1.1 Latar Belakang BAB 1 PENDAHULUAN Material selulosa bakteri adalah hasil proses fermentasi air kelapa dengan menggunakan bakteri Acetobacter xylinum. Secara kimiawi, serat yang terkandung di dalam nata de coco adalah serat selulosa, yang dikenal sebagai selulosa bakteri (Yoshinaga et al., 1997). Bakteri selulosa mempunyai beberapa keunggulan antara lain memiliki kemurnian yang tinggi tanpa adanya lignin, pektin dan hemiselulosa, dimana zat-zat tersebut biasa ditemukan pada selulosa tanaman (Lapuz, et al., 1967). Selain itu serat selulosa yang diproduksi oleh bakteri Acetobacter xylinum, memiliki sifat-sifat fisik tertentu yang berbeda dari selulosa tumbuhan. Sifat fisik yang unik dari selulosa yang berasal dari bakteri ini antara lain adalah memiliki kemurnian, kristalinitas, kekuatan mekanik, dan porositas yang tinggi serta memiliki kapasitas dalam menyerap air yang cukup besar dan mudah terurai, hal ini yang membuat serat selulosa bakteri berpotensi untuk dikembangkan lebih jauh bukan hanya sebagai bahan olahan makanan atau minuman, tetapi juga dapat digunakan untuk industri-industri penting seperti membrane separasi, bahan pencampur dalam industri kertas, produksi karbon film elektrokonduktif, alat optik dan bahan-bahan untuk keperluan biomedis (Surdia, N. M., 2002). Nata de coco atau bioselulosa merupakan salah satu produk pangan di negara kita, dengan kualitas yang berbeda-beda. Di negara maju bioselulosa bukan hanya sekedar untuk keperluan pangan, melainkan dapat digunakan untuk beberapa macam keperluan. Salah satu produk yaitu kristalin murni sangat penting untuk bahan baku industri, sebagai bahan material baru untuk digunakan dalam memproduksi kertas berkualitas (Johnson dan Winslow., 1990). Uji coba lainnya, selulosa bakteri dibuat sebagai kulit buatan (Fontana dkk., 1990), dan sebagai membrane ultrafiltrasi (Takai dkk., 1991). 1
2 Selulosa bakteri memiliki karakteristik yang lebih menguntungkan dibanding selulosa dari tanaman. Karakteristik tersebut antara lain kemurniannya tinggi, dapat terurai, seratnya halus (berdiameter 0.1 nm atau 300 kaii lebih kecil dibanding serat kayu), kekuatan tarik mekaniknya bagus, kapasitas pengikatan airnya yang tinggi dan derajat kristalinitasnya yang tinggi (Ross., 1991). Istilah Nata diterjemahkan kedalam bahasa latin sebagai Natare yang berarti terapung-apung. Nata dapat dibuat dari air kelapa, tetes tebu, limbah cair tahu, maupun ekstrak buah nanas (Pambayun, R., 2002). Nata de coco merupakan selulosa bakterial yang diperoleh melalui fermentasi oleh bakteri Acetobacter Xylinium, bakteri ini merupakan aerob gram negatip yang mampu menyusun glukosa alami yang terkandung dalam sari buah nanas maupun yang sengaja ditambahkan kedalamnya menjadi serat-serat selulosa yang sangat halus. Material selulosa bakteri dibentuk oleh spesies bakteri asam asetat pada permukaan cairan yang mengandung gula, sari buah, atau ekstrak tanaman lain (Lapuz, et al., 1967). Beberapa spesies yang termasuk bakteri asam asetat dapat membentuk selulosa, namun selama ini yang paling banyak dipelajari adalah A. xylinum (Swissa, et al., 1980). Bakteri A. xylinum termasuk genus Acetobacter (Ley., 1974). Bakteri A. xylinum bersifat gram negatip, aerob, berbentuk batang pendek atau kokus (Moat, 1986., Forng, et al., 1989). Pemanfaatan limbah pengolahan kelapa berupa air kelapa merupakan cara mengoptimalkan pemanfaatan buah kelapa. Dalam air kelapa terdapat berbagai nutrisi yang bisa dimanfaatkan bakteri penghasil selulosa bakteri. Nutrisi yang terkandung dalam air kelapa antara lain : gula sukrosa 1,28%, sumber mineral yang beragam antara lain Mg +2 3,54 gr/l ( Pracaya., 1982), serta adanya faktor pendukung pertumbuhan (growth promoting factor) merupakan senyawa yang mampu meningkatkan pertumbuhan bakteri penghasil nata (Acetobakter xylinum) (Lapus, et al., 1967). Adanya gula sukrosa dalam air kelapa akan dimanfaatkan oleh A. xylinum sebagai sumber energi, maupun sumber karbon untuk membentuk
