Saponifikasi (Pembuatan sabun)

2.1. Pengertian Saponifikasi

               Saponifikasi adalah proses pembuatan sabun yang berlangsung dengan mereaksikan asam lemak dengan alkali yang menghasilkan garam karbonil (sejenis sabun) dan gliserol (alkohol). Alkali yang biasanya digunakan adalah NaOH dan Na₂CO₃ maupun KOH dan K₂CO₃. Ada dua produk yang dihasilkan dalam proses ini yaitu sabun dan gliserin. Secara teknik, sabun adalah hasil reaksi kimia antara fatty acid dan alkali. Fatty acid adalah lemak yang diperoleh dari lemak hewan dan nabati.

               Sabun dibuat melalui proses saponifikasi lemak minyak dengan larutan alkali membebaskan gliserol. Lemak minyak yang digunakan dapat berupa lemak hewani, minyak nabati, lilin, ataupun minyak ikan laut. Pada saat ini teknologi sabun telah berkembang pesat. Sabun dengan jenis dan bentuk yang bervariasi dapat diperoleh dengan mudah dipasaran seperti sabun mandi, sabun cuci baik untuk pakaian maupun untuk perkakas rumah tangga, hingga sabun yang digunakan dalam industri. Kandungan zat-zat yang terdapat pada sabun juga bervariasi sesuai dengan sifat dan jenis sabun. Larutan alkali yang digunakan dalam pembuatan abun bergantung pada jenis sabun tersebut. Larutan alkali yang biasa yang digunakan pada sabun keras adalah Natrium Hidroksida (NaOH) dan alkali yang biasa digunakan pada sabun lunak adalah Kalium Hidroksida (KOH).

               Ada beberapa jenis minyak yang dipakai dalam pembuatan sabun, anatara lain minyak zaitun (olive oil), minyak kelapa (coconut oil), minyak sawit (palm oil), minyak kedelai (soybean oil) dan lain-lain. Masing-masing mempunyai karakter dan fungsi yang berlainan. Selain dari minyak atau lemak dan NaOH pada pembuatan sabun, juga dipergunakan bahan-bahan tambahan sebagai berikut:

  1)    Cairan pengisi seperti tepung tapioka, gapleh dan lain-lain.

  2)    Zat pewarna

  3)    Parfum, agar baunya wangi.

  4)    Zat pemutih, misal natrium sulfat

2.2. Sabun

               Sabun adalah garam logam alkali (biasanya berupa garam natrium) dari asam-asam lemak. Sabun mengandung garam C₁₆ dan C₁₈, namun  sabun dapat juga mengandung beberapa karboksilat dengan bobot atom yang lebih rendah. Sabun dimurnikan dengan cara mendidihkannya di dalam air bersih untuk membuang lindi yang berlebih, dalam hal ini adalah senyawa NaCl dan gliserol. Zat tambahan (aditif) seperti batu apung, zat warna dan parfum kemudian ditambahkan. Sabun padat itu dilelehkan dan dituang kedalam suatu cetakan.

               Suatu molekul sabun mengandung suatu rantai hidrokarbon yang panjang plus ion. Bagian hidrokarbon dari molekul itu bersifat hidrofobik (tak suka air) dan larut dalam zat-zat non polar. Sedangkan ujung ion bersifat hidrofilik (suka air) dan larut dalam air yang memiliki polaritas tinggi. Karena adanya rantai hidrokarbon, sebuah molekul sabun secara keseluruhan tidaklah benar-benar larut dalam air.

2.2.1.   Sifat – sifat Sabun

      1)   Sabun adalah garam alkali dari asam lemak suku tinggi sehingga akan         dihidrolisis parsial oleh air. Karena itu larutan sabun dalam air bersifat         basa.

           CH₃(CH₂)₁₆COONa + H₂O            CH₃(CH₂)₁₆COOH + OH^-          ...(1)

      2)   Jika larutan sabun dalam air diaduk, maka akan menghasilkan buih, peristiwa ini tidak akan terjadi pada air sadah. Dalam hal ini sabun dapat menghasilkan buih        setelah garam-garam Mg atau Ca dalam air mengendap.

