sintesis asam asetat

BAB  I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Cuka telah dikenal manusia sejak dahulu kala. Cuka dihasilkan oleh berbagai bakteria  penghasil asam asetat, dan asam asetat merupakan hasil samping dari pembuatan bir atau anggur . Penggunaan asam asetat sebagai pereaksi kimia juga sudah dimulai sejak lama. Pada abatke-3 Sebelum Masehi, Filsuf  Yunani kuno Theophrastos menjelaskan bahwa cuka bereaksi dengan logam-logam membentuk berbagai zat warna, misalnya timbal putih (timbal karbonat), dan verdigris, yaitu suatu zat hijau campuran dari garam-garam tembaga dan mengandung tembaga (II) asetat. Bangsa Romawi menghasilkan sapa, sebuah sirup yang amat manis, dengan mendidihkan anggur yang sudah asam. Sapa mengandung timbal asetat, suatu zat manis yang disebut juga gula timbal dan gula Saturnus. Akhirnya hal ini berlanjut kepada peracunan dengan timbal yang dilakukan oleh para pejabat Romawi. Pada abad ke-8, ilmuwan Persia Jabir ibnu Hayyan menghasilkan asam asetat pekat dari cuka melalui distilasi. Pada masa renaisans, asam asetat glasial dihasilkan dari distilasi kering  logam asetat. Pada abad ke-16 ahli kimia Jerman Andreas Libavius menjelaskan prosedur  tersebut, dan membandingkan asam asetat glasial yang dihasilkan terhadap cuka. Ternyata asama setat glasial memiliki banyak perbedaan sifat dengan larutan asam asetat dalam air, sehingga banyak ahli kimia yang mempercayai bahwa keduanya sebenarnya adalah dua zat yang berbeda. Ahli kimiaPrancis Pierre Adet akhirnya membuktikan bahwa kedua zat ini sebenarnya sama. Pada 1847 kimiawan Jerman Hermann Kolbe mensintesis asam asetat dari zat anorganik   untuk pertama kalinya. Reaksi kimia yang dilakukan adalah klorinasi karbon disulfida menjadi karbon tetraklorida, diikuti dengan pirolisis menjadi tetra kloro etilena dan klorinasi dalam air  menjadi asam trikloroasetat, dan akhirnya reduksi melalui elektrolisis menjadi asam asetat.

            Sejak  1910 kebanyakan asam asetat dihasilkan dari cairan piroligneous yang diperoleh dari distilasi kayu. Cairan ini direaksikan dengan kalsium hidroksida menghasilkan kalsium asetat  yang kemudian diasamkan dengan asam sulfat menghasilkan asam asetat.

Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH3-COOH, CH3COOH, atau CH3CO2H. Asam asetat murni (disebut asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik beku 16,7°C. Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana, setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H+ dan CH3COO-.Asam asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. Dalam industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur keasaman. Dalam setahun, kebutuhan dunia akan asam asetat mencapai 6,5 juta ton per tahun. 1.5 juta ton per tahun diperoleh dari hasil daur ulang, sisanya diperoleh dari industri petrokimia maupun dari sumber hayati.

1.2 Tujuan Penulisan

Dalam penyusunan makalah ini, kami mempunyai beberapa tujuan yaitu:

a.       Ingin mengetahui cara pembuatan asam asetat

1.3 Metoda Penulisan

1.4 Sistematika Penulisan

BAB II

SINTESIS ASAM ASETAT (FERMENTASI)

2.1 Tinjauan umum

Istilah fermentasi diturunkan dari “Fervere” istilah latin yang berarti mendidih, dan ini digunakan untuk menyebut adanya aktivitas yeast pada ekstrak buah dan larutan malt serta biji-bijian. Peristiwa pendidihan tersebut terjadi akibat terbentuknya O₂ oleh proses gula dalam ekstrak. Secara biokimia fermentasi diartikan sebagai pembentukan energi melalui senyawa organik, sedangkan aplikasinya dalam dunia industri fermentasi diartikan sebagai suatu proses untuk mengubah bahan dasar menjadi suatu produk oleh massa sel mikroba. Di dalam pengertian ini termasuk juga proses anabolisme pembentukan komponen sel secara aerob.

