BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Komposit Komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun [17]. Komposit mempunyai keunggulan yaitu: daya tahan terhadap lingkungan korosif yang baik, rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, sifat mekanik, instalasi listrik yang baik serta dapat dibuat dalam berbagai bentuk. Sedangkan kekurangan komposit yaitu: tidak dapat digunakaan pada temperatur lebih dari 400 o F, kekakuan tidak terlalu tinggi dibandingkan dengan logam dan harga bahan baku yang relatif tinggi [18]. Komposit mempunyai tiga komponen yaitu reinforcement (penguat), matriks, dan interface Reinforcement/Filler (Penguat) Reinforcement berfungsi sebagai penguat atau pengeras material dari suatu komposit [19]. Penguat komposit pada umumnya mempunyai sifat kurang ulet tetapi lebih kaku serta lebih kuat. Fungsi utama dari penguat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari penguat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada penguat, sehingga penguat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu penguat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit [20]. Berdasarkan bahan penguatnya komposit terbagi 3 bagian yaitu komposit serat (fibrous composite), komposit berlapis (lamellar composite), dan komposit partikel (particulate composite). Bahan yang sering digunakan sebagai filler adalah serbuk atau tepung kayu, serat selulosa pendek, bubuk mika, asbestos, pasir silica, aluminum okside dan serbuk perak. Jenis filler dari serbuk kayu

2 sangat ekonomis dalam pemakaiannya, karena mudah didapat dan murah, juga sifatnya dapat mencegah terjadinya slip didalam resin serta dapat diikat dengan baik oleh resin [21] Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matrik, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah. Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : Mentransfer tegangan ke serat. Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. Melindungi serat. Memisahkan serat. Melepas ikatan. Tetap stabil setelah proses manufaktur [20]. Selain itu matriks berfungsi untuk menjaga Reinforcement agar tetap pada tempatnya didalam strutur, membantu distribusi beban mengendalikan sifat elektrik dari kimia komposit [21]. Komposit berdasarkan bahan pengikat (matrik) yaitu : Polymer matriks composite (PMC), Metal matriks composite ( MMC) dan Ceramic matriks composite (CMC) [22] Interface Interface adalah gaya ikat (adhesi) antara matriks penguat yang merupakan suatu variable yang perlu dioptimalkan untuk mendapatkan sifat dan performa terbaik dari suatu material komposit. Gaya ikat dari suatu interphase tidak hanya merupakan suatu interaksi fisik dan kimia antara matriks dan penguat, namun juga struktur dari matriks dan penguat di daerah dekat interface. Dalam komposit, penguat dan matriks menghasilkan kombinasi sifat mekanik yang berbeda dengan sifat dasar dari masing-masing matriks maupun penguat karena adanya interface antara kedua komponen tersebut. Interface antara matrikspenguat dalam pembuatan komposit sangat berpengaruh terhadap sifat akhir dari komposit yang terbentuk, baik sifat fisik maupun sifat mekanik. Pengertian dari

3 interface yaitu daerah antar permukaan matriks dan penguat yang mengalami kontak dengan keduanya dengan membuat suatu ikatan antara keduanya untuk perpindahan beban. Ikatan yang terjadi pada interface matriks penguat terbentuk saat permukaan penguat telah terbasahi oleh matriks. Interface yang ada pada komposit ini berfungsi sebagai penerus (transmitter) beban antara matriks dan penguat [23]. 2.2 Bioplastik Bioplastik merupakan plastik yang dapat digunakan layaknya seperti plastik konvensional, namun akan terurai oleh aktivitas mikroorganisme menjadi air dan gas karbondioksida yang dapat dibuang ke lingkungan. Karena sifatnya yang dapat kembali kealam, bioplastik termasuk bahan plastik yang ramah lingkungan (Febrianto dkk., 2014). Bioplastik adalah polimer yang dapat berubah menjadi biomassa, H 2 O, CO 2, dan atau CH 4 melalui tahapan depolimerisasi dan mineralisasi. Depolimerisasi terjadi karena kerja enzim ekstraseluler (terdiri atas endo dan ekso enzim). Endo enzim memutuskan ikatan internal pada rantai utama polimer secara acak, dan ekso enzim memutus unit monomer pada rantai utama secara berurutan. Bagian-bagian oligomer yang terbentuk dipindahkan kedalam sel dan menjadi mineralisasi. Proses mineralisasi membentuk CO 2, CH 4, dan N 2, air, garam-garam, mineral, dan biomassa [24]. Defenisi polimer biodegradable dan hasil akhir yang terbentuk dapat beragam tergantung pada polimer, organism, dan lingkungan [12]. Plastik berbahan dasar tepung pati (amilum) dan polisakarida telah diproduksi oleh beberapa perusahaan dunia. Plastik starch-based ini seringkali bersifat menyerap air sehingga semakin mudah didegradasi. Beberapa plastik terdiri atas tepung pati saja, ada juga yang memadukan tepung pati dengan komponen biodegradable lain. Plastik ini dibentuk dari bahan-bahan alam yang dapat diperbaharui daripada dibuat dari bahan bakar fosil yang sulit diperbaharui [15]. Bioplastik merupakan suatu material polimer yang berubah kedalam senyawa berat molekul rendah dimana paling sedikit satu tahap pada proses degradasinya melalui metabolism organism sencara alami [12]. Bioplastik akan terurai oleh aktivitas pengurai melalui proses biodegradasi. Kemudian hasil

