2.1. Pengenalan Sorbitol

2.1.1. Sejarah Sorbitol

 Sorbitol pertama kali ditemukan oleh ahli kimia dari Perancis yaitu Joseph Boosingault pada tahun 1872 dari biji tanaman bunga ros. Proses hidrogenasi gula menjadi sorbitol mulai berkembang pada tahun 1930. Pada tahun 1975 produsen utama sorbitol adalah Roguette Freres dari Perancis. Secara alami sorbitol juga dapat dihasilkan dari berbagai jenis buah. Sorbitol dinyatakan GRAS (Generally Recognized As Safe) atau secara umum dikenal sebagai produk yang aman oleh U.S. Food and Drug Administration dan disetujui penggunaannya oleh Uni Eropa serta banyak negara di seluruh dunia. Mencakup Australia, Austria, Kanada dan Jepang (Suara merdeka, 2008). Produksi sorbitol lokal selain untuk pemasaran dalam negeri juga sebagian besar untuk diekspor. Ekspor sorbitol sejak tahun 1989 hingga tahun 1992 cenderung mengalami penurunan, hal ini diakibatkan semakin meningkatnya permintaan dalam negeri. Walaupun ekspor terus ditingkatkan namun hingga saat ini Indonesia masih terus melakukan impor. Sorbitol atau dikenal juga hexitol dengan rumus kimia C6H14O6.

Gambar 2.1. Struktur Kimia Sorbitol

            Sorbitol adalah senyawa monosakarida polyhidric alcohol. Nama kimia lain dari sorbitol adalah hexitol atau glusitol dengan rumus kimia C₆H₁₄O₆. Struktur molekulnya mirip dengan struktur molekul glukosa hanya yang berbeda gugus aldehid pada glukosa diganti menjadi gugus alkohol. Sorbitol pertama kali ditemukan dari juice Ash berry (Sorbus auncuparia L) di tahun 1872. Setelah itu, sorbitol banyak ditemukan pada buah-buahan seperti apel, plums, pears, cherris, kurma, peaches, dan apricots. Zat ini berupa bubuk kristal berwarna putih yang higroskopis, tidak berbau dan berasa manis, sorbitol larut dalam air, gliserol, propylene glycol, serta sedikit larut dalam metanol, etanol, asam asetat, phenol dan acetamida. Namun tidak larut hampir dalam semua pelarut organik. Sorbitol dapat dibuat dari glukosa dengan proses hidrogenasi katalitik bertekanan tinggi. Sorbitol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri barang konsumsi dan makanan seperti pasta gigi, permen, kosmetik, farmasi, vitamin C, dan termasuk industri textil dan kulit (Othmer, 1960).

Sorbitol, juga dikenal sebagai glucitol, adalah alkohol gula , yang tubuh manusia memetabolisme perlahan. Hal ini dapat diperoleh dengan reduksidari glukosa, mengubah aldehida kelompok mengubah ke hidroksil kelompok. Sorbitol ditemukan dalam apel, pir, persik, dan buah prune.  Hal ini disintesis oleh sorbitol-6-fosfat dehidrogenase, dan diubah menjadi fruktosa oleh dehidrogenase suksinat dan sorbitol dehidrogenase .  Dehidrogenase suksinat adalah kompleks enzim yang berpartisipasi dalam dengan asam sitrat siklus.

2.1.2. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Sorbitol

A. Sifat Fisika Sorbitol

            - Specific gravity                    : 1.472 (-5oC)

- Titik lebur                             : 93 oC (Metasable form)

  97,5 oC (Stable form)

