Telah diuji pada Tanggal 27 April 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D
Anggota : 1. Dr. Yugia Muis, M.Si
2. Prof. Dr. Harlem Marpaung 3. Prof. Dr. Thamrin, M.Sc
4. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc 5. Prof. Dr. Yunazar Manjang
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMANFAATAN MIKROKRISTAL SELULOSA LIMBAH TANDAN KELAPA MUDA Cocos nucifera Linn SEBAGAI BAHAN PENGISI DALAM
FILM LAYAK MAKAN PATI TAPIOKA DENGAN GLISEROL SEBAGAI PLASTISISER
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang
pengetahuan juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan leh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini disebutkan dalam daftar
pustaka.
Medan, April 2013 Penulis,
Puji Purworini
Universitas Sumatera Utara
PEMANFAATAN MIKROKRISTAL SELULOSA LIMBAH TANDAN KELAPA MUDA Cocos nucifera Linn SEBAGAI BAHAN PENGISI DALAM FILM
LAYAK MAKAN PATI TAPIOKA DENGAN GLISEROL SEBAGAI PLASTISISER
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pemanfaatan mikrokristal selulosa MCC dari limbah tandan kelapa muda Cocos nucifera sebagai bahan pengisi dalam film layak
makan pati tapioka dengan pemlastis gliserol. MCC yang ditambahkan kedalam film pati dengan variasi massa 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g. Penelitian ini terbagi atas dua
tahap yaitu tahap pertama adalah pembuatan MCC dari limbah tandan kelapa muda
yang didigesti dengan NaOH 17,5 menghasilkan α-selulosa kemudian dihidrolisis dengan HCl 2,5 N menghasilkan mikrokristal selulosa. Tahap kedua adalah pembuatan
film pati dan MCC dengan variasi massa 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g. Dari hasil karakterisasi MCC dengan FT-IR, XRD dan SEM diperoleh hasil bahwa MCC yang
dihasilkan mengandung gugus O-H bebas dan mempunyai struktur kristal. Analisis FT– IR untuk film pati-gliserol-MCC yang dihasilkan menunjukkan ikatan hidrogen
intermolekuler yang kuat antara pati – gliserol dan MCC. Pengujian sifat mekanik film menunjukkan kuat tarik 0,317 KgFmm
2
dan kemuluran 114,82 yang optimum pada film pati–gliserol–0,4 g MCC. Analisis XRD menunjukkan film pati–gliserol–0,4 g
MCC mempunyai struktur sedikit semikristalin dan sebagian besar merupakan struktur amorf. Analisis SEM menunjukkan bahwa pada film pati– gliserol–0,4 g MCC terjadi
interaksi fisik dimana MCC melekat pada permukaan matriks pati. Kadar air yang paling rendah didapat pada film pati–gliserol–0,5 g MCC yaitu 11, 50, sedangkan nilai
laju transmisi uap air WVTR yang terendah didapat oleh film pati–gliserol tanpa MCC yakni 0,008 gcm
2
.jam. Uji toksisitas menunjukkan bahwa film pati–gliserol–MCC tidak bersifat sebagai antibakteri.
Kata Kunci : MCC, Tandan Kelapa Muda, Edible Film, Pati, Gliserol, Karakteristik edible film.
Universitas Sumatera Utara
THE UTILIZATION OF MICROCRYSTALLINE CELLULOSE FROM WASTE COCONUT BUNCHES Cocos nucifera Linn AS FILLER IN
STARCH EDIBLE FILM WITH GLYCEROL AS PLASTICIZER
ABSTRACT
The research utilization of microcrystalline cellulose MCC from waste coconut bunches Cocos nucifera as a filler material in tapioca starch edible film with glycerol
as plasticizer has been done. MCC was added to the starch films with variation of mass 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g. This study was divided into two stages: the first stage
was the creation of MCC from waste coconut bunches which digested with 17.5
NaOH produced α-cellulose and then were hydrolyzed with 2.5 N HCl produced microcrystalline cellulose. The second stage was the manufacture of starch-glycerol-
MCC films with variation mass of MCC was 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g. Characterization of MCC with FT-IR, XRD and SEM were obtained that the MCC
contained free OH groups and had a crystal structure. Analysis of FT-IR for the MCC- starch-glycerol film indicated strong intermolecular hydrogen bonds among starch-
glycerol and MCC. The mechanical testing properties of the film indicated the tensile strength was 0,317 Kgfmm
2
and elongation was 114.82 in the optimum starch- glycerol film with 0.4 g MCC. XRD analysis showed that starch-glycerol with 0.4 g
MCC film had a semi-crystalline structure but largely in amorphous structure. SEM analysis showed that the starch-glycerol-0.4 g MCC film had a physical interaction
where MCC was attached to the surface of the starch matrix. The lowest water content was 11,50 were obtained on starch-glycerol film with 0.5 g MCC, while the lowest
water transmission rate WVTR values was 0,008 gcm
2
.hours were obtained by starch- glycerol film without MCC. Toxicity tests showed that the starch-glycerol-MCC films
was not as antibacterial. Keywords
: MCC, Coconut bunches, Edible Film, Starch, Glycerol, Characteristics of edible film.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita ucapkan kepada Allah SWT Tuhan Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga saya dapat
menyelesaikan penelitian tesis ini. Pada kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih kepada Gubernur Sumatera
Utara c.q Kepala Bappeda Provinsi Sumatera Utara yang memberikan beasiswa kepada saya sebagai Mahasiswa Program Magister Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas
Sumatera Utara. Dengan selesainya tesis ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTMH,
M.Sc CTM, Sp.AK atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk menyelesaikan pendidikan program magister.
Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara dan Ketua Program Studi Magister Kimia Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D atas kesempatan
yang diberikan kepada saya untuk menjadi mahasiswa Program Magister Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Bapak Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk menyelesaikan
penelitian tesis ini. Terima kasih dan penghargaan yang setinggi – tingginya ditujukan kepada :
1. Prof. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D selaku Pembimbing Utama dan Dr. Yugia Muis, M.Si, selaku anggota komisi pembimbing yang setiap saat dengan penuh
perhatian memberikan bimbingan, motivasi dan saran dalam penyusunan tesis ini.
Universitas Sumatera Utara
2. Kepala Sekolah SMA Negeri 18 Medan, Ibu Dra. Hj. Yurmaini Siregar, M.Si yang telah memberikan kesempatan dan motivasi kepada saya untuk mengikuti
pendidikan pada Program Magister Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan dan rekan – rekan guru di SMA Neg. 18 Medan atas
motivasi, doa dan pengertian selama saya mengikuti perkuliahan dan penelitian tesis ini.
3. Kepala Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU, Kepala Laboratorium Ilmu Dasar LIDA Kimia USU, Kepala Laboratorium Mikrobiologi FMIPA USU
beserta staf dan asisten atas fasilitas dan sarana yang diberikan. 4. BapakIbu Dosen Pascasarjana Kimia yang telah membimbing dan memotivasi
saya sampai selesainya tesis ini. 5. Sun Theo Constan Ndruru di Jurusan Kimia Institut Teknologi Bandung ITB
yang telah banyak membantu saya dalam analisa – analisa yang dilakukan. 6. Saudari Sri Rahayu di Labratorium Ilmu Dasar LIDA Kimia USU yang telah
banyak membantu saya selama penelitian. 7. Rekan – rekan Mahasiswa Magister Kimia S-2 Guru dan regular Angkatan
2011, dan Kak Leli di Sekretariat Program Studi Magister Kimia yang telah banyak membantu dalam memberikan motivasi, saran selama menjalankan
perkuliahan dan penelitian. 8. Keluarga tercinta : Orang tua saya Ayahanda Mudjijono dan Ibunda Suryani
serta adik - adikku Desma Harbudwi Utami dan Muhammad Purnoaji atas perhatian, kasih sayang, doa, motivasi dan nasehat selama perkuliahan,
penelitian dan penulisan tesis ini. 9. Akhirnya saya mengucapkan terima kasih kepada Suami tercinta Edi Suratno
dan anakku Galih Agung Fadhirrahman. Dengan penuh kasih sayang dan cinta, kesabaran dan perhatian memberikan doa restu serta dorongan baik materil dan
moril sehingga saya dapat menyelesaikan pendidikan Magister Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
Serta seluruh teman – teman yang tak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah mendoakan saya, saya ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi
kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan di masa yang akan datang.
Hormat Penulis
PUJI PURWORINI
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir pada tanggal 22 Pebruari 1984 di Medan, anak dari Mudjijono dan Suryani sebagai anak pertama dari tiga bersaudara.
Penulis menimba ilmu pada masa pendidikan sekolah dasar di SD Swasta Ikal di Medan pada tahun 1990-1996. SMP Negeri 18 Medan tahun 1996-1999, SMU Negeri 4
Medan tahun 1999-2002, dan pada tahun 2002 menjadi mahasiswa jurusan Kimia FMIPA Universitas Sumatera Utara dan lulus pada tahun 2006.