4 biodegradasi berupa mineral dan air akan diolah tanaman dan tanaman akan berfotosintesis. Sebagian hasil fotosintesis akan disimpan dalam bentuk cadangan makanan, salah satunya berupa umbi. Kemudian umbi dapat diolah kembali menjadi bioplastik. Gambar 2.1 dibawah menunjukkan siklus produksi dan degradasi polimer biodegradabel dimana sampah dari kemasan bioplastik dikumpulkan dan menjadi kompos terdegradasi menjadi CO 2, H 2 O, dan biomassa yang kemudian difotosintesis oleh matahari sebagai cadangan makanan dari produk agrikultur dengan sumber pati yang tinggi. Lalu setelah itu tanamantanaman kaya akan zat pati diekstrak untuk diambil kandungan-kandungan material yang dapat diperbaharui seperti pati, minyak, dan lain-lain untuk diolah dan diproses menjadi bioplastik kembali. Gambar 2.1 Siklus Produksi dan Degradasi Polimer Biodegradabel [25] Bioplastik dikelompokkan menjadi dua kelompok dan empat keluarga berbeda. Kelompok utama adalah agro-polimer yang terdiri dari polisakarida, protein, dan sebagainya; kedua biopoliester (biodegradable polyesters) seperti poli asam laktat (PLA), polyhydroxyalkanoate (PHA), aromatic dan alifatik copoliester. Agro-polimer adalah produk-produk biomaasa yang diperoleh dari bahan-bahan pertanian, seperti polisakarida, protein, dan lemak. Biopolister dapat dikelompokkan berdasarkan sumbernya. Kelompok polyhydroxy-alkanoate

5 (PHA) didapatkan dari aktivitas mikroorganisme yang didapatkan dengan cara ekstraksi. Contoh PHA diantaranya PolyQiydroxybutyrate) (PHB) dan PolyQiydroxybutyrate co-hydroxyvalerate) (PHBV). Kelompok lainnya adalah biopoliester yang diperoleh dari aplikasi bioteknologi, yaitu dengan sintesis secara konvensional monomer-monomer yang diperoleh secara biologi, yang disebut kelompok polilaktida. Contoh polilaktida adalah poli asam laktat. Kelompok terakhir diperoleh dari produk-produk petrokimia yang disintesis secara konvensional dari monomer-monomer sintetis. Kelompok ini terdiri dari polycaprolactones (PCL), poly ester amides, aliphatic co-polyesters dan aromatic co-polyesters [26] Produksi Plastik Biodegradabel dari Penggunaan Pati Indonesia kaya akan sumberdaya alam, diantaranya pati-patian yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan plastik biodegradabel. Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara yaitu : 1. Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati Pencampuran dilakukan dengan menggunakan extruder atau dalam mixer berkecepatan tinggi (high speed mixer) yang dilengkapi pemanas untuk melelehkan polimer listrik. Plastik yang digunakan dapat berupa plastik biodegradabel (PCL, PBS, atau PLA) maupun plastik koonvemsional (polietilen). Sedangkan pati yang digunakan dapat berupa pati mentah mentah berbentuk granular maupun pati yang sudah tergelatinisasi. Sifat mekanik dari plastik biodegradabel yang dihasilkan tergantung dari keadaan penyebaran pati dalam fase plastik, dimana bila pati tersebar merata dalam ukuran mikron dalam fase plastik, maka produk plastik biodegradabel yang didapat akan mempunyai sifat mekanik yang baik. 2. Modifikasi kimiawi pati Untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering digunakan. Sifat biodegradabilitas dari produk plastik yang dihasilkan tergantung daripada jenis polimer yang dicangkokkan pada pati. Jika polimer yang dicangkokkan adalah polimer yang bersifat biodegradabel, maka produk yang

