PENGARUH PENAMBAHAN POLIVINIL ALKOHOL DAN PERBEDAAN RASIO CAMPURAN AMPOK JAGUNG DAN TAPIOKA TERHADAP KARAKTER FISIK BIODEGRADABLE FOAM SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH PENAMBAHAN POLIVINIL ALKOHOL DAN PERBEDAAN RASIO CAMPURAN AMPOK JAGUNG DAN TAPIOKA TERHADAP KARAKTER FISIK BIODEGRADABLE FOAM SKRIPSI RANDI SWANDARU F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011 i

2 THE EFFECT OF ADDING POLYVINYL ALCOHOL AND DIFFERENT RATIO OF CORN HOMINY FEED AND TAPIOCA ON PHYSICAL PROPERTIES OF BIODEGRADABLE FOAM Randi Swandaru Department of Agroindustrial Technology, Faculty of Agricultural Engineering Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia ABSTRACT Biodegradable foam is a packaging materials made from renewable resources which very prospective to substitute synthetic polystyrene foam. Starch is now dominantly use as a promising material to produce biodegradable foam due to its superior characteristic and availability. However, starch is preferable as food source so that an alternative material such as corn hominy feed can be used for producing this foam. Corn hominy is a by product of corn milling which has high content of starch and fibre which is possibly to improve the physical properties of this foam. This research is aimed to study the influence of adding PVOH and different ratio of corn hominy and cassava starch on physical properties of biodegradable foam. The corn hominy and cassava starch were mixed in rheocor mixer in 65 rpm speed at o C. Then the extrudat were expanded in a microwave oven at 100% power level for 45 seconds. The physical analysis result showed that the composition of corn hominy feed and cassava starch affected physical properties of biodegradable foam. The foam that consisted of corn hominy : cassava starch (80:20) gave the highest expantion ratio and water absorption index. PVOH also affected the physical properties of biodegradable foam which improved the hardness index of the foam. However, interaction between ratio of cassava starch: corn hominy feed and adding of PVOH does not show significant influence to the physical characteristic of biodegradable foam. Keywords: biodegradable foam, hominy feed, starch, polystyrene, polyvinyl alcohol, ii

3 Randi Swandaru. F Pengaruh Penambahan Polivinil Alkohol dan Perbedaan Rasio Campuran Ampok Jagung dan Tapioka Terhadap Karakter Fisik Biodegradable Foam. Di bawah bimbingan Endang Warsiki 2011 RINGKASAN Biodegradable foam merupakan bahan kemasan nabati yang ditujukan sebagai produk subtitusi polistirena sintetis. Ubi kayu yang ketersediaannya cukup melimpah merupakan bahan yang potensial untuk dikembangkan menjadi biodegradable foam karena kelimpahannya. Selain itu, ampok jagung yang merupakan hasil samping dari penggilingan biji jagung kering juga sangat prospektif menghasilkan foam yang dapat diurai oleh alam. Pembuatan foam dari bahan berpati diketahui sulit menghasilkan karakteristik foam yang baik. Oleh karenanya diperlukan penambahan polivinil alkohol (PVOH) untuk memperbaiki karakter fisik foam pati yang dihasilkan. Berdasarkan dari hal tersebut, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan polivinil alkohol dan rasio komposisi tapioka:ampok jagung terhadap karakter fisik biodegradable foam. Sebelum digunakan pada proses pembuatan foam, ampok jagung dikeringkan hingga kadar airnya berada di bawah 10% dan digiling hingga ukurannya mencapai 200 mesh. Selanjutnya dilakukan uji proksimat untuk mengetahui kandungan bahan dan menentukan formulasi bahan yang digunakan. Perbandingan komposisi tapioka dan ampok jagung yang digunakan pada penelitian ini terdiri tiga taraf yaitu, 60:40, 70:30, dan 80:20. Perlakuan lainnya adalah penambahan PVOH pada sampel dengan dua taraf yaitu sampel yang ditambahkan PVOH 10% dan sampel yang tidak ditambahkan PVOH. Selain itu, bahan diberikan beberapa bahan aditif yaitu, NaCl dan akuades. Proses pembuatan biodegradable foam diawali dengan proses plastisasi dengan menggunakan rhecor mixer dengan laju 65 rpm pada tiga set suhu yaitu, o C. Selanjutnya pati termoplastis yang dihasilkan dikecilkan ukurannya sebelum dimasukkan ke dalam oven microwave. Proses ekspansi dilakukan di dalam oven microwave pada power level 100% selama 45 detik. Hasil dari proses tersebut adalah ekstrudat pati yang kemudian diuji karakter fisiknya melalui uji kekerasan, rasio pengembangan, densitas kamba, daya serap air, sifat kompresi, uji Differenttial Scanning Calorimeter (DSC) dan Scanning Electron Mikroscope (SEM). Hasil uji karakter fisik foam pada penelitian ini menunjukkan bahwa perbedaan komposisi tapioka:ampok berpengaruh terhadap karakter fisik foam pati yang terbentuk. Komposisi tapioka di dalam bahan berbanding lurus dengan nilai rasio pengembangan foam dan daya absorbsi airnya. Namun, komposisi tapioka di dalam bahan berbanding terbalik dengan sifat kekerasan foam yang terbentuk. Foam dengan rasio tapioka:ampok sebesar 80:20 menghasilkan nilai terbesar pada rasio pengembangan, absorbsi air, dan penetrasi tusukan jarum pada uji kekerasan. Hasil uji karakter fisik ini juga menunjukkan bahwa perbedaan komposisi:tapioka tidak berpengaruh nyata pada sifat densitas kamba dan nilai kompresi foam. Penambahan PVOH pada foam pati juga berpengaruh terhadap karakter fisik foam yang terbentuk. Penambahan PVOH berbanding lurus dengan sifat kekerasan foam yang dihasilkan. Foam yang ditambahan PVOH memiliki kekerasan yang lebih baik daripada foam yang tidak ditambahkan PVOH. Namun, penambahan PVOH ini tidak berpengaruh nyata pada nilai rasio pengembangan, densitas kamba, daya absorbsi air dan sifat kompresi foam. Hasil uji statistika untuk mengetahui pengaruh interaksi antara kedua perlakuan tersebut menunjukkan bahwa interaksi kedua perlakuan tersebut tidak berpengaruh nyata terhadap karakter fisik foam yang dihasilkan. iii

4 PENGARUH PENAMBAHAN POLIVINIL ALKOHOL DAN PERBEDAAN RASIO CAMPURAN AMPOK JAGUNG DAN TAPIOKA TERHADAP KARAKTER FISIK BIODEGRADABLE FOAM SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Oleh RANDI SWANDARU F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR iv

5 2011 Judul Skripsi Nama NIM : Pengaruh Penambahan Polivinil Alkohol dan Perbedaan Rasio Campuran Ampok Jagung dan Tapioka Terhadap Karakter Fisik Biodegradable Foam : Randi Swandaru : F Menyetujui, Pembimbing (Dr. Endang Warsiki, STP, MT) NIP Mengetahui; Ketua Departemen, (Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti) NIP Tanggal lulus: v

6 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Pengaruh Penambahan Polivinil Alkohol dan Perbedaan Rasio Campuran Ampok Jagung dan Tapioka Terhadap Karakter Fisik Biodegradable Foam adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Bogor, Mei 2011 Yang membuat pernytaan Randi Swandaru F vi

