Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH
i
KARAKTERISTIK CARBOXYMETHYL CHITOSAN DENGAN
VARIASI KONSENTRASI NaOH
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik
Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH 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 dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014
Mochammad Jamil Awal Saputra
NIM C34090045
ABSTRAK
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA. Karakteristik Carboxymethyl
Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH. Dibimbing oleh PIPIH SUPTIJAH
dan UJU.
Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang
diperoleh dengan modifikasi kimia sehingga larut air. Pembuatan CMCh
dilakukan melalui proses alkalisasi dan karboksimetilasi. Faktor-faktor yang
mempengaruhi karakteristik karboksimetil kitosan antara lain kelebihan natrium
hidroksida pada proses alkalisasi kitosan, rasio antara kitosan dan asam
monokloroasetat serta suhu karboksimetilasi kitosan menjadi karboksimetil
kitosan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan
konsentrasi NaOH terhadap kualitas carboxymethyl chitosan yang dihasilkan,
mempelajari proses pembuatan CMCh, menetapkan konsentrasi NaOH yang tepat
dalam proses pembuatan CMCh, dan menganalisis karakteristik CMCh yang
dihasilkan. Berdasarkan hasil penelitian, CMCh terbaik terdapat pada penggunaan
konsentrasi NaOH 10 M dengan rendemen berkisar antara 110,72%-114,22%.
Nilai pH berkisar antara 3,74-4,31. Persentase kadar air sebesar 10,70%-11,42%.
Kadar abu dan nitrogen masing-masing berkisar antara 0,49%-0,50% dan 4,52%4,81%. Nilai viskositas sebesar 6,50-8,25 cPs, serta kelarutan sebesar 61,61%91,50%. Gugus fungsi yang berbeda dari kitosan yaitu gugus C=O, gugus CH
alkena, gugus C−O, dan gugus C−O−C.
Kata kunci: carboxymethyl chitosan, gugus fungsi, karakteristik CMCh, kelarutan,
kitosan.
ABSTRACT
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA. Carboxymethyl Chitosan
Characteristics With Variation Of NaOH Concentration. Supervised by PIPIH
SUPTIJAH and UJU.
Carboxymethyl chitosan is chitosan derivative product obtained from
chemical modification. CMCh were made by alkalization process and
carboxymethylation process. Factors that affect CMCh characteristics were excess
sodium hydroxide in alkalization process, ratio between chitosan and
monochloroacetic acid, and carboxymethylation temperature. The objectives of
this research were to study the NaOH effect to CMCh characteristics, to learn
process of making CMCh, to set the proper concentration of NaOH, and to
analyze CMCh characteristics. CMCh yields were 110.72%-114.22%. CMCh pH
value were 3.74-4.31. The optimum NaOH concentration to obtain the best CHCh
was 10 M. Percentage of CMCh moisture content was 10.70%-11.42%. Ash
content and nitrogen content of CMCh were 0.49%-0.50% and 4.52%-4.81%.
CMCh viscousity was 8.25 cps. Percentage of CMCh solubility was 61.61%91.50%. The different functional groups from chitosan which observed in CMCh
were C=O group, CH group from alkene functional group, C−O group, and
C−O−C group.
Keywords: carboxymethyl chitosan, chitosan, CMCh characteristics, functional
group, solubility.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KARAKTERISTIK CARBOXYMETHYL CHITOSAN DENGAN
VARIASI KONSENTRASI NaOH
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Perikanan pada
Departemen Terknologi Hasil Perairan
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi
Konsentrasi NaOH
Nama
: Mochammad Jamil Awal Saputra
NIM
: C34090045
Program Studi : Teknologi Hasil Perairan
Disetujui oleh
Dr Pipih Suptijah, MBA
Pembimbing I
Dr Eng Uju, SPi, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Joko Santoso, MSi
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
Judul Skripsi : Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi
Konsentrasi NaOH
Nama
:Mochammad Jamil Awal Saputra
: C34090045
NIM
Program Studi : Teknologi Hasil Perairan
Disetujui oleh
Dr Pip1h ｓｵｰｴｩ
ｩ ｾｦｂａ＠
Pembimbing I
Tanggal Lulus:
2 2 JAN 2014
Dr Eng Vju, SPi, MSi
Pembimbing II
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 ini
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH.
Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan
dan dorongan hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini, yaitu :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dr Pipih Suptijah, MBA dan Dr Eng Uju, SPi, MSi selaku dosen
pembimbing yang telah memberikan pengarahan dalam penyusunan
skripsi ini.
Dr Ir Ruddy Suwandi, MS, MPhill selaku dosen penguji yang telah
memberikan saran dan kritik untuk perbaikan skripsi ini.
Dr Desniar, SPi, MSi selaku wakil ketua program studi yang telah
mewakili departemen pada saat ujian dan saran perbaikan.
Dr Ir Joko Santoso, MSi selaku ketua Departemen Teknologi Hasil
Perairan.
Ayah, ibu, adik-adik, dan seluruh keluarga atas pengertian dan dukungan
yang diberikan.
Rasta, Rafiq, Alam, Affan, Rohmad, Budi, Dhani, Galih, Caca, Batara,
Yudha dan teman-teman THP 46 (Alto) lainnya atas segala doa, motivasi,
dan kenangan yang diberikan.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak
sangat diharapkan. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua
pihak yang memerlukannya.
