KROMATOGRAFI GAS
Tujuan percobaan
Setelah mempelajari teori dan melaksanakan praktek, mahasiswa diharapkan dapat memahami cara menganalisis komponen kimia dalam bahan hasil pertanian dan pangan dengan menggunakan kromatografi gas.
Dasar percobaan
Identifikasi komposisi asam lemak dapat ditentukan menggunakan kromatografi gas. Kromatografi gas (GC-Gas Chromatography) adalah teknik analisa untuk memisahkan komponen berdasarkan polaritas dan titik didihnya. Kromatografi gas dapat memberikan informasi kualitatif dan kuantitatif untuk masing-masing fraksi atau komponen penyusun sampel. Pemisahan yang terjadi dalam kromatografi dilaksanakan dengan manipulasi sedemikian rupa sifat-sifat fisik umum dari suatu senyawa atau molekul, yaitu :
a. Kecenderungan suatu molekul untuk larut dalam cairan (partisi).
b. Kecenderungan suatu molekul untuk menguap.
Masing-masing fraksi atau komponen penyusun sampel memiliki karakteristik struktur kimia yang berbeda, komponen ini dapat ber-partisi dalam kolom sebagai fase stasioner berdasarkan polaritas. Komponen yang sifatnya polar akan cenderung tertahan di kolom bila digunakan kolom yang juga sifatnya polar, sedangkan komponen yang sifatnya lebih non polar akan terbawa oleh fase gerak, dalam hal ini adalah gas, sehingga komponen yang non polar akan terdeteksi lebih dahulu. Dengan demikian pemisahan diantara komponen dapat terjadi. Masing-masing fraksi atau komponen penyusun sampel juga memiliki kisaran titik didih yang berbeda, sehingga bila suatu komponen diberi perlakuan pemanasan yang tinggi sampai pada titik didihnya, komponen yang menguap lebih dahulu akan terdeteksi lebih dulu dibandingkan dengan komponen lainnya yang titik didihnya lebih tinggi, dengan demikian pemisahan dapat terjadi.
Pada prinsipnya, kriteria sampel yang ingin diketahui komponen penyusunnya melalui kromatografi gas haruslah sampel yang tahan panas dan mudah menguap pada saat injeksi. Analisis lemak, yang terdiri dari asam lemak non volatil dikonversi secara kimia (proses esterifikasi asam lemak) menjadi komponen yang volatil, yaitu FAME (Fatty Acid Methyl Ester). FAME ini kemudian dapat dianalisa menggunakan GC. Glicerol ester dapat di-dekomposisi secara kimia menjadi metil ester dari masing-masing asam lemak.
Metilasi asam lemak dapat dilakukan dengan 2 cara ; metilasi metode KOH-Metanol dan transmetilasi in situ. Pada metilasi metode KOH-Metanol, Lipida (gliceride, glycerophosphatide, glycosyglyceride, sterol ester atau lilin) mulanya dihidrolisis dalam medium alkali yang digunakan untuk mengekstrak lemak dan fase yang tidak tersabunkan (non lemak) yang ada pada lemak kasar (campuran sterol, alkohol, hidrokarbon, pigmen, vitamin). Dilakukan saponifikasi pada suhu ruang. Reagen yang digunakan adalah campuran KOH dalam metanol. Fase yang tidak tersabunkan bila dilakukan sentrifugasi akan mengendap sehingga supernatan berisi metil ester asam lemak kemudian digunakan untuk analisis selanjutnya menggunakan GC.
Metode Transmetilasi In Situ untuk memperoleh turunan asam lemak dalam bentuk metil ester dilakukan dengan pemanasan terhadap asam lemak bebas menggunakan anhydrous metanol berlebih dengan keberadaan katalis BF3. Pemberian asam seperti HCl atau sulfuric acid-metanol biasanya digunakan untuk menyempurnakan proses esterifikasi asam lemak dengan rantai sangat panjang (C24:0-C36:0) sebelum dilakukan analisis GC.
