Bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi
BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA DAN LILIN
LEBAH DENGAN TAMBAHAN NATRIUM ALGINAT
SEBAGAI PENGEMULSI
NOVIYANTI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Bioplastik komposit
pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks yang dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2014
Noviyanti
NIM G44090100
ABSTRAK
NOVIYANTI. Bioplastik Komposit Pati Tapioka dan Lilin Lebah dengan
Tambahan Natrium Alginat sebagai Pengemulsi. Dibimbing oleh TETTY
KEMALA dan NOVIYAN DARMAWAN.
Film bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan
natrium alginat sebagai pengemulsi berpotensi menjadi salah satu alternatif bahan
pengemas yang bersifat biodegradabel. Komposisi pati tapioka dan gliserol adalah
tetap, yaitu 8:2. Natrium alginat dan lilin lebah ditambahkan dengan berbagai
perbandingan komposisi, yaitu 19:6, 15:10, 12.5:12.5, 10:15, dan 6:19. Film yang
dihasilkan diuji kuat tarik, bobot jenis, permeabilitas uap air, struktur morfologi,
dan sifat termalnya. Film dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah 6:19
memiliki nilai permeabilitas uap air yang terendah, sedangkan film pada
komposisi 19:6 menunjukkan nilai bobot jenis dan kuat tarik tertinggi sebesar 1.5
g/mL dan 4.1 MPa. Film tersebut memiliki titik leleh dan bobot massa yang
hilang lebih rendah dibandingkan dengan komposisi 6:19 sehingga tidak sesuai
dengan nilai bobot jenis yang diperoleh karena kehomogenan film yang dihasilkan
masih rendah. Analisis morfologi juga menunjukkan permukaan film yang kasar
dan kurang homogen.
Kata kunci: gliserol, lilin lebah, natrium alginat, pati tapioka.
ABSTRACT
NOVIYANTI. Bioplastic Composite of Tapioca Starch and Beeswax with
Addition of Sodium Alginate as Emulsifier. Supervised by TETTY KEMALA
and NOVIYAN DARMAWAN.
Bioplastic film made of tapioca starch and beeswax with addition of sodium
alginate as emulsifier may be a potential alternative for biodegradable packing.
The composition of tapioca starch-glycerol was fixed at 8:2. The sodium alginatebeeswax was added at various level, i.e. 19:6, 15:10, 12.5:12.5, 10:15, and 6:19.
The films were analyzed for their tensile strength, density, water vapor
permeability, morphology, and thermal properties. The film made of 6:19 sodium
alginate and beeswax addition showed the lowest water vapor permeability,
whereas the film with 19:6 sodium alginate and beeswax addition had the highest
density and tensile strength, i.e. 1.5 g/mL and 4.1 MPa, respectively. The film had
melting point and weight loss lower as compared to the 6:19 composition,
therefore, these characteristic are not corresponding to the density due to in
homogeneousity of the film. Morphology analysis showed the surface was rough
and less homogeneous.
Keyword: beeswax, glycerol, sodium alginate, tapioca starch.
BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA DAN LILIN
LEBAH DENGAN TAMBAHAN NATRIUM ALGINAT
SEBAGAI PENGEMULSI
NOVIYANTI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Laporan : Bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan
natrium alginat sebagai pengemulsi
Nama
: Noviyanti
NIM
: G44090100
Disetujui oleh
Dr Tetty Kemala, SSi MSi
Pembimbing I
Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini diberi judul Bioplastik komposit
pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Tetty Kemala, SSi Msi selaku
pembimbing pertama dan Bapak Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc selaku
pembimbing kedua. Penghargaan penulis sampaikan kepada staf Laboratorium
Kimia Anorganik serta staf Komisi Pendidikan Departemen Kimia, yang telah
membantu selama penelitian berlangsung dan pengumpulan data. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada papah, mamah, dan semua keluarga atas
segala bantuan, doa, dan kasih sayangnya, serta teman seperjuangan Yusni Nur
amalina, Didin Rizki, Naadilah Ramadhan, Asep Sarifudin, Donni Eka Saputra
dan teman-teman yang sedang melakukan penelitian di Labolatorium Anorganik
serta rekan Kimia 46 atas bantuan selama penelitian.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2014
Noviyanti
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Metode
HASIL DAN PEMBAHASAN
Film
Bobot Jenis
Uji Tarik
Analisis Termal
Permeabilitas Uap Air
Analisis Morfologi
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
vi
1
2
2
2
5
5
6
7
8
10
11
11
11
12
12
14
20
TABEL
1
Komposisi film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan lilin
lebah dan natrium alginat
2
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Gambar dumbell
Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium
alginat dan lilin lebah
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah terhadap ketebalan
film
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan bobot jenis
dari film yang dihasilkan
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai kuat
tarik
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai
persen elongasi
Kurva DTA-TGA film dengan komposisi natrium alginat:lilin lebah
19:6 dan 6:19
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai WVP
Hasil foto SEM permukaan film dengan komposisi natrium alginat: lilin
lebah 19:6
3
5
6
7
7
8
9
10
11
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
Diagram alir penelitian
Data dan perhitungan ketebalan film
Data bobot jenis film pati terplastisasi gliserol dengan penambahan agar
Data dan perhitungan analisis uji tarik film
Data dan perhitungan permeabilitas uap air film
14
15
16
17
18
PENDAHULUAN
Penggunaan plastik konvensional terus mengalami peningkatan dari tahun
ke tahun. Plastik ini biasanya terbuat dari hidrokarbon turunan gas dan minyak
bumi yang merupakan sumber daya alam tidak terbarukan. Selain itu, plastik juga
tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami oleh mikrob penghancur di dalam
tanah. Hal ini mengakibatkan limbah menumpuk sehingga mencemari dan
merusak lingkungan hidup (Cereda 2007). Berdasarkan data dari Deputi
Pengendalian Pencemaran Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KLH) pada
tahun 2012, jumlah sampah di 14 kota besar di Indonesia mencapai 1.9 m3 dan
53% diantaranya merupakan sampah plastik. Oleh karena itu, sekarang banyak
dikembangkan plastik yang bersifat biodegradabel (bioplastik).
Menurut Firdaus (2004), prospek pengembangan biopolimer untuk kemasan
plastik di Indonesia sangat potensial karena adanya sumber daya alam yang
mendukung, salah satunya bersumber dari biomassa pertanian (agroresources)
yang berbentuk polisakarida, seperti dalam bentuk pati dan glukomanan (Pradipta
2012). Kemala et al. (2010) membuat polipaduan antara gabus polistirena-pati
dengan poli(asam laktat) sebagai bahan pengompatibel. Resalina (2013) meneliti
plastik kemasan polietilen tereftalat (PET) bekas ditambahkan pati sagu sebagai
material yang dapat terurai.
Pati tapioka juga berpotensi sebagai bahan utama pembuatan bioplastik,
tetapi film berbahan baku pati bersifat rapuh sehingga perlu dimodifikasi agar
menghasilkan film yang bersifat hidrofobik dan tidak rapuh. Salah satu caranya
ialah dengan penambahan gliserol. Hasanah (2012) membuat film berbahan dasar
pati tapioka dengan penambahan pemlastis gliserol. Film yang dihasilkan tidak
rapuh, homogen, dan transparan, tetapi masih memiliki sifat mekanik yang rendah.
Sifat mekanik dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan lain seperti lipid
dan hidrokoloid lainnya. Ulfiah (2012) telah memodifikasi film pati terplastisasigliserol dengan penambahan natrium alginat. Kuat tarik yang dihasilkan
meningkat dibandingkan dengan film pati dan gliserol, yaitu sebesar 187.50 MPa,
tetapi morfologi film yang dihasilkan masih kurang homogen.
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Pati
terdiri atas amilosa dan amilopektin. Amilosa mempunyai rantai linear yang
biasanya memiliki hingga 3000 molekul glukosa dan dihubungkan oleh ikatan α1,4 glikosida. Amilopektin merupakan polimer rantai bercabang dengan hubungan
antara α-1,4 sebagai tulang punggung dan α-1,6 sebagai jembatan titik
percabangan (Beninca 2008). Sifat pati sangat dipengaruhi oleh nisbah antara
amilosa dan amilopektin. Menurut Chaplin (2006), kadar amilosa pati tapioka
berkisar 20−27%, sedangkan amilopektin berkisar 70−80%.
Dalam penelitian ini, pati tapioka terplastisasi-gliserol dimodifikasi dengan
penambahan natrium alginat sebagai zat pengemulsi dan lilin lebah. Natrium
alginat merupakan polimer alam yang mudah menyerap air (Ulfiah 2012).
Prasetya (2009) mengatakan natrium alginat sering digunakan sebagai pembentuk
gel, pengemulsi, dan penstabil emulsi terutama di industri makanan sehingga
diharapkan membuat larutan pati dan lilin lebah dapat bercampur. Lilin lebah
dalam pembuatan film berfungsi menghambat laju transmisi uap air,
memperlemah kekakuan polimer, sekaligus meningkatkan kelenturan dan
2
kemuluran polimer (Prasetyaningrum 2010). Penambahan natrium alginat dan
lilin lebah ini diharapkan mampu meningkatkan sifat mekanik dan menurunkan
laju transmisi uap air dari film pati tapioka.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah piknometer Pyrex 10 mL, alat uji tarik
Instron 3369, alat penganalisis termal diferensial dan penganalisis
termogravimetri Shimadzu DTG-60H, TA-60WS, dan FC-60A, mikroskop elektron
payaran (SEM) Jeol T330A, pelat mika, dan peralatan kaca. Bahan-bahan yang
digunakan adalah tepung tapioka (kualitas pangan), gliserol (kualitas pangan),
natrium alginat (kualitas pangan), lilin lebah, lem epoksi dan akuades.
Metode
Preparasi Plastik Pati Tapioka (modifikasi Prasetyaningrum 2010 dan
Hasanah 2012)
Komposisi pati tapioka dan gliserol dibuat tetap, yaitu 3 g pati tapioka (60%
b/b) dan 0.75 g gliserol (15% b/b), sedangkan natrium alginat dan lilin lebah
dibuat bervariasi pada berbagai komposisi (Tabel 1). Jumlah total bahan yang
digunakan yaitu 5 g. Semua bahan ditimbang sesuai dengan komposisinya. Pati
dilarutkan dalam 30 mL akuades, kemudian ditambahkan gliserol dan diaduk
hingga homogen dengan pemanasan 50 °C selama 20 menit. Natrium alginat
dimasukkan ke dalam 20 mL akuades yang telah dipanaskan sebelumnya untuk
mencegah penggumpalan, lakukan hingga semua larut dan larutan mendidih. Lilin
lebah ditambahkan ke dalam larutan natrium alginat dan diaduk hingga homogen,
lalu dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam larutan pati tapioka yang sudah
terplastisasi gliserol. Campuran dipanaskan pada suhu 64 °C selama 45 menit
hingga homogen dan mengental. Larutan film yang terbentuk didiamkan selama
10 menit agar terbebas dari gelembung udara dan dicetak pada pelat kaca. Setelah
itu, film dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam, lalu dilepaskan, dan
dianalisis sifat mekanik, permeabilitas uap air, morfologi, bobot jenis, dan sifat
termalnya.
