PENGARUH CAMPURAN BAHAN KOMPOSIT DAN KONSENTRASI GLISEROL TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI KULIT SINGKONG DAN KITOSAN S K R I P S I OLEH : I GUSTI AGUNG AYU MIRAH PRADNYA DEWI NIM : 1111205001 JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 i
PENGARUH CAMPURAN BAHAN KOMPOSIT DAN KONSENTRASI GLISEROL TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI KULIT SINGKONG DAN KITOSAN S K R I P S I Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana OLEH : I Gusti Agung Ayu Mirah Pradnya Dewi NIM: 1111205001 JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii
I Gusti Agung Ayu Mirah Pradnya Dewi 1111205001.2015. Pengaruh Campuran Bahan Komposit dan Konsentrasi Gliserol Terhadap Karakteristik Bioplastik dari Pati Kulit Singkong dan Kitosan di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Bambang Admadi Harsoyuono dan I Wayan Arnata, S.TP., M.Si. ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk 1) Mengetahui pengaruh campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol terhadap karakteristik bioplastik 2) Menentukan campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol yang tepat untuk menghasilkan komposit bioplastik terbaik. Penelitian ini menggunakan menggunakan rancangan acak kelompok faktorial dengan 2 faktor. Faktor I : campuran bahan komposit (pati:kitosan) terdiri atas 3 taraf yaitu 3g : 2g ; 3,5g : 1,5g ; 4g : 1g. Faktor II yaitu konsentrasi gliserol yang terdiri dari 3 taraf yaitu 1% ; 1,5% dan 2%. Data dianalisis ragam dan dilanjutkan dengan uji Duncan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa interaksi campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol berpengaruh sangat nyata terhadap kekuatan tarik dan elastisitas. Inetraksi campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol berpengaruh nyata terhadap elongation dan kemampuan biodegradasi. Campuran komposit pati :kitosan (4g: 1g) dan konsentrasi gliserol 1,5% merupakan perlakuan terbaik dengan karakteristik: kuat tarik 0,39MPa, elongasi 44,06%, elastisitas 0,008MPa, kemampuan biodegradasi 66,61% serta karakteristik morfologi yang berpori karena serat polimer kitosan yang lebih besar dari pati. Kata kunci:bioplastik, komposit,pati kulit singkong, kitosan, gliserol iii
I Gusti Agung Ayu Mirah Pradnya Dewi 1111205001.2015. Pengaruh Campuran Bahan Komposit dan Konsentrasi Gliserol Terhadap Karakteristik Bioplastik dari Pati Kulit Singkong dan Kitosan di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Bambang Admadi Harsoyuono dan I Wayan Arnata, S.TP., M.Si. ABSTRACT This study aims to 1) determine the effect of material composite and glycerol concentration towards bioplastic characteristics 2) determine the mixture of composite and glycerol concentrations to produce the best characteristics of bioplastic composite. This research used a factorial randomized block design with 2 factors. First factor was the mixture of cassava starch skin and chitosan (starch: chitosan) which was consisted of 3 levels: 3g : 2g ; 3.5g : 1.5g ; 4g : 1g. The second factor was glycerol concentration of 3 levels: 1%, 1.5%, and 2%. Data was analyzed by using ANOVA and continued with Duncan test. The results showed that interaction between treatments very significantly affected the tensile strength and elasticity. The interaction between treatments was significantly affected toward elongation and the ability of biodegradation. The composite mixture of starch : chitosan (4 g: 1 g) and 1.5% glycerol concentration was the best treatment with characteristic of tensile strength 0.39MPa, elongation 44.06%, elasticity 0.008MPa, biodegradability 66.61% and the morphological characteristics is porous, because chitosan polymer fiber larger than starch. Keywords: bioplastics, composites, starch, chitosan, glycerol iv
