Penentuan Kadar Kafein Melalui Metode Titrasi Kalium Permanganat

Kafein ialah senyawa alkaloid xantina berbentuk kristal dan berasa pahit yang bekerja sebagai obat perangsang psikoaktif dan diuretik ringan. Kafein dijumpai secara alami pada bahan pangan seperti biji kopi dan daun teh. Pada tumbuhan, ia berperan sebagai pestisida alami yang melumpuhkan dan mematikan serangga-serangga tertentu yang memakan tanaman tersebut. Ia umumnya dikonsumsi oleh manusia dengan mengekstraksinya dari biji kopi dan daun teh. 

Kafein merupakan obat perangsang sistem pusat saraf pada manusia dan dapat mengusir rasa kantuk secara sementara. Minuman yang mengandung kafein, seperti kopi, teh, dan minuman ringan, sangat digemari. Kafein merupakan zat psikoaktif yang paling banyak dikonsumsi di dunia. 

Kalium Permanganat termasuk golongan peroksidan yang dapat melepaskan oksigen (proses oksidasi) sehingga dapat membunuh kuman (bakterisid). Kalium permanganat berupa kristal ungu, mudah larut dalam air. Kalium Permanganat dapat digunakan untuk menentukan kadar kafein dalam sampel. 

Adapun prosedur dalam penentuan kadar kafein melalui metode titrasi kalium permanganat adalah dikeringkan alat yang akan digunakan dengan cara dibersihkan dengan alkohol lalu dimasukkan ke dalam oven pengering. Timbang sampel kafein sebanyak 501,6 mg, masukkan ke dalam erlenmeyer dan dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 50 ml, dipanaskan lalu didinginkan kembali, setelah itu ditambahkan benzena sebanyak 100 ml, kemudian dititrasi dengan kalium permanganat 0,5 N sampai warna larutan menjadi merah muda lalu catat volume titran. Kemudian tentukan kadar kafein.

SELULOSA

Selulosa (C₆H₁₀O₅)_n adalah polimer berantai panjang polisakarida karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa merupakan komponen struktural utama dari tumbuhan dan tidak dapat dicerna oleh manusia. 
 

Selulosa ditemui dalam tumbuhan yaitu mikrofibril (2-20 nm diameter and 100 – 40 000 nm long).Struktur rangkaian selulosa adalah struktur ikatan yang kuat pada dinding sel.Serat Selulosa digunakan dalam penyedian pulpa.Selulosa membolehkan penghidratan yang tinggi bagi sesetengah bacteria(cth:- Acetobacter xylinum)

Selulosa adalah molekul yang tidak larut yang mengandungi di antara 2000-14000 sisa-sisa atau sel-sel yang pendek dan sangat kecil.Membentuk hablur (selulosa Iα) di mana intra-molekul (O3-H ">O5' dan O6"> H-O2') dan intra-strand (O6-H"> O3') hidrogen yang sentiasa bersambungan.Walaupun bebenang selulosa kekurangan hidropolik atau tidak mengandungi hidropobik atau kandungan polisakarida lain,gabungan hablur yang sangat banyak intra dan kewujudan intermolekul hidrogen memjadikan selulosa tidak larut kandungan air biasa.Molekul air menjadi bahan pemangkin bagi hablur selulosa denga membantu menjajarkan ikatan diantara sel. Bahagian penyediaan selulosa ialah amorfus (amorphous) diantara kawasan habluran (crystalline). Kesemua struktur mengumpul zarah-zarah dengan liang-liang luas yang berkemampuan untuk menampung jumlah air yang banyak. Hablur semulajadi terbentuk daripada kestabilan selulosa dengan semua bebenang selulosa yang selari dengan ikatan yang kuat di antara bebenang. Selulosa Iα dan selulosa I β mempunyai kepanjangan yang sama (1.043 nm merujuk kepada bahagian dalam hablur, 1.029 nm pada permukaan luar) tetapi berbeza pada saiz. Selulosa Iα dan selulosa I β berubah dengan membengkok semasa mikrofibril membesar.