Tabel 1 Komposisi film
Komposisi pati
Natrium alginat (%)
tapioka-gliserol (%)
60:15
6
60:15
10
60:15
12.5
60:15
15
60:15
19
Lilin lebah
(%)
19
15
12.5
10
6
3
Penentuan Bobot Jenis
Setiap sampel film dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan
pembolong kertas. Bobot kosong piknometer ditimbang (W0). Potongan sampel
dimasukkan ke dalam piknometer dan ditimbang (W1). Akuades ditambahkan ke
dalam piknometer yang telah berisi potongan sampel hingga tidak terdapat
gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Piknometer yang hanya berisi
akuades juga ditimbang bobotnya (W3). Bobot jenis sampel ditentukan
berdasarkan data yang didapat melalui persamaan 1.
(W1 -W0 )
D=
W3 -W0 -(W2 -W1 )
×[D1-Da]+Da
(1)
Keterangan:
D = bobot jenis contoh (g/mL)
D1 = bobot jenis air (g/mL)
Da = bobot jenis udara pada suhu percobaan (g/mL)
Uji Tarik (ASTM D638 2005)
Film yang telah dikeringkan dipotong berbentuk dumbell dengan ukuran
panjang 85 mm dan lebar 20 mm (Gambar 1). Kedua ujung sampel film dijepit
pada mesin penguji, lalu panjang awal dicatat dan ujung tinta pencatat diletakkan
pada posisi 0 dalam grafik. Tombol start ditekan dan alat akan menarik sampel
sampai putus. Besarnya kekuatan tarik dan persentase elongasi dapat ditentukan
menggunakan persamaan 2 dan 3.
85 mm
20 mm
Gambar 1 Bentuk dumbell
σ=
Fmax
A
(2)
Keterangan:
�
= kekuatan tarik (MPa)
Fmaks
= tegangan maksimum (N)
A
= luas penampang lintang (mm2)
%E=
∆�
�0
×100%
Keterangan:
%E
= persentase elongasi (%)
ΔL
= pertambahan panjang spesimen (mm)
L0
= panjang spesimen awal (mm)
(3)
4
Uji Termal dengan DTA-TGA (Hasanah 2012)
Film sebanyak 23 mg digerus dalam mortar kemudian dicetak pada pelat
platinum dan dianalisis sifat termalnya. Kondisi alat diatur dan dioperasikan pada
suhu 0−400 °C dengan kecepatan pemanasan 20 °C per menit.
Uji Permeabilitas Uap Air (WVP)
Teknik yang digunakan adalah dengan mengukur laju transmisi uap air
menggunakan metode wet cup yang telah dimodifikasi berdasarkan ASTM E
96−95. Film yang diuji dijadikan penutup cawan petri yang telah diisi akuades.
Bobot akuades yang hilang dipantau berdasarkan fungsi waktu sampai keadaan
tunak dan laju transmisi uap air (WVTR) dihitung dari keadaan tunaknya.
Ketebalan film diukur pada 10 tempat berbeda. Lubang dibuat pada kertas
aluminium dengan luas lubang 10% luas permukaan akuades dan nilainya harus
diketahui dengan pasti. Lubang kemudian ditutup menggunakan film yang
direkatkan dengan lem pada kertas aluminium. Akuades sebanyak 30 mL
dimasukkan ke dalam cawan petri, lalu cawan ditutup dengan kertas alumunium
tersebut. Dengan 30 mL akuades, diharapkan jarak antara permukaan akuades dan
film sebesar 6 mm. Cawan petri yang telah ditutup disimpan selama 1 jam agar
film merekat sempurna. Cawan ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam oven
pada suhu 37±0.5 °C. Sampel diambil dan ditimbang setiap 1 jam selama 5 jam.
Kurva dibuat antara waktu uji (sumbu x) dalam menit dan bobot akuades yang
hilang (sumbu y) dalam gram.
WVTR =
bobot air yang hilang (g)
waktu s × luas (m2 )
(4)
Keterangan:
WVTR = Laju transmisi uap air (g s-1 m-2)
WVP (g s-1 m-1 Pa-1)=
×( 1− 2)
×d
(5)
Keterangan:
S
= Tekanan udara jenuh pada suhu 37 ˚C (6266.134 Pa)
R1
= RH dalam cawan = 100%
R2
= RH pada suhu 37°C = 81%
d
= Ketebalan (m)
Analisis Morfologi dengan SEM (Ulfiah 2012)
Sampel film dimasukkan ke dalam tempat sampel dengan perekat ganda dan
dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel yang telah dilapisi
diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV.
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Film
Film dibuat dari pati tapioka yang terlebih dahulu diplastisasi dengan
gliserol untuk meningkatkan kelenturan paduan dan mengurangi keretakan film
berbahan dasar pati. Plastisasi adalah proses terdispersinya molekul pemlastis,
yaitu gliserol ke dalam fase polimer. Proses plastisasi ini dilakukan pada suhu
40 °C. Larutan pati tapioka terplastisasi-gliserol kemudian dicampurkan dengan
larutan natrium alginat dan lilin lebah pada komposisi tertentu (Tabel 1). Proses
selanjutnya ialah gelatinisasi pada suhu 20−27 °C. Gelatinisasi mengakibatkan
ikatan hidrogen intermolekul yang mempertahankan struktur granula pati rusak
dan molekul air masuk sehingga granula pati membengkak dan tidak dapat
kembali kebentuk semula.
Kompatibilitas film dapat dianalisis secara kualitatif melalui pengamatan
visual. Semakin kompatibel suatu film, semakin homogen penampakannya
(Kemala 2010). Hasil pengamatan pada Gambar 2 yang diperoleh dengan
menggunakan kamera digital menunjukkan film yang dihasilkan tidak berwarna,
elastis, dan cenderung transparan. Peningkatan konsentrasi lilin lebah dan
penurunan konsentrasi natrium alginat membuat permukaan film memjadi lebih
kasar dan kurang homogen. Lilin lebah tergolong lipid sedangkan pati bersifat
larut dalam air, maka dibutuhkan suatu zat pengemulsi agar kedua bahan tersebut
dapat saling bercampur. Semakin rendah komposisi natrium alginat yang
ditambahkan sebagai zat pengemulsi, pencampuran pati dengan lilin lebah tidak
berjalan sempurna sehingga homogenitas film yang dihasilkan semakin rendah.
A
B
D
C
E
Gambar 2 Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium
alginat dan lilin lebah sebesar 19:6 (A), 15:10 (B), 12.5:12.5 (C), 10:15
(D), dan 6:19 (E)
6
Tebal film (mm)
Penambahan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah ke dalam pati
tapioka terplastisasi-gliserol juga berpengaruh pada ketebalan film. Penambahan
konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah menaikkan total padatan terlarut dalam
larutan film, sehingga menyebabkan film semakin tebal (Gambar 3). Penelitian ini
menghasilkan bioplastik yang mempunyai ketebalan 0.082−0.117 mm (Lampiran
2). Peningkatan ketebalan terjadi karena lilin lebah dapat membentuk jejaring
kristal yang berbentuk ortorombik pada matriks film sehingga ketebalan film
bertambah (Santoso 2006). Menurut Winarno (2002), bila suatu lemak
didinginkan, hilangnya panas akan memperlambat gerakan molekul-molekul
dalam lemak sehingga jarak antara molekul-molekul lebih pendek. Jika jarak
tersebut mencapai 5 Å, maka akan timbul gaya tarik menarik antar molekul yaitu
gaya Van der Walls. Akibat adanya gaya ini, radikal-radikal asam lemak dalam
molekul lemak akan tersusun berjajar dan saling bertumpuk serta berikatan
membentuk kristal. Ketebalan film ini akan berpengaruh pada permeabilitas uap
air dan sifat uji tarik film.
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
19:06
15:10 12.5:12.5 10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 3 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah terhadap
ketebalan film
Bobot Jenis
Penentuan bobot jenis dilakukan untuk melihat keteraturan molekul dalam
menempati ruang. Semakin besar nilai bobot jenis dari suatu polimer, maka
polimer tersebut memiliki tingkat keteraturan yang semakin tinggi (Kemala 2010).
Penentuan bobot jenis dilakukan dengan menggunakan piknometer. Variasi
penambahan komposisi natrium alginat dan lilin lebah pada film pati tapioka
terplastisasi-gliserol menunjukkan perubahan nilai bobot jenis (Gambar 4). Nilai
bobot jenis yang diperoleh pada perbandingan natrium alginat dan lilin lebah 19:6,
15:10, 12.5:12.5, 10:15, dan 6:19 berturut-turut adalah 1.5174, 1.4384, 1.3342,
1.2781, dan 1.2118 g/mL (Lampiran 3). Semakin besar komposisi natrium alginat
dan semakin rendah komposisi lilin lebah, maka semakin besar nilai bobot jenis
yang diperoleh. Menurut Ulfiah (2010), natrium alginat memiliki bobot jenis
sebesar 1.601 g/mL sehingga kenaikan konsentrasi natrium alginat dapat
meningkatkan keteraturan molekul dalam matriks film. Semakin tinggi nilai bobot
jenis suatu bahan, struktur molekulnya semakin rapat dan semakin kuat bahan
yang dihasilkan (Syamsu et al. 2008). Kemala (2010) mengatakan kuat tarik,
7
Densitas (g/mL)
kekerasan, dan kekakuan suatu polimer akan meningkat jika nilai bobot jenisnya
meningkat. Kenaikan tersebut juga terlihat pada nilai kuat tariknya.
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
.
Gambar 4 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan bobot
jenis dari film yang dihasilkan
Uji Tarik
Uji tarik merupakan salah satu pengujian sifat mekanik dari suatu bahan
polimer. Sifat ini dipengaruhi oleh komponen-komponen penyusun film, yaitu
pati, gliserol, natrium alginat, lilin lebah, dan air. Sifat mekanik film meliputi
besarnya kekuatan tarik dan persentase perpanjangan tarik. Kekuatan tarik
merupakan kekuatan tegangan maksimum spesimen untuk menahan gaya yang
diberikan sedangkan perpanjangan tarik atau elongasi merupakan perubahan
panjang yang terjadi pada ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang
diberikan (Stevens 2001). Faktor penting yang memengaruhi sifat mekanik pada
suatu film adalah interaksi tiap komponen penyusunnya. Dengan adanya
peningkatan interaksi maka semakin banyak ikatan antarmolekul (Yusmarlela
2009).
