PENGARU PENAMBAAN PLASTICIZER DAN CARBXYMETYL CELLULSE (CMC) TERADAP KARAKTER EDIBLE FILM Ca-ALGINAT Disusun oleh : IRMA SURYANI M0307013 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian Persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2012 This page was created using Nitro i PDF SDK trial software.
ALAMAN PENGESAAN Skripsi ini dibimbing oleh : Pembimbing I Pembimbing II Dr.rer.nat Atmanto eru W., M.Si Candra Purnawan, M.Sc NIP. 19740813 200003 2001 NIP. 19781228 200501 1001 Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada : ari : Tanggal : Anggota Tim Penguji: 1. 1... NIP. 2. 2... NIP. Disahkan oleh Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Dr. Eddy eraldy, M.Si NIP. 19640305 200003 1002 ii
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul PENGARU PENAMBAAN PLASTICIZER DAN CARBXYMETYL CELLULSE (CMC) TERADAP KARAKTER EDIBLE FILM Ca-ALGINAT adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, Juli 2012 Irma Suryani iii
ABSTRAK Irma Suryani, 2012. PENGARU PENAMBAAN PLASTICIZER DAN CARBXYMETYL CELLULSE (CMC) TERADAP KARAKTER EDIBLE FILM Ca-ALGINAT. Skripsi Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret. Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan edible film Ca-Alginat dengan penambahan plasticizer dan CMC. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh dari penambahan gliserol dan PVA sebagai plasticizer serta CMC dalam pembuatan edible film. Proses pembentukkan edible film dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu tahap pencampuran Na-Alginat dalam CaCl 2 dengan plasticizer gliserol dan PVA dengan variasi konsentrasi 3 %; 6 %; 9%; 12 % dan 15 % (b/b) serta aditif CMC 1 % (b/b) pada suhu 60 o C, tahap pengestingan pada suhu 50 o C dan tahap pengeringan menggunakan oven pada suhu 50 o C selama 24 jam. Edible film yang telah terbentuk kemudian dilakukan uji mekanik menggunakan Universal Testing Menchine (UTM). Analisa gugus fungsi dilakukan dengan FTIR. Analisa termal dilakukan dengan DTA dan TGA. asil penelitian secara visualisasi menunjukkan, edible film yang dibuat tanpa adanya penambahan plasticizer terlihat rapuh dan kering sedangkan edible film yang dibuat dengan penambahan plasticizer terlihat bening dan cenderung berminyak sedangkan edible film yang dibuat dengan penambahan plasticizer dan CMC terlihat tidak berminyak dan lebih tebal. Sedangkan pada hasil uji mekanik menunjukkan bahwa nilai kuat tarik pada edible film dengan penambahan CMC dan plasticizer lebih tinggi dari pada edible film tanpa penambahan CMC, begitu juga dengan nilai elongasi dan modulus Young. Namun peningkatan nilai tersebut tidak begitu signifikan, dikarenakan CMC yang ditambahkan hanya 1 %. Analisa hasil FTIR menunjukkan adanya interaksi intermolekuler antara Ca-Alginat, plasticizer dan CMC dalam campuran edible film terlihat dengan adanya perubahan gugus karboksil (C=) dan gugus. Termogram DTA dan TGA menunjukkan bahwa edible film Ca-Alginat mudah terdegradasi. Kata kunci : edible film, Ca-Alginat, CMC, plasticizer iv
ABSTRACT Irma Suryani, 2012. EFFECT F ADDITIN PLASTICIZER AND CARBXYMETYL CELLULSE (CMC) N CARACTER F EDIBLE FILM Ca-ALGINATE Thesis. Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas March University. The study of Ca-Alginate edible film forming with the addition of some plasticizers and the CMC has been done. The aim of this study was to determine the effect of addition of varians plasticizers and additives CMC additive for making of edible film. The process formation of edible films was done in several stages, first mixing Na-Alginate in CaCl 2 with glycerol, PVA plasticizer (w/w) with concentration of 3 %; 6 %; 9 %; 12 % and 15 % and CMC mixing 1% (w/w) with a temperature of 60 o C, casting at 50 o C and drying at 50 o C for 24 hours. Edible film was tested for mechanical using a Universal Testing Menchine (UTM). Functional group analysis was tested with FTIR. Thermal analysis was tested with DTA-TGA. The results showed that, edible film made without the addition of plasticizer was brittle and dry while with addition of plasticizer looks clear and oily while the edible films made with the addition of plasticizer and the CMC was oily and thicker. The result of the mechanical test showed that the tensile strength values in edible films with the addition of CMC and the plasticizer is higher than in edible films without the addition of CMC, as well as Young's modulus and elongation values. But the increase in value is not so significant, because the CMC is added only 1%. FTIR analysis result indicated the presence of intermolecular interactions between Ca-Alginate, plasticizer and CMC in the mix looks edible films with the change of the carboxyl group (C=) and groups. DTA and TGA thermograms showed Ca-Alginate edible film easily degraded. Keyword : Edible film, Ca-Alginate, CMC, Plasticizer v
MT Tak perlu dihitung berapa banyak keringat yang menetes, selama kita yakin kita pasti sukses, tak perlu juga buang waktu dengan banyak protes, karena orang sukses pasti menghargai proses. (Pepatah) Jadilah orang yang pandai bersyukur, karena dengan bersyukur kamu tidak akan pernah merasa kekurangan. Never regret anything, cause at one time it was exactly what you wanted. (Dwita sari) Lakukanlah apa yang seharusnya kamu lakukan asal jangan melebihi batas. As you think so you are, as imagine so you become vi
PERSEMBAAN Tiada kata yang pantas terucap, selain ucap syukur Alhamdulillah, karya kecil ini ku persembahkan untuk : Allah S. W. T., yang selalu memberiku nikmat hidup yang tak terhingga dan anugerah yang tak ternilai harganya Ibu ku, Ibu ku dan Ibu ku serta Bapak ku yang selalu memberikan pengorbanan luar biasa indah De Kris dan De Abdus yang selalu menjadi semangatku dan sekarang saatnya kalian berjuang de Mas Saysudin yang selalu sabar dan setia menemaniku dalam suka maupun duka, tetaplah jadi yang terindah dan terbaik untukku Teman-temanku Dwi. W, Furi dwi, Sisri aji, Pipit, Mbak Nuna, Melina R, Tyas, dan seluruh anggota Chemistry 07 Group terimakasih atas canda tawa kalian senang sedih kita bersama, together we can Anak-anak kos putri Srikandi, Mbak Atik n P. Wal juga adik-adik ku yang di kos Pak Dokter terimakasih atas kebersamaannya selama ini vii
