Distilasi adalah teknik pemisahan dengan panas, digunakan untuk memisahkan campuran liquid  menjadi beberapa fraksi atau komponen dengan memanfaatkan perbedaan tekanan uapnya. Namun, proses pemisahan menjadi tidak praktis jika thermal load (suhu dan waktu pemaparan) terlalu tinggi menyebabkan reaksi kimia dan/atau dekomposisi satu atau lebih komponen. Untuk mengurangi suhu distilasi, dapat dilakukan dengan kondisi vakum, sedangkan untuk mengurangi lama paparan dapat dilakukan dengan meminimalkan waktu kontak (hold-up). Distilasi molekuler merupakan metode distilasi yang mencakup 2 hal tersebut. (Bethge 2014)

Salah satu jenis distilasi molekuler yang ada di Balai Besar Kimia dan Kemasan (BBKK) adalah Wiped Film Molecular Still Distillation (Gambar 1).  Distilasi molekuler tersebut memiliki kapasitas 2 - 40 kg/jam. Waktu kontak dibuat seminimal mungkin dengan desain kolom pemisahan seperti tampak pada Gambar 2. Dalam skema pemisahannya, feed (cairan yang didistilasi/ difraksinasi) melewati kolom silinder dikelilingi dengan heater dan kondensor di bagian tengahnya. Aliran feed dalam kolom akan menyebar di dinding kolom membentuk lapisan film tipis dan menjadi aliran turbulen dikarenakan adanya kecepatan putaran (diatur dengan setting wiper) dan mengalir ke bawah mengikuti gravitasi. Fraksi/komponen yang memiliki tekanan uap lebih tinggi akan menguap lebih dulu menjauhi dinding kolom dan bergerak mengenai kondensor menjadi distilat, sedangkan fraksi dengan tekanan uap lebih rendah “tidak sempat” menguap sehingga terus mengalir sepanjang dinding kolom dan menjadi residu.

Gambar 1. Alat distilasi molekuler di Laboratorium Kimia BBKK

Gambar 2. Skema pemisahan dalam kolom distilasi molekuler

Distilasi molekuler umumnya banyak diaplikasikan untuk bahan-bahan yang sensitif terhadap panas karena dapat meminimalkan kerusakan akibat terdekomposisi oleh panas.

Aplikasi untuk minyak atsiri

Di Balai Besar Kimia dan Kemasan (BBKK), distilasi molekuler sering dimanfaatkan untuk pemurnian minyak atsiri baik untuk mengambil salah satu komponen maupun untuk memisahkan dengan pengotor. Dalam rantai suplai minyak atsiri di Indonesia, seringkali minyak atsiri tercampur dengan minyak-minyak lain seperti minyak kelapa atau minyak jarak. Minyak pengotor tersebut dapat merugikan para eksportir dan industri pemakai.

Dalam pemurnian bahan aktif minyak atsiri, Borgarello et al. (2015) memekatkan kandungan timol dalam minyak atsiri oregano (sejenis tumbuhan rempah). Dengan kondisi suhu penguapan 37 oC dan tekanan 3x10-3 bar, konsentrasi timol dalam residu meningkat 2,4 kali lipat daripada dalam feed.