           CH₃(CH₂)₁₆COONa + CaSO₄              Na₂SO₄ + Ca(CH₃(CH₂)₁₆COO)²    ...(2)

      3)   Sabun mempunyai sifat membersihkan. Sifat ini disebabkan proses kimia koloid, sabun (garam natrium dari asam lemak) digunakan untuk mencuci kotoran yang bersifat polar maupun non polar, karena sabun mempunyai gugus polar dan non polar. Molekul sabun mempunyai rantai hidrogen CH₃(CH₂)₁₆ yang bertindak sebagai ekor yang bersifat hidrofobik (tidak suka air) dan larut dalam zat organik sedangkan COONa⁺ sebagai kepala yang bersifat hidrofilik (suka air) dan larut dalam air. Non polar CH₃(CH₂)₁₆ (larut dalam minyak, hidrofobik dan juga memisahkan kotoran non polar). Polar COONa⁺ (larut dalam air, hidrofilik dan juga memisahkan kotoran polar).

2.2.2. Jenis-jenis Sabun

               Jenis sabun yang utama adalah sabun mandi dan sabun cuci, kedua jenis sabun ini dibuat dengan beberapa cara. Sabun batangan yang ada di pasaran terdiri dari sabun mandi kecantikan, sabun kesehatan atau sabun anti bakteri, sabun cair, dan sabun untuk air sadah. Beberapa persamaan terjadi karena sabun batangan kesehatan mempunyai bahan dasar lemak yang sama. Sabun mandi biasanya dibuat dari campuran lemak (stearine) dan minyak kelapa (coconut natural oil atau CNO) dengan perbandingan 80/20 atau 90/10, dan sabun yang mempunyai lemak yang berlebih mempunyai perbandingan 50/50 atau 60/40 dan ada yang 7 sampai 10% ditambahkan asam lemak bebas juga.

               Sabun kesehatan mengandung bahan seperti Triclosan dan Tri Chloro Carban (TCC) yang merupakan dua senyawa yang banyak digunakan sebagai antimikroba. Penggunaanya secara khas yaitu 0,3-1,0% untuk triclosan, dan 1,0-1,5% triclorocarban. Keduanya termasuk ke dalam amulgator dan dan dapat terdispersi atau terlarut dalam pelarut yang sesuai, seperti parfum. Pada umumnya sabun yang akan diperdagangkan mengandung 10 sampai 30% air, dan jika sabun kekurangan air maka akan sulit larut. Hampir semua sabun memiliki parfum. Hal ini untuk menghilangkan aroma sabun yang asli. Sabun mandi dibuat dengan bahan pilihan yang mengandung 10-15% pelembab.

               Jenis sabun batangan lainnya adalah sabun mandi kecantikan. Sabun mandi kecantikan adalah suatu produk sabun untuk perawatan kecantikan kulit wajah dan tubuh dengan formulasi yang sesuai untuk kulit. Memberikan zat-zat gizi dan nutrisi yang sangat diperlukan kulit dan membantu memelihara kulit dengan mempertahankan kelembaban kulit serta membantu pertumbuhan sel-sel baru jika terjadi kerusakan sel kulit. Pada sabun kecantikan busa harus lembut dan sifat basanya lebih rendah.

