran sifat fisik CPO juga ditentukan oleh perubahan suhu yang

berlangsung sebelum pengukuran. Terkait dengan tujuan pengaliran di dalam

pipa, profil perubahan suhu yang dialami CPO sebelum dialirkan akan

mempengaruhi sifat reologi dan kemudahannya untuk mengalir di dalam pipa.

Proses pengaliran CPO dalam pipa dapat berlangsung pada dua kondisi

perubahan suhu, dan disimulasi dalam dua metode penerapan suhu yaitu pada

suhu pengaliran yang konstan (isotermal), dan pengaliran pada suhu non-isotermal

karena mengalami penurunan dari suhu 55 oC akibat pelepasan panas di sepanjang

pipa. Pengaruh suhu terhadap sifat reologi CPO dipelajari pada dua metode

penerapan suhu yaitu:

(1) sampel CPO mengalami penyetimbangan suhu selama 24 jam di suhu

pengukuran setelah pemanasan awal 55 oC;

70

(2) sampel CPO mengalami penurunan suhu dari suhu pemanasan awal 55 oC

dengan laju 1 oC/menit menuju suhu pengukuran.

Untuk pengujian tahap ini hanya digunakan sampel CPO C yang memiliki

bilangan iod 50.35 g/100 g sampel. Perbandingan grafik hubungan shear rate

terhadap shear stress (rheogram) sampel CPO yang diukur pada kedua metode

penerapan suhu disajikan pada Gambar 15. Data yang disajikan adalah data salah

satu ulangan, dengan profil data antar ulangan yang relatif sama. Terdapat

perbedaan bentuk rheogram sampel CPO dimana metode penerapan suhu (1)

menghasilkan nilai shear stress yang lebih tinggi dibandingkan metode penerapan

suhu (2) pada shear rate yang sama.

Pada sistem transportasi moda pipa, pengaliran berlangsung pada shear rate

tertentu dan beban pengaliran dalam pipa ditentukan oleh viskositas terukur ()

fluida tersebut. Profil yang disajikan pada Gambar 16 juga menunjukkan

adanya perbedaan nilai CPO yang diukur pada metode penerapan suhu (1) dan

(2), khususnya pada shear rate yang rendah. Pada metode penerapan suhu (1),

nilai lebih tinggi dan menurun secara tidak linier dengan meningkatnya shear

rate, sedangkan pada metode penerapan suhu (2), nilai relatif rendah dan

bernilai konstan pada kisaran shear rate yang dicobakan.

Kuantifikasi perbedaan sifat reologi CPO pada dua metode penerapan suhu

tersebut dilakukan dengan membandingkan parameter model fluida dari

persamaan power law, yang mencakup nilai n dan K yang dihitung dari persamaan

regresi linier hubungan shear rate dan shear stress yang dihasilkan (Lampiran

22). Hasil perhitungan parameter sifat reologi CPO pada kedua metode penerapan

suhu tersebut dapat dilihat pada Tabel 11 dengan data selengkapnya pada

Lampiran 23. Pada Tabel 12 disajikan data sampel CPO pada shear rate 100 s-1

dan 400 s-1

setelah mengalami metode penerapan suhu, dengan data selengkapnya

juga disajikan pada Lampiran 23. Secara umum, pada saat CPO bersifat sebagai

fluida non-Newtonian pseudoplastic, maka pada shear rate yang semakin tinggi

nilai akan semakin rendah. Akan tetapi, bila CPO bersifat sebagai fluida

Newtonian, maka perubahan shear rate tidak akan banyak mempengaruhi nilai

dengan nilai yang relatif konstan.

71

(1)

(2)

Gambar 15 Rheogram CPO pada beberapa suhu dengan metode penerapan suhu

(1) setelah penyetimbangan pada suhu pengukuran selama 24 jam,

dan (2) setelah penurunan suhu dengan laju 1 oC/menit.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Sh

ear

stre

ss (

Pa)

Shear rate (s-1)

25 C 2

30 C 1

35 C 1

40 C 2

45 C 2

50 C 2

55 C 2

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

0

10

20

30

40

50

60

70

50 100 150 200 250 300 350 400

Sh

ea

r st

ress

(P

a)

Shear rate (s-1)

25 C 2

30 C 1

35 C 1

40 C 2

45 C 2

50 C 2

55 C 2

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

72

(1)

