Percobaan Kafein

PENENTUAN KADAR KAFEIN DALAM KOPI
    PENDAHULUAN
    Latar Balakang
Kafein merupakan jenis alkaloid yang secara alamiah terdapat dalam biji kopi, daun teh, daun mete, biji kola, biji coklat, dan beberapa minuman penyegar. Kafein memiliki berat molekul 194.19 dengan rumus kimia C8H10N8O2 dan pH 6.9 (larutan kafein 1% dalam air). Berdasarkan penelitian  para  ahli  menyarankan  200-300 miligram konsumsi kafein dalam sehari merupakan jumlah yang cukup untuk orang dewasa. Tapi, mengonsumsi kafein sebanyak 100 miligram tiap hari dapat menyebabkan individu tersebut tergantung pada kafein.
 Kopi merupakan minuman atau bahan penyegar yang banyak dikonsumsi masyarakat, dari yang miskin sampai kaya. Kopi mengandung kafein, yang dalam dosis rendah dapat mengurangi rasa lelah dan membuat pikiran jadi segar. Meskipun demikian kemajuan ilmu pengetahuan menunjukkan bahwa konsumsi kopi dalam jumlah yang besar berpengaruh tidak baik bagi kesehatan. Ini disebabkan kafein jika dikonsumsi dalam jumnlah tinggi cepat mempengaruhi sistem saraf pusat, sistem pernapasan, otot, pembuluh darah, jantung dan ginjal pada manusia dan hewan. Menurut Sivetz dan Desroirer (1979) dalam dosis yang lebih tinggi lagi kafein dapat menyebabkan jantung berdebar keras, artelosklerosis, merusak hati, tangan gemetar, otot kejang, kepala pusing, mual dan bahkan dapat menyebabkan mutasi pada gen. Oleh sebab itu, pada percobaan ini kadar kafein perlu diketahui dengan pasti di dalam kopi. Penentuan kadar kafein ini dapat menggunakan cara ekstraksi.
    Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang yang telah dikemukakan maka yag menjadi masalah dalam praktikum ini adalah bagaimana mengisolasi  kafein dalam biji kopi dan berapa kandugan kafein dalam biji kopi.
    Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengisolasi dan menentukan kadar kafein dalam kopi.
    Prinsip Percobaan
Prinsip percobaan ini menggunakan metode ekstraksi pelarut dengan prinsip like disolvent like.
 