2.2.3. Cara Kerja Sabun Sebagai Penghilang Kotoran

               Kebanyakan kotoran pada pakaian atau kulit melekat sebagai lapisan tipis minyak. Jika lapisan minyak ini disingkirkan, berarti partikel kotoran dapat dicuci. Molekul sabun terdiri atas rantai seperti hidrokarbon yang panjang, terdiri atas atom karbon dengan gugus yang sangat polar atau ionik pada satu ujungnya. Bila sabun dikocok dengan air akan membentuk dispersi koloid, bukannya larutan sejati, larutan sabun ini mengandung agregat molekul sabun yang disebut misel (micelle). Rantai karbon nonpolar, atau lipofilik, mengarah kebagian pusat misel. Ujung molekul yang polar, atau hidrofilik membentuk permukaan misel yang berhadapan dengan air. Pada sabun biasa, bagian luar dari setiap misel bermuatan negatif, dan ion natrium yang positif berkumpul di dekat keliling setiap misel. Dalam kerjanya untuk menyingkirkan kotoran, molekul sabun mengelilingi dan mengemulsi butiran minyak atau lemak. Ekor lipofilik dari molekul sabun melarutkan minyak. Ujung hidrofilik dari butiran minyak menjulur ke arah air. Dengan cara ini, butiran minyak terstabilkan dalam larutan air sebab muatan permukaan yang negatif dari butiran minyak mencegah penggabungan. Secara singkat cara kerja sabun sebagai penghilang kotoran dapat dijelaskan sebagai berikut :

     1)   Sabun didalam air menghasilkan busa yang akan menurunkan tegangan permukaan sehingga kain menjadi bersih dan meresap lebih cepat kepermukaan kain. Tegangan permukaan disebabkan oleh surfaktan.

     2)   Molekul sabun akan mengelilingi kotoran dengan ekornya dan mengikat                              molekul kotoran. Proses ini disebut emulsifikasi karena antara molekul                                  kotoran dan molekul sabun membentuk suatu emulsi.

     3)   Sedangkan bagian kepala molekul sabun didalam air pada saat pembilasan                           menarik molekul kotoran keluar dari kain sehingga kain menjadi bersih. 

2.2.4. Perlakuan Dalam Pembuatan Sabun

               Sabun merupakan garam logam alkali dengan rantai monocarboxylic acid yang panjang. Larutan Alkali yang digunakan dalam pembuatan sabun bergantung pada jenis sabun tersebut. Larutan alkali yang biasanya digunakan pada sabun keras adalah natrium hidroksida dan alkali yang biasanya digunakan pada sabun lunak adalah kalium hidroksida.       Sabun berfungsi untuk mengemulsi kotoran – kotoran berupa minyak ataupun zat pengotor lainnya. Sabun dibuat melalui proses saponifikasi lemak minyak dengan larutan alkali membebaskan gliserol. Lemak minyak yang digunakan dapat berupa lemak hewani, minyak nabati, lilin, ataupun minyak ikan laut. Larutan akali yang digunakan dalam pembuatan sabun

               Pada saat ini, teknologi sabun telah berkembang pesat. Sabun dengan jenis dan bentuk yang bervariasi dapat diperoleh dengan mudah di pasar mulai dari sabun mandi, sabun cuci baik untuk pakaian maupun untuk perkakas rumah tangga, hingga sabun yang digunakan dalam industri. Kandungan zat-zat yang terdapat pada sabun juga bervariasi sesuai dengan sifat dan jenis sabun. Zat-zat tersebut dapat menimbulkan efek baik yang menguntungkan maupun yang merugikan. Oleh karena itu, konsumen perlu memperhatikan kualitas sabun dengan teliti sebelum membeli dan menggunakannya. Pada pembuatan sabun, bahan dasar yang biasa digunakan adalah  C₁₂ - C₁₈. Jika  < C₁₂ : iritasi pada kulit > C₂₀ : kurang larut (digunakan sebagai campuran).

     1)  sodium laurat : buih yang cepat/banyak, rendah daya pencucian

     2)  sodium palmitat : detergency yang baik pada suhu tinggi

     3)  sodium stearat : detergency yang baik pada suhu tinggi

     4)  sodium oleat : buih yang baik, lembut, larut              

     5)  sodium miristat : buih, daya pencucian (detergency) baik

2.2.5. Kegunaan Sabun

               Sabun berkemampuan untuk mengemulsi kotoran berminyak sehingga dapat dibuang dengan pembilasan. Kemampuan ini disebabkan oleh dua sifat sabun:

     1)     Rantai hidrokarbon sebuah molekul sabun bersifat nonpolar sehingga larut  dalam zat non polar, seperti tetesan-tetesan minyak.         