- Titik didih                             : 296oC

- Kelarutan dalam air              : 235 gr/100 gr H2O

- Panas Pelarutan dalam air     : 20.2 KJ/mol

- Panas pembakaran                : -3025.5 KJ/mol

B. Sifat Kimia Sorbitol

- Berbentuk kristal pada suhu kamar

- Berwarna putih tidak berbau dan berasa manis

- Larut dalam air,glycerol dan propylene glycol

- Sedikit larut dalam metanol, etanol, asam asetat dan phenol

- Tidak larut dalam sebagian besar pelarut organik

2.1.3. Manfaat Penggunaan Sorbitol

A. Keuntungan Fungsional

Sorbitol digunakan sebagai Humektan dalam berbagai jenis produk untuk perlindungan terhadap hilangnya kadar air. Kemampuannya menstabilkan kadar air dan sifat-sifattekstur sorbitol dimanfaatkan dalam produksi permen, makanan yang dipanggang dancokelat di mana produk cenderung menjadi kering atau mengeras. Kemampuannya menstabilkan kadar air dapat melindungi produk ini dari pengeringan dan menjagakesegaran awal mereka selama penyimpanan.Sorbitol sangat stabil dan tidak reaktif secara kimia. Sorbitol dapat menahan temperatur tinggi dan tidak ikut bereaksi dalam reaksi Maillard (kecoklatan). Hal ini menguntungkan, misalnya, dalam produksi kue di mana warna segar diinginkan tanpamunculnya kecoklatan yang diinginkan. Sorbitol juga mengkombinasikan dengan baik dengan bahan makanan lain seperti gula, gelling agen, protein dan lemak nabati. Sorbitol berfungsi dengan baik di banyak produk makanan seperti permen karet, permen, makanan pencuci mulut beku, kue-kue, serta produk perawatan mulut, termasuk pastagigi dan obat kumur.

B. Tidak menimbulkan Karies gigi

Poliol, termasuk sorbitol, tahan terhadap metabolisme oleh bakteri mulut yang memecahgula dan pati untuk mengeluarkan asam yang dapat menyebabkan rongga atau mengikisenamel gigi. Oleh karena itu, sorbitol bersifat non-cariogenic. Kegunaan poliol, termasuk sorbitol, sebagai alternatif untuk gula dan sebagai bagian dari program yangkomprehensif termasuk kesehatan gigi yang tepat telah diakui oleh American DentalAssociation. FDA telah menyetujui penggunaan “tidak menyebabkan kerusakan gigi” merupakan klaim kesehatan dalam pelabelan untuk makanan bebas gula yangmengandung sorbitol atau poliol lain.Digunakan sebagai diet bagi penderita diabetes. Pengendalian gula darah, lipid dan berat badab adalah tiga tujuan utama pengelolaan diabetes hari ini. Sorbitol diserap perlahan-lahan. Oleh karena itu, ketika sorbitol digunakan, kenaikan glukosa darah dan respon insulin yang terkait dengan konsumsiglukosa dapat dikurangi secara signifikan. Pengurangan nilai kalori (2,6 kalori per gramversus 4,0 untuk gula) dari sorbitol adalah konsisten dengan tujuan pengendalian berat badan. Produk pemanis dengan sorbitol di tempat gula mungkin berguna dalam  menyediakan lebih banyak jenis dikurangi kalori dan pilihan bebas gula untuk penderitadiabetes.

Menyadari bahwa diabetes adalah rumit dan persyaratan untuk manajemen dapat bervariasi antara individu, manfaat sorbitol harus didiskusikan antara individu dan penyedia layanan kesehatan mereka. Makanan manis dengan sorbitol mungkinmengandung bahan-bahan lain yang juga memberikan kontribusi kalori dan nutrisilainnya. Ini harus dipertimbangkan dalam perencanaan makan.Metabolisme dalam TubuhSorbitol diserap tubuh secara tidak sempurna (sekitar 50-79% diserap) sehingga tidak meningkatkan level insulin sebanyak gula, juga tidak menimbulkan kerusakan gigi. Absorbsi sorbitol dapat meningkat apabila terdapat glukosa dalam campuran makananatau hasil hidrolisis maltitol. Presentase sorbitol yang dapat dimetabolisme hanya 10-20%dari sorbitol yang dicerna. Sorbitol tidak dapat dicerna di usus kecil setelah mencapaikolon, akan terfermentasi oleh bekteri di kolon untuk menghasilkan asam lemak jenuhrantai pendek seperti asam asetat, propionate dan asam butirat serta gas seperti hidorgendan metan. Asam lemak jenuh rantai pendek diabsorbsi dan memberikan energi pada tubuh. Gas ini dapat menimbulkan flatulensi, kram perut, kembung dan diare.

2.2.  Proses Pembuatan Sorbitol

            Bahan baku produksi sorbitol adalah tepung singkong. Tanaman singkong sangat bagus pertumbuhannya di Indonesia. Hal itu dikarenakan tanaman singkong tidak membutuhkan lahan yang luas dalam proses produksinya dan tidak memakan waktu yang lama untuk memperoleh hasilnya. Singkong mengandung beberapa zat yang digunakan dalam proses produksi sorbitol, antara lain :

-          Pati            : 87,87 %

-          Lemak       : 0,51 %

-          Protein       : 1,60 %

-          Air             : 7,80 %

-          Abu           : 2,22 %

            Proses pembuatan sorbitol bisa dilakukan dengan berbagai cara dan bahan baku yang digunakan juga bermacam-macam, dengan kondisi operasi dan konversi yang berbeda. Macam-macam proses pembuatan sorbitol dari sirup glukosa:

1. Proses reduksi elektrolitik.

2. Proses hidrogenasi katalitik.

1.  Proses Reduksi Elektrolitik

Bagian utama dari proses ini adalah ”elektrolitik cell” yang merupakan tempat terjadinya reduksi D-glukosa menjadi sorbitol. Biasanya pada bagian ini dilengkapi dengan sumber arus yang tidak berfluktuasi. Elektroda yang dipakai adalah amalgam sebagai katoda dan timbal sebagai anoda, sedangkan larutan yang dipakai NaOH dan Na₂SO₄. Pada prinsipnya glukosa akan direduksi dengan H2 sebagai hasil proses elektrolisis diatas. Dari proses diatas akan dihasilkan sorbitol.

