PENGARUH PENAMBAHAN PLASTICIZER DAN ASAM PALMITAT TERHADAP KARAKTER EDIBLE FILM KARAGINAN Disusun oleh : OKTAVIANA LISTIYAWATI M0307061 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012 i
HALAMAN PENGESAHAN Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret telah mengesahkan skripsi mahasiswa: Oktaviana Listiyawati NIM M0307061, dengan judul Pengaruh Penambahan Plasticizer dan Asam Palmitat Terhadap KarakterEdible Film Karaginan. Pembimbing I Skripsi ini dibimbing oleh: pembimbing II Dr.rer.nat Atmanto Heru Wibowo, M.Si Candra Purnawan, M.Sc NIP 19740813200003 2001 NIP 19781228 200501 1001 Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada: Hari: Senin Tanggal: 30 Juli 2012 Anggota Tim Penguji: 1.Dra. Tri Martini, M.Si :... NIP. 19581029 198503 2002 2. Edi Pramono, M.Si :... NIP. 19830918 200812 1003 Disahkan oleh: Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Dr. Eddy Heraldy, M.Si NIP 19620305 200003 1002 ii
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul PENGARUH PENAMBAHAN PLASTICIZER DAN ASAM PALMITAT TERHADAP KARAKTER EDIBLE FILM KARAGINAN 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, Agustus 2012 OKTAVIANA LISTIYAWATI iii
PENGARUH PENAMBAHAN PLASTICIZER DAN ASAM PALMITAT TERHADAP KARAKTER EDIBLE FILM KARAGINAN OKTAVIANA LISTIYAWATI Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan edible film karaginan dengan penambahan plasticizer dan asam palmitat. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan beberapa jenis plasticizeryaitu gliserol, PEG dan PVA serta penggunaan aditif asam palmitat dalam pembuatan edible film karaginan. Pembuatan edible film dilakukan dengan menggunakan metode casting. Edible film yang terbentuk kemudian dilakukan analisa terhadap sifat mekaniknya, diperoleh nilai tensile strength (kuat tarik), elongasi (perpanjangan), dan modulus young (kadar kekakuan). Selanjutnya dilakukan analisa gugus fungsi FT-IR serta uji swelling. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai tensile strength optimum dihasilkan oleh formulasi karaginan-peg 93:3 (%b/b) yaitu 5,725MPa dan karaginan-gliserol-asam palmitat 92:3:1 (%b/b) sebesar 4,111MPa. Sedangkan untuk film yang memiliki nilai elongation break optimum terdapat pada perbandingan karaginan-pva 81: 15 (%b/b) yaitu 21,43% dan karaginan-pegasam palmitat 92:3:1 (%b/b) sebesar 18,18%. Selanjutnya untuk nilai kadar kekakuan optimum dihasilkan oleh perbandingan karaginan-peg 93:3 (%b/b) sebesar 97,364Mpa dan karaginan-gliserol-asam palmitat 89:3:4 (%b/b) sebesar 38,499MPa. Film yang memiliki nilai penyerapan air terendah ditunjukkan pada perbandingan karaginan-pva-asam palmitat 87: 3: 5 (%b/b) sebesar 77%. Hasil karakterisasi FT-IR menunjukkan tidak terbentuknya senyawa baru hasil pencampuran antara karaginan dan asam palmitat. Hal tersebut ditunjukan oleh spektrum FT-IR yang tidak mengalami perubahan bilangan gelombang yang berarti karena hanya merupakan proses blending secara fisika. Kata kunci: karaginanplasticizer,edible film, tensile strength, elongation break, modulus young iv
EFFECT OF ADDITION OF PLASTICIZER AND PALMITIC ACID AGAINST NATURE OF EDIBLE FILM CARRAGEENAN. OKTAVIANA LISTIYAWATI Department Of Chemistry. Mathematics And Natural Sciences Faculty. Sebelas Maret University ABSTRACT The study of forming carrageenan edible film with the addition of plasticizer and palmitic acid has been done. The aim of the study was to investigate the effect of addition of various plasticizers of glycerol, PEG and PVA and palmitic acid additive in the carrageenan film. Film forming has been done using casting method. Film was analysed of the mechanical properties for Tensile Strength, Elongation, and Young Modulus. Functional group film was tested with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and swelling test. The result of the study showed that the optimum tensile strength of carrageenan-peg was obtained with ratio 93:3 (%w/w) 5.725 Mpa and carrageenan-glycerol-palmitic acid was obstain with ratio of 92:3:1 (%w/w) 4.111 Mpa. The optimum elongation of carrageenan-pva was obtained with ratio of 81:15 (%w/w) 21.43% and carrageenan-peg-palmitic acid was obtain with ratio 92:3:1 (%w/w) 18.18%. The optimum young modulus of film carrageenan-peg was obstain with ratio of 93:3 (%w/w) 97.364 Mpa and carrageenan-glycerolpalmitic acid was obstain 89:3:4 (%w/w) 38.499 Mpa. The lowest level water adsorption of film of carrageenan was obtain with ratio of 88:3:5(%w/w) 77%. Characterization with FT-IR showed that film was made through physically blending. It was proved that no significant change of waveling showed. Key words: carrageenan, plasticizer, edible films, tensile strength, elongation to break, modulus young v
MOTTO Jangan takut sebab TUHAN beserta kita Berdoa, Berusaha Bekerja Keras,, Berjuang untuk Hidup yang Lebih Baik vi
PERSEMBAHAN Karya ini ku persembahkan kepada 1. My Lord Jesus 2. Ibuku 3. Keluargaku 4. Teman-teman yang telah membantu, yang namanya tidak bisa saya sebutkan satu persatu. 5. Semua pihak yang telah membantu penulis. vii
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan nikmat dan anugrahnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof.Ir.Ari Handono Ramelan. M.Sc (Hons). Ph.D selaku Dekan Fakultas MIPA UNS 2. Bapak Dr.Eddy Heraldy, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas MIPA UNS 3. Bapak Yuniawan Hidayat, M.Si selaku Pembimbing Akademik 4. Bapak Dr. rer.nat. Atmanto Heru W, M.Si selaku Pembimbing I 5. Bapak Candra Purnawan, M.Sc selaku Pembimbing II 6. Bapak, Ibu dosen yang telah memberikan ilmunya kepada penulis yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu 7. Ibu dan keluargaku yang telah memberikan segalanya kepada penulis 8. Irma, Helmi, Putri, Lila dan Dewi Nur Rita yang telah memberikan semangat, doa, dukungan dan perhatiannya 9. Semua teman-teman seperjuangan yang telah membantu penulis dalam segala hal, serta semua pihak yang telah membantu sampai dengan skripsi ini selesai Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca yang budiman. Surakarta, Agustus 2012 Penulis viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v MOTTO...... vi PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Perumusan Masalah... 3 1. Identifikasi Masalah... 3 2. Batasan Masalah... 4 3. Rumusan Masalah... 4 C. Tujuan Penelitian... 4 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB IILANDASAN TEORI... 6 A. Tinjauan Pustaka... 6 1. Karaginan... 6 Struktur dan Jenis Karaginan... 6 Unit-unit Monomer Karaginan... 10 2. Edible Film... 10 Pengertian Edible Film......... 10 Hidrokoloid...... 11 Lemak...... 12 ix