Pada tahun 2010, penulis ditempatkan menjadi Guru PNS Dinas Pendidikan Kota Medan di SMA Negeri 18 Medan sampai sekarang. Pada tahun 2011, penulis
melanjutkan jenjang pendidikan Magister Kimia pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara dengan bantuan beasiswa dari Bappeda Provinsi Sumatera Utara dan
lulus dengan gelar Magister Sains pada tahun 2013.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK i
ABSTRACT ii
KATA PENGANTAR iii
RIWAYAT HIDUP vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR SINGKATAN xiv
BAB 1. PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Permasalahan 5
1.3 Pembatasan Masalah 5
1.4 Tujuan Penelitian 5
1.5 Manfaat Penelitian 6
1.6 Metodologi Penelitian 6
1.7 Lokasi Penelitian 7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 8
2.1 Selulosa 8
2.2 Mikrokristal Selulosa 11
2.3 Tanaman Kelapa 15
2.3.1 Komposisi Kimia dari Serat Kelapa 17
2.3.2 Pemanfaatan Tanaman Kelapa 18
2.4.Bahan Pengisi 21
2.4.1 SelulosaMikrokristal sebagai Bahan Pengisi 22
2.5 Edible Film 24
2.5.1 Material yang Digunakan dalam Edible Coatings 27
dan Film 2.5.2 Bahan – bahan Pembentuk Film
27 2.5.3 Pati sebagai Bahan Pembuatan Film Layak Makan
27 2.5.4 Pembuatan Polimer Terbiodegradasi Berbasis Pati
29
Universitas Sumatera Utara
2.5.5 Edible FilmCoatings sebagai Kemasan Antimikrobial 30
2.5.6 Karakteristik Fisiko – Kimia Edible Film 31
2.6 Gliserol 36
2.6.1 Pemanfaatan Gliserol sebagai Zat Plastisiser dalam 37
Edible Film 2.6.2 Plastisasi Bahan Polimer
39 2.6.3 Interaksi Pemlastis dengan Bahan Polimer
39 2.6.4 Pengaruh Pemlastis terhadap Sifat Fisik Polimer
41 2.6.5 Mekanisme dan Teori Plastisasi
41 2.6.6 Teori Model Material Berpori
42 2.7.Analisis dan Karakterisasi Bahan Polimer
44 2.7.1 Spektroskopi Infra Merah Fourier – Transform FTIR
44 2.7.2 Pengujian Sifat Mekanis
45 2.7.3 Mikroskop Pemindai ElektronSEM
46 2.7.4 Difraksi Sinar-X XRD
46 2.8.Ekologi Mikroba pada Bahan Pangan
48 2.8.1 Penyakit Akibat Mikroba Pangan
48
BAB III METODE PENELITIAN 51
3.1 Alat – alat yang digunakan 51
3.2 Bahan – bahan yang digunakan 52
3.3 Prosedur Penelitian 53
3.3.1 Penyediaan Serbuk Tandan Kelapa 53
3.3.2 Proses Delignifikasi 53
3.3.3 Proses Hidrolisa 53
3.3.4 Pembuatan Selulosa Mikrokristal 54
3.3.5 Pembuatan Spesimen Film Campuran Pati 54
Tapioka – Gliserol 3.3.6 Pembuatan Spesimen Film Campuran Pati – Gliserol –
54 dengan Variasi Massa Mikrokristal Selulosa
3.4 Karakterisasi Film Pati–Gliserol–Mikrokristal Selulosa 55
3.4.1 Uji KemuluranUji Tarik 55
3.4.2 Analisis Permukaan dengan SEM 56
3.4.3 Analisis FTIR 56
3.4.4 Uji Laju Transmisi Uap Air 56
3.4.5 Uji Toksisitas 57
3.4.6 Analisis Difraksi Sinar-X XRD 58
3.5 Bagan Penelitian 59
3.5.1 Isolasi α- selulosa dari Serat Tandan Kelapa 59
3.5.2 Pembuatan Selulosa Mikrokristal 60
3.5.3 Pembuatan Spesimen Film Campuran Pati–Gliserol 61
3.5.4 Pembuatan Spesimen Film Campuran Pati–Gliserol-MCC 62
Universitas Sumatera Utara
3.5.5 Uji Toksisitas Film Pati–Gliserol dengan Bakteri 63
3.5.6 Uji Toksisitas Film Pati–Gliserol–MCC dengan Bakteri 64
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 65
4.1 Hasil Penelitian 65
4.1.1 Pembuatan Mikrokristal Selulosa MCC dari Limbah 65
Tandan Kelapa Muda 4.1.2 Karakteristik Mikrokristal Selulosa
66 4.1.2.1 Analisis FT-IR
66 4.1.2.2 Analisis Difraksi Sinar-X
67 4.1.2.3 Analisis SEM
69 4.1.3 Pembuatan Film Pati–Gliserol dan Film Pati–Gliserol
71 –MCC
4.1.4 Karakteristik Edible Film Pati-Gliserol-MCC 75
4.1.4.1 Analisis Kadar Air 75
4.1.4.2 Analisis FT-IR 77
4.1.4.3 Pengujian Sifat Mekanik 80
4.1.4.4 Analisis Difraksi Sinar-X XRD 84
4.1.4.5 Analisis Permukaan dengan SEM 87
4.1.4.6 Pengukuran Laju Transmisi Uap Air WVTR 88
4.1.4.7 Uji Toksisitas Edible Film Pati-Gliserol-MCC 91
Dengan Bakteri
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 93
5.1.Kesimpulan 93
5.2.Saran 94
DAFTAR PUSTAKA 95
LAMPIRAN
102
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Halaman