Fermentasi asam asetat adalah fermentasi aerobik atau respirasi oksidatif, yaitu respirasi dengan oksidasi berlangsung tidak sempurna dan menghasilkan produk-produk akhir berupa senyawa organik seperti asam asetat. Proses ini dilakukan oleh bakteri dari genus Acetobacter dan Glucobacter. Kondisi respirasi oksidatif ini dapat dilakukan dengan kultur murni, tetapi kondisinya tidak selalu aseptis oleh karena pH yang rendah serta adanya alcohol dalam media merupakan faktor penghambat bagi mikroorganisme lain selain Acetobacter acetii. Mekanisme fermentasi asam asetat ada 2 yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam asetat. Pada fermentasi alkohol mula-mula gula yang terdapat pada bahan baku akan dibongkar oleh khamir menjadi alkohol dan gas O2 yang berlangsung secara anaerobik. Setelah alkohol dihasilkan maka dilakukan fermentasi asam asetat, dimana bakteri asam asetat akan mengubah alkohol menjadi asam asetat. Setelah terbentuk asam asetat fermentasi harus segera dihentikan supaya tidak terjadi fermentasi lebih lanjut oleh bakteri pembusuk yang dapat menimbullkan kerusakan.

Industri fermentasi di negara-negara maju sudah berkembang sedemikian pesatnya, termasuk dalam produksi hasil-hasil pemecahan atau metabolit primer oleh mikroba (asam, asam amino, alkohol), hasil metabolit sekunder (antibiotik, toksin), produksi masa sel (protein sel tunggal), enzim, dan sebagainya. Mikroba yang umum digunakan dalam industri fermentasi termasuk dalam bakteri dan fungi tingkat rendah yaitu kapang dan khamir.

Asam asetat memiliki sifat antara lain:

• Berat molekul                             : 60,05
• Mempunyai titik didih                : 118,1 ^oC
• Mempunyai titik beku                : 16,7 ^oC
• Spesific grafity                           : 1,049
• Berupa cairan jernih (tidak berwarna)
• Berbau khas
• Mudah larut dalam air, alkohol, dan eter
• Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah (korosif)
• Asam asetat bebas-air membentuk kristal mirip es pada 16,7°C,sedikit di bawah suhu ruang

2.2 Bahan Baku dalam proses fermentasi pembuatan asam asetat

1. Bahan Baku

Berbagai produk hasil pertanian yang mengandung gula yang tinggi dapat digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi cuka, misalnya, buah-buahan, kentang, biji-bijian, bahan yang mengandung cukup banyak gula, atau alcohol.

2.      Bakteri Asam Asetat

Golongan bakteri yang mengoksidasi etanol menjadi asam asetat diklasifikasikan menjadi 2 genera yaitu:

1.Gluconobacter

Mengoksidasi etanol menjadi asam asetat.

2.Acetobacter

Mengoksidasi asam asetat lebih lanjut menjadi O₂ dan H₂O.

Bakteri asam asetat mempunyai kemampuan membentuk asam dari alkohol secara oksidasi diekspresikan ke dalam medium.Bakteri ini termasuk bakteri gram negatif yang bergerak lambat dengan flagella peritrik,memiliki toleransi terhadap asam yang tinggi,dan aktivitas peptolitik yang rendah. Fermentasi asam asetat dilakukan oleh bakteri asam asetat terhadap larutan yamg mengandung alkohol.Bakteri asam asetat tersebut termasuk dalam famili Pseudomonadaceae yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

● Sel berbentuk batang pendek atau bola

● Bakteri gram negatif

● Sel bergerak dan tidak bergerak

● Tidak mempunyai endospora

● Tidak bersifat patogen

● Bersifat aerob

● Energi diperoleh dari oksidasi etanol menjadi asam asetat

● Mampu hidup dalam air, padatan, daun, buah, dan lain-lain. Bakteri asam asetat digolongkan menjadi peroksidan jika mampu menumpuk asetat.

Contoh peroksidan:Acetobacter acetii dan Acetobacter pasterinum

Acetobacter acetii merupakan bakteri gram negatif yang bergerak menggunakan peritrich flagella,merupakan bakteri aerob obligat,tidak membentuk endospora dan dapat tumbuh dimana-mana.

2.3 Proses fermentasi pembuatan asam asetat atau vinegar

2.3.1 Fermentasi secara Aerob

Aceto Bacteri

C₆H₁₂O₆  +  2C₂H₅OH                   2CH₃COOH  +  H₂O  + 116 kal

(Glukosa)        (Etanol)                  Asam cuka

a. Metoda lambat (Slow Methods)

Biasanya untuk bahan baku berupa buah-buahan. Etanol tidak banyak bergerak atau mengalir karena proses dilakukan pada suatu  tangki batch. Memasukan jus buah, yeast, dan bakteri vinegar ke dalam tangki. Sebagian jus buah terfermentasi menjadi etanol (11-13% alkohol) setelah beberapa hari.