Bogor, Januari 2014
Mochammad Jamil Awal Saputra
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... vi
PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
Latar Belakang ................................................................................................. 1
Tujuan Penelitian ............................................................................................. 1
METODE PENELITIAN ..................................................................................... 2
Bahan ............................................................................................................... 2
Alat .................................................................................................................. 2
Prosedur Penelitian ........................................................................................... 2
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 6
Karakteristik Kitosan Komersil ........................................................................ 6
Rendemen Carboxymethyl Chitosan(CMCh) .................................................... 8
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan (CMCh) ............................................... 9
Gugus Fungsi Carboxymethyl Chitosan .......................................................... 14
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 16
Kesimpulan .................................................................................................... 16
Saran .............................................................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 16
LAMPIRAN ...................................................................................................... 19
RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... 22
DAFTAR TABEL
1 Karakteristik kitosan komersil....................................................................... 7
2 Karakteristik kimia carboxymethyl chitosan ................................................ 10
3 Hasil analisis gugus fungsi CMCh. ............................................................. 14
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
Diagram alir prosedur penelitian ................................................................... 3
Kenampakan fisik kitosan komersil............................................................... 7
Rendemen carboxymethyl chitosan. .............................................................. 9
Kenampakan fisik carboxymethyl chitosan ................................................. 10
Diagram hasil analisis viskositas CMCh. .................................................... 12
Diagram hasil analisis kelarutan carboxymethyl chitosan. ........................... 13
Grafik hasil analisis gugus fungsi CMCh .................................................... 15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Tabel analisis data dengan One Way ANOVA SPSS 17.0 ........................... 19
2 Dokumentasi pelaksanaan penelitian ........................................................... 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kitosan merupakan biopolimer turunan kitin yang dapat diperoleh dari kulit
udang dan cangkang kepiting. Miao et al. (2008) melaporkan bahwa kitosan
merupakan polisakarida kationik yang diperoleh dari deasetilasi basa kitin.
Kitosan memiliki tiga tipe gugus fungsional yaitu gugus amino/asetamido dan
gugus hidroksil yang berikatan secara primer maupun sekunder, masing-masing
berada pada C-2 dan C-3 (Kim 2012).
Mutu kitosan terdiri dari beberapa parameter yaitu bobot molekul, kadar air,
kadar abu, warna, derajat deasetilasi dan kelarutan. Kelarutan merupakan salah
satu karakteristik yang penting bagi kitosan. Kitosan hanya larut pada sebagian
besar larutan asam organik dengan pH sekitar 4,0 tetapi tidak larut pada pH lebih
besar dari 6,5. Mourya et al. (2010) melaporkan bahwa rendahnya kelarutan
kitosan dalam pH netral maupun alkali karena adanya struktur kristal yang stabil
yang terbentuk dari ikatan kuat hidrogen, oleh karena itu aplikasi kitosan menjadi
terbatas. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, kitosan
yang ada dapat dimodifikasi menjadi senyawa-senyawa turunannya yang memiliki
tingkat kelarutan yang tinggi dalam pH netral dan alkali. Modifikasi kitosan dapat
dilakukan secara kimiawi maupun melalui proses depolimerisasi. Salah satu
senyawa turunan kitosan yang dapat larut dalam pH netral adalah carboxymethyl
chitosan (CMCh) (Miranda et al. 2003).
Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang telah
dimodifikasi dengan penambahan gugus hidrofilik sehingga dapat larut dalam air.
An et al. (2009) melaporkan bahwa karboksimetilasi kitosan dapat dilakukan
dengan cara alkilasi menggunakan reagen asam monokloroasetat. Aplikasi CMCh
antara lain sebagai senyawa pengantar obat, senyawa pengantar obat yang
responsif terhadap perubahan pH, kosmetik, senyawa pengantar DNA, dan
senyawa peningkat aktivitas penyebaran obat. Faktor-faktor yang berpengaruh
dalam pembentukan karboksimetil kitosan adalah tingkat kemurnian kitosan,
kelebihan natrium hidroksida pada proses alkalisasi kitosan, rasio antara kitosan
dan asam monokloroasetat serta suhu karboksimetilasi kitosan menjadi
karboksimetil kitosan. Informasi mengenai pengaruh konsentrasi NaOH terhadap
karakteristik carboxymethyl chitosan belum diketahui, sehingga diperlukan
penelitian mengenai hal tersebut.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh
perbedaan konsentrasi NaOH terhadap kualitas carboxymethyl chitosan yang
dihasilkan. Tujuan khusus dari penelitian ini yaitu, mempelajari proses pembuatan
CMCh, menetapkan konsentrasi NaOH yang tepat dalam proses pembuatan
CMCh, dan menganalisis karakteristik CMCh yang dihasilkan.
2
METODE PENELITIAN
Penelitian mengenai Pengaruh Perbedaan Konsentrasi NaOH Terhadap
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan dilaksanakan mulai bulan April 2013
sampai Juli 2013. Pembuatan CMCh, analisis proksimat, dan uji kelarutan
dilaksanakan di Laboratorium Biokimia Hasil Perairan, Departemen Teknologi
Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Analisis viskositas dilakukan di Laboratorium Rekayasa Proses Pangan,
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut
Pertanian Bogor. Analisis gugus fungsi dilakukan di Laboratorium Analisis
Bahan, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan CMCh adalah kitosan yang
diperoleh dari CV. Bio Chitosan Indonesia, asam monokloroasetat produksi
Merck, NaOH, isopropil alkohol, dan metanol. Bahan-bahan digunakan dalam
analisis proksimat adalah akuades, selenium, H2SO4, NaOH, HCl, dan asam borat
(H3BO3). Bahan yang digunakan dalam analisis kelarutan dan viskositas adalah
aquades. Bahan yang digunakan dalam analisis pH adalah larutan buffer.
Alat
Alat yang digunakan untuk pembuatan CMCh adalah beaker glass,
erlenmeyer, corong kaca, kertas saring, magnetic stirrer, magnetic bar, batang
pengaduk, sudip, termometer, mortar, kertas pH indikator, dan sendok. Alat yang
digunakan dalam analisis rendemen adalah timbangan digital. Pengujian pH
menggunakan alat pH meter. Alat yang digunakan untuk analisis proksimat adalah
timbangan digital, desikator, oven, cawan porselen, sudip (analisis kadar air);
tabung kjeldahl, destilator, buret, labu ukur, erlenmeyer (analisis kadar protein);
tanur dan desikator (analisis kadar abu). Alat yang digunakan dalam uji kelarutan
adalah oven. Pengujian viskositas dilakukan dengan alat Viscometer Brookfield
tipe LV dengan spindle nomor 1 dan kecepatan 60 rpm. Alat yang digunakan
dalam analisis gugus fungsi adalah Fourier Transform Infrared (FTIR).
