Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap Karakteristik Bioplastik Dari Pati Umbi Talas Dengan Menggunakan Plasticizer Gliserol
PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI TALAS DENGAN MENGGUNAKAN
PLASTICIZER GLISEROL SKRIPSI Oleh TONI PAHRI SIRAIT 100405014 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2015
PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI TALAS DENGAN MENGGUNAKAN
PLASTICIZER GLISEROL SKRIPSI Oleh TONI PAHRI SIRAIT 100405014 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap Karakteristik Bioplastik Dari Pati Umbi Talas Dengan Menggunakan Plasticizer Gliserol
”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.
2. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc. dan Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc., selaku
Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak Dr.Eng.Ir. Irvan, MT., selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., selaku koordinator penelitian.
5. Bapak Drs. Mimpin Ginting, M.S. dan Ibu Dr. Ir Elisa Julianti, M.Si., selaku dosen Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara yang telah bersedia meluangkan waktu untuk diskusi dan bimbingan sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, September 2015 Penulis
Toni Pahri Sirait
DEDIKASI
“Janganlah hidup lagi sama seperti orang-orang yang tidak mengenal Allah dengan pikirannya yang sia-sia, sebab hal yang paling berbahaya dari manusia adalah pemikirannya” Penulis mendedikasikan skripsi ini untuk kedua orang tua penulis, Hotman Simon Sirait dan Palarita Siregar yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini kemudian untuk Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dan terkhusus untuk Nami Panindia yang selalu mendukung dan memotivasi saya hingga menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih untuk Shinta Megawati S, Torasman Sidabutar, Westryan Tindaon, Paulus Rob Sugandi, Rio Fransen Aruan, Bill Clinton Silitonga dan teman-teman seperjuangan angkatan 2010.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Toni Pahri Sirait NIM: 100405014 Tempat/tgl lahir: AFD-K Balimbingan, 15 Agustus 1992 Nama orang tua: Hotman Simon Sirait Alamat orang tua: Desa Tangga Batu, Kecamatan Hatonduhan, Kabupaten Simalungun Sumatera Utara.
Asal sekolah SD 095200 AFD-K Balimbingan tahun 1998 – 2004 SMP Negeri 1 Hatonduhan tahun 2004 – 2007 SMA Negeri 1 Tanah Jawa tahun 2007-2010 Beasiswa yang pernah diperoleh: Beasiswa BIDIK MISI USU tahun 2010-2014 Pengalaman organisasi/kerja:
1. HIMATEK USU periode 2013-2014 sebagai anggota Bidang Bakat dan Minat
3. Kerja Praktek di PT Utama Inti Hasil Kimia Industri (UTAKI) Deli Serdang tahun 2014 Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1.
Prosiding Bali International Seminar on Science and Technology (BISSTECH) III 2015 dengan judul
“The Effect of Gelatinization Profile for Mechanical Properties Of Bioplastics From Taro Starch (Colocasia
Esculenta )- Chitosan With Glycerol Plasticizer
”
ABSTRAK
Bioplastik merupakan salah satu jenis plastik yang terbuat dari bahan yang dapat diperbarui seperti pati, minyak nabati, dan lain-lain. Pati dari umbi talas (Colocasia
esculenta) berpotensi sebagai bahan baku pembuatan bioplastik dengan
menggunakan gliserol sebagai plastizicer dan kitosan sebagai penguat. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dan profil gelatinisasi pati umbi talas,
sifat kekuatan tarik,
mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan gliserol terhadap pemanjangan pada saat putus, penyerapan air dan profil gelatinisasi bioplastik dari pati talas. Pada penelitian ini menggunakan metode casting dalam pembuatan bioplastik dengan larutan pati 30 w/v. Selanjutnya dilakukan variasi penambahan gliserol (1 % v, 2 % v, dan 3 % v), variasi penambahan pengisi kitosan (1 w/v, 2 w/v, dan 3