    TEORI
    Ekstraksi pelarut adalah proses pemisahan campuran larutan berdasarkan kecenderungan salah satu komponen untuk terlarut dalam solvent yang digunakan. Zat cair yang mula-mula melarutkan solut disebut sebagai diluent, sedangkan zat cair yang dikontakkan dengan solut disebut solvent. Solvent harus memiliki sifat tidak dapat larut atau dapat larut di dalam diluent tetapi dalam jumlah yang terbatas . Ekstraksi selalu melibatkan dua tahapan proses, yaitu tejadinya kontak solvent dengan diluent sehingga komponen yang dapat larut (solut) berpindah ke solvent dan pemisahan larutan dari diluent sisa. Produk yang mengandung konsentrasi solvent terbesar dan konsentrasi umpan cair terkecil disebut ekstrak, dan produk yang mengandung konsentrasi umpan cair terbesar dan konsentrasi solvent terkecil disebut rafinat (Murtono, 2009).
Manusia primitif seringkali menggunakan ekstrak akar, kulit kayu, daun, bunga, buah, dan biji – bijian sebagai obat. Penggunaan tumbuhan untuk maksud pengobatan tidak mesti berdasarkan ketahyulan atau khayalan. Banyak tumbuhan mengandung senyawa yang berdampak faali yang nyata. Zat – zat aktif dalam banyak bahan tumbuhan ini telah diisolasi dan diketahui berupa senyawa nitrogen heterosiklik. Banyak senyawa nitrogen dalam tumbuhan mengandung atom nitrogen basa dan karena itu dapat diekstrak dari dalam bahan tumbuhan itu dengan asam encer. Senyawa ini disebut alkaloid yang artinya : “mirip sekali”. Setelah ekstraksi, alkaloid bebas dapat diperoleh dengan pengolahan lanjutan dengan basa dalam air.
Ekstraksi    : R3N: + HCl          R3NH+Cl-
Regenerasi    : R3NH+Cl- + OH-     R3N: + H2O + Cl-
Struktur alkaloid beranekaragam, dari yang sederhana sampai yang rumit (Fessenden, 1982).
Kopi merupakan spesies tanaman berbentuk pohon yang termasuk famili Rubiaceae dan genus Coffea, tumbuh tegak, bercabang dan bila dibiarkan dapat tumbuh mencapai tinggi 12 m. Daunnya bulat telur dengan ujung tegak meruncing, daun tumbuh berhadapan pada batang, cabang dan ranting-rantingnya. Tanaman kopi umumnya akan mulai berbunga setelah berumur 2 tahun. Mula-mula bunga ini keluar dari ketiak daun yang terletak pada batang utama atau cabang reproduksi. Bungan yang keluar dari kedua tempat tersebut biasanya tidak berkembang menjadi buah. Kopi merupakan biji-biian dari pohon jenis coffea dengan kandungan alamiah berupa kafein, sitosterin, kolin, terpenoid. Kopi robusta dan arabika adalah jenis kopi yang banyak dikonsumsi di indonesia. Kopi robusta memiliki kadar kafein lebih tinggi dari pada kopi Arabika (Hartono, 2009).
Senyawa kimia pada biji kopi dapat dibedakan atas senyawa volatil dan non volatil. Senyawa volatil adalah senyawa yang mudah menguap, terutama jika terjadi kenaikan suhu. Senyawa volatil yang berpengaruh terhadap aroma kopi antara lain golongan aldehid, keton dan alkohol, sedangkan senyawa non volatil yang berpengaruh terhadap mutu kopi antara lain kafein, chlorogenic acid dan senyawa-senyawa nutrisi. Senyawa nutrisi pada biji kopi terdiri dari karbohidrat, protein, lemak, dan mineral. Sukrosa yang termasuk golongan karbohidrat merupakan senyawa disakarida yang terkandung dalam biji kopi, kadarnya bisa mencapai 75% pada biji kopi kering. Selain itu, dalam biji kopi terdapat pula gula pereduksi sekitar 1 %. Berkurangnya gula pereduksi yang disebabkan oleh penyimpanan pada suhu tinggi akan menyebabkan turunnya mutu kopi seduhan yang dihasilkan, karena gula merupakan salah satu komponen pembentuk aroma. Golongan asam juga dapat mempengaruhi mutu kopi, karena merupakan salah satu senyawa pembentuk aroma kopi. Asam yang dominan pada biji kopi adalah asam klorogenat yaitu sekitar 8 % pada biji kopi atau 4,5% pada kopi sangrai. Selama penyangraian sebagian besar chlorogenic acids akan terhidrolisa menjadi asam kafeat dan Quinic acid. Selain itu terdapat juga kafein yang merupakan unsur terpenting pada kopi yang berfungsi sebagai stimulant, sedangkan kafeol merupakan faktor yang menentukan rasa. Kafein merupakan suatu alkaloid dari metil xantin yaitu 1,3,7 trimetil xantin (Bhara L.A, 2009).
Kafein adalah suatu senyawa organik nama lain yaitu kafein, tein, 1,3,7 trinotilxantin. Kristal kafein dalam air berupa jarum-jarum bercahaya. Bila tidak mengandung air, kafein meleleh dalam suhu 234-2390C, dan menyublin pada suhu yang rendah, kafein mudah larut dalam air panas, dan kloroform, tetapi sedikit larut dalam air dingin dan alkohol. Secara alamiah selain dari dalam biji kopi, kafein pula terdapat dalam daun teh, daun mete, biji kola, dan coklat. Kafein bersifat sebagai basa lemah dan hanya dapat membentuk garam dengan basa kuat (Abraham, 2011).
          Di alam terdapat beberapa senyawa alkaloid santin, antara lain 1,3-dimetilsantin (theophilin), 3,7-dimetilsantin (theobromine) yang banyak terdapat dalam biji coklat dan 1,3,7-trimetilsantin (kafein) dalam kopi dan teh.