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum wr. wb. Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah S. W. T. atas limpahan rahmat, hidayah dan segala karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi dengan judul PENGARU PENAMBAAN PLASTICIZER DAN CARBXYMETYL CELLULSE (CMC) TERADAP KARAKTER EDIBLE FILM Ca-ALGINAT untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan terimakasih kepada: 1. Bapak Prof. Ari andono Ramelan, M. Sc, PhD selaku Dekan FMIPA UNS. 2. Bapak Dr. Eddy eraldy, M. Si selaku ketua jurusan Kimia. 3. Bapak Dr.rer.nat Atmanto eru Wibowo, M. Si. selaku Kepala Laboratorium Pusat Kimia sekaligus dosen pembimbing I 4. Bapak Candra Purnawan, M.Sc. selaku dosen pembimbing II 5. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih., M. Si selaku penguji I 6. Ibu Dr. Sayekti Wahyuningsih., M.Si. Selaku Pembimbing Akademik sekaligus dosen penguji II 7. Bapak dan Ibu tercinta yang senantiasa selalu memberikan dukungan dan semangat. 8. Bapak/ Ibu Dosen dan seluruh staf Jurusan Kimia FMIPA UNS atas semua ilmu yang bermanfaat. 9. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS dan Sub Laboratorium Kimia, Laboratorium Pusat FMIPA UNS. 10. Teman-teman dan semua pihak yang telah membantu hingga selesainya penyusunan skripsi ini. viii
Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan membalas dengan balasan yang lebih baik. Amiin. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. leh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Namun demikian penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca. Amin. Wassalamu alaikum wr. wb. Surakarta, Juli 2012 Irma Suryani ix
DAFTAR ISI alaman ALAMAN JUDUL.... i ALAMAN PENGESAAN. ii ALAMAN PERNYATAAN.. iii ALAMAN ABSTRAK.. iv ALAMAN ABSTRACT... v ALAMAN MTT... vi ALAMAN PERSEMBAAN... vii KATA PENGANTAR.. viii DAFTAR ISI x DAFTAR TABEL xii DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv BAB I. PENDAULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah... 4 2. Batasan Masalah 5 3. Rumusan Masalah.. 5 C. Tujuan Penelitian... 5 D. Manfaat Penelitian..... 5 BAB II. LANDASAN TERI A. Tinjauan Pustaka 1. Alginat.. 7 2. Edible Film... 11 3. Plasticizer.... 15 4. Carboxymethyl Cellulose (CMC). 19 5. Metode Casting... 20 6. Karakterisasi Edible Film.. 21 x
B. Kerangka pemikiran..... 23 C. ipotesis... 27 BAB III. METDELGI PENELITIAN A. Metode Penelitian........ 28 B. Tempat dan Waktu Penelitian.. 28 C. Alat dan Bahan 1. Alat... 28 2. Bahan 29 D. Prosedur Penelitian 1. Pembuatan edible film dengan penambahan plasticizer tanpa CMC. 29 2. Pembuatan edible film dengan penambahan plasticizer dan CMC. 29 E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data.. 30 BAB IV. PEMBAASAN A. Analisa Visualisasi Film Alginat 32 B. Sifat Mekanik Edible Film Ca-Alginat 1. Kuat Tarik..... 33 2. Persen perpanjangan... 33 3. Modulus Young. 36 C. Karakterisasi Gugus Fungsi.... 37 D. Sifat Termal.... 38 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.. 41 DAFTAR PUSTAKA... 42 LAMPIRAN. 47 xi
DAFTAR TABEL Tabel 1. Kelarutan PVA dalam Air 17 Tabel 2. Karakteristik Fisik Polivinil Alkohol 17 Tabel 3. Karakteristik Gliserol 19 Tabel 4. Nilai Kuat Tarik Edible Film Tanpa CMC... 53 Tabel 5. Nilai Kuat Tarik Edible Film Dengan CMC. 54 Tabel 6. Nilai Persen Perpanjangan Edible Film Tanpa CMC... 54 Tabel 7. Nilai Persen Perpanjangan Edible Film Dengan CMC. 55 Tabel 8. Nilai Modulus Young Edible Film Tanpa CMC.. 56 Tabel 9. Nilai Modulus Young Edible Film Dengan CMC 56 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur Polimer Alginat 7 Gambar 2. Struktur Kimia Na-Alginat.. 9 Gambar 3. Pembentukan Ca-Alginat.... 10 Gambar 4. Struktur Kimia Ca-Alginat. 11 Gambar 5. Struktur Kimia PVA.... 16 Gambar 6. Struktur Kimia Gliserol... 18 Gambar 7. Struktur Kimia CMC... 20 Gambar 8. Struktur Kimia Na-Alginat.. 23 Gambar 9. Interaksi Antara Ion Ca 2+ dengan Ion Karboksilat Membentuk egg box 24 Gambar 10. Ca-Alginat Yang Terbentuk 25 Gambar 11. Ikatan idrogen Antara Gliserol dengan Ca-Alginat.. 26 Gambar 12. Ikatan idrogen Antara PVA Dengan Ca-Alginat..... 26 Gambar 13. Lima Formula Edible Film Yang Mempunyai Nilai TS Maksimum.. 32 Gambar 14. Grafik Kuat Tarik.... 33 Gambar 15. Grafik Persen perpanjangan.... 35 Gambar 16. Grafik Modulus Young 36 Gambar 17. Spektra Infra Red Edible Film.... 37 Gambar 18. asil Uji DTA-TGA Edible Film Ca-Alginat/PVA 9%... 39 Gambar 19. asil Uji DA-TGA Edible Film Ca-Alginat/PVA 9%/CMC.. 40 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram Alir... 47 Lampiran 2. Contoh Perhitungan.... 52 Lampiran 3. Proses Pembuatan Edible Film... 54 xiv
BAB I PENDAULUAN A. Latar Belakang Masalah Kemasan adalah wadah atau pembungkus yang dapat membantu mencegah atau mengurangi terjadinya kerusakan-kerusakan pada bahan yang dikemas/dibungkusnya. Menurut Syarief et al. (1988) dalam aris (2001) ada beberapa syarat yang harus dipenuhi pada kemasan yaitu: penampilan, perlindungan, fungsi, biaya dan penanganan limbahnya. Dewasa ini kemasan sintetik yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari salah satunya adalah plastik. Meskipun plastik mempunyai sifat yang kuat (tahan air, cahaya dan panas) dan murah harganya tetapi berdampak negatif terhadap kelestarian lingkungan karena sulit diuraikan oleh mikroorganisme (Lalopua, 2003). Karena sifatnya yang tidak terurai oleh mikroorganisme, maka dewasa ini mulai dikembangkan pengemas non sintetik dari bahan-bahan biopolimer yang bersifat renewable seperti polisakarida, protein, lemak dan kompositnya. Film yang dibuat dari bahan-bahan tersebut biasa disebut dengan edible film (Krochta and Mulder johnston, (1997) dalam Pranoto, (2007). Edible film merupakan suatu lapisan tipis, terbuat dari bahan yang bersifat hidrofilik dari protein maupun karbohidrat serta lemak atau campurannya (Krochta, 1992). Bahan kemasan edible film aman terhadap lingkungan dan dapat mempertahankan kualitas produk pangan dari segi gizi, warna, aroma, rasa, dan penampakan (Krochta, 1997). Selain itu, edible film adalah produk yang ramah lingkungan tanpa efek negatif, tidak seperti bahan pengemas sintetis yang tidak dapat terdegradasi selain itu juga dapat memperpanjang umur simpan produk (Yusmarlela, 2009). Selain itu, edible film harus mempunyai sifat-sifat yang sama dengan film kemasan seperti plastik, yaitu harus memiliki sifat menahan air sehingga dapat mencegah kehilangan kelembaban produk, memiliki permeabilitas selektif terhadap gas tertentu, mengendalikan perpindahan padatan terlarut untuk mempertahankan warna, pigmen alami dan gizi, serta menjadi pembawa bahan aditif seperti pewarna, pengawet dan penambah aroma yang memperbaiki mutu xv