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan meliputi pembuatan CMCh, analisis
rendemen, analisis proksimat, analisis viskositas, analisis pH, analisis gugus
fungsi, dan analisis kelarutan. Analisis proksimat yang dilakukan yaitu analisis
kadar air, analisis kadar abu, dan analisis nitrogen. Pembuatan CMCh dilakukan
dengan perlakuan perbedaan konsentrasi NaOH. Diagram alir pembuatan prosedur
penelitian disajikan pada Gambar 1.
3
Kitosan
Pelarutan dalam 100 ml
Isopropil Alkohol
(40℃; 30 menit)
Penambahan 12 ml NaOH
5 M (40℃; 90 menit)
Penambahan 12 ml NaOH
10 M (40℃; 90 menit)
Penambahan 12 ml NaOH
15 M (40℃; 90 menit)
Penambahan asam monokloro
asetat sebanyak 30 gram
(4 x 7,5 gram; 5 menit)
Pereaksian selama 4 Jam pada suhu
60℃
Pencucian dengan methanol 90%
Pengeringan
Analisis Rendemen
Analisis pH
Carboxymethyl
chitosan
Analisis Proksimat
Analisis Kelarutan
Analisis Viskositas
Analisis Gugus
Fungsi
Gambar 1. Diagram alir prosedur penelitian (Xue et al. 2009 dengan modifikasi)
Pembuatan carboxymethyl chitosan (CMCh)
Metode yang digunakan dalam pembuatan CMCh mengacu pada
Xue et al. (2009) dengan modifikasi. Proses pembuatan CMCh dimulai dengan
melarutkan 10 gram kitosan ke dalam 100 ml isopropil alkohol dengan suhu 40℃
lalu diaduk selama 30 menit. NaOH (5M, 10M, 15M) sebanyak 12 ml
ditambahkan ke dalam larutan lalu diaduk selama 90 menit. Sesudah itu,
sebanyak 30 gram asam monokloroasetat yang terbagi menjadi 4 bagian yang
sama ditambahkan dengan selang waktu 5 menit. Campuran kemudian dipanaskan
hingga suhu 60 ℃ selama 4 jam. Setelah itu, campuran dicuci menggunakan
methanol 90% dan dikeringkan menggunakan cahaya matahari. Gambar proses
pembuatan disajikan pada Lampiran 2.
Analisis perhitungan rendemen
4
Banyaknya rendemen CMCh yang dihasilkan dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
a (gram)
Rendemen (%) = b (gram) ×100%
Keterangan:
a = Berat produk yang dihasilkan
b = Berat awal bahan
Analisis proksimat
Analisis proksimat merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui
kandungan pada bahan. Analisis proksimat terdiri dari analisis kadar air, kadar
abu, kadar nitrogen, dan kadar lemak. Analisis proksimat yang dilakukan pada
penelitian ini hanya analisis kadar air, abu, dan nitrogen.
a. Analisis kadar air (AOAC 2005)
Tahap awal dalam memulai analisis kadar air yaitu mengeringkan cawan
porselen di dalam oven pada suhu 102-105 oC selama 1 jam. Selanjutnya cawan
tersebut diletakkan dalam desikator kurang lebih selama 15 menit hingga dingin
kemudian ditimbang. Sebanyak 5 gram sampel dimasukkan kedalam cawan
kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 102-105 oC selama 6 jam. Setelah
6 jam cawan tersebut dimasukkan ke dalam desikator hingga dingin kemudian
ditimbang bobotnya dan diulang sampai berat konstan.
Perhitungan kadar air:
% Kadar air =
Keterangan:
B-C
B-A
×100%
A = Berat cawan kosong (gram)
B = Berat cawan yang diisi sampel (gram) sebelum dioven
C = Berat cawan dengan sampel (gram) setelah dioven
b. Analisis kadar abu (AOAC 2005)
Tahap awal dalam menentukan kadar abu yaitu dikeringkannya cawan abu
porselen di dalam oven selama 1 jam pada suhu 105 oC, lalu didinginkan dalam
desikator kemudian ditimbang. Sampel ditimbang sebanyak 5 gram dan
dimasukkan ke dalam cawan pengabuan yang akan dipijarkan di atas nyala api
bunsen hingga tidak berasap lagi. Setelah itu dimasukkan ke dalam tanur
pengabuan dengan suhu 600 oC selama 6 jam, kemudian ditimbang hingga
didapatkan berat yang konstan. Proses pengabuan dilakukan sampai abu berwarna
utih. Setelah itu cawan didinginkan dalam desikator selam 30 menit, kemudian
ditimbang bobotnya.
Perhitungan kadar abu:
% Kadar abu =
C-A
B-A
×100%
Keterangan: A = Berat cawan kosong (gram)
B = Berat cawan yang diisi sampel (gram) sebelum ditanur
C = Berat cawan dengan sampel (gram) setelah ditanur.
c. Analisis kadar nitrogen (AOAC 2005)
5
Sampel sebanyak 0,25 gram ditimbang, kemudian dimasukkan ke dalam
labu Kjeldahl ditambahkan 50 mL aquades dan 20 mL NaOH 40%, kemudian
dilakukan proses destilasi dengan suhu destilator 100 oC. Hasil destilasi
ditampung dalam labu erlenmeyer 125 mL yang berisi campuran 10 mL asam
borat (H3BO3) 2% dan 2 tetes indikator bromcherosol green-methyl red yang
berwarna merah muda. Setelah volume destilat mencapai 40 mL dan berwarna
hijau kebiruan, maka proses destilasi dihentikan. Lalu destilat dititrasi dengan
HCl 0,1 N sampai terjadi perubahan warna merah muda. Volume titran dibaca
dan dicatat. Larutan blanko dianalisis seperti contoh.
