USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA PEMBUATAN SODIUM CARBOXYMETHYLCELLULOSE (Na-CMC) DARI LIMBAH PELEPAH BATANG PISANG KEPOK (Musa paradiciasa)

Transkripsi

1 USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA PEMBUATAN SODIUM CARBOXYMETHYLCELLULOSE (Na-CMC) DARI LIMBAH PELEPAH BATANG PISANG KEPOK (Musa paradiciasa) BIDANG KEGIATAN : PKM GT Diusulkan oleh : Yusuf Ma rifat Fajar Azis D /2013 Adinda Annisa Khurin D /2013 Tryas Munarsyah D /2011 Bagas W.P D /2013 UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA SURAKARTA 2014 i

2 ii

3 DAFTAR ISI Halaman Judul... Lembar Pengesahan... Daftar Isi... Ringkasan... i ii iii iv 1.BAB I PENDAHULUAN Latar belakang Tujuan Manfaat BAB II GAGASAN Kondisi Kekinian Pencetus Gagasan Solusi yang Pernah Dilakukan Kondisi Kekinian yang Dapat Diperbaiki Melalui Gagasan Baru Pihak-Pihak yang Dapat Membantu Mengimpletasikan Gagasan Langkah-Langkah Strategis yang Dilakukan BAB III KESIMPULAN Inti Gagasan Teknik Implementasi Gagasan... 8 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iii

4 RINGKASAN Salah satu masalah yang di alami oleh bangsa Indonesia saat ini adalah masalah limbah terutama limbah pelepah pisang. Di Indonesia sendiri, penanaman pisang terutama Pisang Kepok ( Musa paradiciasa) banyak di temukan di Kalimantan. Produksi pisang di Provinsi Kalimantan Selatan pada tahun 2012 adalah sebesar ton dari luas panen Ha. Hal ini mengakibatkan banyaknya limbah pelepah pisang yang semakin menumpuk. Langkah yang dapat dilakukan untuk mengatasi masalah tersebut salah satunya ialah dengan memproduksi sodium carboxymethylcellulose (Na-CMC) yang lebih menguntungkan, baik dari sisi ekonomi maupun aplikasinya dalam bidang pangan dan industri. Tujuananya adalah untuk mengurangi limbah pelepah batang Pisang Kepok (Musa paradiciasa yang belum begitu maksimal serta meningkatkan nilain ekonomisnya. Pelepah batang Pisang Kepok ( Musa paradiciasa) digunakan dalam pembuatan sodium carboxymethylcellulose ini sebab limbahnya yang melimpah dan mudah untuk diperoleh serta kandungannya yang terdiri atas kurang lebih 64% selulosa, 5% lignin dan sisanya hemiselulosa. Pembuatan sodium carboxymethylcellulose, dilakukan dengan proses konversi selulosa menjadi sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC) melalui proses alkalisasi dan eterifikasi. Limbah pelepah batang Pisang Kepok yang memiliki kandungan selulosa dipotong-potong terlebih dahulu, kemudian dibuat menjadi serbuk dan dilakukan proses delignifikasi. Selanjutnya dialkilasi dengan alkohol dan kemudian dilakukan proses eterifikasi Dalam proses pembuatannya, diperlukan bantuan dari beberpa pihak seperti pihak pekebun, pihak laboratorium, pemerintah dan masyarakat setempat. Sehingga hal ini perlu kajian dan penelitian lebih lanjut untuk pembuatan sodium carboxymethylcellulose dari pelepah batang Pisang Kepok ini. iv