bahan pangan (Winarno, 1984). Adapun komponen yang sering digunakan dalam pembuatan edible film dikelompokkan dalam 3 kategori yaitu hidrokoloid, lipid, dan komposit. Ketiganya mempunyai sifat termoplastik, sehingga mempunyai potensi untuk dibentuk atau dicetak sebagai film kemasan. Kelompok hidrokoloid meliputi protein, alginat, pektin, pati, derivat selulosa dan polysakarida lain. Keunggulan polimer hasil pertanian adalah bahannya yang barasal dari sumber yang terbarukan (renewable) yang dapat dihancurkan secara alami (biodegradable) (Lalopua, 2003). Alginat merupakan salah satu contoh biopolimer yang telah banyak diteliti dalam pemanfaatanya untuk edible film dan coating (Lalopua, 2003). Alginat diproduksi dari rumput laut famili phaeophyceae (Krochta and Mulder johnston, 1997 dalam Pranoto, 2007). Alginat merupakan komponen utama dari getah ganggang atau alga coklat (phaeophyceae). Spesies alga penghasil alginat yang dijumpai tumbuh secara alami di Indonesia adalah species Sargassum dan Turbinaria, dan dari kedua species tersebut Sargassum lebih mudah didapat dengan kadar alginat yang lebih besar dari Turbinaria (Lalopua, 2003). Film alginat juga tidak tahan ketika dilarutkan dalam air apabila tidak direndam dalam larutan ion multivalen (Pavlath et al., 1999 dalam Pranoto, 2007). Dengan masih berkurangnya sifat fungsional dari edible film Alginat, oleh karena itu perlu ditambahkan sejumlah kecil bahan kimia untuk memperbaiki sifat fungsional, organoleptik, nutrisi dan mekanis edible film. Film yang dihasilkan dari alginat mempunyai kelemahan yaitu mudah rusak ketika dikeringkan tetapi dapat dicegah dengan menggunakan plasticizer, contohnya adalah gliserol, polietien glikol, polivinil alkohol dan sukrosa sering dipakai untuk memodifikasi sifat mekanis film, namun inkorporasi bahan-bahan tersebut juga mempengaruhi perubahan nyata dalam sifat barriernya (Krochta et al, 1994 dalam Lalopua, 2003). Akan tetapi penambahan plasticizer dengan konsentrasi yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan menurunnya sifat-sifat fungsional edible film antara lain resistensi terhadap uap air dan sifat mekanika serta meningkatnya kelarutan film (Glicksman, 1984 dalam Lalopua, 2003). Dalam pembuatan film, plasticizer dipakai untuk memperbaiki profil film, xvi
menjaga keutuhan dan menghindari lubang dan keretakan. Plasticizer juga dapat mengatur sifat mekanis film menjadi bervariasi. Penambahan plasticizer berdampak pada fleksibilitas dari suatu edible film sehingga lebih kuat dan tidak mudah dipecah, juga mempengaruhi sifat bariernya Selain plasticizer dalam pembuatan edible film juga sering ditambahkan bahan pengisi atau filler maupun hanya sebagai bahan tambahan pendukung (aditive). Adanya bahan tambahan yang diberikan pada campuran edible film biasanya dimanfaatkan sebagai stabiliser, pengemulsi maupun sebagai surfaktan dan penguat edible film salah satu aditif yang banyak digunakan adalah Carboxymethyl Cellulose (CMC). Carboxymethyl Cellulose merupakan turunan selulosa yang sifatnya mengikat air dan sering digunakan sebagai pembentuk tekstur halus (Sanderson, 1981 dalam Indriyati, 2006). Turunan selulosa seperti CMC dengan gugus karboksimetil (-C 2 C) yang terikat ke beberapa gugus hidroksil dari monomer glukopiranosa yang bersenyawa dengan batang tubuh selulosa memiliki aplikasi potensial sebagai polimer fungsional yang ramah lingkungan karena bersifat dapat dibiodegradasi dan merupakan salah satu sumber yang terbarukan (Feng Yan, 2008 dalam Anah L, 2010) Secara umum karakteristik mekanik yang penting dari edible film adalah kuat tarik (tensile strength), kuat tusuk (puncture strength), persen pemanjangan (elongation break), dan elastisitas (elastic modulus/young modulus). Parameterparameter tersebut dapat menjelaskan bagaimana karakteristik mekanik dari bahan film yang berkaitan dengan struktur kimianya. Parameter kuat tarik menggambarkan gaya maksimum yang terjadi pada edible film Ca-Alginat selama pengukuran berlangsung. asil pengukuran ini berhubungan erat dengan jumlah plasticizer dan CMC sebagai filler yang ditambahkan pada edible film yang akan dibuat. Modulus elastis merupakan kebalikan dari persen pemanjangan, karena akan semakin menurun seiring meningkatnya jumlah plastisizer dalam film. Modulus elastisitas merupakan ukuran dasar dari kekakuan (stiffness) sebuah film (arris, 2001). xvii
Berdasarkan uraian di atas, perlu adanya penelitian untuk mengetahui pengaruh jenis dan konsentrasi plasticizer serta penambahan CMC sebagai filler terhadap karakter edible film garam alginat. B. Perumusan masalah 1. Identifikasi masalah a. Komponen edible film dikelompokkan dalam 3 kategori yaitu hidrokoloid, lipid, dan komposit. Ketiganya mempunyai sifat termoplastik sehingga mempunyai potensi untuk dibentuk atau dicetak sebagai film kemasan. Kelompok hidrokoloid meliputi protein, alginat, pektin, pati, derivat selulosa dan polisakarida lain. b. Beberapa jenis plastisizer yang dapat digunakan dalam pembuatan edible film adalah gliserol, lilin lebah, polivinil alkohol, asam laurat, asam oktanoat, asam laktat, trietilen glikol (TEG), polietilen glikol (PEG), dan sorbitol. c. Salah satu bahan tambahan yang biasa digunakan adalah selulosa dan turunannya seperti ydoxypropyl Methyl Cellulose (PMC), ydroxypropyl Cellulose (PC), Carboxymethyl Cellulose (CMC) dan Methyl Cellulose (MC). d. Suhu dimulainnya gelatinisasi pati sekitar 60,5 o C hingga 65,8 o C dan pada suhu 61,2 o C hingga 66,5 o C merupakan rentan suhu pengentalan. Pada suhu pendinginan hingga 50 o C akan sedikit menaikkan kekentalan, kecenderungan untuk terjadi retrogradasi kecil, dan juga kecil kemungkinannya terjadi kristalisasi (Santoso et al., 2004). e. Dari hasil edible film yang terbentuk akan dilakukan analisis perbedaan produk yang diperoleh dengan plasticizer yang berbeda dan dalam konsentrasi yang berbeda pula. Penganalisaan dapat menggunakan FT IR, uji Tensil Strength (TS), DTA, permeabilitas uap air (WVTR), ketebalan, biodegradabilitas, sedangkan untuk mengetahui hasil kualitatifnya dapat menggunakan Spectro Electro Microscopy (SEM)/AFM. xviii