6 dihasilkan juga akan bersifat biodegradabel. Namun demikian, biasanya sifat biodegradabilitas pati akan berkurang atau bahkan hilang sama sekali dengan proses modifikasi kimiawi. 3. Penggunaan pati sebagai bahan baku fermentasi menghasilkan monomer/polimer plastik biodegradabel Pati dapat dipakai sebagai bahan baku fermentasi untuk menghasilkan asam laktat (monomer dari PLA), 1,4 butanediol (monomer dari PBS) atau poliester mikroba (PHB) atau biopolimer lainnya seperti pullulan [27]. Penggunaan pati sebagai bahan baku pembuatan bioplastik yang ditambahkan pengisi kitosan dan pemlastis sorbitol menurut metode Weiping Ban (2005) adalah sebagai berikut: Larutan pati dipanaskan di water bath sambil diaduk dengan stirrer. Kemudian ditambahkan larutan kitosan dan diaduk selama 25 menit. Ditambahkan larutan sorbitol dan diaduk hingga homogen. Setelah homogen larutan didinginkan dan dituang ke cetakan. Selanjutnya dikeringkan dengan oven pada suhu 60 o C selama 24 jam. Setelah dikeringkan di dalam oven diangkat dan dimasukkan ke dalam desikator (dikondisikan selama 72 jam). Kemudian plastik dikeluarkan dari cetakan [4] Gelatinisasi Pati Gelatinisasi adalah suatu proses pemecahan bentuk kristalin granula pati, sehingga setiap lapisan permukaan molekulnya dapat menyerap air atau larut dan bereaksi dengan bahan lain, dan kondisinya tidak dapat kembali seperti semula. Beberapa manfaat gelatinisasi pada pati yaitu: (1) mampu meningkatkan penyerapan sejumlah air; (2) dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzimatis (amilase) untuk memecah ikatan pati menjadi bentuk lebih sederhana yang mudah larut, dan (3) meningkatkan konversi dan kecernaan pakan [28]. 2.3 Pati Pati atau amilum adalah karbohidrat polisakarida yang terdiri dari sejumlah besar unit glukosa bergabung bersama-sama oleh ikatan glikosidik. Pati terdiri dari amilosa dan amilopektin dalam bentuk makromolekul. Pati diproduksi dari semua tanaman hijau untuk menyimpan energi dan merupakan sumber energi

7 yang penting bagi manusia. Pati dapat ditemukan dalam kentang, gandum, beras dan makanan lainnya, dan bervariasi bentuknya, tergantung pada sumbernya. Dalam bentuk yang tidak dimodifikasi, pati terbatas penggunaanya dalam industri makanan. Secara umum, pati menghasilkan pasta kental saat gel dipanaskan [29]. Pati dibawah mikroskop berupa granul yang berwarna putih, sangat kecil dengan ukuran antara µm. Pati merupakan senyawa terbanyak kedua yang dihasilkan oleh tanaman setelah selulosa. Pati bukan merupakan senyawa yang homogen. Sebagian besar pati tersusun dari 2 komponen polimer glukosa yang utama, yaitu: 1. Molekul dengan rantai linear yang dikenal sebagai amilosa Amilosa merupakan fraksi pati yang larut dalam air, tidak larut dalam n-butanol atau pelarut organik polar lainny, tersusun dari rantai lurus D-glukosa yang berikatan α-(l,4) dengan derajat polimerisasi antara , memiliki BM Amilosa akan memberikan warna biru tua bila direaksikan dengan iodin. 2. Polimer glukosa rantai bercabang yang dikenal sebagai amilopektin Amilopektin adalah fraksi pati yang tidak larut dalam air, yang selain tersusun dari rantai lurus D-glukosa juga berikatan dengan α-(l,4) serta memiliki rantai cabang α-(l,6). Amilopektin memiliki BM ± dan apabila ditambahkan iodin maka akan memberikan warna coklat violet. Gambar 2.2 dibawah merupakan gambar struktur yang terdapat dalam pati dimana pati terdiri dari amilosa (fraksi pati yang larut dalam air) dan amilopektin (fraksi pati yang tidak larut dalam air). Termoplastik dari bahan pati diperoleh dari tepung pati yang dicampurkan dengan plasticizer agar mudah hancur dan meleleh pada suhu dekomposisi. Termoplastik ini merupakan sistem yang kompleks, karena strukturnya tergantung dari kondisi proses yang beragam. Sejak beberapa dekade terakhir, beberapa usaha dilakukan untuk mendapatkan material plastik dengan penggunaan biopolimer alami yang murah dan mampu terbiodegradasi, seperti pati, selulosa, kitin, dan sebagainya. Biopolimer khususnya pati bersifat murah, mudah didapat, dapat diperbaharui, dan dapat terbiodegradasi. Biasanya, bahan pati akan dikompositkan dengan bahan pembuat

8 plastik sintetis yang non-biodegradable. Komposit dengan perbandingan material pati yang lebih banyak daripada material sintetis lebih banyak dipilih karena mampu meningkatkan sifat biodegradasinya [15]. (a) (b) Gambar 2.2 Struktur Pati (a) Amilosa (b) Amilopektin [15] Termoplastik dari bahan pati diperoleh dari tepung pati yang dicampurkan dengan plasticizer agar mudah hancur dan meleleh pada suhu dekomposisi. Termoplastik ini merupakan sistem yang kompleks, karena strukturnya tergantung dari kondisi proses yang beragam. Sejak beberapa dekade terakhir, beberapa usaha dilakukan untuk mendapatkan material plastik dengan penggunaan biopolimer alami yang murah dan mampu terbiodegradasi, seperti pati, selulosa, kitin, dan sebagainya. Biopolimer khususnya pati bersifat murah, mudah didapat, dapat diperbaharui, dan dapat terbiodegradasi. Biasanya, bahan pati akan dikompositkan dengan bahan pembuat plastik sintetis yang non-biodegradable. Komposit dengan perbandingan material pati yang lebih banyak daripada material sintetis lebih banyak dipilih karena mampu meningkatkan sifat biodegradasinya [15].

