Pengaruh Komposisi Kitosan, dan Pemlastis Gliserol terhadap Sifat Edible Film dari Pati Singkong (Manihot utilisima) ABSTRAK

Transkripsi

1 Pengaruh Komposisi Kitosan, dan Pemlastis Gliserol terhadap Sifat Edible Film dari Pati Singkong (Manihot utilisima) Tokok Adiarto, Siti Wafiroh, Ahmadi Jaya Permana Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya ABSTRAK Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan edible film dari komposit pati singkong-kitosan dengan pemlastis gliserol. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi kitosan dan pemlastis gliserol terhadap sifat mekanik dan sifat kimia edible film. Edible film dibuat dengan variasi komposisi konsentrasi kitosan 1%, 2%, 3%, dan 4%, serta konsentrasi pemlastis gliserol 2%, 3%, 4%, 5%, dan 6%. Karakterisasi edible film meliputi ketebalan, permeabilitas, dan ketahanan terhadap air, uji tarik (stress, strain, dan Modulus Young), uji biodegradasi, uji swelling, dan analisis morfologi menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy). Edible film dengan karakteristik optimum diperoleh pada komposisi pati singkong 6%, kitosan 4%, dan gliserol 4% dengan karakterisasi ketebalan edible film rata-rata 0,028 mm, % swelling 9,83 %, stress 0,2327 kn/mm 2, strain 0,0541, dan Modulus Young sebesar 4,30595 kn/mm 2,dan positif terhadap uji biodegradasi. Karakteristik edible film dibandingkan dengan plastik pembungkus yang mempunyai nilai ketebalan rata-rata 0,04 mm, stress 0,5219 kn/mm 2, strain 0,1635, dan Modulus Young 3,1919 kn/mm 2. Kata kunci : Pati Singkong, kitosan, gliserol, edible film PENDAHULUAN Penelitian mengenai kandungannya yang sangat besar pada tanaman. pemanfaatan bahan-bahan yang Pada penelitian ini, edible film tersedia di alam dalam pembuatan edible film terus berkembang dengan dari pati singkong tersebut akan ditambahkan dengan kitosan yang pesat. Bahan-bahan alami yang bertujuan untuk meningkatkan sifat banyak dikembangkan menjadi mekanik dari edible film, dan kemasan ramah lingkungan antara lain pemanfaatan pati, selulosa, kitin, dan sebagainya. Pemanfaatan pati sebagai bahan pembuatan edible film penambahan gliserol edible film agar lebih plastis. Edible film yang dibuat dari komposit pati-kitosan dengan pemlastis gliserol diharapkan dapat telah banyak diteliti, dan memiliki karakteristik yang sesuai dikembangkan oleh para peneliti dengan standar kemasan yaitu yang dikarenakan kemudahan memiliki sifat mekanik yang tinggi, pembuatan atau isolasi pati, dan juga bersifat lentur, memiliki ketahanan

2 2 dalam air, tidak berpori, dan mudah terdegradasi. Pada penelitian ini, akan dilakukan pembuatan edible film dengan bahan dari alam yang ketersediaannya melimpah yaitu pati singkong, dan limbah kulit udang. Karakterisasi edible film meliputi uji sifat mekanik, uji spektrofotometri infra merah (IR), uji morfologi kemasan dengan SEM, uji ketahanan terhadap air, serta uji biodegradasinya dengan bakteri pengurai sampah yang terdapat dalam teknologi effective microorganism 4 (EM4). Edible film dikatakan layak apabila memenuhi standar yaitu, memiliki sifat mekanik yang tinggi, tidak larut dalam air, bersifat elastis atau mudah dibentuk dan juga memiliki sifat biodegradable. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi bahan pembuat edible film yang menghasilkan karakteristik optimum dan dibandingkan dengan kemasan plastik komersil. METODE PENELITIAN 1. Bahan dan Alat Penelitian 1.1 Bahan penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: singkong (Manihot utilisima) yang dijual di pasar tradisional, limbah kulit udang yang diperoleh dari PT Mina Laut Gresik. Adapun reagen yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah : NaOH, HCl, asam asetat, bahan uji biodegradasi EM 4 dan akuades. 1.2 Alat penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat-alat mikrometer sekrup, stopwatch, turbidimeter, pengaduk magnetik, cawan petri, bak koagulasi, batang silinder stainless steel, SEM dengan spesifikasi mesin Jeol JSM 6360-LA, alat Autograph tipe AG-10TE Shimadzu, sel filtrasi dead end. 2. Prosedur Penelitian 2.1 Pembuatan pati singkong Singkong dikupas kulitnya, lalu dicuci sampai bersih. Setelah itu, singkong diparut, dan hasil parutan tersebut ditambahkan air bersih sambil diremas-remas, lalu disaring. Hasil saringan tersebut didiamkan hingga pati mengendap sempurna. Endapan pati dipisahkan, kemudian dikeringkan. Pati yang telah kering kemudian digiling dan disaring hingga halus. Pati yang berhasil diperoleh dilakukan uji kualitatif dengan larutan I2 dalam KI atau uji amilum untuk