2. Proses Hidrogenasi Katilitik

            Proses pembuatan sorbitol dengan hidrogenasi katalitik dilakukan dengan cara mereaksikan dextrosa dan gas hirogen bertekanan tinggi dengan menggunakan katalis Raney nickel dalam reaktor, sehingga kontak yang terjadi semakin baik.

Deskripsi Proses

            Proses hidrogenasi katalitik terdiri dari beberapa tahap:

1.      Tahap pencampuran bahan baku

2.      Tahap reaksi hidrogenasi

3.      Tahap pemurnian dan pemekatan

Proses reaksi dilakukan secara kontiniu, tekanan 68 atm dan temperatur 145oC, didalam reaktor dilengkapi dengan pengaduk, sparger gas H2, serta coil yang bisa dilalui steam pemanas sekaligus air pendingin.

1). Tahap Pencampuran Bahan Baku

Pada tahap ini, bahan baku berupa sirup glukosa disimpan dalam tangki penampung (tangki bahan baku F-101). Konsentrasi dari sirup glukosa telah memenuhi standar yaitu 46-50% dan pH 7. Sirup glukosa dialirkan dari tanki bahan baku menuju Heat Exchanger (L-106) dengan menggunakan pompa (L-106) yaitu bertujuan untuk memanaskan terlebih dahulu temperatur bahan baku tadi dari + 30oC menjadi 100oC dengan media pemanas berupa steam. Kemudian sirup glukosa panas tadi ditarik lagi dengan pompa (L-107) dan dialirkan dengan tekanan yang lebih tinggi yaitu 68 atm menuju reaktor hidrogenasi. Pada saat yang sama hidrogen dari tanki penyimpanan (F101) juga dialirkan dengan menggunakan kompressor (C-103) melewati heat exchanger (E-102) diharapkan temperaturnya 100oC, sehingga kedua reaktan tersebut bertemu pada titik pencampur pada temperatur yang sama 100oC dan tekanan yang sama 68 atm. Dan selanjutnya kombinasi kedua reaktan tadi mengalir menuju reaktor hidrogenasi.

2). Tahap Reaksi Hidrogenasi

Dimana pada tahap ini terjadi reaksi antara sirup glukosa dengan gas H2 menghasilkan sorbitol. Hidrogen dan sirup glukosa yang telah dipanaskan dan dinaikkan tekanannya masuk ke dalam reaktor dan akan melewati partikel-partikel halus dari katalis yang tersusun fix bed di dalam reaktor. Reaksi ini dinamakan hidrogenasi katalitik karena menggunakan katalis Raney nickel untuk mempercepat reaksi yang memiliki kadar 95,5% Alloy. Mekanisme reaksi adalah:

C₆H₁₂O₆ + H₂              C₆H₁₄O₆

Dari reaksi diatas akan diperoleh produk berupa sorbitol, dan terdapat kandungan air, maltosa, dekstrin dan sisa hidrogen. Setelah reaksi, produk tadi keluar melalui outlet reaktor dan akan diturunkan tekanannya dengan menggunakan reducer (X-202) hingga tekanan mencapai 10 atm. Setelah itu campuran produk tadi akan mengalami proses pendinginan melalui cooler (E-301) hingga temperatur outlet 90oC. Setelah itu larutan campuran produk tadi akan masuk ke tahap pemurnian.

3). Tahap Pemurnian dan Pemekatan

Pada tahap ini akan dilakukan pemurnian sorbitol dan pemurnian dari gas hidrogen sisa untuk di daur ulang kembali. Setelah melewati cooler campuran produk tadi akan masuk menuju Separator-Flash Drum (D-302) untuk memisahkan campuran gas hidrogen dari liquid campuran produk sorbitol. Hidrogen yang telah terpisah akan masuk ke unit pressure swing adsorption (PSA) (D-401 dan D-402) untuk dimurnikan kembali, dimana impuritis gas hidrogen tadi akan tertahan di adsorber, sehingga diperoleh hidrogen yang lebih murni. Setelah dimurnikan, hidrogen tadi akan dialirkan dengan menggunakan blower (G-403) menuju kompressor (C-103) untuk dipergunakan kembali sebagai reaktan. Sedangkan campuran sorbitol yang keluar dari bottom separator diturunkan terlebih dahulu tekanannya hingga 1 atm lalu dialirkan dengan pompa (L-304) menuju Evaporator (V-501).

