Karakteristik biodegradabilitas bioplastik Proses Produksi dan Karakteristik Bioplastik TPSLLDPE dan TPSHDPE

Aspergillus niger Penicillium sp. TPSHDPE 3070 dan MA 5 pada compatibilizer HDPE-g-MA DG 4,13 TPSHDPE 4060 dan MA 5 pada compatibilizer HDPE-g-MA DG 4,13 TPSHDPE 0100 dan MA 7,5 pada compatibilizer HDPE-g-MA DG 3,21 TPSHDPE 2080 dan MA 7,5 pada compatibilizer HDPE-g-MA DG 3,21 TPSHDPE 3070 dan MA 7,5 pada compatibilizer HDPE-g-MA DG 3,21 TPSHDPE 3070 dan MA 7,5 pada compatibilizer HDPE-g-MA DG 3,21 Gambar 4.38 Hasil pengamatan kemampuan biodegradabilitas bioplastik berbahan baku TPSHDPE

4.5. Pengujian Stabilitas Bioplastik pada Berbagai Suhu Penyimpanan

Bioplastik seperti halnya plastik konvensional mempunyai fungsi mewadahi dan melindungi produk dari segala bentuk kerusakan, memudahkan produk untuk disimpan serta dipasarkan. Umumnya kantong plastik hanya digunakan untuk mewadahi produk selama pengangkutan, namun fungsi penggunaannya bertambah menjadi wadah penyimpanan di luar maupun di dalam tempat pendingin freezer. Untuk hal tersebut, bioplastik dituntut memiliki sifat fisik dan mekanik yang baik terhadap berbagai suhu penyimpanan. Bioplastik diharapkan mempunyai kemampuan untuk menjadi pelindung produk dan mempunyai fungsi melindungi produk terhadap pengaruh mekanik dari lingkungan. Pada saat digunakan dan disimpan, bioplastik diharapkan tidak mengalami perubahan sifatnya, baik sifatnya sebagai penahan transfer uap air maupun sifat mekaniknya. Bioplastik diharapkan tahan terhadap kerusakan sehingga tidak pecah apabila terjadi deformasi. Karakterstik mekanik penting sebagai ukuran penentuan kualitas plastik sebagai suatu kemasan. Oleh karena itu sebagai kemasan, bioplastik diharapkan dapat mempertahankan sifat fisik dan mekaniknya pada berbagai kondisi penyimpanan sehingga dapat melindungi produk yang dikemasnya. 4.5.1. Karakteristik mekanik bioplastik Berdasarkan karakteristik kekuatan tarik dan perpanjangan putus, maka bioplastik berbahan baku TPSLLDPEcompatibilizer dengan konsentrasi TPS 40, LLDPE 60 dan compatibilizer MA5derajat grafting 6,96 dipilih sebagai sampel yang akan diuji stabilitasnya pada berbagai suhu penyimpanan karena bioplastik tersebut telah memenuhi syarat sebagai wrapping packaging JIS Z 1702-1986 yaitu memiliki nilai perpanjangan putus elongasion sebesar 150 Yuniari 2011, sedangkan bioplastik berbahan baku TPSHDPEcompatibilizer adalah TPS 30, HDPE 70 dan compatibilizer MA 7,5 derajat grafting 3,21 karena bioplastik tersebut telah memenuhi syarat sebagai kemasan kantong JIS Z 1702-1986 yaitu memiliki nilai kuat tarik sebesar 11,5 MPa Yuniari 2011. Menurut Krochta dan Johnson 1997 dalam Akili 2012 bahwa syarat standar sifat mekanik plastik untuk kemasan pangan memiliki nilai kuat tarik antara 10-100 MPa dan perpanjangan putus 10-50. Hasil pengamatan pengaruh suhu penyimpanan terhadap sifat mekanik kuat tarik dan perpanjangan putus bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE dapat dilihat pada Gambar 4.39, 4.40, 4.41 dan 4.42. Hasil pengamatan awal hari ke-0 nilai kuat tarik pada suhu ruang 20- 25ºC; RH 55, suhu dingin 5-10ºC; RH 76 dan suhu beku -5 – -10ºC; RH 50 bioplastik TPSLLDPE adalah 7,95 MPa; 7,40 MPa; dan 7,53 MPa, sedangkan hasil pengamatan akhir hari ke-5 nilai kuat tarik pada suhu ruang, suhu dingin dan suhu beku adalah 7,68 MPa; 7,29 MPa; dan 7,48 MPa. Pada bioplastik berbahan baku TPSHDPE, nilai kuat pada suhu ruang, suhu dingin dan suhu beku adalah 9,56 MPa; 10,01 MPa; dan 9,83 MPa hari ke-0, sedangkan hasil pengamatan akhir hari ke-5 