Aplikasi untuk pangan dan farmasi  

Batistella dan Maciel (1998) melakukan pemurnian karotenoid dari kelapa sawit menggunakan distilasi molekuler, setelah beberapa kali percobaan dengan berbagai macam metode distilasi, disimpulkan bahwa distilasi molekuler dapat menaikkan konsentrasi karoten menjadi 19500 ppm dari konsentrasi awal 600 ppm (pada suhu 170 oC dan tekanan operasi 9x10-5 Torr), lebih banyak daripada metode distilasi lain. Dari studi lainnya, Fregolente et al. (2010) memproduksi gliserida dari minyak kedelai menggunakan distilasi molekuler. Konsentrasi monogliserida (MG) dalam distilat meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Dengan kondisi operasi 250 oc, tekanan 24 Pa (0,18 Torr) dengan laju feed 10 mL min-1, konsentrasi MG meningkat dari 12,75 % menjadi 80%.    Terkait dengan aplikasi pangan lainnya adalah pemisahan asam lemak bebas dari distilat deodorizer minyak nabati yang merupakan proses terakhir dari proses produksi minyak nabati. Distilat deodorizer dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku vitamin E (dalam bentuk tokoferol), sterol, dan asam lemak. Distilasi molekuler distilat deodorizer dapat memisahkan asam lemak sebanyak 96,16% dan recovery tokoferol sebanyak 81,23%. Tokoferol dan asam lemak memiliki tekanan uap yang berbeda cukup jauh, sebagai contoh pada suhu 200 oC, tokoferol dan asam lemak masing-masing memiliki tekanan uap 20 Pa dan 533,28 Pa, selain itu berat molekul tokoferol (415 g.mol-1) jauh lebih besar daripada asam lemak (180 g.mol-1), hal ini makin memudahkan proses pemisahan. (Martins et al. 2006).  

Aplikasi dalam sintesis kimia 

Biomassa, dengan proses fast-pyrolysis, dapat diubah menjadi bahan kimia dan bahan bakar cair atau yang biasa disebut sebagai bio-oil. Crude bio-oil memiliki kandungan oksigen tinggi, heating value rendah dan mengandung berbagai senyawa kompleks sehingga pemakaiannya terbatas. Pemurnian bio-oil menggunakan distilasi biasa menyebabkan pembentukan coke dan mengarah ke reaksi polimerisasi. Namun, penelitian Wang et al. (2015) membuktikan bahwa distilasi molekuler dapat mengatasi permasalahan tersebut. Distilasi molekuler bio-oil pada 70 oC , tekanan 129 Pa, laju feed 2 mL/min dan kecepatan wiper 120 rpm tidak hanya memisahkan fraksi ringan distilat sebagai upgrade bio-fuel, namun juga menghasilkan residu yang kaya akan senyawa lignin pirolitik. Lignin pirolitik dapat diaplikasikan sebagai bahan resin fenolik, adhesive coating dan carbon fiber.  

Kesimpulan  

Distilasi molekuler memiliki keunggulan ekonomis yakni menurunkan suhu proses melalui kondisi vakum, meminimalkan kerusakan produk akibat kontak dengan panas sehingga rendemen produk juga naik. Dengan keunggulan proses fraksinasi tersebut, distilasi molekuler memiliki banyak potensi untuk diaplikasikan di banyak industri.  

Referensi

Batistella, C., and M.W. Maciel. 1998. "Recovery of carotenoids from palm oil by molecular distillation."  Computers & Chemical Engineering 22:S53-S60.

Bethge, D. 2014. "Short path and molecular distillation."  Vacuum Technology in the Chemical Industry:281-294.

Borgarello, A.V., G.N. Mezza, M.C. Pramparo, and M.F. Gayol. 2015. "Thymol enrichment from oregano essential oil by molecular distillation."  Separation and Purification Technology 153:60-66.

Fregolente, P.B.L., G.M.F. Pinto, M.R. Wolf-Maciel, and R. Maciel Filho. 2010. "Monoglyceride and diglyceride production through lipase-catalyzed glycerolysis and molecular distillation."  Applied biochemistry and biotechnology 160 (7):1879-1887.

Martins, P.F., V.M. Ito, C.B. Batistella, and M.R.W. Maciel. 2006. "Free fatty acid separation from vegetable oil deodorizer distillate using molecular distillation process."  Separation and Purification Technology 48 (1):78-84. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2005.07.028.

Wang, Y., S. Wang, F. Leng, J. Chen, L. Zhu, and Z. Luo. 2015. "Separation and characterization of pyrolytic lignins from the heavy fraction of bio-oil by molecular distillation."  Separation and Purification Technology 152:123-132. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.08.011.