7 Hak cipta milik Randi Swandaru tahun 2011 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya vii

8 BIODATA RINGKAS PENULIS Randi Swandaru dilahirkan di Jakarta pada 26 Juni 1988 sebagai anak pertama dari pasangan Misratun dan Jumaidi. Penulis menamatkan sekolah dasar di SD Angkasa XII ( ) dan melanjutkan ke SLTP Negeri 49 Jakarta ( ). Pada tahun 2006 penulis berhasil lulus dari SMA 81 Negeri Jakarta dan melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menempuh studi pada mayor Teknologi Industri Pertanian, penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Teknologi Bahan Penyegar dan Pendidikan Agama Islam serta menyelesaikan program Praktik Lapang pada tahun 2009 di PT. Amanah Prima Indonesia, Tangerang. Selain menjalani aktivitas akademik penulis juga aktif dalam berbagai kegiatan kemahasiswaan. Pada masa studi Tingkat Persiapan Bersama penulis sudah aktif di Badan Eksekutif Mahasiswa Tingkat Persiapan Bersama (BEM TPB) sebagai staf Departemen Informasi dan Komunikasi. Penulis juga merintis karir organisasi pada UKM Koran Kampus hingga menjadi Pemimpin Redaksi pada tahun 2008 dan UKM Forum for Scientific Studies (FORCES). Selama berada di Fakutas Teknologi Pertanian, penulis pernah menjabat sebagai Kepala Komisi II Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) Fateta 2008 dan Ketua Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Fateta Penulis juga aktif pada berbagai kepanitiaan baik di dalam maupun di luar kampus. Selain aktif berorganisasi penulis juga giat mengikuti berbagai kompetisi dan meraih sejumlah penghargaan. Penelitian yang dilakukan penulis ini mendapat dua penghargaan dari Jepang, yaitu Tokyo Tech Indonesia Commitment Award dan The BEST 50 Student Innovation Award Penulis juga berhasil memperoleh Medali Perak dan titel the Best Presenter pada Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional ke XXII Bali Selain itu, penulis meraih juara III pada International Association Agriculture Students and Related Sciences (IAAS) Scientific Writing Competition, juara II karya tulis Ikatan Mahasiswa Proteksi Tanaman se-indonesia, juara III lomba karya tulis Minyak Atsiri, dan menjadi finalis pada berbagai kompetisi lainnya di Universitas Brawijaya, Univeristas Diponegoro dan Institut Pertanian Bogor Penulis sempat mengeyam pendidikan selama dua bulan di Ohio University, Amerika Serikat melalui beasiswa Indonesian English Language Study Program pada tahun Selama semester 5 hingga semester 8 penulis mendapat beasiswa Program Pembinaan Sumber Daya Manusia Strategis (PPSDMS) Nurul Fikri dan mengakhiri masa pembinaannya tersebut sebagai lulusan terbaik Regional 5 Bogor. Pada masa akhir studinya penulis memperoleh beasiswa dari Yayasan Goodwill International. viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang menciptakan seluruh alam semesta karena dengan izin-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penelitian dengan judul Pengaruh Penambahan Polivinil Alkohol dan Perbedaan Rasio Campuran Ampok Jagung dan Tapioka Terhadap Karakter Fisik Biodegradable Foam ini dilaksanakan sejak September 2010 hingga Februari Untuk itu, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Endang Warsiki sebagai dosen pembimbing utama yang telah membimbing, menasihati, dan mendorong penulis untuk menyelesaikan penelitian ini. 2. Ir. Evi Safitri Iriani sebagai dosen pendamping yang telah memberikan arahan dan bimbingan secara teknis dalam proses penelitian ini. 3. Ibu dan ayah penulis yang tidak pernah putus mendoakan penulis dalam malam dan siang yang mereka lalui dan yang dengan sangat sabar mendidik penulis hingga seperti sekarang ini. 4. Dr. Liesbetini Hartoto dan Ir. Muslich yang telah menjadi penguji dan memberikan berbagai masukan selama proses perbaikan skripsi ini. 5. Asto Hadiyoso selaku rekan yang dengan setia dan tanpa pamrih saling bantu membantu untuk menyelesaikan penelitian kami bersama-sama. 6. Ibu Ega, Ibu Rini, Pak Gun dan seluruh laboran Departemen Teknologi Industri Pertanian yang telah membantu proses penelitian ini. 7. Bapak Roro selaku penanggung jawab Laboratorium Polimer Pertamina, Bang Irfan selaku laboran Departemen Hasil Hutan, Pak Aria selaku laboran Departemen Biokimia yang telah membantu proses produksi dan analisis pada penelitian ini. 8. Seluruh rekan-rekan TIN 43 KOMPAK atas kebersamaan dalam menimba ilmu, menyambung harapan, dan mengejar cita-cita kami semua. 9. Seluruh rekan-rekan BEM Fateta 2009, Koran Kampus, DPM Fateta 2008, dan BEM TPB 43 serta teman-teman organisasi penulis lainnya yang telah berbagi pengalaman berharga. 10. Seluruh saudara-saudaraku di Asrama PPSDMS Nurul Fikri dan kontrakan Aurora atas kasih sayang dan kebersamaan yang tak pernah akan saya lupakan. 11. Seluruh sahabat-sahabatku The Zeitgeister yang telah berbagi hari-harinya bersamaku di Amerika Serikat dan selalu mendorongku untuk menjadi insan yang bersyukur. 12. Ophie, Aini, Asto, Ismeri, Tiwik, Yessica, Syafeeg, Deni, Faisal, Gangga, Leni, dan Tami sebagai rekan dalam berbagai lomba yang telah mendukung penulis untuk menjadi penulis yang lebih baik. 13. Semua pihak yang telah membantu penulis dengan penuh keikhlasan yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Tentunya masih banyak kekurangan dalam penelitian ini untuk itu penulis memohon maaf atas kekurangan tersebut dan terbuka atas segala kritik dan saran atas penelitian ini. Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini berguna dan memberikan kontribusi yang baik dalam bidang pengembangan ilmu material maju (advance material science). Bogor, Mei 2011 Randi Swandaru i

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR TABEL... iv DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR LAMPIRAN... vi I. PENDAHULUAN LATAR BELAKANG TUJUAN PENELITIAN... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA TAPIOKA AMPOK JAGUNG POLIVINIL ALKOHOL BIODEGRADABLE FOAM RADIASI GELOMBANG MIKRO (MICROWAVES)... 9 III. METODOLOGI PENELITIAN BAHAN DAN ALAT WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN METODE PENELITIAN Penelitian Pendahuluan Penelitian Utama Karakter Fisik Biodegradable Foam RANCANGAN PERCOBAAN IV. HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN PENDAHULUAN Pengeringan dan Pengecilan Ukuran Ampok Proksimat Ampok Jagung Proksimat Tapioka ii

11 4.1.4 Penentuan Kadar Air Adonan PENELITIAN UTAMA Pembuatan Pati Termoplastis Proses Ekspansi Pati KARAKTER FISIK FOAM PATI Sifat Kekerasan Rasio Pengembangan Densitas Kamba Daya Absorbsi Air Sifat Kompresi V. KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iii

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Komposisi kimia tapioka (per 100 gram bahan)... 4 Tabel 2. Spesifikasi syarat mutu tapioka (SNI )... 5 Tabel 3. Bagian biji jagung dan kandungannya... 6 Tabel 4. Karakter fisik Polivinil Alkohol... 7 Tabel 5. Formulasi bahan untuk tiap unit percobaan Tabel 6. Hasil analisis proksimat ampok jagung Tabel 7. Hasil proksimat tapioka Tabel 8. Titik transisi gelas (T g ) o C iv