Komposit... 12 3. Metode Casting... 12 4. Zat Pemlastis (Plasticizer)... 12 a). Gliserol...... 13 b). Poly Etylena Glycol(PEG)... 14 c). Poly Vinil Alcohol(PVA)... 15 4. Asam Lemak... 15 B. Kerangka Pemikiran... 16 C. Hipotesis... 18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 19 A. Metode Penelitian... 19 B. Tempat dan Waktu Penelitian... 19 C. Alat dan Bahan... 19 1. Alat... 19 2. Bahan... 20 D. Prosedur Penelitian... 20 1. Pembuatan Edible Film Karaginan... 20 2. Pembuatan Edible Film dengan Variasi Konsentrasi Asam Palmitat... 20 3. Karakterisasi edible film... 21 E. Teknik Pengumpulan Data... 21 F. TeknikAnalisa Data. 22 1. Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength)... 22 2. Persen Pemanjangan (Elongation to break)... 22 3. Modulus Young ( Kadar Kekakuan)... 22 4. Uji Swelling... 22 5 Analisis FT-IR... 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 24 A. Pembuatan dan visualisasi Edible film Karaginan... 24 1. Edible Film dari Karaginan dan Variasi Jenis Plasticizer... 24 2. Edible Film dari Karaginan, commit to Plasticizer user dan Variasi x
Konsentrasi Aditif Asam Palmitat... 24 B. Uji Sifat Mekanik... 24 1. Edible Film Karaginan dengan Variasi Konsentrasi Plasticizer... 25 a. Uji Kuat tarik (Tensile Strength)... 25 b. Uji Persen Perpanjangan (% Elongasi)... 27 c. Uji Kadar Kekakuan (Modulus Young)... 28 2. Edible Film Karaginan dengan Plasticizer, dan Variasi Konsentrasi Zat Aditif Asam Palmitat... 29 a. Uji Kuat Tarik (Tensile Strength)... 30 b. Uji Persen Perpanjangan (% Elongasi)... 31 c. Uji Kadar Kekakuan (Modulus Young)... 32 C. Uji Swelling... 33 D. Analisa FT-IR... 34 BAB V PENUTUP... 37 A. Kesimpulan... 37 B. Saran... 37 DAFTAR PUSTAKA... 38 LAMPIRAN... 42 xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Unit-unit Monomer Karaginan... 10 Tabel 2. Tabel 3. Tabel 4. Uji Sifat mekanik Edible Film dari Karaginan dan Plasticizer... 48 Uji Sifat mekanik Edible Film dari Karaginan, Plasticizer dan Asam Palmitat... 51 Hasil Uji Swelling Edible Film Karaginan dengan PenambahanZat Aditif Asam Palmitat... 55 xii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur Dasar Karaginan... 6 Gambar 2. Struktur κ-karaginan... 7 Gambar 3. Struktur ι-karaginan... 8 Gambar 4. Struktur λ-karaginan... 8 Gambar 5. Struktur dari μ-karaginan... 9 Gambar 6. Struktur dari ν-karaginan... 9 Gambar 7. Gliserolisis Lemak... 14 Gambar 8. Struktur Poly Etylena Glycol (PEG)... 14 Gambar 9. Struktur dari Poly Vinyl Alcohol (PVA)... 15 Gambar 10. Visualisasi Edible Film dari Karaginan... 24 Gambar 11. Visualisasi Edible Film dari Karaginan dan Asam Palmitat... 25 Gambar 12. Gambar Struktur kimia antara kappa karaginan dengan gliserol... 26 Gambar 13. Grafik pengaruh jenis dan variasi konsentrasi plasticizer terhadap tensile strength edible film karaginan... 27 Gambar 14. Grafik pengaruh jenis dan variasi konsentrasi plasticizer terhadap % elongasi edible film karaginan... 28 Gambar 15. Grafik pengaruh jenis dan variasi konsentrasi plasticizer terhadap modulus young edible film karaginan... 29 Gambar 16. Grafik pengaruh plasticizer dengan variasi konsentrasi asam palmitat terhadap tensile strength edible film karaginan... 30 Gambar 17. Grafik pengaruh plasticizer dengan variasi konsentrasi asam palmitat terhadap % elongasi edible film karaginan... 31 xiii
Gambar 18. Grafik pengaruh plasticizer dengan variasi konsentrasi asam palmitat terhadap modulus young edible film karaginan... 32 Gambar 19. Grafik pengaruh variasi konsentrasi asam palmitat terhadap Indeks swelling (%) edible film karaginan... 33 Gambar 20. Spektrum IR formula edible film karaginan dengan penambahan plasticizer dan asam palmitat... 35 xiv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perhitungan komposisi plasticizer (gliserol, PEG dan PVA) dan Asam Palmitat... 42 Lampiran 2 Bagan Pembuatan Edible Film... 44 1. Edible film dari Karaginan dan PEG... 44 2. Edible film Karaginan dan PVA... 45 3. Edible film Karaginan dan Gliserol... 46 4. Edible Film Karaginan, Plasticizer dan Asam Palmitat.. 47 Lampiran 3. Perhitungan Uji Sifat mekanik Edible Film dari Karaginan dan Plasticizer... 48 1. Kuat Tarik... 49 2. Kemuluran... 49 3. Kadar Kekakuan... 50 Lampiran 4. Perhitungan Uji Sifat mekanik Edible Film dari Karaginan, Plasticizer dan Asam Palmitat... 51 1. Kuat Tarik... 52 2. Kemuluran... 52 3. Kadar Kekakuan... 53 Lampiran 5. Perhitungan Uji Swelling... 56 xv
1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Indonesia merupakan negara yang memiliki kekayaan laut yang melimpah. Salah satu hasil laut yang dapat dimanfaatkan adalah rumput laut. Selain dapat digunakan sebagai bahan makanan, rumput laut juga memiliki peranan penting dalam dunia industri (Istini, 1998). Salah satu hasil ekstrak rumput laut yang cukup penting adalah karaginan. Dewasa ini, seiring dengan kemajuan teknologi, pemanfaatan karaginan telah dikembangkan secara lebih intensif dan sangat menjanjikan.. Hal ini diupayakan agar dapat memberikan dampak yang positif terutama bagi lingkungan, yaitu penggunaan kemasan edible (edible packaging). Edible packaging dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu sebagai pelapis (edible coating) dan penghambat transfer massa (edible film). Edible film merupakan suatu lapisan tipis, yang terbuat dari protein, karbohidrat atau lemak yang bersifat hidrofilik. Edible film memberikan alternatif bahan pengemas ramah lingkungan yang mampu melindungi dan mempertahankan kualitas produk makanan dari pertumbuhan mikroba atau penyerapan uap air (Krochta et al., 1992). Edible film dapat dibuat dari tiga jenis bahan yakni hidrokoloid (alginat, karaginan, pati), lipid (lilin/wax, asam lemak), dan komposit dari keduanya. Karaginan merupakan hidrokoloid hasil ekstraksi yang banyak diperoleh dari rumput laut. Selain karaginan, ekstraksi rumput laut juga menghasilkan agar, fulselaran, dan alginat (Anonim, 2006a). Karaginan adalah polisakarida yang diekstrak dari beberapa anggota Rhodophyceae (rumput laut merah) seperti Chondrus, Euchema, Gigartina, Gloiopeltis, dan Iridea (Belitz dan Grosch, 1999). Sama halnya dengan karaginan, agar dan fulselaran juga dihasilkan dari ekstrak rumput laut merah (Rhodopyceae) sedangkan alginat merupakan hasil ekstraksi rumput laut coklat (Phaeophyceae) (Anonim, 2006a). Euchema cottonii dan E.