Prosedur kerja :
Persiapan metil ester asam lemak metode transmetilasi in situ (Park and Goins, 1994)
Sampel minyak ditimbang sebanyak 0,1 g ke dalam tabung reaksi
Ditambahkan 0,1 mL metilen klorida dan 1 mL NaOH 0,5 N dalam metanol
Dipanaskan dalam penangas air bersuhu 900C selama 10 menit
Didinginkan dan ditambahkan 1 mL BF3 14% dalam methanol
Dipanaskan dalam penangas air bersuhu 900C selama 10 menit
Didinginkan dan ditambahkan 1 mL akuades dan 0,5 mL heksana
Disentrifugasi kecepatan 3000rpm selama 5 menit
Diambil lapisan atas dan siap untuk analisis dengan GC
Kondisi kromatografi gas (GC) yang digunakan :
· Kolom : Kapiler bahan isian silika, panjang 50 m ; id. 0,22 mm
· Bahan isian : Silika
· Jenis : Bonded phase
· Fase : CBP20 (Polar)
· Ketebalan lapisan : 0,25 mikrometer
· Gas pembawa : Nitrogen, kecepatan 200 kg/m2
· Gas pembakar : Hidrogen, kecepatan 1,0 kg/cm2
· Gas pembantu : Udara, tekanan 0,5 kg/cm2
· Suhu kolom : 140-200 0C dengan kenaikan suhu 50C per menit
· Suhu injektor : 250 0C
· Suhu detektor : 250 0C
· Volume Injeksi : 2 mikroliter
KIMIA MINYAK DAN LEMAK
• Lipid diklasifikasikan menjadi 4 kelas :
1) Lipid netral
2) Fosfolipid
3) Spingolipid
4) Glikolipid
• Komponen non trigliserida :
1) Lipid kompleks (lesithin, cepalin, fosfatida)
2) Sterol
3) Asam lemak bebas (free faty acid, FFA)
4) Lilin
5) Pigmen yang larut dalam lemak
6) Hidrokarbon
Hidrokarbon
• Persenyawaan squalene (C30H50) merupakan hodrokarbon tak jenuh dalam minyak
• Rumus kimia : (CH3)2C = CH(CH2)2C(CH3) = CH(CH2)2C(CH3) = CH(CH2)2
• Squalale banyak terdapat dalam minyak hati ikan, minyak zaiutun, minyak dedak (rice brant oil)
Lilin :
• Terdapat dalam jumlah kecil di dalam minyak kasar (crude oil)
• Jenis lilin :
1) Mirisil isobehenat à C21H43COOC14H29
2) Mirisil lignoserat à C23H47COOC30H61
3) Setil lignoserat à C23H47COOC16H33
SIFAT FISIK MINYAK DAN LEMAK
• Minyak dan lemak merupakan ester dari asam lemak dan gliserol
Sifat Umum Lipid (Fat and Oil)
• Tidak larut dalam air
• Larut dalam pelarut organik, seperti petroleum benzene, petroleum ether dan alhokol
• Tidak berbau, tidak memiliki rasa dan tidak berwarna.
• Bau pada minyak pada umumnya disebabkan oleh free fatty acid (FFA)
Lipid secara umum dibagi dalam tiga klas, yaitu ;
1. Lipid sederhana, yang terdiri atas asam lemak dan gliserol.
2. Lipid majemuk, yang terdiri atas lipid sederhana yang berkonyugasi dengan senyawa-senyawa non lipid.
3. Turunan lipid, yang terdiri atas produk hasil hidrolisis lipid.
Komposisi dan Struktur
1. Komponen mayor (major component)
a. Asam lemak
b. Asilgliserol
c. Phosphogliserol (Gliserolphospholipid)
d. Spingolipid
2. Komponen Minor (minor component)
a. Hidrokarbon
b. Sterol
c. Klorophil
d. Karotenoid
e. Triperten alkohol
f. Senyawa phenolik
Asam Lemak
· Terbentuk dari beberapa klas lipid, antara lain asilgliserol, phophogliserol, likolipid,
· ester kolesterol dan lilin (waxes).
· Semua asam lemak terdiri atas rantai karbon dan gugus karboksil.
· Jumlah atom karbon (C), bentuk rantai (cis atau trans) dan jumlah ikatan rangkap banyak menentukan sifat fisik dan kimia minyak dan lemak.
· Beberapa jenis asam lemak pada minyak dan lemak
Asilgliserol
· Ester asil dari gliserol merupakan komponen utama dari lipid, baik hewani maupun nabati.
· Kurang lebih 98 % dari minyak dan lemak tersusun atas campuran triasil gliserol, yaitu molekul gliserol yang teresterifikasi dengan tiga asam lemak.
Komponen minor
Hidrokarbon
· Terdapat dalam jumlah kecil
· Contoh : squalene (C30 H50 ) merupakan hidrokarbon tidak jenuh dalam minyak dan lemak.