Kuat tarik (MPa)
5
4
3
2
1
0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 5 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai kuat
tarik
8
Penentuan kuat tarik ini berhubungan erat dengan jumlah komposisi natrium
alginat dan lilin lebah yang ditambahkan. Kuat tarik film yang dihasilkan pada
penelitian berkisar 1.4661−4.0649 MPa (Lampiran 4). Peningkatan konsentrasi
natrium alginat dan penurunan konsentrasi lilin lebah dapat menaikkan nilai kuat
tariknya (Gambar 5). Film pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah sebesar
19:6 menghasilkan kuat tarik yang paling tinggi. Menurut Prasetyaningrum (2010),
konsentrasi lilin lebah yang tinggi dapat menurunkan nilai kuat tarik dari suatu
bahan. Lilin lebah merupakan lipid yang tidak larut dalam air pada saat
pembuatan film sehingga ikatan yang terjadi tidak terbentuk dengan baik dan
menurunkan nilai kuat tariknya.
Hasil uji persen elongasi ditunjukkan pada Gambar 6. Dari data yang
diperoleh menunjukkan secara umum peningkatan konsentrasi natrium alginat
dapat menurunkan nilai persen elongasinya. Konsentrasi natrium alginat yang
tinggi menghasilkan film yang sangat kental sehingga film yang terbentuk lebih
kaku daripada komposisi lainnya (Prasetyaningrum 2010). Pengaruh ini
disebabkan natrium alginat merupakan hidrokoloid yang akan menghasilkan
struktur matriks yang kokoh sehingga film menjadi kaku dan mudah patah
sedangkan lilin lebah mempunyai sifat untuk memperlemah kekakuan dan
meningkatkan kelenturan dan kemuluran polimer sehingga sifat elastis film dapat
bertambah. Nilai elongasi mengalami peningkatan dari komposisi natrium alginat
dan lilin lebah 19:6 sampai 10:15 tetapi pada komposisi 6:19 terjadi penurunan
nilai elongasinya yaitu 5.9%. Hal ini disebabkan pada komposisi 6:19 campuran
melampaui titik jenuh sehingga lilin lebah yang berlebih berada pada fase
tersendiri di luar fase pati yang menyebabkan film semakin tidak homogen.
14
Elongasi (%)
12
10
8
6
4
2
0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 6 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai
persen elongasi
Analisis Termal
Analisis termal merupakan pengukuran sifat fisik dan kimia bahan polimer
sebagai fungsi suhu. Analisis termal ini menggunakan alat DTA-TGA. Secara
umum terdapat tiga kurva pada termogram yang dihasilkan dari analisis termal
9
menggunakan DTA-TGA, yaitu kurva kenaikan suhu, DTA, dan TGA. TGA
adalah suatu teknik analitik untuk menentukan stabilitas termal suatu material dan
fraksi komponen volatil dengan menghitung perubahan bobot yang dihubungkan
dengan perubahan suhu (Asy’ari 2013). Pada suhu tertentu akan terjadi degradasi
senyawa-senyawa pada sampel. Hasil TGA pada komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6 menunjukkan berat massa yang hilang sekitar 18.0640 mg atau
69.5% sedangkan untuk komposisi 6:19 berat massa yang hilang, yaitu sebesar
19.3960 mg atau 74.3% selama 20 menit. Semakin tinggi konsentrasi lilin lebah
yang ditambahkan membuat berat massa polimer yang hilang lebih banyak karena
film semakin tidak homogen sehingga komponen penyusunnya masih berada pada
fase tersendiri yang menyebabkan semakin mudah polimer tersebut mengalami
degradasi.
Gambar 7 Kurva DTA-TGA film dengan komposisi natrium alginat dan lilin
lebah 19:6 (a) dan 6:19 (b)
10
Prinsip analisis DTA adalah pengukuran panas yang diserap atau dilepaskan
dari suatu sampel yang diamati dengan cara mengukur perbedaan suhu antara
material sampel dengan pembanding. Pembanding yang digunakan adalah
Al(OH)3. Perubahan panas yang dicatat akibat adanya reaksi dalam sampel baik
secara endotermik maupun eksotermik. Reaksi endotermik menunjukkan suhu
sampel lebih rendah dari suhu pembanding sedangkan reaksi eksotermik
menunjukkan suhu sampel lebih tinggi dari suhu pembanding. Secara umum,
kurva DTA yang dihasilkan menunjukkan suhu transisi yang tidak tajam, tetapi
cenderung melebar. Hal ini menggambarkan sifat polimer yang cenderung amorf.
Hasil DTA dari kedua film menunjukkan suhu leleh sebesar 124.58 °C untuk
komposisi film natrium alginat dan lilin lebah 19:6 dan untuk komposisi 6:19
yaitu sebesar 130.20 °C (Gambar 7). Pada proses ini terjadi perubahan atau
transisi fase dari komponen penyusun film. Data DTA TGA ini tidak sesuai
dengan nilai bobot jenis yang diperoleh. Semakin tinggi nilai bobot jenis, semakin
tinggi pula suhu lelehnya. Hal ini disebabkan oleh kurang homogennya film yang
dihasilkan sehingga mempengaruhi peningkatan atau penurunan titik leleh saat
pengujian terutama pada film dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah
6:19.
Permeabilitas Uap Air
Analisis permeabilitas uap air dilakukan untuk mengetahui daya tembus
film oleh uap air. Permeabilitas uap air (WVP) merupakan salah satu sifat penting
yang menunjukkan ketahanan suatu film dalam menjaga kandungan uap air dalam
bahan yang dikemas terutama dalam sistem pangan. Semakin besar nilai WVP,
maka semakin buruk pula film tersebut dapat diaplikasikan sebagai bahan
kemasan karena semakin banyak uap air yang dapat tembus ke dalam film
menyebabkan kadar air bahan yang dikemas semakin meningkat (Asy’ari 2013).
WVP dilakukan dengan terlebih dahulu mengukur laju transmisi uap air
berdasarkan metode ASTM E 96−95. Pengukuran laju transmisi uap air ini
dilakukan selama 5 jam karena menurut Hu (2001) pada waktu 5 jam tersebut laju
transmisi uap air telah berada pada kondisi steady state.
WVP (x10-9 gs-1m-1Pa-1)
6
5
4
3
2
1
0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 8 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai
WVP
11
Penambahan natrium alginat dan lilin lebah pada film pati tapioka
menunjukkan adanya perubahan nilai permeabilitas uap air. Semakin banyak
konsentrasi lilin lebah yang ditambahkan pada film, nilai permeabilitas uap air
pada film semakin menurun (Gambar 8). Nilai WVP terbesar dihasilkan pada film
dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6 yaitu sebesar 5.6219x10-9
gs-1m-1Pa-1. Pada komposisi 15:10, 12.5:12.5, dan 10:15 nilai WVP yang
diperoleh adalah 5.2108x10-9, 4.8603x10-9, dan 4.5621x10-9 gs-1m-1Pa-1. Nilai
WVP terkecil yaitu pada komposisi 6:19 sebesar 4.4042x10-9 gs-1m-1Pa-1
(Lampiran 5). Lilin lebah berguna untuk menahan laju transmisi uap air. Pada
waktu pengeringan, lilin lebah membentuk jejaring kristal sehingga dapat
berfungsi sebagai penahan uap air. Menurut Deberaufort (1993) laju transmisi uap
air akan menurun dengan meningkatnya sifat hidrofobik dari senyawa penyusun
film.
Analisis Morfologi
Analisis morfologi dilakukan untuk mengetahui kehomogenan film.
Analisis dilakukan menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM). Film yang
dianalisis adalah yang paling homogen yaitu pada komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6. Analisis menggunakan SEM dilakukan dengan perbesaran 1500
kali. Gambar SEM (Gambar 9) menunjukkan hasil yang kurang homogen dengan
permukaan yang kasar. Permukaan kasar tersebut diduga akibat kurang
homogennya pencampuran pati dan lilin lebah.
Gambar 9 Hasil foto SEM permukaan film dengan komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Film pati tapioka terplastisasi-gliserol dengan komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6 merupakan komposisi yang optimum karena memiliki tingkat
keteraturan molekul yang tinggi sehingga nilai kuat tarik dan bobot jenisnya juga
meningkat, namun masih memiliki nilai permeabilitas uap air yang tinggi.
12
Analisis termal film pada penambahan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah
19:6 menunjukkan berat massa yang hilang dan titik leleh yang lebih rendah
dibandingkan dengan komposisi 6:19 karena pada komposisi 6:19 film yang
dihasilkan mempunyai homogenitas yang rendah sehingga mempengaruhi saat
pengujian. Morfologi film pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6
mempunyai permukaan yang kasar karena pencampuran antara pati dan lilin lebah
yang belum sempurna.
Saran
Perlu dilakukan pengadukan menggunakan homogenizer pada pembuatan
film sehingga menghasilkan film yang lebih homogen. Penggunaan zat
pengemulsi dapat diganti menggunakan zat pengemulsi alami atau sintetik agar
pati dan lilin lebah dapat bercampur dengan baik. Perlu dilakukan juga pengujian
adesif, kelarutan, permeabilitas gas oksigen dan karbon dioksida, serta analisis
derajat kristalinitas menggunakan difraktogram sinar-x (XRD). Selain itu,
penggantian lilin lebah dengan lipid atau bahan komposit film lainnya juga dapat
dilakukan agar menghasilkan film dengan sifat mekanik yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
[ASTM] America Sociaty for Testing and Materials. 2005. Standard Test Methods
for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. Philadelphia (US): ASTM.
Asy’ari A. 2013. Film biodegradabel karaginan yang dipadukan dengan tepung
kedelai [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Beninca C. 2008. Thermal Behaviour of Corn Starch Granules Modified by Acid
Treatment at 30 and 50 oC. Ecletica Quimica 33:3.
Cereda M. 2007. Characterization of Edible Film of Cassava Starch by Electron
Microscopy. J Food Technology :91-95.
Chaplin M. 2006. Starch as an ingredients: manufacture and applications. Di
dalam: Eliasson AC, editor. Starch in Food: Structure, Function, and
Application. Boca Raton (US): CRC Press.
Debeaufort F, Martin Polo M, dan Volley. 1993. Polarity Homogenity and
Structure Affect Water Vapour Permeability of Model Edible Film. J Food
Sci. 58:426-434.
Firdaus F, Chairil Anwar. 2004. Potensi limbah padat-cair industri tepung tapioka
sebagai bahan baku film plastik biodegradabel. J Sains-teknologi LOGIKA
1(2):38-44.