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Bagian-bagian biji jagung... 6 Gambar 2. Struktur kimia Polivinil Alkohol... 7 Gambar 3. Foam pati berbahan dasar gandum... 8 Gambar 4. Mekanisme perubahan energi gelombang mikro menjadi kalor (a)rotasi dipol (b)polarisasi ion Gambar 5. Tahap-tahap penelitian utama Gambar 6. Struktur kimia (a) amilosa (b) amilopektin Gambar 7. Perubahan volume (V), entalpi (H), dan entropi (S) serta pergeseran suhu transisi gelas (T g ) dan titik leleh (T m ) pada makanan Gambar 8. Proses pengembangan pati dalam oven microwave Gambar 9. Perubahan foam sebelum dan sesudah ekspansi Gambar 10. Foto uji SEM Gambar 11. Grafik hubungan komposisi tapioka dan penambahan PVOH terhadap kekerasan foam Gambar 12. Grafik hubungan komposisi tapioka dan penambahan PVOH terhadap rasio pengembangan foam pati Gambar 13. Grafik hubungan komposisi tapioka dan penambahan PVOH terhadap densitas kamba foam Gambar 14. Grafik hubungan komposisi tapioka dan penambahan PVOH terhadap nilai absorbsi air Gambar 15. Proses deformasi foam Gambar 16. Grafik hubungan komposisi tapioka dan penambahan PVOH terhadap nilai kompresi foam v

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Bahan-bahan utama Lampiran 2. Peralatan utama dalam penelitian Lampiran 3. Prosedur uji proksimat pati Lampiran 4. Data uji sifat kekerasan Lampiran 5. Data uji rasio pengembangan Lampiran 6. Data uji densitas kamba Lampiran 7. Data uji daya absorbsi air Lampiran 8. Data uji sifat kompresi Lampiran 9. Data analisis statistika uji sifat kekerasan Lampiran 10. Data analisis statistika uji rasio pengembangan Lampiran 11. Data analisis statistika uji densitas kamba Lampiran 12. Data analisis statistika uji daya absorbsi air Lampiran 13. Data analisis statistika uji sifat kompresi Lampiran 14. Perhitungan volume air yang ditambahkan ke dalam adonan Lampiran 15. Grafik rentang transisi gelas vi

15 I. PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Foam polistirena merupakan plastik yang terdiri dari monomer-monomer stirena yang berbahan dasar minyak bumi. Sebagian besar masyarakat lebih mengenal foam polistirena sebagai styrofoam yang merupakan nama dagang produk yang diproduksi oleh Dow Chemical Company. Sejarah penemuan styrofoam berawal dari penemuan polistirena pada tahun Eduard Simon menemukan polistirena dengan cara mengisolasi suatu bahan dari resin alami. Berangkat dari penemuan tersebut, Ray McIntire mencampurkan stirena dengan isobutylene dengan tekanan tinggi. Hasil percobaan tersebut menghasilkan material yang lebih kuat dan 30 kali lebih ringan daripada polistirena. Material tersebut diperkenalkan sebagai styrofoam pada tahun 1954 (Mary Bellis 2011). Styrofoam memiliki karakteristik yang ringan, mudah dibentuk, mampu mempertahankan panas maupun dingin, dan biaya produksi yang murah, sehingga menyebabkan styrofoam banyak digunakan sebagai kemasan baik makanan maupun barang elektronik. Namun, penggunaan styrofoam berdampak negatif bagi lingkungan karena styrofoam sulit untuk didegradasi dan dapat bertahan di alam selama ribuan tahun. Dalam Polystyrene Fact Sheets yang dirilis TheWayToGo pada tahun 2008, U.S. Environmental Protection Agency (EPA) pada tahun 1986 menyatakan bahwa foam polistirena merupakan penghasil nomor lima sampah yang paling berbahaya di Amerika Serikat. Pembuatan foam polistirena yang menggunakan HCFC-22 ternyata juga menimbulkan masalah karena HCFC-22 merupakan gas rumah kaca dan membahayakan lapisan ozon. Paparan styrofoam terhadap makanan berpotensi menimbulkan bahaya kesehatan. Kemasan makanan yang terbuat dari polistirena berpotensi melepaskan stirena saat terpapar dengan suhu tinggi, alkohol, minyak dan asam. Green (2007) dalam laporannya yang berjudul Styrofoam The Silent Killer menyatakan bahwa paparan stirena dapat menyebabkan gangguan hormonal yang dapat mengakibatkan gangguan tyroid, menstruasi yang tidak teratur bahkan kanker payudara dan kelenjar prostat. Stirena juga dikaitkan dengan peningkatan tingkat kerusakan kromosom dan fungsi abnormal paru-paru pada para buruh yang bekerja pada pabrik polistirena. Benzena yang merupakan bagian dari polistirena foam juga diketahui bersifat karsinogenik yang masuk ke dalam tubuh manusia melalui saluran pernapasan. Pada Juli 2001, Divisi Keamanan Pangan Pemerintah Jepang mengungkapkan bahwa residu styrofoam dapat menyebabkan endocrine disrupter (EDC), yaitu suatu penyakit yang terjadi akibat adanya gangguan pada sistem endokrinologi dan reproduksi manusia (Dinas Kesehatan Surabaya 2009). Mengingat luasnya penggunaan styrofoam dan besarnya dampak negatif dari penggunaanya maka diperlukan bahan subtitusi untuk menggantikannya. Penggunaan material pengemas yang berbahan baku sumber daya pertanian dan kehutanan dapat menjadi solusi atas permasalahan ini. Salah satu hasil modifikasi kimia bahan alami yang mempunyai prospek untuk dikembangkan lebih lanjut adalah pati. Pati merupakan homoplimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik yang terdiri dari dua bagian utama yaitu amilosa dan amilopektin. Pati yang mengandung air dapat mengembang sampai pada volume tertentu. Sifat inilah yang dimanfaatkan untuk membuat produk substitusi expanded polystyrene. Penggunaan pati sebagai bahan pengemas memiliki kelebihan yaitu tidak menimbulkan bahaya kesehatan dan ramah terhadap lingkungan karena setelah dibuang produk tersebut akan terurai oleh alam. 1