Dalam dinding sel tumbuhan berbenang atau serat yang terbentuk adalah serat selulosa. Terdapat dua jenis selulosa di dalam serat selulosa iaitu selulosa mikrofibril dan selulosa makrofibril seperti acuan yang berbentuk bebenang yang berkumpul bersama lain-lain sel polisakarida dan protein dan membenarkan peredaran cecair di antara dinding sel dan pada seluruh dinding sel. Susunan selulosa mikrofibril di antara polisakarida dan protein menghasilkan ikatan yang kuat pada dinding sel tumbuhan.Dinding sel tumbuhan menjalankan pelbagai fungsi diantaranya ialah menegarkan dinding sel.Dinding sel melindungi bahagian dalaman sel tumbuhan. Tidak seperti komponen dinding sel yang lain,yang mana proses sintesis berlaku pada bahagian dalam sel tumbuhan,selulosan disintesiskan di atas permukaan dinding sel.Berada di antara plasma membran tumbuhan ialah enzim yang dipanggil selulosa sintetas yang bertindak mensintesiskan selulosa.Apabila selulosa disintesiskan,satu terbitan baru akan wujud iaitu selulosa mikrofibril yang berada pada permukaan dalam sel.Kemudian selulosa mikrofibril akan mengikat di antara satu sama lain untuk membentuk selulosa makrofibril yang berada pada permukaan tengah sel.Selulosa makrofibril membesar untuk membentuk serat yang dinamakan serat selulosa. Selulosa ester dan selulosa ether adalah bahan yang penting dalam komersial.

Salah satu contoh tumbuhan yang memiliki selulosa tinggi yaitu tumbuhan pakis. Tumbuhan paku – pakis ( pteridoftit ) merupakan vegetasi dan tumbuhan daun. Ia merupakan golongan tumbuhan yang mempunyai ciri – ciri khas yaitu pada pucuk daun muda terdapat satu gelungan tali yang dikenali sebagai krozier. Ciri lain yang nyata ialah kesemua paku – pakis menghasilkan spora yang terbentuk di dalam sporangium. Sporangium ini berkumpul membentuk tompok – tompok di bahagian hujung, permukaan ataupun tepi daun. Kumpulan sporangium ini dikenali sebagai sorus. Susunan dan bentuk sorus berbeda – beda bergantung kepada spesies paku – pakis tersebut. Tanaman pakis mempunyai kekuatan pada struktur batang dan daun yang keras. Disitu baik dari batang tangkai daun hingga daun menyimpan satu potensi kelebihan tersendiri. Oleh karena itu pakis memiliki serat selulosa yang tinggi terdiri dari lignin dan hemiselulosa. Adapun kandungan selulosa pakis sendiri adalah 54 %. Salah satu jenis pakis yang masuk dalam jajaran atas tanaman hias adalah pakis zamio culcas zamiifolia.

Tumbuhan paku – pakis dibagikan kepada dua kelompok utama yaitu pakis primitif yang berstruktur ringkas ( fern – allies ) dan pakis sejati ( true – fern ). Pada paku – pakis primitif akarnya hanya berupa riziod ( cth. Psilotum ), berbatang kecil dan umumnya berwarna hijau kerana memiliki klorofil sehingga dapat membantu proses fotosintesis dan daunnya hanya berupa sisik dengan satu vena daun sahaja. Manakala pada paku – pakis sejati, pembagian antara akar, batang dan daun tampak jelas. Ketiga – tiga organ tersebut telah mencapai kesempurnaan yang tinggi. 

Sebilangan besar paku – pakis tumbuh liar terdapat disekitar kita. Di Semenanjung Malaysia sahaja terdapat lebih kurang 500 spesies paku – pakis liar yang telah dikenal pasti . Paku – pakis ini ada juga yang dimakan dan ia lebih dikenali sebagai Athyrium esculentum. Di samping itu , terdapat juga paku – pakis liar yang dipercayai mempunyai khasiat perubatan. Nenek moyang  kita dahulu sudah menggunakan berbagai spesies paku – pakis sebagai obat – obatan tradisional untuk mengubati penyakit kulit, luka  dan sakit perut. Ada juga yang boleh digunakan sebagai penahan darah dan penyubur rambut. Kini paku – pakis telah dijadikan sebagai tumbuhan perhiasan, antaranya ialah Lycopodium, Asplenium, Playcerium dan sebagainya.

