Penggunaan Membran Kitin dan Turunannya dari Tulang Rawan Cumi-Cumi (Harry Agusnar) PENGGUNAAN MEMBRAN KITIN DAN TURUNANNYA DARI TULANG RAWAN CUMI-CUMI UNTUK MENURUNKAN KADAR LOGAM Co Harry Agusnar Departemen Kimia FMIPA Universitas Sumatera Utara Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155 Abstrak Kitin yang digunakan untuk menghasilkan kitosan dalam penelitian ini diperoleh dari pengolahan kimia basah. Kitosan disediakan dengan cara deasetilasi kitin dan menghasilkan 70,8%. Kitosan dicampur dengan LiCl 10% untuk meningkatkan harga konduktivitas film dari membran sedangkan (NH 4 ) 2 CO 3 10% sebagai pemplastis dan pelarut untuk imersi adalah NaOH, kemudian diimersikan kembali dengan akuades sehingga diperoleh membran yang transparan pada plat kaca. Proses pengeringan membran dilakukan pada suhu kamar dan ketebalan diukur dengan mikrometer dan dianalisis dengan menggunakan spektroskopi FTIR. Jumlah penyerapan ion logam kobalt 0.6 ppm sebesar 100%. Kata kunci: Membran, Kitin, Kitosan PENDAHULUAN Kitin adalah sejenis polisakarida yang memiliki gugus N-asetil pada atom C-2 dan jika diasetilasi akan menghasilkan turunan utama yaitu kitosan. Kitosan adalah polimer alam yang mempunyai rantai bercabang dengan rumus umum (C 6 H 11 NO 4 ) n. Penambahan garam-garam anorganik seperti litium klorida pada membran kitin tersebut akan meningkatkan sifat-sifat konduktivitas. Konduktivitas membran dapat ditingkatkan dengan menambahkan sejumlah logam tertentu ke dalam kitin atau kitosan. Ada dua cara yang dilakukan untuk menambah kekuatan pada membran yaitu dengan cara didop langsung dan cara perendaman. Membran kitosan lebih mudah diperoleh dibandingkan dengan membuat membran kitin karena sifat kelarutannya yang tinggi terhadap asam asetat. Kekuatan membran tidak begitu nyata dan perlu penambahan sedikit sifat pemplastik agar mudah dibentuk. Adanya penambahan pada membran dapat mempengaruhi sifat-sifat maupun daya serapan. Kitin tersebar luas di alam dan merupakan turunan selulosa kedua yang sangat melimpah di bumi. Senyawa ini banyak terdapat pada kulit luar hewan golongan invertebrata, beberapa jenis serangga dan jamur, seperti: antropoda, moluska, dan anneleida. Kitin juga terdapat pada dinding sel tumbuhan kelas rendah terutama pada sel fungi. Kulit-kulit crustaceae seperti kulit udang mengandung 20 40% kitin, cangkang kepiting mengandung 15 35% kitin, dan tulang rawan cumi-cumi mengandung 97,20% kitin. Struktur kitin hampir sama dengan selulosa hanya berbeda pada gugus yang terikat pada atom karbon nomor-2 dan hal ini menyebabkan sifat kimia kitin berbeda dengan selulosa di mana secara umum kitin kurang reaktif dibandingkan dengan selulosa (Muzarelli, R. A. A., 1977). Kegunaan kitin lebih terbatas dibandingkan dengan kitosan maupun selulosa, akan tetapi kitin sangat berpotensi digunakan dalam pembuatan membran yang dibuat dengan cara melarutkan kitin dalam sistem pelarut tertentu. Walaupun 80
Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 80 85 kitin di berbagai bidang sudah semakin banyak digunakan seperti di bidang industri, khususnya bidang kesehatan terutama sebagai bahan untuk mempercepat penyembuhan luka dan sudah banyak digunakan sebagai membran. Untuk melarutkan kitin tidak mudah, sehingga perlu disesuaikan kedua pelarut dan perlu hati-hati dalam pencampurannya karena homogen pelarut sangat menentukan untuk melarutkan kitin (Robert G., 1992). Turunan utama kitin adalah kitosan yang mempunyai struktur kimia yang mengandung pasangan elektron d-orbital pada ion logam. Kitosan sebagai biopolimer mempunyai berbagai keistimewaan yaitu bersifat ramah lingkungan, dapat terdegradasi dan tidak bersifat racun. Efektivitas kitosan dalam mengikat logam dalam mengikat logam berat dipengaruhi oleh ukuran partikel, ph larutan, konsentrasi ion logam, reaksi, temperatur, dan jumlah kitosan yang digunakan (Schmuchl, et al., 2001). Pada kitosan didapati mempunyai satu gugus amina linear untuk setiap unit glukosa. Pada gugus amina ini mempunyai sepasang elektron yang mampu berkoordinasi atau membentuk ikatan dengan kation logam. Kompleks polielektrolit dibentuk melalui reaksi suatu polielektrolit dengan polielektrolit lain yang berbeda muatannya dalam suatu larutan Cane (1998). BAHAN DAN METODA Bahan Tulang rawan cumi-cumi, asam sulfat, asam asetat, asam nitrat, asam klorida, isopropanol, metanol, aseton, NaOH, asam glioksilat, natrium borohidrat, asam monokloroasetat, asam trikloroasetat, dan 1,2-dikloroetana. Metoda Penyediaan Kitin Tulang rawan cumi-cumi dicuci bersihbersih dan direndam dengan larutan NaOH 2M selama 1 hari. Kemudian dicuci dengan aquadest. Kemudian direndam kembali dengan HCl 2M selama 1 hari, setelah itu dicuci dengan air hingga bersih. Jemur hingga kering pada suhu kamar (Alimuniar, A. dan R. Zainuddin, 1992). Penyediaan Kitosan Timbang serbuk kitin sebanyak 500 g dan tambahkan NaOH 40% dan dibiarkan selama 4 hari dan cuci bersih. Jemur hingga kering pada suhu kamar (Alimuniar, A. dan R. Zainuddin., 1992). Pembuatan membran kitosan: 1. Timbang 3 g kitosan dan larutkan dalam asam asetat 1% 2. Ditambahkan litium klorida 10% dan 3. 0,5 g (NH 4 ) 2 CO 3 dan diaduk sampai larut sempurna 4. Diimersikan dengan air selama 15 30 menit dan dikeringkan pada suhu kamar 5. Lapisan tipis yang terbentuk dituangkan ke plat kaca dan keringkan sampai terbentuk menbran tipis 6. Membran tipis tersebut diimersikan dengan NaOH dan air suling 7. Dikeringkan pada suhu kamar dan dikarakterisasi. HASIL DAN PEMBAHASAN Penyediaan Kitin dan Kitosan Penyediaan kitin dan kitosan dilakukan berdasarkan metoda Alimuniar dan Zainuddin (1992). Kitin yang diproses dari kulit udang didapat dengan hasil 30,60%. Kitosan dihasilkan melalui proses deasetilasi kitin dengan menggunakan larutan alkali. Hasil kitin dan kitosan selengkapnya dapat ditunjukkan pada Tabel 1. Pada kitin didapati hasilnya lebih baik jika dibandingkan dengan hasil yang diperoleh Hackman (1954) yaitu sebesar 17%. Ini menunjukkan bahwa proses penyediaan kitin dengan metode Alimuniar dan Zainuddin (1992) sudah sesuai dengan prosedur. Kitosan yang diperoleh sekitar 71,35%. 81