9 2.4 Pati Biji Nangka (Artocarpus Heterophyllus) Nangka merupakan tanaman buah yang pohon dan buahnya berukuran besar. Di Indonesia nangka memiliki beberapa nama daerah antara lain nongko/nangka (Jawa, Gorontalo), langge (Gorontalo), anane (Ambon), lumasa/malasa (Lampung), nanal atau krour (Irian Jaya), nangka (sunda). Beberapa nama asing yaitu: jacfruit, jack (Inggris), nangka (Malaysia), kapiak (Papua Nugini), liangka (Filipina), peignai (Myanmar), khnaor (Kamboja), mimiz, miiz hnang (laos), khanun (Thailand), mit (Vietnam). Nangka adalah tanaman pohon yang bercabang banyak. Daunnya kaku dan lonjong, permukaan bagian atas daun lebih licin dan berwarna terang daripada bagian bawah daun. Buahnya berukuran besar, berbentuk bulat lonjong permukaannya kasar dan berduri. Ketinggian pohon nangka mencapai meter. Tanaman ini mulai berbuah setelah berumur tiga tahun. Panjang buah berkisar antara cm, sedangkan bijinya berukuran lebih kurang 3,5 cm. Spesies tanaman nangka yakni Arthocarphus heterophilus, Genus Arthocarpus, Familia Moracea, Ordo Urtilcales, dan Subklas Dicotyledonae. Umumnya buah nangka dijadikan hidangan setelah makan [10]. Biji nangka berkeping dua dan rata-rata tiap buah nangka berisi biji yang beratnya sepertiga dari berat buah, sisanya adalah kulit dan daging buah. Jumlah biji per buah Hingga saat ini biji nangka masih merupakan bahan nonekonomis dan sebagai limbah buangan konsumen nangka [30]. Buah nangka memiliki biji berbentuk bulat sampai lonjong, berukuran kecil dan berkeping dua. Biji terdiri dari tiga lapis kulit, yakni kulit luar berwarna kuning agak lunak, kulit liat berwarna putih, dan kulit ari berwarna cokelat yang membungkus daging biji [31]. Biji buah nangka memiliki kandungan karbohidrat sebesar 36,7 gram setiap 100 gram biji nangka dan setiap 36,7 gram karbohidrat mengandung pati yang tinggi sebesar 94,5 % [5] protein (4,2 g/100 g), dan energi (165 kkal/100 g), sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan panganyang potensial. Biji nangka juga merupakan sumber mineral yang baik. Kandungan mineral per 100 gram biji nangka adalah fosfor (200 mg), kalsium (33 mg), dan besi (1,0 mg). Selain dapat dimakan dalam bentuk utuh, biji nangka juga dapat diolah menjadi tepung. Selanjutnya dari tepungnya dapat dihasilkan berbagai makanan olahan.

10 Kandungan glukosa biji nangka setelah difermentasi pada varietas bubur sebesar 58% lebih tinggi dibandingkan dengan varietas salak sebesar 39,68%. Kandungan karbohidrat pada biji nangka yang tinggi, dapat dimanfaatkan dalam proses pembuatan alkohol dengan cara difermentasikan. Kandungan proteinnya juga tinggi [30]. Kandungan amilosa pada tepung dan pati biji nangka yang cukup tinggi, yaitu di atas 20%, menunjukkan tepung dan pati biji nangka dapat digunakan sebagai bahan pembuat plastic [8]. Tabel 2.1 dibawah menunjukkan komposisi kandungan gizi pada nangka muda, nangka masak, dan biji nangka dalam 100 gram. Energi yang dimiliki nangka muda sebesar 51 kkal, nangka masak 106 kkal dan paling besar biji nangka yaitu sebesar 165 gram. Kandungan karbohidrat terbesar juga terdapat pada biji nangka yaitu sebesar 36,7 gram dibaanding dengan nangka muda dan nangka masak masing masing sebesar 11,3 gram dan 27,6 gram. Selain itu biji nangka juga memiliki kandungan air paling sedikit yaitu sebesar 57,7 gr dibanding dengan nangka muda dan nangka masak masing masing sebesar 85,4 gram dan 70 gram. Tabel 2.1 Komposisi Gizi per 100 gram Nangka Muda, Nangka Masak dan Biji Nangka [32] Kandungan Gizi Nangka Muda Nangka Masak Biji Nangka Energi (kkal) Protein (g) 2,0 1,2 4,2 Lemak (g) 0,4 0,3 0,1 Karbohidrat (g) 11,3 27,6 36,7 Kalsium (mg) Fosfor (mg) Besi (mg) 0,5 0,9 1,0 Vitamin A (SI) Vitamin B (mg) 0,07 0,07 0,20 Vitamin C (mg) Air 85, ,7