Fermentasi etanol menjadi asam asetat terjadi pada permukaan tangki. Bakteri vinegar di permukaan larutan yang membentuk lapisan agar-agar tipis   mengubah etanol menjadi asam asetat atau vinegar (asetifikasi). Proses ini memerlukan temperatur 21- 29 ^oC. Jatuhnya lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar akan memperlambat asetifikasi. Permasalahan ini bisa dicegah dengan memasang lapisan yang dapat mengapungkan lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar.

·         Kelebihan Metoda lambat (Slow Methods) :

Ø  Proses sangat sederhana

·         Kekurangan Metoda lambat (Slow Methods) :

1) Proses relative lama, berminggu-minggu atau berbulan-bulan.

2) Jatuhnya lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar akan memperlambat asetifikasi.

b. Metoda cepat (Quick Methods) atau German process

v  Biasanya untuk bahan baku berupa etanol cair.

v  Bahan baku untuk basis 1 ton asam asetat (100%) :

• Alkohol(95 %) sebanyak 1.950 lb
• Sedikit nutrisi
• Udara sebanyak 11.000 lb

v  Etanol mengalami perpindahan selama proses.

v  Proses fermentasi terjadi di dalam tangki pembentukan (Frings generator) yang terbuat dari kayu atau besi.

v  Bagian-bagian dari tangki pembentukan :

a)  Bagian atas, tempat alkohol dimasukkan

b) Bagian tengah, terdapat bahan isian (berupa:kayu, tongkol jagung, rottan) di bagian ini untuk memperluas bidang kontak rektan (etanol dan oksigen). Bahan isian mulamula disiram dengan larutan vinegar yang mengandung bakteri asetat sehingga dipermukaan bahan isian akan tumbuh bakteri asetat.

c)   Bagian bawah,digunakan sebagai tempat mengumpulkan produk vinegar.

v  Mendistribusikan campuran etanol cair (10,5 %), vinegar(1 %), dan nutrisi melalui bagian atas tangki dengan alat sparger

v  Campuran mengalir turun melalui bahan isian dengan sangat lambat

v  Udara dialirkan secara countercurrent melalui bagian bawah tangki

v  Panas yang timbul akibat reaksi oksidasi diambil dengan pendingin. Pendingin dipasang pada aliran recycle cairan campuran (yang mengandung vinegar,etanol, dan air) dari bagian bawah tangki. Temperatur operasi dipertahankan pada rentang suhu 30-35 ^oC.

v  Produk yang terkumpul di bagian bawah tangki mengandung asam asetat optimum sebesar 10- 10,5 %. Sebagian produk direcycle dan sebagian yang lain di keluarkan dari tangki.

v  Bakteri asetat akan berhenti memproduksi asam asetat jika kadar asam asetat telah mencapai 12-14 %.

v  Bahan baku 2.500 gal dengan produk 10,5 % asam asetat memerlukan waktu proses 8-10 hari.

• Kelebihan Metoda cepat (Quick Methods) atau German process :

1) Biaya proses rendah, relatif sederhana dan kemudahan dalam mengontrol.

2) Konsentrasi produk asam asetat besar.

3) Tangki proses membutuhkan sedikit tempat peletakannya.

4) Penguapan sedikit.

• Kekurangan Metoda cepat (Quick Methods) atau German process :

1)   Waktu tinggal terlalu lama bila dibandingkan Metoda Perendaman     (Submerged Method).

2) Pembersihan tangki cukup sulit.

Gambar. Frings Generator

c. Metoda Perendaman (Submerged Method)

Ø  Umpan yang mengandung 8-12 % etanoldiinokulasi dengan Acetobacter  acetigenum.

Ø  Temperatur proses dipertahankan pada rentang suhu 24-29 ^oC.

Ø  Bakteri tumbuh di dalam suspensi antara gelembung udara dan cairan yang difermentasi.

Ø  Umpan dimasukkan melewati bagian atas tangki.

Ø  Udara didistribusikan dalam cairan yang difermentasi sehingga membentuk gelembung- gelembung gas.Udara keluar tangki melewati pipa pengeluaran di bagian atas tangki.

Ø  Temperatur proses dipertahankan dengan menggunakan koil pendingin stainless steel yang terpasang di dalam tangki.

Ø  Defoamer yang terpasang di bagian atas tangki membersihkan busa yang terbentuk dengan sistem mekanik.

• Kelebihan Metoda Perendaman (Submerged Method):

a) Hampir disemua bagian tangki terjadi fermentasi.

b) Kontak antar reaktan dan bakteri semakin besar.