3 3 memastikan yang terbentuk benarbenar pati. 2.2 Penyiapan serbuk kulit udang Kulit udang dicuci sampai bersih dari kotoran yang menempel, kemudian dikeringkan dibawah sinar matahari. Setelah kering partikel sampel kulit udang ditumbuk sampai halus, diayak, dan digiling kembali dengan mesin giling. 2.3 Tahap ekstraksi kitin dari kulit udang Ekstraksi kitin dari kulit udang dilakukan melalui 2 tahap : Tahap 1 : Pemisahan protein yang terdapat pada kulit udang (deproteinasi) dengan cara kulit udang dipanaskan,dan diaduk selama 2 jam pada suhu 65 o C dalam larutan NaOH 3,5 % (b/v) dengan perbandingan 1 : 10. Setelah itu campuran disaring, dikeringkan, dan dinetralkan dengan akuades. Hasil dari tahap ini disebut crude kitin. Tahap 2 : Pemisahan mineral dari kulit udang (demineralisasi) dengan cara crude kitin diaduk dalam larutan HCl 2 N selama 30 menit dengan perbandingan 1 :15. Setelah itu campuran disaring, dikeringkan, dan dinetralkan dengan akuades. 2.4 Tahap transformasi kitin menjadi kitosan (deasetilasi) Proses ini dilakukan dengan cara kitin dipanaskan, dan diaduk selama 2 jam pada suhu 95 o C dalam larutan NaOH 50% dengan perbandingan 1:10. Setelah itu campuran disaring, dikeringkan, dan dinetralkan dengan akuades. Pada tahap ini akan diperoleh kitosan. 2.5 Karakterisasi kitin dan kitosan Kemurnian kitin dan kitosan yang diperoleh dapat dilihat dari hasil uji kelarutan dan uji spektroskopi IR. Uji kelarutan dapat dilakukan dengan melarutkan serbuk yang diperoleh ke dalam larutan asam asetat encer. Apabila hasil yang dipeoleh tidak larut maka serbuk tersebut kitin dan sebaliknya bila serbuk tersebut larut maka serbuk tersebut adalah kitosan. Uji spektroskopi IR untuk melihat derajat deasetilasi. DD dapat ditentukan melalui metode base line. 2.6 Penentuan berat molekul rata rata kitosan Kitosan dilarutkan dalam asam asetat 1 %(w/v). Kemudian diukur waktu alir dengan alat viskometer pada beberapa variasi konsentrasi. Berat molekul rata-rata kitosan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Mark Houwik-Sakurada. 2.7 Pembuatan edible film