16 Bahan berpati yang cukup potensial dikembangkan di Indonesia adalah jagung dan ubi kayu karena ketersediaannya yang begitu besar. Produksi jagung nasional pada tahun 2009 mencapai tingkat produksi 16,3 juta ton per tahun (Hadi dan Elly 2009). Pada tahun 2014, tingkat produksi jagung nasional diprediksi mampu mencapai 31,3 juta ton per tahun. Peningkatan ini berakibat pada meningkatnya hasil samping industri penggilingan jagung yang disebut sebagai ampok. Ampok jagung dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodegradable foam karena memiliki kadar pati yang cukup tinggi dan kadar serat sebesar 25% (Sharma et al. 2007). Penggunaan ampok sebagai bahan pembuatan foam sangat tepat karena tidak akan berdampak pada sektor pangan. Seperti halnya jagung, ketersediaan ubi kayu di Indonesia juga tidak kalah melimpah. Produksi ubi kayu nasional pada tahun 2010 yang lalu mencapai 21,59 juta ton dan menempatkan Indonesia sebagai negara produsen tapioka keempat terbesar di dunia setelah Nigeria, Brazil, dan Thailand (Sucipto 2010). Penelitian mengenai pembuatan biodegradable foam yang berbahan dasar pati telah dimulai beberapa tahun yang lalu. Sebuah penelitian yang dilakukan oleh Zhou et al. (2007) memperlihatkan bahwa tepung gandum dan pati dapat diolah menjadi biodegradable foam dengan mutu yang baik. Sebelumnya pada tahun 1998, Lye et al. telah meneliti pembuatan biodegradable foam melalui ekstrusi pati jagung yang menunjukkan bahwa biodegradable foam yang dihasilkan memiliki daya bantalan yang cukup baik. Pemilihan bahan yang tepat diperlukan untuk memperbaiki karakteristik biodegradable foam yang akan dihasilkan. Penggunaan tapioka pada penelitian terutama dimaksudkan sebagai penyedia pati sebagai bahan dasar biodegradable foam, sedangkan penggunaan ampok dimaksudkan untuk memperbaiki kekuatan foam yang terbentuk karena kandungan seratnya. Pada penelitian yang dilakukan Shogren (2002) terbukti bahwa penambahan serat dapat meningkatkan kekuatan dan fleksibilitas foam yang terbentuk. Foam berbahan dasar pati cenderung rapuh dan mudah rusak. Penelitian yang dikerjakan Andersen dan Hodson (1998) menunjukkan bahwa polivinil alkohol (PVOH) dapat digunakan untuk meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan foam. Oleh karena itu, pada penelitian ini ditambahkan PVOH sebanyak 10% untuk meningkatkan ketahanan foam. Bahan pemlastis yang digunakan pada penelitian ini adalah air yang terbukti dapat menurunkan titik transisi gelas. Pada tahun 2005, Zhou menunjukkan bahwa tepung gandum dan pelet pati yang telah diekstrusi dapat berkembang secara bebas (tanpa cetakan) dengan menggunakan pemanasan gelombang mikro (microwave). Penambahan NaCl dapat meningkatkan penyerapan energi dalam proses pemanasan tersebut (Zhou 2007). Berdasarkan hal tersebut hal tersebut maka perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh penambahan PVOH dan perbedaan rasio tapioka dan ampok pada proses pembuatan biodegradable foam dengan metode microwave assisted moulding (MAM) TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan polivinil alkohol dan perbedaan komposisi ampok jagung : tapioka terhadap karakter fisik biodegradable foam yang dihasilkan 2

17 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 TAPIOKA Tapioka adalah pati (amilum) yang diperoleh dari umbi ubi kayu segar (Manihot utilisima atau Manihot usculenta Crantz) melalui pengolahan tertentu (SNI ). Penggunaan tapioka pertama kali diduga berasal dari Amerika Selatan. Kata tapioka berasal dari bahasa Brasil, tipi oka, yang berarti makanan dari singkong. Tapioka diidentikkan dengan rice pudding di Inggris karena paling umum digunakan sebagai bahan baku untuk membuat puding. Tapioka baru populer di kalangan ibu rumah tangga Indonesia pada tahun 1980-an, ketika pemerintah mulai menggalakkan program penganekaragaman pangan. Di beberapa belahan dunia, tapioka dikenal dengan sebutan mandioca, aipim, macaxeira, manioca, boba, dan yuca (Astawan 2010). Proses pembuatan tapioka relatif sederhana, sehingga banyak diusahakan dalam industri rumah tangga. Proses pembuatannya diawali dengan pengupasan ubi kayu dari kulitnya. Ubi kayu yang telah terkupas dikecilkan ukurannya dengan cara diparut atau dihancurkan dengan mesin giling. Setelah itu, dilakukan ekstraksi dengan cara menambahkan air dan memerasnya sehingga dihasilkan larutan pati. Larutan tersebut disaring, sehingga ampas akan tertahan pada saringan. Larutan pati yang telah disaring itu didiamkan selama satu malam dengan tujuan mengendapkan pati ke dasar wadah. Setelah satu malam, terjadi pemisahan antara air dan pati. Air yang berada di atas endapan dibuang sehingga hanya terdapat pati yang tersisa. Setelah itu pati dijemur hingga kering. Setelah kering pati digiling dan diayak sesuai ukuran yang diinginkan (Bapedal 1996). Jika proses pembuatannya dilakukan dengan baik maka akan dihasilkan pati yang berwarna putih bersih (Mardipana dan Rony 2004). Waktu pemanenan ubi kayu perlu diperhatikan dengan cermat karena ubi kayu yang dibiarkan di dalam tanah akan mengalami peningkatan jumlah pati hingga titik tertentu. Peningkatan kadar pati tersebut dapat menyebabkan ubi kayu menjadi keras dan menyerupai kayu, sehingga umbi akan sulit untuk ditangani dan diolah. Berikut ini adalah komposisi kimia tapioka. Tabel 1. Komposisi kimia tapioka (per 100 gram bahan) Komponen Kadar Kalori (kal) 146,00 Air (g) 62,50 Phosphor (mg) 40,00 Karbohidrat (g) 34,00 Kalsium (mg) 33,00 Vitamin C (mg) 30,00 Protein (g) 1,20 Besi (mg) 0,70 Lemak (g) 0,30 Vitamin B1 (mg) 0,06 Berat dapat dimakan (g) 75,00 Sumber: Tri Radiyati dan Agusto (1990) Menurut Tri Radiyati dan Agusto (1990) mutu tapioka sangat ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu warna, kandungan air, jumlah serat dan kotoran, serta tingkat kekentalan. Tapioka 43

18 yang baik berwarna putih dan memiliki kandungan air yang rendah. Banyaknya serat dan kotoran juga mempengaruhi kualitas tapioka Semakin banyak serat dan kotoran yang terkandung maka semakin rendah mutunya, sedangkan semakin tinggi tingkat kekentalan tapioka maka semakin baik mutunya. Dalam SNI Tapioka (SNI ) dinyatakan bahwa syarat organoleptik tapioka, yaitu murni, tidak berbau asam, dan tidak terlihat adanya ampas atau bahan asing. Sedangkan secara teknis, mutu tapioka dinilai melalui syarat sebagai tersaji dalam tabel berikut ini. Jenis Uji Tabel 2. Spesifikasi syarat mutu tapioka (SNI ) Satuan Persyaratan Mutu I Mutu II Mutu III Kadar air (b/b) % maks.15 maks.15 maks.15 Kadar abu (b/b) % maks. 0.6 maks. 0.6 maks. 0.6 Serat dan benda asing (bb) % maks. 0.6 maks. 0.6 maks. 0.6 Derajat putih (BaSO 4 ) % min min < 92.0 Kekentalan *Engler < 2.5 Derajat asam Cemaran logam:* -Timbal (Pb) -Tembaga (Cu) -Seng (Zn) - Air Raksa (Hg) ml IN NaOH/100g mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg maks. 3 maks. 3 maks. 3 maks. 1.0 maks maks maks maks. 1.0 maks maks maks maks. 1.0 maks maks maks Arsen (As)* mg/kg maks. 0.5 maks. 0.5 maks. 0.5 Cemaran mikroba * -Total Plate Count -E. coli -Kapang koloni/g koloni/g koloni/g maks maks. 10 maks * Dipersyaratkan bila digunakan sebagai bahan makanan maks maks. 10 maks maks maks. 10 maks AMPOK JAGUNG Jagung merupakan serealia nomor dua setelah padi di Indonesia. Seiring dengan berkembangnya sektor peternakan, permintaan akan tepung jagung sebagai bahan pencampur pakan ternak juga semakin meningkat. Pemanfaatan tepung jagung sebagai pakan dapat menyerap sekitar 50% total produksi jagung nasional. Peningkatan permintaan akan tepung jagung berkorelasi langsung dengan peningkatan hasil samping dari proses penggilingan biji jagung. Bagian-bagian utama biji jagung dapat dilihat pada Gambar 1 yang menunjukkan empat bagian utama pada biji jagung yaitu endosperma, pericarp, germ, dan tip cap. Endosperma adalah bagian biji jagung yang kaya akan pati dan menjadi cadangan makanan bagi benih yang akan tumbuh. Pericarp merupakan bagian luar dari biji jagung dan agak keras teksturnya yang 5