RINGKASAN Penggunaan plastik telah meluas hampir di seluruh bidang kehidupan. Penggunaan plastik sebagai bahan kemasan telah menimbulkan masalah lingkungan seperti tidak mudah hancur karena hujan, cahaya matahari dan mikroba di tanah (Hasan, 2006). Plastik yang selama ini dipakai berasal dari minyak bumi, gas alam dan batu bara. Bahan dasar ini merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui dan penggunaannya dapat menimbulkan pencemaran tanah (Darni et al., 2008). Salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu mengembangkan bahan bioplastik. Plastik ini berasal dari bahan alam dan dapat diuraikan oleh mikroorganisme menjadi senyawa yang lebih sedehana. Salah satu yang dapat digunakan salah satunya pati. Pati yang digunakan pada penelitian ini adalah pati kulit singkong. Bioplastik dari pati memiliki sifat mekanik rendah. Anita et al. (2013) menyatakan bahwa nilai kuat tarik dan persen pemanjangan saat putus bioplastik dari pati kulit singkong dengan penambahan pati lebih dari 5 gram dan gliserol 4 ml yaitu 0,02MPA dan perpanjangan saat putus 3,5%. Berkaitan dengan hal itu untuk meningkatkan sifat mekanik dan kemampuan biodegradasi perlu dilakukan pencampuran pati dengan biopolimer lain atau disebut komposit seperti kitosan dan penggunaan gliserol sebagai plasticiziernya (Gontard et al., 1993); (Dutta et al., 2009). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol terhadap karakteristik komposit bioplastik dari pati kulit singkong dan kitosan serta menentukan campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol yang tepat untuk menghasilkan karakteristik komposit bioplastik v
dari pati kulit singkong dan kitosan terbaik. Penelitian ini menggunakan rancangan acak kelompok (RAK) Faktorial 2 faktor yaitu faktor I campuran pati kulit singkong dan kitosan, dengan 3 taraf (pati : kitosan) yaitu 3g : 2g ; 3,5g : 1,5g dan 4g : 1g. Faktor II konsentrasi gliserol, terdapat 3 taraf yaitu 1% ; 1,5% dan 2%. Kombinasi kedua faktor menghasilkan 9 kombinasi perlakuan yang dikelompokkan menjadi 2 berdasarkan waktu proses pembuatan plastik, sehingga terdapat 18 unit percobaan. Data diperoleh dianalisis dengan sidik ragam dan jika perlakuan berpengaruh nyata terhadap parameter yang diamati dilanjutkan dengan uji Duncan. Variabel yang diamati pada penelitian ini adalah kekuatan tarik (MPa) (Gibson, 1994), elongasi (%) (Gibson, 1994), elastisitas (MPa)(Gibson, 1994), dan kemampuan biodegradasi yang dihitung berdasarkan susut bobotnya (%) (Harnist dan Darni, 2011). Pelakuan terbaik ditentukan menggunakan uji efektivitas (de Garmo et al., 1984). Hasil yang didapat dari uji efektivitas dilihat morfologinya dengan menggunakan mikroskop. Hasil penelitian menunjukkan campuran bahan komposit dan konsentrasi gliserol berpengaruh terhadap karakteristik bioplastik dari pati kulit singkong dan kitosan. Perlakuan terbaik ditunjukkan pada campuran bahan komposit (pati :kitosan) (4 g: 1 g) dan konsentrasi gliserol 1,5% dengan karakteristik sebagai berikut : ketebalan 0,2 mm kuat tarik 0,39MPa, elongasi 44,06%, elastisitas 0,008MPa kemampuan biodegradasi 66,61% dan berdasarkan hasil uji morfologi dihasilkan bioplastik yang berpori karena kitosan memiliki ukuran serat polimer yang lebih besar dari pati. vi
Skripsi ini telah mendapatkan persetujuan pembimbing Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Prof. Dr. Ir. Bambang Admadi H.,MP NIP. 19650221 199002 1 004 I Wayan Arnata, S.TP., M.Si NIP. 19780620 200501 1 002 Mengesahkan : Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana, Dr. Ir. Dewa Gede Mayun Permana, M.S. NIP. 19591107 198603 1 004 Tanggal lulus : vii
RIWAYAT HIDUP I Gusti Agung Ayu Mirah Pradnya Dewi dilahirkan di Tabanan pada tanggal 12 September 1993. Penulis merupakan anak pertama dari pasangan I Gusti Made Wiranata, S.H. dan Sagung Manik Anggraeni. Penulis memulai pendidikan di SDN 4 Dauh Peken Tabanan Bali pada tahun 1999 dan menamatkannya pada tahun 2005, lalu melanjutkan pendidikan di SMP Negeri 1 Tabanan dan berhasil menamatkannya pada tahun 2008. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan ke SMAN 1 Tabanan sampai dengan tahun 2011. Melalui jalur SNMPTN Undangan, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana pada tahun 2011 dan masuk pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian. Selama menjalani kuliah, penulis aktif sebagai panitia pelaksana ada kegiatankegiatan kemahasiswaan dan anggota aktif organisasi kemahasiswaan di lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian.. viii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Ida Sang Hyang Widhi, Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi yang berjudul Pengaruh Campuran Bahan Komposit dan Konsentrasi Gliserol Terhadap Karakteristik Bioplastik dari Pati Kulit Singkong dan Kitosan ini diajukan sebagai salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana, Bali. Pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya dan penghargaan yang setulusnya kepada : 1. Ida Sang Hyang Widi Wasa, Atas Asungkerta Waranugrahanya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang Admadi H.,MP., selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak I Wayan Arnata, S.TP., M.Si., selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, arahan dan solusi dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ir. Dewa Gede Mayun Permana, M.S., selaku Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. 