4 4.Pati singkong dipanaskan pada suhu gelatinisasi pati yaitu 70 0 C disertai dengan pengadukan hingga terbentuk larutan yang kental dan berwarna putih. Kitosan dilarutkan dalam larutan asam asetat 2 % sampai larut. Pati dan kitosan kemudian dicampur dan diaduk sampai homogen, kemudian didiamkan sehari. Edible film dibuat dengan menuangkan campuran ke dalam cawan petri, lalu dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 50 0 C hingga kering. Pembuatan campuran pada variasi pemlastis gliserol sama dengan variasi kitosan yaitu dicampurkan bersamaan dengan pati dan kitosan kemudian diaduk hingga homogen, dan langkah selanjutnya sama. Edible film diperoleh ketika campuran yang telah kering dimasukkan dalam bak koagulan yang berisi larutan NaOH 4 %, kemudian dinetralkan phnya dengan aquades. Edible film yang telah netral dikeringkan pada suhu kamar. 2.8 Karakterisasi Edible Film Pengukuran tebal edible film Edible film yang telah terbentuk diukur ketebalannya dengan menggunakan alat mikrometer sekrup. Ketebalan edible film diukur pada lima titik, yaitu : bagian ujung kiri-kanan, bagian kanan- kiri yang lain, tengah, dan bagian tengah atas-bawah kemudian dihitung ketebalan rata-ratanya Uji sifat mekanik edible film dan plastik Sifat mekanik membran dilakukan dengan uji tarik mengunakan alat autograph. Dari data uji tarik dapat diperoleh nilai stress, strain, dan Modulus Young Uji ketahanan terhadap air Sampel edible film dipotong dengan ukuran tertentu, kemudian dikontakkan dengan air. Adapun pengamatannya dilakukan secara visual Uji permeabilitas terhadap air Edible film yang akan diuji dengan alat sel filtrasi dead end. Umpan yang berupa akuades sebanyak 50 ml dimasukkan dalam sel, kemudian ditutup rapat dan mengalirkan tekanan udara Uji penggembungan (swelling) edible film Edible film dipotong dengan ukuran 4 x 4 cm dan diukur berat mula-mula, kemudian direndam dalam akuades selama 3 jam. Edible

5 5 film yang telah direndam diukur lagi beratnya Penentuan morfologi edible film Penentuan morfologi membran dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Bagian membran yang dianalisa yaitu bagian penampang lintang dan permukaan Uji biodegradable edible film Uji biodegradable dari edible film dilakukan dengan menggunakan teknologi EM 4 (Effective Microorganism). HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Pembuatan Pati Singkong Hasil pati singkong yang diperoleh sebanyak 613, 29 gram dari 5000 gram singkong, dan menunjukkan uji positif perubahan warna dari putih menjadi biru kehitaman terhadap reagen I2 dalam KI. 2. Hasil deproteinasi limbah kulit udang Pengurangan berat yang terjadi pada tahap ini adalah sebesar 50,56 % dari berat awal 300 gram menjadi 148,32 gram. Pada deproteinasi ini terjadi perubahan warna kulit udang dari coklat kemerahan menjadi kuning kecoklatan, hal ini dikarenakan pada proses ini selain terjadi pemutusan ikatan kimia antara kitin dan protein, juga disertai pula dengan lepasnya pigmen kulit udang. 3. Hasil demineralisasi crude kitin Tahap demineralisasi, yaitu proses penghilangan senyawa anorganik atau mineral yang terkandung dalam kulit udang. Mineral yang terkandung di kulit udang biasanya berupa CaCO3 dan Ca3(PO4)2 yang terikat secara fisik pada kulit udang. Proses ini menghasilkan gelembung gas CO2 dan terjadi pengurangan berat crude kitin sebesar 37, 5 % dari berat 148,32 gram menjadi 92,7 gram. 4. Hasil Transformasi Kitin menjadi Kitosan Transformasi kitin menjadi kitosan dilakukan untuk mengubah gugus asetamida menjadi gugus amina melalui reaksi hidrolisis dalam larutan basa yang meliputi reaksi adisi oleh ion OH -, reaksi eliminasi dan serah terima proton. Hasil yang diperoleh berupa serbuk berwarna lebih putih dari kitin, dan terjadi pengurangan berat dari 92,7 gram menjadi 73,11 gram.