19 berfungsi untuk melindungi biji jagung. Germ adalah bagian hidup dari biji jagung yang akan menjadi bakal tanaman jagung berikutnya. Bagian yang terakhir adalah tip cap yang menghubungkan biji jagung dengan tongkol jagung. Ampok jagung adalah produk samping dari proses penggilingan biji jagung kering yang menghasilkan jagung giling kasar, maizena, dan tepung jagung. Bagian jagung yang paling banyak menjadi ampok jagung adalah endosperma. Gambar 1. Bagian-bagian biji jagung (Erik et al.2009) Menurut Sharma et al. (2007) jumlah ampok jagung dapat mencapai 35% dari jumlah input jagung. Pada umumnya ampok jagung memiliki kandungan serat dan protein yang lebih tinggi dari pada jagung itu sendiri. Ampok jagung mengandung pati sebanyak 56,9%, serat 25,2%, protein 11,1%, dan 5,3% lemak. Berikut ini adalah perbandingan bagian biji jagung yang menjadi bagian dari ampok dan kandungan gizinya. Tabel 3. Bagian biji jagung dan kandungannya Komponen (%) Pati Protein Lemak Serat Lainnya Endosperm Kulit Ari Lembaga Tip cap Sumber : Lorenz (1991) 2.3. POLIVINIL ALKOHOL Polivinil alkohol adalah plastik yang larut dalam air yang paling banyak digunakan secara komersial saat ini. Polivinil alkohol memiliki beberapa singkatan yang umum dipakai yaitu, PVOH, PVA, dan PVAL. Polivinil alkohol (PVOH) merupakan zat yang tidak berasa, tidak berbau, dapat terurai oleh alam dan biokompatibel. Selain dapat terlarut dalam air, Polivinil alkohol juga dapat larut dalam etanol. Namun, zat ini tidak dapat larut dalam pelarut organik. Pada Gambar 2 disajikan struktur kimia polivinil alkohol. 6

20 Gambar 2. Struktur kimia Polivinil Alkohol (Ogur 2005) PVOH dikembangkan pertama kali oleh Hermann dan Haehnel pada tahun Proses pembuatan PVOH dilakukan dengan menghidrolisis polivinil asetat (PVAc). Tingkat konsumsi PVOH di dunia telah mencapai beberapa ratus ribu ton per tahun dan diprediksi akan meningkat sekitar 2,5% per tahun antara tahun 2006 dan Terdapat sejumlah produsen PVOH di seluruh dunia yang mayoritas berbasis di negara-negara Asia. Cina memiliki pangsa pasar terbesar dengan porsi 45% pada tahun 2006 dan nilai ini diperkirakan akan terus berkembang. Selain Cina, Jepang dan Amerika merupakan dua buah negara yang berperan baik sebagai konsumen maupun sebagai produsen (Ogur 2005). Seiring dengan semakin tumbuhnya kesadaran akan polimer hijau yang ramah terhadap lingkungan, penggunaan polivinil alkohol menjadi semakin meningkat dan menjanjikan. Salah satu pemanfaatan PVOH sebagai bahan sekali pakai adalah aplikasi PVOH pada kantong kotoran hewan yang akan terurai setelah dibuang. Selain itu, PVOH juga dapat diaplikasikan pada bola golf, sehingga pegolf tidak perlu mencari bolanya setelah dipukul karena bola tersebut akan terurai di alam. Di dalam industri pangan, PVOH digunakan sebagai bahan pelapis karena sifatnya kedap terhadap uap air. PVOH mampu menjaga komponen aktif dan bahan lainnya yang terkandung di dalam bahan dari kontak dengan oksigen. Secara komersial, PVOH adalah plastik yang paling penting dalam pembuatan film yang dapat larut dalam air. Hal ini ditandai dengan kemampuannya dalam pembentukan film, pengemulsi, dan sifat adesifnya. PVOH memiliki kekuatan tarik yang tinggi, fleksibilitas yang baik, dan sifat penghalang oksigen yang baik. Berikut ini adalah tabel yang menjelaskan karakter fisik PVOH. Tabel 4. Karakter fisik Polivinil Alkohol Karakter Nilai Densitas g/cm 3 Titik Leleh o C Titik Didih 228 o C Suhu Penguraian 180 o C Sumber: Ogur (2005) Pada tahun 1998 Shogren et al. menambahkan PVOH untuk meningkatkan kekuatan, fleksibilitas, dan ketahanan foam berbasis pati pada adonan sebelum proses pembakaran. Hal itu dilakukan karena foam berbasis pati memiliki sifat yang rapuh dan sensitif terhadap air sehingga membutuhkan perlakuan lebih lanjut atau modifikasi bahan. Penambahan PVOH tidak mempengaruhi biodegradabilitas foam karena polivinil alkohol adalah bahan plastik yang mampu 7

21 terurai di alam (Lee et al. 2008). Terdapat tiga jenis bakteri yang dapat mendegradasi polivinil alkohol yaitu, Pseudomonas, Flavobacterium (Watanabe et al. 1976), dan Acinetiobacter (Fukanage 1977). 2.4 BIODEGRADABLE FOAM Kemasan biodegradable dapat diartikan sebagai kemasan yang dapat didaur ulang dan dapat terdegradasi secara alamiah. Istilah biodegradable diartikan sebagai kemampuan komponenkomponen molekuler dari suatu material untuk dipecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil oleh mikroorganisme hidup, sehingga zat karbon yang terkandung dalam material tersebut akhirnya dapat dikembalikan kepada biosfer (Gould et al. 1990). Kemasan biodegradable kini muncul sebagai bahan pengganti plastik berbahan dasar minyak bumi yang menjanjikan. Pati merupakan salah satu hasil pertanian yang amat potensial menjadi bahan pembuatan barang sekali pakai karena biaya yang murah dan ketersediaannya berlimpah. (Narayan,1994; Mayer and Kaplan, 1994; Chang, 1997; Bastioli, 1998; Petersen et al., 1999). Pati kini telah dikembangkan menjadi foam pati dengan kemampuan insulasi yang mirip dengan foam polistirena melalui proses ekstrusi. Lacourse and Altieri (1989) menjelaskan bahwa ekstrusi pati kaya amilosa termodifikasi telah digunakan dalam proses produksi kemasan yang dijual secara komersial. Penelitian yang dilakukan Tiefenbacher (1993), Haas et al. (1994), Shogren et al. (1998), Lawton et al. (1999) menunjukkan bahwa foam berbahan dasar pati dapat dihasilkan dengan memanggang adonan pati di dalam cetakan tertutup yang telah dipanaskan. Bahan pengisi berupa mineral dan serat ternyata dapat meningkatkan kekuatan foam pati (Andersen and Hodson, 1998; Andersen et al., 1999). Pada penelitian lain, Glenn et al. (2001) membuktikan bahwa kekuatan dan fleksibilitas pati foam dapat ditingkatkan dengan mencampurkan serat. Foam berbahan dasar pati memiliki sifat mekanis yang baik, tetapi sulit dibentuk menjadi bentuk tertentu. Proses ekstrusi diketahui dapat mengembangkan foam dalam cetakan sebagai wadah makanan dan minuman sehingga dapat memperbesar potensi komersialnya. Gambar 3. Foam pati berbahan dasar gandum (Zhou 2007) Pada tahun 1998, Lye et al. telah meneliti pembuatan biodegradable foam melalui ekstrusi pati jagung. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa biodegradable foam yang dihasilkan memiliki daya bantalan yang cukup baik. Penelitian lain yang dilakukan oleh Zhou et al. (2007) memperlihatkan bahwa tepung gandum dan pati dapat diolah menjadi biodegradable foam (Gambar 3) dengan mutu yang baik. Pada penelitian tersebut dilakukan pencampuran pati, bahan aditif, dan air untuk membentuk adonan. Kemudian adonan tersebut dibentuk menjadi biodegradable foam dengan bantuan air sebagai blowing agent dan dikembangkan di dalam 8