Tabel 2.1. Klasifikasi Taksonomi Kelapa
15 Tabel 2.2
Komposisi Kimia dari Berbagai Jenis Serat Lignoselulosa 18 Tabel 2.3
Komposisi Kimia Berbagai Bagian dari Tanaman Kelapa 20 Tabel 4.1
Data Analisis FT-IR pada Serbuk Mikrokristal Selulosa 66
Tabel 4.2 Data Kadar Air Edible Film Pati-Gliserol dan Film
75 Pati- Gliserol MCC
Tabel 4.3 Data Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
78 Tabel 4.4
Hasil Pengujian Sifat Mekanik Edible Film 80
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran WVTR Edible Film
88
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Kimia Selulosa
9 Gambar 2.2
Mikrokristal Selulosa 12
Gambar 2.3 Tanaman Kelapa dan Tandan Kelapa
17 Gambar 2.4
Skema Bahan Pengisi Polimer 21
Gambar 2.5 Struktur Pati
28 Gambar 2.6
Mekanisme Umum Permeasi Gas atau Uap 35
Gambar 2.7 Struktur Gliserol
37 Gambar 3.1
Spesimen Uji Kekuatan Tarik ASTM D-368-72 55
Gambar 3.2 Cawan Uji Transmisi Film Uji terhadap Uap Air
57 Gambar 4.1
Mikrokristal Selulosa Limbah Tandan Kelapa 65
Gambar 4.2 Spektrum Analisis FT-IR MCC
67 Gambar 4.3
Difraktogram XRD MCC 68
Gambar 4.4 Difraktogram XRD MCC Ardizzone et al, 1999
69 Gambar 4.5
Mikrograf SEM dari MCC 69
Gambar 4.6 Edible Film Pati-Gliserol tanpa MCC
65 Gambar 4.7
Edible Film Pati-Gliserol-0,1 g MCC 72
Gambar 4.8 Edible Film Pati-Gliserol-0,2 g MCC
72 Gambar 4.9
Edible Film Pati-Gliserol-0,3 g MCC 73
Gambar 4.10 Edible Film Pati-Gliserol-0,4 g MCC 73
Gambar 4.11 Edible Film Pati-Gliserol-0,5 g MCC 74
Gambar 4.12 Grafik Nilai Kadar Air Edible Film 76
Pati-Gliserol-MCC
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.13 Grafik Kemuluran Edible Film Pati-Gliserol-MCC 81
Gambar 4.14 Grafik Nilai Kekuatan Tarik Edible Film Pati-MCC 81
Gambar 4.15 Difraktogram XRD Edible Film Pati dan Edible Film 84-85
Pati-MCC Gambar 4.16 Foto Permukaan Edible Film Pati dan Edible Film
87 Pati-MCC
Gambar 4.17 Nilai Laju Transmisi Uap Air WVTR Edible Film 89
Pati-Gliserol-Variasi Massa MCC Gambar 4.18 Foto Uji Toksisitas Edible Film Pati tanpa MCC
91 Gambar 4.19 Foto Uji Toksisitas Edible Film Pati-Gliserol-MCC
92
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul
Halaman
Lampiran 1 Daftar Ayakan Mesh ke Mikron
102 Lampiran 2
Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi MCC 103
Lampiran 3 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
104 Pati-Gliserol-tanpa MCC
Lampiran 4 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
105 Pati-Gliserol-0,1 g MCC
Lampiran 5 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
106 Pati-Gliserol-0,2 g MCC
Lampiran 6 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
107 Pati-Gliserol-0,3 g MCC
Lampiran 7 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
108 Pati-Gliserol-0,4 g MCC
Lampiran 8 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Edible Film
109 Pati-Gliserol-0,5 g MCC
Lampiran 9 Difraktogram XRD dari MCC
110 Lampiran 10 Difraktogram XRD dari Edible Film
112 Pati-Gliserol-tanpa MCC
Lampiran 11 Difraktogram XRD dari Edible Film 113
Pati-Gliserol-0,4 g MCC
Universitas Sumatera Utara
PEMANFAATAN MIKROKRISTAL SELULOSA LIMBAH TANDAN KELAPA MUDA Cocos nucifera Linn SEBAGAI BAHAN PENGISI DALAM FILM
LAYAK MAKAN PATI TAPIOKA DENGAN GLISEROL SEBAGAI PLASTISISER
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pemanfaatan mikrokristal selulosa MCC dari limbah tandan kelapa muda Cocos nucifera sebagai bahan pengisi dalam film layak
makan pati tapioka dengan pemlastis gliserol. MCC yang ditambahkan kedalam film pati dengan variasi massa 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g. Penelitian ini terbagi atas dua
tahap yaitu tahap pertama adalah pembuatan MCC dari limbah tandan kelapa muda
yang didigesti dengan NaOH 17,5 menghasilkan α-selulosa kemudian dihidrolisis dengan HCl 2,5 N menghasilkan mikrokristal selulosa. Tahap kedua adalah pembuatan