6 6 5. Hasil uji kelarutan terhadap asam asetat encer Dalam asam asetat encer kitosan hasil deasetilasi akan larut, sedangkan kitin tidak dapat larut dalam asam asetat encer. 6. Hasil uji spektroskopi IR Pada uji ini dilakukan analisa gugus fungsi sekaligus menentukan derajat deasetilasi dari kitin dan kitosan dilakukan dengan alat IR Spektroskopi. % T r a s m i t a n Bilangan gelombang cm -1 Gambar 1 Spektrum IR kitin Dari spektrum IR kitin tersebut terlihat pita tajam yang khas gugus karbonil amida yang pada gambar terlihat pada puncak 1659,8 cm -1. % T r a s m i t a n Bilangan gelombang cm -1 Gambar 2 Spektrum IR kitosan Berdasarkan spektrum di atas tampak telah terjadi transformasi dari hilangnya serapan 1659,8 cm -1. Dengan menggunakan rumus baseline b diperoleh nilai derajat deasetilasi kitin sebesar 51,84 %, dan derajat deasetilasi untuk kitosan yaitu sebesar 83,19 %. 7. Hasil penentuan berat molekul rata rata kitosan Berat molekul rata-rata kitosan diukur dengan mengukur viskositas dari kitosan. ηsp / C y = 13,084x + 2,6538 R 2 = 0, ,05 0,1 0,15 konsentrasi Gambar 3 Grafik hubungan antara viskositas reduksi terhadap konsentrasi Dari nilai intercept grafik di atas dapat dihitung nilai berat molekul rata-rata kitosan yaitu , 18 dalton. 8 Hasil Pembuatan Edible Film Komposit Pati Singkong-Kitosan Pada proses pembuatan edible film dilakukan variasi komposisi bahan yang digunakan. Edible film yang terbentuk kemudian diukur sifat mekaniknya dengan menggunakan alat Autograph. Hasil pengukuran kemudian diolah untuk mengenai sifat mekanik yang terdiri kitin ke kitosan bila dilihat dari

7 7 dari tegangan (stress), regangan (strain), dan Modulus Young. tegangan 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 Pada penelitian ini dilakukan analisa morfologi edible film dengan komposisi optimum yang memiliki sifat mekanik tertinggi. 0, konsentrasi Gambar 4 Grafik hubungan tegangan terhadap konsentrasi kitosan Komposisi pati singkong dan kitosan yang memiliki nilai tegangan maksimum yaitu pati singkong 6 %, dan kitosan 4 % ditambahkan pemlastis gliserol agar bersifat plastis. Proses ini menghasilkan edible film yang bening 9. Hasil Karakterisasi Edible Film 9.1 Hasil pengukuran tebal edible film Pengukuran ketebalan edible film digunakan sebagai indikator keseragaman dan kontrol kualitas edible film yaitu yang mempunyai ketebalan yang tipis tetapi tidak mudah sobek. Tabel 1 Hasil pengukuran ketebalan edible film Komposisi Rata-rata Pemlastis Pati Kitosan ketebalan tiap gliserol (%w/v) (%w/v) (%w/v) variasi (mm) 2 0, , , , , Hasil penentuan morfologi edible film Gambar 5 Hasil SEM dari permukaan atas dan penampang melintang edible film Pada gambar terlihat bahwa edible film yang telah dibuat tidak memiliki pori Pada hasil analisa SEM untuk penampang melintang, terlihat bahwa edible film yang telah dibuat sangat rapat dan tidak berongga yang menunjukkan bahwa terdapat interaksi kimia yang baik antara pati singkong, kitosan, dan gliserol sebagai pemlastis. 9.3 Hasil uji sifat mekanik edible film Uji sifat mekanik edible film dilakukan dengan cara uji tarik dengan alat Autograph. Sifat mekanik edible film merupakan faktor penting untuk mengetahui kelayakan, dan kualitas edible film yang telah dibuat untuk digunakan sebagai kemasan. Tabel 2 Data stress, strain, dan modulus young dari edible film

