Pangan merupakan kebutuhan mendasar setiap manusia. Berdasarkan data yang dikeluarkan oleh Department of Economic and Social Affairs PBB pada tahun 2007, jumlah penduduk dunia sekitar 6,7 milyar jiwa. Dari jumlah itu, sekitar 234 juta jiwa hidup di Indonesia (CIA World Factbook, 2008). Dengan angka sebesar itu, tidak heran bila industri pangan mengalami perkembangan yang cukup pesat, baik pada skala nasional maupun internasional.
Perkembangan gaya hidup masyarakat membuat produk pangan saat ini dituntut tidak hanya memenuhi kuantitas yang dibutuhkan, namun juga memenuhi kualitas yang diinginkan konsumen. Guna meningkatkan kualitas ini, berbagai zat aditif ditambahkan dalam proses produksi. Salah satu zat aditif yang lazim digunakan adalah karboksimetil selulosa, yang juga dikenal sebagai CMC (carboxymethyl cellulose).
Karboksimetil selulosa pertama kali dikembangkan di Jerman selama perang dunia pertama sebagai pengganti gelatin. Selama tahun 1930, karboksimetil selulosa telah digunakan untuk mengeliminasi redeposisi tanah pada kain selama pencucian dan pembilasan. Ketertarikan terhadap produksi karboksimetil selulosa mulai muncul setelah perang dunia. Kalle and Co. di Wiesbaden-Biebrich memproduksi karboksimetil selulosa pada akhir 1930-an. Hercules mengembangkan proses komersil pada tahun 1943.
Karboksimetil selulosa merupakan merupakan eter polimer selulosa linear dan berupa senyawa anion, yang bersifat biodegradable, tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, butiran atau bubuk yang larut dalam air namun tidak larut dalam larutan organik, memiliki rentang pH sebesar 6.5 sampai 8.0, stabil pada rentang pH 2 – 10, bereaksi dengan garam logam berat membentuk film yang tidak larut dalam air, transparan, serta tidak bereaksi dengan senyawa organik. Karboksimetil selulosa berasal dari selulosa kayu dan kapas yang diperoleh dari reaksi antara selulosa dengan asam monokloroasetat, dengan katalis berupa senyawa alkali. Karboksimetil selulosa juga merupakan senyawa serbaguna yang memiliki sifat penting seperti kelarutan, reologi, dan adsorpsi di permukaan. Selain sifat-sifat itu, viskositas dan derajat substitusi merupakan dua faktor terpenting dari karboksimetil selulosa. (Rosnah Mat Som dkk, 2004). Karboksimetil selulosa memiliki beberapa nama lain, yaitu crosscarmellose sodium; Ac-di-sol; Aquaplast; Carmethose; gum selulosa; sodium karboksimetil selulosa; asam glikolik selulosa, Daice; Fine Gum HES; Lovosa; NACM, dan garam selulosa.
Molekul karboksimetil selulosa umumnya agak pendek dibandingkan selulosa alami dengan derivatisasi tidak rata yang mengakibatkan bidang-bidang substitusi tinggi dan rendah. Substitusi ini antara lain ikatan 2-O- dan 6-O-, diikuti oleh ikatan-ikatan lain secara berurutan 2,6-di-O- lalu 3-O-, 3,6-di-O-, 2,3-di-O- dan yang terakhir 2,3,6-tri-O-. Molekul karboksimetil selulosa sebagian besar meluas atau memanjang pada konsentrasi rendah tetapi pada konsentrasi yang lebih tinggi molekulnya bertindih dan menggulung dan kemudian pada konsentrasi yang lebih tinggi lagi membentuk benang kusut menjadi gel yang termoreversibel. Meningkatnya kekuatan ionik dan menurunnya pH dapat menurunkan viskositas karboksimetil selulosa akibat polimernya yang bergulung.
Saat ini karboksimetil selulosa telah banyak digunakan dan bahkan memiliki peranan yang penting dalam berbagai aplikasi. Karboksimetil selulosa secara luas digunakan dalam bidang pangan, kimia, perminyakan, pembuatan kertas, tekstil, serta bangunan. Khusus di bidang pangan, karboksimetil selulosa dimanfaatkan sebagai stabilizer, thickener, adhesive, dan emulsifier. Contoh aplikasinya adalah pada pemrosesan selai, es krim, minuman, saus, dan sirup. Karena pemanfaatannya yang sangat luas, mudah digunakan, serta harganya yang tidak mahal, karboksimetil selulosa menjadi salah satu zat yang diminati. Pemanfaatan karboksimetil selulosa dalam industri dapat dilihat pada Tabel 1.1.
| Industri | Penggunaan | Fungsi |
|---|---|---|
| Pangan | Makanan beku, | Menghambat pertumbuhan kristal es |
| Topping makanan, Minuman sirup, | Pengental | |
| Makanan yang dipanggang | Pengental, pemberi rasa | |
| Makanan hewan | Pengikat air, peliat adonan | |
| Pengikat air, pengental, pengekstrusi | ||
| Farmasi | Tablet | Pengikat, pembantu pembutiran |
| Obat pencahar | Pengikat air | |
| Obat salep, losion | Penstabil, pengental, pembentuk film | |
| Kosmetik | Pasta gigi | Pengental, pensuspensi |
| Gigi palsu | Perekat | |
| Produk jel | Pembentu jel, pembentuk film | |
| Produk kertas | Aditif | Pengikat, peningkat kekuatan |
| Pelapis, ukuran | Pengikat air, pengental | |
| Perekat | Perekat pelapis dinding | Pengikat air |
| Tembakau | Pengikat, pembentuk film | |
| Keramik | Pelapis | Pengikat |
| Batang pengelas | Pengikat, pengental, pelumas | |
| Deterjen | Sabun cuci | Antiredeposisi |
| Tekstil | Pelengkung | Pengukur besar film, perekat |
Sumber : Kirk Othmer, 1964
DESKRIPSI PROSES
Proses pembuatan karboksimetil selulosa meliputi tahapan proses alkalisasi, karboksimetilasi, pemanasan, netralisasi, pemurnian yang meliputi pencucian dan pengeringan. Proses alkalisasi dan netralisasi merupakan tahapan proses yang menentukan terhadap karakteristik karboksimetil selulosa yang dihasilkan.