Penggunaan Membran Kitin dan Turunannya dari Tulang Rawan Cumi-Cumi (Harry Agusnar) Tabel 1. Hasil Kitin dan Kitosan No Sampel (g) Berat Sampel (g) Berat Hasil (g) Hasil (%) 1 Kulit Udang 5000 1530 Kitin 30,6 2 Kitin 1200 850 Kitosan 70,8 Tabel 2. Kadar Abu dan Kadar Air pada Kitin dan Kitosan No. Sampel Kadar Abu (%) Kadar Air (%) 1 2 Kitin Kitosan 0,30 0,20 12,20 10,20 Tabel 3. Analisis Unsur (C, H, N) Kitin dan Kitosan No Sampel (g) C (%) H (%) N (%) 1 Kitin 46,6 6,8 6,5 2 Kitosan 40,3 5,2 7,4 Penentuan Kadar Abu dan Kadar Air Penentuan kadar abu pada kitosan didapati masih tinggi, ini disebabkan pada proses pengeringan dilakukan pada udara terbuka tetapi data yang diperoleh 0,30 tidak jauh berbeda seperti yang dilaporkan Muzzarelli (1977). Kadar air didapati juga masih tinggi karena proses pengeringan dilakukan pada udara terbuka di dalam ruangan. Hasil selengkapnya dapat ditunjukkan pada Tabel 2. Analisis Unsur (C, H, N) Kitin dan Kitosan Hasil analisis unsur (karbon, hidrogen dan nitrogen) didapati tidak jauh berbeda seperti yang dilaporkan oleh Muzzarelli (1977), seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3. Penentuan Derajat Deasetilasi Kitosan Derajat deasetilasi kitosan diukur berdasarkan Hukum Lambert-Beer dari hasil spektrum FT IR (Gambar 1) pada bilangan gelombang 1654,8 cm -1 dan 3386,8 cm -1 dengan perhitungan sebagai berikut: Gambar 1. Spektrum FTIR Kitosan 82
Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 80 85 A 1654,8 A 3386,8 = log = log P Po Po P 7,9 = log = 0,1734 5,3 9,4 = log = 0,8269 1,4 N-deasetilasi = 1 - A A 1596,9 3386,8 x 1 1,33 x 100% 0,1734 = 1 - x 0,75 x 100% 0,8269 = 1 - [,209 0,75] = 84,27% 0 x x 100% = 1 0,1573 x 100% Jadi hasil derajat deasetilasi kitosan adalah 84,27% dan menurut Numazaki & Kito (1975) derajat deasetilasi yang diperoleh masih berada pada range (80 95%). Penyediaan Membran Kitosan Pembuatan membran kitosan dilakukan dengan melarutkan kitosan dalam pelarut campuran asam tasetat dan air suling dengan konsentrasi 1,0% dan didapati menghasilkan membran/film yang sangat baik. Menurut Tokura (1994) membran yang baik didapati merupakan film tipis yang trasnparan dan tidak mudah koyak ini didapati pada konsentrasi 1,0%, di mana membran yang dihasilkan sesuai dengan laporan Tokura (1994). Hasil membran tipis dianalisa dengan FTIR dan merupakan bandingan untuk membran basa polielektrolit. Pembuatan Membran Kitosan sebagai Basa pada Elektrolit Pembuatan membran kitosan dilakukan dengan melarutkan kitosan dengan asam asetat 1% dan amonium karbonat 0,5 g dan diaduk sampai melarut seluruhnya. Penambahan litium klorida 1% adalah untuk meningkatkan konduktivitas. Menurut Brime dan Austin (1994) adanya litium klorida akan dapat bersifat sebagai penghantar listrik jika berikatan dengan logam. Sifat pemplastik dari membran kitosan didapati dari penambahan ammonium karbonat agar elestisitas dapat terpenuhi. Setelah terbentuk membran yang tipis kemudian diinversikan dengan NaOH agar membran tersebut membran basa yang bersifat polielektrolit. Membran kitosan yang terbentuk dikeringkan di dalam ruang agar pada membran tidak terdegradasi dari pengaruh suhu. Analisis dengan FTIR ditunjukkan pada Gambar 2. Pengujian Membran Kitosan sebagai Basa Polielektrolit untuk Menurunkan Kadar Logam Co Membaran kitosan yang terbentuk dimasukkan ke dalam kolom dan dilalui larutan logam Co dengan konsentrasi divariasi 2 ppm hingga 10 ppm. Hasil pengukuran dilakukan pengujian dengan spektrofotometer serapan atom (AAS) dan data hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 4. 83