2 spinosum merupakan jenis Rhodophyceae yang banyak ditemui di perairan Indonesia sedangkan Gigartina banyak ditemui di daerah selatan Eropa (Anonim, 2007b). E. cottonii (Kappaphycus alvarezii) merupakan jenis rumput laut penghasil kappa karaginan, E. spinosum merupakan penghasil iota karaginan, dan Gigartina merupakan penghasil lambda karaginan (Anonim, 2007b). Karaginan dibagi menjadi tiga fraksi berdasarkan unit penyusunnya yaitu kappa, iota, dan lambda karaginan (Winarno, 1990). Sedangkan, berdasarkan kandungan sulfatnya, Dotty (1987) membedakan karaginan menjadi dua fraksi yaitu kappa dan iota karaginan, dimana kappa mengandung sulfat kurang dari 28% dan iota lebih dari 30%. Karaginan dapat membentuk gel secara reversible artinya dapat membentuk gel pada saat pendinginan dan kembali cair pada saat dipanaskan. Pembentukan gel tersebut disebabkan karena terbentuknya struktur heliks rangkap yang tidak terjadi pada suhu tinggi. Pada suhu rendah, struktur heliks rangkap dapat membentuk jaringan polimer yang bercabang-cabang dan selanjutnya akan membentuk suatu kesatuan (Suryaningrum, 1988). Untuk mengurangi kerapuhan dan memberikan sifat hidrofobik dari edible film karaginan, penambahan plasticizer dan zat aditif sangat diperlukan. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan kualitas dari edible film karaginan. Plasticizer adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan dengan maksud untuk memperlemah kekakuan dari polimer sekaligus meningkatkan fleksibilitas polimer. Plasticizer mampu mengurangi interaksi intermolekuler dan ekstramolekuler dalam polimer film, menurunkan kerapuhan serta meningkatkan elastisitas film contohnya adalah gliserol, polietien glikol, polivinil alkohol dan sukrosa (Krochta et al., 1994). 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 (Glicksman, 1984). Zat aditif yang digunakan pada umumnya berupa lipid. Salah satu alasan lipid sering ditambahkan dalam formula film karena lipid memberikan sifat hidrophobik. Komponen lipid meliputi gliserida, lilin dan asam lemak. Asam lemak rantai panjang
3 seperti stearat dan palmitat sering digunakan sebagai aditif karena bersifat hidrofobik dengan titik leleh yang tinggi (Hagenmaier and Shaw, 1990). Berdasarkan keterangan diatas, perlu adanya penelitian untuk mengetahui pengaruh dari masing-masing konsentrasi plasticizer dan asam lemak terhadap karakter mekanika edible film karaginan. B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi masalah a. Karaginan sebagai bahan baku pembuatan edible film dibagi menjadi lima jenis yaitu kappa (κ), iota (ι), lamda (λ), mu (μ), dan nu (ν). Kelima jenis karaginan tersebut mempunyai sifat kimia dan fisika yang berbeda b. Beberapa jenis plasticizer yang dapat digunakan dalam pembuatan edible film adalah gliserol, lilin lebah, polivinil alkohol (PVA), asam laurat, asam oktanoat, asam laktat, trietilen glikol (TEG), polietilen glikol (PEG), dan sorbitol. c. Lipid sering ditambahkan dalam formula film karena lipid dapat meningkatkan sifat hidrofobisitas suatu edible film. Komponen lipid meliputi gliserida, lilin dan asam lemak. Menurut Hagenmaier dan Shaw (1990), asam lemak rantai panjang biasa digunakan dalam pembuatan edible film karena mempunyai titik didih (melting point) yang tinggi dan sifat hidrofobiknya. d. Karaginan dapat membentuk gel secara reversible artinya dapat membentuk gel pada saat pendinginan dan kembali cair pada saat dipanaskan. Pembentukan gel disebabkan karena terbentuknya struktur heliks rangkap yang tidak terjadi pada suhu tinggi. Pada suhu rendah, struktur heliks rangkap membentuk jaringan polimer yang bercabang-cabang dan selanjutnya akan membentuk suatu kesatuan. e. Menurut Bourtoom (2007), tidak ada metode standar dalam pembuatan edible film sehingga dapat dihasilkan film dengan fungsi dan karakteristik fisikokimia yang diinginkan akan berbeda
4 f. Dari hasil edible film yang terbentuk akan dilakukan analisis terhadap karakter edible film. Analisis edible film meliputi FT-IR, tensile strength, % elongasi, modulus young, DTA (Differensial Thermal Analysis), TGA (Thermal Gravity Analysis), SEM (Scanning Electron Microscopy), uji swelling, uji permeabilitas uap air (WVTR). 2. Batasan Masalah a Bahan baku yang digunakan adalah karaginan jenis kappa. b. Plasticizer yang digunakan adalah gliserol ; PEG ; PVA dengan variasi konsentrasi yang digunakan adalah 3; 6; 9; 12; 15 % (b/b) c. Asam lemak yang digunakan adalah asam palmitat dengan variasi konsentrasi yang digunakan adalah 1; 2; 3; 4; 5 % (b/b) d. Suhu pemanasan larutan film berkisar 80 o C dan suhu pengeringan edible film didalam oven adalah 60 o C selama ± 24 jam. e. Pembuatan edible film dilakukan dengan Metode Casting. f. Analisa uji sifat mekanik edible film meliputi tensile strength, % elongasi, modulus young, analisa gugus fungsi edible film menggunakan FT-IR, uji swelling. 3. Rumusan Masalah a. Bagaimana pengaruh jenis dan konsentrasi plasticizer terhadap sifat mekanik edible film karaginan? b. Bagaimana pengaruh konsentrasi asam palmitat terhadap sifat mekanik edible film karaginan? C. Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai penelitian ini adalah untuk mengetahui : a Mengetahui perbedaan karakteristik sifat mekanik edible film dari karaginan dengan penambahan jenis dan konsentrasi plasticizer yang berbeda. b. Mengetahui karakteristik sifat mekanik edible film dari karaginan dengan penambahan plasticizer dan asam palmitat.
5 D. Manfaat penelitian Dalam penelitian ini manfaat yang diharapkan adalah: a. Memberikan informasi kepada masyarakat bahwa karaginan dapat dikembangkan sebagai salah satu bahan yang mudah untuk terdegradasi. b. Memberikan alternatif pembuatan bahan yang mudah untuk terdegradasi dan ramah lingkungan.