2.1 Tahap Penyiapan Umpan
Tahap awal proses produksi yaitu persiapan umpan dengan bahan baku utama berupa selulosa. Selulosa yang digunakan adalah selulosa murni yang telah bebas dari pengotor-pengotor, lignin, silan serta sisa-sisa tanaman berupa biji, kulit, ranting maupun daun. Selain itu dilakukan juga penyiapan bahan-bahan lain seperti isopropil alkohol sebagai pelarut organik, NaOH sebagai agen pembentuk selulosa alkali, natrium monokloroasetat sebagai agen eterifikasi selulosa alkali, metanol dan asam asetat teknis.
2.2 Tahap Pereaksian
Pembuatan karboksimetil selulosa meliputi tahap alkalisasi yaitu pereaksian antara selulosa dengan NaOH, yang dilanjutkan dengan reaksi karboksimetilasi antara alkaliselulosa dengan garam natrium monokloroasetat. Selain pembentukan karboksimetil selulosa terjadi juga pembentukan produk samping dalam bentuk natrium glikolat. Reaksi-reaksi yang terjadi dituliskan sebagai berikut:
RselulosaOH + NaOH → RselulosaONa + H2O(1)
RselulosaONa + ClCH2COONa → RselulosaOCH2COONa + NaCl (2)
ClCH2COONa + NaOH → HOCH2COONa + NaCl (3)
Pada tahap pereaksian, selulosa murni direaksikan dengan NaOH 30% sebanyak 1.3 kali jumlah mol selulosa selama 90 menit di dalam isopropil alkohol agar terjadi reaksi karboksimetilasi. Agar campuran reaksi merata, serat selulosa harus terbasahi seluruhnya oleh larutan NaOH. Proses yang dilakukan adalah dengan menyemprotkan larutan NaOH ke lembaran-lembaran selulosa. Isopropil alkohol ini berperan sebagai medium reaksi sehingga tidak terjadi reaksi antara isopropil alkohol, dengan kata lain isopropil alkohol bersifat inert.
Lembaran selulosa selanjutnya dicabik-cabik dan direaksikan dengan natrium monokloroasetat dengan perbandingan mol 1,3 : 1 terhadap selulosa. Natrium monokloroasetat dimasukkan kedalam tangki setelah NaOH dan isopropil alkohol bercampur sempurna. Campuran ini selanjutnya diaduk selama 90 menit. Campuran lalu dipanaskan hingga temperatur 55oC dan dipertahankan selama 4 jam sambil terus dilakukan pengadukan. Produk yang dihasilkan adalah garam natrium karboksimetil selulosa.
2.3 Tahap Pemanasan
Pada tahap pemanasan digunakan air hangat sebagai medium pembawa panas dengan menggunakan utilitas berupa alat penukar panas yang memanfaatkan kukus sebagai sumber panasnya. Hasil campuran dipanaskan sampai temperatur 65oC selama 6 jam. Produk yang dihasilkan berupa natrium-karboksimetil selulosa dalam bentuk slurry. Produk keluaran tahap pemanasan ini berupa slurry. Tujuan tahap ini adalah untuk mematangkan hasil reaksi campuran sehingga mempermudah perlakuan menuju tahap selanjutnya.
2.4 Tahap Penetralan
Setelah tahap pengepressan dilakukan tahap penetralan. Natrium karboksimetil selulosa teknikal yang diperoleh mengandung campuran NaCl– glikolat. Campuran tersebut dipisahkan dari produk murni. Asam glikolat yang dihasilkan tersebut tidak praktis untuk diubah kembali menjadi asam kloroasetat. Oleh karena itu crude karboksimetil selulosa dinetralkan dengan asam asetat bertujuan untuk menghilangkan kadar natrium glikolatnya.
2.5 Tahap Pencucian
Crude karboksimetil selulosa yang telah dinetralkan selanjutnya dicuci dengan metanol 70%-v/v. Tujuan tahap pencucian ini adalah untuk menyingkirkan natrium glikolat yang merupakan produk samping dari tahap pereaksian serta pengotor-pengotor lain yang masih terkandung di dalam crude karboksimetil selulosa. Tahap pencucian ini juga menyebabkan kandungan isopropanol di dalam natrium karboksimetil selulosa menurun menjadi 5% berat.
2.6 Tahap Pengeringan
Tahap pengeringan dilakukan setelah produk dicuci, tahap ini bertujuan untuk mengurangi kadar air dari karboksimetil selulosa. Produk tersebut dikeringkan dengan menggunakan udara kering bertemperatur 700C. Produk yang dihasilkan berupa karboksimetil selulosa yang memiliki derajat penggantian minimum 0,8 dan kandungan air maksimum 5% berat.