     2)    Ujung anion molekul sabun, yang tertarik dari air, ditolak oleh ujung anion             molekul-molekul sabun yang menyembul dari tetesan minyak lain. Karena      tolak menolak antara tetes sabun-minyak, maka minyak itu tidak dapat saling  bergabung tetapi tersuspensi.

2.3. Minyak atau Lemak

               Minyak atau lemak merupakan senyawa lipid yang memiliki struktur berupa ester dari gliserol. Pada proses pembuatan sabun, jenis minyak atau lemak yang digunakan adalah minyak nabati atau lemak hewan. Perbedaan antara minyak dan lemak adalah wujud keduanya dalam keadaan ruang. Minyak akan berwujud cair pada temperatur ruang (± 28°C), sedangkan lemak akan berwujud padat. Minyak tumbuhan maupun lemak hewan merupakan senyawa trigliserida.

               Trigliserida yang umum digunakan sebagai bahan baku pembuatan sabun memiliki asam lemak dengan panjang rantai karbon antara 12 sampai 18. Asam lemak dengan panjang rantai karbon kurang dari 12 akan menimbulkan iritasi pada kulit, sedangkan rantai karbon lebih dari 18 akan membuat sabun menjadi keras dan sulit terlarut dalam air. Kandungan asam lemak tak jenuh, seperti oleat, linoleat, dan linolenat yang terlalu banyak akan menyebabkan sabun mudah teroksidasi pada keadaan atmosferik sehingga sabun menjadi tengik. Asam lemak tak jenuh memiliki ikatan rangkap sehingga titik lelehnya lebih rendah daripada asam lemak jenuh yang tak memiliki ikatan rangkap, sehingga sabun yang dihasilkan juga akan lebih lembek dan mudah meleleh pada temperatur tinggi.

2.3.1. Kriteria Pemilihan Lemak dan Minyak dalam Pembuatan Sabun

               Sabun adalah garam natrium asam lemak. Asam lemak (fatty acid) yang digunakan untuk membuat sabun diperoleh dari minyak dan lemak yang berasal dari sayuran atau hewan. Biaya produksi dan sifat karakteristik dari sabun sebagian besar tergantung pada jenis dan sifat dari berbagai minyak dan lemak yang digunakan. Karena konstituennya lebih dari 90% dari bahan baku ini.          Pertimbangan ketika memilih suatu campuran lemak untuk pembuatan sabun, bahwa harus mengandung perbandingan asam lemak jenuh dan tak jenuh yang tepat, panjang dan pendeknya rantai asam lemak untuk memberikan kualitas yang diharapkan seperti stabilitas, daya larut, mudah berbusa, kekerasan, dan kemampuan atau daya membersihkan setelah menjadi produk jadi.

               Lemak yang biasa digunakan dalam pembuatan sabun adalah coconut oil, palm kernel oil (minyak inti sawit), tallow, palm stearine atau palm oil. Grade kedua yaitu sabun cuci, dimana lemak atau minyak yang biasa digunakan yaitu acid oil, rosin, dan soft oil juga dapat digunakan. Persentase tertinggi dari lemak mengandung asam laurat (lauric acid) dan asam miristat (myristic acid) membuat sabun mempunyai sifat mudah larut dalam air dingin dan mempunyai sifat pembusaan yang baik. Sabun yang terbuat dari lemak lunak (soft fats) dan yang mengandung persentase tertinggi asam lemak tak jenuh membuat sabun menjadi sangat larut dalam air. Sedangkan lemak seperti tallow dan palm stearine yang mengandung persentase tertinggi asam lemak jenuh rantai panjang memberikan kekerasan sabun. Dengan mencampurkan lemak-lemak berbeda memungkinkan untuk memperoleh sabun jadi dengan sifat-sifat optimum untuk kegunaan yang diharapkan. Faktor-faktor teknis-ekonomis di bawah perlu diperhatikan oleh pembuat sabun ketika memilih komposisinya.