Hasanah N. 2012. Pembuatan dan pencirian plastik pati tapioka dengan pemlastis
gliserol [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hu Y, Topolkaraev V, Hiltner A, dan Baer E. 2001. Measurement of water vapor
transmission rate in highly permeable films. J App Polym Sci. 81:1624-1633.
Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian paduan
polistirena-pati. Indones J Mat Sci. 12(1):30-35.
13
Kementerian Lingkungan Hidup. 2012. Pengelolaan Sampah Perkotaan di
Indonesia. Bahan Menteri Lingkungan Hidup dalam Pembahasan RUU
tentang Pengelolaan Sampah.
Pradipta IMD, Mawarani MJ. 2012. Pembuatan dan karakterisasi polimer ramah
lingkungan berbahan dasar glukomanan umbi porang. J Sains dan Seni
POMITS 1(1):1-6.
Prasetya T. 2009. Pra perancangan pabrik pembuatan natrium alginat (Na-alginat)
dari rumput laut coklat (Phaeophyceae) dengan proses ekstraksi [Skripsi].
Medan (ID): Universitas Sumatera Utara.
Prasetyaningrum A, Rokhati N, Kinasih DN, Wardhani FDN. 2010. Karakterisasi
bioactive edible film dari komposit alginat dan lilin lebah sebagai bahan
pengemas makanan biodegradable. Seminar rekayasa kimia dan Proses,
ISSN:1411-4216.
Santoso B. 2006. Karakterisasi komposit edible film buah kolang kaling (Arenge
pinnata) dan lilin lebah (beeswax). J Teknol Indust Pangan 2(1):17.
Stevens MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I, penenerjemah. Jakarta (ID):
Erlangga. Terjemahan dari Polymer Chemistry: An Introduction.
Syamsu K, Pandji C, Waldi J. 2008. Karakterisasi bioplastik poli-βhidroksialkanoat yang dihasilkan oleh Ralstonia eutropha pada
substrathidrolisat pati sagu dengan pemlastis isopropil palmitat. J Teknol
Pertan. 3(2):68-78.
Ulfiah. 2012. Pencirian edible film tepung tapioka terplastisasi gliserol dengan
penambahan natrium alginat [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Winarno FG. 2002. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta (ID): Gramedia.
Yusmarlela J. 2009. Studi pemanfaatan plastisizer gliserol dalam film pati ubi
dengan pengisi serbuk batang ubi kayu [tesis]. Medan (ID): Universitas
Sumatra Utara.
14
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Pembuatan Film
Kemasan
Larutan natrium
alginat dan lilin lebah
Pati tapioka terplastisasi
gliserol
Komposisi natrium
alginat-lilin lebah
19:6. 15:10. 12.5:12.5,
10:15, 6:19
Film
Pati tapioka terplastisasi gliserol
dengan penambahan natrium
alginat dan lilin lebah
Permeabilitas
uap air
Bobot
Molekul
SEM
DTA/TGA
Uji
Tarik
15
Lampiran 2 Data dan perhitungan ketebalan film
Ulangan
Tebal
lakban (mm)
4 lapis
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Rerata (mm)
0.961
0.961
0.941
0.951
0.961
0.951
0.951
0.951
0.941
0.941
0.951
Tebal film (mm)
Konsentrasi natrium alginat:lilin lebah
19:6
15:10 12.5:12.5 10:15
6:19
0.080
0.100
0.105
0.110
0.11
0.080
0.085
0.105
0.100
0.110
0.070
0.080
0.105
0.100
0.120
0.080
0.095
0.115
0.115
0.120
0.080
0.100
0.110
0.120
0.115
0.090
0.090
0.115
0.115
0.115
0.085
0.090
0.110
0.115
0.120
0.095
0.090
0.110
0.120
0.115
0.085
0.090
0.115
0.110
0.115
0.080
0.095
0.115
0.115
0.120
0.082
0.092
0.110
0.112
0.117
Contoh perhitungan:
Rerata =
=
Ketebalan film
Banyaknya ulangan
0.080+0.080+0.070+0.080+0.080+0.090+0.085+0.095+0.085+0.080 mm
10
= 0.082mm
16
Lampiran 3 Data bobot jenis film bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah
dengan penambahan natrium alginat
Suhu = 28°C
D1
= 0.99623g/mL
D0
= 0.00125g/mL
konsentrasi
W0
na-alginat:lilin
(gram)
lebah
9.9568
19:06
9.9568
9.9568
9.9568
15:10
9.9568
9.9568
9.9568
12.5:12.5
9.9568
9.9568
9.9568
10:15
9.9568
9.9568
9.9568
6:19
9.9568
9.9568
W1
(gram)
W2
(gram)
W3
(gram)
D
(g/mL)
9.9579
9.9576
9.9575
9.9577
9.9576
9.9577
9.9576
9.9575
9.9577
9.9574
9.9575
9.9573
9.9574
9.9573
9.9574
20.0966
20.0965
20.0964
20.0965
20.0964
20.0965
20.0964
20.0964
20.0964
20.0963
20.0964
20.0963
20.0963
20.0963
20.0963
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
1.5648
1.5932
1.3942
1.4937
1.3279
1.4937
1.3279
1.3942
1.2805
1.1952
1.3942
1.2450
1.1952
1.2450
1.1952
Drerata
(g/mL)
1.5174
1.4384
1.3342
1.2781
1.2118
Contoh Perhitungan :
Bobot jenis pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6 ulangan 1
D=
D=
W1 − W0
W3 − W0 − W2 − W1
9.9579-9.9568
20.0962-9.9568 - 20.0966-9.9579
= 1.5648
Drerata
�
mL
× D1 − D0 + D0
× 0.99623 − 0.00125 + 0.00125
(1.5648 + 1.5932 + 1.3942)
Bobot jenis
=
=
Banyaknya ulangan
3
= 1.5174
�
mL
�
mL
17
Lampiran 4 Data dan perhitungan analisis uji tarik film
Konsentrasi
naalginat:lilin
lebah
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Ulan
gan
Gaya
maks
(N)
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
4.3842
9.0300
4.8956
7.2019
3.6059
7.5609
8.2902
1.4496
5.0777
1.7838
∆P maks Luas
(mm) (mm2)
1.3619
7.6933
11.5387
2.1415
4.0777
10.2436
2.6201
18.3339
4.2950
5.6860
1.65
1.65
1.83
1.83
2.21
2.21
2.24
2.24
2.34
2.34
Elongasi
(%)
2.6571
5.4727
2.6752
3.9355
1.6316
3.4212
3.7010
0.6472
2.1700
0.7623
1.6
9.1
13.6
2.5
4.8
12.1
3.1
21.6
5.1
6.7
Panjang film mula-mula (P0) = 85 mm
Contoh Perhitungan:
Kuat tarik
=
Fmaks
Luas
4.3842 N
= 2.6571 MPa
1.65 mm2
Fmaks1 +Fmaks2 2.6571+5.4727 MPa
Rerata kuat tarik =
=
2
2
=
= 4.0649 MPa
%E =
1.3619 mm
∆P
×100% =
×100% = 1.6%
85 mm
P0
Rerata %E =
%E1 +%E2
2
=
1.60% +9.05 %
2
= 5.3%
rerata
Kuat
tarik
(MPa)
Kuat
tarik
(MPa)
4.0649
Elongasi
(%)
5.3
3.3053
8.1
2.5264
8.4
3.4480
12.3
3.6329
5.9
18
Lampiran 5 Data dan perhitungan permeabilitas uap air film
Bobot yang hilang (gram)
konsentrasi na-alginat:lilin lebah
15:10
12.5:12.5
10:15
0.2351
0.1605
0.1740
0.2239
0.1573
0.1598
0.1754
0.1024
0.1024
0.1680
0.0944
0.0952
0.1565
0.0853
0.0876
0.1918
0.1200
0.1238
Jam ke19:06
0.2319
0.1993
0.1841
0.1621
0.1520
0.1859
1
2
3
4
5
Rerata
Jam ke1
2
3
4
5
Rerata
Jam ke1
2
3
4
5
Rerata
19:06
0.1012
0.0870
0.0804
0.0708
0.0663
0.0811
Water vapor transmission rate (WVTR) (g s-1 m-2)
Konsentrasi na-alginat:lilin lebah
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
0.0831
0.0701
0.0682
0.0561
0.0792
0.0687
0.0626
0.0531
0.0620
0.0447
0.0401
0.0417
0.0594
0.0412
0.0373
0.0378
0.0553
0.0372
0.0343
0.0353
0.0678
0.0524
0.0485
0.0448
Water vapor permeability (WVP) (g s-1 m-1 Pa-1)
Konsentrasi na-alginat:lilin lebah
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
-09
7.0137x10
6.0277x10-09
5.5680x10-09
4.9026x10-09
4.5972x10-09
5.6219x10-09
-09
6.3879x10
6.0836x10-09
4.7658x10-09
4.5647x10-09
4.2522x10-09
5.2108x10-09
-09
6.5018x10
6.3721x10-09
4.1482x10-09
3.8241x10-09
3.4555x10-09
4.8603x10-09
Contoh perhitungan:
bobot hilang
waktu s ×luas m2
0.2319gram
g
=
= 0.1012
sm2
3600s×0.00063643m2
WVTR =
6:19
0.1286
0.1217
0.0956
0.0866
0.0809
0.1027
-09
6.4121x10
5.8888x10-09
3.7735x10-09
3.5082x10-09
3.2281x10-09
4.5621x10-09
6:19
5.5160x10-09
5.2200x10-09
4.1005x10-09
3.7145x10-09
3.4700x10-09
4.4042x10-09
19
Permeabilitas uap air =
=
WVTR
×ketebalan
S× R1 -R2
0.1012
g
sm2
×0.000082 m
6266.134 Pa× 1-0.81
=1.0208×10−9
g
s m Pa
20
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 5 April 1991 dari ayah Husen dan
ibu Rohmanih. Penulis merupakan putri ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2009
penulis lulus dari SMA Negeri 4 Bekasi dan pada tahun yang sama lulus ujian
SMPTN. Penulis diterima di Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Kimia
Polimer pada tahun ajaran 2012/2013. Penulis juga pernah aktif pada himpunan
mahasiswa Imasika sebagai staf Departemen Peningkatan Kualitas dan
Keprofesian Mahasiswa. Penulis juga pernah menjadi panitia dalam acara Reaktan
47, Improved self and soft skill & stadium generale 2010, dan Rakernas XI
Ikahimki 2011. Pada bulan Juli-Agustus 2012 penulis melaksanakan Praktik
Lapangan di Balai Besar Pengembangan dan Penelitian Pascapanen Bogor dengan
judul laporan praktik lapang yaitu Pengaruh Pelarut pada Aktivitas Antibakteri
Filtrat Bawang Putih (Allium sativum L.) dan Proses Mikroenkapsulasinya.