22 cetakan yang telah dipanaskan terlebih dahulu di dalam oven microwave. Bahan aditif yang ditambahkan pada pati jagung tersebut adalah kalsium klorida dan natrium klorida. Natrium klorida pada adonan berperan sebagai penyerap energi yang dipancarkan gelombang mikro pada proses pengembangan (Metaxas dan Meredith 1983) 2.5 RADIASI GELOMBANG MIKRO (MICROWAVES) Microwave merupakan gelombang elektromagnetik yang pendek dengan panjang antara 1.0 cm 1.0 m dan frekuensi antara GHz. Gelombang ini terletak di antara spektrum gelombang radio dan cahaya (visible light). Energi dipindahkan dalam bentuk gelombang sinusoidal dengan medan listrik dan medan magnet yang saling orthogonal satu sama lain. Gelombang mikro relatif aman terhadap manusia karena gelombang ini termasuk dalam gelombang radiasi non ionisasi, sedangkan gelombang X-ray atau Gamma-ray termasuk dalam gelombang radisasi ionisasi dan mempunyai radiasi ionisasi yang jauh lebih kuat yang dapat merusak sel pada jaringan hidup. Gelombang mikro digunakan dalam berbagai kegiatan seharihari seperti memasak, deteksi radar, telekomunikasi dan aplikasi lainnya (Lee et al. 2008) Sebagian besar oven microwave yang digunakan untuk makanan dioperasikan pada dua set frekuensi. Oven microwave rumah tangga dioperasikan pada frekuensi 2450 MHz, sedangkan oven microwave industri dioperasikan pada frekuensi 915 MHz. Panjang gelombang yang digunakan dengan kedua set frekuensi tersebut masing-masing adalah dan m dengan kecepatan rambat yang sama dengan kecepatan cahaya, yaitu m s -1 pada udara dan merambat sedikit lebih lambat pada material padat. Pada oven microwave gelombang mikro dihasilkan oleh sebuah tabung vakum elektronik yang disebut sebagai magnetron yang terletak di luar ruang oven. Kemudian gelombang mikro tersebut merambat melalui tabung metal berongga yang disebut sebagai waveguide menuju ke ruang oven. Perpindahan panas yang terjadi pada penggunaan energi gelombang mikro berlangsung secara radiasi yang tidak membutuhkan perantara (Taylor dan Atri 2005). Radiasi gelombang mikro memberikan pemanasan yang merata pada bahan sedangkan pemanasan konveksi dan konduksi diawali dari luar sehingga menyebabkan terjadinya perbedaan suhu antara dinding dan bagian dalam bahan. Energi gelombang mikro bukanlah kalor. Untuk memanaskan makanan, energi gelombang mikro harus terlebih dahulu diubah menjadi kalor. Terdapat dua mekanisme yang menyebabkan perubahan energi gelombang mikro menjadi kalor (Gambar 4), yaitu rotasi dipol dan polarisasi ion. Mekanisme pertama melibatkan dipol yang bergerak, sedangkan yang lainnya melibatkan ion yang bergerak. Keduanya berinteraksi dengan medan elektrik bukan dengan medan magnetik. Pada Gambar 4a, molekul polar bertindak sebagai magnet mikroskopik yang berusaha mensejajarkan diri dengan medan listrik tersebut dengan cara memutar porosnya. Karena setiap molekul juga terikat dengan molekul lainnya, proses perputaran molekul tersebut menyebabkan gesekan molekul tersebut dengan molekul lain. Gesekan tersebut mengganggu ikatan antara molekul-molekul yang menyebabkan friksi dan pelepasan panas (Lee et al. 2008). Gambar 4b memperlihatkan polarisasi ion pada suatu larutan. Kehadiran medan listrik menyebabkan ion bergerak dalam arah medan listrik tersebut. Karena polaritas medan listrik berubah ion bergerak pada arah yang berlawanan. Ion tersebut menyerap energi gelombang mikro dengan berisolasi pada frekuensi gelombang mikro. Proses isolasi yang terjadi bolak-balik ini menyebabkan friksi yang melepaskan energi. 9

23 (a) (b) Gambar 4. Mekanisme perubahan energi gelombang mikro menjadi kalor (a)rotasi dipol (b)polarisasi ion (Lee et al. 2008) Pada penelitian Zhou et al. (2007) digunakan bantuan panas yang dihasilkan gelombang mikro untuk mengembangkan pellet pati. Pengembangan pellet tersebut memanfaatkan sifat swelling power dari pati yang menunjukkan kemampuan pati untuk menyerap air dan memperbesar ukurannya jika dipanaskan. Metode ini dikenal dengan istilah microwave assisted moulding (MAM). Pada penelitian tersebut Zhou et al menggunakan tepung gandum sebagai bahan baku utama. Tepung gandum ditambahkan dengan NaCl (99,5%) dan CaCl (99%). Campuran tersebut diekstrusi didalam co-rotating extruder dengan kecepatan 100 rpm pada suhu 60, 80, 120, 80 and 70 C. Ekstrudat yang dihasilkan diekspansi di dalam microwave oven dengan tingkat power level 100% selama detik. Hasil analisis fisik pada foam yang terbentuk menunjukkan bahwa penambahan garam berpengaruh positif terhadap proses plastisasi dan ekspansi. Foam yang terbentuk melalui proses MAM memiliki resistansi yang lebih besar terhadap kompresi dibandingkan dengan foam yang dikembangkan tanpa cetakan dan dikembangan dengan proses ekstrusi. 10