(2)

Gambar 16 Viskositas terukur CPO pada beberapa suhu dengan metode

penerapan suhu (1) setelah penyetimbangan pada suhu

pengukuran selama 24 jam, dan (2) setelah penurunan suhu

dengan laju 1 oC/menit.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Vis

ko

sita

s te

ru

ku

r (

mP

a.s

)

Shear rate (s-1)

Series2

Series3

Series5

Series8

Series9

50 C 1

Series14

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

0

100

200

300

400

500

600

700

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Vis

kosi

tas

teru

ku

r (m

Pa.s

)

Shear rate (s-1)

Series2

Series3

Series5

Series8

Series9

Series11

Series14

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

25 oC

30 oC

35 oC

40 oC

45 oC

50 oC

55 oC

73

Tabel 11 Parameter model fluida CPO yang ditunjukkan oleh indeks tingkah laku

aliran (n) dan indeks konsistensi (K) CPO C pada dua metode

penerapan suhu.

Suhu

(oC)

Metode penerapan suhu

(1)

Setelah pemanasan ke suhu 55 oC

dan penyimpanan 24 jam

(2)

Setelah pemanasan ke suhu 55 oC

dan penurunan suhu pada laju 1 oC/menit

Indeks tingkah

laku aliran (n)*

Indeks

konsistensi aliran

(K, Pa.sn)*

Indeks tingkah

laku aliran (n)*

Indeks

konsistensi aliran

(K, Pa.sn)*

55 0.959 e 0.028 a 0.976 a 0.030 a,b

50 0.947 e 0.036 a 1.029 a 0.020 a

45 0.914 d 0.051 a 1.034 a 0.025 a,b

40 0.842 c 0.132 a 1.008 a 0.036 a,b

35 0.748 b 0.280 b 0.972 a 0.046 b,c

30 0.712 a 0.626 c 0.951 a 0.066 c

25 0.696 a 0.907 d 1.179 b 0.034 a,b

* Huruf yang berbeda di belakang angka pada kolom yang sama menunjukkan perbedaan nyata

(P

74

Sampel CPO yang diukur sifat reologinya pada metode penerapan suhu (1)

menghasilkan nilai n, K, dan yang berbeda nyata antar suhu (P

75

Metode penerapan suhu (1) menghasilkan sifat reologi CPO yang lebih

berat dibandingkan metode penerapan suhu (2). CPO yang mengalami metode

penerapan suhu (1) cenderung bersifat pseudoplastic pada suhu di bawah 45 oC

dengan yang relatif lebih tinggi. Sebaliknya pada metode penerapan suhu (2),

CPO cenderung tetap mempertahankan sifatnya sebagai fluida Newtonian dengan

yang relatif rendah hingga suhu terendah 30 oC. Pada aplikasi pengaliran CPO

di dalam pipa dengan jarak tempuh yang jauh dan mengalami penurunan suhu

sepanjang pengaliran, data sifat reologi CPO yang lebih sesuai digunakan adalah

data hasil pengujian dengan metode penerapan suhu (2), karena kondisi suhu

aktual yang terjadi selama pengaliran CPO akan terus menurun hingga suhu

tertentu, sebelum mencapai kondisi isotermal.

Terdapat perbedaan suhu saat terjadi transisi sifat aliran fluida CPO

(Newtonian atau non-Newtonian pseudoplastic) pada kedua metode penerapan

suhu di kisaran 25-55 oC. Pada metode penerapan suhu (1), transisi sifat reologi

terjadi pada suhu yang lebih tinggi (sekitar 45 oC), yang diperkirakan terjadi

karena kondisi sampel yang statis sehingga interaksi molekul menjadi lebih kuat

dan lebih tinggi. Pada metode penurunan suhu (2), T yang diterapkan lebih

besar (laju penurunan suhu cepat), sehingga waktu yang tersedia untuk berada

pada kondisi supercooling menjadi lebih singkat. CPO cenderung tetap bersifat

sebagai fluida Newtonian dengan nilai yang CPO tidak berbeda nyata saat

dialirkan di dalam pipa selama suhu masih menurun hingga suhu 30 oC.