11 2.5 Sorbitol Plasticizer adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan dengan maksud untuk memperlemah kekakuan dari polimer, sekaligus meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas polimer. Plasticizer larut dalam tiap-tiap rantai polimer sehingga akan mempermudah gerakan molekul polimer dan bekerja menurunkan suhu transisi gelas (Tg), suhu kristalisasi atau pelelehan dari polimer. Pada daerah transisi diatas Tg, bahan polimer menunjukkan sifiat fisik dalam keadaan lunak (soft) seperti karet (rubbery), sebaliknya dibawah Tg polimer dalam keadaan stabil seperti gelas (glassy). Plasticizer juga akan bekerja sebagai internal lubricant dengan mereduksi gaya (frictional forces) diatara rantai polimer, yang akan menyebabkan perubahan karakteristik mekanik dari polimer. Plasticizer didefenisikan sebagai bahan non volatile, bertitik didih tinggi jika ditambahkan pada material lain dapat merubah sifat material tersebut. Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekuler meningkatkan fleksibilitas film menurunkan sifat barrier film. Gliserol dan sorbitol merupakan Plasticizer yang efektif karena memiliki kemampuan untuk mengurangi ikatan hidrogen internal pada ikatan intermolekul [33]. Di Indonesia sorbitol (C 6 H 14 O 6 ) paling banyak digunakan sebagai pemanis pengganti gula karena bahan dasarnya mudah diperoleh dan harganya murah. Di Indonesia, sorbitol diproduksi dari tepung umbi tanaman singkong (Manihot Utillissima Pohl) yang termasuk keluarga Euphoribiaceae. Selain itu sorbitol juga dapat ditemui pada alga merah Bostrychia scorpiodes yang mengandung 13,6% sorbitol. Tanaman beri dari spesies Sorbus Americana mengandung 10% sorbitol. Famili Rosaceae seperti buah pir, apel, ceri, prune, peach, dan aprikot juga mengandung sorbitol. Sorbitol juga diproduksi dalam jaringan tubuh manusia yang merupakan hasil katalisasi dari D-glukosa oleh enzim aldose reductase, yang mengubah struktur aldehid (CHO) dalam molekul glukosa menjadi alkohol (CH 2 OH). Sorbitol dapat digunakan sebagai pengganti sukrosa pada penderita penyakit diabetes. Nilai kalori makanan yang mengandung sorbitol sama tinggi dengan gula, tapi rasa manisnya kira-kira hanya 60 persen rasa manis sukrosa. Kerugian

12 sorbitol adalah bila dipakai dalam jumlah yang berlebihan dapat menyebabkan terjadinya diare. Sorbitol merupakan gula yang diabsorbsi sangat sedikit oleh usus halus, sehingga sorbitol akan langsung masuk ke usus besar dan dapat menunjang terjadinya diare dan perut kembung. Sorbitol (C 6 H 14 O 6 ) berasal dari golongan gula alkohol. Gula alkohol merupakan hasil reduksi dari glukosa di mana semua atom oksigen dalam molekul gula alkohol yang sederhana terdapat dalam bentuk kelompok hidroksil, sinonim dengan polyhidric alcohol (polyols). Polyols dapat dibagi menjadi dua yaitu polyols asiklik dan polyols siklik. Sorbitol termasuk dalam kelompok polyols asiklik dengan enam rantai karbon [34]. Struktur kimia sorbitol dapat dilihat pada gambar 2.3 Gambar 2.3 Struktur kimia sorbitol 2.6 Kitosan Kitosan dibuat dari hasil proses deasetilasi dari senyawa khitin yang banyak terdapat pada kulit luar hewan golongan Crustaceae. Kitosan berbentuk serbuk hanya dapat dilarutkan dengan menggunakan asam asetat. Fungsi kitosan dalam pembuatan plastik dapat menghasilkan lapisan plastik yang licin dan transparan. Menurut Permanasari et al (2010) polimer dengan kelimpahan terbesar kedua setelah selulosa adalah kitosan. Kitosan dapat diperoleh dari cangkang kepiting atau udang. Pemanfaatan kitosan dalam proses adsorpsi disebabkan karena adanya gugus amina dan hidroksil sehingga kitosan memiliki reaktifitas kimia tinggi dan menyebabkan sifat polielektrolit kation yang dapat berperan sebagai penukar ion (ion exchange) dan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi logam berat ataupun limbah organik dalam air limbah. Adapun Mutu Standar Internasional kitosan dapat dilihat