2. Batasan Masalah a. Komponen yang digunakan untuk membuat edible film kali ini adalah termasuk golongan hidrokoloid, yaitu berupa garam alginat b. Plasticizer yang digunakan adalah gliserol dan PVA dengan variasi konsentrasi 3 % b/b, 6 % b/b, 9 % b/b,12 % b/b dan 15 % b/b dari berat Alginat. c. Bahan tambahan yang digunakan adalah turunan selulosa yaitu Carboxymethyl Cellulose d. Suhu yang digunakan dalam pencampuran larutan adalah 60 o C dan pada proses pengentalan menggunakan suhu 50 o C. e. Edible film yang diperoleh akan dikarakterisasi menggunakan FT-IR, uji TS dan DTA/TGA. 3. Rumusan Masalah a. Bagaimana pengaruh dari penambahan gliserol dan PVA sebagai plasticizer dan variasi konsentrasinya dalam pembuatan edible film Ca- Alginat? b. Bagaimana pengaruh dari penggunaan aditif CMC dalam pembuatan edible film Ca-Alginat? C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh dari penambahan gliserol dan PVA sebagai plasticizer dan variasi konsentrasinya dalam pembuatan edible film dari Ca-Alginat 2. Mengetahui pengaruh dari penggunaan CMC sebagai aditif dalam pembuatan edible film dari Ca-Alginat D. Manfaat Penelitian 1. Secara praktis, hasil dari penelitian ini dapat memberikan informasi tentang pembuatan plastik atau kemasan yang ramah lingkungan (biodegradable) xix
2. Secara teoritis, hasil penelitian ini dapat berguna untuk pengenmbangan ilmu pengetahuan tentang polimer dan lingkungan serta dapat memanfaatkan kekayaan alam Indonesia dengan maksimal. xx
BAB II LANDASAN TERI A. Tinjauan Pustaka 1. Alginat Alginat adalah polisakarida alam yang umumnya terdapat pada dinding sel dari semua spesies alga coklat (phaeophyceae). Asam alginat ditemukan, diekstraksi dan dipatenkan oleh seorang ahli kimia dari Inggris Stanford pada tahun 1880 dengan mengekstraksi Laminaria stenophylla (Anonim I, 2005). Alginat adalah polimer linear organik polisakarida yang terdiri dari monomer α-l asam guluronat (G) dan β-d asam manuronat (M) atau dapat berupa komposisi dari kedua monomer tersebut. Alginat dapat diperoleh dari ganggang coklat yang berasal dari genus Ascophyllum, Ecklonia, Durvillaea, Laminaria, Lessonia, Macrocytis, Sargasum, dan Turbinaria (Roew, 2009). a. Struktur Struktur kimia dari alginat yang terdiri dari asam (1-4)-D-manuronat dan asam α-(1-4)-l-guluronat ditunjukkan pada Gambar 1. - - G G M - - M Gambar 1. Struktur Polimer Alginat (Gokusungur and Zorlu, 2001) Struktur dasar dari monomer alginat adalah cincin tetrahydopyran. Polimer alginat dibentuk dari hubungan antara C-1 dan C-4 tiap monomer dan dihubungkan oleh ikatan eter oksigen (Penman, 1972). Polimer Alginat terdiri xxi
dari 3 jenis, yaitu polimer M (manuronat), polimer G (guluronat) dan polimer MG. Polimer M dibentuk dari struktur ekuatorial gugus C1 dan C-4 dan membentuk polimer lurus, sedangkan polimer G dibentuk dari struktur polimer ini menyebabkan polimer G lebih banyak digunakan untuk proses pembentukan gel alginat dengan penambahan ion Ca 2+. Ion tersebut akan menggantikan ion + pada gugus karboksilat dan membentuk jembatan ion penghubung antara polimer G yang satu dengan yang lainnya. ubungan antar polimer G ini akan membentuk struktur egg box (Goksungur and Zorlu, 2001). b. Sifat Kelarutan alginat dan kemampuannya mengikat air bergantung pada jumlah ion karboksilat, berat molekul, dan p. Kemampuan mengikat air akan meningkat jika jumlah ion karboksilat semakin banyak dan jumlah residu kalsium alginat kurang dari 500, sedangkan pada p kurang dari 3 terjadi akan mengendap (Mcugh, 2003). Alginat memiliki sifat-sifat utama : 1. Dapat larut dalam air serta meningkatkan viskositas larutan 2. Dapat membentuk gel 3. Dapat membentuk film (natrium atau kalsium alginat) dan serat (kalsium alginat) (Wandrey, 2005). c. Kegunaan Alginat dapat digunakan dalam berbagai bidang industri antara lain makanan, tekstil, farmasi, dan kosmetik, tetapi pada umumnya, alginat banyak digunakan dalam bidang tekstil (50 %) dan makanan (30 %) (McCormick, 2001). Dalam industri tekstil, alginat digunakan sebagai pengental untuk pasta yang mengandung zat pewarna. Alginat tidak bereaksi dengan zat pewarna dan dengan mudah dicuci dari tekstil sehingga alginat menjadi pengental yang terbaik untuk zat pewarna (Mcugh, 2003). Dalam bidang makanan, sifat kekentalan alginat dapat digunakan dalam pembuatan saus serta sirup, sebagai penstabil dalam pembuatan es krim (Mcugh, 2003). Membran Ca-alginat juga digunakan sebagai pembungkus ikan, buah, daging xxii
dan makanan lain untuk mengawetkannya (McComick, 2001), merupakan pembungkus alternatif karena dapat dimakan dan mudah terurai oleh mikroorganisme sehingga bersifat ramah lingkungan (Stading, 2003). Dengan kemampuannya yang dapat membentuk gel, maka alginat dapat digunakan sebagai emulsifier, pengental dan stabilizer dalam industri. Sifat hidrofilik alginat dapat dimanfaatkan untuk mengikat air dalam proses pembekuan makanan. Pada makanan yang dibekukan, polimer ini dapat mempertahankan jaringan makanan. Selain itu, polimer ini dapat digunakan sebagai emulsi lemak dalam pembuatan agar (mengenyalkan), menjaga tekstur, serta menghasilkan rasa yang enak dalam pembuatan puding (Yulianto, 1998). Dengan melalui reaksi kimia, gel kalsium alginat dapat terbentuk, dimana ion kalsium akan menggantikan natrium dalam alginat, kemudian mengikat molekul-molekul alginat yang panjang hingga terbentuk gel. Adapun struktur kimia dari Na-Alginat ditunjukkan pada Gambar 2. Na Na Na Na Gambar 2. Struktur Kimia Na-Alginat Ketika 2 blok G tersusun paralel, akan terbentuk pola rantai seperti lubang yang sangat ideal untuk pengikatan kalsium. Proses pengikatan kalsium ini menyerupai telur dalam kotaknya (egg in an egg box), seperti pada Gambar 3. xxiii
Gambar 3. Pembentukan Ca-Alginat (egg box dalam gel Ca-Alginat) Kekuatan dari gel yang terbentuk dengan penambahan garam kalsium bervariasi dari satu alginat dengan alginat lainnya. Alginat dengan kandungan G yang tinggi akan lebih kuat dibandingkan dengan alginat dengan kandungan M yang tinggi. Seperti Macrocystis memberikan alginat dengan viskositas yang sedang, Sargassum memberikan hasil viskositas yang rendah, Laminaria digitata menghasilkan kekuatan gel lembut sampai sedang sementara Laminaria hyperborea dan Durvillaea menghasilkan gel yang kuat (Mcugh, 2003). Alginat dapat membentuk gel dengan adanya kation-kation divalent seperti Ca 2+, Mn 2+, Cu 2+ dan Zn 2+, dimana ikatan silang terbentuk karena adanya kompleks khelat antara ion-ion divalent dengan anion karboksilat dari blok G-G (Inukai, 1999). Sedangkan struktur dari Ca-Alginat yang terbentuk ditunjukkan pada Gambar 4. This page was created using Nitro xxiv PDF SDK trial software.