Informasi mengenai suhu saat terjadinya transisi sifat reologi dari

Newtonian menjadi non-Newtonian pseudoplastic sangat penting, karena

perbedaan sifat aliran fluida yang dimiliki sampel CPO sangat mempengaruhi

perhitungan sistem perpipaan yang akan didesain. Pada fluida Newtonian,

pendekatan serta persamaan matematika yang digunakan untuk perhitungan faktor

friksi dan penurunan tekanan (pressure drop atau P) per km panjang pipa

berbeda dengan fluida yang bersifat sebagai fluida non-Newtonian pseudoplastic.

76

Pengujian Pengaruh Siklus Suhu 25-55 oC terhadap Sifat Fisik CPO

Pada sistem pengaliran di dalam pipa jarak jauh, suhu pengaliran CPO akan

mengalami penurunan akibat pelepasan panas selama mengalir di sepanjang pipa.

Di dalam penelitian ini diajukan model sistem transportasi CPO moda pipa yang

dilengkapi dengan tahap pemanasan kembali pada CPO yang sedang mengalir,

untuk mencegah terjadinya proses kristalisasi lemak CPO. Pemanasan dilakukan

dengan heat exchanger yang dipasang di lokasi tertentu, ketika suhu CPO telah

mengalami penurunan akibat pelepasan panas. Diperkirakan, tahap pemanasan

(suhu meningkat) dan pendinginan (suhu menurun) akan terjadi selama pengaliran

dalam beberapa tahap secara berulang, sehingga perlu diketahui bagaimana

pengaruh suhu meningkat dan suhu menurun secara berulang (siklus suhu)

tersebut terhadap perubahan sifat fisik CPO. Sifat fisik CPO yang diamati karena

pengaruh siklus suhu adalah profil entalpi (thermogram) DSC, SFC, dan

viskositas terukurnya.

Pengaruh siklus suhu terhadap profil entalpi CPO

Pada percobaan ini, dipelajari profil entalpi (thermogram) sampel CPO yang

diukur dengan DSC, pada saat diterapkan siklus peningkatan dan penurunan suhu

yang mensimulasikan kondisi pemanasan kembali di heat exchanger, dan

pelepasan panas ke lingkungan di sepanjang aliran pipa. Tahap peningkatan suhu

dilakukan pada laju 10 oC/menit (mensimulasikan pemanasan cepat dengan heat

exchanger); sedangkan tahap penurunan suhu dilakukan pada laju 1 oC/menit.

Siklus suhu tersebut diterapkan sebanyak 10 kali. Hasil pengujian pengaruh

siklus suhu terhadap profil entalpi DSC dapat dilihat pada Gambar 17. Ketika

dilakukan pemanasan dari suhu kamar ke suhu 55 oC akan terjadi penyerapan

panas, sedangkan ketika sampel mengalami penurunan suhu (pendinginan) akan

terjadi pelepasan panas. CPO mengalami siklus suhu sebanyak 10 kali dan

diamati entalpi yang dilepaskan selama pendinginan (Hcooling) dan entalpi yang

diserap selama pemanasan kembali (Hheating).

77

Gambar 17 Profil entalpi (thermogram) DSC sampel CPO saat mengalami tahap

pemanasan ke 55 oC dan penurunan suhu ke 25

oC secara berulang

sebanyak 10 siklus. Laju peningkatan suhu 10 oC/menit, laju

penurunan suhu 1 oC/menit.

Berdasarkan hasil ANOVA one-way (P

78

ketika CPO didinginkan dari 55 oC ke 25

oC pada laju penurunan suhu 1

oC/menit

tersebut adalah pada kisaran 26.78 30.18 oC. Berdasarkan hasil ANOVA one-

way (P

79

Pengaruh siklus suhu pada kandungan lemak padat CPO

Percobaan penentuan profil kandungan lemak padat (SFC) sampel CPO

pada saat dikenai siklus suhu tidak dilakukan dengan prosedur tempering suhu

standar, tetapi SFC diukur langsung pada kondisi peningkatan dan penurunan

suhu berulang. Grafik pengaruh siklus suhu terhadap SFC CPO dapat dilihat pada

Gambar 18 dengan data lengkap tersaji pada Lampiran 27.