6 BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Karaginan Karaginan merupakan hasil ekstraksi getah rumput laut dalam air atau larutan alkali dari spesies tertentu alga merah (Rhodophyceae), golongan polisakarida galaktan sulfat. Karaginan merupakan penyusun utama dinding sel tanaman alga merah. Struktur dasar karaginan adalah ester sulfat kalium, natrium, kalsium, magnesium, atau amonium dari polimer D-galatosa yang terikat secara α-1,3 dan β- 1,4. Struktur dasar seperti terlihat pada Gambar 1. Gambar 1. Struktur dasar karaginan Berdasarkan strukturnya, karaginan dibagi menjadi lima jenis yaitu kappa (κ), iota (ι), lamda (λ), mu (μ), dan nu (ν). Kelima jenis karaginan tersebut mempunyai sifat kimia dan fisika yang berbeda. Dipengaruhi oleh letak dan jumlah gugus sulfat. Di samping itu, adanya gugus sulfat yang terikat pada atom C-6 unit D-galaktosa ikatan 1,4 dapat dikonversi secara enzimatis di dalam tanaman itu maupun secara kimia membentuk 3,6-anhidro- D-galaktosa. Berikut diuraikan secara umum kelima jenis karaginan :
7 a. κ-karaginan κ-karaginan merupakan kopolimer linier yang tersusun oleh residu D- galaktosa-4-sulfat dengan ikatan α pada posisi 1,3 dan residu 3,6-anhidro- D- galaktosa dengan ikatan β pada posisi 1,4. Beberapa satuan yang berikatan pada posisi 1,4 kadang-kadang sebagai 3,6-anhidro-D-galaktosa-2-sulfat, D-galaktosa- 2,6- disulfat atau D-galaktosa-6-sulfat. κ--karaginan disusun oleh 38,1% D-galaktosa, 28,1% 3,6-anhidro-D-galaktosa dan 25-28% sulfat sebagai OSO 3 Na. Struktur κ- Karaginan ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2. Struktur κ-karaginan b. ι-karaginan Struktur ι-karaginan hampir sama dengan struktur κ-karaginan, dimana perbedaannya hanya terletak pada kandungan sulfatnya. Pada ι -Karaginan terdapat gugus sulfat pada posisi C-2 residu 3,6-anhidro-D-galaktosa. Adanya gugus sulfat tambahan tersebut menyebabkan sifat gel κ dan ι -karaginan berbeda (Booth, 1975). Menurut Winarno (1990), ι-karaginan ditandai dengan adanya ester 4-sulfat pada setiap residu dari D-galaktosa dan gugusan ester 2-sulfat pada setiap gugusan 3,6- anhidro-d-galaktosa. Struktur ι -Karaginan terlihat pada Gambar 3.
8 Gambar 3. Struktur ι-karaginan c. λ-karaginan λ-karaginan disusun oleh residu D-galaktosa-2-sulfat dengan ikatan α pada posisi 1,3 dan residu D-galaktosa-2,6-disulfat dengan ikatan β pada posisi 1,4. Beberapa satuan λ -Karaginan kadang-kadang tidak mengandung gugus sulfat atau sebagai 3,6-anhidro-D-galaktosa. Jumlah ester sulfat dalam λ-karaginan sekitar 35%. Struktur dari λ-karaginan terlihat pada Gambar 4. Gambar 4. Struktur λ-karaginan
9 d. μ dan ν-karaginan μ dan ν-karaginan relatif jarang ditemukan dalam tanaman alga merah, μ- Karaginan terdapat dalam jumlah relatif kecil dalam spesies Chondrus crispus, sedangkan ν-karaginan ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil pada spesies Eucheuma uncinatium. Struktur dari μ-karaginan tampak pada Gambar 5 dan struktur ν-karaginan tampak pada Gambar 6. (CPKelco ApS, 2004): Gambar 5. Struktur dari μ-karaginan Gambar 6. Struktur dari ν-karaginan
10 Adapun unit-unit monomer karaginan terdapat dalam tabel 1 di bawah ini : Sumber: Glicksman, 1979 2. Edible Film Edible packaging dapat dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu yang berfungsi sebagai pelapis (edible coating) dan yang berbentuk lembaran (edible film). Edible coating banyak digunakan untuk pelapis produk daging beku, makanan semi basah (intermediate moisture foods), produk konfeksionari, ayam beku, produk hasil laut, sosis, buah-buahan dan obat-obatan terutama untuk pelapis kapsul (Krochta et al., 1994). Edible film harus mempunyai sifat-sifat yang sama dengan film kemasan seperti plastik, yaitu dapat 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 dengan tujuan memperbaiki mutu bahan pangan. Penggunaan edible film untuk pengemasan produk-produk pangan seperti sosis, buah-buahan dan sayur-sayuran sehingga segar dapat memperlambat penurunan mutu, karena edible film mempunyai fungsi sebagai penahan difusi gas oksigen,
11 karbondioksida dan uap air serta komponen flavor, sehingga mampu menciptakan kondisi atmosfir internal yang sesuai dengan kebutuhan produk kemasan. Keuntungan penggunaan edible film untuk kemasan bahan pangan adalah untuk memperpanjang umur simpan produk serta tidak mencemari lingkungan karena edibel film ini dapat dimakan bersama produk yang dikemasnya. Selain edible film istilah lain untuk kemasan yang berasal dari bahan hasil pertanian adalah biopolimer, yaitu polimer dari hasil pertanian yang digunakan sebagai bahan baku film kemasan tanpa dicampur dengan polimer sintetis (plastik). Bahan polimer diperoleh secara murni dari hasil pertanian dalam bentuk tepung, pati atau isolat. Komponen polimer hasil pertanian adalah polipeptida (protein), polisakarida (karbohidrat) dan lipida. Ketiganya mempunyai sifat termoplastik, sehingga mempunyai potensi untuk dibentuk atau dicetak sebagai film kemasan. Keunggulan polimer hasil pertanian adalah bahannya yang berasal dari sumber yang terbarukan (renewable) dan dapat dihancurkan secara alami (biodegradable). Bahan-Bahan Pembuat Edible Film Komponen penyusun edible film akan mempengaruhi secara langsung bentuk morfologi maupun sifat pengemas yang dihasilkan. Bahan-bahan tambahan yang sering dijumpai dalam pembuatan edible film adalah antimikroba, antioksidan, flavor dan pewarna. Komponen yang cukup besar dalam pembuatan edible film adalah plasticizer, yang berfungsi untuk : - meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas film - menghindari film dari keretakan - meningkatkan permeabilitas terhadap gas, uap air dan zat terlarut - meningkatkan elastisitas film Komponen utama penyusun edible film dikelompokkan menjadi tiga yaitu 1. Hidrokolid Hidrokoloid yang digunakan dalam pembuatan edible film berupa protein atau polisakarida. Bahan dasar protein dapat berasal dari jagung, kedele, wheat gluten, kasein, kolagen, gelatin, corn zein, protein susu dan protein ikan. Polisakarida yang