Kadar nitrogen dihitung dengan rumus sebagai berikut:
%N=
mL HCl –mL Blanko × N HCl ×14,007 × fp × 100%
mg contoh
Analisis kelarutan (Lembono 1989 dalam Khalil 2007)
Tahap awal dalam melakukan analisis kelarutan yaitu kertas saring
dikeringkan dalam oven selama 30 menit dan ditimbang. Sampel CMCh
ditimbang sebanyak 1 gram dan dilarutkan dalam 100 mL aquades, kemudian
disaring. Kertas saring yang digunakan selanjutnya dikeringkan dalam oven
selama 3 jam, lalu dimasukkan dalam eksikator selama 15 menit dan kemudian
ditimbang.
Perhitungan kelarutan:
Kelarutan =
Berat sampel awal –Berat residu
Berat sampel awal
×100%
Analisis viskositas (BSN 1998)
Carboxymethyl chitosan dilarutkan dengan aquades sehingga diperoleh
larutan CMCh 1%. Selanjutnya dilakukan pengukuran nilai viskositas
menggunakan viskometer Brookfield tipe LV. Kekentalan larutan diukur
menggunakan spindle dan kecepatan putar yang sesuai. Setelah spindle berputar
sampai penunjukkan konstan, hentikan putaran spindle dan lakukan pembacaan.
Nilai viskositas diukur dengan rumus:
Viskositas (m.Pa.S) = Pembacaan × Faktor
Analisis derajat keasaman (pH)
Proses analisis pH diawali dengan kalibrasi pH meter dengan cara
elektroda dicelupkan ke dalam larutan buffer yang telah diketahui pH-nya. Skala
yang terbaca kemudian dicocokkan dengan pH dari buffer tersebut. Kemudian
elektroda dibilas dengan aquades dan selanjutnya dicelupkan ke dalam larutan
aquades, skala yang terbaca kemudian dicocokkan dengan angka 7. Selanjutnya
elektroda dibilas dengan aquades dan dilap dengan tissue.
Sebanyak 1 gram sampel CMCh dilarutkan dengan aquades sebanyak
100 ml sehingga diperoleh larutan CMCh 1%. Elektroda yang telah dikalibrasi
dicelupkan ke dalam sampel, untuk kemudian dicatat nilai pH-nya.
Analisis gugus fungsi (Domsay 1985)
6
Sampel sebanyak 0,2 gram digerus dengan KBr dalam mortar agate
sampai homogen, kemudian dimasukkan dalam cetakan pelet, dicetak dengan
dipadatkan dan divakum sampai optimum, selanjutnya pelet ditempatkan dalam
sel dan dimasukkan ke dalam tempat sel pada spektrofotometer inframerah IR-408
yang sudah dinyalakan dan stabil. Panjang gelombang yang digunakan yaitu
sebesar 400-4000 cm-1.
Prosedur analisis data
Model rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
rancangan acak lengkap dengan satu faktor yaitu konsentrasi NaOH (5M, 10M,
dan 15M) dengan dua kali ulangan. Nilai hasil interaksi antar faktor kemudian
diolah secara statistik menggunakan software statistika (SPSS 17.0) untuk melihat,
persen signifikansi (selang kepercayaan), dan pola interaksi faktor yang
berpengaruh signifikan terhadap respon. Uji lanjut yang digunakan dalam analisis
data ini adalah uji Duncan untuk melihat pengaruh signifikan dari faktor. Model
matematis racangan acak lengkap yang digunakan sebagai berikut:
Yij = μ + Ai + εij
Keterangan:
Yij
= Hasil pengamatan karakteristik CMCh ke-j dengan perlakuan ke-i
i
= Perbedaan konsentrasi NaOH (5M, 10M, dan 15M)
j
= Ulangan dari setiap perlakuan (dua kali)
μ
= Nilai tengah umum
Ai
= Pengaruh perlakuan ke-i
Εij
= Pengaruh galat
Hipotesis :
H0
: Perbedaan konsentrasi NaOH yang diberikan tidak berpengaruh
terhadap karakteristik CMCh
H1
: Perbedaan konsentrasi NaOH yang diberikan berpengaruh terhadap
karakteristik CMCh
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Kitosan Komersil
Kitosan adalah produk turunan kitin yang diperoleh melalui proses
deasetilasi. Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan
dengan rotasi spesifik [α]D11 -3 hingga -10o (pada konsentrasi asam asetat 2%).
Kitosan merupakan polimer glukosamin yang larut oleh sebagian besar asam
organik pada pH sekitar 4,0 tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5 serta
tidak larut dalam pelarut air, alkohol, dan aseton (Sugita et al. 2009).
Kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian memiliki kenampakan
yang berwarna kuning pucat dengan ukuran partikel 20-30 mesh. Kenampakan
fisik dari kitosan komersil yang digunakan sebagai bahan utama dalam penelitian
ini dapat dilihat pada Gambar 2.
7
Gambar 2
Kenampakan fisik
kitosan komersil
Beberapa karakteristik fisika-kimia dari kitosan yang dianalisis yaitu kadar
air, kadar abu, kadar protein, ukuran partikel, dan derajat deasetilasi. Karakteristik
fisika-kimia kitosan komersil yang digunakan disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Karakteristik kitosan komersil
Standar Kitosanb
Parameter
Kitosan Komersila
Kenampakan
Kuning Pucat
≤ 10%
Kadar Air
8,6%
≤ 2%
Kadar Abu
0,3%
≤ 5%
Kadar Protein
0,5%
Ukuran Partikel
20-30 mesh
Derajat Deasetilasi
88,5%
serpihan/bubuk
≥70%
Sumber: aCV. Bio Chitosan Indonesia.; bProtan Laboratories diacu dalam Ibrahim et al. (2009).
Mutu kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian telah memenuhi
standar mutu yang ditetapkan oleh Protan Laboratories. Berdasarkan hasil pada
tabel tersebut diketahui bahwa kadar air kitosan komersil yang digunakan sebesar
8,6%, kadar abu sebesar 0,3%, kadar protein sebesar 0,5%, dan derajat deasetilasi
sebesar 88,5%.