Sampel CPO awal yang belum mengalami pemanasan, memiliki SFC

sekitar 5-6% pada suhu 25 oC. SFC sampel CPO yang relatif rendah ini

disebabkan oleh tidak dilakukannya prosedur tempering suhu standar. Dengan

menerapkan prosedur tempering suhu standar (mencakup pemanasan ke suhu 80

oC selama 30 menit, dipertahankan pada suhu 60

oC selama 5 menit, dan disimpan

pada suhu 0 oC selama 60 menit), akan diperoleh SFC pada 25

oC sekitar 15%.

Data SFC yang dihasilkan pada percobaan siklus suhu lebih rendah dibandingkan

data SFC yang dihasilkan dengan prosedur standar yang mengalami

penyetimbangan di suhu pengukuran selama 30-35 menit.

Gambar 18 Grafik kandungan lemak padat CPO saat mengalami tahap pemanasan

ke 55 oC dan penurunan suhu ke 25

oC secara berulang sebanyak 3

siklus. Laju peningkatan dan penurunan suhu 1 oC/menit.

0

10

20

30

40

50

60

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Su

hu

(oC

)

Kan

du

ngan

lem

ak

pad

at

(%)

Waktu (menit)

Kandungan lemak padat

Suhu

80

Pada pengujian siklus suhu, CPO mengalami penurunan suhu pada laju 1

oC/menit, dan tidak memiliki cukup banyak waktu untuk menyusun kristal

lemaknya, sehingga dihasilkan SFC yang rendah. Selain itu pengujian ini juga

memiliki kelemahan, karena terdapat kemungkinan suhu aktual saat pengukuran

belum tercapai akibat keterbatasan instrumen pengatur suhu dan alat NMR yang

tidak dapat mengukur SFC secara on line.

Setelah CPO mengalami pemanasan cepat ke suhu 55 oC (menggunakan dry

block), SFC sampel CPO turun menjadi di bawah 2%, akibat hilangnya fraksi

kristal lemak dari sampel. Pada saat dilakukan penurunan suhu dengan laju 1

oC/menit hingga 25

oC, secara umum terjadi lagi peningkatan SFC. Akan tetapi.

peningkatan SFC tidak kembali ke nilai SFC awal sebelum mengalami pemanasan

ke 55 oC. Nilai SFC sampel CPO setelah pemanasan awal seluruhnya di bawah

2%. Secara umum diperoleh profil perubahan SFC yang hampir sama pada setiap

siklus, dan tidak terjadi kenaikan SFC secara drastis pada saat suhu diturunkan ke

25 oC. Nilai SFC cenderung mengalami peningkatan saat suhu menurun, akan

tetapi peningkatannya tidak kembali ke nilai SFC awal sebelum pemanasan awal.

Pengaruh siklus suhu pada viskositas terukur CPO

Pengujian pengaruh siklus suhu meningkat dan menurun terhadap sifat

reologi CPO pada kisaran suhu 25-55 oC dengan laju perubahan suhu 1

oC/menit

difokuskan pada terjadinya perubahan viskositas terukur (). Karena keterbatasan

dalam program peningkatan suhu pada instrumen HAAKE Viscometer Rotovisco

RV20, maka peningkatan suhu ke 55 oC dilakukan pada laju yang lambat, yaitu 1

oC/menit. Grafik perubahan CPO selama penerapan siklus suhu pada kisaran

25-55 oC, dapat dilihat pada Gambar 19 (data selengkapnya pada Lampiran 28).

Sebelum mengalami pemanasan, nilai sekitar 500 mPa.s, dan setelah

mengalami pemanasan ke 55 oC nilai menurun menjadi sekitar 20 mPa.s. Pada

saat suhu diturunkan kembali ke 25 oC, CPO cenderung meningkat kembali,

akan tetapi peningkatan hanya mencapai sekitar 60 mPa.s, dan tidak mencapai

sampel CPO awal sebelum pemanasan.

81

Gambar 19 Viskositas terukur CPO saat mengalami siklus suhu 55 oC dan 25

oC

secara berulang dengan laju perubahan suhu 1 oC/menit (shear rate

100 s-1

).

Profil perubahan sampel CPO selama penerapan siklus suhu relatif

konstan dan tidak berbeda nyata antar siklus yang dikonfirmasi dengan hasil

ANOVA one-way pada P

82

Simpulan

Suhu mempengaruhi sifat fisik minyak sawit kasar (CPO) yang mencakup

densitas (), SFC, dan sifat reologinya. Pada suhu yang semakin tinggi, nilai

densitas dan SFC CPO semakin rendah. Pengaruh suhu terhadap densitas CPO

dimodelkan dengan persamaan (g/mL) = 0.9354 - 0.00082 T (R2 = 0.984).

