1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kitosan adalah polimer glukosamin yang merupakan selulosa beramin, nomer dua terbanyak di alam setelah selulosa. Kitosan ditemukan pada cangkang invetebrata hewan perairan. Sumber potensial bahan kitosan adalah limbah pengolahan udang dan rajungan yang diprediksi mencapai 68.230 ton limbah udang dan 22.815 ton limbah rajungan (Irianto 2010). Kitosan banyak diaplikasikan diberbagai bidang, diantaranya dalam penanganan limbah industri sebagai adsorben dan absorben terutama logam berat. Sebagai adsorben atau absorben yang efektif kitosan dibuat dalam bentuk campuran dengan komponen lain yaitu konjugat: kitosan dengan poliamid (Kawamura 1993, Silva 2005), kopolimerkitosan dengan polivinil alkohol atau EDTA (Liu 2003, Rahayu 2003), krosling kitosan dengan grup karboksil, glutaraldehid atau asam glutarat (Knorr 1982, Liang 2009), kitosan butiran campuran dengan asam asetat (Kim and Cho 2005). Melalui pembentukan campuran/konjugat, interaksi molekuler kitosan menjadi lebih kuat, kekuatan ion meningkat serta porositas meningkat sehingga dapat meningkatkan kemampuannya dalam berikatan dengan komponen lain untuk di adsorbsi atau absorbsi, pada gugus aktifnya yaitu grup hidroksil, amin atau karboksilat. Kitosan serpihan belum dimanfaatkan sebagai absorben karena strukturnya yang padat dengan porositas yang lebih kecil, yang mengakibatkan daya absorbsinya rendah. Penelitian ini menggunakan kitosan serpihan sebagai absorben dengan alasan bahwa kitosan serpihan apabila dimasukan ke dalam air dapat meningkatkan kekuatan ioniknya dan dapat mengembangkan strukturnya, menyebabkan terjadinya pengembangan seluruh pori-porinya sehingga dapat meningkatkan daya absorbsinya, yang dilakukan pada suhu proses 100 C, karena daya absorbsi kitosan dipengaruhi oleh temperatur (Jansen 1992). Rumput laut merupakan salah satu komoditas hasil perairan yang potensial sebagai penghasil komponen hidrokoloid (agar dan karagenan), budi dayanya sudah berkembang dengan pesat dan hasilnya pun sudah menembus pasar ekspor 1
2 (Husain 2011). Sudah saatnya rumput laut yang berlimpah itu diolah sendiri menjadi produk (agar dan karagenan) untuk kebutuhan lokal bahkan prospektif untuk ekspor. Dengan demikian diperlukan suatu alternatif metode produksi yang tepat guna dan efisien supaya masyarakat pengolah, petani atau produsen rumput laut dapat menerapkannya. Mengingat karakteristik kitosan yang cukup unik dengan gugus amin dan hidroksilnya yang sangat reaktif, ditunjang dengan struktur porositasnya yang membentuk matriks (Higuera et al. 2003), serta dapat mengembang dalam media air, pada suhu tinggi, maka kitosan digunakan sebagai absorben pengotor dalam proses ekstraksi agar dan karagenan dalam media air pada suhu 100 o C. Adapun komponen pengotor tersebut diantaranya pigmen, logam berat dan bakteri atau mikroorganisme, yaitu komponen yang dapat berpengaruh pada penurunan mutu produk akhir. Dengan demikian agar dan karagenan dapat diperoleh dengan cara yang mudah, sederhana, bermutu baik dan aman bagi kesehatan. 1.2 Tujuan (1) Memproduksi kitosan dengan variasi konsentrasi NaOH dan waktu proses (2) Menentukan karakteristik fisika, kimia dan mikroskopik kitosan sebagai absorben. (3) Menguji kemampuan kitosan dalam mengabsorbsi senyawa yang identik dengan komponen pengotor pada rumput laut (pigmen, logam, E.coli). (4) Mengaplikasikan kitosan sebagai absorben dalam pemurnian agar-agar dan karagenan. (5) Menganalisis mutu produk agar dan karagenan hasil absorbsi kitosan. 1.3 Perumusan Masalah Kitosan banyak digunakan sebagai adsorben pada pengolahan limbah industri diantaranya penyerap logam transisi (Son et al, 2004, Wu et al. 2001). Sebagai adsorben umumnya kitosan direaksikan dengan bahan kimia atau dilapiskan pada suatu suport, membentuk kompolimer atau komposit. Kitosan dalam bentuk bubuk atau serpihan belum banyak dimanfaatkan, karena dalam bentuk serpihan kitosan mempunyai beberapa kekurangan dibanding dengan kitosan kopolimer atau komposit diantaranya porositasnya yang rendah dan jarak