Berdasarkan hasil pada Tabel 1, diketahui bahwa kadar air kitosan komersil
memiliki nilai yang telah memenuhi standar mutu yang ditetapkan Protan
Laboratories. Lembabnya lingkungan serta lamanya penyimpanan dapat
memberikan pengaruh terhadap persentase kadar air kitosan karena menurut Sofia
et al (2010) penyimpanan yang lama memungkinkan terjadinya perubahan kadar
air, tergantung kondisi kelembaban lingkungannya. Selain kelembaban
lingkungan, menurut Kurniasih dan Kartika (2011) sifat kitosan yang higroskopis
menyebabkan berikatannya molekul air dengan gugus amina kitosan sehingga
memungkinkan terjadinya peningkatkan kadar air.
Kadar abu merupakan salah satu parameter yang dapat mengindikasikan
kandungan mineral dalam sampel. Kadar abu kitosan komersil yang diperoleh
adalah 0,3%. Nilai tersebut telah memenuhi standar mutu kadar abu kitosan
menurut Protan Laboratories yaitu kurang dari sama dengan 2%. Faktor yang
dapat mempengaruhi kadar abu pada kitosan adalah efektivitas proses
demineralisasi, karena menurut Kim (2004) kadar abu merupakan indikator
keefektivan proses demineralisasi dalam menghilangkan kalsium karbonat.
Kadar protein dalam kitosan merupakan salah satu parameter yang
menentukan mutu kitosan. Hasil pada Tabel 1 menunjukkan bahwa kadar protein
8
pada kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 0,5%. Nilai
tersebut lebih rendah dari pada kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian
Zahid (2012) yang mencapai 1,33%. Perbedaan nilai kadar protein ini dapat
disebabkan oleh lamanya waktu deproteinasi, karena menurut Poeloengasih et al.
(2008) semakin lama waktu yang digunakan untuk proses deproteinasi, maka
semakin rendah kandungan nitrogen pada kitin dan kitosan. Faktor lain yang
mempengaruhi kadar protein pada kitosan yaitu suhu proses dan konsentrasi
NaOH yang digunakan pada proses deasetilasi. Menurut Zahiruddin et al. (2008),
protein yang masih terikat setelah proses deproteinasi akan semakin sedikit
jumlahnya apabila proses deasetilasi dilakukan dengan suhu yang semakin
meningkat dan konsentrasi NaOH yang tinggi.
Deasetilasi merupakan proses menghilangkan gugus asetil dari rantai
molekul kitin. Nilai derajat deasetilasi kitosan komersil yang digunakan dalam
penelitian ini sebesar 88,5%. Nilai tersebut telah memenuhi standar yang
ditetapkan oleh Protan Laboratories. Besarnya nilai derajat deasetilasi dipengaruhi
oleh konsentrasi NaOH yang digunakan dalam proses deproteinase.
Zahiruddin et al. (2008) melaporkan bahwa konsentrasi NaOH yang cukup tinggi
pada saat deproteinase akan mempermudah pemutusan gugus asetil pada saat
deasetilasi.
Rendemen Carboxymethyl Chitosan (CMCh)
Rendemen merupakan salah satu parameter karakteristik yang dapat diamati
sebagai respon dari perlakuan yang diberikan. Rendemen CMCh dihitung sebagai
persentase bobot CMCh yang dihasilkan terhadap bobot awal kitosan. Rendemen
CMCh yang diperoleh berkisar antara 110,72%-114,22%. Persentase rendemen
CMCh yang dihasilkan lebih besar daripada persentase rendemen hasil penelitian
Khalil (2007) yang hanya mencapai 91,66%-98,82%. Nilai persentase rendemen
tertinggi terdapat pada perlakuan alkalisasi menggunakan 10 M NaOH yaitu
sebesar 114,27±1.76%, sedangkan nilai rendemen terendah terdapat pada
perlakuan alkalisasi menggunakan 5 M NaOH yaitu sebesar 110,70±2.49%.
Hasil rendemen yang lebih besar dai 100% diduga disebabkan oleh adanya
kompetisi reaksi substitusi ion Cl- dari asam monokloroasetat dengan NaOH yang
menghasilkan sodium klorida (NaCl) dan sodium glikolat (HOCH2-COONa).
Berikut merupakan rekasi kimia yang terjadi pada proses pembuatan CMCh
menurut Basmal et al. (2005)a:
Kitosan-OH + NaOH
→ Kitosan-ONa
Kitosan-ONa + ClCH2COOH
→ Kitosan-OCH2COONa + NaCl +2H2O
ClCH2COOH + 2NaOH
→ HOCH2-COONa + NaCl + H2O
Sodium klorida dan sodium glikolat yang dihasilkan merupakan senyawa yang
menjadi pengotor pada CMCh. Hasil penelitian Wijayani et al. (2005)
menunjukkan bahwa kemurnian carboxymethyl cellulose meningkat pada
penambahan NaOH tetapi mengalami penurunan bila ClCH2COONa semakin naik,
penurunan yang terjadi disebabkan oleh semakin banyaknya NaCl yang dihasilkan.
Persentase rendemen CMCh yang mencapai lebih dari 100% menurut
Basmal et al. (2007) juga disebabkan karena adanya substitusi H+ pada atom C6
dengan CH2COO- dari asam monokloroasetat. Hasil perlakuan penambahan
konsentrasi NaOH yang berbeda terhadap rendemen CMCh disajikan pada
Gambar 3.
Rendemen (%)
9
140
120
100
80
60
40
20
0
110,70a
114,27a
112,10a
5
10
15
Konsentrasi NaOH (M)
Gambar 3 Rendemen carboxymethyl chitosan. Hasil yang diperoleh merupakan
basis kering. aAngka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh
huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5%.