24 III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. BAHAN DAN ALAT Bahan baku pembuatan biodegradable foam terdiri atas tapioka komersial yang dapat diperoleh di pasar dan ampok jagung yang diperoleh dari sisa pengolahan tepung jagung di daerah Kediri, Jawa Timur. Akuades digunakan sebagai zat pemlastis, sedangkan PVOH yang diperoleh dari PT Tirta Marta, dan NaCl digunakan sebagai bahan aditif untuk memperbaiki sifat mekanis biodegradable foam (Lampiran 1). Bahan-bahan kimia yang dibutuhkan untuk analisis yaitu H 2 SO 4, heksan, NaOH, aseton/alkohol, etanol, dan akuades. Alat utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah rheocord mixer (rheomix) 3000 HAAKE dengan kapasitas g untuk membuat pati termoplastis. Pada tahap ekspansi digunakan alat (Sharp R-8720M, 1000W) Alat yang digunakan untuk menguji karakter fisik biodegradable foam antara lain adalah Universal Testing Machine (UTM), sentrifus, timbangan digital, penetrometer, gelas ukur, labu erlenmeyer, dan alat-alat gelas lainnya. Peralatan utama pada peneitian ini dapat dilihat pada lampiran WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN Penelitian ini dilaksanakan sejak September 2010 sampai dengan Februari 2011 di empat laboratorium yang berbeda. Proses persiapan bahan dan analisis dilakukan di Laboratorium Pengemasan TIN. Proses plastisasi dilakukan di Laboratorium Polimer Pertamina R&D, Pulogadung Jakarta. Pengujian dan analisis hasil dilakukan di Laboratorium Biokimia IPB, dan Laboratorium Uji Fisik Teknologi Hasil Hutan IPB. 3.3 METODE PENELITIAN Penelitian Pendahuluan Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik ampok jagung dan tapioka yang menjadi bahan utama pada penelitian ini. Selain itu, juga dilakukan proses pengeringan, pengecilan ukuran dan penentuan kadar air yang terbaik pada adonan. Uji karakteristik bahanbahan utama meliputi pengukuran kadar air, abu, lemak, serat, protein, dan karbohidrat. Prosedur analisis untuk uji karakteristik ini dapat dilihat pada Lampiran 3. Hasil uji karakteristik bahan ini dapat digunakan untuk menentukan formulasi bahan yang digunakan pada penelitian utama. Proses pengeringan, pengecilan ukuran, dan penentuan kadar air adonan dilakukan untuk menghasilkan proses pencampuran dan plastisasi yang optimal Penelitian Utama Penelitian utama terdiri dari beberapa tahap yang memiliki fungsi yang spesifik. Pada tahap formulasi semua bahan ditentukan kadar dan jumlahnya. Kemudian pada tahap plastisasi digunakan rheocor mixer untuk menghasilkan pati termoplastis. Pati termoplastis tersebut diubah menjadi ekstrudat pati pada tahap ekspansi. Berikut ini adalah bagan yang menjelaskan tahaptahap penelitian utama tersebut. 12

25 Tapioka Ampok Air NaCl PVOH Formulasi Bahan (Basis 200 g tepung) Air : 35 % bobot tepung NaCl : 10,5% Tapioka : 60%, 70%, dan 80% Ampok : 40%, 30%, dan 20% PVOH : 10 gram Plastisasi Suhu : o C Laju : 65 rpm Waktu : 5 menit Ekspansi Power : 100% Waktu : 45 detik Analisis Fisik 1. Sifat Kekerasan 2. Rasio Pengembangan 3. Densitas Kamba 4. Daya Absorbsi Air 5. Sifat Kompresi 6. Differential Scanning Calorimeter 7. Scanning Electron Microscope Biodegradable Foam Gambar 5. Tahap-tahap penelitian utama Formulasi Bahan Pada penelitian ini digunakan tapioka dan ampok sebagai bahan baku utama. Di samping itu terdapat bahan penolong seperti NaCl, PVOH, dan air yang juga berperan untuk menghasilkan karakter fisik foam yang baik. Perlakuan yang dilakukan pada penelitian ini meliputi perbedaaan kadar tapioka : ampok dan penggunaan PVOH pada sampel. Kombinasi kedua perlakuan tersebut menghasilkan enam set sampel. Formulasi seluruh bahan-bahan tersebut tersaji pada Tabel 5 berikut ini 13

26 Tabel 5. Formulasi bahan untuk tiap unit percobaan Sampel Tapioka (g) Ampok (g) NaCl (g) PVOH (g) Air (ml) A1B A2B A3B A1B A2B A3B Plastisasi Proses plastisasi diawali dengan mencampurkan tapioka dan ampok jagung di dalam wadah. Pada wadah yang lain, NaCl dilarutkan di dalam air yang telah ditentukan jumlahnya. Pada sampel yang membutuhkan PVOH ditambahkan PVOH yang telah dicairkan terlebih dulu di atas penangas. PVOH, air dan NaCl yang telah siap ditambahkan kedalam campuran tapioka dan ampok dan diaduk hingga merata. Setelah itu, bahan tersebut dimasukan ke dalam rheocord mixer (rheomix) 3000 HAAKE dengan kecepatan 65 rpm dan suhu yang diatur pada tiga barrel masing-masing o C. Proses pencampuran ini dilakukan selama 5 menit. Setelah selesai adonan diperkecil ukurannya dengan pisau Ekspansi Proses pengembangan pellet yang telah dihasilkan dilakukan dengan bantuan oven microwave (Sharp R-8720M, 1000W). Microwave oven diset pada level power 100% pada daya 1kW selama 45 detik (Zhou et al. 2007). Proses pemanasan tidak dilakukan terlalu lama untuk mencegah kegosongan pada sampel Karakter Fisik Biodegradable Foam Uji karakter fisik pada foam yang dihasilkan dilakukan berdasarkan riset yang dilakukan oleh Bhatnagar dan Hanna (1995). Pada riset tersebut dilakukan beberapa uji yang meliputi rasio pengembangan (expantion ratio), densitas kamba, absorbsi air, kompresibilitas, dan kekerasan bahan. Berikut ini adalah hasil pengamatan terhadap karakter fisik foam pati Sifat Kekerasan (Apriyantono et al. 1989) Pada pengukuran kekerasan digunakan penetrometer dengan beban 150 gram. Pengukuran ini menggunakan jarum selama 5 detik. Pengukuran dilakukan lima kali pada titik yang berbeda untuk tiap sampel dan dihitung nilai rata-ratanya. Hasil analisis kekerasan foam ini disajikan pada Lampiran Analisis Rasio Pengembangan Rasio pengembangan didefinisikan sebagai perbandingan antara volume ekstrudat yang diperoleh dari proses ekstrusi dengan volume sampel yang telah dikembangkan di dalam 14