- - - - Ca 2+ - - - - Gambar 4. Struktur Kimia Ca-Alginat 2. Edible Film Edible film diaplikasikan pada makanan dengan cara pembungkusan, pencelupan, penyikatan atau penyemprotan. Bahan-bahan hidrokoloid dan lemak atau campuran keduanya dapat digunakan dalam pembuatan edible film. Diantaranya dalah protein (gelatin, kasein, protein kedelai, protein jagung dan gluten gandum) dan karbohidrat (pati, alginat, pektin, gum arab dan modifikasi karbohidrat lainnya), sedangkan lipid yang digunakan adalah lilin/wax, gliserol dan asam lemak (Syamsir, 2008). Prinsip pembentukan edible film adalah interaksi antara rantai polimer dengan hasil berupa agregat polimer yang lebih besar dan stabil (Syamsir, 2008). Merurut Christsania (2008) edible packaging pada bahan pangan pada dasarnya dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: edible film, edible coating, dan enkapsulasi. al yang membedakan edible coating dengan edible film adalah cara pengaplikasiannya. Edible coating langsung dibentuk pada produk, sedangkan pada edible film pembentukannya tidak secara langsung pada xxv
produk yang akan dilapisi/dikemas. Enkapsulasi adalah edible packaging yang berfungsi sebagai pembawa zat flavor berbentuk serbuk. a. Fungsi Edible Film Edible film berfungsi sebagai penghambat perpindahan uap air, menghambat pertukaran gas, mencegah kehilangan aroma, mencegah perpindahan lemak, meningkatkan karakteristik fisik film, dan sebagai pembawa zat aditif. Edible film yang terbuat dari lipida dan juga film dua lapis (bilayer) ataupun campuran yang terbuat dari lipida dan protein atau polisakarida pada umumya baik digunakan sebagai penghambat perpindahan uap air dibandingkn dengan edible film yang hanya terbuat dari protein dan polisakarida dikarenakan lebih bersifat hidrofobik (ui, 2006). Jumlah karbondioksida dan oksigen yang berkontak dengan produk merupakan salah satu aspek yang harus diperhatikan untuk mempertahan kualitas produk yang dapat mengakibatkan umur simpan produk. Film yang terbuat dari protein dan polisakarida pada umumnya sangat baik sebagai penghambat perpindahan gas, yang dapat mencegah oksidasi lemak. Komponen volatil yang hilang atau yang diserap oleh produk dapat diatur dengan melakukan pelapisan edible coating atau film (ui, 2006). Edible film dapat dikombinasikan dengan bahan tambahan makanan dan substansi lain untuk mempertinggi kualitas warna, aroma, dan tekstur produk, untuk mengontrol pertumbuhan mikroba, serta untuk meningkatkan seluruh kenampakan. Asam benzoat, natrium benzoat, asam sorbat, potasium sorbat, dan asam propionat merupakan beberapa antimikroba yang ditambahkan pada edible film untuk menghambat pertumbuhan mikroba. Asam sitrat, asam askorbat, dan ester lainnya, Butylated ydroxyanisole (BA), Buthylated ydroxytoluen (BT), Tertiary Butylated ydroxyquinone (TBQ) merupakan beberapa antioksidan yang ditambahkan pada edible film. Selain itu juga bahan-bahan yang berfungsi sebagai stabilizer sering ditambahkan untuk meningkatkan kestabilan dan mempertahankan komposisi gizi dan warna xxvi
makanan dengan mencegah oksidasi ketengikan, degradasi, dan pemudaran warna (discoloration) (Krochta et al., 1994). b. Bahan Baku Edible Film Komponen penyusun edible film dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu; hidrokoloid, lipida, dan komposit. idrokoloid yang cocok antara lain senyawa protein, turunan selulosa, alginat, pektin, pati dan polisakarida lainnya. Lipida yang biasa digunakan waxes, asilgliserol, dan asam lemak. Sedangkan komposit merupakan gabungan lipida dengan hidrokoloid (Donhowe and Fennema, 1994 dalam Krochta et al., 1994). (1). idrokoloid idrokoloid yang digunakan dalam pembuatan edible film adalah protein atau karbohidrat. Film yang dibentuk dari karbohidrat dapat berupa pati, gum (seperti alginat, pektin, dan gum arab), dan pati yang dimodifikasi secara kimia. Pembentukan film berbahan dasar protein antara lain dapat menggunakan gelatin, kasein, protein kedelai, protein whey, gluten gandum, dan protein jagung. Film yang terbuat dari hidrokoloid sangat baik sebagai penghambat perpindahan oksigen, karbondioksida, dan lemak, serta memiliki karakteristik mekanik yang sangat baik, sehinggga sangat baik digunakan untuk memperbaiki struktur film agar tidak mudah hancur (Donhowe and Fennema, 1994 dalam Krochta et al., 1994). Polisakarida sebagai bahan dasar edible film dapat dimanfaatkan untuk mengatur udara sekitarnya dan memberikan ketebalan atau kekentalan pada larutan edible film. Pemanfaatan dari senyawa yang berantai panjang ini sangat penting karena tersedia dalam jumlah yang banyak, harganya murah, dan bersifat nontoksik (Krochta et al., 1994). Beberapa jenis protein yang berasal dari protein tanaman dan hewan dapat membentuk film seperti zein jagung, gluten gandum, protein kedelai, protein kacang, keratin, kolagen, gelatin, kasein, dan protein dari whey susu, karena sifat dari protein tersebut yang mudah membentuk film. Albumin telur xxvii
dapat digunakan sebagai bahan pembentuk film yang baik, yang dikombinasikan dengan gluten gandum, dan protein kedelai (Krochta et al., 1994). Kelebihan edible film yang dibuat dari hidrokoloid diantaranya memiliki kemampuan yang baik untuk melindungi produk terhadap oksigen, karbondioksida dan lipid serta memiliki sifat mekanis yang diinginkan dan meningkatkan kesatuan struktural produk. Kelemahaannya film dari karbohidrat kurang bagus untuk mengatur migrasi uap air, sementara film dari protein sangat dipengaruhi oleh perubahan p (Syamsir, 2008). (2). Lipida Film yang berasal dari lipida sering digunakan sebagai penghambat uap air, atau bahan pelapis untuk meningkatkan kilap pada produk-produk kembang gula. Film yang terbuat dari lemak murni sangat terbatas, dikarenakan lemak murni menghasilkan kekuatan struktur film yang kurang baik (Krochta et al., 1994). Karakteristik film yang dibentuk oleh lemak tergantung pada berat molekul dari fase hidrofilik dan fase hidrofobik, rantai cabang, dan polaritasnya. Lipida yang sering digunkan untuk edible film antara lain lilin (wax) seperti parafin dan carnauba, asam lemak, monogliserida, dan resin (ui, 2006). Jenis lilin yang masih digunakan hingga sekarang yaitu carnauba. Alasan mengapa lipida ditambahkan dalam edible film adalah untuk memberi sifat hidrofobik (Krochta et al., 1994). Kelebihan edible film dari lipid adalah kemampuannya yang baik untuk melindungi produk dari penguapan air atau sebagai bahan pelapis untuk mengoles produk konfeksioneri (Syamsir, 2008). (3). Komposit Komposit film terdiri dari komponen lipida dan hidrokoloid. Aplikasi dari komposit film dapat dalam bentuk lapisan satu-satu (bilayer), di mana satu lapisan berasal dari bahan hidrokoloid dan satu lapisan lain yang berasal dari lipida, atau dapat berupa gabungan lipida dan hidrokoloid dalam satu xxviii