Gambar 3 menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan rendemen
CMCh yang dihasilkan seiring dengan peningkatan konsentrasi NaOH yang
digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase rendemen akibat
tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak memberikan
pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Salah satu faktor yang dapat
mempengaruhi persentase rendemen CMCh yang dihasilkan adalah jumlah asam
monokloroasetat yang ditambahkan, karena menurut Oktavia et al. (2005) bila
jumlah monokloroasetat yang ditambahkan cukup banyak, rendemen
karboksimetil kitosan juga meningkat. Faktor lain yang mempengaruhi
peningkatan rendemen CMCh adalah waktu reaksi pada saat karboksimetilasi, hal
ini dibuktikan dalam penelitian An et al. (2009) yang melaporkan bahwa
terjadinya peningkatan rendemen yang sejalan dengan peningkatan waktu reaksi
karboksimetilasi dari 1 hingga 3 jam, namun setelah itu tidak terjadi peningkatan
rendemen yang signifikan.
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan (CMCh)
Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang telah
dimodifikasi dengan penambahan gugus hidrofilik sehingga dapat larut dalam air.
Prinsip pembuatan CMCh secara umum merupakan reaksi asam basa.
Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa prinsip pembentukan CMCh yaitu,
kitosan yang telah berikatan dengan ion Na+ direaksikan dengan asam
monokloroasetat sehingga terjadi pertukaran ion antara ion Na+ yang mudah larut
dalam air dengan ion Cl- yang dilepaskan oleh asam monokhloroasetat
membentuk larutan garam NaCl, sedangkan kitosan yang telah melepaskan ion
Na+ akan bersifat reaktif terhadap gugus karboksil dari asam monokloroasetat
sehingga membentuk CMCh. CMCh yang dihasilkan memiliki warna kuning
pucat hingga kecoklatan dan berbentuk serpihan. Kenampakan fisik CMCh yang
dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.
10
Gambar 4 Kenampakan fisik carboxymethyl chitosan
Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi karakteristik CMCh yang
dihasilkan adalah konsentrasi NaOH yang digunakan pada proses alkalisasi
kitosan. Analisis karakteristik kimia yang dilakukan terhadap CMCh yang telah
dihasilkan antara lain: kadar air, kadar abu, kadar nitrogen, dan pH. Karakteristik
kimia CMCh yang dihasilkan disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2 Karakteristik kimia carboxymethyl chitosan
Parameter
pH
Kadar Air (%)
Kadar Abu (%)
Kadar Nitrogen (%)
Hasil
5M
10M
15M
3,74±0,06a 4,00±0,28a 4,31±0,18a
10,70±4,57a 12,60±0,35a 11,42±0,35a
0,50±0,00a 0,49±0,00a 0,50±0,00a
4,63±0,01a 4,52±0,17a 4,81±0,02a
Khalil
(2007)
4,33-4,57
17,12-20,7
0,76-1,24
3,03-3,59
Standarb
7,00-9,00
≤15,00%
≤1,00%
-
Sumber:bWuxi Asailuo 2013. aAngka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang
sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% .
Tabel 2 menunjukkan nilai hasil analisis karakteristik kimia CMCh yang
dihasilkan. Nilai pH CMCh yang dihasilkan berkisar antara 3,74 hingga 4,31.
Persentase kadar air CMCh yang dihasilkan berkisar antara 10,70% hingga
12,60%. CMCh yang dihasilkan memiliki nilai persentase kadar abu dan nitrogen
masing-masing berkisar antara 0,49%-0,50% dan 4,52%-4,81%.
Derajat keasaman (pH)
Derajat keasaman merupakan parameter yang menunjukkan konsentrasi
ion hidrogen pada suatu bahan. Berdasarkan Tabel 2 nilai pH CMCh yang
dihasilkan meningkat seiring peningkatan konsentrasi NaOH, namun berdasarkan
hasil ANOVA perbedaan konsentrasi NaOH yang digunakan tidak mempengaruhi
pH CMCh yang dihasilkan (p>0,05). Nilai pH tertinggi terdapat pada CMCh
dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 4,31±0,18, sedangkan pH
terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 5 M yaitu
sebesar 3,74±0,06.
Nilai pH CMCh yang didapatkan masih dibawah netral. Nilai pH CMCh
yang dihasilkan lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian
Oktavia et al. (2005) yang mencapai 3,5-4. Selain karena pencucian yang
dilakukan menggunakan methanol tidak sampai netral, rendahnya nilai pH yang
dihasilkan menurut Khalil (2007) dapat disebabkan pula oleh natrium hidroksida
yang menyebabkan semua larutan mengendap sehingga sulit dipisahkan dan tidak
dapat ditarik dengan isopropil alkohol.
11
Kadar air
Kadar air merupakan parameter yang digunakan untuk mengetahui kadar
zat yang mudah menguap termasuk pelarut organik dan air. Hasil pada Tabel 2
menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan kadar air seiring peningkatan
konsentrasi NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase
nilai kadar air akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik
tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Persentase kadar air
tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 10 M yaitu
sebesar 12,60±0,35%, sedangkan nilai kadar air terendah terdapat pada CMCh
dengan perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 5 M yaitu sebesar 10,70±4,57%.
Nilai persentase kadar air CMCh yang dihasilkan lebih rendah dari pada
hasil penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase sebesar 17,12%-20,7%,
namun nilai tersebut masih lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian
Basmal et al. (2007) dengan nilai persentase sebesar 9,75%-9,82%. Nilai kadar air
CMCh yang yang dihasilkan telah memenuhi standar mutu Wuxi Asailuo yang
nilainya kurang dari 15%. Perbedaan kadar air yang terkandung dalam CMCh
dapat disebabkan oleh banyaknya asam monokloroasetat yang digunakan.
Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa semakin banyak asam monokloroasetat
yang digunakan menyebabkan jumlah gugus karboksimetil (-CH2COO-) yang
berikatan dengan kitosan lebih banyak sehingga pada saat dikeringkan jumlah air
di dalam CMCh yang keluar lebih sedikit.
Kadar abu
Kadar abu merupakan parameter yang digunakan untuk mengetahui
jumlah bahan anorganik yang terkandung dalam suatu bahan. Basmal et al.