· Squalene terdapat di dalam minyak hati ikan, minyak zaitun, minyak dedak dan beberapa jenis minyak lainnya.
Sterol
· Contoh sterol adalah kolesterol (pada minyak hewani) dan stigmasterol, ergosterol, yang sering disebut phytosetrol yang banyak terdapat pada minyak nabati.
· Terdapat dalam jumlah kecil
Sifat-Sifat Lipid
Tipe lipid
1. Lipid sederhana, yaitu ester asam lemak dan gliserol
a. Minyak dan lemak
b. Waxes : ester monohidroksi alkohol rantai panjang dan asam lemak
2. Senyawa lipid : lipid sederhana dengan molekul non lipid
a. Phospolipid : lipid + asam phosporik
b. Glikolipid : lipid + karbohidrat
c. Lipoprotein : lipid + protein
3. Turunan lipid :
a. Asam lemak
b. Alkohol
c. Hidrokarbon
d. Vitamain larut dalam minyak dan lemak (Vit. A, D, E, K)
Klasifikasi Berdasarkan Karakteristiknya :
1. Kelompok asam laurat
• Kandungan asam laurat : 40 - 50%
• Jenis asam lemak lainnya yang banyak : atom C 8, 10 dan 14
• Asam lemak tak jenuh : oleat & linoleat
• Contoh : minyak biji sawit (PKO), dan minyak kelapa
Komposisi asam lemak CO & PKO
Asam lemak Coconut oil Palm kernel oil
a. Kaproat à 0,5 % 0,2 %
b. Kaprilat à 8,0 % 4,0 %
c. Kaprat à 7,0 % 3,9 %
d. Laurat à 48,0 % 50,4 %
e. Miristat à 17,0 % 17,3 %
f. Palmitat à 9,0 % 7,9 %
g. Stearat à 2,0 % 2,3 %
h. Palmitoleat à 0,2 % -
i. Oleat à 6,0 % 11,8 %
j. Linoleat à 2,3 % 2,1 %2.
2. Kelompok asam palmitat :
• Kandungan asam palmitat : 32 - 47%
• Contoh : minyak kelapa sawit (Elaesisi guineensi)
• Pada buah sawit banyak mengandung enzim lipase yang dapat menghidrolisis minyak.
• CPO banyak mengandung karoten
• Penggunaan : shortening, margarin dan sabun
3. Kelompok asam oleat & linoleat
• Komponen utama : asam lemak tak jenuh
• Kandungan asam lemak jenuh kurang dari 20 %
• Kegunaan : minyak goreng, sabun, dll.
• Contoh : minyak jagung, kacang tanah, bunga matahari, dan minyak dedak (rice bran oil)
4. Group asam linoleat
• Minyak ini mengandung asam oleat dan linoleat yang tinggi. Semua jenis minyak dari gorup ini bersifat mudah mengering (drying oil).
• Mudah teroksidasi
• Pemanfaatan : banyak digunakan untuk bahan sabun, campuran bahan cat dan coating.
• Contoh : minyak kedelai, wheat germ, canola oil dan linseed oil
5. Group depot lemak hewan
• Lemak babi (lard) mengandung 30 - 40% asam lemak (C16 dan C18) jenuh dan mengandung 60 % asam oleat dan linoleat.
• Titik cairnya relatif tinggi, dipengaruhi oleh kandungan asal lemak jenuhnya.
Klasifikasi berdasarkan bil. iodiom
1. Minyak tidak mengering (non drying oil), yaitu jenis minyak dengan bilangan iod kurang dari 90.
Contoh : palm oil
2. Minyak setengah mengering (semi drying oil), yaitu jenis minyak dengan bilangan iod antara 90 - 130
Contoh : cottonseed oil dan sunflower oil.