1)  Ketersediaan mengenai lemak atau minyak dan biayanya.

2)  Stabilitas dan perlakuan awal yang dibutuhkan.

3)  Karakteristik teknis analisis, contohnya bilangan penyabunan, faktor INS    (Iodine Number and Saponification) empiris, titer point (titik beku) dan           perbandingan kelarutan.

4)  Kualitas dari sabun yang diinginkan dalam hal warna sabun, kemampuan     membusa, kekerasan dan daya pembersihan.

2.4. Jenis Alkali

               Jenis alkali yang umum digunakan dalam proses saponifikasi adalah NaOH, KOH, Na₂CO₃, NH₄OH, dan ethanolamines (sinonim : 2-Aminoethanol, monoethanolamine, dengan rumus kimia C₂H₇NO, dan formulasi kimia NH₂CH₂CH₂OH). NaOH, atau yang biasa dikenal dengan soda kaustik dalam industri sabun, merupakan alkali yang paling banyak digunakan dalam pembuatan sabun keras. KOH banyak digunakan dalam pembuatan sabun cair karena sifatnya yang mudah larut dalam air. Na₂CO₃ (abu soda/natrium karbonat) merupakan alkali yang murah dan dapat menyabunkan asam lemak, tetapi tidak dapat menyabunkan trigliserida (minyak atau lemak).

               Ethanolamines merupakan golongan senyawa amin alkohol. Senyawa tersebut dapat digunakan untuk membuat sabun dari asam lemak. Sabun yang dihasilkan sangat mudah larut dalam air, mudah berbusa, dan mampu menurunkan kesadahan air. Sabun yang terbuat dari ethanolamines dan minyak kelapa menunjukkan sifat mudah berbusa tetapi sabun tersebut lebih umum digunakan sebagai sabun industri dan deterjen, bukan sebagai sabun rumah tangga. Pencampuran alkali yang berbeda sering dilakukan oleh industri sabun dengan tujuan untuk mendapatkan sabun dengan keunggulan tertentu.

2.5. Bahan Pendukung

               Bahan baku pendukung dapat digunakan untuk membantu proses penyempurnaan sabun hasil dari proses saponifikasi (pegendapan sabun dan pengambilan gliserin) sampai sabun dapat menjadi produk yang siap dipasarkan. Bahan-bahan tersebut adalah NaCl (garam) dan bahan-bahan aditif. Sabun yang terbuat dari ethanolamines dan minyak kelapa menunjukkan sifat mudah berbusa.

2.5.1. Garam ( NaCl )

               NaCl merupakan komponen kunci dalam proses pembuatan sabun. Kandungan NaCl pada produk akhir sangat kecil karena kandungan NaCl yang terlalu tinggi di dalam sabun dapat memperkeras struktur sabun. NaCl yang digunakan umumnya berbentuk air garam (brine) atau padatan (kristal). NaCl digunakan untuk memisahkan produk sabun dan gliserin. Gliserin tidak mengalami pengendapan dalam brine karena kelarutannya yang tinggi, sedangkan sabun akan mengendap. NaCl harus bebas dari besi, kalsium, dan magnesium agar diperoleh sabun yang berkualitas. NaCl yang terlalu tinggi di dalam sabun dapat memperkeras struktur sabun. NaCl kunci dalam proses pembuatan sabun.

2.5.2. Bahan Aditif

               Bahan aditif merupakan bahan-bahan yang ditambahkan ke dalam sabun. Hal ini yang bertujuan untuk mempertinggi kualitas dari produk sabun yang dihasilkan sehingga menarik konsumen. Bahan-bahan aditif tersebut antara lain : builders, fillers inert, antioksidan, pewarna,dan parfum. NaCl merupakan komponen kunci dalam proses pembuatan sabun.