12 digunakan dalam pembuatan edible film adalah selulosa dan turunannya, pati dan turunannya, pektin, ekstrak ganggang laut (alginat, karaginan, agar), gum (gum arab dan gun karaya), xanthan, kitosan dan lain-lain. Beberapa polimer polisakarida yang banyak diteliti akhir-akhir ini adalah pati gandum (wheat), jagung (corn starch) dan kentang. 2. Lemak Lemak yang umum digunakan dalam pembuatan edible film adalah lilin alami (beeswax, carnauba wax, parrafin wax), asil gliserol, asam lemak (asam oleat dan asam laurat) serta emulsifier. 3. Komposit Komposit adalah bahan yang tersusun dari campuran hidrokoloid dan lipida. 3. Metode Casting Metode casting merupakan salah satu metode yang sering digunakan untuk membuat film. Pada metode ini, protein atau polisakarida didispersikan pada campuran air dan plasticizer, yang kemudian diaduk. Setelah pengadukan, ph diatur, lalu campuran tersebut dipanaskan dan dituangkan pada casting plate. Setelah dituangkan, campuran kemudian dibiarkan mongering pada kondisi dan waktu tertentu. Film yang telah kering kemudian dilepaskan dari cetakan (casting plate) dan kemudian dilakukan pengujian terhadap karakteristik yang dihasilkan (Hui, 2006). 4. Plasticizer Plasticizer berguna meningkatkan elastisitas dan memiliki ketahanan terhadap kebekuan sehingga membuat plasticizer lebih mudah terdifusi dalam molekul polimer (A. Tager, 1972). 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
13 (Frictional force) diantara rantai polimer, yang akan menyebabkan perubahan karakteristik mekanik dari polimer (Paramawati, 2001). Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi, dan jika ditambahkan pada material lain dapat merubah sifat material tersebut. Penambahan plasticizer pada film dapat menurunkan kekuatan intermolekuler meningkatkan fleksibilitas film dan 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 dengan tujuan untuk mengurangi kerapuhan, meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan film terutama jika disimpan pada suhu rendah (Teknopangan & Argoindustri, 2008). a. Gliserol Salah satu alkil trihidrat yang penting adalah gliserol (propa-1,2,3 triol) CH 2 OHCHOHCH 2 OH. Senyawa ini kebanyakan ditemui hampir pada semua lemak hewani dan minyak nabati sebagai ester gliserin asam palmitat dan oleat (Austin, 1985). Gliserol adalah senyawa yang netral, dengan rasa manis tidak berwarna, cairan kental dengan titik lebur 20 C dengan titik didih yang tinggi yaitu 290 C. Gliserol dapat larut sempurna dalam air dan alkohol, akan tetapi tidak dalam minyak. Sebaliknya banyak zat dapat lebih mudah larut dalam gliserol dibanding dalam air maupun alkohol. Oleh karena itu gliserol merupakan pelarut yang baik (Anonim 11, 2006). Gliserol bermanfaat sebagai anti beku (anti freeze) dan merupakan senyawa yang higroskopis sehingga banyak digunakan untuk mencegah kekeringan pada tembakau, pembuatan parfum, tita, kosmetik, makanan dan minuman lainnya (Austin, 1985). Gliserol banyak dihasilkan dari industri di Sumatera Utara dimana merupakan bahan baku yang sangat potensial untuk dikembangkan menjadi produk yang bernilai ekonomis tinggi. Gliserol dapat diperoleh dari hasil pemecahan ester asam lemak minyak dan lemak dari industri oleokimia (Bhat, 1990).
14 Gambar 7. Gliserolisis Lemak b Poly Etylena Glycol (PEG) Poly Etylena Glycol tersusun dari monomer etilen glikol. Etilen glikol merupakan etena yang kedua atom karbonnya mengikat gugus alkohol. PEG dapat berwujud cairan kental maupun berbentuk padatan seperti lilin. PEG sangat dibutuhkan dalam berbagai industri, khususnya dalam industri farmasi dan kosmetik karena beberapa sifatnya antara lain mudah larut, lunak, dan tidak beracun. Gambar 8. Struktur Poly Etylena Glycol (PEG) Poly Etylena Glycol termasuk surfaktan non ionik yang banyak digunakan, karena sifatnya yang stabil, mudah bercampur dengan komponen-komponen lain, tidak beracun, tidak iritatif, dan efektif dalam rentang ph yang lebar (Rosen, 1998). c. 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
15 digunakan sebagai suatu selaput pelindung atau film untuk tablet, tambahan makanan dan untuk mengeringkan makanan. Dimana R= H atau COCH 3 Gambar 9. Struktur dari Poly Vinyl Alcohol Polimer Polyvinyl alkohol (PVA) adalah suatu polimer yang tidak beracun, dapat larut dalam air, bio-compatible dan polimer biodegradable telah secara luas digunakan dalam bidang biomedical (Jia et al, 2007). PVA dapat membentuk serabut lebih baik serta sangat hidrofilik. (Jia et al, 2007). PVA merupakan suatu polimer hidrofilik, dimana didalamnya terdapat gugus hidroksit. Perulangan gugus hidroksit dalam PVA akan menghasilkan interaksiinteraksi sekunder yang kuat dengan gugus silanol. Komposit yang akan terjadi mempunyai sifat yang kaku dan rapuh. (Suzuki et al., 1999). 5. Asam Lemak Menurut Grosch dan Belitz, (1999) asam lemak merupakan monokarboksilat berantai panjang, mungkin bersifat jenuh atau tidak jenuh, dengan panjang rantai berbeda-beda tetapi bukan siklik atau bercabang. Pada umumnya asam lemak yang ditemukan di alam merupakan monokarboksilat dengan rantai tidak bercabang dan memiliki jumlah atom genap. Asam-asam lemak ini dapat dibagi menjadi dua yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh. Pembagian asam lemak tersebut berdasarkan pada perbedaan bobot molekul dan derajat ketidakjenuhannya (Winarno, 1997). Menurut Hagenmaier and Shaw (1990), asam lemak rantai panjang biasa digunakan dalam pembuatan edible film karena mempunyai titik didih (melting point) yang tinggi dan sifat hidrofobiknya. Salah satu asam lemak yang paling mudah diperoleh adalah asam palmitat atau asam heksadekanoat. Tumbuh-tumbuhan dari famili Palmaceae, seperti kelapa