5 1. BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pisang merupakan buah yang banyak tumbuh di daerah-daerah di Indonesia. Produksi pisang di Indonesia mencapai 5 juta ton pada tahun 2008 (Apriliani, 2013). Sedangkan pada tahun 2011 di Propinsi Jawa Timur, produksinya mencapai ton dan produksi Pisang Kepok (Musa paradiciasa) adalah yang paling tinggi yaitu sejumlah 40% dari total produksi (BPS, 2012). Di Indonesia sendiri, penanaman pisang ini banyak di temukan di Kalimantan. Produksi pisang ini, di Provinsi Kalimantan Selatan pada tahun 2012 adalah sebesar ton dari luas panen Ha (Ditjen Hortikultura, 2013). Pisang-pisang ini sebagian besar dikonsumsi oleh dalam negeri. Besarnya konsumsi ini menandakan tingginya kebutuhan masyarakat Indonesia akan buah dan serat. Di sisi lain, hal ini menimbulkan dampak baru, yaitu banyaknya limbah pelepah batang pisang ini (Apriliani, 2013). Pelepah pisang ini oleh sebagian besar masyarakat belum dimanfaatkan dengan baik, sehingga mereka tidak segan-segan untuk membuangnya atau membiarkan begitu saja. Padahal limbah pelepah pisang tersebut mempunyai kandungan selulosa yang tinggi hingga 64%(Lokantara, 2012). Untuk menghasilkan turunan selulosa dengan sifat yang lebih menguntungkan, baik dari sisi ekonomi maupun aplikasinya dalam bidang pangan, perlu dilakukan konversi selulosa misalnya menjadi sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC). Na-CMC mampu meningkatkan kualitas produk pangan karena sifatnya sebagai pengikat, penstabil, penahan air, serta pengental (Biswal dan Singh, 2004; Ferdiansah, 2010). Kondisi kebutuhan akan sodium karboksimetil selulosa yang semakin meningkat, kandungan selulosa dan berlimpahnya limbah pelepah batang Pisang Kepok (Musa paradiciasa), maka ini akan mejadi 1

6 alternatif yang dapat dimanfaatakan sebagai salah satu bahan baku pembuatan sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC) Tujuan 1. Pemanfaatan limbah pelepah batang Pisang Kepok(Musa paradiciasa) menjadi salah satu sumber dalam pembuatan sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC). 2. Menjadi alternatif pengolahan limbah pelepah batang Pisang Kepok selain digunakan sebagai pupuk, pembuatan kertas, pakan ternak dan kerajinan tangan. 3. Meningkatkan nilai ekonomis dari pelepah Pisang Kepok untuk memenuhi kebutuhan akan sodium karboksimetil selulosa (Na- CMC) Manfaat 1. Bagi Mahasiswa a. Dapat menjadi bahan motivasi dan referensi untuk ide-ide selanjutnya. b. Memperluas pengetahuan dan pembelajaran tentang pengolahan limbah pelepah batang Pisang Kepok bagi pekebun. c. Memperoleh pendapatan dengan penjualan limbah pelepah batang Pisang Kepok sebagai bahan baku pembuatan sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC). d. Menjadi inovasi dalam pengolahan limbah pelepah batang Pisang Kepok (Musa paradiciasa). 2. Bagi masyarakat dan lingkungan Mengurangai limbah pelepah Pisang Kepok untuk pemanfaatan menjadi sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC). 3. Bagi pemerintah Membantu pemerintah dalam mencari alternatif baru dalam pembuatan sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC) yang banyak dan berlimpah 2