13 pada Tabel 2.2. Menurut Firdaus et al (2008) yang telah melakukan penelitian tentang pembuatan film kemasan dari pati tropis dan pla kitosan, hasil uji biodegaradasinya menunjukkan bahwa pada film kemasan tersebut terdapat kerusakan akibat oleh jamur dan bakteri pengurai. Berdasarkan hasil uji ketahanan film kemasan yang disintesis dari pati tropis khitosan tersebut, dapat ditarik sebuah informasi penting bahwa film kemasan yang dihasilkan tidak menimbulkan permasalahan sampah bagi lingkungan (eco-friendly packaging) [35]. Tetapi hal itu menjadi titik kelemahan film kemasan yang dihasilkan karena ternyata khitosan yang ditambahkan tidak mampu melindungi pati tropis dari serangan mikroba pngurai sehingga tidak mampu bertahan dalam kondisi ekstrim. Jadi, film plastik tersebut pada aplikasinya sebagai kemasan menjadi terbatas dalam kondisi tertentu saja [10]. Tabel 2.2 merupakan standar internasional dari kitosan dengan beberapa parameternya. Standar internasional dari kitosan harus memilki bentuk partikel seperti butiran bubuk < 2 mm, dimana kadar air dan kadar abu masing-masing harus lebih kecil dari 10 % dan lebih kecil dari 2 %. Tidak berbau dan berwarna jernih, derajat deasetilasi minimal 70 %, dan viskositas kitosan berkisar cps. Tabel 2.2. Parameter Karakteristik Kitosan Standar Internasional [36] Parameter Karakterisasi Kitosan Standar Internasional Bentuk partikel Butiran bubuk < 2 mm Kadar air (% w) < 10 % Kadar abu (% w) < 2 % Kadar protein - Derajat deasetilasi (DD) Minimal 70 % Bau Tidak berbau Warna larutan Jernih Viscositas cps 2.7 Analisa dan Karakterisasi Hasil Penelitian

14 2.7.1 Analisa Pati Biji Nangka (Artocarpus heterophyllus) Kadar Air Air merupakan komponen penting dalam bahan pangan yang dapat mempengaruhi kualitas produk. Penurunan jumlah air dapat mengurangi laju kerusakan bahan pangan akibat proses mikrobiologis, kimiawi, dan enzimatis. Rendahnya kadar air suatu bahan pangan memiliki umur simpan yang lebih lama. Kadar air perlu ditetapkan sebab sangat berpengaruh terhadap daya simpan bahan. Makin tinggi kadar air suatu bahan maka makin besar pula kemungkinan bahan tersebut rusak atau tidak tahan lama. Proses pengeringan sangat berpengaruh terhadap kadar air yang dihasilkan. Pengeringan pada pati mempunyai tujuan untuk mengurangi kadar air sehingga pertumbuhan mikroba dan aktivitas enzim penyebab kerusakan pada pati dapat dihambat [37]. Prosedur dan parameter analisa kadar air dari pati biji nangka mengikuti standar AOAC [38] Kadar Abu Abu adalah residu anorganik dari pembakaran bahan organik, kadar abu dapat dihitung berdasarkan pengurangan bobot sampel selama proses pembakaran pada suhu tinggi ( C) melewati proses penguapan dari material organik. Total abu merupakan parameter yang bermanfaat bagi nilai nutrisi dari banyak produk makanan. Kadar abu menunjukan kandungan mineral suatu bahan pangan. Abu didefinisikan sebagai residu yang tertinggal setelah suatu bahan pangan dibakar hingga bebas karbon. Kadar abu suatu bahan pangan menggambarkan banyaknya mineral yang tidak terbakar menjadi zat yang dapat menguap. Komponen yang umum terdapat pada senyawa organik alami adalah kalium, natrium, kalsium, magnesium, mangan, dan besi. Secara kuantitatif nilai kadar abu dalam pati yang dihasilkan berasal dari mineral-mineral dalam biji, pemakaiaan pupuk, dan dapat juga berasal dari kontaminasi tanah dan udara selama pengolahan. Semakin besar kadar abu suatu bahan pangan menunjukan semakin tinggi kandungan mineral bahan pangan tersebut [37]. Prosedur dan parameter analisa kadar abu dari pati biji nangka mengikuti standar AOAC [39].