kesatuan film. Gabungan dari hidrokolid dan lemak digunakan dengan maksud untuk mengambil keuntungan dari komponen-komponen yang ada pada lipida dan hidrokoloid dimana lipida dapat meningkatkan ketahanan terhadap penguapan air dan hidrokoloid dapat memberikan daya tahan. Film gabungan antara lipida dan hidrokoloid ini dapat digunakan untuk melapisi buah-buahan dan sayuran yang telah diolah secara minimal (Donhowe and Fennema, 1994 dalam Krochta et al., 1994). Edible film dari komposit (gabungan hidrokoloid dan lipid) dapat meningkatkan fungsional dari film dimana kedua sifat hidrokoloid dan lipid saling mendukung sehingga dapat mengurangi kelemahannya (Syamsir, 2008). 3. Zat Pemlastis (Platicizer) Plasticizer adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan dengan maksud untuk mengurangi 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 suhu pelelehan polimer. Pada daerah diatas Tg, bahan polimer menunjukkan sifat fisik dalam keadaan lunak (soft) seperti karet (rubbery), sebaliknya di bawah Tg polimer dalam keadaan sangat stabil seperti gelas (glassy). Plasticizer juga akan bekerja sebagai internal lubricants dengan mereduksi gaya (frictional force) diantara rantai polimer, dimana karakteristik mekanik dari polimer akan berubah (Paramawati, 2001). Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi jika ditambahkan pada material lain dapat merubah sifat material tersebut. Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekuler dan meningkatkan fleksibilitas film atau menurunkan sifat barrier film. Gliserol merupakan plasticizer yang efektif karena memiliki kemampuan untuk mengurangi ikatan hidrogen enternal pada ikatan intermolekuler, plasticizer ditambahkan pada pembuatan edible film untuk mengurangi kerapuhan, meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan film terutama jika xxix
disimpan pada suhu rendah (Teknopangan dan Argoindustri, 2008). Komponen yang cukup mempunyai pengaruh besar dalam pembuatan edible film adalah plasticizer dimana plasticizer berfungsi untuk : meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas film, menghindari film dari keretakan, meningkatkan permeabilitas terhadap gas, uap air dan zat terlarut dan meningkatkan elastisitas film. Beberapa jenis plasticizer yang dapat digunakan dalam pembuatan edible film adalah gliserol, lilin lebah, polivinil alkohol dan sorbitol (Julianti dan Nurminah, 2007). a. Poly Vinyl Alcohol (PVA) Poly Vinyl Alcohol merupakan suatu bahan yang memiliki sifat tidak berbau, tembus cahaya, berwarna putih atau krim berbentuk butiran kecil. Bahan ini digunakan untuk selaput pelindung atau film dalam pembuatan tablet-tablet, tambahan makanan. Struktur dari Poly Vinyl Alcohol (secara parsial hydrolyzed) ditunjukkan pada Gambar 5. 2 C C 2 C C Dimana R = atau CC 3 Gambar 5. Struktur Kimia PVA PVA merupakan salah satu polimer yang mempunyai sifat hidrofilik dan perekat. PVA dijual dalam bentuk emulsi di air, sebagai bahan perekat untuk baha-bahan berpori, khususnya kayu. PVA juga digunakan secara luas untuk mengelem bahan-bahan lain seperti kertas, kain dan rokok. Polivinil alkohol juga umum digunakan dalam percetakan buku karena fleksibilitasnya dan tidak bersifat asam seperti banyak polimer lain. Polivinil alkohol juga sering dijadikan kopolimer bersama akrilat (yang lebih mahal), digunakan pada kertas dan cat. Kopolimer ini disebut vinil akrilat. Polivinil alkohol ini juga bisa digunakan untuk melindungi keju dari jamur dan kelembaban. xxx
Adapun sifat kelarutan yang dimiliki PVA di dalam air dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Kelarutan PVA dalam Air Safonifikasi Air dingin Air panas (penyabunan) 92% atau di atas membengkak Larut 80% Larut Tidak larut 50% atau dibawah Tidak larut Tidak larut (Sinaga, 2009) PVA merupakan suatu polimer hidrofilik, dimana didalamnya terdapat gugus hidroksil. Perulangan gugus hidroksil dalam PVA akan menghasilkan interaksi-interaksi sekunder yang kuat dengan gugus silanol. (Suzuki et al., 2000). Di dalam industri pangan, PVA digunakan sebagai bahan pelapis, karena sifatnya kedap terhadap uap air. PVA mampu menjaga komponen aktif dan bahan lainnya yang terkandung di dalam bahan dari kontak dengan oksigen. Secara komersial, PVA adalah plastik yang paling penting dalam pembuatan film yang dapat larut dalam air. al ini ditandai dengan kemampuannya dalam pembentukan film, pengemulsi, dan sifat adesifnya. PVA memiliki kekuatan tarik yang tinggi, fleksibilitas yang baik, dan sifat penghalang oksigen yang baik. Adapun karakteristik fisik dari PVA dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Karakter Fisik Polivinil Alkohol Karakter Nilai Densitas 1,19-1,31 g/cm 3 Titik leleh 180-240 o C Titik didih 228 o C Suhu penguraian 180 o C (gur, 2005) xxxi
b. Gliserol Salah satu alkil trihidrat yang penting adalah gliserol (propa- 1,2,3 triol) C 3 5 () 3. Senyawa ini kebanyakan ditemui hampir semua lemak hewani dan minyak nabati sebagai ester gliserin dari asam palmitat dan oleat (Austin, 1985). Gliserol adalah senyawa yang netral, dengan rasa manis tidak berwarna, berupa cairan kental dengan titik lebur 20 C dan memiliki titik didih 290 C, dapat larut sempurna dalam air dan alkohol, tetapi tidak dalam minyak. (Anonymous, 2006) Senyawa ini bermanfaat sebagai anti beku (anti freezing) dan juga merupakan senyawa yang higroskopis, sehingga banyak digunakan untuk mencegah kekeringan pada tembakau, pembuatan parfum, tita, kosmetik, makanan dan minuman lainnya (Austin, 1985). Gliserol dapat digunakan untuk gliserolisis lemak atau metil ester, untuk membentuk gliserolat monogliserida, digliserida dan trigliserida. Gliserol mengandung tiga gugus hidroksi yang terdiri dari dua gugus alkohol primer dan satu gugus alkohol skunder. Atom karbon yang terdapat dalam gliserol dapat ditunjukkan sebagai atom karbon α, β dan γ (Nouriedden et al., 1992). Struktur dari gliserol yang mengandung tiga gugus hidroksi disajikan pada Gambar 6. Gambar 6. Struktur Kimia Gliserol Dalam hal lain, struktur gliserol yang mempunyai gugus alkohol sekunder dan dua gugus alkohol primer, akan memberikan banyak kemungkinan terjadinya reaksi (Finar, 1980). Sedangkan karakteristik dari gliserol ditampilkan pada Tabel 3. xxxii
Tabel 3. Karakteristik Gliserol Karakter Nilai Massa Molar 92,09382 g/mol Density 1,261 g/cm 3 Titik leleh 18 o C Titik didih 290 o C Viskositas 1,5 Pa.s (Christianty, 2009) Secara umum senyawa poliol (polihidroksi termasuk gliserol) dari berbagai sumber banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan industri seperti halnya ester poliol dari senyawa sakarida dengan asam lemak yang digunakan sebagai bahan surfaktan, senyawa ini juga digunakan dalam formulasi bahan makanan, kosmetik maupun obat-obatan. Demikian juga dalam industri polimer, senyawa poliol banyak digunakan sebagai plasticizer maupun pemantap. Senyawa poliol ini dapat diperoleh dari hasil industri petrokimia, maupun langsung dari transformasi minyak nabati dan olahan industri oleokimia. Dibandingkan dengan hasil industri petrokimia, senyawa poliol dari minyak nabati dan industri oleokimia dapat diperbaharui, sumbernya mudah diperoleh, dan juga ramah lingkungan karena mudah terdegradasi dalam alam (Goudung et al., 2004) 4. Carboxymethyl Cellulose (CMC) CMC merupakan derivate dari selulosa dengan sifat yang dapat mengikat air dan sering digunakan sebagai pembentuk tekstur halus (Sanderson, 1981). Fennema (1996) menambahkan bahwa Carboxymethyl Cellulose (CMC) adalah eter asam karboksilat turunan selulosa yang berwarna putih, tidak berbau, padat, dan digunakan sebagai bahan penstabil. CMC merupakan koloid hidrofilik yang efektif untuk mengikat air, sehingga akan memberikan tekstur yang seragam, meningkatkan kekentalan, dan cenderung membatasi pengembangan (Purvitasari, 2004). CMC dibuat dari selulosa yang direaksikan dengan larutan Na, kemudian selulosa alkalis tersebut direaksikan dengan sodium xxxiii