7 2. BAB II GAGASAN 2.1. Kondisi Kekinian Pencetus Gagasan Sodium carboxymethylcellulose merupakan senyawa turunan dari selulosa yang mempunyai peranan penting pada berbagai industri. Na- CMC bersifat biodegradable, tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, butiran atau bubuk yang larut dalam air namun tidak larut dalam larutan organik, memiliki rentang ph sebesar 6.5 sampai 8.0, stabil pada rentang ph 2 10, bereaksi dengan garam logam berat membentuk film yang tidak larut dalam air, transparan, serta tidak bereaksi dengan senyawa organik. Karboksimetil selulosa juga merupakan senyawa serbaguna yang memiliki sifat penting seperti kelarutan, reologi, dan adsorpsi di permukaan. Selain sifat-sifat itu, viskositas dan derajat substitusi merupakan dua faktor terpenting dari karboksimetil selulosa. Na-CMC memiliki berbagai viskositas antara 10 hingga lebih dari m Pa S untuk larutan 2%.(Priatma, 2012) Pada industri makanan, Na-CMC digunakan sebagai stabilizer, thickener, adhesive, dan emulsifier. Di industri deterjen, Na-CMC berfungsi sebagai antiredeposisi kotoran pada kain saat pencucian. Selain pada industri makanan, Na-CMC juga dibutuhkan pada industri farmasi, kosmetik, kertas, perekat, keramik, deterjen, tekstil, dan oil refinery. Pada industri tekstil Na-CMC digunakan sebagai pengental tinta bahan celupan. Produk Na-CMC yang lebih murni digunakan pada industri makanan dan farmasi dimana diperlukan pengentalan, rheology control, penstabil emulsi, dan pengontrolan kandungan air (Priatma, 2012) Secara global, konsumsi Na-CMC paling tinggi pada industri deterjen. Selama ini Na-CMC diimpor dari luar negeri. Kebutuhan Na- CMC di Indonesia sementara hanya dipenuhi oleh 2 pabrik dengan kapasitas ton per tahun dan 500 ton per tahun (BPS, 2003). Dari data ekspor impor yang disediakan oleh BPS, Indonesia masih mengimpor lebih banyak Na-CMC daripada mengekspor Na-CMC(Priatma, 2012). 3

8 2.2. Solusi yang Pernah Dilakukan Natrium carboxymethyl cellulose merupakan eter polimer selulosa yang bersifat anion. Natrium carboxymethyl cellulose (Na- CMC) biasa disebut cellulose gum. Na-CMC dapat dibuat dengan cara mereaksikan asam monokhlorosasetat, dapat berupa asam maupun garam natriumnya, dengan selulosa alkali (Priatma, 2012). Na-CMC pertama diproduksi di Jerman pada tahun 1918 dan memperoleh paten pada tahun Produksi secara komersial di Amerika Serikat dimulai pada tahun Karena semakin tinggi permintaan Na-CMC, kapasitas produksi pada tahun 1943 sebesar 900 ton/tahun dapat dikembangkan menjadi ton/tahun pada tahun 1977 (Priatma, 2012). Pembuatan Na-CMC sudah dilkukan penelitiannya oleh Yasar (2007) dan Adinugraha (2005) dengan memanfaatkan limbah kulit jeruk dan kulit pisang dengan hasil terbaik kemurnian Na- CMC sebesar 98,63% dan DS 0,75 pada kondisi operasi menggunakan 15% NaOH, pelarut isopropil alkohol, dan suhu eterifikasi 55 C untuk kulit pisang. Dilihat dari bahan baku pembuatan Na-CMC tersebut, sebenarnya masih kurang efektif karena sumber bahan bakunya yang masih kurang melimpah dibandingkan dengan pelepah batang Pisang Kepok ini. Selain itu, dilihat dari segi ekonomi bahan baku ini harus mengeluarkan biaya yang tidak sedikit. Sementara dilihat dari kandungannya, kulit pisang terdiri dari 17,36 %, Lignin dan 20,90 %, selulosa (Kiantoro, 2011). Kandungan selulosa tersebut masih lebih rendah jika dibandingkan dengan kandungan selulosa yang ada pada pelepah batang Pisang Kepok ini, yakni hingga 64%(Lokantara, 2012). Sedangkan untuk kandungan ligninnya masih terlalu besar jika dibandingkan dengan pelepah batang Pisang Kepok ini yang hanya memiliki 5% kadar lignin (Lokantara, 2012). Sehingga dengan kondisi yang demikian, membutuhkan treatment yang cukup sulit untuk memperoleh kadar selulosa yang maksimal. 4