Proses evaporator ini bertujuan untuk memekatkan larutan sorbitol. Larutan sorbitol yang masuk ke evaporator akan diuapkan kadar airnya pada kondisi operasi tekanan 1 atm dan temperatur 110oC. Pada tahap ini air yang terkandung di dalam inlet evaporator akan diuapkan sebanyak 20%. Selanjutnya larutan sorbitol dialirkan oleh pompa (L-502) menuju tanki penyimpanan produk.

Perbandingan proses antara reduksi elektrolitik dan  hidrogenasi katalitik

A.    Reduksi Elektrolitik

-          Bahan bakunya Glukosa

-          Konversi reaksinya rendah

Dalam proses produksi membutuhkan waktu yang lama untuk mencapai produk yang diinginkan sehingga proses ini jarang digunakan dalam  proses industri.

-          Kualitas produk rendah

Untuk bahan baku dari sirup glukosa produk yang dihasilkan kurang bagus. Hal itu disebabkan oleh lamanya proses produksi yang mengakibatkan penurunan terhadap hasil produksi.

-          Segi ekonomi        : harganya mahal

Harga mahal diakibatkan oleh kesulitan dan kewalahan dalam memproduksi bahan baku dan hasil akhir yang kurang bagus membuat proses ini sangat jarang digunakan.

B.     Hidrogenasi Katalitik

-          Bahan bakunya glukosa

-          Konversi reaksinya tinggi

Dalam proses ini, waktu yang dibutuhkan pada tahap proses hidrogenasi lebih sedikit untuk mencapai hasil sehingga produk yang dihasilkan maksimal.

-          Kualitas produk tinggi

Bila dibandingkan dengan proses reduksi, produk sorbitol yang dihasilkan lebih bagus. Bahan tambahan seperti gas hydrogen dan katalis nikel mudah dijangkau dan murah serta efektif.

-          Segi ekonomi        : harganya murah

Dari perbandingan kedua proses tersebut, yang paling sering digunakan dalam skala industri adalah proses hidogenasi katalitik. Hal itu disebabkan oleh reaksi hidrogenasi yang terjadi. Reaksi tersebut tidak membutuhkan waktu yang lama dan katalis yang digunakan mudah didapat dan harganya murah.

2.3. Produk Industri

-  Bidang makanan

Ditambahkan pada makanan sebagai pemanis dan untuk memberikan ketahanan mutu dasar yang dimiliki makanan tersebut selama dalam proses penyimpanan. Bagi penderita diabetes, sorbitol dapat dipakai sebagai bahan pemanis pengganti glukosa, fruktosa, maltosa, dan sucrosa. Untuk produk makanan dan minuman diet, sorbitol memberikan rasa manis yang sejuk di mulut.

- Bidang Farmasi

Sorbitol merupakan bahan baku vitamin C dimana dibuat dengan proses fermentasi dengan bakteri Bacillus suboxidant. Dalam hal lain, sorbitol dapat digunakan sebagai pengabsorpsi beberapa mineral seperti Cs, Sr, F dan vitamin B12. Pada konsentrasi tinggi sorbitol dapat sebagai stabilisator dari vitamin dan antibiotik.

- Bidang Kosmetik dan pasta gigi

Penggunaan sorbitol sangat luas di bidang kosmetika, diantaranya digunakan sebagai pelembab berbentuk cream untuk mencegah penguapan air dan dapat memperlicin kulit. Untuk pasta gigi, sorbitol dapat dipergunakan sebagai penyegar atau obat pencuci mulut yang dapat mencegah kerusakan gigi dan memperlambat terbentuknya karies gigi.

- Industri Kimia

Sorbitol banyak dibutuhkan sebagai bahan baku surfaktan seperti polyoxyethylene Sorbitan fatty acid Esters dan Sorbitan fatty Acid Esters. Pada industri Polyurethane, sorbitol bersama dengan senyawa polyhidric alcohol lain seperti glycerol merupakan salah satu komposisi utama alkyl resin dan rigid polyurethane foams. Pada industri textil, kulit, semir sepatu dan kertas, sorbitol digunakan sebagai softener dan stabilisator warna. Sedangkan pada industri rokok sorbitol digunakan sebagai stabilisator kelembaban, penambah aroma dan menambah rasa sejuk.

 Aplikasi lain, sorbitol digunakan sebagai bahan baku pembuatan vitamin C. Negara-negara barat mengaplikasikan sorbitol sebagai bahan baku pembuatan vitamin C.