o o o
w/v) dan varisai temperatur pemanasan larutan pati (65
C, 70
C, dan 75
C). Hasil penelitian menunjukkan bahwa umbi talas dengan ukuran partikel 100 mesh memiliki kandungan pati 93,55 %, kadar air 6,5%, kadar abu 0,76%, amilosa 17,9 %, amilopektin 75,66 %, kadar protein 1,02%, kadar lemak 1,44%. Analisa sifat pasta dengan metode Rapid Visco Analyzer (RVA) menunjukkan pati talas
o
memiliki temperatur gelatinisasi 74,52 C dengan viskositas puncak 5953,5 cP,
o
sedangkan bioplastik pati talas memiliki temperatur gelatinisasi 76,67 C dengan viskositas puncak 3630 cP. Dari hasil analisa FT-IR diperoleh perubahan gugus fungsi O-H bioplastik pati talas dengan pengisi kitosan dan plasticizer gliserol pada
- 1
bilangan gelombang 2360,87 cm , dari hasil analisa morfologi patahan bioplastik diperoleh bahwa penyebaran pengisi kitosan tidak merata dan masih terdapat beberapa fraksi kosong. Penambahan kitosan dan gliserol berpengaruh terhadap sifat kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus bioplastik yang dihasilkan. Seiring bertambahnya variasi kitosan maka nilai kekuatan tarik meningkat, seiring bertambahnya variasi gliserol maka nilai pemanjangan pada saat putus meningkat serta semakin mendekati temperatur gleatinisasi pada pemanasan larutan pati maka nilai kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus akan meningkat. Bioplastik
o
terbaik pada penelitian ini adalah bioplastik pada temperatur 75 C dengan komposisi larutan pati 30 w/v, gliserol 1 %v dan kitosan2 %w yang memiliki nilai kekuatan tarik 8,297 MPa dan nilai pemanjangan pada saat putus 45,846% .
Kata kunci : pati, talas, bioplastik, gliserol, kitosan
ABSTRACT
Bioplastic is a plastic which made from renewable biomass sources, such as starch, vegetable oil, and etc. Taro starch (Colocasia esculenta) is a potential raw material for bioplastics by using glycerol as plasticizer and chitosan as a filler. The objective of this research was to investigate the characteristics and gelatinization profile of taro starch, to investigate the effect of adding chitosan and glycerol on mechanical properties such as tensile strength, elongation at break, water absorption and gelatinization profile of bioplastics from taro starch. On this research, casting method utilized to manufacture of bioplastics with starch solution 30 w/ v. Moreover, the variation added volume of glycerol (1% v, 2% v and 3% v), addition o of chitosan (1 w / v, 2 w / v, and 3 w / v) and pasting temperature variations (65C,
o o
70 C, and 75
C). The results of experiments show that taro flour with particle size
100 mesh have starch content 93.55%, water content 6.5%, ash content 0.76%, amylose content 17.9%, amylopectin content 75.66%, protein content 1.02% and fat content 1.44%. Analysis of pasta properties which is measured by Rapid Visco Analyzer (RVA) method, showed that taro starch has gelatinization temperature o
74.52 C with high peak viscosity 5953.5 cP and bioplastics from taro starch has
o gelatinization temperature 76.67 C with peak viscosity 3630 cP. The addition of chitosan and glycerol affect the tensile strength and elongation at break of bioplastics. With increasing variation of chitosan, the value of tensile strength will be increase. Increasing variation of glycerol, elongation at break will increase and as closed as temperature gelatinization, when starch was heating the value of tensile strength and elongation at break will increase. The Best of bioplastic in this o reseach is at a temperature of 75 C with starch composition 30 w / v, adding of 1% v glycerol and 2 w/v chitosan which produces 8.297 MPa tensile strength and a value of elongation at break is 45,846%.