monokloroasetat (Glicksman, 2000). CMC terdiri atas molekul panjang dan cukup kaku yang mengandung muatan negatif. Molekul-molekul pada larutan merenggang karena daya tolak menolak antar segmen rantai. Selanjutnya, rantai tolak menolak satu sama lain sehingga menghasilkan larutan yang sangat kental (Krochta et al., 1994). Struktur kimia CMC disajikan pada Gambar 7. 2 C - 2 C - - 2 C Gambar 7. Struktur Kimia Carboxymethyl Cellulose (CMC) Turunan selulosa yang dikenal dengan carboxylmetyl cellulose (CMC) sering dipakai dalam industri makanan untuk mendapatkan tekstur yang baik, misalnya pada pembuatan es krim. Pemakaian CMC akan memperbaiki tekstur dan kristal laktosa yang terbentuk akan menjadi lebih halus. CMC juga sering dipakai dalam bahan makanan untuk mencegah terjadinya retrogradasi. CMC memiliki gugus karboksil, maka viskositasnya dipengaruhi oleh p larutan, dimana p optimumnya adalah 5 dan apabila p terlalu rendah (< 3) maka CMC akan mengendap (Winarno, 1997). 5. Metode Casting Metode casting merupakan salah satu metode yang sering digunakan untuk pembuatan film. Pada metode ini, protein atau polisakarida didispersikan pada campuran air dan plasticizer, selanjutnya dilakukan proses pengadukan. Setelah pengadukan dan pengaturan p, lalu sesegera mungkin campuran tadi dipanaskan dalam beberapa waktu dan dituangkan pada casting plate. Setelah dituangkan, selanjutnya dibiarkan mengering dengan sendirinya pada kondisi lingkungan dan waktu tertentu. Film yang telah mengering kemudian xxxiv
dilepaskan dari cetakan (casting plate) yang selanjutnya dilakukan pengujian terhadap karakteristik yang dihasilkan. (ui, 2006). Menurut Bourtoom (2007) tidak ada metode standar dalam pembuatan edible film, yang menyebabkan diperolehnya film dengan fungsi dan karakteristik fisikokimia berbeda. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan dalam pembuatan edible film berbasis pati, pada umumnya dilakukan penambahan hidrokoloid dan plasticizer agar didapatkan karakteristik film yang baik. idrokoloid berfungsi untuk membentuk struktur film agar tidak mudah hancur. Plasticizer berfungsi untuk meningkatkan elastisitas dari film dengan mengurangi derajat ikatan hidrogen dan meningkatkan jarak antar molekul dari polimer (ui, 2006). Penggunaan plasticizer yang terlampau banyak akan meningkatkan permeabilitas terhadap uap air (Dohowe and Fennema, 1994 dalam Krochta et al., 1994; ui, 2006 ). Menurut Santoso et al. (2004) pembuatan larutan edible film komposit antara bahan bersifat hidrofobik dengan hidrofilik, harus ditambahkan emulsifier agar larutan lebih stabil. 6. Karakterisasi Edible Film a. Pengujian Sifat Mekanik Penggunaan bahan polimer sebagai bahan industri sangat tergantung pada sifat mekanisnya. Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik (σ), Modulus Young (E) dam elongasi (ε). Kekuatan tarik (Tensile Strength, TS) mengacu pada ketahanan terhadap tarikan. Kuat tarik diukur dengan menarik spesimen dengan gaya tertentu (Sopyan, 2001). Kekuatan tarik dapat dihitung berdasarkan rumus : σ = Fmaks A Keterangan : σ = kekuatan tarik bahan (kf F/mm 2 ) F = tegangan maksimum (kg F) A = luas penampang bahan (mm 2 ) xxxv
Semakin besar berat molekul suatu komposit maka gaya yang dibutuhkan untuk menarik komposit sampai patah juga semakin besar. Dengan demikian, kuat tariknya juga semakin besar. Elongasi atau persen perpanjangan (ε) adalah perubahan panjang dari suatu spesimen akibat gaya yang diberikan (Christianty, 2009). Persen perpanjangan dapat dihitung berdasarkan rumus: ε = l lo x 100 % lo Keterangan: l = Panjang spesimen setelah Uji Tarik (mm) lo = Panjang spesimen awal (mm) ε = Persen perpanjangan (%) Modulus Young (E) atau modulus elastis merupakan perbandingan antara kuat tarik dengan regangan. Suatu material yang kaku mempunyai modulus Young tinggi dan berubah bentuknya sedikit di bawah beban elastis. Sedangkan suatu material fleksibel mempunyai modulus Young yang rendah dan berubah bentuknya dengan sangat mudah (astomo B, 2009). Modulus Young dapat dihitung dengan : Modulus Young (E) = Kuat tarik (σ) Elongasi (ε) Dimana : E = Modulus Young (MPa) σ = Kuat Tarik (MPa) ε = Elongation/Persen perpanjangan (%) b. Spektrofotometer Infra Merah Spektrofotometer Infra Merah (FTIR) merupakan suatu alat yang digunakan untuk menentukan gugus fungsi berdasarkan serapan tertentu yang dihasilkan oleh interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik. Spektrum dihasilkan dari molekul yang menyerap energy (E = hυ) sehingga terjadi vibrasi dan vibrasi-rotasi (Billmeyer, 1984). Vibrasi dipengaruhi oleh factor primer dan xxxvi
sekunder. Faktor primer antara lain kekuatan ikatan, massa tereduksi serta efek massa sekunder. Sedangkan faktor sekunder antara lain vibrasi kopling, ikatan hidrogen, efek elektronik, sudut ikatan dan efek medan (Kemp, 1987). c. Analisi Termal Differential Thermal Analysis (DTA) polimer berguna untuk pengukuran sifat polimer terhadap fungsi suhu yang dilakukan dengan cara merekam perbedaan suhu antara sampel dengan material pembanding dalam kondisi suhu yang sama. Suatu sampel polimer dan material pembanding dipanaskan, biasanya dalam atmosfer nitrogen, dan kemudian transisi-transisi termal dalam sampel tersebut dideteksi dan diukur. Sampel dan referensi dipanaskan oleh sumber pemanasan yang sama dan dicatat perbedaan suhu ( T) antara keduanya (Sopyan, 2001). Perubahan suhu tersebut diukur sebagai fungsi suhu sampel dan batasi pada sifat endotermal dan eksotermal, diantaranya pelelehan, penguapan, degradasi oksidasi, dan dekomposisi. asil pengukurannya disajikan dalam termogram seperti yang ditunjukkan B. Kerangka Pemikiran Alginat merupakan salah satu contoh biopolimer. Alginat mempunyai komponen polimer yang berupa polisakarida (karbohidrat) yang mana bersifat termoplastik sehingga berpotensi untuk dibentuk atau dicetak sebagai film kemasan. Natrium alginat dapat membentuk suatu film jika dalam bentuk Ca-Alginat. Gambar 8 menunjukkan struktur Na-Alginat. Na Na Na Na Gambar 8. Struktur Kimia Na-Alginat xxxvii
Ketika natrium alginat yang telah dicampur dengan CaCl 2, maka akan terjadi ikatan silang dan membentuk khelat antara ion-ion divalent dengan anion karboksilat dari blok GG dan setiap ion kalsium dapat melekat pada dua untaian polimer. Proses pengikatan kalsium ini menyerupai model egg box. Interaksi pembentukkan khelat antara ion Ca 2+ dengan ion karboksilat dari gugus GG ditunjukkan pada Gambar 9. Gambar 9. Interaksi antara Ion Ca 2+ dengan Ion Karboksilat dari Gugus GG Membentuk Model egg box. Dengan terbentuknya khelat mengakibatkan Ca-Alginat lebih hidrofobik dari Na-Alginat, karena kemungkinan untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air lebih kecil, dimana δ+ pada Ca-Alginat lebih sedikit dibandingkan dengan Na-Alginat yang masih mempunyai banyak δ+ sehingga Ca-Alginat dapat membentuk gel yang bisa digunakan sebagai matrik dari pembuatan edible film. This page was created using Nitro xxxviii PDF SDK trial software.