• 
  Kekurangan Metoda Perendaman (Submerged Method):

a)      Biaya operasi relatif mahal.

Gambar. Pengolahan secara Submerged

2.3.2 Fermentasi secara Anaerob

Clostridium thermoaceticum

C₆H₁₂O₆                      CH₃OOH + Q

glukosa                        asam asetat

Menggunakan bakteri Clostridium thermoaceticum. Mampu mengubah gula menjadi asam asetat. Temperatur proses sekitar 45- 65 ^oC; pH 2-5. Memerlukan nutrisi yang mengandung karbon, nitrogen dan senyawa anorganik. Hal yang menguntungkan dari penggunaan metode ini dalam  sudut pandang kimia industry ialah bakteri  acetogenic ini dapat menghasilkan asam asetat dari satu-senyawa karbon, seperti metanol, karbon monoksida, atau campuran karbon dioksida dan hidrogen. Reaksinya dapat dituliskan:

2CO2 + 4H2 → CH3COOH + 2H2O

            Karena  Clostridium  dapat mengubah gula secara langsung menghasilkan asam asetat maka dapat menekan biaya produksi dalam artian penggunaan metode ini lebih efisien jika dibandingkan dengan metode oksidasi etanol dengan bantuan bakteri Acetobacter. Namun, yang menjadi kendala ialah bakteri Clostridium kurang toleran terhadap asam dibandingkan dengan Acetobacter sehingga ketika asam asetatterbentuk maka bakteri Clostridium akan mengalami gangguan pertumbuhan yang dapat menyebabkan kematian. Bahkan yang paling toleran asam-strain Clostridium cuka hanya dapat menghasilkan beberapa persen asam asetat, dibandingkan dengan strain Acetobacter cuka yang dapat menghasilkan hingga 20% asam asetat.

·         Kelebihan proses anaerob :

a) Mengubah gula menjadi sama asetat dengan satu langkah.

b) Bakteri tumbuh dengan baik pada temperatur 60 ^oC.Perbedaan temperatur yang besar antara suhu media dengan suhu air pendingin memudahkan dalam pembuangan panas.

c) Kontaminasi dengan organisme yang membutuhkan bisa diminimalisasi karena bekerja pada kondisi anaerob.

d) Organisme yang hanya dapat hidup dalam kondisi mendekati pH netral akan mati karena operasi fermentasi dilakukan pada kondisi asam pH 4,5.

• Kekurangan proses anaerob :

a) Konsentrasi asam asetat lebih rendah dibandingkan dengan proses aerob.

b) Biaya proses lebih mahal dibandingkan dengan proses aerob.

2.4 Pemurnian

Distilasi/penyulingan

Dari distilasi bertingkat akan dihasilkan beberapa jenis asam asetat :

• Asam asetat glasial(99,5%)
• Asam asetat teknis(80%)

Secara komersial kadar asam asetat sebesar 6,28,30,36,60,70,dan 80 %

2.5 Pengendalian Fermentasi

Dalam proses pembuatan cuka, ada beberapa langkah pengendalian fermentasi yang perlu dilakukan sehingga hasil fermentasi yang berupa vinegar sesuai yang diinginkan.

a. Pada saat fermentasi alkohol, nutrisi yang dibutuhkan oleh khamir untuk melakukan fermentasi harus dipenuhi. Selain gula dan sebagian merupakan padatan cider, substansi yang dinyatakan oleh keasaman dan abu sangat diperlukan oleh khamir. Demikian pula dengan kebutuhan mineral dalam abu yang penting untuk pertumbuhan mikroba.

b. Suhu 75 – 80^oF merupakan suhu yang sesuai yang harus dipertahankan selama fermentasi alkohol. Pada suhu mendekati 100^oF fermentasi menjadi terhambat dan berhenti pada suhu 105^oF.

c. Fermentasi alkohol harus dilakukan dalam kemasan, sehingga sari buah tidak terkena udara secara berlebihan. Suatu tong diletakkan secara horizontal dengan lubang tong ditutup kapas atau perangkap udara. Untuk sejumlah kecil dapat digunakan botol besar yang mulutnya disumbat dengan kapas.Kemasan jangan ditutup rapat,sebab dapat meledak. Peristiwa ini terjadi karena adanya tekanan dari gas yang dihasilkan.

d.  Untuk mencegah pertumbuhan organisme yang tidak dikehendaki ialah dengan menambahkan cuka yang kuat yang belum dipasteurisasikan kedalam sari buah yang diperoleh sesudah fermentasi alkohol selesai. Penambahan cuka tersebut dimaksudkan sebagai inokulasi yang penuh dengan bakteri asam cuka pada sari buah beralkohol tersebut.

