Desain Proses Pemurnian Glukomanan dari Umbi Porang (Amorphophallus muelleri Blume) Menggunakan Larutan Etanol-Garam dalam Kavitasi Hidrodinamik

Abstract

Umbi porang (Amorphophallus muelleri Blume) merupakan sumber glukomanan dengan kandungan tinggi serta memiliki karakteristik fungsional penting seperti kemampuan mengentalkan, membentuk gel dan film, serta daya serap air yang tinggi. Keunggulan sifat ini menjadikan glukomanan banyak dimanfaatkan pada industri pangan, farmasi, dan kosmetik. Namun, pemanfaatan langsung umbi porang terhambat oleh tingginya kadar kalsium oksalat yang bersifat antinutrisi dan dapat menimbulkan iritasi serta risiko batu ginjal. Oleh karena itu, proses pemurnian diperlukan untuk memperoleh glukomanan dengan kemurnian tinggi dan aman digunakan. Kavitasi hidrodinamik merupakan salah satu teknologi pemrosesan fluida yang berpotensi meningkatkan efisiensi pemurnian melalui pembentukan gelembung kavitasi yang menghasilkan gaya geser intensif dan mempercepat pelepasan senyawa pengotor. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengevaluasi kondisi proses kavitasi hidrodinamik untuk pemurnian glukomanan berdasarkan driving force bubble implosion (DFBI) dan parameter proses; (2) mengevaluasi pengaruh penambahan NaCl pada pelarut etanol terhadap degradasi kalsium oksalat dan kemurnian glukomanan; (3) merancang proses scale-up kavitasi hidrodinamik yang efektif berdasarkan DFBI dan kecepatan fluida; dan (4) menguji kinerja glukomanan sebagai bahan pengental dalam formulasi lotion. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi proses kavitasi hidrodinamik seperti rasio umbi porang–etanol, laju alir, diameter nozel, konsentrasi etanol, dan jumlah siklus kavitasi berpengaruh signifikan terhadap DFBI dan kemampuan pemisahan senyawa pengotor. Kondisi terbaik tercapai pada rasio umbi porang– etanol 1:12 g/mL, laju alir 7 L/menit, diameter nozel 4 mm, etanol 40%, dan jumlah siklus kavitasi 315 siklus. Pada kondisi ini, kavitasi hidrodinamik mampu menurunkan kadar kalsium oksalat lebih dari 99% serta menurunkan pati dan serat kasar secara signifikan. Peningkatan kadar glukomanan dan viskositas masing- masing mencapai 1,4 kali dan 1,7 kali dibandingkan perlakuan tanpa kavitasi. Efektivitas penghilangan oksalat menggunakan kavitasi hidrodinamik terbukti lebih tinggi dibandingkan metode non-kavitasi maupun kavitasi ultrasonik. Penelitian tahap kedua menunjukkan bahwa penambahan NaCl memfasilitasi pertukaran ion yang meningkatkan degradasi kalsium oksalat namun memberikan efek salting-in menyebabkan peningkatan kadar glukomanan pada filtrat umbi porang. Peningkatan konsentrasi NaCl hingga 5% meningkatkan kadar oksalat total dan glukomanan, namun menurunkan kadar tanin pada filtrat umbi porang. Jumlah siklus kavitasi pada penggunaan pelarut etanol 40%-NaCl 5% meningkatkan efektivitas penghilangan oksalat, namun menurunkan kestabilan granula glukomanan, sehingga diperlukan kompromi antara efisiensi penghilangan oksalat dan menjaga integritas glukomanan. Penggunaan pelarut kombinasi etanol 40%– NaCl 1% menghasilkan kadar kalsium oksalat terendah sebesar 0,007% BK dengan kadar glukomanan 81,68% BK.

Pada tahap skala pilot, desain geometri alat ditentukan menggunakan persamaan kontinuitas untuk menjaga kesetaraan kecepatan fluida, sehingga diperoleh diameter nozel 18 mm. Hasil uji menunjukkan bahwa proses skala pilot mampu mempertahankan performa kavitasi yang setara dengan skala laboratorium, ditunjukkan oleh nilai DFBI yang relatif sama. Penurunan kadar kalsium oksalat tetap mencapai lebih dari 99%, meskipun peningkatan kadar glukomanan dan penurunan serat kasar sedikit lebih rendah dibandingkan skala laboratorium. Hal ini mengindikasikan adanya perbedaan distribusi energi dan homogenitas aliran pada volume pemrosesan yang lebih besar. Evaluasi aplikasi glukomanan sebagai bahan pengental menunjukkan bahwa glukomanan hasil pemurnian memiliki perilaku reologi pseudoplastik dengan sifat shear thinning lebih kuat dibandingkan xanthan gum pada konsentrasi 0,5%. Glukomanan mampu meningkatkan viskositas dan kestabilan emulsi lotion tanpa mempengaruhi pH produk. Kinerja emulsi yang dihasilkan setara dengan lotion komersial, dan uji keamanan menunjukkan tidak adanya iritasi pada kulit, sehingga glukomanan porang berpotensi digunakan sebagai pengental alami dalam formulasi kosmetik. Penelitian ini membuktikan bahwa proses pemurnian glukomanan berbasis kavitasi hidrodinamik dengan pelarut etanol–garam mampu menghasilkan glukomanan berkualitas tinggi dengan efektivitas penghilangan kalsium oksalat sangat tinggi, dapat digandakan ke skala pilot dengan performa yang stabil, serta menunjukkan potensi aplikasi yang kuat sebagai bahan pengental dalam industri kosmetik.