LEBAH DENGAN TAMBAHAN NATRIUM ALGINAT
SEBAGAI PENGEMULSI
NOVIYANTI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Bioplastik komposit
pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks yang dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2014
Noviyanti
NIM G44090100
ABSTRAK
NOVIYANTI. Bioplastik Komposit Pati Tapioka dan Lilin Lebah dengan
Tambahan Natrium Alginat sebagai Pengemulsi. Dibimbing oleh TETTY
KEMALA dan NOVIYAN DARMAWAN.
Film bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan
natrium alginat sebagai pengemulsi berpotensi menjadi salah satu alternatif bahan
pengemas yang bersifat biodegradabel. Komposisi pati tapioka dan gliserol adalah
tetap, yaitu 8:2. Natrium alginat dan lilin lebah ditambahkan dengan berbagai
perbandingan komposisi, yaitu 19:6, 15:10, 12.5:12.5, 10:15, dan 6:19. Film yang
dihasilkan diuji kuat tarik, bobot jenis, permeabilitas uap air, struktur morfologi,
dan sifat termalnya. Film dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah 6:19
memiliki nilai permeabilitas uap air yang terendah, sedangkan film pada
komposisi 19:6 menunjukkan nilai bobot jenis dan kuat tarik tertinggi sebesar 1.5
g/mL dan 4.1 MPa. Film tersebut memiliki titik leleh dan bobot massa yang
hilang lebih rendah dibandingkan dengan komposisi 6:19 sehingga tidak sesuai
dengan nilai bobot jenis yang diperoleh karena kehomogenan film yang dihasilkan
masih rendah. Analisis morfologi juga menunjukkan permukaan film yang kasar
dan kurang homogen.
Kata kunci: gliserol, lilin lebah, natrium alginat, pati tapioka.
ABSTRACT
NOVIYANTI. Bioplastic Composite of Tapioca Starch and Beeswax with
Addition of Sodium Alginate as Emulsifier. Supervised by TETTY KEMALA
and NOVIYAN DARMAWAN.
Bioplastic film made of tapioca starch and beeswax with addition of sodium
alginate as emulsifier may be a potential alternative for biodegradable packing.
The composition of tapioca starch-glycerol was fixed at 8:2. The sodium alginatebeeswax was added at various level, i.e. 19:6, 15:10, 12.5:12.5, 10:15, and 6:19.
The films were analyzed for their tensile strength, density, water vapor
permeability, morphology, and thermal properties. The film made of 6:19 sodium
alginate and beeswax addition showed the lowest water vapor permeability,
whereas the film with 19:6 sodium alginate and beeswax addition had the highest
density and tensile strength, i.e. 1.5 g/mL and 4.1 MPa, respectively. The film had
melting point and weight loss lower as compared to the 6:19 composition,
therefore, these characteristic are not corresponding to the density due to in
homogeneousity of the film. Morphology analysis showed the surface was rough
and less homogeneous.
Keyword: beeswax, glycerol, sodium alginate, tapioca starch.
BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA DAN LILIN
LEBAH DENGAN TAMBAHAN NATRIUM ALGINAT
SEBAGAI PENGEMULSI
NOVIYANTI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Laporan : Bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan
natrium alginat sebagai pengemulsi
Nama
: Noviyanti
NIM
: G44090100
Disetujui oleh
Dr Tetty Kemala, SSi MSi
Pembimbing I
Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini diberi judul Bioplastik komposit
pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Tetty Kemala, SSi Msi selaku
pembimbing pertama dan Bapak Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc selaku
pembimbing kedua. Penghargaan penulis sampaikan kepada staf Laboratorium
Kimia Anorganik serta staf Komisi Pendidikan Departemen Kimia, yang telah
membantu selama penelitian berlangsung dan pengumpulan data. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada papah, mamah, dan semua keluarga atas
segala bantuan, doa, dan kasih sayangnya, serta teman seperjuangan Yusni Nur
amalina, Didin Rizki, Naadilah Ramadhan, Asep Sarifudin, Donni Eka Saputra
dan teman-teman yang sedang melakukan penelitian di Labolatorium Anorganik
serta rekan Kimia 46 atas bantuan selama penelitian.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2014
Noviyanti
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Metode
HASIL DAN PEMBAHASAN
Film
Bobot Jenis
Uji Tarik
Analisis Termal
Permeabilitas Uap Air
Analisis Morfologi
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
vi
1
2
2
2
5
5
6
7
8
10
11
11
11
12
12
14
20
TABEL
1
Komposisi film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan lilin
lebah dan natrium alginat
2
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Gambar dumbell
Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium
alginat dan lilin lebah
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah terhadap ketebalan
film
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan bobot jenis
dari film yang dihasilkan
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai kuat
tarik
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai
persen elongasi
Kurva DTA-TGA film dengan komposisi natrium alginat:lilin lebah
19:6 dan 6:19
Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai WVP
Hasil foto SEM permukaan film dengan komposisi natrium alginat: lilin
lebah 19:6
3
5
6
7
7
8
9
10
11
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
Diagram alir penelitian
Data dan perhitungan ketebalan film
Data bobot jenis film pati terplastisasi gliserol dengan penambahan agar
Data dan perhitungan analisis uji tarik film
Data dan perhitungan permeabilitas uap air film
14
15
16
17
18
PENDAHULUAN
Penggunaan plastik konvensional terus mengalami peningkatan dari tahun
ke tahun. Plastik ini biasanya terbuat dari hidrokarbon turunan gas dan minyak
bumi yang merupakan sumber daya alam tidak terbarukan. Selain itu, plastik juga
tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami oleh mikrob penghancur di dalam
tanah. Hal ini mengakibatkan limbah menumpuk sehingga mencemari dan
merusak lingkungan hidup (Cereda 2007). Berdasarkan data dari Deputi
Pengendalian Pencemaran Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KLH) pada
tahun 2012, jumlah sampah di 14 kota besar di Indonesia mencapai 1.9 m3 dan
53% diantaranya merupakan sampah plastik. Oleh karena itu, sekarang banyak
dikembangkan plastik yang bersifat biodegradabel (bioplastik).
Menurut Firdaus (2004), prospek pengembangan biopolimer untuk kemasan
plastik di Indonesia sangat potensial karena adanya sumber daya alam yang
mendukung, salah satunya bersumber dari biomassa pertanian (agroresources)
yang berbentuk polisakarida, seperti dalam bentuk pati dan glukomanan (Pradipta
2012). Kemala et al. (2010) membuat polipaduan antara gabus polistirena-pati
dengan poli(asam laktat) sebagai bahan pengompatibel. Resalina (2013) meneliti
plastik kemasan polietilen tereftalat (PET) bekas ditambahkan pati sagu sebagai
material yang dapat terurai.
Pati tapioka juga berpotensi sebagai bahan utama pembuatan bioplastik,
tetapi film berbahan baku pati bersifat rapuh sehingga perlu dimodifikasi agar
menghasilkan film yang bersifat hidrofobik dan tidak rapuh. Salah satu caranya
ialah dengan penambahan gliserol. Hasanah (2012) membuat film berbahan dasar
pati tapioka dengan penambahan pemlastis gliserol. Film yang dihasilkan tidak
rapuh, homogen, dan transparan, tetapi masih memiliki sifat mekanik yang rendah.
Sifat mekanik dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan lain seperti lipid
dan hidrokoloid lainnya. Ulfiah (2012) telah memodifikasi film pati terplastisasigliserol dengan penambahan natrium alginat. Kuat tarik yang dihasilkan
meningkat dibandingkan dengan film pati dan gliserol, yaitu sebesar 187.50 MPa,
tetapi morfologi film yang dihasilkan masih kurang homogen.
Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Pati
terdiri atas amilosa dan amilopektin. Amilosa mempunyai rantai linear yang
biasanya memiliki hingga 3000 molekul glukosa dan dihubungkan oleh ikatan α1,4 glikosida. Amilopektin merupakan polimer rantai bercabang dengan hubungan
antara α-1,4 sebagai tulang punggung dan α-1,6 sebagai jembatan titik
percabangan (Beninca 2008). Sifat pati sangat dipengaruhi oleh nisbah antara
amilosa dan amilopektin. Menurut Chaplin (2006), kadar amilosa pati tapioka
berkisar 20−27%, sedangkan amilopektin berkisar 70−80%.
Dalam penelitian ini, pati tapioka terplastisasi-gliserol dimodifikasi dengan
penambahan natrium alginat sebagai zat pengemulsi dan lilin lebah. Natrium
alginat merupakan polimer alam yang mudah menyerap air (Ulfiah 2012).
Prasetya (2009) mengatakan natrium alginat sering digunakan sebagai pembentuk
gel, pengemulsi, dan penstabil emulsi terutama di industri makanan sehingga
diharapkan membuat larutan pati dan lilin lebah dapat bercampur. Lilin lebah
dalam pembuatan film berfungsi menghambat laju transmisi uap air,
memperlemah kekakuan polimer, sekaligus meningkatkan kelenturan dan
2
kemuluran polimer (Prasetyaningrum 2010). Penambahan natrium alginat dan
lilin lebah ini diharapkan mampu meningkatkan sifat mekanik dan menurunkan
laju transmisi uap air dari film pati tapioka.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah piknometer Pyrex 10 mL, alat uji tarik
Instron 3369, alat penganalisis termal diferensial dan penganalisis
termogravimetri Shimadzu DTG-60H, TA-60WS, dan FC-60A, mikroskop elektron
payaran (SEM) Jeol T330A, pelat mika, dan peralatan kaca. Bahan-bahan yang
digunakan adalah tepung tapioka (kualitas pangan), gliserol (kualitas pangan),
natrium alginat (kualitas pangan), lilin lebah, lem epoksi dan akuades.
Metode
Preparasi Plastik Pati Tapioka (modifikasi Prasetyaningrum 2010 dan
Hasanah 2012)
Komposisi pati tapioka dan gliserol dibuat tetap, yaitu 3 g pati tapioka (60%
b/b) dan 0.75 g gliserol (15% b/b), sedangkan natrium alginat dan lilin lebah
dibuat bervariasi pada berbagai komposisi (Tabel 1). Jumlah total bahan yang
digunakan yaitu 5 g. Semua bahan ditimbang sesuai dengan komposisinya. Pati
dilarutkan dalam 30 mL akuades, kemudian ditambahkan gliserol dan diaduk
hingga homogen dengan pemanasan 50 °C selama 20 menit. Natrium alginat
dimasukkan ke dalam 20 mL akuades yang telah dipanaskan sebelumnya untuk
mencegah penggumpalan, lakukan hingga semua larut dan larutan mendidih. Lilin
lebah ditambahkan ke dalam larutan natrium alginat dan diaduk hingga homogen,
lalu dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam larutan pati tapioka yang sudah
terplastisasi gliserol. Campuran dipanaskan pada suhu 64 °C selama 45 menit
hingga homogen dan mengental. Larutan film yang terbentuk didiamkan selama
10 menit agar terbebas dari gelembung udara dan dicetak pada pelat kaca. Setelah
itu, film dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam, lalu dilepaskan, dan
dianalisis sifat mekanik, permeabilitas uap air, morfologi, bobot jenis, dan sifat
termalnya.