Tumbuhan pteridoftit tersebar luas ke seluruh dunia, kecuali di bagian kutub yang senantiasa ditutupi es. Kira – kira 75% spesies ini terdapat di kawasan tropika, hampir tropika dan juga kawasan pergunungan yang berhampiran dengan kawasan tropika. Spesies yang hanya terdiri daripada bagian batang yang berwarna hijau yaitu tanpa akar dan daun sejati ditemukan pada genus Psilotum, hingga kepada genus Cyathea yang mempunyai akar sejati dan berdaun tebal, batang sempurna dan memyerupai batang pohon palma. Untuk menentukan variasi panjang atau tinggi paku – pakis dimulai dengan spesies yang berukuran kurang daripada 2.5 cm seperti pada paku – pakis air dari genus Azolla hingga kepada spesies yang memcapai ketinggian 30 m seperti paku – pakis Cyathea dan Dicksonia .

SULFONASI

Reaksi substitusi ialah reaksi pertukaran atau pergantian gugus atom atau suatu atom yang terdapat dapat senyawa karbon yang diganti atau ditukar dengan gugus atom lain, atau atom yang lain. Sulfonasi sendiri merupakan bagian dari reaksi substitusi. Sulfonasi adalah reaksi kimia yang melibatkan penggabungan gugus asam sulfonat, -SO₃H, ke dalam suatu molekul ataupun ion. 

Sulfonasi senyawa aromatik adalah salah satu tipe yang paling penting dari sulfonasi. Pada saat penambahan anilin ke dalam asam sulfat terjadi reaksi sulfonasi yaitu suatu reaksi substitusi yang mensubstitusikan atom hidrogen dengan gugus asam sulfonat (SO₃H) pada molekul organik melalui ikatan kimia pada atom karbonnya. Pada reaksi sulfonasi, bahan utama yang digunakan yaitu anilin dan asam sulfat yang menghasilkan asam sulfanilat dan air. Di mana penjelasan asam sulfanilat akan dijelaskan berikutnya. Mula-mula pada saat penambahan anilin dan asam sulfat terbentuk asap putih yang disebut asap monosulfat. Selanjutnya akan terjadi tahap mekanisme sulfonasi. Mekanisme sulfonasi dibagi menjadi 2 tahap, dimana tahap pertama, anilin pertama direaksikan dengan asam sulfat pekat di mana elektrofil atau gugus asam sulfonat (SO3H) dalam asam sulfat pekat menyerang cincin aromatik sehingga satu sisi anilin dari mengikat H dan SO3H kekuatan kelompok. Pada tahap kedua, senyawa anilin yang mengikat H kelompok dan kelompok SO3H dan kemudian hidroksida sehingga ion hidroksida akan mengikat H dan H kelompok kelompok akan meninggalkan anilin senyawa yang salah satu sisi belakang dari senyawa anilin mengikat kelompok SO3H hanya membentuk sulfanilat asam dan air. Sulfonasi dapat dilakukan dengan mereaksikan anilin (C6H5NH2) dengan asam sulfat pekat (H2SO4) pada suhu 180-195oC. Hasil yang diperoleh asam sulfanilat (C6H7NO3S) dan air(H2O).

Anilin merupakan senyawa turunan benzena yang dihasilkan dari pengurangan nitrobenzena. Anilin dapat dibuat dengan mengurangi nitrobenzena dengan campuran Fe dan HCl. Anilin, fenilamin atau aminobenzene adalah senyawa organik dengan rumus C6H5NH2. Terdiri dari kelompok fenil melekat ke gugus amino, anilin adalah amina aromatik prototipikal. Menjadi prekursor bahan kimia industri, penggunaan utama adalah dalam pembuatan prekursor untuk polyurethane. Seperti amina mudah menguap yang paling, ia memiliki bau yang agak tidak menyenangkan dari ikan busuk. Ia terbakar mudah, membakar dengan api berasap karakteristik senyawa aromatik. Anilin tidak berwarna, tetapi perlahan-lahan mengoksidasi dan resinifies di udara, memberi warna merah-coklat dengan sampel usia.