27 oven microwave. Hasil analisis rasio pengembangan ini disajikan pada Lampiran 5. Rasio pengembangan ekstrudat didefinisikan dengan rumus sebagai berikut. Rasio Pengembangan : dengan : V 2 : Volume sampel setelah diekspansi V 1 : Volume sampel sebelum diekspasi Pengukuran volume foam dilakukan dengan metode seed displacemet test dengan bantuan biji kacang hijau. Foam yang belum diekspansi dimasukkan ke dalam gelas ukur lalu ditambahkan biji kacang hijau sejumlah 150 ml. Hasil pengukuran yang terbaca disebut dengan V 1. Setelah foam diekspansi dalam oven microwave, foam tersebut dimasukkan kembali ke dalam gelas ukur dan ditambahkan sejumlah kacang hijau yang sama. Hasil pengukuran yang terbaca dari proses tersebut disebut sebagai V Densitas Kamba (ASTM D ) Densitas unit dihitung dengan menggunakan metode seed displacement. Sampel berupa loose fill dimasukkan ke gelas ukur 250 ml hingga tepat mencapai volume tersebut. Selanjunya sampel sebanyak 250 ml tersebut ditimbang bobotnya. Densitas unit diperoleh dari bobot sampel dibagi volume (250 ml) (Bhatnagar dan Hanna 1995). Hasil analisis densitas kamba ini disajikan pada Lampiran Absorbsi Air (Sathe & Salunke 1981) Sebanyak 1 g contoh ditambah 10 ml akuades dan diaduk selama 30 detik pada suhu kamar. Setelah itu larutan tersebut disentrifus selama 30 menit pada laju 4000 rpm. Hasil analisis absorbsi air ini disajikan pada Lampiran 7. Nilai absorbsi air dihitung berdasarkan rumus berikut ini Sifat Kompresi (ASTM D ) Sifat kompresi diukur menggunakan Instron Universal Testing Machine ekstrudat ditempatkan pada sebuah piringan datar. Ekstrudat tersebut kemudian dikompres dengan piringan lain yang begerak dari atas ke bawah. Kecepatan piringan penekan adalah 1cm/menit. Nilai gaya (kgf) yang terukur pada alat merupakan nilai kekuatan kompresi foam. Nilai yang dilaporkan adalah nilai rataan dari 3 kali pengukuran. Hasil analisis sifat kompresi ini disajikan pada Lampiran Analsis Termal (ASTM D ) Sampel sebanyak 10 mg dimasukkan dalam test cell. Selanjutnya sampel di-seal dan dilakukan pencatatan bobot sampel. Pengujian mengacu pada ASTM D-3418 menggunakan alat Differential Scanning Calorimeter (DSC). Analisa dilakukan dengan temperatur dari 30 o C sampai dengan 200 o C. Kecepatan pemanasan adalah 10 o C/menit. Transisi gelas (T g ) dihitung berdasarkan midpoint peningkatan kapasitas panas, sedangkan titik leleh (T m ) dihitung pada saat terjadi reaksi eksotermis. 15

28 Analisis Morfologi Permukaan dengan SEM (ASTM E ) Sampel diletakkan pada sel holder dengan perekat ganda dan dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel dimasukkan dalam alat SEM lalu gambar permukaan diamati dan dilakukan perbesaran sesuai yang diinginkan. Selanjutnya dilakukan pemotretan menggunakan film hitam putih. 3.4.RANCANGAN PERCOBAAN Penelitian ini menggunakan rancangan acak lengkap faktorial dan dievaluasi dengan menggunakan ANOVA α = Terdapat dua variabel perlakuan yang digunakan yaitu komposisi tapioka (A) dan penggunaan PVOH (B). Komposisi tapioka: ampok dinyatakan dalam tiga taraf, yaitu 60 : 40 (A1), 70 : 30 (A2), dan 80 : 20 (A3). Penggunaan PVOH dinyatakan dalam dua taraf, yaitu sampel yang menggunakan PVOH (B1) dan yang tidak menggunakan PVOH (B2). Model matematika yang digunakan untuk percobaan ini berdasarkan Matjik dan Sumertajaya (2002) adalah: Y ijk = μ + A i + B j +(AB) ij +ε ijk dengan: i : jumlah taraf A = 3 j : jumlah taraf B = 2 k : jumlah ulangan = 2 Y ijk : variabel respon/hasil pengamatan karena pengaruh bersama faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j, dan ulangan ke-k μ : pengaruh rata-rata sebernarnya/rata-rata umum A i : pengaruh dari faktor komposisi pada tapioka taraf ke-i B j : pengaruh dari faktor penambahan PVOH pada taraf ke-j (AB) ij : pengaruh interaksi antara faktor A taraf ke-i,faktor B taraf ke-j ε ijk : pengaruh galat/error dari faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j, dan ulangan ke-k 16

29 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 PENELITIAN PENDAHULUAN Pada penelitian ini sumber pati yang dipilih adalah jagung dan ubi kayu. Pati singkong yang digunakan pada penelitian ini adalah tapioka komersial, sedangkan pati jagung yang digunakan pada penelitian ini berasal dari ampok jagung yang merupakan produk samping dari proses pembuatan tepung jagung. Sebelum digunakan dalam penelitian utama, kedua jenis pati tersebut perlu mendapatkan perlakuan pendahuluan yang meliputi pengeringan, pengecilan ukuran dan analisis proksimat. Ketiga hal ini penting dilakukan untuk mengetahui dan memperbaiki mutu pati yang digunakan sehingga menghasilkan foam pati berkualitas baik Pengeringan dan Pengecilan Ukuran Ampok Proses pengeringan pati pada penelitian pendahuluan ini dikhususkan pada ampok jagung saja karena pati komersial yang digunakan sudah cukup rendah kadar airnya. Proses penurunan kadar air dan pengecilan ampok jagung ini dilakukan di Balai Besar Industri Agro, Cikaret Bogor. Penurunan kadar air dilakukan dengan proses pengeringan di dalam oven selama 4 jam pada suhu o C. Selain untuk menurunkan kadar air, pengeringan juga ditujukan untuk memudahkan proses pengecilan ukuran dan menghindari tumbuhnya mikroorganisme selama proses penyimpanan. Kadar air maksimum bahan harus berada di bawah 10% b/b karena jika melebihi ambang batas tersebut tahap plastisasi tidak dapat dilakukan dengan sempurna Setelah dikeringkan ampok jagung digiling hingga 200 mesh. Pengecilan ukuran ini memegang peranan penting karena akan memperluas bidang permukaan antara pati dengan bahan lainnya seperti tapioka, garam dan PVOH. Ampok jagung digiling dengan mesin kemudian disaring dengan saringan 200 mesh. Ampas yang tertahan dipisahkan dari ampok jagung yang lolos saringan Proksimat Ampok Jagung Uji proksimat ampok jagung ini akan menentukan proses formulasi bahan dalam penelitian sekaligus mempermudah proses analisis fisik foam yang dihasilkan. Analisis mutu ampok jagung yang dilakukan pada penelitian ini meliputi kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar serat kasar, dan karbohidrat. Tabel hasil analisis proksimat ampok jagung disajikan pada Tabel 6. Ampok jagung yang digunakan pada penelitian ini merupakan hasil samping dari pengolahan tepung jagung. Jika dibandingkan dengan pati jagung, ampok jagung tersebut memiliki kualitas yang lebih rendah. Pada sebagian besar pati mengandung air sebanyak 10-20% b/b (Swinkels 1985). Nilai analisis kadar air menunjukkan bahwa ampok jagung memiliki kadar air sebesar 8.2% b/b yang masih sesuai dengan SNI yaitu maksimal 10%. Kadar air yang terdapat di dalam pati ditentukan oleh proses pengeringan pati dan sangat menentukan mutu pati yang dihasilkan. Apabila pengeringan tidak dilakukan secara optimal, kadar air yang tinggi dapat memicu tumbuhnya jamur dan mempercepat potensi kerusakan pati. Menurut Azudin dan Noor (1992), kadar air pati sangat penting berkenaan stabilitas selama penyimpanan. Kadar air yang berlebihan akan menyebabkan pati teraglomerasi dan memberikan efek negatif terhadap interaksi interfacial antara pati dengan polimer. Demikian pula, kadar air yang akan mengurangi aglomerasi pati selama proses pencampuran dengan polimer (Favis et al. 2005). Informasi tentang kadar air ini digunakan untuk menentukan jumlah air yang perlu ditambahkan pada tahap formulasi bahan. 18