film pati dan MCC dengan variasi massa 0,1 g; 0,2 g; 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g. Dari hasil karakterisasi MCC dengan FT-IR, XRD dan SEM diperoleh hasil bahwa MCC yang
dihasilkan mengandung gugus O-H bebas dan mempunyai struktur kristal. Analisis FT– IR untuk film pati-gliserol-MCC yang dihasilkan menunjukkan ikatan hidrogen
intermolekuler yang kuat antara pati – gliserol dan MCC. Pengujian sifat mekanik film menunjukkan kuat tarik 0,317 KgFmm
2
dan kemuluran 114,82 yang optimum pada film pati–gliserol–0,4 g MCC. Analisis XRD menunjukkan film pati–gliserol–0,4 g
MCC mempunyai struktur sedikit semikristalin dan sebagian besar merupakan struktur amorf. Analisis SEM menunjukkan bahwa pada film pati– gliserol–0,4 g MCC terjadi
interaksi fisik dimana MCC melekat pada permukaan matriks pati. Kadar air yang paling rendah didapat pada film pati–gliserol–0,5 g MCC yaitu 11, 50, sedangkan nilai
laju transmisi uap air WVTR yang terendah didapat oleh film pati–gliserol tanpa MCC yakni 0,008 gcm
2
.jam. Uji toksisitas menunjukkan bahwa film pati–gliserol–MCC tidak bersifat sebagai antibakteri.
Kata Kunci : MCC, Tandan Kelapa Muda, Edible Film, Pati, Gliserol, Karakteristik edible film.
Universitas Sumatera Utara
THE UTILIZATION OF MICROCRYSTALLINE CELLULOSE FROM WASTE COCONUT BUNCHES Cocos nucifera Linn AS FILLER IN
STARCH EDIBLE FILM WITH GLYCEROL AS PLASTICIZER
ABSTRACT
The research utilization of microcrystalline cellulose MCC from waste coconut bunches Cocos nucifera as a filler material in tapioca starch edible film with glycerol
as plasticizer has been done. MCC was added to the starch films with variation of mass 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g. This study was divided into two stages: the first stage
was the creation of MCC from waste coconut bunches which digested with 17.5
NaOH produced α-cellulose and then were hydrolyzed with 2.5 N HCl produced microcrystalline cellulose. The second stage was the manufacture of starch-glycerol-
MCC films with variation mass of MCC was 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g. Characterization of MCC with FT-IR, XRD and SEM were obtained that the MCC
contained free OH groups and had a crystal structure. Analysis of FT-IR for the MCC- starch-glycerol film indicated strong intermolecular hydrogen bonds among starch-
glycerol and MCC. The mechanical testing properties of the film indicated the tensile strength was 0,317 Kgfmm
2
and elongation was 114.82 in the optimum starch- glycerol film with 0.4 g MCC. XRD analysis showed that starch-glycerol with 0.4 g
MCC film had a semi-crystalline structure but largely in amorphous structure. SEM analysis showed that the starch-glycerol-0.4 g MCC film had a physical interaction
where MCC was attached to the surface of the starch matrix. The lowest water content was 11,50 were obtained on starch-glycerol film with 0.5 g MCC, while the lowest
water transmission rate WVTR values was 0,008 gcm
2
.hours were obtained by starch- glycerol film without MCC. Toxicity tests showed that the starch-glycerol-MCC films
was not as antibacterial. Keywords
: MCC, Coconut bunches, Edible Film, Starch, Glycerol, Characteristics of edible film.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Film layak makan Edible Film didefinisikan sebagai suatu material yang berupa lapisan tipis yang dapat dimakan dan memberikan perlindungan terhadap kelembapan,
oksigen dan laju kelarutan dari makanan. Edible film saat ini sangat banyak mendapat perhatian karena kegunaannya yang dapat bertindak sebagai kemasan layak makan
dalam bentuk film sintetik. Kegunaan edible film ini dapat berkontribusi dalam mengurangi pencemaran lingkungan. Dengan fungsinya sebagai pelindung, edible film
dapat mengurangi kompleksitas dan meningkatkan daya daur ulang dari material kemasan, dibandingkan dengan banyaknya material kemasan yang tidak ramah
lingkungan, dan juga dapat menggantikan film polimer sintetik Bourtoom, 2008.