nilai kuat tarik pada suhu ruang, suhu dingin dan suhu beku adalah 10,33 MPa; 10,31 MPa; dan 10,52 MPa. Gambar 4.39 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai kuat tarik MPa bioplastik TPSLLDPE Suhu penyimpanan tidak berpengaruh nyata terhadap nilai kuat tarik bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE Lampiran 6a dan 6b. Nilai kuat tarik hasil pengamatan cenderung konstan dari hari ke-0 hingga hingga hari ke-5. Hal ini menunjukkan bahwa suhu penyimpaan tidak menyebabkan ikatan yang terbentuk antara TPS dan polimer LLDPE dengan penambahan compatibilizer menjadi mudah putuslemah. Penurunan suhu dalam hal ini suhu 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 K u at t ar ik M P a Waktu pengamatan hari ke- Suhu Ruang 20-25°C Suhu Dingin 5-10°C Suhu Beku -5- -10°C dingin dan suhu beku tidak menjadikan kerapatan antar molekul menjadi renggang atau memuai. Hasil yang sama juga diperoleh Oses et al. 2008 yang mengatakan bahwa nilai kuat tarik dan perpanjangan putus tidak berbeda nyata setelah disimpan selama 180 hari pada suhu ruang dan RH 75 . Gambar 4.40 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai kuat tarik MPa bioplastik TPSHDPE Bioplastik saat disimpan pada suhu dingin dan beku tidak mengalami deformasi, hal ini ditandai nilai kuat tarik yang relatif konstan. Menurut Surdia dan Saito 1985, suhu rendah tidak memberikan perubahan mekanik yang signifikan dibandingkan suhu tinggi. Selain suhu, waktu penyimpanan yang pendek tidak memberikan perubahankerusakan yang berarti pada sifat mekanik bioplastik. Hal tersebut juga dikemukakan oleh Surdia dan Saito 1985 yang mengatakan bahwa dalam bahan kemasan akan mengalami kerusakan apabila disimpan dalam waktu lama pada suhu rendah maupun suhu tinggi. Hasil pengamatan awal hari ke-0 perpanjangan putus pada suhu ruang, suhu dingin dan suhu ruang bioplastik berbahan baku TPSLLDPE adalah 141,75; 142,24; dan 145,25, sedangkan hasil pengamatan akhir hari ke-5 perpanjangan putus adalah 152,25; 147; dan 145,25 Gambar 4.41. Pada bioplastik berbahan baku TPSHDPE, hasil pengamatan awal hari ke-0 perpanjangan putus pada suhu ruang, suhu dingin dan suhu ruang adalah 105; 101,25; dan 101,70, sedangkan hasil pengamatan akhir hari ke-5 perpanjangan putus adalah 105; 101,25; dan 101,25 Gambar 4.42. 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 K u at T ar ik M P a Waktu pengamatan hari ke- Suhu Ruang 20-25°C Suhu Dingin 5-10°C Suhu Beku -5- -10°C Gambar 4.41 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai perpanjangan putus bioplastik TPSLLDPE Gambar 4.42 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai perpanjangan putus bioplastik TPSHDPE Suhu penyimpanan tidak berpengaruh nyata terhadap nilai perpanjangan putus bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE Lampiran 6c dan 6d. Hasil yang sama juga didapat oleh Butler et al. 1996 yang mengatakan bahwa sifat mekanik perpanjangan putus film chitosan tidak berbeda signifikan setelah disimpan selama 12 minggu pada suhu 23ºC dan RH 50. Suhu penyimpanan tidak mempengaruhi secara signifikan nilai perpanjangan putus bioplastik. Bioplastik memiliki kemampuan dalam mempertahankan kekuatan mekaniknya walaupun disimpan pada suhu rendah. Hal tersebut dikarenakan 140 142 144 146 148 150 152 154 156 1 2 3 4 5 P er p an jan gan p u tu s Waktu pengamatan hari ke- Suhu Ruang 20-25°C Suhu Dingin 5-10°C Suhu Beku -5- -10°C 80 90 100 110 120 130 140 1 2 3 4 5 P er p an jan gan p u tu s Waktu pengamatan hari ke- Suhu Ruang 20-25°C Suhu Dingin 5-10°C Suhu Beku -5- -10°C