4. Ibu Ir. Amna Hartiati, MP., selaku Ketua Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana. 5. Bapak/Ibu dosen beserta pegawai di lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana, atas fasilitas dan dukungan selama menempuh kuliah hingga penyusunan skripsi. ix
6. Keluarga tercinta khususnya Ajik, Ibu, Jung Mas, beserta seluruh keluarga besar yang selalu jadi semangat bagi penulis dan selalu ada setiap saat bagi penulis. Terima kasih untuk doa, dukungan, perhatian, kepercayaan dan materi yang telah diberikan. 7. Teman-teman TIP selama kuliah sudah banyak membantu dan bekerjasama selama pelaksanaan perkuliahan. Heni Epriyanti yang sudah membantu dalam pelaksanaan penelitian dan semua teman-teman di FTP Angkatan 2011 yang tak bisa disebut satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya dalam perkuliahan, membuat tugas, praktikum dan penelitian hingga akhir skripsi ini. 8. I Gusti Ngurah Anom Yudistira, terima kasih atas segala bantuan dan dukungannya selama ini hingga skripsi ini selesai. Semoga Ida Sang Yang Widhi, Tuhan Yang Maha Esa membalas semua budi baik ini dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, kritik dan saran masih diperlukan untuk menyempurnakan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya. Bukit Jimbaran, Agustus 2015 Penulis x
DAFTAR ISI Halaman JUDUL. HALAMAN PERSYARATAN... ABSTRAK... RINGKASAN... HALAMAN PERSETUJUAN RIWAYAT HIDUP.. KATA PENGANTAR. DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN i ii iii v vii viii ix xi xiii xiv xv I. PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 4 1.3. Hipotesis.. 4 1.4. Tujuan Penelitian. 5 1.5. Manfaat Penelitian.. 5 II. TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1. Plastik. 6 2.2. Bioplastik....... 8 xi
2.3. Komposit... 10 2.4. Pati... 11 2.5 Gelatinisasi Pati 14 2.6 Kitosan. 15 2.7 Plasticizier.... 16 2.8 Sifat Mekanik Plastik 19 2.9 Biodegradasi.. 20 III. METODE PENELITIAN 23 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian. 23 3.2. Alat dan Bahan 23 3.2.1 Alat. 23 3.2.2 Bahan.. 23 3.3. Rancangan Percobaan 23 3.4. Pelaksanaan Penelitian.. 24 3.4.1 Preparasi Pati Kulit Singkong.. 24 3.4.2 Proses Pembuatan Bioplastik Komposit. 25 3.5. Variabel yang Diamati... 28 3.5.1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)... 28 3.5.2. Perpanjangan (Elongation at Break)... 28 3.5.3. Elastisitas (Modulus Young).... 29 3.5.4. Kemampuan Biodegradasi... 29 3.5.5 Uji Efektivitas. 30 3.5.6 Morfologi Bioplastik.. 31 xii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN. 32 4.1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength ).... 32 4.2. Perpanjangan (Elongation at Break)..... 33 4.3. Elastisitas (Modulus Young)... 35 4.4. Kemampuan Biodegradasi... 36 4.5. Uji Efektivitas 38 4.6. Morfologi Bioplastik. 39 V. KESIMPULAN DAN SARAN.... 41 5.1. Kesimpulan.. 41 5.2. Saran.... 41 DAFTAR PUSTAKA.. 42 LAMPIRAN.. 47 xiii
DAFTAR TABEL No. Judul Halaman 1. Kandungan Pati Beberapa Jenis Tanaman.. 12 2. Kandungan Gizi Dalam 100 Gram Kulit Singkong... 14 3. Kualitas Standar Kitosan... 16 4. Sifat Fisika Gliserol... 18 5. Nilai Rata-rata Kekuatan Tarik (Mpa) Bioplastik Komposit... 32 6. Nilai Rata-rata Perpanjangan Saat Putus (%) Bioplastik Komposit 33 7. Nilai Rata-rata Elastisitas (MPa) Bioplastik Komposit... 35 8. Nilai Rata-rata Kemampuan Biodegradasi Bioplastik Komposit... 37 9. Nilai Efektivitas... 38 xiv
DAFTAR GAMBAR No. Judul Halaman 1. Struktur Kimia Gliserol (Bunyamin, 2011)... 19 2. Proses Pembuatan Pati Kulit Singkong dan Kitosan(Anita et al., 2013) 25 3. Pembuatan Bioplastik Komposit dari Pati Kulit Singkong dan Kitosan (Hasil Penelitian Pendahuluan)... 27 4. Morfologi Bioplastik Komposit... 39 xv
DAFTAR LAMPIRAN No. Judul Halaman 1. Data Kuat Tarik (Tensile Stength) Bioplastik Komposit... 47 2. Data Elongasi Bioplastik Komposit... 54 3. Data Elastisitas Bioplastik Komposit...... 60 4. Data Kemampuan Biodegradasi... 67 5. Data Uji Efektivitas. 74 6. Dokumentasi Penelitian... 75 xvi