15 Kadar Pati Pati merupakan biopolimer murah yang secara biologis dapat terdegradasi sempurna membentuk karbondioksida dan air. Pati secara kimia merupakan suatu polisakarida (C6H10O5)n. Pati sukar larut dalam air dingin tetapi dalam air panas butir-butir pati akan menyerap air dan membentuk pasta. Pati sebagai biopolimer tersusun dari glukosa dan mempunyai dua komponen utama, yaitu amilosa dan amilopektin [15]. Proporsi relatif dari amilase dan amilopektin dan susunannya dalam butiran padat yang menentukan fisikokimia dan fungsional sifat pati, serta kerentanan terhadap modifikasi fisik (misalnya gelatinisasi) dan kimia (misalnya hidrolisis) [40] Kadar Amilosa dan Amilopektin Pati terdiri dari dua jenis polisakarida, yaitu amilosa dan amilopektin. Amilosa adalah molekul linear dengan beberapa cabang, sedangkan amilopektin merupakan molekul yang sangat bercabang. Oleh karena itu, kadar amilosa umumnya memberi kekuatan pada film sedangkan struktur bercabang pada amilopektin umumnya memberikan sifat mekanik yang rendah pada suatu film [41]. Rasio amilosa dan amilopektin mempengaruhi sifat fisikokimia pati. Rasio amilosa dan amilopektin diduga mempengaruhi gelatinisasi dan retrogradasi pati dari berbagai sumber botani. Pada kandungan amilosa yang lebih rendah, struktur pati gel mudah terganggu oleh pemanasan. Peningkatan viskositas selama pendinginan diinduksi oleh tercucinya amilosa sehingga akan struktur tertata ulang dan membentuk lapisan amilosa gel tipis. Hal ini menunjukkan bahwa pati dengan kandungan amilosa yang berkurang seiring dengan tercucinya sejumlah amilosa, sehingga akan menekan viskositas selama pendinginan [42] Kadar Lemak Komponen sampingan dari granula pati adalah protein dan lipid. Dari perspektif fungsi pati, pembentukan lemak-pati kompleks terjadi karena rantai asam lemak jenuh yang menempati inti dari heliks amilosa secara signifikan. Lipid internal yang berada di dalam granula pati dalam rongga helix amilosa atau diruang antara amilosa dan amilopektin dianggap satu-satunya yang benar lipid

16 pati. Lipid yang tersisa berasal dari endosperm. Setiap lipid granular masingmasing berkontribusi dengan karakteristik pasta dari granula pati, tetapi efek dari lipid granular hanya terlihat dalam karakteristik paste butiran yang terisolasi [43]. Metode yang digunakan untuk pengujian kadar lemak pati biji nangka mengikuti standar SNI [44] Kadar Protein Protein adalah salah satu dari kelompok senyawa organik kompleks, pada dasarnya terdiri atas kombinasi dari asam amino dalam hubungan peptida, yang mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan biasanya, sulfur. Didistribusikan secara luas pada tanaman dan hewan, protein adalah konstituen utama dari protoplasma dari semua sel dan sangat penting untuk kehidupan [45]. Hasil di biji matang merupakan endosperm yang terbentuk dari matriks protein yang berkelanjutan disekitar granul pati. Protein dalam benih memiliki peran yang berbeda: fungsional, sebagai bagian dari struktur yang kompleks seperti membran dan protein struktural, energik, penyimpanan protein, sebagai sumber asam amino untuk memasok blok bangunan yang diperlukan selama biosintesis protein dalam perkecambahan, dan metabolisme, seperti enzim yang diperlukan untuk kontrol reaksi. [46]. Kandungan protein pada biji tanaman bervariasi antara 10 dan 50%, dalam bentuk protein tersimpan [47]. Metode yang digunakan untuk pengujian kadar protein pati biji nangka mengikuti standar SNI [44] Temperatur Gelatinisasi Gelatinisasi adalah suatu sifat penting terhadap pati, karena menunjukkan perubahan dalam struktur kristal dan fungsi. Pada pembuatan sampel plastik melibatkan beberapa macam perubahan fasa, gelatinisasi menjadi suatu faktor yang penting karena sangat terkait dengan faktor yang lainnya, dan merupakan teknik dasar dalam konversi pati agar menjadi polimer termoplastik [48]. Pati dengan kadar amilosa tinggi memiliki wilayah yang lebih amorf dan kurang kristal, menurunkan suhu gelatinisasi dan entalpi endotermik [49]. Ada beberapa metode untuk menentukan sifat pati; misalnya, perilaku gelatinisasi ditentukan dengan menggunakan Differential Scanning Calorimetric (DSC) dan Rapid Visco

17 Analyzer (RVA) [50]. Pada penelitian ini metode yang digunakan untuk perilaku gelatinisasi ditentukan dengan menggunakan Rapid Visco Analyzer (RVA). Adapun parameter yang diukur dengan menggunakan RVA adalah pasting temperature, peak viscosity, hold viscosity, final viscosity, breakdown viscosity dan setback viscosity [51]. Suhu awal gelatinisasi ialah suhu pada saat pertama kali viskositas mulai naik. Suhu gelatinisasi merupakan suatu fenomena sifat fisik pati yang kompleks yang dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain ukuran molekul amilosa dan amilopektin serta keadaan media pemanasan. Viskositas maksimum (peak viscosity) merupakan titik maksimum viskositas pasta yang dihasilkan selama proses pemanasan. Suhu dimana viskositas maksimum tercapai disebut suhu akhir gelatinisasi. Viskositas balik (setback viscosity) mencerminkan kemampuan asosiasi atau retrogradasi molekul pati pada proses pendinginan [52] Analisa dan Karakterisasi Bioplastik Densitas Kerapatan merupakan sifat fisik suatu polimer. Kerapatan suatu bahan berpengaruh terhadap sifat mekanik bahan tersebut, semakin rapat suatu bahan maka semakin meningkatkan sifat mekaniknya. Sehingga film bioplastik yang dihasilkan mempunyai kekuatan tarik yang baik. Kerapatan atau densitas ini dapat didefinisi-kan sebagai berat per satuan volume bahan. Densitas dapat ditentukan dengan metode kenaikan fluida dalam gelas ukur [53]. Penentuan rapat massa (densitas) film dilakukan dengan cara film dipotong dengan ukuran dan tebal tertentu, kemudian dihitung volumenya. Potongan film ditimbang dan rapat massa film ditentukan dengan membagi massa potongan uji dengan volumenya (g/cm 3 ) [54]. dddddddddddddddd (ρρ) = mmmmmmmmmm = mm (2.1) vvoooooooooo VV Pada pengujian densitas plastik sampel film diuji berdasarkan standar ASTM D792-91, 1991 [55].