(2005)b melaporkan bahwa komponen-komponen anorganik tersebut biasanya
terdiri dari kalsium, sodium, besi, magnesium, dan mangan. Hasil pada Tabel 2
menunjukkan bahwa kadar abu CMCh yang dihasilkan tidak mengalami
perubahan untuk setiap peningkatan konsentrasi NaOH. Berdasarkan hasil uji
ANOVA, perbedaan konsentrasi NaOH yang digunakan tidak mempengaruhi
kadar abu CMCh yang dihasilkan (p>0,05).
Nilai persentase kadar abu yang dihasilkan lebih rendah dari pada hasil
penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase sebesar 0,76%-1,24%, namun
nilai CMCh yang dihasilkan telah memenuhi standar mutu dari Wuxi Asailuo.
Tidak terpengaruhnya nilai persentase kadar abu yang dihasilkan diduga karena
jumlah asam monokloroasetat yang digunakan sama untuk setiap perlakuan.
Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa jumlah asam monokloroasetat yang
diberikan pada waktu eterifikasi berpengaruh terhadap peningkatan jumlah kadar
abu pada CMCh.
Kadar nitrogen
Berdasarkan hasil pada Tabel 2, diketahui bahwa nilai kadar nitrogen
CMCh yang dihasilkan cenderung meningkat seiring peningkatan konsentrasi
NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase nilai kadar
nitrogen akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak
memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Persentase kadar nitrogen
tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu
sebesar 4,81±0,02%, sedangkan nilai kadar nitrogen terendah terdapat pada
12
CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 10 M yaitu sebesar
4,52±0,17%.
Nilai persentase kadar nitrogen yang dihasilkan lebih tinggi daripada hasil
penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase kadar nitrogen sebesar 3,03%3,59%. Tidak terpengaruhnya kadar nitrogen CMCh oleh perlakuan yang
diberikan diduga karena NaOH hanya digunakan sebagai senyawa untuk
mengaktifkan gugus OH sehingga tidak bereaksi dengan gugus amino pada
kitosan. Wijayani et al. (2005) melaporkan bahwa alkalisasi menggunakan NaOH
bertujuan untuk mengaktifkan gugus-gugus OH dan berfungsi sebagai
pengembang pada molekul selulosa.
Viskositas carboxymethyl chitosan (CMCh)
Pengujian viskositas merupakan salah satu cara untuk mengetahui
karakteristik reologi suatu cairan. Viskositas adalah ukuran gaya yang diperlukan
untuk menggeser suatu cairan pada suatu kecepatan yang dinyatakan dalam mPa.s
yang diukur pada suhu tertentu (BSN 1998). Hasil analisis viskositas CMCh
disajikan pada Gambar 5.
Viskositas (cps)
10
8
6,5 a
7,69 b
8,25 b
10
15
6
4
2
0
5
Konsentrasi NaOH (M)
Gambar 5 Diagram hasil analisis viskositas CMCh. Huruf diatas balok yang
berbeda menunjukkan hasil yang berbeda nyata dari uji lanjut Duncan
Bedasarkan Gambar 5 diketahui bahwa nilai viskositas CMCh yang
diperoleh berkisar antara 6,50-8,25 cPs. Nilai viskositas tertinggi terdapat pada
CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 8,25±0,35 cPs,
sedangkan nilai viskositas terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan
konsentrasi NaOH 5 M yaitu sebesar 6,50±0,00 cPs. Hasil ANOVA menunjukkan
bahwa peningkatan konsentrasi NaOH mempengaruhi nilai viskositas CMCh
(P
KARAKTERISTIK CARBOXYMETHYL CHITOSAN DENGAN
VARIASI KONSENTRASI NaOH
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik
Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH 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 dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014
Mochammad Jamil Awal Saputra
NIM C34090045
ABSTRAK
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA. Karakteristik Carboxymethyl
Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH. Dibimbing oleh PIPIH SUPTIJAH
dan UJU.
Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang
diperoleh dengan modifikasi kimia sehingga larut air. Pembuatan CMCh
dilakukan melalui proses alkalisasi dan karboksimetilasi. Faktor-faktor yang
mempengaruhi karakteristik karboksimetil kitosan antara lain kelebihan natrium
hidroksida pada proses alkalisasi kitosan, rasio antara kitosan dan asam
monokloroasetat serta suhu karboksimetilasi kitosan menjadi karboksimetil
kitosan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan
konsentrasi NaOH terhadap kualitas carboxymethyl chitosan yang dihasilkan,
mempelajari proses pembuatan CMCh, menetapkan konsentrasi NaOH yang tepat
dalam proses pembuatan CMCh, dan menganalisis karakteristik CMCh yang
dihasilkan. Berdasarkan hasil penelitian, CMCh terbaik terdapat pada penggunaan
konsentrasi NaOH 10 M dengan rendemen berkisar antara 110,72%-114,22%.
Nilai pH berkisar antara 3,74-4,31. Persentase kadar air sebesar 10,70%-11,42%.
Kadar abu dan nitrogen masing-masing berkisar antara 0,49%-0,50% dan 4,52%4,81%. Nilai viskositas sebesar 6,50-8,25 cPs, serta kelarutan sebesar 61,61%91,50%. Gugus fungsi yang berbeda dari kitosan yaitu gugus C=O, gugus CH
alkena, gugus C−O, dan gugus C−O−C.
Kata kunci: carboxymethyl chitosan, gugus fungsi, karakteristik CMCh, kelarutan,
kitosan.
ABSTRACT
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA. Carboxymethyl Chitosan
Characteristics With Variation Of NaOH Concentration. Supervised by PIPIH
SUPTIJAH and UJU.