Penggunaan Membran Kitin dan Turunannya dari Tulang Rawan Cumi-Cumi (Harry Agusnar) Gambar 2. Spektrum FT IR Membran Kitosan Tabel 4. Hasil Pengujian Kadar Co. dengan Menggunakan Spektrofotomter Serapan Atom Sampel Konsentrasi Co 2+ (ppm) 0,2 Membran Kitosan 0,4 0,6 0,8 1,0 Konsentrasi Akhir Penyerapan (ppm) 0,20 ± 0,00 0,40 ± 0,00 0,60 ± 0,00 0,78 ± 0,02 0,89 ± 0,07 Penyerapan (%) 100 100 100 97.50 89.00 Dari Tabel 4 pada konsentrasi larutan Co 0,2 0,6 ppm didapati hasil penyerapan 100%, ini menunjukkan proses penyerapan pada membran kitosan sebagai basa elektrolit berjalan dengan baik, untuk konsentrasi larutan Co 0,8 1,0 ppm didapati hasil penyerapan 97,50% dan 89,00%. Ini berarti semua proses penyerapan dengan menggunakan membran kitosan berjalan dengan baik. Menurut Millot (1998) penggunaan larutan kitosan dengan pengaturan ph akan dapat menyerap logam hampir 100% dan menurut Brime dan Austin (1994) membran kitosan selalu dipengaruhi pada bentuk ketebalannya. Ini menunjukkan membran yang dihasilkan perlu ditentukan ketebalan agar mudah menyerap larutan ion logam. Memban kitosan sebagai basa polielektrolit sudah mampu menunjukkan penyerapan yang baik. KESIMPULAN Penyediaan kitin dari cangkang kepiting dengan menggunakan metoda kimia basah dapat menghasilkan kitin sebesar 30,6%. Kitosan disediakan dengan cara deasetilasi kitin dan menghasilkan kitosan sebesar 70,8. Kitosan yang disediakan telah dikarakterisasi seperti derajat deasetilasi 84,27 %, analisis unsur C sebesar 40,3%, H sebesar 5,2% dan N sebesar 7,4% ini menunjukkan bahwa kitosan yang digunakan sudah memenuhi standar dan dapat dibuat untuk pengujian dan membran yang baik. Membran kitosan dibuat dengan melarutkan kitosan dalam asam asetat dan penambahan LiCl 10% 84
Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 80 85 dan (NH 4 ) 2 CO 3 10% pada membran adalah untuk menghasilkan membran kitosan yang merupakan basa polimer elektrolit dan didapati mampu menyerap logam Co dengan konsentrasi 0,6% sebesar 100%. DAFTAR PUSTAKA Alimuniar, A. dan R. Zainuddin. 1992. An Economical Technique for Product Chitosan. In: Advances in Chitin and Chitosan. Brine, C.J., P.A. Sanford, J.P. Zikakis (Eds). Elsevier Applied Sciences, London, PP. 627 638. Caner, C. P., Vergano. J. and Wiles L. 1998. Chitosan film mechanichal and permeation properties as affected by Acid, Plasticizer and Storage. J. Food Science. Vol 63: 6. pp. 1049 1053. Muzzarelli, R. A. A., 1997. Chitin. Pergamon press Ltd. Oxford, England. Roberts, G. A. F. 1992. Chitin Chemistry. The Macmillan Press Ltd., London. Chang, K. L. B., J. Lee, W. R. Fu. 2000. HPLC Analysis of N-acetyl-chito-oligosaccharides during the acid hydrolysis of chitin. J. Food and Drug Analysis. Vol 8: 2. pp. 75 83. Peberdy, J. F. 1999. Biotechnologycal approaches to the total utilisation of crustacean shellfish and shellfish waste. biologycal science. University of Nottingham. http:/www.agricta. org/pubs/std/vol.2/pdf/343.pdf. Tanggal 12-10-2004. Shahidi, F., J. K. V. Arachcho and Y. Jeon. 1999. Food Applications of chitin and shitosan. In: Trends in Food Science and Technology. Vol. 10. pp. 37 51. 85