terjadi ikatan yang kuat antara molekul penyusunnya TPS dan LLDPE atau HDPE dengan penambahan compatibilizer. Hal yang sama juga diungkapkan oleh Zeus 2005 dalam http:www.zeusinc.com yang mengatakan bahwa plastik yang memiliki nilai tg di bawah suhu ruang lebih fleksibel dan tidak mudah pecah saat disimpan pada suhu ruang atau suhu di atas suhu tg-nya. 4.5.2. Karakteristik permeabilitas bioplastik Permeabilitas uap air dihitung melalui laju trasmisi uap air WVTR. Nilai permeabilitas suatu bahan kemasan perlu diketahui karena dapat dipergunakan untuk memperkirakan daya simpan produk yang dikemas. Selain itu, nilai permeabilitas dapat dipergunakan untuk menentukan kemasan apa yang sesuai untuk suatu produk tertentu. Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai WVTR dapat dilihat pada Gambar 4.43 dan Gambar 4.44. Hasil pengamatan awal hari ke-0, nilai WVTR bioplastik berbahan baku TPSLLDPE pada suhu ruang, suhu dingin dan suhu beku adalah 5,05; 5,05; 5,01 gm 2 .hari, sedangkan hasil pengamatan akhir hari ke-5 adalah 5,03; 5,04; 5,02 gm 2 .hari. Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa suhu penyimpanan tidak mempengaruhi nilai WVTR bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE Lampiran 6e dan 6f. Nilai WVTR menunjukkan kecenderungan konstan. Hal tersebut menunjukkan molekul uap air sulit menembut bioplastik disebabkan ikatan yang kuat antara molekul penyusunya. Kerapatan dan struktur dasar bioplastik sangat menentukan nilai WVTR. Nilai WVTR berbahan baku TPSHDPE relatif lebih rendah dan konstan dibandingkan LLDPE, hal tersebut dikarenakan HDPE memiliki struktur rantai yang lebih lurus bila dibandingkan LLDPE sehingga memiliki derajat kristalinitas yang lebih tinggi. Polimer plastik yang memiliki derajat kristalinitas tinggi lebih mampu menahan perpindahan uap air. Gambar 4.43 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai WVTR gm 2 .hari bioplastik TPSLLDPE Gambar 4.44 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap nilai WVTR gm 2 .hari bioplastik TPSHDPE 4.5.3. Karakteristik morfologi bioplastik terpilih pada berbagai suhu penyimpanan Pengaruh suhu penyimpanan terhadap morfologi permukaan bioplastik terlihat pada Gambar 4.45 dan Gambar 4.46. Pengujian dengan SEM dilakukan untuk melihat hasil mikroskopis permukaan bioplastik pada pembesaran 100x. Pada Gambar 4.45 dan Gambar 4.46, Suhu penyimpanan tidak mengakibatkan perubahan terhadap karakteristik morfologi bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE. 4.9 4.9 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.1 5.1 1 2 3 4 5 L aj u T ran sm is i Uap Air gm 2 .h ar i Waktu pengamatan hari ke- Suhu Ruang 20-25°C Suhu Dingin 5-10°C Suhu Beku -5- -10°C 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 1 2 3 4 5 L aj u T ran sm is i Uap Air gm 2 .h ar i Waktu Pengamatan hari ke- Suhu Ruang 20-25°C Suhu Dingin 5-10°C Suhu Beku -5- -10°C Hari Ke- Suhu penyimpanan Suhu ruang Suhu dingin Suhu beku 5 Gambar 4.45 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap morfologi permukaan bioplastik TPSLLDPE Hari Ke- Suhu penyimpanan Suhu ruang Suhu dingin Suhu beku 5 Gambar 4.46 Pengaruh suhu penyimpanan terhadap morfologi permukaan bioplastik TPSHDPE Penyimpanan pada berbagai suhu penyimpanan tidak mempengaruhi morfologi permukaan bioplastik berbahan baku TPSLLDPE dan TPSHDPE. Bioplastik tidak mengalami kerusakan seperti adanya lubang, robekan atau kerutan. Hal ini dikarenakan TPS yang ada pada bioplastik tidak atau belum mengalami perubahan ukuran akibat penyerapan air di lingkungan sekitar.