Polimer alam dapat digunakan sebagai sumber alternatif untuk pengembangan material kemasan karena kemampuan degradasinya Siracusa et al, 2008. Polisakarida
seperti pati dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan edible film. Pati sering digunakan dalam industri pangan sebagai biodegradable film untuk menggantikan
polimer plastik karena ekonomis, dapat diperbaharui, dan memberikan karakteristik fisik yang baik Bourtoom, 2008.
Dari hasil penelitian Yusmarlela 2009 yang meneliti karakteristik mekanik dari film pati ubi kayu dengan penambahan gliserol, diketahui bahwa film pati ubi kayu
dengan penambahan gliserol sebagai plastisiser memberikan hasil yang baik pada perbandingan 10 : 1 dan dengan penambahan serbuk batang ubi kayu sebagai bahan
pengisi memberikan kenaikan harga uji tarik dari 7, 667 Mpa sebelum penambahan, dan menjadi 9,333 Mpa sesudah penambahan serbuk.
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan Macharani Hasibuan 2009 dalam penelitiannya “Pembuatan Film Layak Makan Pati Sagu menggunakan Bahan Pengisi Serbuk Batang Sagu dan Gliserol
sebagai Plastisiser” menyimpulkan bahwa film pati sagu dengan bahan pengisi serbuk batang sagu memberikan nilai kekuatan mekanik yang cukup baik jika dibandingkan
dengan tanpa bahan pengisi.
Emma Kemalasari 2010 dalam penelitiannya yang meneliti laju biodegradasi dari film pati ubi kayu – gliserol juga menyimpulkan bahwa film campuran dari pati ubi
kayu dengan penambahan gliserol dan serbuk batang ubi kayu memberikan laju biodegradasi yang lebih baik daripada campuran pati dan gliserol.
Tongdeesoontom et al 2011 merilis hasil penelitian mereka yang berjudul “Effect of Carboxymethyl Cellulose Concentration on Physical Properties of
Biodegradable Cassava Starch-Based Films” menyatakan bahwa penambahan Carboxymethyl Cellulose CMC pada film pati meningkatkan tegangan tarik dan
mengurangi kemuluran dari film yang dicampurkan. Hal ini mengindikasikan adanya interaksi yang baik antara pati dengan CMC.
Salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku edible film adalah selulosa. Selulosa disusun dari perulangan unit D-
glukosa pada ikatan β-1, 4 ikatan glikosida. Selulosa sebagai edible film menghasilkan struktur yang kuat dan
struktur kristalin yang teratur Krochta dan Mulder-Johnson, 1997.
Selulosa dalam bentuk kristal disebut mikrokristalin selulosa MCC digambarkan sebagai hasil depolimerisasi dari selulosa yang dihasilkan dari pemisahan
α-selulosa dari pulp tanaman dengan asam – asam mineral. Mikrokristal selulosa yang tersedia di pasaran diperoleh dari tanaman gymnospermae dan beberapa softwood, dan
sebagian dari hardwood dicotyledon. Tanaman kayu ini berbeda dalam komposisi
Universitas Sumatera Utara
kimianya proporsi selulosa, hemiselulosa dan lignin dan juga struktur organisasi yang mengakibatkan perbedaan k
omposisi α-selulosa yang terekstraksi dan kristalinitas dari mikroselulosa yang dihasilkan. Ohwoavworhua dan Adelakun 2005 meneliti bahwa
mikrokristalin selulosa umumnya dipakai sebagai bahan pengisi dan pengikat pada tablet obat karena karena kemampuan mengikatnya yang sangat baik sebagai dry binder.
Bahan selulosa murni yang berasal dari tandan kosong kelapa sawit dapat menjadi bahan pengisi alternatif karena sifat seratnya yang kuat modulus tinggi karena
rantai – rantai selulosa terdapat ikatan hidrogen yang kuat sehingga menghasilkan stuktur kristal. Keunggulan lain adalah selulosa merupakan polimer dari bahan organik
sehingga mudah terdegradasi Sinaga, M. Z. E, 2011.
Kelapa adalah satu jenis tumbuhan dari suku aren-arenan atau Arecaceae dan
anggota tunggal dari marga Cocos. Tumbuhan ini dimanfaatkan hampir semua bagiannya oleh manusia sehingga dianggap sebagai tumbuhan serba guna, khususnya
bagi masyarakat pesisir Anonim, 2010. Tandan kelapa yang ada dianggap sebagai limbah, karena masyarakat hanya
mengambil buah kelapa untuk dimanfaatkan. Penelitian Thomas et al, 1998 melaporkan bahwa biomassa lignosellulosik dari tanaman kelapa Cocos nucifera Linn.
seperti limbah tandan, pucuk daun, tangkai daun dan sabut kelapa, dapat dimanfaatkan sebagai substrat bagi pertumbuhan jamur Pleurotus sajor-caju Fr. Singer. Thomas et
al juga melaporkan bahwa kandungan selulosa dan lignin rasio selulosa : lignin = 0,55 pada tandan kelapa meningkatkan pertumbuhan sporofor dari jamur Pleurotus sajor-
caju. Dari hasil penelitian Thomas, diperoleh kandungan selulosa dari tandan kelapa adalah 29,18 dan kandungan ligninnya sebesar 31,28 Thomas et al, 1998.