16 (Cocos nucifera) dan kelapa sawit (Elaeis guineensis) merupakan sumber utama asam lemak ini. Minyak kelapa bahkan mengandung hampir semuanya palmitat (92%). Minyak sawit mengandung sekitar 50% palmitat. Produk hewani juga banyak mengandung asam lemak ini (dari mentega, keju, susu, dan juga daging). Asam palmitat adalah asam lemak jenuh yang tersusun dari 16 atom karbon (CH 3 (CH 2 ) 14 COOH). Pada suhu ruang, asam palmitat berwujud padat dan berwarna putih. Titik leburnya 63,1 o C. Asam palmitat adalah produk awal dalam proses biosintesis asam lemak. Dari asam palmitat, pemanjangan atau penggandaan ikatan berlangsung lebih lanjut. Dalam industri, asam palmitat banyak dimanfaatkan dalam bidang kosmetika dan pewarnaan. Dari segi gizi, asam palmitat merupakan sumber kalori penting namun memiliki daya antioksidasi yang rendah. Park et al. (1996) menyatakan bahwa permeabilitas uap air dan gas dari edible film dipengaruhi oleh konsentrasi asam lemak. B. Kerangka Pemikiran Karaginan merupakan senyawa hidrokoloid yang potensial untuk dibuat edible film, karena dapat diperbaharui. Karaginan merupakan senyawa kompleks polisakarida yang dibangun oleh sejumlah unit galaktosa dan 3,6- anhidrogalaktosa, baik yang mengandung sulfat maupun yang tidak mengandung sulfat, dengan ikatan α-1,3-d galaktosa dan β-1,4-3,6 anhidrogalaktosa secara bergantian. Edible film merupakan suatu lapisan tipis, yang terbuat dari protein, karbohidrat atau lemak yang bersifat hidrofilik. Edible film memberikan alternatif bahan pengemas ramah lingkungan yang mampu melindungi dan mempertahankan kualitas produk makanan dari pertumbuhan mikroba atau penyerapan uap air (Krochta et al., 1992). Edible film dapat dibuat dari tiga jenis bahan yakni hidrokoloid (alginat, karaginan, pati), lipid (lilin/wax, asam lemak), dan komposit dari keduanya. Menurut Koswara. et.al., (2002). Edible film yang terbuat dari hidrokoloid menjadi barrier yang baik terhadap transfer oksigen, karbohidrat dan lipid. Pada umumnya sifat dari hidrokoloid sangat baik sehingga potensial untuk dijadikan pengemas. Sifat film hidrokoloid umumnya mudah larut dalam air sehingga
17 menguntungkan dalam pemakaiannya. Kelompok hidrokoloid meliputi protein dan polisakarida. Selulosa dan turunannya merupakan sumber daya organik yang memiliki sifat mekanik yang baik untuk pembuatan film yang sangat efisien sebagai barrier terhadap oksigen dan hidrokarbon dan bersifat barrier terhadap uap air, sehingga dapat digunakan dengan penambahan lipid. Edible film yang dibuat dari hidrokoloid diantaranya memiliki kemampuan yang baik untuk melindungi produk terhadap oksigen, karbondioksid serta lipid memiliki sifat mekanis yang diinginkan dan meningkatkan kesatuan structural produk. Kelemahannya, film dari karbohidrat kurang bagus digunakan untuk mengatur migrasi uap air sementara film dari protein sangat dipengaruhi oleh perubahan ph. Menurut Krocha dan De Mulder Johnson (1997) Edible film umumnya dibuat dari salah satu bahan yang memiliki sifat barrier atau mekanik yang baik, tetapi tidak untuk keduanya. Untuk mengurangi kerapuhan dan memberikan sifat hidrofobik dari edible film karaginan, maka diperlukan adanya penambahan plasticizer dan zat aditif. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan kualitas dari edible film karaginan. Plasticizer merupakan bahan tambahan yang sering ditambahkan pada pembuatan edible film. Plasticizer mengurangi interaksi intermolekuler dan intramolekuler dalam polimer dan menurunkan kerapuhan film (Gontard et al., 1993). Plasticizer seperti gliserol, sorbitol dan polietilen glikol memiliki viskositas rendah yang bila ditambahkan dalam film akan memberikan sifat fleksibilitas. Namun penambahan plasticizer dengan konsentrasi yang terlalu tinggi dapat menyebabkan menurunnya sifat-sifat fungsional edible film antara lain resistensi terhadap uap air dan sifat mekanikanya (Glicksman, 1984). Plasticizer yang ditambahkan pada pembuatan edible film digunakan untuk mengurangi sifat rapuh film selain itu, plasticizer juga meningkatkan elastisitas film. Plasticizer mempengaruhi sifat fisik mekanik dan permeabilitas dari edible film. Namun kekuatan renggang putus edible film menurun dengan meningkatnya konsentrasi plasticizer, hal ini disebabkan
18 plasticizer dapat merubah sifat mekanika film dengan mengurangi kohesi dan ketahanan mekanika rantai polimer (Lieberman and Gilbert, 1973 ). Lipid sering ditambahkan dalam formula film karena lipid memberikan sifat hidrophobik. Komponen lipid meliputi gliserida, lilin dan asam lemak. Asam lemak rantai panjang seperti stearat dan palmitat sering digunakan karena bersifat hidrophobik dengan titik leleh yang tinggi (Hagenmaier and Shaw, 1990). Asam palmitat yang berupa lipid tidak memiliki kelarutan yang baik terhadap air. Asam palmitat diduga menghambat distribusi dan interaksi molekul karaginan, sehingga akan menurunkan kekuatan tarik film, % elongasi tetapi mampu meningkatkan sifat elastisitas dan barrier dari edible film. C. Hipotesis a. Semakin banyak plasticizer maka sifat mekaniknya cenderung akan mengalami penurunan. b. Semakin banyak lipid yang digunakan dalam hal ini asam palmitat maka sifat mekaniknya cenderung akan mengalami penurunan.