4.6. Rekayasa Proses Produksi Bioplastik TPSLLDPE dan TPSHDPE

Bioplastik yang dapat diaplikasikan sebagai plastik kemasan pangankantong yang sesuai standar plastik kemasan berdasarkan karakteristik mekanik kekuatan tarik dan perpanjangan putus, maka rekayasa proses produksi yang dilakukan terdiri dari memodifikasi pati menjadi pati termoplastik, penggunaan compatibilizer LLDPE-g-MA konsentrasi MA 5 dan HDPE-g- MA konsentrasi MA 7,5, pencampuran antara pati termoplastik dan resin plastik dengan perbandingan konsentrasi TPSLLDPE adalah 4060, sedangkan TPSHDPE adalah 3070. Tahapan rekayasa proses produksi bioplastik LLDPE-g- MA dan HDPE-g-MA dapat dilihat pada Gambar 4.47. Gambar 4.47 Tahapan rekayasa proses produksi bioplastik LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA Pengepresan resin Pencampuran formula bahan TPSLLDPELLDPE-g-MA 40605 atau TPSHDPEHDPE-g-MA 30707,5 dalam ekstruder Bioplastik Modifikasi pati Pati termodifikasi TPS Pembuatan compatibilizer Compatibilizer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA Resin bioplastik