Tabel 1 Komposisi film
Komposisi pati
Natrium alginat (%)
tapioka-gliserol (%)
60:15
6
60:15
10
60:15
12.5
60:15
15
60:15
19
Lilin lebah
(%)
19
15
12.5
10
6
3
Penentuan Bobot Jenis
Setiap sampel film dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan
pembolong kertas. Bobot kosong piknometer ditimbang (W0). Potongan sampel
dimasukkan ke dalam piknometer dan ditimbang (W1). Akuades ditambahkan ke
dalam piknometer yang telah berisi potongan sampel hingga tidak terdapat
gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Piknometer yang hanya berisi
akuades juga ditimbang bobotnya (W3). Bobot jenis sampel ditentukan
berdasarkan data yang didapat melalui persamaan 1.
(W1 -W0 )
D=
W3 -W0 -(W2 -W1 )
×[D1-Da]+Da
(1)
Keterangan:
D = bobot jenis contoh (g/mL)
D1 = bobot jenis air (g/mL)
Da = bobot jenis udara pada suhu percobaan (g/mL)
Uji Tarik (ASTM D638 2005)
Film yang telah dikeringkan dipotong berbentuk dumbell dengan ukuran
panjang 85 mm dan lebar 20 mm (Gambar 1). Kedua ujung sampel film dijepit
pada mesin penguji, lalu panjang awal dicatat dan ujung tinta pencatat diletakkan
pada posisi 0 dalam grafik. Tombol start ditekan dan alat akan menarik sampel
sampai putus. Besarnya kekuatan tarik dan persentase elongasi dapat ditentukan
menggunakan persamaan 2 dan 3.
85 mm
20 mm
Gambar 1 Bentuk dumbell
σ=
Fmax
A
(2)
Keterangan:
�
= kekuatan tarik (MPa)
Fmaks
= tegangan maksimum (N)
A
= luas penampang lintang (mm2)
%E=
∆�
�0
×100%
Keterangan:
%E
= persentase elongasi (%)
ΔL
= pertambahan panjang spesimen (mm)
L0
= panjang spesimen awal (mm)
(3)
4
Uji Termal dengan DTA-TGA (Hasanah 2012)
Film sebanyak 23 mg digerus dalam mortar kemudian dicetak pada pelat
platinum dan dianalisis sifat termalnya. Kondisi alat diatur dan dioperasikan pada
suhu 0−400 °C dengan kecepatan pemanasan 20 °C per menit.
Uji Permeabilitas Uap Air (WVP)
Teknik yang digunakan adalah dengan mengukur laju transmisi uap air
menggunakan metode wet cup yang telah dimodifikasi berdasarkan ASTM E
96−95. Film yang diuji dijadikan penutup cawan petri yang telah diisi akuades.
Bobot akuades yang hilang dipantau berdasarkan fungsi waktu sampai keadaan
tunak dan laju transmisi uap air (WVTR) dihitung dari keadaan tunaknya.
Ketebalan film diukur pada 10 tempat berbeda. Lubang dibuat pada kertas
aluminium dengan luas lubang 10% luas permukaan akuades dan nilainya harus
diketahui dengan pasti. Lubang kemudian ditutup menggunakan film yang
direkatkan dengan lem pada kertas aluminium. Akuades sebanyak 30 mL
dimasukkan ke dalam cawan petri, lalu cawan ditutup dengan kertas alumunium
tersebut. Dengan 30 mL akuades, diharapkan jarak antara permukaan akuades dan
film sebesar 6 mm. Cawan petri yang telah ditutup disimpan selama 1 jam agar
film merekat sempurna. Cawan ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam oven
pada suhu 37±0.5 °C. Sampel diambil dan ditimbang setiap 1 jam selama 5 jam.
Kurva dibuat antara waktu uji (sumbu x) dalam menit dan bobot akuades yang
hilang (sumbu y) dalam gram.
WVTR =
bobot air yang hilang (g)
waktu s × luas (m2 )
(4)
Keterangan:
WVTR = Laju transmisi uap air (g s-1 m-2)
WVP (g s-1 m-1 Pa-1)=
×( 1− 2)
×d
(5)
Keterangan:
S
= Tekanan udara jenuh pada suhu 37 ˚C (6266.134 Pa)
R1
= RH dalam cawan = 100%
R2
= RH pada suhu 37°C = 81%
d
= Ketebalan (m)
Analisis Morfologi dengan SEM (Ulfiah 2012)
Sampel film dimasukkan ke dalam tempat sampel dengan perekat ganda dan
dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel yang telah dilapisi
diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV.
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Film
Film dibuat dari pati tapioka yang terlebih dahulu diplastisasi dengan
gliserol untuk meningkatkan kelenturan paduan dan mengurangi keretakan film
berbahan dasar pati. Plastisasi adalah proses terdispersinya molekul pemlastis,
yaitu gliserol ke dalam fase polimer. Proses plastisasi ini dilakukan pada suhu
40 °C. Larutan pati tapioka terplastisasi-gliserol kemudian dicampurkan dengan
larutan natrium alginat dan lilin lebah pada komposisi tertentu (Tabel 1). Proses
selanjutnya ialah gelatinisasi pada suhu 20−27 °C. Gelatinisasi mengakibatkan
ikatan hidrogen intermolekul yang mempertahankan struktur granula pati rusak
dan molekul air masuk sehingga granula pati membengkak dan tidak dapat
kembali kebentuk semula.
Kompatibilitas film dapat dianalisis secara kualitatif melalui pengamatan
visual. Semakin kompatibel suatu film, semakin homogen penampakannya
(Kemala 2010). Hasil pengamatan pada Gambar 2 yang diperoleh dengan
menggunakan kamera digital menunjukkan film yang dihasilkan tidak berwarna,
elastis, dan cenderung transparan. Peningkatan konsentrasi lilin lebah dan
penurunan konsentrasi natrium alginat membuat permukaan film memjadi lebih
kasar dan kurang homogen. Lilin lebah tergolong lipid sedangkan pati bersifat
larut dalam air, maka dibutuhkan suatu zat pengemulsi agar kedua bahan tersebut
dapat saling bercampur. Semakin rendah komposisi natrium alginat yang
ditambahkan sebagai zat pengemulsi, pencampuran pati dengan lilin lebah tidak
berjalan sempurna sehingga homogenitas film yang dihasilkan semakin rendah.
A
B
D
C
E
Gambar 2 Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium
alginat dan lilin lebah sebesar 19:6 (A), 15:10 (B), 12.5:12.5 (C), 10:15
(D), dan 6:19 (E)
6
Tebal film (mm)
Penambahan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah ke dalam pati
tapioka terplastisasi-gliserol juga berpengaruh pada ketebalan film. Penambahan
konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah menaikkan total padatan terlarut dalam
larutan film, sehingga menyebabkan film semakin tebal (Gambar 3). Penelitian ini
menghasilkan bioplastik yang mempunyai ketebalan 0.082−0.117 mm (Lampiran
2). Peningkatan ketebalan terjadi karena lilin lebah dapat membentuk jejaring
kristal yang berbentuk ortorombik pada matriks film sehingga ketebalan film
bertambah (Santoso 2006). Menurut Winarno (2002), bila suatu lemak
didinginkan, hilangnya panas akan memperlambat gerakan molekul-molekul
dalam lemak sehingga jarak antara molekul-molekul lebih pendek. Jika jarak
tersebut mencapai 5 Å, maka akan timbul gaya tarik menarik antar molekul yaitu
gaya Van der Walls. Akibat adanya gaya ini, radikal-radikal asam lemak dalam
molekul lemak akan tersusun berjajar dan saling bertumpuk serta berikatan
membentuk kristal. Ketebalan film ini akan berpengaruh pada permeabilitas uap
air dan sifat uji tarik film.
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
19:06
15:10 12.5:12.5 10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 3 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah terhadap
ketebalan film
Bobot Jenis
Penentuan bobot jenis dilakukan untuk melihat keteraturan molekul dalam
menempati ruang. Semakin besar nilai bobot jenis dari suatu polimer, maka
polimer tersebut memiliki tingkat keteraturan yang semakin tinggi (Kemala 2010).
Penentuan bobot jenis dilakukan dengan menggunakan piknometer. Variasi
penambahan komposisi natrium alginat dan lilin lebah pada film pati tapioka
terplastisasi-gliserol menunjukkan perubahan nilai bobot jenis (Gambar 4). Nilai
bobot jenis yang diperoleh pada perbandingan natrium alginat dan lilin lebah 19:6,
15:10, 12.5:12.5, 10:15, dan 6:19 berturut-turut adalah 1.5174, 1.4384, 1.3342,
1.2781, dan 1.2118 g/mL (Lampiran 3). Semakin besar komposisi natrium alginat
dan semakin rendah komposisi lilin lebah, maka semakin besar nilai bobot jenis
yang diperoleh. Menurut Ulfiah (2010), natrium alginat memiliki bobot jenis
sebesar 1.601 g/mL sehingga kenaikan konsentrasi natrium alginat dapat
meningkatkan keteraturan molekul dalam matriks film. Semakin tinggi nilai bobot
jenis suatu bahan, struktur molekulnya semakin rapat dan semakin kuat bahan
yang dihasilkan (Syamsu et al. 2008). Kemala (2010) mengatakan kuat tarik,
7
Densitas (g/mL)
kekerasan, dan kekakuan suatu polimer akan meningkat jika nilai bobot jenisnya
meningkat. Kenaikan tersebut juga terlihat pada nilai kuat tariknya.
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
.
Gambar 4 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan bobot
jenis dari film yang dihasilkan
Uji Tarik
Uji tarik merupakan salah satu pengujian sifat mekanik dari suatu bahan
polimer. Sifat ini dipengaruhi oleh komponen-komponen penyusun film, yaitu
pati, gliserol, natrium alginat, lilin lebah, dan air. Sifat mekanik film meliputi
besarnya kekuatan tarik dan persentase perpanjangan tarik. Kekuatan tarik
merupakan kekuatan tegangan maksimum spesimen untuk menahan gaya yang
diberikan sedangkan perpanjangan tarik atau elongasi merupakan perubahan
panjang yang terjadi pada ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang
diberikan (Stevens 2001). Faktor penting yang memengaruhi sifat mekanik pada
suatu film adalah interaksi tiap komponen penyusunnya. Dengan adanya
peningkatan interaksi maka semakin banyak ikatan antarmolekul (Yusmarlela
2009).