          Kafein adalah basa sangat lemah dalam larutan air atau alkohol tidak terbentuk garam yang stabil. Kafein terdapat sebagai serbuk putih, atau sebagai jarum mengkilat putih, tidak berbau dan rasanya pahit. Kafein larut dalam air (1:50), alkohol (1:75) atau kloroform (1:6) tetapi kurang larut dalam eter. Kelarutan naik dalam air panas (1:6 pada 80oC) atau alkohol panas (1:25 pada 60 oC). Kafein berbentuk anhidrat. Mengandung tidak kurang dari 98,5% dan tidak lebih dari 101,1% C8H10N4O2 (Novianti, 2008).
 
    METODE PRAKTIKUM
     Alat dan Bahan
    Alat yang digunakan
Alat yang digunakan dalam praktikum ini yaitu Pipet volume 25 mL , Karet penghisap, Gelas kimia 100, 500 mL, Pipet tetes, Botol semprot, alat refluks, gelas ukur 100, erlenmeyer, pemanas, corong buchner, batang pengaduk, cawan porselin, kertas saring dan corong pisah.
    Bahan yang digunakan
Bahan yang digunakan dalam praktikum ini yaitu kopi halus, Larutan Asam Nitrat encer (HNO3), kloroform, timbal asetat, amonium hidroksida, dan aquades.

 
    Prosedur Kerja
 
    HASIL DAN PEMBAHASAN
    Hasil Pengamatan
No.    Perlakuan    Pengamatan
1.

2.
3.

4.


5.

6.    20 g kopi + 350 mL Aquadest

Direfluks selam 25 menit
Filtrat ditambah timbal asetat ditetesi sedikit demi sedikit lalu disaring                                                         
Filtrat + 25 mL kloroform dalam corong pisah dikocok   

Lapisan atas + 20 mL kloroform     dikocok
Lalu didiamkan
Lapisan bawah dikeluarkan & ditampung dalam cawan penguap. Lalu ditutup dengan kertas saring dan corong kaca lalu diuapkan.    Kafein pada kopi larut

Larutan homogen
Terbentuk endapan
 
Terbentuk dua lapisan (lapisan atas dan bawah) Lapisan bawah (CHCl3) = coklat susu, bagiat atas (air)=coklat muda
Terbentuk dua lapisan. Lapisan bawah (CHCl3) = coklat susu, bagiat atas (air)=coklat muda
Diperoleh berat kristal 0,7673 g dengan rendemen 3,8365%

         Struktur kafein (1,3,7 trimetilxantin) yaitu:

    Perhitungan:
    Berat kertas saring kosong = 1,0803 g
    Berat kertas saring + kristal kafein = 1,6381 g
    Berat cawan kosong = 68,9784 g
    Berat cawan + kafein = 69,187 g
    Kafein pada kertas saring : 1,6381-1,0803 = 0,5576 g
    Kafein pada cawan : 69,187- 68,978 = 0,2095 g
    Berat kristal kafein = 0,5578 + 0,2095
        = 0,7673 g
    Berat kopi = 20 g
    Rendemen  kafein = (Berat kafein)/(berat kopi)  x 100%
=  0,7673g/(20 g)  x 100%
                       = 3,8365 %
    Pembahasan
    Kafein merupakan senyawa bahan alam yang tersebar luas dan tergolong dalam senyawa alkaloid dengan rumus molekul C8H10N4O2, bersifat basa lemah, berbentuk serbuk putih yaitu kristal-kristal panjang, rasanya pahit, memiliki titik leleh sebesar 234-2390C serta menyublin pada temperature 180-2000C. Kelarutan kafein: larut baik dalam kloroform, air mendidih dan alcohol, sedikit larut dalam air dingin dan eter dan mempunyai efek dosis 0,15-0,25 g/sekali dengan rumus molekul:

(1,3,7-trimetilxantin)
       Kadar kafein dalam biji kopi (Cafea sp.) ialah 0.2 – 2.2 persen. Untuk bermacam-macam kopi kadar kafeinnya berbeda-beda. Misalnya kadar kafein pada kopi robusta 1.5 – 2.5 persen, kopi arabika 1.0 - .1.2 persen, kopi leberia 1.4 – 1.6 persen dan kopi mukka 1.4 – 1.6 persen.  Pada suhu 25oC kafein larut dalam campuran 45.6 bagian air, yang kelarutannya meningkat dengan makin tingginya suhu air misalnya pada suhu 25oC dapat larut 2.13 gram kafein/ 100 g air sedangkan pada suhu 100oC pelarutannya 50.0 g kafein/100 g air. Pelarut yang dapat digunakan untuk melarutkan kafein yaitu eter, kloroform dan air panas. Ketiga pelarut tersebut dapat mengekstrak kafein dengan baik, tidak meninggalkan residu (karena menguap pada waktu dikeringkan), dapat di daur ulang. Akan tetapi pelarut eter dan kholoroform  mempengaruhi flavor (cita rasa) kopi. Sedangkan air, terutama air panas jika digunakan sebagai pelarut kafein akan menghilangkan flavor kopi pada kopi yang dihasilkan.
Pada percobaan ini, digunakan metode sederhana dalam mengekstrak kafein pada kopi  yaitu dengan metode  ekstraksi yang didasarkan pada distribusi solut dalam hal ini kafein dalam kopi antara dua fasa yaitu fasa organik (kloroform) dan fasa anorganik (air).  Sebelum melakukan ekstraksi, kopi direfluks terlebih dahulu menggunakan pelarut air selama 25 menit. Karena kafein dapat larut dengan baik pada air panas, sehingga harus dilarutkan pada air panas yang mendidih. Fungsi dari refluks ini yaitu agar dapat menghomogenkan kopi dan pelarut dengan waktu yang cukup lama dan bertujuan menarik senyawa kafein dari kopi karena sifat kafein yang mudah larut dalam air panas. Pada proses refluks tidak menggunakan kloroform sebagai pelarut karena kloroform memiliki titk didih yang rendah dari air yaitu sekitar 77,1oC.  Setelah proses merefluks selesai, campuran panas disaring kedalam corong buchner. Fungsi dari penyaringan ini yaitu agar kafein yang terdapat dalam campuran kopi tadi dapat terpisah dari filtrat atau ampas kopi, sehingga yang didapat dalam larutan kopi adalah kafein dan filtratnya. Setelah itu, ditambahkan timbal asetat tetes demi tetes agar zat-zat pengotor dapat mengendap dan diperoleh kafein yang bebas pengotor. Penambahan timbal asetat tetes demi tetes dimaksudkan agar struktur kafein tidak rusak dalam larutan kopi. Setelah penambahan timbal asetat diperoleh endapan dalam filtrat. Endapan tersebut merupakan zat-zat pengotor. Maka dari itu, dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas saring untuk memisahkan endapan yang terdapat dalam filtrat kafein.
Selanjutnya filtrat kafein didinginkan dan dilakukan ekstrasi (dengan cara pengocokkan atau pengadukan) dengan menggunakan pelarut kloroform. Ekstrasi dilakukan sebanyak 2 kali dengan tujuan, agar kafein pada filtrat benar-benar terpisah dan larut dalam kloroform. Pada ekstraksi pertama ditambahkan kloroform 25 mL dan ekstraksi ke dua ditambahkan sebanyak 20 ml. Setelah di ekstraksi terbentuk dua lapisan. Lapisan atas lapisan atas merupakan  lapisan fasa air yang mengandung sisa garam dan Pb dan lapisan bawah atau fasa organik merupakan lapisan yang mengandung kafein dalam kloroform. Terbentuknya dua lapisan disebabkan karena perbedaaan massa jenis antara larutan kopi dengan kloroform;dimana larutan kopi mempunyai berat jenis yang lebih kecil dari kloroform dan  perbedaan kepolaran, larutan kopi bersifat polar sedangkan kloroform bersifat non polar.
    Pada saat ekstraksi, campuran larutan harus dikocok kuat dan di diamkan sesaat agar campuran tersebut dapat terdistribusi secara sempurna. Lapisan bawah pada corong pisah dimasukkan kedalam erlenmeyer, diuapkan cairan tersebut diatas penangas sampai kering dan ditutup dengan kertas saring agar kristal kafein yang terlarut tidak keluar dari cawan. Pada suhu tinggi (234oC-239 oC) kafein akan meleleh dan menyublin pada suhu rendah. Pada percobaan ini, tidak didapatkan bentuk kristal. Hal ini disebabkan karena pada saat proses penguapan kafein dilakukan pada suhu yang tinggi sehingga kristal kafein meleleh. Namun tetap dilakukan perhitungan berat kafein pada cawan dan kertas saring. Kadar kafein pada percobaaan ini diperoleh sebasar 3,8365%  atau sebesar 0,7673 gram kafein dari 20 gram kopi. Sedangkan menurut Malato et al (2001) kadar kafein yang layak untuk dikonsumsi pada kopi robusta secara teoritis adalah 1,5-2% dari berat kopi.
 