Keywords: starch, taro, bioplastic, glycerol, chitosan
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIHAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xvi
DAFTAR LAMPIRAN xviii
DAFTAR SINGKATAN xx
DAFTAR SIMBOL xxi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
4
1.3 TUJUAN PENELITIAN
5
1.4 MANFAAT PENELITIAN
5
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 BIOPLASTIK
7
2.2 PATI
8
2.3 GELATINISASI DAN RETROGRADASI
10
2.4 HIDROLISIS PATI
12
2.5 TALAS
13
2.6 KITOSAN
17
2.7 GLISEROL
18
2.8 PENGOLAHAN BIOPLASTIK
20
2.9 ANALISA KARAKTERISTIK HASIL PENELITIAN
3.4.3 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan kitosan dan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan
3.3.1 Prosedur Isolasi Pati Talas
29
3.3.2 Prosedur Pembuatan Bioplastik
30
3.4 DIAGRAM ALIR PENELITIAN
30
3.4.1 Diagram Alir Isolasi Pati Talas
30
3.4.2 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan
Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan
32
33
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
3.5 PROSEDUR ANALISA KARAKTERISTIK PATI TALAS
34
3.6 PROSEDUR ANALISA SIFAT PASTING
37
3.7 PROSEDUR ANALISA SIFAT KEKUATAN TARIK
38
3.8 PROSEDUR ANALISA SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK)
38
3.9 UJI KETAHANAN AIR BIOPLASTIK
39
3.1 PROSEDUR ANALISA BIODEGRADASI
39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
29
29
21
25
2.9.1 Analisa Karakteristik Pati
21
2.9.2 Analisa Sifat Pasting
22
2.9.3 Analisa Gugus Fungsi (FT-IR)
23
2.9.4 Analisa Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
24
2.9.5 Analisa Sifat Perpanjangan Saat Putus (Elongation At Break)
24
2.9.6 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)
2.9.7 Uji Penyerapan Air (Water-Absorption)
3.2.2 Bahan
25
2.9.8 Uji Biodegradasi
26
2.10 APLIKASI DAN KEGUNAAN BIOPLASTIK
27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
28
3.1 LOKASI PENELITIAN
28
3.2 ALAT DAN BAHAN
28
3.2.1 Alat
28
40
4.1 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA PATI TALAS
40
4.1.1 Kadar Pati Talas
41
4.1.2 Kadar Air Pati Talas
41
4.1.3 Kadar Abu Pati Talas
42
4.1.4 Kadar Amilosa Pati Talas
42
4.1.5 Kadar Amilopektin Pati Talas
42
4.1.6 Kadar Protein Pati Talas
43
4.1.7 Kadar Lemak Pati Talas
43
4.2 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA PROFIL GELATINISASI
44
4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR
50
4.4 PENGARUH VARIASI PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER GLISEROL TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN
PLASTICIZER GLISEROL
53
4.5 PENGARUH
VARIASI PEMANASAN LARUTAN PATI TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN PLASTICIZER GLISEROL
54
4.6 PENGARUH VARIASI PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER GLISEROL TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN
PLASTICIZER GLISEROL
62
4.7 PENGARUH
VARIASI PEMANASAN LARUTAN PATI TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN GLISEROL
63 PLASTICIZER
4.8 KARAKTERISTIK SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPY) BIOPLASTIK
64
4.9 HASIL ANALISA KETAHANAN AIR BIOPLASTIK
65
4.10 HASIL UJI BIODEGRADASI BIOPLASTIK
66 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
70
5.1 KESIMPULAN
70
5.2 SARAN
71 DAFTAR PUSTAKA
72 LAMPIRAN
79
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Konsumsi Bioplastik Global Berdasarkan Bahan Dasar1 Gambar 2.1 Diagram Klasifikasi Plastik Biodegradabel
7 Gambar 2.2 Struktur Amilosa
8 Gambar 2.3 Struktur Amilopektin
9 Gambar 2.4 Granula Pati
11 Gambar 2.5 Struktur Kitosan
17 Gambar 2.6 Struktur Gliserol
19 Gambar 3.1 Diagram Alir Isolasi Pati Talas
31 Gambar 3.2 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan
Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan
32 Gambar 3.3 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan Dan Plasticizer Gliserol