9 2.3. Kondisi Kekinian yang Dapat Diperbaiki Melalui Gagasan Baru Kondisi yang demikian, membuat kami memiliki gagasan atau ide dalam mengatasi pembuatan natrium carboxymethyl cellulose yang lebih banyak dan berlimpah bahan bakunya, serta kandungannya yang lebih baik jika dibandingkan bahan sebelumnya. Sumber pembuatan natrium carboxymethyl cellulose ini berasal dari bahan baku pelepah batang Pisang Kepok (Musa paradiciasa). Pelepah batang pisang ini sangat berpotensi dalam pembuatan Na-CMC, karena kapasitasnya banyak dan berlimpah serta mudah untuk ditemukan. Keunggulan lain dari penggunaan pelepah batang Pisang Kepok ini adalah bahannya yang mudah untuk didapat, ramah lingkungan, memiliki potensi hasil panen yang tinggi, fleksibel dalam usaha tani, dan rotasi umur panen yang pendek serta memiliki kadar lignin sedikit yakni sekitar 5%, sehingga pada prsosesnya kedepan akan lebih mudah. Proses pembuatan natrium carboxymethyl cellulose dengan pelepah batang Pisang Kepok ini, sama sebelumnya. Di mana dilakukan proses konversi selulosa menjadi sodium karboksimetil selulosa (Na- CMC) melalui proses alkalisasi dan eterifikasi (Santoso, dkk., 2012). Untuk limbah pelepah batang Pisang Kepok sendiri, pelepahnya dipotongpotong terlebih dahulu, kemudian dicuci untuk menghilangkan z a t pengotor. Selanjutnya dijemur di bawah sinar matahari dan dikeringkan dalam oven bersuhu 50 C selama 2 jam. Pelepah pisang yang sudah kering kemudian dihaluskan dan diayak hingga diperoleh dalam bentuk serbuk berukuran 75 mesh. Serbuk ini ditimbang secara analitis, kemudian ditambahkan NaOH 10% mol sebanyak 100 ml untuk menghilangkan kandungan ligninnya atau delignifikasi (Togrul and Arslan, 2004; Adinugraha dkk., 2005; Yasar dkk., 2007). Padatan selulosa dan hemiselulosa dipisahkan dari larutan lignin (black liquor) dengan filtrasi menggunakan kertas Whatmann 110 mm. Padatan bebas lignin kemudian dicuci dengan akuades sebanyak dua kali. Padatan bebas lignin ditimbang sebanyak 25 g, kemudian ditambahkan 100 ml akuades, 5 ml asam asetat (10% v/v), 5

10 dan 2 g natrium klorida di dalam gelas piala. Campuran kemudian dipanaskan dengan suhu 75 C selama 1 jam sambil diaduk dengan kecepatan 500 rpm, kemudian disaring untuk memisahkan padatan selulosa dari hemiselulosa. Selanjutnya dibilas dengan m akuades dan etanol masing-masing sebanyak 50 ml, lalu disaring kembali. Pulp selulosa kemudian dikeringkan pada suhu 50 C selama 16 jam (Togrul and Arslan, 2004; Adinugraha dkk., 2005;, Yasar dkk., 2007). Selanjutnya selulosa sebanyak 2 g dialkalisasi dengan menambahkan 100 ml isopropil alkohol dan 20 ml NaOH (10%, 20%, 30%, 40% mol) ke dalam labu leher tiga sambil diaduk selama 90 menit dengan kecepatan 500 rpm pada suhu 30 C. SCA (1, 2, 3, 4, dan 5 g) ditambahkan ke dalam campuran sehingga terjadi eterifikasi, kemudian diaduk dengan kecepatan 500 rpm selama 6 jam sambil dilakukan pemanasan pada 50, 60, 70, dan 80 C. Na-CMC kasar disaring dengan menggunakan corong buchner dan dibilas menggunakan asam asetat 90% (v/v) sebanyak 50 ml untuk menetralkan kelebihan NaOH, dilanjutkan pembilasan dengan metanol 70% (v/v), kemudian disaring. Padatan Na-CMC kemudian dikeringkan pada suhu 50 C sampai didapatkan massa yang konstan (Togrul and Arslan, 2004; Adinugraha dkk., 2005; Yasar dkk., 2007). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: RselulosaOH+NaOH+ClCH2COONa RselulosaOCH2COONa + NaCl+H2O Semua sampel Na-CMC dianalisis perolehan, kemurnian, dan derajat substitusinya. Na-CMC dengan kemurnian dan perolehan terbesar dianalisis gugus fungsinya dengan menggunakan FTIR Pihak-Pihak yang Dapat Membantu dalam Mengimplementasikan Gagasan Untuk merealisasikan pembuatan natrium carboxymethyl cellulose dengan pemanfaatan limbah pelepah batang Pisang Kepok diperlukan partisipasi dari bebagai pihak seperti di bawah ini : 6