Kisaran nilai SFC CPO pada suhu 25-55 oC adalah sebesar 16.5-4.36%. Sifat

reologi CPO pada suhu 25 oC bersifat sebagai fluida non-Newtonian

pseudoplastic. Pada suhu yang semakin tinggi, terjadi transisi sifat fluida CPO

menjadi fluida Newtonian dengan viskositas terukur () yang rendah.

Berdasarkan model Arrhenius, CPO yang dialirkan pada shear rate yang lebih

tinggi akan memiliki nilai Ea yang lebih rendah dan lebih tidak sensitif terhadap

perubahan suhu yang dialaminya. Nilai Ea CPO relatif lebih besar dibandingkan

Ea sampel minyak nabati lainnya, sehingga CPO cenderung lebih mudah

berubah saat terjadi perubahan suhu.

Terdapat korelasi antara bilangan iod (BI) dengan Ea CPO. Prediksi Ea

sampel CPO dari BI-nya pada shear rate 100 s-1

dapat dilakukan dengan

persamaan Ea = -6.254 (BI) + 387.6 (R2 = 0.946), sedangkan untuk shear rate 400

s-1

dapat dilakukan dengan persamaan Ea = -3.185 (BI) + 214.1 (R2 = 0.993).

Saat CPO mengalami perubahan suhu pada kisaran 25-55 oC di shear rate

tertentu, CPO dengan BI yang semakin kecil memiliki Ea yang semakin besar,

sehingga semakin mudah mengalami perubahan

Perubahan nilai SFC akibat pengaruh suhu pada kisaran suhu 25-55 oC

berkorelasi nyata dengan perubahan yang terjadi pada sifat reologi CPO di suhu

yang sama. SFC di sekitar 5% yang terjadi pada suhu di bawah TM 39.07 oC dan

suhu lain yang lebih rendah, menghasilkan sifat fluida non-Newtonian

pseudoplastic yang berbeda nyata dibandingkan suhu-suhu yang lebih tinggi.

Berdasarkan SFC-nya, parameter sifat reologi n dapat diprediksi dengan

persamaan n = -0.029(SFC) + 1.070 (R = 0.903), sedangkan K dapat diprediksi

dengan persamaan K = 0.146(SFC) 0.732 (R = 0.977).

83

Parameter sifat reologi CPO sangat ditentukan oleh metode penerapan suhu

yang dialaminya. Metode penerapan suhu (1) (sampel CPO telah disetimbangkan

suhunya selama 24 jam di suhu pengukuran setelah pemanasan awal CPO di suhu

55 oC) menghasilkan sifat reologi CPO yang lebih berat dibandingkan metode

penerapan suhu (2) (sampel CPO mengalami penurunan suhu dari suhu

pemanasan awal 55 oC dengan laju 1

oC/menit menuju suhu pengukuran). CPO

yang mengalami metode penerapan suhu (1) cenderung bersifat pseudoplastic

pada suhu di bawah 45 oC dengan yang relatif lebih tinggi. Sebaliknya pada

metode penerapan suhu (2), CPO cenderung tetap mempertahankan sifatnya

sebagai fluida Newtonian dengan yang relatif rendah hingga suhu terendah 30

oC. Informasi mengenai suhu transisi model aliran fluida CPO (Newtonian atau

non-Newtonian pseudoplastic) pada kedua metode penerapan suhu di kisaran 25-

55 oC mempengaruhi perhitungan sistem perpipaan yang akan didesain.

Penerapan suhu yang meningkat dan menurun (siklus suhu) pada kisaran

suhu 25-55 oC tidak mengubah sifat termal CPO (mencakup Hcooling dan Hheating

serta T onset kristalisasi), profil SFC, maupun profil . Profil perubahan

parameter sifat fisik tersebut selama penerapan siklus suhu relatif konsisten antar

siklus. Pada kisaran suhu 25-55 oC, CPO mengalami perubahan sifat fisik yang

dapat balik (reversible) dan dapat berulang (reproducible).