4.7. Analisis Nilai Tambah Tapioka sebagai Bahan Baku Bioplastik

Analisis nilai tambah merupakan pertambahan nilai pada suatu produk setelah dilakukan proses pengolahan lebih lanjut. Analisis nilai tambah akan memberikan informasi mengenai faktor-faktor dari proses produksi yang menghasilkan atau meningkatkan nilai tambah atau sebaliknya. Analisis nilai tambah pengolahan tapioka menjadi bioplastik dilakukan dengan menggunakan metode Hayami dan Kawagoe 1993. Formula yang digunakan untuk menghitung nilai tambah tapioka adalah perlakuan perbandingan TPSLLDPEcompatibilizer LLDPE-g-MA 40605. Perhitungan nilai tambah dilakukan dengan menggunakan asumsi :  Harga bahan baku tapioka Rp. 8.000kg, resin LLDPE Rp. 15.000kg, compatibilizer LLDPE-g-MA Rp. 25.000kg dan gliserol Rp. 25.000kg.  Upah tenaga kerja Rp. 50.000HOK.  Harga jual bioplastik Rp. 25.000kg.  Kapasitas produksi 500 kghari. Hasil perhitungan nilai tambah pada Tabel 4.10 menunjukkan bahwa nilai tambah tapioka sebesar 70,88 yang berarti dari Rp.25.000kg harga jual bioplastik, sebesar 70,88 merupakan nilai tambah dari pengolahan produk tapioka menjadi bioplastik. Besarnya nilai tambah tergantung biaya yang dikeluarkan yaitu biaya pembelian bahan baku dan sumbangan input lain. Sumbangan input lain terdiri dari seluruh biaya variabel kecuali biaya bahan baku dan upah tenaga kerja. Nilai koefisien tenaga kerja menunjukkan bahwa apakah perusahaan sudah efisien memproduksi bioplastik. Semakin kecil nilai koefisien tenaga kerja semakin efisien perusahaan memproduksi bioplastik. Pengolahan tapioka menjadi bioplastik memberikan keuntungan bagi perusahaan sebesar Rp. 41.800kg bahan baku. Keuntungan yang diperoleh perusahaan bioplastik dapat memberikan nilai tambah yang besar bagi tapioka, selain itu, perusahaan dapat memberikan alternatif plastik kemasan yang ramah lingkungan. Tabel 4.10. Hasil perhitungan nilai tambah tapioka sebagai bahan baku bioplastik No Variabel Hasil perhitungan I Output, input dan harga - Output kgper produksi 500,00 - Bahan baku kgproduksi 200,00 - Tenaga kerja 10,00 - Faktor konversi 2,50 - Koefisien tenaga kerja 0,05 - Harga output Rpkg 25000,00 - Upah tenaga kerja RpHOK 50000,00 II Pendapatan dan keuntungan - Harga bahan baku Rpkg 3200,00 - Sumbangan input lain Rpkg 15000,00 - Nilai output Rpkg 62500,00 - Nilai tambah Rpkg 44300,00 - Nisbah nilai tambah 70,88 - Imbalan tenaga kerja Rpkg 2500,00 - Bagian tenaga kerja 5,64 - Keuntungan Rpkg 41800,00 - Tingkat keuntungan 66,88 III Balas Jasa Pemilik Faktor Produksi Margin keuntungan 59300,00 - Pendapatan tenaga kerja 4,22 - Sumbangan input lain 25,30 - Keuntungan perusahaan 70,50

5. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan

1. Untuk mendapatkan bioplastik yang dapat diaplikasikan sebagai plastik kemasan pangankantong yang sesuai standar plastik kemasan, maka rekayasa proses produksi yang dilakukan terdiri dari modifikasi pati, penggunaan compatibilizer LLDPE-g-MA konsentrasi MA 5 dan HDPE-g-MA konsentrasi MA 7,5, pencampuran antara pati termoplastik dan resin plastik dengan perbandingan konsentrasi TPSLLDPE adalah 4060, sedangkan TPSHDPE adalah 3070. 2. TPS hasil penelitian memiliki karakteristik kadar air 11,97, kadar abu 0,02, kadar pati 67,05, dan derajat kristalinitas 16,13, sehingga TPS tersebut dapat dijadikan bahan baku pembuatan bioplastik. 3. Penggunaan maleat anhidrat mempengaruhi densitas dan sifat plastis compatibilizer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA, hal tersebut disebabkan karena semakin tinggi konsentrasi maleat anhidrat semakin tinggi nilai densitas dan semakin menurun nilai perpanjangan putus compatibilizer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA, sedangkan penggunaan jenis resin mempengaruhi nilai rata-rata densitas, kecepatan alir, titik leleh dan perpanjangan putus compatibilizer LLDPE-g-MA dan HDPE-g-MA. Compatibilizer berbahan baku resin HDPE mempunyai nilai densitas, kecepatan alir, dan titik leleh lebih tinggi daripada resin LLDPE, tetapi nilai perpanjangan putusnya lebih rendah. 4. Berdasarkan standar karakteristik perpanjangan putus untuk aplikasi plastik kemasan pangan berbahan baku LLDPE, maka formula terbaik adalah bioplastik berbahan baku TPSLLDPEcompatibilizer dengan konsentrasi TPS 40, LLDPE 60 dan compatibilizer MA 5derajat grafting 6,96, sedangkan berdasarkan standar karakteristik kekuatan tarik untuk aplikasi plastik kemasan pangan berbahan baku HDPE, maka formula terbaik bioplastik berbahan baku TPSHDPEcompatibilizer adalah TPS 30, HDPE 70 dan compatibilizer MA 7,5derajat grafting 3,21 .