18 Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Saat Putus Sifat mekanik suatu material berupa kuat tarik dan elongasi menunjukkan kekuatan material tersebut. Penggunaan suatu material di dalam industri maupun kehidupan sehari-hari sangat tergantung pada sifat mekanik material. Sifat mekanik ini meliputi kuat tarik yang tinggi dan elastisitas yang baik. Kuat tarik adalah tegangan regangan maksimum yang dapat diterima sampel [56]. Kuat tarik dapat dipengaruhi oleh bahan pemlastis yang ditambahkan dalam proses pembuatan film [57]. Pada umumnya adanya penambahan plasticizer dalam jumlah lebih besar akan menghasilkan nilai persen pemanjangan suatu film semakin lebih besar. Menurut Liu dan Han (2005), Pengujian pemanjangan saat putus menggunakan standarisasi ASTM D 638 [58] Fourier Transform Infra Red (FTIR) FT-IR (Fourier Transform Infra Red) merupakan metode yang menggunakan spektroskopi inframerah. Pada spektroskopi infra merah, radiasi inframerah dilewatkan pada sampel. Sebagian radiasi inframerah diserap oleh sampel dan sebagian lagi dilewatkan/ditransmisikan. Hasil dari spektrum merupakan besarnya absorbsi molekul dan transmisi yang membentuk pola molekul dari suatu sampel. Seperti pola pada umumnya, struktur pola dari spektrum inframerah yang dihasilkan tidak ada yang sama. Inilah yang membuat spektroskopi inframerah berguna untuk beberapa jenis analisis. Manfaat informasi/data yang dapat diketahui dari FT-IR untuk dianalisis adalah identifikasi material yang tidak diketahui, menentukan kualitas sampel, dan menentukan banyaknya komponen dalam suatu campuran [59] Scanning Electron Microscope (SEM) Struktur morfologi film dianalisis menggunakan scanning electron microscopy. Sampel dipotong dengan ukuran yang kecil dan di letakkan pada karbon tape [27]. Hasil analisis SEM memperlihatkan penyebaran partikel pengisi pada matriks sehingga dapat diketahui distribusi partikel pengisi pada matriks tersebar dengan merata atau tidak [12]. SEM digunakan sebagai alat pendeteksi objek sampel pada skala mikro. Sebelum dianalisis dengan SEM dilakukan

19 preparasi sampel yang meliputi penghilangan pelarut, pemipihan sampel, dan coating [60] Penyerapan Air (Water Absorption) Uji ketahanan air adalah uji yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar daya serap bahan tersebut terhadap air. Pada bioplastik diharapkan air yang terserap pada bahan sangat sedikit atau dengan kata lain daya serap bahan tersebut terhadap air harus rendah. Ukuran partikel pati tidak terlalu berpengaruh terhadap tingkat penyerapan air. Meskipun demikian, secara singkat dapat dikatakan bahwa semakin kecil ukuran partikel pati, semakin rendah tingkat penyerapan air dari bioplastik yang dihasilkan, namun jika dibandingkan dengan ukuran partikel pati, faktor kecepatan pengadukan sangat mempengaruhi tingkat penyerapan air. Hal ini disebabkan oleh ikatan antar komponen-komponen penyusun dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan. Semakin cepat kecepatan pengaduknya, semakin homogen dan semakin kuat ikatan antar komponen-komponen penyusun tersebut. Jika ikatan antar komponen itu semakin kuat, maka akan sulit untuk air memutuskan ikatan tersebut. Hal inilah yang menyebabkan kecilnya nilai penyerapan air [53]. Pada pengujian penyerapan air plastik sampel film diuji berdasarkan standar ASTM , 2005 [61]. Karakterisasi sifat bioplastik meliputi densitas, karakterisasi kekuatan tarik, karakterisasi pemanjangan saat putus, karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscopy), Ketahanan air bioplastik, dan karakterisasi FT-IR (Fourier Transform Infra Red).