3 antar polimernya pendek sehingga daya difusi antar partikelnya menjadi rendah (Guibal 1997) tapi kitosan dapat mengembang dalam air dan dapat meningkat porositasnya dengan meningkatnya temperatur (Kim dan Cho 2005). Ekstraksi agar dan karagenan umumnya dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu dekolorasi, ekstraksi, filtrasi, pengendapan dan pengeringan. Proses ekstraksi dan penjendalan biasanya sarat dengan penggunaan bahan kimia. Untuk mengurangi penggunaan bahan kimia dan menyempurnakan keamanan pangannya, maka dikembangkan kitosan sebagai absorben pengotor pada proses ekstraksi agar dan karaginan. Kitosan serpihan dapat dimanfaatkan sebagai absorben pengotor pada ekstraksi agar dan karagenan yang berlangsung pada temperatur 100 0 C. Pada suhu tinggi itulah kitosan dapat mengembang dan meningkatkan porositasnya sehingga dapat mengabsorbsi dengan baik komponen pengotor yang berukuran lebih kecil dari agar dan karagenan. Dengan demikian dapat diproduksi agar dan karagenan melalui metode absorbsi oleh kitosan dalam media air. 1.4 Hipotesis (1) Perlakuan konsentrasi larutan NaOH dan waktu proses pada deproteinisasi dan deasetilasi akan mempengaruhi karakteristik mutu kitosan yang dihasilkan. (2) Penggunaan kitosan dengan konsentrasi yang berbeda berpengaruh terhadap kemampuan absorbsi. (3) Kitosan dapat diaplikasikan sebagai absorben pada ekstraksi agar dan karagenan (4) Penggunaan kitosan pada ekstraksi agar dan karagenan melalui absorbsi pengotormerupakan alternatif ekstraksi agar atau karagenan dengan air yang sederhana dan tanpa bahan kimia. 1.5 Ruang Lingkup Kajian yang dilakukan penelitian ini: (1) Memproduksi kitosan dengan perlakuan konsentrasi NaOH, waktu proses deproteinisasi dan deasetilasni. (2) Karakterisasi kitosan yang dihasilkan sebagai absorben
4 (3) Mengaplikasikan kitosan sebagai absorben dalam ekstraksi agar dan karagenan. (4) Karakterisasi mutu agar dan karagenan hasil absorbsi oleh kitosan dengan HPLC, FTIR dan SEM 1.6 Manfaat Penelitian 1. Kitosan serpihan dapat dikembangkan sebagai absorben dalam suhu tinggi. 2. Metode ekstraksi komponen primer rumput laut dengan media air seperti: ekstraksi karagenan, agar dan lainnya, dapat dilakukan dengan sederhana menggunakan kitosan sebagai absorben pengotor, sehingga lebih sederhana dan efisien, disamping itu kitosan yang sudah digunakan dapat dicuci dan digunakan ulang. 3. Kitosan serpihan yang diperoleh (sebagai adsorben) dapat dikembangkan sebagai absorben untuk keperluan lain diantaranya dalam pemisahan dan pemurnian komponen aktif dari hasil-hasil perairan seperti: pemisahan komponen anti bakteri, anti tumor, pigmen, enzim, dan lain-lain. Juga dapat digunakan sebagai matriks amobil untuk menyimpan enzim dan bakteri. 4. Produk agar dapat ditingkatkankan sebagai media kultur bakteri atau kultur jaringan. 5. Pemanfaatan limbah cair produksi kitosan, dari setiap tahapan prosesnya dapat dilakukan untuk memperoleh produk bernilai tambah (diantaranya limbah demineralisasi dapat menghasilkan mineral dan limbah deproteinisasi menghasilkan protein serta limbah campuran yang berupa larutan NaCl, dapat menghasilkan larutan hipoklorit melalui proses elektrolisis dengan bantuan elektroda gelas. Limbah produksi kitosan dapat digunakan untuk menghasilkan nano kalsium.