Sedangkan struktur dari Ca-Alginat yang terbentuk Gambar 10. dapat dilihat pada - - - - Ca 2+ - - - - Gambar 10. Ca-Alginat yang Terbentuk Dalam pembuatan film juga dibutuhkan suatu zat tambahan yaitu zat pemlastis, dimana zat pemlastis ini berungsi untuk meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas film, menghindari film dari keretakan, meningkatkan permeabilitas terhadap gas, uap air dan zat terlarut dan meningkatkan elastisitas film. Dengan adanya penambahan gliserol dan PVA sebagai plasticizer, interaksi yang terjadi antara Ca-Alginat dengan gliserol adalah berupa ikatan hidrogen. Kemungkinan interaksi yang terjadi antara Ca-Alginat dengan gliserol dan PVA secara berurutan disajikan pada Gambar 12 dan 13. xxxix
- - Ca 2 - - - - 2 C - C C 2 - Gambar 11. Ikatan idrogen antara Gliserol dengan Ca-Alginat - Ca 2+ - - - - - 2 2 C C C C - 2 C C - C 2 Gambar 12. Ikatan idrogen antara PVA dengan Ca-Alginat xl
Penambahan CMC dapat meningkatkan sifat fungsional dari edible film tersebut. Dengan adanya gugus karboksil pada CMC dapat memudahkan pembentukan ikatan antara ketiga komponen penyusun edible film tersebut. Sehingga diharapkan dapat saling mendukung kekuatan ikatan. C. ipotesis 1. Dengan meningkatnya penambahan konsentrasi plasticizer maka kuat tarik akan menurun, persen perpanjangan akan naik dan nilai modulus Young akan turun. 2. Dengan penambahan Carboxymethyl Cellulose dapat meningkatkan nilai kuat tarik, persen perpanjangan dan modulus Young. xli
BAB III METDE PENELITIAN A. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen laboratorium. Edible film garam alginat dibuat dengan cara pendispersikan garam alginat dengan aquades dan penambahan plasticizer. Pencampuran dilakukan dengan proses pemanasan, dimana campuran garam alginat dan plasticizer dipanaskan hingga suhu 60 o C sambil diaduk, kemudian didinginkan hingga suhu 50 o C dan dilakukan pencetakan dengan metode casting. Campuran yang bersuhu 50 o C dituangkan pada casting plate, setelah dituangkan kemudian dioven pada suhu 60 o C kurang lebih selama 24 jam. Setelah kering edible film yang telah jadi dilepaskan dari cetakan dan dilakukan pengujian terhadap sifat fisika edible film yang dihasilkan. B. Tempat dan waktu penelitian Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Pusat Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta serta di Laboratorium Material Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik UGM. Waktu penelitian dari ktober 2011-Maret 2012. C. Alat dan Bahan 1. Alat 1. Neraca Analitik (Sartorius), 2. ot plate Daiki, Stirrer eidolph and Agitateur Magnetique 35011, 3. Seperangkat alat gelas pyrex, 4. Termometer 100 o C, 5. Pengaduk kaca, 6. Spatula, xlii
7. ven ammer 8. Plat kaca ukuran 23 x 23 cm 9. Seperangkat alat uji tarik (Universal Testing Mechine), 10. Seperangkat alat termal differensial, 11. Seperangkat alat FT-IR (Shimadzu) 2. Bahan 1. Aquades (Laboratorium Pusat MIPA UNS), 2. Sodium alginat teknis (Brataco), 3. CaCl 2 teknis (Brataco), 4. PVA p.a (Brataco), 5. Gliserol teknis (Brataco) dan 6. CMC (Carboxymetil cellulose) teknis (Brataco). D. Prosedur penelitian 1. Pembuatan edible film dengan penambahan plasticizer tanpa CMC Dalam pembuatan edible film hal pertama yang dilakukan adalah mencampurkan 2 gram alginat dengan 1,44 gram CaCl 2 dan plasticizer dengan variasi konsentrasi 3 %; 6 %; 9 %; 12 %; 15 % (b/b) dalam aquades sebanyak 50 ml. Setelah ditambah aqudes, campuran kemudian diaduk dengan stirer hingga homogen. Selanjutnya larutan homogen dipanaskan hingga 60 o C sambil distirer. Setelah suhu mencapai 60 o C larutan didinginkan hingga suhu 50 o C kemudian dicetak pada plat kaca dan di keringkan pada oven bersuhu 60 o C selama 24 jam 2. Pembuatan edible film dengan penambahan plasticizer dan CMC a. Larutan CMC Sebanyak 0,7644 gram CMC dilarutkan dalam 25 ml aquades dan diaduk hingga homogen. b. Larutan edible film Campuran homogen yang berisi 2 gram alginat dengan 1,44 gram CaCl 2 dan plasticizer dengan variasi konsentrasi 3 %; 6 %; 9 %; xliii
12 %; 15 % (b/b) dalam 50 ml aquades kemudian ditambahkan larutan CMC yang telah dibuat sambil distirer. Setelah homogen, campuran kemudian dipanaskan hingga 60 o C sambil distirer. Setelah suhu mencapai 60 o C larutan didinginkan hingga suhu 50 o C lalu dicetak pada plat kaca dan di keringkan pada oven bersuhu 60 o C selama 24 jam E. Teknik Pengumpulan Data Pengumpulan data pertama adalah data dari penentuan sifat mekanik edible film dengan pengujian kekuatan tarik, persen perpanjangan dan modulus Young menggunakan Universal Testing Menchine (UTM). Komposisi optimum yang diperoleh dari hasil pengukuran kuat tarik dilakukan karakterisasi gugus fungsi dengan FT-IR untuk mengetahui pergeseran panjang gelombang yang terjadi dan selanjutnya di lakukan uji termal untuk mengetahui degradasi bahan edible film yang digunakan. F. Teknik Analisa Data Data-data dalam penelitian yang diperoleh dari beberapa pengujian dapat dianalisa, diantaranya: 1. Spektra FT-IR menunjukkan perubahan gugus fungsi alginat dan plasticizer yang digunakan serta CMC pada spektra edible film yang terbentuk. 2. Pengujian sifat mekanik yang diperoleh meliputi kekuatan tarik, persen perpanjangan dan modulus Young. Pengujian kekuatan tarik akan menghasilkan data gaya maksimum dan panjang setelah dilakukan penarikan. Kekuatan tarik dapat ditentukan dengan rumusan : σ = Fmaks A Keterangan : σ = kekuatan tarik bahan (kf F/mm 2 ) F = tegangan maksimum (kg F) A = luas penampang bahan (mm 2 ) xliv
Semakin kuat suatu bahan, maka kekuatan tariknya akan semakin besar. Kondisi optimum terhadap sifat mekanik akan ditentukan dari besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan serta masih bersifat termoplastik. Elongasi (ε) adalah persen perpanjangan suatu material dimana dapat dilihat kemuluran dari suatu material, setelah diberikan gaya maksimum. Semakin tinggi persen perpanjangannya maka bahan tersebut mempunyai keelastisitasan yang tinggi. Elongasi dapat ditentukan dengan rumus : ε = l lo x 100 % lo Keterangan : ε = persen perpanjangan (%) l = panjang setelah perlakuan lo = panjang sebelum perlakuan Modulus Young (E) atau modulus elastisitas merupakan perbandingan antara kekuatan tarik dengan regangan. Suatu material fleksibel (ulet) mempunyai modulus Young yang rendah dan berubah bentuknya dengan sangat mudah. Modulus Young dapat dihitung dengan rumus : Modulus Young (E) = Kuat tarik (σ) Persen perpanjangan (ε) Dimana : E = Modulus Young (MPa) σ = Kuat tarik (kf F/mm 2 ) ε = Persen perpanjangan (%) xlv
BAB IV ASIL DAN PEMBAASAN A. Analisa Visualisasi Film Alginat Edible film Ca-Alginat dibuat dengan menambahkan plasticizer dan CMC pada larutan garam alginat. Gambar 13 menunjukkan lima formula edible film yang mempunyai nilai kuat tarik maksimum. Edible film Ca-Alginat tanpa penambahan plasticizer (Formula I), edible film Ca- Alginat dengan plasticizer gliserol 3 % (Formula II), edible film Ca- Alginat dengan penambahan plasticizer gliserol 6 % dan CMC 1 % (Formula III), edible film Ca-Alginat dengan plasticizer PVA 9 % (Formula IV) dan edible film dengan penambahan plasticizer PVA 9 % dan CMC 1 % (Formula V). Edible film pada formula I mempunyai sifat kering dan rapuh, sedangkan edible film dengan formula II dan IV terlihat berwarna bening dan cenderung berminyak setelah diberi penambahan CMC edible film Ca-Alginat yang terbentuk mempunyai permukaan yang lebih tebal dan berwarna bening serta tidak berminyak (Formula III dan V). Formula I-V dari edible film ditampilkan pada Gambar 13. (a) (b) (c) (d) (e) Gambar 13. Lima Formula Edible Film Ca-Alginat Dengan Nilai TS Maksimum : (a). Formula I, (b). Formula II, (c). Formula III, (d). Formula IV dan (e). Formula V This page was created using Nitro xlvi PDF SDK trial software.