19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimen laboratorium. Pembuatan edible film karaginan dilakukan dengan cara pencampuran karaginan dengan plasticizer dan aditif asam palmitat. Campuran tersebut diaduk hingga homogen, selanjutnya dilakukan pencetakan pada casting plate dengan metode casting. Casting plate dimasukkan kedalam oven pada suhu 60 o C selama ± 24 jam hingga kering. Setelah kering edible film dilepaskan dari casting plate, selanjutnya dilakukan kajian sifat fisik dan mekaniknya yang meliputi kuat tarik, persen perpanjangan, kadar kekakuan dan ketahanan film terhadap air. Karakterisasi edible film karaginan dilakukan FT-IR. B. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia FMIPA UNS, Laboratorium Dasar Kimia FMIPA UNS, dan Laboratorium Material Teknik Mesin Fakultas Teknik dan Industri UGM, selama 5 bulan, dari bulan Januari 2012 Mei 2012. C. Alat dan Bahan 1. Alat a) Spektrometer Infra Red (FT-IR IR prestige Shimadzu 8201 PC) b) Instrumen kuat tarik (Pearson Panke Equipment LTD) c) Hot plate (model 4658) d) Neraca listrik (AND GF-300) e) Oven (Barnsted International 3513-1) f) Plat kaca 21,5 cm x 16 cm g) Stirer (Heidolph MR 1000) h) Magnetik stirrer
20 i) Alat-alat gelas j) Pengaduk k) Statif l) Klem m) Termometer 2. Bahan a) Karaginan jenis kappa b) Gliserol (Bratachem) c) PEG ( Merck) d) PVA (Merck) e) KCl f) Asam palmitat g) aquades D. Prosedur Penelitian 1. Pembuatan Edible Film dengan Variasi Plasticizer Karaginan ditimbang sebanyak 3 gram, KCl sebanyak 0,144 gram dan plasticizer (Gliserol, PEG, PVA) masing-masing sebanyak 3%; 6%; 9%; 12%; 15% (b/b). Kemudian ketiga bahan dilarutkan dengan aquades sebanyak 100 ml dan diaduk sampai homogen hingga diperoleh larutan edible film dari karaginan. Masing-masing larutan edible film yang sudah homogen kemudian dipanaskan hingga suhunya mencapai 80 o C. Selanjutnya larutan dituangkan diatas plat kaca ukuran 21,5 cm x 16 cm dan diratakan sehingga diperoleh ketebalan yang sama. Edible film kemudian dikeringkan dan dimasukkan kedalam oven dengan suhu 60 o C selama 24 jam. Setelah kering film kemudian dilepaskan dari plat kaca. 2. Pembuatan Edible Film dengan Variasi Konsentrasi Asam Palmitat Karaginan ditimbang sebanyak 3 gram, KCl sebanyak 0,144 gram dan konsentrasi plasticizer (Gliserol, PEG, PVA) berdasarkan uji tensile strength tertinggi dari edible film 1 dan Asam Palmitat 1%; 2%; 3%; 4%; 5% (b/b). Kemudian keempat
21 bahan dilarutkan dengan aquades sebanyak 100 ml dan diaduk sampai homogen hingga diperoleh larutan film dari karaginan dan asam palmitat. Masing-masing larutan edible film yang sudah homogen kemudian dipanaskan hingga suhunya mencapai 80 o C. Selanjutnya larutan dituangkan diatas plat kaca ukuran 21,5 cm x 16 cm dan diratakan sehingga diperoleh ketebalan yang sama. Edible film kemudian dikeringkan dan dimasukkan kedalam oven dengan suhu 60 o C selama 24 jam. Setelah kering film kemudian dilepaskan dari plat kaca. 3. Karakterisasi Edible Film Karaginan Edible film yang sudah dilepas dari casting plate kemudian dilakukan analisa sifat mekanik sehingga diperoleh nilai Tensile Strength (Kuat Tarik), Elongasi (Kemuluran), Modulus Young (Kadar Kekakuan). Kemudian dilakukan analisa gugus fungsi menggunakan FT-IR dan uji ketahanan edible film terhadap air digunakan uji swelling. E. Teknik Pengumpulan Data Pengumpulan data diawali dengan pengujian kuat tarik (tensile strength) edible film menggunakan instrumen universal testing ( Pearson Panke Equipment LTD). Hasil dari kuat tarik (tensile strength) tersebut dihitung persen perpanjangan (elongation to break) dan kadar kekakuan (modulus young). Selanjutnya dilakukan uji swelling untuk mengetahui ketahanan film terhadap air. Selanjutnya edible film dikarakterisasi menggunakan FT-IR. Pada uji kuat tarik (tensile strength) diperoleh nilai gaya maksimum dan panjang model bahan setelah dilakukan penarikan. Nilai panjang model bahan setelah dilakukan penarikan dapat dihitung dengan persamaan yang telah ditetapkan untuk memperoleh nilai persen perpanjangan (elongation to break). Uji swelling diperoleh nilai indeks swelling (%). FT-IR (spektroskopi infra red) berfungsi mengetahui perubahan atau pergeseran vibrasi gugus fungsi dalam edible film karaginan.
22 F. Teknik Analisa Data Data yang diperoleh dari berbagai macam pengujian dapat dianalisa, diantaranya : 1. Uji sifat mekanik edible film meliputi tensile strength (TS), % elongasi, dan modulus young. a. Nilai Tensile Strength (kuat tarik) didapat dengan rumus: σ = Fmaks Ao Keterangan: σ = Kekuatan tarik bahan (MPa) Fmaks = Gaya maksimum (N) L = Luas penampang bahan (mm 2 ) Tebal spesimen (mm) x Lebar spesimen (mm) b. Nilai Elongasi (kemuluran) didapat dengan rumus: ɛ = (l-lo) x 100% lo Keterangan: ɛ = kemuluran bahan (%) l = Panjang spesimen setelah Uji Tarik (mm) lo = Panjang spesimen awal (mm) c. Nilai Modulus Young (kadar kekakuan) didapat dengan rumus: E = σ ɛ Keterangan: E = kadar kekakuan bahan (MPa) σ = Kekuatan tarik bahan (MPa) ɛ = Kemuluran bahan (%) 2. Uji swelling berguna untuk mengetahui sifat ketahanan edible film terhadap air. Uji ini akan diperoleh nilai indeks swelling (%) Indeks Swelling (%) = W-Wo x 100% Wo
23 Keterangan: W = Berat akhir edible film setelah dikondisikan dalam air (gram) Wo = Berat awal edible film sebelum dikondisikan dalam air (gram) 3. Spektrum FT-IR menunjukkan perubahan atau pergeseran vibrasi gugus fungsi karaginan dan plasticizer yang digunakan, serta zat aditif asam palmitat pada serapan yang terbentuk.
24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Visualisasi Edible Film 1. Edible film dari karaginan dan variasi jenis plasticizer Pada penelitian ini dibuat edible film dari campuran karaginan, KCl, dan variasi jenis plasticizer yaitu gliserol, polietilen glikol (PEG), dan polivinil alkohol (PVA). Edible film karaginan ditambahkan plasticizer berdasarkan variasi % jumlah plasticizer yaitu 3%; 6%; 9%; 12%; 15% (b/b). Edible film karaginan pada dasarnya berwarna keruh kecoklatan, kesat tetapi cenderung berminyak dengan tebal antara 0.8 1.5 mm. Produk edible film dengan variasi jenis plasticizer terlihat pada Gambar 10. Gambar (a) Gambar (b) Gambar (c) Gambar 10. (a). Edible film dari Karaginan dan Gliserol (b). Edible film dari Karaginan dan PEG (c). Edible film dari Karaginan dan PVA 2. Edible film dari karaginan, plasticizer dan variasi konsentrasi Aditif asam palmitat Edible film yang terbuat dari campuran karaginan, KCl, plasticizer dan 5 variasi konsentrasi asam palmitat yaitu 1%; 2%; 3%; 4%; 5% (b/b). Edible film ini terdapat butiran-butiran berwarna putih dengan tebal antara 0.8 1.5 mm. Produk edible film karaginan dengan variasi konsentrasi asam palmitat terlihat pada Gambar 11.