11 1. Pekebun sebagai pihak yang menyalurkan dan memfasilitasi sumber limbah pelepah batang pisang ini yang merupakan bahan baku dalam pembuatan natrium carboxymethyl cellulose. 2. Pihak laboratorium kimia Univeritas Muhammadiyah Surakarta, sebagai pihak yang memfasilitasi penelitan atau eksperimen terkait pembuatan natrium carboxymethyl cellulose ini sebelum dikembangkan dalam kapasitas besar. 3. Pengusaha pabrik natrium carboxymethyl cellulose sebagai pihak yang dapat diajak kerjasama untuk pembuatan dan pengembangannya dalam kapasitas yang besar. 4. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) sebagai pihak yang memberikan bantuan dan support serta hak paten terkait pembuatan natrium carboxymethyl cellulose dari limbah batang pelepah Pisang Kepok ini. 5. Seluruh warga masyarakat dan industri sebagai pelaku atau konsumen yang menikmati penggunaan dari produk ini Langkah-Langkah Strategis yang Dilakukan Langkah-langkah strategis yang akan dilakukan untuk merealisasikan pembuatan natrium carboxymethyl cellulose dengan pemanfaatan limbah pelepah batang pisang yaitu : 1. Mengajak kerjasama para pekebun untuk memasok limbah pelepah batang pisang dalam rangka pembuatan natrium carboxymethyl cellulose ini. 2. Melakukan eksperimen atau penelitian dalam skala lab terkait pembuatannya. 3. Mensosialisasikan kepada pengusaha pabrik bahwa limbah pelepah batang Pisang Kepok dapat dimanfaatkan sebagai salah satu bahan baku pembuatan natrium carboxymethyl cellulose yang murah dan berlimpah. 7

12 4. Memberikan sosialisasi kepada pekebun bahwa terdapat pemanfaatan limbah pelepah batang Pisang Kepok yang lebih ekonomis dan efisien. 3. BAB III KESIMPULAN 3.1. Inti Gagasan Sodium carboxymethylcellulose merupakan senyawa turunan dari selulosa yang mempunyai peranan penting pada berbagai industri. Pembuatan Sodium carboxymethylcellulose dilakukan dengan proses konversi selulosa menjadi sodium karboksimetil selulosa (Na-CMC) melalui proses alkalisasi dan eterifikasi. Pembuatan Sodium carboxymethylcellulose memanfaatkan limbah pelepah batang Pisang Kepok (Musa paradiciasa) karena sumbernya yang sangat berlimpah, mengandung kadar selulosa yang tinggi yakni sekitar kurang lebih 64% dan kadar ligninnya yang lebih sedikit yakni sekitar 5%. Dalam proses pembuatannya, dibutuhkan berbagi pihak diantaranya pekebun, pihak laboratorium, pengusaha pabrik Sodium carboxymethylcellulose dan masyarakat sekitar. Sehingga diharapakan dapat membantu merealisasikan pembuatan Sodium carboxymethylcellulose ini Teknik Implementasi Gagasan 1. Mengidentifikasi tata cara pembuatan Sodium carboxymethylcellulose yang lebih efisien dan ekonomis. 2. Melakukan penelitian atau eksperimen lebih lanjut terkait pembuatan Sodium carboxymethylcellulose dari limbah pelepah batang pisang ini. 3. Melakukan pendekatan dan sosialisasi kepada pengusaha pabrik Sodium carboxymethylcellulose, pekebun, pemerintah, dan seluruh warga masyarakat terkait pembuatan Sodium carboxymethylcellulose dari limbah pelepah batang pisang ini. 8