3. Minyak mengering (drying oil), yaitu jenis minyak dengan bilangan iod lebih dari 130
Contoh : rubber seed oil
Asam lemak essensial (essential fatty acids, EFAs) :
• Asam lemak essensial : asam lemak linoleat dan arakhidonat
• Tikus percobaan akan rontok bulunya bila dietnya tidak mengandung asam lemak linoleat dan arakhidonat
• Mamalia dapat mensintesa asam lemak jenuh dan asam lemak mono unsaturated, tetapi tidak dapat membuat asam lonileat dan linolenat (asam lemak essensial)
• Asam lemak linoleat diketahui merupakan prekusor prostaglandin
SUMBER MINYAK
1. Minyak nabati, yaitu minyak dan lemak yang diperoleh dari tanaman, baik dari biji, kulit maupun buah.
2. Minyak hewani, yaitu minyak yang diperoleh dari hasil ternak (hewan) dan ikan.
Sumber Minyak Nabati
1. Biji-bijian tanaman semusim : corn oil, cottonseed oil, peanut oil, rape seed oil, soybean oil, dan sunflower oil.
2. Kulit buah tanaman tahunan : minyak zaiutun, palm oil
3. Biji-bijian tanaman tahunan : coconut, cocoa oil, palm kernel oil, dan babasu oil.
Sumber minyak hewani
1. Susu hewan peliharaan : lemak susu
2. Daging hewan peliharaan : lemak sapi, lard oil dan tallow oil.
3. Hasil laut : sardien oil, dan minyak ikan paus
Sumber Minyak
• Linseed oil
• Tung oil
• Kapok oil
• Oilve oil
• Rice bran oil
• Grapeseed oil
• Nigerseed oil
• Safflower oil
• Rapeseed oil
• Poppyseed oil
• Tomatoseed oil
• Teaseed oil
• Sesame oil
• Almond oil
Minyak Nabati :
1. Linseed oil
• Dari biji Linum usitatissimun, bentuk oval dengan ukuran 3 - 4 mm
• Kadar minyak : 32 - 43 %
• Kadar phosphatida dan gum cukup tinggi
• Komponen utama : asam linolenik (45 –53 %)
• Komponen lain : asam linolenik (8,3 –29%), oleat (9 - 27%) dan asam lemak jenuh (15 - 16%)
• Kegunaan : minyak cat dan vernis
2. Tung oil
• Dari biji Aleurites fardii dan A. montana
• Kadar minyak biji : 16 - 25%, kernel : 36 - 62 %
• Kernel : 30 % dari berat biji
• Asam lemak tak jenuh cukup tinggi : 77 - 82 %, sedangkan asam lemak jenuhnya 3 - 10 %
• Bersifat drying oil
3. Poppyseed oil
• Dari biji Papaer somniferum
• Kadar minyak : 44 - 50 %
• Komponen utama : asam linoleat (62 - 73 %), oleat (10 - 30 %), dan palmitat (5 - 10 %)
4. Sunflowerseed oil
• Dari biji bunga matahari
• Kadar minyak : 28 - 35 %
• Asam lemak utama :
o Asam stearat : 25 - 30%,
o Asam linoleat : 64 - 70%,
o Asam oleat : 30 - 35%
5. Soybean oil
• Dari biji kedelai
• Kadar minyak : 14 - 23 %
• Kmposisi asam lemak :
o Asam linoleat (50 - 60%)
o Asam oleat (16 - 25%),
o Asam linoleat (6 - 8%)
o Phospholipid ( 2 - 3 %)
6. Rice bran oil
• Dari dedak padi
• Kadar minyak : 8 - 9 % (bran), atau 0,85 - 1,19% (rice)
• Kompisisi asam lamak :
o Asam lemak jenuh : 15 - 21%,
o Asam oleat : 41 - 48%,
o Asam linoleat : 29 - 40%,
o Asam linolenat : 0 - 1%
• FFA naik 1 % perjam penyimpanan
7. Castor oil
• Dari tumbuhan Ricinus communis
• Kadar minyak : 44 - 45 %
• Vicositas tinggi, karena mengandung asam risinolik (91,4 - 94,9 % dari total asam lemak)
• Asam linoleat : 4,5 - 5 %, A.l.j : 1 - 2 %
• Minyak dan proteinnya mengandung racun
8. Palm oil (CPO)
Ø Kadar minyak pada jaringan mesocarp : 50 - 70 %
Ø Komposisi asam lemak :
• Asam palmitik 40%,
• Oleat : 37 - 40 %
• Linoleat : 10 %
9. Coconut oil
Ø Kadar minyak kernel : 30 - 40 %
Ø Kopra : 60 - 70 %
Ø Komposisi asam lemak :
• Asam laurat : 45 - 50%
• Asam miristat : 15 - 19%
• Asam palmitat : 8 - 18%
• Asam stearat : 2 - 3%
• Asam oleat : 5 - 8%
• Asam linoleat : 1 %