Oleh karena kadar lignin yang tinggi mengakibatkan karakteristik serat pada tandan kelapa menjadi sangat kuat dan kaku jika dibandingkan dengan serat lain. Kadar
Universitas Sumatera Utara
lignin juga mempengaruhi struktur, sifat, fleksibilitas, laju hidrolisis dan membuat serat menjadi lebih halus Abiola, 2008.
Selulosa yang berasal dari limbah tandan kelapa ternyata sangat potensial untuk digunakan sebagai sumber mikrokristal selulosa. Sementara itu, penelitian tentang
pembuatan film layak makan edible film berbahan dasar pati dengan bahan pengisi tertentu telah banyak dilakukan.
Namun, pemanfaatan selulosa limbah tandan kelapa sebagai sumber mikrokristal selulosa sebagai bahan pengisi dalam edible film pati belum pernah dilakukan. Oleh
karena itu berdasarkan uraian diatas, maka penulis tertarik untuk memanfaatkan selulosa dari limbah tandan kelapa muda menjadi mikrokristal selulosa yang digunakan sebagai
bahan pengisi dalam edible film pati dengan gliserol sebagai plastisiser untuk mengurangi jumlah limbah tandan kelapa serta meningkatkan nilai tambah bagi limbah
tandan kelapa tersebut.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Permasalahan
Adapun permasalahan yang ditemui pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana kinerja dari mikrokristal selulosa yang dibuat dari limbah tandan kelapa
muda untuk digunakan sebagai bahan pengisi dalam film layak makan pati tapioka dengan gliserol sebagai plastisiser.
2. Bagaimana karakteristik film pati tapioka yang mengandung plastisiser gliserol dan menggunakan mikroselulosa sebagai bahan pengisi dan interaksi antar
komponennya agar dapat digunakan sebagai film layak makan.
1.3 Pembatasan Masalah
Berdasarkan uraian di atas, maka penelitian ini dibatasi sebagai berikut: 1. Pati tapioka dan gliserol yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh secara
komersial. 2. Pati tapioka yang digunakan berukuran 325 mesh 44 mikron.
3. Limbah tandan kelapa yang digunakan sebagai bahan pembuat mikrokristalin selulosa adalah yang masih muda dan berwarna hijau.
4. Mikrokristalin selulosa yang digunakan berukuran 100 – 120 mesh 149 mikron.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui kinerja dari mikrokristalin selulosa limbah tandan kelapa sebagai bahan pengisi dalam film layak makan dari pati tapioka dengan gliserol sebagai
plastisiser. 2. Untuk mengetahui karakteristik film layak makan dari pati tapioka yang
mengandung plastisiser gliserol dan mikrokristalin selulosa sebagai bahan pengisi.
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang bagaimana memanfaatkan hasil pertanian dan memberikan nilai tambah bagi tanaman kelapa untuk
menghasilkan mikrokristal selulosa yang dapat digunakan sebagai bahan pengisi dalam film layak makan berbahan dasar pati.
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium, dengan variabel – variabel sebagai berikut :
• Variabel tetap : Pati tapioka komersial 325 – 400 mesh = 44 mikron, sebanyak 10 gram
Volume akuades 100 mL Temperatur 80ºC
Massa gliserol 1,5 gram • Variabel bebas : Variasi massa mikrokristal selulosa 100 – 120 mesh = 149
mikron 0,1 g ; 0,2 g; 0,3 g; 0,4 g; 0,5 g • Variabel terikat : Hasil analisa uji tarik, SEM, FTIR, uji laju transmisi uap
air, kadar air, XRD, dan uji toksisitas dengan mikroba. Sampel berupa limbah tandan kelapa muda jenis kelapa hibrida yang diperoleh
dari pedagang minuman es kelapa muda. Pengambilan sampel dilakukan secara acak dari lima titik pedagang minuman es kelapa muda yang berbeda di kelurahan Tanah
Enam Ratus, Kecamatan Medan Marelan.