5 Manfaat penelitian terhadap pengelolaan perikanan tangkap. 1. Bahan baku kitosan adalah limbah krustasea maka pemanfaatan limbah krustasea yang terus meningkat akan memacu peningkatan armada serta teknologi penangkapan krustasea yang lebih berkembang. 2. Memacu sistem transportasi hasil tangkapan yang efisien, dengan kitosan sebagai pengawet dalam es termal (es germisida). 3. Kitosan dapat digunakan sebagai desinfektans bagi peralatan penangkapan sehingga dapat meningkatkan nilai tambah dan kualitas transportasi hasil tangkapan. 1.7 Kerangka Pemikiran Kitosan adalah polimer alami yang tersusun dari unit glukosa beramin, mempunyai muatan positif dan mempunyai struktur seperti matriks. Kitosan dapat berfungsi sebagai penstabil, pengkelat (pengikat), koagulan, flokulan adsorben dan lain-lain. Selama ini kitosan banyak dimanfaatkan untuk penanganan limbah industri logam, kimia, tekstil dan limbah pangan. Umumnya kitosan yang digunakan dalam bentuk kopolimer (Boddu and Smith 1999), krosling (Bailey et al. 1997, Liang et al. 2009), kitosan butiran (Shahidi et al 1999, Kim and Cho 2005, Liu 2003), Komposit (Olin et al 1996, Nam 1999, Rahayu 2007), kitosan larutan (Bought 1975, Alfian 2003) dan juga kitosan dalam bentuk bubuk untuk penanganan limbah logam (Kumar et al 1998, Alfian 2003, Rachdiati et al. 2007). Sehubungan penggunaan kitosan dalam bentuk bubuk atau serpihan masih sedikit maka penulis memilih kitosan serpihan untuk dimanfaatkan sebagai absorben, mengingat karakteristiknya yang seperti matriks, dapat mengembang dalam air dan kapasitas porinya meningkat pada suhu tinggi. Dengan demikian kitosan bubuk atau serpihan cocok diaplikasikan pada proses suhu tinggi seperti pada ekstraksi komponen primer rumput laut (agar, karagenan, alginat) Produksi agar dari rumput laut Gracillaria selama ini lebih difokuskan untuk makanan dengan kualitas yang beragam, di bawah kualitas agar impor. Melalui metoda absorbsi pengotornya dengan kitosan di harapkan dapat di hasilkan agar dengan kualitas yang lebih baik. Begitu pula produksi karagenan murni yang membutuhkan bahan kimia dalam prosesnya. Dengan metoda absorbsi
6 pengotor oleh kitosan, maka metoda produksi karagenan dapat dilakukan lebih sederhana, efisien dan tanpa bahan kimia penjendal. Kerangka penelitian disajikan pada Gambar 1. Penelitian yang Melatarbelakangi Penggunaan Kitosan sebagai Absorben Kitosan ko-polimer untuk penanganan Limbah Kimia Kitosan kross link untuk penanganan Limbah Isotop Kitosan Butiran untuk penanganan Limbah Logam Kitosan Larutan Untuk Limbah Pangan Absorben dan Koagulan Kitosan Komposit Untuk Limbah Logam Aplikasi kitosan serpihan sebagai absorben Kitosan Serpihan Sebagai Absorben Uji coba pada logam, pigmen dan bakteri Absorben Metode Modifikasi Ektraksi Agar Ekstraksi Karagenan Agar dan Karagenan berkualitas Kualitas Agar Kualitas Karagenan Gambar 1 Kerangka penelitian.