33 Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik
38 Gambar 4.1 Pati Talas (Colocasia esculenta)
40 Gambar 4.2 Profil Gelatinisasi Pati Talas, Kitosan, Bioplastik Pati Talas
44 Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan Serta Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
Gambar 4.3 Karakteristik Hasil Analiasa FT-IR Pati Talas, Kitosan,50 Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan Serta Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
Gambar 4.4 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan PlasticizerGliserol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi
o
Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur 75 C
53
Gambar 4.5 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pemanasan Larutan Pati62 Gambar 4.15 Hasil Analisa Morfologi patahan Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Pada di Perbesaran 1000x
93 Gambar L3.4 Proses Pencetakan Dengan Alat Cetakan Akrilik
93 Gambar L3.3 Proses Pembutan Bioplastik
92 Gambar L3.2 Pelarutan Pengisi Kitosan
86 Gambar L3.1 Persiapan Isolasi Pati Talas
80 Gambar L1.3 Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
79 Gambar L1.2 Grafik Penimbangan Kadar Abu Pati Talas
66 Gambar L1.1 Grafik Pengeringan Kadar Air Pati Talas
65 Gambar 4.17 Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
63 Gambar 4.16 Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
61 Gambar 4.14 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pemanasan Larutan Pati Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur 75
60 Gambar 4.13 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
59 Gambar 4.12 Interaksi Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
58 Gambar 4.11 Interaksi Pati, Kitosan dan Asam Asetat
57 Gambar 4.10 Reaksi Hidrolisis Pemutusan Rantai Amilopektin Pati
56 Gambar 4.9 Interaksi Pencampuran Larutan Pati Dengan Larutan Kitosan
56 Gambar 4.8 Interaksi Pelarutan Pati Dengan Air
55 Gambar 4.7 Interaksi Pelarutan Kitosan Dengan Asam Asetat 2%
54 Gambar 4.6 Reaksi Asam Basa Bronsted-Lowry
C
o
94 Gambar L3.5 Alat UTM Gotech Al-7000M Grid Tensile
94 Gambar L4.1 Hasil Analisa FT-IR Pati Talas
95 Gambar L4.2 Hasil Analisa FT-IR Kitosan
95 Gambar L4.3 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan
96 Gambar L4.4 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan
96 Gambar L4.5 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan
Plasticizer Gliserol
97 Gambar L4.6 Hasil Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Pada Daerah Patahan Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik Dengan Perbesaran 1000x
98
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Bioplastik3 Table 2.1 Jenis Talas Yang Tumbuh di Indonesia
14 Table 2.2 Kandungan Zat Gizi Pada Talas
16 Tabel 2.3 Komposisi Karbohidrat pada Talas
17 Tabel 3.1 Pembuatan Standar Amilosa
35 Table 4.1 Standar Mutu Pati dan Hasil Karakteristik Pati Talas
41 Table 4.2 Nilai Parameter Profil gelatinisasi
45 Tabel 4.3 Karakteristik Hasil Analisa FT-IR Pati Talas, Kitosan, Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
52 Tabel 4.4 Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan
67 Plasticizer Gliserol Tabel L1.1 Data Hasil Analisa Kadar Air Pati Talas
79 Tabel L1.2 Data Hasil Analisa Kadar Abu Pati Talas
80 Tabel L1.3 Hasil Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer
81 Gliserol Tabel L1.4 Data Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas
Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur Variasi Pemanasan 65,
o
70 dan 75 C.
84 Tabel L1.5 Data Hasil Analisa Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur
o
Variasi Pemanasan 65, 70 dan 75 C
85 Tabel L1.6 Data Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
86 Tabel L1.7 Data Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol
87