Asam sulfanilat adalah senyawa golongan asam kuat yang sering digunakan untuk bahan baku pembuatan obat-obatan. Asam Sulfanilat adalah bubuk abu-abu terang atau kristal; sedikit larut dalam air, alkohol, dan eter, dan larut dalam air panas. Asam Sulfaniat adalah produk anilin tersulfonasi. Anilin adalah bahan awal dalam industri manufaktur pewarna. Asam sulfonat dan garamnya hadir dalam pewarna organik menyediakan fungsi yang berguna kelarutan air mengikat lebih erat ke kain. Asam Sulfanilat digunakan sebagai perantara untuk pewarna (warna makanan, bahan pencemerlang optik), obat-obatan dan sintesis organik lainnya. Ini adalah komponen dari reagen untuk menentukan asam nitrit. Asam Sulfanilat dikonversi ke sulfanilamida yang merupakan salah satu bahan dasar untuk memproduksi obat sulfat antibakteri. Ada sebuah isomer disebut asam metanilat, sulfonat kelompok di posisi 2. Hal ini digunakan dalam pembuatan bahan celup azo dan obat sintesis sulfat.

Dari reaksi sulfonasi di atas, akan terbentuk kristal asam sulfanilat. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan pembentukan kristal antara lain adalah:
1. Derajat lewat jenuh
2. Jumlah inti yang ada atau luas permukaan total dari kristal yang ada.
3. Viskositas larutan
4. Jenis dan banyaknya pengotor
5. Pergerakan antara larutan dan Kristal

6. Suhu pada saat pemanasan.

Aplikasi Dalam Industri

Produksi Metil Ester Sulfonat

Produksi metil ester sulfonat dalam skala industri terdiri dari 4 (empat) tahap yaitu tahap sulfonasi, tahap pemucatan, tahap netralisasi, dan tahap pengeringan.

1.     Tahap Sulfonasi
MES diproduksi melalui proses sulfonasi metil ester dengan campuran SO3/udara. Reaksi pengontakkan SO3 dan bahan organik terjadi di dalam suatu falling film reactor. Gas dan organik mengalir di dalam tube secara co-current dari bagian atas reaktor pada temperatur 45^oC dan keluar reaktor pada temperatur sekitar 30^oC. Proses pendinginan dilakukan dengan air pendingin yang berasal dari cooling tower. Air pendingin ini mengalir pada bagian shell dari reaktor. Hal ini bertujuan untuk menjaga kestabilan temperatur reaksi akibat reaksi eksoterm yang berlangsung di dalam reaktor.  Agar campuran MESA mencapai waktu yang tepat dalam reaksi sulfonasi yang sempurna, MESA harus dilewatkan kedalam digester yang memilki temperature konstan (~80^oC) selama kurang lebih satu jam. Efek samping dari MESA digestion adalah penggelapan warna campuran asam sulfonat secara signifikan. Sementara itu, gas-gas yang meninggalkan reaktor menuju sistem pembersihan gas buangan (waste gas cleaning system).

2.     Tahap Pemucatan (Bleaching)
Untuk mengurangi warna sampai sesuai dengan spesifikasi, digested MESA harus diukur didalam sistem kontinu acid bleaching, dimana dicampurkan dengan laju alir metanol yang terkontrol dan hidrogen peroksida sesudahnya. Reaksi bleaching lalu dilanjutkan dengan metanol reflux dan pengontrolan temperatur yang presisi.

3.     Tahap Netralisasi
Acid ester yang terbentuk dalam proses sulfonasi bersifat tidak stabil dan mudah terhidrolisis. Oleh karena itu, pencampuran yang sempurna antara asam sulfonat dan aliran basa dibutuhkan dalam proses netralisasi untuk mencegah lokalisasi kenaikan pH dan temperatur yang dapat mengakibatkan reaksi hidrolisis yang berlebih. Neutralizer beroperasi secara kontinu, mempertahankan komposisi dan pH dari pasta secara otomatis.