1)     Builders (Bahan Pembentuk/Penguat)

           Builders digunakan untuk melunakkan air sadah dengan cara mengikat mineral mineral yang terlarut pada air, sehingga bahan bahan lain yang berfungsi untuk mengikat lemak dan membasahi permukaan dapat berkonsentrasi pada fungsi utamanya. Builder juga membantu menciptakan kondisi keasaman yang tepat agar proses pembersihan dapat berlangsung lebih baik serta membantu mendispersikan dan mensuspensikan kotoran yang telah lepas. Umumnya yang sering digunakan sebagai builder adalah senyawa senyawa kompleks fosfat, natrium sitrat, natrium karbonat, natrium silikat atau zeolit.

2)     Filler (Bahan Pengisi)

                  Selain itu, perlu ditambahkan zat pengisi (filler) untuk menekan biaya supaya lebih murah. Adanya perbedaan komposisi pada lemak dan minyak menyebabkan sifat fisik berbeda dan hasil lemak serta sabun berbeda pula. Untuk memperoleh sabun yang memperoleh sabun yang , berwarna putih, gravity spesifik 4,17, tidak larut dalam air panas dan dingin. TiO₂ ada dalam tiga kristal: anatase, brookit, dan rutile. Biasanya diperoleh secara sintetik. Rutile adalah bentuk yang stabil terhadap perubahan suhu apabila diperoleh secara luas sebagai monokristal yang transparan. Titanium dioksida digunakan dalam elektrolit, plastic dan industri keramik karena sifat listriknya. Selain itu, ia sangat stabil terhadap perubahan suhu dan resisten terhadap serangan kimia. Ia tereduksi sebagian ole hidrogen dan karbon monoksida. Titanium oksida murni dipreparasi dari titanium tetraklorida yang dimurnikan dengan destilasi ulang. Kegunaan titanium oksida antara lain dalam vitreus enamel, industri elektronik, katalis dan pigmen zat warna. TiO₂ adalah zat warna putih yang dominan di usaha karena mempunyai sifat yaitu indeks refraksi tinggi dan non toksik. Filler (bahan pengisi) ini berfungsi sebagai pengisi dari seluruh campuran bahan baku. Pemberian bahan ini berguna untuk memperbanyak atau memperbesar volume. Keberadaan bahan ini dalam campuran bahan baku sabun semata mata ditinjau dari aspek.

3)     Bahan Antioksidan

                  EDTA (ethylene diamine tetra acetate) ditambahkan dalam sabun untuk membentuk kompleks (pengkelat) ion besi yang mengkatalis proses degradasi oksidatif. Degradasi oksidatif akan memutuskan ikatan rangkap pada asam lemak membentuk rantai lebih pendek, aldehid dan keton yang berbau tidak enak. EDTA adalah reagen yang bagus, selain membentuk kelat dengan semua kation, kelat ini juga cukup stabil untuk metode titriametil. Bahan antioksidan pada sabun juga dapat menstabilkan sabun terutama pada bau tengik atau rancid. Natrium Silikat, natrium hiposulfid, dan natrium tiosulfat diketahui dapat digunakan sebagai antioksidan. Stanous klorida juga merupakan antioksidan yang sangat kuat dan juga dapat memutihkan sabun atau sebagai bleaching agent.

4)     Bahan Pewarna (Coloring Agent)

                  Bahan ini berfungsi untuk memberikan warna kepada sabun. Ini ditujukan agar memberikan efek yang menarik bagi konsumen untuk mencoba sabun ataupun membeli sabun dengan warna yang menarik. Biasanya warna warna sabun itu terdiri dari warna merah, putih, hijau maupun orange.

5)     Bahan Pewangi (fragrances)

           Parfum atau bahan pewangi (fragrances) termasuk bahan pendukung. Keberadaaan parfum memegang peranan besar dalam hal keterkaitan konsumen akan produk sabun. Artinya, walaupun secara kualitas sabun yang ditawarkan bagus, tetapi bila salah memberi parfum akan berakibat fatal.