Kuat tarik (MPa)
5
4
3
2
1
0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 5 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai kuat
tarik
8
Penentuan kuat tarik ini berhubungan erat dengan jumlah komposisi natrium
alginat dan lilin lebah yang ditambahkan. Kuat tarik film yang dihasilkan pada
penelitian berkisar 1.4661−4.0649 MPa (Lampiran 4). Peningkatan konsentrasi
natrium alginat dan penurunan konsentrasi lilin lebah dapat menaikkan nilai kuat
tariknya (Gambar 5). Film pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah sebesar
19:6 menghasilkan kuat tarik yang paling tinggi. Menurut Prasetyaningrum (2010),
konsentrasi lilin lebah yang tinggi dapat menurunkan nilai kuat tarik dari suatu
bahan. Lilin lebah merupakan lipid yang tidak larut dalam air pada saat
pembuatan film sehingga ikatan yang terjadi tidak terbentuk dengan baik dan
menurunkan nilai kuat tariknya.
Hasil uji persen elongasi ditunjukkan pada Gambar 6. Dari data yang
diperoleh menunjukkan secara umum peningkatan konsentrasi natrium alginat
dapat menurunkan nilai persen elongasinya. Konsentrasi natrium alginat yang
tinggi menghasilkan film yang sangat kental sehingga film yang terbentuk lebih
kaku daripada komposisi lainnya (Prasetyaningrum 2010). Pengaruh ini
disebabkan natrium alginat merupakan hidrokoloid yang akan menghasilkan
struktur matriks yang kokoh sehingga film menjadi kaku dan mudah patah
sedangkan lilin lebah mempunyai sifat untuk memperlemah kekakuan dan
meningkatkan kelenturan dan kemuluran polimer sehingga sifat elastis film dapat
bertambah. Nilai elongasi mengalami peningkatan dari komposisi natrium alginat
dan lilin lebah 19:6 sampai 10:15 tetapi pada komposisi 6:19 terjadi penurunan
nilai elongasinya yaitu 5.9%. Hal ini disebabkan pada komposisi 6:19 campuran
melampaui titik jenuh sehingga lilin lebah yang berlebih berada pada fase
tersendiri di luar fase pati yang menyebabkan film semakin tidak homogen.
14
Elongasi (%)
12
10
8
6
4
2
0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 6 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai
persen elongasi
Analisis Termal
Analisis termal merupakan pengukuran sifat fisik dan kimia bahan polimer
sebagai fungsi suhu. Analisis termal ini menggunakan alat DTA-TGA. Secara
umum terdapat tiga kurva pada termogram yang dihasilkan dari analisis termal
9
menggunakan DTA-TGA, yaitu kurva kenaikan suhu, DTA, dan TGA. TGA
adalah suatu teknik analitik untuk menentukan stabilitas termal suatu material dan
fraksi komponen volatil dengan menghitung perubahan bobot yang dihubungkan
dengan perubahan suhu (Asy’ari 2013). Pada suhu tertentu akan terjadi degradasi
senyawa-senyawa pada sampel. Hasil TGA pada komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6 menunjukkan berat massa yang hilang sekitar 18.0640 mg atau
69.5% sedangkan untuk komposisi 6:19 berat massa yang hilang, yaitu sebesar
19.3960 mg atau 74.3% selama 20 menit. Semakin tinggi konsentrasi lilin lebah
yang ditambahkan membuat berat massa polimer yang hilang lebih banyak karena
film semakin tidak homogen sehingga komponen penyusunnya masih berada pada
fase tersendiri yang menyebabkan semakin mudah polimer tersebut mengalami
degradasi.
Gambar 7 Kurva DTA-TGA film dengan komposisi natrium alginat dan lilin
lebah 19:6 (a) dan 6:19 (b)
10
Prinsip analisis DTA adalah pengukuran panas yang diserap atau dilepaskan
dari suatu sampel yang diamati dengan cara mengukur perbedaan suhu antara
material sampel dengan pembanding. Pembanding yang digunakan adalah
Al(OH)3. Perubahan panas yang dicatat akibat adanya reaksi dalam sampel baik
secara endotermik maupun eksotermik. Reaksi endotermik menunjukkan suhu
sampel lebih rendah dari suhu pembanding sedangkan reaksi eksotermik
menunjukkan suhu sampel lebih tinggi dari suhu pembanding. Secara umum,
kurva DTA yang dihasilkan menunjukkan suhu transisi yang tidak tajam, tetapi
cenderung melebar. Hal ini menggambarkan sifat polimer yang cenderung amorf.
Hasil DTA dari kedua film menunjukkan suhu leleh sebesar 124.58 °C untuk
komposisi film natrium alginat dan lilin lebah 19:6 dan untuk komposisi 6:19
yaitu sebesar 130.20 °C (Gambar 7). Pada proses ini terjadi perubahan atau
transisi fase dari komponen penyusun film. Data DTA TGA ini tidak sesuai
dengan nilai bobot jenis yang diperoleh. Semakin tinggi nilai bobot jenis, semakin
tinggi pula suhu lelehnya. Hal ini disebabkan oleh kurang homogennya film yang
dihasilkan sehingga mempengaruhi peningkatan atau penurunan titik leleh saat
pengujian terutama pada film dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah
6:19.
Permeabilitas Uap Air
Analisis permeabilitas uap air dilakukan untuk mengetahui daya tembus
film oleh uap air. Permeabilitas uap air (WVP) merupakan salah satu sifat penting
yang menunjukkan ketahanan suatu film dalam menjaga kandungan uap air dalam
bahan yang dikemas terutama dalam sistem pangan. Semakin besar nilai WVP,
maka semakin buruk pula film tersebut dapat diaplikasikan sebagai bahan
kemasan karena semakin banyak uap air yang dapat tembus ke dalam film
menyebabkan kadar air bahan yang dikemas semakin meningkat (Asy’ari 2013).
WVP dilakukan dengan terlebih dahulu mengukur laju transmisi uap air
berdasarkan metode ASTM E 96−95. Pengukuran laju transmisi uap air ini
dilakukan selama 5 jam karena menurut Hu (2001) pada waktu 5 jam tersebut laju
transmisi uap air telah berada pada kondisi steady state.
WVP (x10-9 gs-1m-1Pa-1)
6
5
4
3
2
1
0
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah
Gambar 8 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai
WVP
11
Penambahan natrium alginat dan lilin lebah pada film pati tapioka
menunjukkan adanya perubahan nilai permeabilitas uap air. Semakin banyak
konsentrasi lilin lebah yang ditambahkan pada film, nilai permeabilitas uap air
pada film semakin menurun (Gambar 8). Nilai WVP terbesar dihasilkan pada film
dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6 yaitu sebesar 5.6219x10-9
gs-1m-1Pa-1. Pada komposisi 15:10, 12.5:12.5, dan 10:15 nilai WVP yang
diperoleh adalah 5.2108x10-9, 4.8603x10-9, dan 4.5621x10-9 gs-1m-1Pa-1. Nilai
WVP terkecil yaitu pada komposisi 6:19 sebesar 4.4042x10-9 gs-1m-1Pa-1
(Lampiran 5). Lilin lebah berguna untuk menahan laju transmisi uap air. Pada
waktu pengeringan, lilin lebah membentuk jejaring kristal sehingga dapat
berfungsi sebagai penahan uap air. Menurut Deberaufort (1993) laju transmisi uap
air akan menurun dengan meningkatnya sifat hidrofobik dari senyawa penyusun
film.
Analisis Morfologi
Analisis morfologi dilakukan untuk mengetahui kehomogenan film.
Analisis dilakukan menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM). Film yang
dianalisis adalah yang paling homogen yaitu pada komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6. Analisis menggunakan SEM dilakukan dengan perbesaran 1500
kali. Gambar SEM (Gambar 9) menunjukkan hasil yang kurang homogen dengan
permukaan yang kasar. Permukaan kasar tersebut diduga akibat kurang
homogennya pencampuran pati dan lilin lebah.
Gambar 9 Hasil foto SEM permukaan film dengan komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Film pati tapioka terplastisasi-gliserol dengan komposisi natrium alginat dan
lilin lebah 19:6 merupakan komposisi yang optimum karena memiliki tingkat
keteraturan molekul yang tinggi sehingga nilai kuat tarik dan bobot jenisnya juga
meningkat, namun masih memiliki nilai permeabilitas uap air yang tinggi.
12
Analisis termal film pada penambahan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah
19:6 menunjukkan berat massa yang hilang dan titik leleh yang lebih rendah
dibandingkan dengan komposisi 6:19 karena pada komposisi 6:19 film yang
dihasilkan mempunyai homogenitas yang rendah sehingga mempengaruhi saat
pengujian. Morfologi film pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6
mempunyai permukaan yang kasar karena pencampuran antara pati dan lilin lebah
yang belum sempurna.
Saran
Perlu dilakukan pengadukan menggunakan homogenizer pada pembuatan
film sehingga menghasilkan film yang lebih homogen. Penggunaan zat
pengemulsi dapat diganti menggunakan zat pengemulsi alami atau sintetik agar
pati dan lilin lebah dapat bercampur dengan baik. Perlu dilakukan juga pengujian
adesif, kelarutan, permeabilitas gas oksigen dan karbon dioksida, serta analisis
derajat kristalinitas menggunakan difraktogram sinar-x (XRD). Selain itu,
penggantian lilin lebah dengan lipid atau bahan komposit film lainnya juga dapat
dilakukan agar menghasilkan film dengan sifat mekanik yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
[ASTM] America Sociaty for Testing and Materials. 2005. Standard Test Methods
for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. Philadelphia (US): ASTM.
Asy’ari A. 2013. Film biodegradabel karaginan yang dipadukan dengan tepung
kedelai [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Beninca C. 2008. Thermal Behaviour of Corn Starch Granules Modified by Acid
Treatment at 30 and 50 oC. Ecletica Quimica 33:3.
Cereda M. 2007. Characterization of Edible Film of Cassava Starch by Electron
Microscopy. J Food Technology :91-95.
Chaplin M. 2006. Starch as an ingredients: manufacture and applications. Di
dalam: Eliasson AC, editor. Starch in Food: Structure, Function, and
Application. Boca Raton (US): CRC Press.
Debeaufort F, Martin Polo M, dan Volley. 1993. Polarity Homogenity and
Structure Affect Water Vapour Permeability of Model Edible Film. J Food
Sci. 58:426-434.
Firdaus F, Chairil Anwar. 2004. Potensi limbah padat-cair industri tepung tapioka
sebagai bahan baku film plastik biodegradabel. J Sains-teknologi LOGIKA
1(2):38-44.
Hasanah N. 2012. Pembuatan dan pencirian plastik pati tapioka dengan pemlastis
gliserol [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hu Y, Topolkaraev V, Hiltner A, dan Baer E. 2001. Measurement of water vapor
transmission rate in highly permeable films. J App Polym Sci. 81:1624-1633.
Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian paduan
polistirena-pati. Indones J Mat Sci. 12(1):30-35.
13
Kementerian Lingkungan Hidup. 2012. Pengelolaan Sampah Perkotaan di
Indonesia. Bahan Menteri Lingkungan Hidup dalam Pembahasan RUU
tentang Pengelolaan Sampah.
Pradipta IMD, Mawarani MJ. 2012. Pembuatan dan karakterisasi polimer ramah
lingkungan berbahan dasar glukomanan umbi porang. J Sains dan Seni
POMITS 1(1):1-6.
Prasetya T. 2009. Pra perancangan pabrik pembuatan natrium alginat (Na-alginat)
dari rumput laut coklat (Phaeophyceae) dengan proses ekstraksi [Skripsi].
Medan (ID): Universitas Sumatera Utara.
Prasetyaningrum A, Rokhati N, Kinasih DN, Wardhani FDN. 2010. Karakterisasi
bioactive edible film dari komposit alginat dan lilin lebah sebagai bahan
pengemas makanan biodegradable. Seminar rekayasa kimia dan Proses,
ISSN:1411-4216.
Santoso B. 2006. Karakterisasi komposit edible film buah kolang kaling (Arenge
pinnata) dan lilin lebah (beeswax). J Teknol Indust Pangan 2(1):17.
Stevens MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I, penenerjemah. Jakarta (ID):
Erlangga. Terjemahan dari Polymer Chemistry: An Introduction.
Syamsu K, Pandji C, Waldi J. 2008. Karakterisasi bioplastik poli-βhidroksialkanoat yang dihasilkan oleh Ralstonia eutropha pada
substrathidrolisat pati sagu dengan pemlastis isopropil palmitat. J Teknol
Pertan. 3(2):68-78.
Ulfiah. 2012. Pencirian edible film tepung tapioka terplastisasi gliserol dengan
penambahan natrium alginat [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Winarno FG. 2002. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta (ID): Gramedia.
Yusmarlela J. 2009. Studi pemanfaatan plastisizer gliserol dalam film pati ubi
dengan pengisi serbuk batang ubi kayu [tesis]. Medan (ID): Universitas
Sumatra Utara.
14
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Pembuatan Film
Kemasan
Larutan natrium
alginat dan lilin lebah
Pati tapioka terplastisasi
gliserol
Komposisi natrium
alginat-lilin lebah
19:6. 15:10. 12.5:12.5,
10:15, 6:19
Film
Pati tapioka terplastisasi gliserol
dengan penambahan natrium
alginat dan lilin lebah
Permeabilitas
uap air
Bobot
Molekul
SEM
DTA/TGA
Uji
Tarik
15
Lampiran 2 Data dan perhitungan ketebalan film
Ulangan
Tebal
lakban (mm)
4 lapis
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Rerata (mm)
0.961
0.961
0.941
0.951
0.961
0.951
0.951
0.951
0.941
0.941
0.951
Tebal film (mm)
Konsentrasi natrium alginat:lilin lebah
19:6
15:10 12.5:12.5 10:15
6:19
0.080
0.100
0.105
0.110
0.11
0.080
0.085
0.105
0.100
0.110
0.070
0.080
0.105
0.100
0.120
0.080
0.095
0.115
0.115
0.120
0.080
0.100
0.110
0.120
0.115
0.090
0.090
0.115
0.115
0.115
0.085
0.090
0.110
0.115
0.120
0.095
0.090
0.110
0.120
0.115
0.085
0.090
0.115
0.110
0.115
0.080
0.095
0.115
0.115
0.120
0.082
0.092
0.110
0.112
0.117
Contoh perhitungan:
Rerata =
=
Ketebalan film
Banyaknya ulangan
0.080+0.080+0.070+0.080+0.080+0.090+0.085+0.095+0.085+0.080 mm
10
= 0.082mm
16
Lampiran 3 Data bobot jenis film bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah
dengan penambahan natrium alginat
Suhu = 28°C
D1
= 0.99623g/mL
D0
= 0.00125g/mL
konsentrasi
W0
na-alginat:lilin
(gram)
lebah
9.9568
19:06
9.9568
9.9568
9.9568
15:10
9.9568
9.9568
9.9568
12.5:12.5
9.9568
9.9568
9.9568
10:15
9.9568
9.9568
9.9568
6:19
9.9568
9.9568
W1
(gram)
W2
(gram)
W3
(gram)
D
(g/mL)
9.9579
9.9576
9.9575
9.9577
9.9576
9.9577
9.9576
9.9575
9.9577
9.9574
9.9575
9.9573
9.9574
9.9573
9.9574
20.0966
20.0965
20.0964
20.0965
20.0964
20.0965
20.0964
20.0964
20.0964
20.0963
20.0964
20.0963
20.0963
20.0963
20.0963
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
20.0962
1.5648
1.5932
1.3942
1.4937
1.3279
1.4937
1.3279
1.3942
1.2805
1.1952
1.3942
1.2450
1.1952
1.2450
1.1952
Drerata
(g/mL)
1.5174
1.4384
1.3342
1.2781
1.2118
Contoh Perhitungan :
Bobot jenis pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6 ulangan 1
D=
D=
W1 − W0
W3 − W0 − W2 − W1
9.9579-9.9568
20.0962-9.9568 - 20.0966-9.9579
= 1.5648
Drerata
�
mL
× D1 − D0 + D0
× 0.99623 − 0.00125 + 0.00125
(1.5648 + 1.5932 + 1.3942)
Bobot jenis
=
=
Banyaknya ulangan
3
= 1.5174
�
mL
�
mL
17
Lampiran 4 Data dan perhitungan analisis uji tarik film
Konsentrasi
naalginat:lilin
lebah
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
Ulan
gan
Gaya
maks
(N)
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
4.3842
9.0300
4.8956
7.2019
3.6059
7.5609
8.2902
1.4496
5.0777
1.7838
∆P maks Luas
(mm) (mm2)
1.3619
7.6933
11.5387
2.1415
4.0777
10.2436
2.6201
18.3339
4.2950
5.6860
1.65
1.65
1.83
1.83
2.21
2.21
2.24
2.24
2.34
2.34
Elongasi
(%)
2.6571
5.4727
2.6752
3.9355
1.6316
3.4212
3.7010
0.6472
2.1700
0.7623
1.6
9.1
13.6
2.5
4.8
12.1
3.1
21.6
5.1
6.7
Panjang film mula-mula (P0) = 85 mm
Contoh Perhitungan:
Kuat tarik
=
Fmaks
Luas
4.3842 N
= 2.6571 MPa
1.65 mm2
Fmaks1 +Fmaks2 2.6571+5.4727 MPa
Rerata kuat tarik =
=
2
2
=
= 4.0649 MPa
%E =
1.3619 mm
∆P
×100% =
×100% = 1.6%
85 mm
P0
Rerata %E =
%E1 +%E2
2
=
1.60% +9.05 %
2
= 5.3%
rerata
Kuat
tarik
(MPa)
Kuat
tarik
(MPa)
4.0649
Elongasi
(%)
5.3
3.3053
8.1
2.5264
8.4
3.4480
12.3
3.6329
5.9
18
Lampiran 5 Data dan perhitungan permeabilitas uap air film
Bobot yang hilang (gram)
konsentrasi na-alginat:lilin lebah
15:10
12.5:12.5
10:15
0.2351
0.1605
0.1740
0.2239
0.1573
0.1598
0.1754
0.1024
0.1024
0.1680
0.0944
0.0952
0.1565
0.0853
0.0876
0.1918
0.1200
0.1238
Jam ke19:06
0.2319
0.1993
0.1841
0.1621
0.1520
0.1859
1
2
3
4
5
Rerata
Jam ke1
2
3
4
5
Rerata
Jam ke1
2
3
4
5
Rerata
19:06
0.1012
0.0870
0.0804
0.0708
0.0663
0.0811
Water vapor transmission rate (WVTR) (g s-1 m-2)
Konsentrasi na-alginat:lilin lebah
15:10
12.5:12.5
10:15
6:19
0.0831
0.0701
0.0682
0.0561
0.0792
0.0687
0.0626
0.0531
0.0620
0.0447
0.0401
0.0417
0.0594
0.0412
0.0373
0.0378
0.0553
0.0372
0.0343
0.0353
0.0678
0.0524
0.0485
0.0448
Water vapor permeability (WVP) (g s-1 m-1 Pa-1)
Konsentrasi na-alginat:lilin lebah
19:06
15:10
12.5:12.5
10:15
-09
7.0137x10
6.0277x10-09
5.5680x10-09
4.9026x10-09
4.5972x10-09
5.6219x10-09
-09
6.3879x10
6.0836x10-09
4.7658x10-09
4.5647x10-09
4.2522x10-09
5.2108x10-09
-09
6.5018x10
6.3721x10-09
4.1482x10-09
3.8241x10-09
3.4555x10-09
4.8603x10-09
Contoh perhitungan:
bobot hilang
waktu s ×luas m2
0.2319gram
g
=
= 0.1012
sm2
3600s×0.00063643m2
WVTR =
6:19
0.1286
0.1217
0.0956
0.0866
0.0809
0.1027
-09
6.4121x10
5.8888x10-09
3.7735x10-09
3.5082x10-09
3.2281x10-09
4.5621x10-09
6:19
5.5160x10-09
5.2200x10-09
4.1005x10-09
3.7145x10-09
3.4700x10-09
4.4042x10-09
19
Permeabilitas uap air =
=
WVTR
×ketebalan
S× R1 -R2
0.1012
g
sm2
×0.000082 m
6266.134 Pa× 1-0.81
=1.0208×10−9
g
s m Pa
20
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 5 April 1991 dari ayah Husen dan
ibu Rohmanih. Penulis merupakan putri ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2009
penulis lulus dari SMA Negeri 4 Bekasi dan pada tahun yang sama lulus ujian
SMPTN. Penulis diterima di Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Kimia
Polimer pada tahun ajaran 2012/2013. Penulis juga pernah aktif pada himpunan
mahasiswa Imasika sebagai staf Departemen Peningkatan Kualitas dan
Keprofesian Mahasiswa. Penulis juga pernah menjadi panitia dalam acara Reaktan
47, Improved self and soft skill & stadium generale 2010, dan Rakernas XI
Ikahimki 2011. Pada bulan Juli-Agustus 2012 penulis melaksanakan Praktik
Lapangan di Balai Besar Pengembangan dan Penelitian Pascapanen Bogor dengan
judul laporan praktik lapang yaitu Pengaruh Pelarut pada Aktivitas Antibakteri
Filtrat Bawang Putih (Allium sativum L.) dan Proses Mikroenkapsulasinya.