4.     Tahap Pengeringan
Selanjutnya, pasta netral MES dilewatkan ke dalam sistem TurboTube^TM Dryer dimana metanol dan air proses yang berlebih dipisahkan untuk menghasilkan pasta terkonsentrasi atau produk granula kering MES, dimana produk ini tergantung pada berat molekul MES dan target aplikasi produk. Langkah akhir adalah merumuskan dan menyiapkan produk MES dalam komposisi akhir, baik itu dalam bentuk cair, batangan semi-padat atau granula padat, dengan menggunakan teknologi yang tepat.

 

REAKSI SAPONIFIKASI PADA PROSES PEMBUATAN SABUN

Kata saponifikasi atau saponify berarti membuat sabun (Latin sapon, = sabun dan –fy adalah akhiran yang berarti membuat). Bangsa Romawi kuno mulai membuat sabun sejak 2300 tahun yang lalu dengan memanaskan campuran lemak hewan dengan abu kayu. Pada abad 16 dan 17 di Eropa sabun hanya digunakan dalam bidang pengobatan. Barulah menjelang abad 19 penggunaan sabun meluas.

Sabun dibuat dari proses saponifikasi lemak hewan (tallow) dan dari minyak. Gugus induk lemak disebut fatty acids yang terdiri dari rantai hidrokarbon panjang (C-12 sampai C18) yang berikatan membentuk gugus karboksil. Asam lemak rantai pendek jarang digunakan karena menghasilkan sedikit busa.

Sabun dapat dibuat melalui proses batch atau kontinu Pada proses batch, lemak atau minyak dipanaskan dengan alkali (NaOH atau KOH) berlebih dalam sebuah ketel. Jika penyabunan telah selesai, garam garam ditambahkan untuk mengendapkan sabun. Lapisan air yang mengaundung garam, gliserol dan kelebihan alkali dikeluarkan dan gliserol diperoleh lagi dari proses penyulingan. Endapan sabun gubal yang bercampur dengan garam, alkali dan gliserol kemudian dimurnikan dengan air dan diendapkan dengan garam berkali-kali. Akhirnya endapan direbus dengan air secukupnya untuk mendapatkan campuran halus yang lama-kelamaan membentuk lapisan yang homogen dan mengapung. Sabun ini dapat dijual langsung tanpa pengolahan lebih lanjut, yaitu sebagai sabun industri yang murah. Beberapa bahan pengisi ditambahkan, seperti pasir atau batu apung dalam pembuatan sabun gosok. Beberapa perlakuan diperlukan untuk mengubah sabun gubal menjadi sabun mandi, sabun bubuk, sabun obat, sabun wangi, sabun cuci, sabun cair dan sabun apung (dengan melarutkan udara di dalamnya).

Pada proses kontinu, yaitu yang biasa dilakukan sekarang, lemak atau minyak hidrolisis dengan air pada suhu dan tekanan tinggi, dibantu dengan katalis seperti sabun seng. Lemak atau minyak dimasukkan secara kontinu dari salah satu ujung reaktor besar. Asam lemak dan gliserol yang terbentuk dikeluarkan dari ujung yang berlawanan dengan cara penyulingan. Asam-asam ini kemudian dinetralkan dengan alkali untuk menjadi sabun.

Pada umumnya, alkali yang digunakan dalam pembuatan sabun pada umumnya hanya NaOH dan KOH, namun kadang juga menggunakan NH₄OH. Sabun yang dibuat dengan NaOH lebih lambat larut dalam air dibandingkan dengan sabun yang dibuat dengan KOH. Sabun yang terbuat dari alkali kuat (NaOH, KOH) mempunyai nilai pH antara 9,0 sampai 10,8 sedangkan sabun yang terbuat dari alkali lemah (NH₄OH) akan mempunyai nilai pH yang lebih rendah yaitu 8,0 sampai 9,5.