25 Gambar (a) Gambar (b) Gambar (c) Gambar 11. (a) Edible film dari Karaginan, Gliserol, dan Asam Palmitat (b) Edible film dari Karaginan, PEG, dan Asam Palmitat (c) Edible film dari Karaginan, PVA, dan Asam Palmitat B. Uji Sifat Mekanik Edible Film 1. Edible Film Karaginan dengan Variasi Konsentrasi Plasticizer Sifat mekanik dari film dipengaruhi oleh besarnya jumlah kandungan komponen- komponen penyusun film yaitu karaginan, plasticizer dan asam palmitat. Gliserol, Polietilen glikol (PEG), Polivinil alkohol (PVA) sebagai plasticizer dapat memberikan sifat elastis pada film. Analisa edible film karaginan meliputi kekuatan tarik (Tensile strength), kemuluran (% elongasi), kadar kekakuan (modulus young). a. Uji Tensile Strength (Kuat Tarik) Uji kuat tarik (tensile strength) ini sesuai dengan standar ASTM D-638. Hasil uji kuat tarik edible film karaginan dengan variasi konsentrasi plasticizer dapat dilihat pada Gambar 13. Hasil uji tensile strength dari Gambar 13 memperlihatkan bahwa semakin besar konsentrasi plasticizer 3%, 6%, 9%, 12%, 15% (b/b) maka nilai tensile strength cenderung akan semakin kecil. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai kuat tarik (tensile strength) pada masing-masing plasticizer berkisar antara 4,418-1,308 Mpa untuk penambahan gliserol, 5,725 1,942 Mpa untuk penambahan PEG dan 4,297 2,5 Mpa untuk penambahan PVA. Hal ini dikarenakan plasticizer dapat merubah sifat mekanik film dengan mengurangi kohesi dan ketahanan mekanik rantai polimer (Lieberman and Gilbert, 1973). Plasticizer dapat menyebabkan berkurangnya
26 ikatan hidrogen internal dan akan melemahkan gaya tarik intermolekul rantai polimer yang berdekatan sehingga akan mengurangi kekuatan renggang putus film (Kester and Fennema,1989). Kemungkinan reaksi yang terjadi ditunjukkan dalam Gambar 12 dengan salah satu jenis plasticizer yaitu gliserol OH CH 2 CH OH CH 2 OH Gambar 12. Struktur Kimia Antara Kappa Karaginan dengan Gliserol Hal ini dapat dilihat dari spektrum infra red (IR) yang menunjukkan bahwa gugus OH mengalami pelebaran bilangan gelombang akibat proses blending dari beberapa komponen film. Ketika sejumlah kecil plasticizer ditambahkan pada suatu polimer, maka molekul-molekul plasticizer tersebut akan terdispersi kedalam konfigurasi yang lebih rendah. Sebaliknya jika plasticizer yang ditambahkan terlalu banyak maka molekul-molekul polimer juga akan semakin mudah bergerak yang berakibat gaya intermolekuler antar rantai menurun yang mengakibatkan terjadi penurunan kekuatan dan keliatan polimer.
27 Gambar 13. Grafik Pengaruh Jenis dan Variasi Konsentrasi Plasticizer Terhadap Tensile Strength Edible Film Karaginan b. Uji % Elongasi (persen perpanjangan) Uji persen perpanjangan (Elongation to break) ini sesuai dengan standar ASTM D-638. Hasil uji persen perpanjangan edible film karaginan dengan variasi konsentrasi plasticizer dapat dilihat pada Gambar 14. Hasil uji persen perpanjangan dari Gambar 14 menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi plasticizer 3%, 6%, 9%, 12%, 15% (b/b) maka elongasinya juga semakin besar. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai persen perpanjangan (elongasi) pada masing-masing plasticizer berkisar antara 6,25% 12,5% untuk penambahan gliserol, 5,88% - 15,38% untuk penambahan PEG dan 5,55% - 21,43% untuk penambahan PVA. Menurut Kester and Fennema (1989) plasticizer menyebabkan berkurangnya ikatan hidrogen internal dan melemahkan gaya tarik intermolekul rantai polimer yang berdekatan sehingga mengurangi kekuatan renggang putus dan menaikkan fleksibilitas film. Plasticizer mempunyai kemampuan untuk mengacaukan kumpulan molekul sehingga mengurangi rigiditas matriks film (Gennadious et al., 1994).
28 Dengan demikian meningkatnya konsentrasi plasticizer menyebabkan struktur film semakin fleksibel sehingga persen perpanjangannya semakin besar. Gambar 14. Grafik Pengaruh Jenis dan Variasi Konsentrasi Plasticizer Terhadap % Elongasi Edible Film Karaginan c. Uji Modulus Young (Kadar Kekakuan) Uji Modulus Young (Kadar Kekakuan) ini sesuai dengan standar ASTM D- 638. Modulus Young merupakan ukuran kekakuan suatu bahan, yang didapat dengan menghitung besarnya tensile strength dibagi dengan nilai elongation to break. Hasil uji modulus young edible film karaginan dengan variasi konsentrasi plasticizer dapat dilihat pada Gambar 15.
29 Gambar 15. Grafik Pengaruh Jenis dan Variasi Konsentrasi Plasticizer Terhadap Modulus Young Edible Film Karaginan Hasil uji modulus young (kadar kekakuan) dari Gambar 15 menunjukkan bahwa dapat dilihat nilai modulus young cenderung turun seiring kenaikan konsentrasi plasticizer yang ditambahkan. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai modulus young pada masing-masing plasticizer berkisar antara 70,688 10,464 Mpa untuk penambahan gliseol, 97,364 12,627 Mpa untuk penambahan PEG, dan 77,423 11,666 Mpa untuk penambahan PVA. Hal ini dapat dijelaskan bahwa semakin banyak konsentrasi plasticizer yang ditambahkan 3%, 6%, 9%, 12%, 15% (b/b) maka kadar kekakuan dari suatu material cenderung akan semakin kecil, dikarenakan plasticizer berguna untuk mengurangi kekakuan dan menambah elastisitas dari suatu material dalam hal ini edible film. 2. Edible Film Karaginan dengan Plasticizer, dan Variasi konsentrasi Zat Aditif Asam Palmitat Penambahan asam palmitat dalam penelitian ini dipilih berdasarkan tensile strength tertinggi pada variasi konsentrasi masing-masing dari plasticizer. Hal ini dikarenakan edible film dengan kekuatan tarik tinggi mampu melindungi produk yang
30 dikemasnya dari gangguan mekanis dengan baik (Wu and Bates., 1973). Berdasarkan Gambar 13, tensile strength paling besar adalah plasticizer gliserol dengan konsentrasi 3%, PEG dengan konsentrasi 3% dan PVA dengan konsentrasi 3%. a.uji Kuat Tarik (Tensile Strength) Uji kuat tarik (tensile strength) ini sesuai dengan standar ASTM D-638. Hasil uji kuat tarik pengaruh plasticizer dengan variasi konsentrasi asam palmitat terhadap tensile strength edible film karaginan dapat dilihat pada Gambar 16. Gambar 16. Grafik Pengaruh Plasticizer dengan Variasi Konsentrasi Asam Palmitat Terhadap Tensile Strength Edible Film Karaginan Hasil uji kuat tarik dari Gambar 16 menunjukkan bahwa tensile strength yang didapat cenderung menurun dengan naiknya konsentrasi asam palmitat 1%, 2%, 3%, 4%, 5% (b/b). Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai tensile strength pada masing-masing konsentrasi zat aditif asam palmitat berkisar antara 4,111 2,074 Mpa untuk plasticizer gliserol, 2,9 1,533 Mpa untuk plasticizer PEG, dan 3,745 1,785 Mpa untuk plasticizer PVA. Menurut Yang and Paulson (2000) penambahan asam lemak akan mengakibatkan penurunan kuat tarik dari edible film. Penambahan asam palmitat dengan jumlah yang banyak akan menurunkan tensile strength dari suatu bahan. Asam palmitat yang berupa lipid tidak memiliki kelarutan yang baik