3 senyawa metabolit diantaranya adalah selulosa. Senyawa peningkat pertumbuhan mikroba (growth promoting factor) akan meningkatkan pertumbuhan mikroba, sedangkan adanya mineral dalam substrat akan membantu meningkatkan aktifitas enzim kinase dalam metabolisme di dalam sel A. xylinum untuk menghasilkan material selulosa bakteri. Menurut para peneliti dari Lab of Active Bio-based Material-Kyoto University, selulosa bakteri dapat dijadikan komposit yang sangat kuat dengan teknik pengolahan yang cukup sederhana. Lembar selulosa bakteri yang sudah dihilangkan airnya dicelupkan terlebih dahulu ke dalam perekat polifenol formaldehid dengan berat molekul rendah. Setelah melalui proses pengeringan kemudian dipres panas pada suhu 180 0 C selama 10 menit sehingga akan dihasilkan komposit yang sangat kuat ( l_suryanegara (at) yahoo.com) Material komposit tersebut mempunyai keteguhan patah (bending strength) 450 MPa, dengan kerapatan 1.4 g/cm 3. Bahkan kekuatan komposit tersebut dapat disetarakan dengan kekuatan baja ringan SS400 (kerapatan 1,8 g/cm 3 ) yang mempunyai keteguhan patah sekitar 500 MPa. Sumber: Layar Monitor Fleksibel Berbahan Dasar Nata de Coco? http://www.indoforum.org Komposit material selulosa bakteri bisa memiliki kekuatan yang sangat baik karena memiliki microfibrils yang seragam dengan ukuran fiber kurang dari 10 nm, lurus serta membentuk jaringan seperti jaring laba-laba. Kekuatan jaringan inilah yang menjadikan komposit selulosa bakteri mendekati kekuatan baja ringan namun dengan kerapatan yang jauh lebih rendah bila dibandingkan baja ringan. Keunggulan tersebut memungkinkan komposit selulosa bakteri untuk dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi seperti industri otomotif, elektronik, maupun konstruksi. Selain keunggulannya yang ringan, kuat, murah dan mudah dalam proses pembuatannya, keunggulan lainnya adalah komposit tersebut dibuat dari bahan alami (renewable resources) yang ketersediaannya di alam sangat melimpah.
4 Berdasarkan penemuan mutakhir dari para peneliti Kyoto University, ukuran fiber dari selulosa bakteri yang berskala nano, memungkinkannya untuk mentransmisikan cahaya tanpa pembelokan. Sifatnya nyaris seperti kaca dengan keunggulan lebih tahan terhadap panas dan memiliki kelenturan seperti plastic. Hal ini menjadikan komposit selulosa bakteri sebagai material impian dengan berbagai keunggulan. Berdasarkan hal diatas dan merujuk pada penelitian sebelumnya, peneliti ingin melakukan penelitian lanjutan tentang Pembuatan Material Sellulosa Bakteri Dari Limbah Air Kelapa Dengan Penambahan Ekstrak Buah Nanas menggunakan Acetobacter Xylinum 1.2 Perumusan masalah 1. Bagaimana pengaruh penambahan limbah air kelapa dengan ekstrak buah nanas dalam membentuk material selulosa baktreri dengan kekuatan tarik melalui medium nata de coco dengan bantuan A. Xylinum. 2. Apakah melalui penambahan variasi volume ekstrak buah nanas memberikan pengaruh terhadap material selulosa bakteri yang dihasilkan. 1.3 Tujuan Penelitian 1. Memanfaatkan limbah air kelapa dengan ekstrak buah nanas, dan membandingkan variasi penambahan ekstrak buah nanas dalam menghasilkan material selulosa bakteri, 2. Serta mencari perbandingan yang paling optimum antara limbah air kelapa dengan ekstrak limbah buah nanas sebagai substrat campuran untuk menghasilkan material selulosa bakteri dengan kekuatan tarik dan kemuluran yang optimum.
5 1.4 Manfaat Penelitian 1. Diharapkan dengan panambahan variasi limbah ekstrak buah nanas dapat membentuk material selulosa bakteri 2. Material selulosa bakteri dapat digunakan dengan baik sebagai kemasan untuk elektronika, automotif dan pelapis kaca oleh masyarakat luas. 1.5 Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di laboratorium Bio Kimia FMIPA USU Medan, dan laboratorium Polimer FMIPA USU Medan. Karakterisasi secara spektroskopi FT- IR di Laboratorium Organik FMIPA UGM Yogjakarta dan Uji Tarik dilakukan di Laboratorium Penelitian FMIPA USU Medan.