13 DAFTAR PUSTAKA Apriliani S., Asteria dan Franky Agustinus, Pembuatan Etanol dari Kulit Pisang Secara Fermentasi. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik :Universitas Diponegoro. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri : Vol. 2, No. 2. Adinugraha, M. P.; Marseno, D. W.; Haryadi., Synthesis and Characterization of Sodium Carboxymethylcellulose from Cavendish Banana Pseudo Stem (Musa cavendishii LAMBERT), Journal of Carbohydrate Polymers, 2005, 62(2), Biswal, D. R.; Singh, R. P., Characterisation of Carboxymethyl Cellulose and Polyacrylamide Graft Copolymer, Journal of Carbohidrate Polymers, 2004, 57(4), Direktorat Jenderal Hortikultura, Angka Tetap Komoditas Hortikultura Tahun Direktorat Jenderal Hortikultura: Jakarta. Ferdiansah, M. K., Pengelolaan Limbah Buangan Kulit Singkong sebagai Upaya Mendukung Produksi CMC Ramah Lingkungan, 2010, /webtorial/klh/?ar_id=nzq2mq== (akses Mei 2011). Kiantoro, Adi Pembuatan Asam Oksalat dari Limbah Kulit Pisang dengan Pengaruh Waktu dan Konsentrasi Asam Nitrat (HNO3). Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang. Lokantara, P., Analisis Kekuatan Impact Komposit Polyester-Serat Tapis Kelapa dengan Variasi Panjang dan Fraksi Volume Serat yang Diberi Perlakuan NaOH. Fakultas Teknik Universitas Udayana : Kampus Bukit Jimbaran, Bali, Indonesia. Priatma, Risqi Putri Nur dan Aitia Mulyawati Widiyannita, Tugas PPK Prarancangan Pabrik Sodium Karboksimetil Selulosa Kapasitas ton/tahun. Universitas Gajah Mada : Yogyakarta.

14 Santoso, Shella Permatasari, dkk., Pemanfaatan Kulit Singkong Sebagai Bahan Baku Pembuatan Natrium Karboksimetil Selulosa. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Katolik Widya Mandala : Surabaya. Jurnal Teknik Kimia Indonesia : Vol. 11, No. 3. Toğrul, H.; Arslan, N., Carboxymethyl Cellulose From Sugar Beet Pulp Cellulose as a Hydrophilic Polymer in Coating of Mandarin, Journal of Food Engineering, 2004: 62(3), Yasar, F.; Toğrul, H.; Arslan, N., Flow Properties Of Cellulose and Carboxymethyl Cellulose From Orange Peel, Journal of Food Engineering, 2007: 81(1),

15

16

17

18 Anggota 2 a. Data Diri 1 Nama Lengkap 2 Fakultas/Jurusan/Universitas 3 Tempat tanggal lahir Tryas Munarsyah Teknik/Teknik Kimia Raha, 23 November Contact Person Alamat 6 Pengalamanan Organisasi BEM FT UMS 2012 dan 2013 KMTK UMS 2012 dan 2013 Pengurus dan Pengelola UKM Penelitian Teknikk UKMI-PIT 2013 DPM FT UMS 2014 b. Riwayat Pendidikan No Asal Sekolah Angkatan 1. SD Negeri 15 Katobu 2. SMP Negeri 2 Raha 3. SMA negeri 2 Raha 4. Universitas Muhammadiyah Surakarta Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan hibah PKM-GT Anggota 1 Tryas Munarsyah

19

20

21

22

23

24

25