e. Sesudah fermentasi asetat berjalan sempurna, cuka tidak boleh kontak dengan udara, sebab cuka dapat teroksidasi lebih lanjut menjadi karbondioksida dan air, sehingga kadar asam menurun agak lebih cepat sampai pada suatu kondisi yang tidak diinginkan. Untuk mengatasi hal ini cuka harus ditempatkan dalam kemasan yang tertutup rapat dengan isi yang penuh.

f.   Fermentasi asam asetat terjadi sangat cepat, bila cider mengandung 6 – 8 % alkohol, tetapi 12 % alkohol masih dapat ditolerir. Kegiatan fermentasi berjalan lambat bila alkohol yang ada hanya 1 – 2 %. Selama kegiatan fermentasi, dihasilkan panas yang cukup untuk menaikkan suhu generator (metode cepat). Aktivitas fermentasi akan terus berlangsung pada suhu antara 68 – 96^oF.

2.6 Cara Pembuatan Asam Cuka yang Biasa Digunakan di Indonesia

Proses pembuatan vinegar (asam asetat) dilakukan melalui proses asetifikasi dari alkohol menjadi asam asetat. Untuk memproduksi secara tradisional yang biasa dilakukan di Indonesia yaitu dengan menggunakan metode lambat. Pada pembuatan vinegar dengan cara ini biasanya menggunakan bahan baku air kelapa yang mengalami peragian (fermentasi) secara spontan.

Cara pembuatannya adalah sebagai berikut,

a)      Air kelapa dimasukkan ke dalam gentong tanah (guci) yang biasa dipakai dalam pembuatan cuka.

b)      Gentong-gentong tersebut tidak pernah dicuci atau dibersihkan sejak pertama kali digunakan dalam pembuatan cuka. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan sisa biang cuka dari pembuatan asam cuka sebelumnya.

c)      Setelah air kelapa dimasukkan dalam gentong lalu wadah tersebut diletakkan di tempat yang memiliki aerasi yang cukup baik selama 1 – 2 bulan.

d)     Selama penyimpanan tersebut, senyawa gula yang terdapat di dalam air kelapa mengalami proses fermentasi menjadi alkohol dan berlanjut menjadi asam cuka yang diperjual belikan.

2.7 Faktor yang mempegaruhi

            Dalam proses fermentasi asam asetat dapat dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu :

a.       Suhu

b.      Bakteria yang digunakan

c.       Tempat atau wadah yang digunakan

d.      Lama pembuatan (proses)

e.        

2.8 Kegunaan asam asetat

Cuka banyak digunakan dalam industri pengolahan pangan, industri farmasi dan industri kimia.

• Pada industri makanan:

1. Sebagai bahan pembangkit flavor asam dan pengawet.

2. Sebagai bahan penyedap rasa (edible vinegar).

• Cuka banyak digunakan dalam industry:

1. Memproduksi asam alifatis terpenting.

2. Bahan warna (indigo) dan parfum.

3. Bahan dasar pembuatan anhidrat yang sangat diperlukan untuk asetilasi, terutama dalam pembuatan selulosa asetat.

• Dalam industri farmasi cuka /asam asetat digunakan untuk untuk pembuatan obat-obatan (aspirin).

Beberapa negara di benua Amerika dan Eropa menggunakan sari buah dari berbagai jenis buah-buahan sebagai bahan bakunya.Di Jepang,cuka diproduksi dengan menggunakan bahan baku beras yang telah mengalami sakarifikasi.Di Indonesia,nira aren sering digunakan oleh masyarakat pedesaan untuk membuat cuka lahang,yaitu sejenis cuka yang dibuat secara tradisional melalui proses fermentasi spontan.

DAFTAR PUSTAKA

Referensi :
Frazier. Food Microbiology. 1978. McGraw-Hill. Amerika
Keyes, Keyes. Industrial Chemicals. 1950. McGraw-Hill. Amerika
Perry. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. 1999. McGraw-Hill. Amerika
www.freepatentsonline.com/4371619.html?

highlight=product,process,acet,acid,ferment&stemming=on

www.fao.org/docrep/x0560e/x0560e12.htm

www.madehow.com/images/hpm_0000_0007_0_img0128.jpg&imgrefurl=htt
p://www.madehow.com/Volume-
7/Vinegar.html&h=382&w=528&sz=39&hl=id&start=8&um=1&tbnid=eYw
Yub5IFiXIWM:&tbnh=96&tbnw=132&prev= www.wikipedia.com