Universitas Sumatera Utara
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ilmu Dasar Lida FMIPA USU, Laboratorium Kimia Polimer dan Kimia Fisika Jurusan Kimia FMIPA USU,
Laboratorium Penelitian FMIPA USU, Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi FMIPA USU, Laboratorium Basic Science A FMIPA ITB, Laboratorium Pengujian
Metalurgi Fakultas Pertambangan dan Perminyakan ITB, Bandung dan Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi USU.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 Selulosa
Selulosa merupakan konstituen utama kayu. Kira – kira 40 – 45 bahan kering dalam kebanyakan spesies kayu adalah selulosa Eero Sjostrom, 1995. Selulosa terdapat pada
semua tanaman dari pohon tingkat tinggi hingga organisme primitif seperti rumput laut,
flagellata, dan bakteri Fengel dan Wegner, 1995.
Selulosa banyak ditemukan di alam, merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuh-tumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50 dalam kayu tertentu.
Selulosa juga menjadi konstituen utama dari berbagai serat alam yang terjadi sebagai rambut-rambut biji yang mengelilingi biji-bijian dari beberapa jenis tumbuhan misalnya
kapas, sebagai kulit bagian dalam kayu yang berserat, batang, dan konstituen-konstituen berserat dari beberapa tangkai daun serat-serat daun.
Jumlah selulosa dalam serat bervariasi menurut sumbernya dan biasanya berkaitan dengan bahan-bahan seperti air, lilin, pektin, protein, lignin dan substansi-
substansi mineral. Derajat polimerisasi dari selulosa kapas berkisar 15.000, dibandingkan dengan sekitar 10.000 untuk selulosa kayu. Pemisahan selulosa kayu dari
lignin menyebabkan penurunan DP ke sekitar 2600 Stevens, 2001. Selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas unit –
unit β-D- glukopiranosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan – ikatan glikosida 1
→4. Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida
17,5, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
1.
Selulosa α Alpha Cellulose adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5 atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi 600 –
1500.
Universitas Sumatera Utara
2.
Selulosa β Beta Cellulose adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5 atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15 – 90, dapat
mengendap bila dinetralkan.
3.
Selulosa γ Gamma Cellulose adalah sama dengan selulosa β, tetapi derajat polimerisasinya kurang dari 15. Struktur kimia dari selulosa dapat dilihat pada
gambar 2.1 berikut ini
Gambar 2. 1 Struktur kimia Selulosa Sifat – sifat selulosa adalah :
• Tidak berwarna • Tidak larut dalam air dan alkali
• Dapat dihidrolisis sempurna dalam suasana asam menghasilkan glukosa • Hidrolisis tak sempurna menghasilkan maltosa
Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi murni. Selulosa α 92 memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan
propelan dan atau bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri sandang kain Umar S.
Tarmansyah, 2007 dan Sinaga, M. Z. E, 2011.
Morfologi selulosa mempunyai pengaruh besar pada reaktivitasnya. Gugus – gugus hidroksil yang terdapat dalam daerah – daerah amorf sangat mudah dicapai dan
Universitas Sumatera Utara
mudah bereaksi, sedangkan gugus – gugus hidroksil yang terdapat dalam daerah kristalin dengan berkas yang rapat dan ikatan antar rantai yang kuat mungkin tidak dapat
dicapai sama sekali. Pembengkakan awal selulosa diperlukan baik dalam eterifikasi alkali maupun dalam esterifikasi asam Eero S
ĵostrom, 1995 dan Sinaga, M. Z. E, 2011.
Ditinjau dari strukturnya, diharapkan selulosa mempunyai kelarutan yang besar dalam air, karena banyaknya kandungan gugus hidroksil yang dapat membentuk ikatan
hidrogen dengan air antaraksi yang tinggi antara pelarut-terlarut. Akan tetapi kenyataannya tidak demikian, selulosa bukan hanya tak larut dalam air tetapi juga dalam
pelarut lain. Penyebabnya ialah kekakuan rantai dan tingginya gaya antar-rantai akibat ikatan hidrogen antar gugus hidroksil pada rantai yang berdekatan. Faktor ini dipandang
menjadi penyebab kekristalan yang tinggi dari serat selulosa.
Jika ikatan hidrogen berkurang, gaya antaraksi pun berkurang, dan oleh karenanya gugus hidroksil selulosa harus diganti sebagian atau seluruhnya oleh
pengesteran Cowd, 1991. Selulosa dengan morfologi yang baru sedang dikembangkan yang dikenal sebagai MFC Micro Fibrillated Cellulose. MFC adalah selulosa dari pulp
yang sudah mengalami proses refiner dan homogenizer sampai ukurannya berskala nano.
Pembuatannya dari pulp melalui proses mekanik yaitu proses penguraian dan homogenisasi tekanan tinggi dan menghasilkan selulosa yang memiliki luas permukaan
yang besar. Pembuatannya selama ini berasal dari selulosa kayu dan pemanfaatannya baru terbatas pada bahan aditif dalam makanan, cat, kosmetik dan produk medis
Adriana, 2011.
Universitas Sumatera Utara
2. 2 Mikrokristal Selulosa