8 8 Komposisi Pemlastis Stress Strain Modulus Pati Kitosan gliserol (kn/mm 2 ) (%w/v) (%w/v) (%w/v) 6 4 Berdasarkan tabel diatas dapat diketahui komposisi yang memiliki nilai nilai stress tertinggi pada komposisi pati 6 %, kitosan 4 %, dan pemlastis 4 % yaitu sebesar 0,2327 kn/mm Hasil uji swelling Uji swelling dilakukan untuk mengetahui terjadinya ikatan dalam polimer pada edible film. Uji swelling dilakukan dengan cara merendam edible film yang telah dipotong berukuran 4 x 4 cm dalam air selama 3 jam, kemudian dibiarkan pada suhu ruang hingga permukaannya tidak basah. Tabel 4 Hasil uji swelling edible film Komposisi Rata-rata Pemlastis Pati Kitosan ketebalan tiap gliserol (%w/v) (%w/v) (%w/v) variasi (mm) 2 0, , , , , Hasil uji permeabilitas dan ketahanan terhadap air Uji ini dilakukan dengan menggunakan alat sel filtrasi dead Young (kn/mm 2 ) 2 0,0259 0,1688 0, ,0432 0,1064 0, ,2327 0,0541 4, ,1027 0,0282 3, ,023 0,0195 1,17195 end dengan tekanan 2 atm. Edible film yang telah dibuat ternyata masih melewatkan air setelah 15 menit. Penelitian ini dibandingkan dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan hasil edible film yang dibuat memiliki ketahanan hingga 1,5 atm dan pada tekanan yang lebih tinggi edible film air sudah mulai terlihat merembes dari sel filtrasi dead end. Berdasarkan perbandingan tersebut penelitian ini memiliki ketahanan yang lebih besar bila dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. 9.6 Hasil uji biodegradable Pada gambar berikut terlihat bahwa plastik sudah rapuh dan terpotong-potong, dan cairan EM 4 mengalami perubahan warna dari jingga menjadi cokelat kehitaman yang berarti sudah mengalami proses biodegradasi walaupun dalam waktu singkat. a b c Gambar 4.9 Foto hasil uji biodegradasi pada hari 1 (a), hari 2 (b) hari 3 (c) KESIMPULAN Dari hasil penelitian dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

9 9 1. Edible film dari komposit pati singkong-kitosan dengan pemlastis gliserol pada komposisi optimum yaitu pati singkong 6 % (w/v), kitosan 4 % (w/v), dan pemlastis gliserol 4 % (w/v) dengan hasil karakterisasi ketebalan rata-rata 0,028 mm, tegangan 0,2327 kn/mm 2, regangan 0,0541, modulus young 4,30595 kn/mm 2, % swelling 9,83 %, memiliki nilai sifat mekanik yang lebih rendah bila dibandingkan dengan kemasan komersil yang memiliki ketebalan rata-rata 0,04 mm, tegangan 0,5219 kn/mm 2, regangan 0,1635, modulus young 3,1919 kn/mm 2. Keunggulan edible film dibandingkan dengan kemasan komersil yaitu bersifat biodegradable, sifat bahan kitosan yang anti bakteri, dan renewable. Billmeyer, Jr Textbook of Polymer Science, 3 rd edition, John Wiley and Sons., New York, Khan, T.A, 2002, Reporting Degree of Deacetylation Values of Chitosan : The Influence of Analytical Methods, J Pharm Pharmaceut Science 5(3):205-2 Lando, J.B., and Maron, S.H., 1974., Fundamental of Physical Chemistry., Macmillan Publishing Co., Inc., New York. Mahmoud, N.S, 2007, Unconventional Approach for Demineralization of Deproteinized Crustacean Shells for Chitin Production, American Journal of Biochemistry and Biotechnology 3 (1) :1-9, ISSN Schnabel, W., 1981, Polymer Degradation Principle and Practical Applications, Hanser International, New York, Toronto DAFTAR PUSTAKA Bangyekan, C, 2005, Preparation and Properties Evaluation of Chitosan- Coated Cassava Starch Films, Carbohydrate Polymers 63 (2006) Baxter, et. al., 1992, Improved Method for IR Determination of The Degree of N- acetylation of Chitosan. Intl J Biol Macromol., 14 :