Pada perkembangan selanjutnya bentuk sabun menjadi bermacam-macam, yaitu:

1.      Sabun cair

o    Dibuat dari minyak kelapa

o    Alkali yang digunakan KOH

o    Bentuk cair dan tidak mengental dalam suhu kamar

2.      Sabun lunak

o    Dibuat dari minyak kelapa, minyak kelapa sawit atau minyak tumbuhan yang tidak jernih

o    Alkali yang dipakai KOH

o    Bentuk pasta dan mudah larut dalam air

3.      Sabun keras

o    Dibuat dari lemak netral yang padat atau dari minyak yang dikeraskan dengan proses hidrogenasi

o    Alkali yang dipakai NaOH

o    Sukar larut dalam air

Wanita sangat menginginkan menggunakan sabun dalam bentuk cair, sebab bentuk cair memberikan busa yang cukup banyak. Sabun yang banyak mengandung busa, terutama pada sabun cair yang terbuat dari minyak kelapa atau kopra ini biasanya menyebabkan rangsangan dan memungkinkan penyebab dermatitis bila dipakai. Oleh karena itulah penggunaanya diganti dengan minyak zaitun dan minyak kacang kedele atau minyak yang lain yang dapat menghasilkan sabun lebih lembut dan baik. Tetapi para pemakai kurang menyukainya sebab sabun ini kelarutannya rendah dan tidak memberikan busa yang banyak.

Dengan perkembangan yang cukup pesat dalam dunia industri dimungkinkan adanya penambahan bahan-bahan lain kedalam sabun sehingga menghasilkan sabun dengan sifat dan kegunaan baru. Bahan-bahan yang ditambahkan misalnya:

1.      Sabun kesehatan

o    TCC (Trichorlo Carbanilide)

o    Hypo allergenic blend, untuk membersihkan lemak dan jerawat

o    Asam salisilat sebagai fungisida

o    Sulfur, untuk mencegah dan mengobati penyakit kulit

2.      Sabun kecantikan

·         Parfum, sebagai pewangi dan aroma terapi

·         Vitamin E untuk mencegah penuaan dini

·         Pelembab

·         Hidroquinon untuk memutihkan dan mencerahkan kulit

1.      Shampoo

·         Diethanolamine (HOCH₂CH₂NHCH₂CH₂OH) untuk mempertahankan pH

·         Lanolin sebagai conditioner

·         Protein untuk memberi nutrisi pada rambut

Selain jenis sabun diatas masih banyak jenis-jenis sabun yang lain, misalnya sabun toilet yang mengandung disinfektan dan pewangi. Textile soaps yang digunakan dalam industi textile sebagai pengangkat kotoran pada wool dan cotton. Dry-cleaning soaps yang tidak memerlukan air untuk larut dan tidak berbusa, biasanya digunakan sebagai sabun pencuci tangan yang dikemas dalam kemasan sekali pakai. Metallic soaps yang merupakan garam dari asam lemak yang direaksikan dengan alkali tanah dan logam berat, biasanya digunakan untuk pendispersi warna pada cat, varnishes, dan lacquer. Dan salt-water soaps yang dibuat dari minyak palem Afrika (Elaise guineensis) yang dapat digunakan untuk mencuci dalam air asin.

Meskipun meupakan bahan utama pembentuk sabun, namun ternyata alkali mempunyai dampak negatif bagi kulit. Beberapa penyelidik mengetahui bahwa alkali lebih banyak merusak kulit dibandingkan dengan kemampuannya menghilangkan bahan berminyak dari kulit . Meskipun demikian dalam penggunaannya dengan air, sabun akan mengalami proses hidrolis. Untuk mendapatkan sabun yang baik maka harus diukur sifat alkalisnya, yakni pH antara 5,8 sampai 10,5. Pada kulit yang normal kemungkinan pengaruh alkali lebih banyak. Beberapa penyakit kulit sensitif terhadap reaksi alkalis, dalam hal ini pemakaian sabun merupakan kontra indikasi. pH kulit normal antara 3-6, tetapi bila dicuci dengan sabun, pH kulit akan naik menjadi 9, meskipun kulit cepat menjadi normal kembali, tapi mungkin saja perubahan ini tidak diinginkan pada penyakit kulit tertentu.