V.SIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan yang diperoleh dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa, kadar kafein dalam kopi dapat diisolasi dengan cara dipanaskan dan diekstraksi sehingga berat kristal kafein yang berhasil diisolasi dari kopi adalah  0,7673 gram dengan kadar protein yang terkandung dalam 20 gram kopi yaitu sebesar 3,8 %.
 
Tugas Setelah Praktikum
    Apa kegunaan kloroform pada percobaan ini? Dan mengapa pada langkah ke 6 dari cara kerja diatas ditambahkan lagi kloroform!
    Bagaimana bentuk struktur bentuk kafein yang diperoleh, tuliskan rumus strukturnya!
Jawab
    Tujuan penambahan kloroform pada percobaan ini adalah untuk mengekstrat kafein dari larutan kopi,sebagaimana diketahui bahwa kafeinlarut dengan baik dalam kloroform.  Pada langkah ke 6 ditambahkan lagi kloroform dengan untuk mengikat kembali sisa-sisa kafein yang masih ada dalam larutan kopi dan belum keluar pada pengekstrakkan pertama.
    Bentuk kafein yang diperoleh adalah berbentuk kristal putih seperti jarum bercahaya.  struktur kafein yaitu:

(1,3,7-trimetilxantin)


DAFTAR PUSTAKA
Abraham, 2012. Penuntun Praktikum Kimia Organik II. UNHALU. Kendari.
Braha L.A, Makna. 2009. Pengaruh Pemberian Kopi Dosis Bertingkat Per Oral 30 Hari Terhadap Gambaran Histologi Hepar Tikus Wistar. Universitas Diponegoro. Semarang.
Fessenden, R. J., dan Fessenden, J. S., 1982. Kimia Organik Jilid 2 Edisi 3. Erlangga. Jakarta.
Hartono, Elina. 2009. Penetapan Kadar Kafein Dalam Biji Kopi Secara Kromatografi Cair Kinerja Tinggi. 2. ISSN 1979-35X.
Murtono, Rohmat dkk. 2009. Desain Konseptual Proses Ekstraksi Produk Fisi dari Bahan Bakar Molten Salt Reactor. Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir. 11. 98-110.
Syah Fitri, Novianty. 2008. Pengaruh Berat dan Waktu Penyeduhan Terhadap Kadar Kafein dari Bubuk Teh. Universitas sumatera Utara. Medan.