Carboxymethyl chitosan is chitosan derivative product obtained from
chemical modification. CMCh were made by alkalization process and
carboxymethylation process. Factors that affect CMCh characteristics were excess
sodium hydroxide in alkalization process, ratio between chitosan and
monochloroacetic acid, and carboxymethylation temperature. The objectives of
this research were to study the NaOH effect to CMCh characteristics, to learn
process of making CMCh, to set the proper concentration of NaOH, and to
analyze CMCh characteristics. CMCh yields were 110.72%-114.22%. CMCh pH
value were 3.74-4.31. The optimum NaOH concentration to obtain the best CHCh
was 10 M. Percentage of CMCh moisture content was 10.70%-11.42%. Ash
content and nitrogen content of CMCh were 0.49%-0.50% and 4.52%-4.81%.
CMCh viscousity was 8.25 cps. Percentage of CMCh solubility was 61.61%91.50%. The different functional groups from chitosan which observed in CMCh
were C=O group, CH group from alkene functional group, C−O group, and
C−O−C group.
Keywords: carboxymethyl chitosan, chitosan, CMCh characteristics, functional
group, solubility.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KARAKTERISTIK CARBOXYMETHYL CHITOSAN DENGAN
VARIASI KONSENTRASI NaOH
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Perikanan pada
Departemen Terknologi Hasil Perairan
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi
Konsentrasi NaOH
Nama
: Mochammad Jamil Awal Saputra
NIM
: C34090045
Program Studi : Teknologi Hasil Perairan
Disetujui oleh
Dr Pipih Suptijah, MBA
Pembimbing I
Dr Eng Uju, SPi, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Joko Santoso, MSi
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
Judul Skripsi : Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi
Konsentrasi NaOH
Nama
:Mochammad Jamil Awal Saputra
: C34090045
NIM
Program Studi : Teknologi Hasil Perairan
Disetujui oleh
Dr Pip1h ｓｵｰｴｩ
ｩ ｾｦｂａ＠
Pembimbing I
Tanggal Lulus:
2 2 JAN 2014
Dr Eng Vju, SPi, MSi
Pembimbing II
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 ini
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH.
Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan
dan dorongan hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini, yaitu :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dr Pipih Suptijah, MBA dan Dr Eng Uju, SPi, MSi selaku dosen
pembimbing yang telah memberikan pengarahan dalam penyusunan
skripsi ini.
Dr Ir Ruddy Suwandi, MS, MPhill selaku dosen penguji yang telah
memberikan saran dan kritik untuk perbaikan skripsi ini.
Dr Desniar, SPi, MSi selaku wakil ketua program studi yang telah
mewakili departemen pada saat ujian dan saran perbaikan.
Dr Ir Joko Santoso, MSi selaku ketua Departemen Teknologi Hasil
Perairan.
Ayah, ibu, adik-adik, dan seluruh keluarga atas pengertian dan dukungan
yang diberikan.
Rasta, Rafiq, Alam, Affan, Rohmad, Budi, Dhani, Galih, Caca, Batara,
Yudha dan teman-teman THP 46 (Alto) lainnya atas segala doa, motivasi,
dan kenangan yang diberikan.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna.
Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak
sangat diharapkan. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua
pihak yang memerlukannya.
Bogor, Januari 2014
Mochammad Jamil Awal Saputra
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... vi
PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
Latar Belakang ................................................................................................. 1
Tujuan Penelitian ............................................................................................. 1
METODE PENELITIAN ..................................................................................... 2
Bahan ............................................................................................................... 2
Alat .................................................................................................................. 2
Prosedur Penelitian ........................................................................................... 2
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 6
Karakteristik Kitosan Komersil ........................................................................ 6
Rendemen Carboxymethyl Chitosan(CMCh) .................................................... 8
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan (CMCh) ............................................... 9
Gugus Fungsi Carboxymethyl Chitosan .......................................................... 14
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 16
Kesimpulan .................................................................................................... 16
Saran .............................................................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 16
LAMPIRAN ...................................................................................................... 19
RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... 22
DAFTAR TABEL
1 Karakteristik kitosan komersil....................................................................... 7
2 Karakteristik kimia carboxymethyl chitosan ................................................ 10
3 Hasil analisis gugus fungsi CMCh. ............................................................. 14
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
Diagram alir prosedur penelitian ................................................................... 3
Kenampakan fisik kitosan komersil............................................................... 7
Rendemen carboxymethyl chitosan. .............................................................. 9
Kenampakan fisik carboxymethyl chitosan ................................................. 10
Diagram hasil analisis viskositas CMCh. .................................................... 12
Diagram hasil analisis kelarutan carboxymethyl chitosan. ........................... 13
Grafik hasil analisis gugus fungsi CMCh .................................................... 15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Tabel analisis data dengan One Way ANOVA SPSS 17.0 ........................... 19
2 Dokumentasi pelaksanaan penelitian ........................................................... 20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kitosan merupakan biopolimer turunan kitin yang dapat diperoleh dari kulit
udang dan cangkang kepiting. Miao et al. (2008) melaporkan bahwa kitosan
merupakan polisakarida kationik yang diperoleh dari deasetilasi basa kitin.
Kitosan memiliki tiga tipe gugus fungsional yaitu gugus amino/asetamido dan
gugus hidroksil yang berikatan secara primer maupun sekunder, masing-masing
berada pada C-2 dan C-3 (Kim 2012).
Mutu kitosan terdiri dari beberapa parameter yaitu bobot molekul, kadar air,
kadar abu, warna, derajat deasetilasi dan kelarutan. Kelarutan merupakan salah
satu karakteristik yang penting bagi kitosan. Kitosan hanya larut pada sebagian
besar larutan asam organik dengan pH sekitar 4,0 tetapi tidak larut pada pH lebih
besar dari 6,5. Mourya et al. (2010) melaporkan bahwa rendahnya kelarutan
kitosan dalam pH netral maupun alkali karena adanya struktur kristal yang stabil
yang terbentuk dari ikatan kuat hidrogen, oleh karena itu aplikasi kitosan menjadi
terbatas. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, kitosan
yang ada dapat dimodifikasi menjadi senyawa-senyawa turunannya yang memiliki
tingkat kelarutan yang tinggi dalam pH netral dan alkali. Modifikasi kitosan dapat
dilakukan secara kimiawi maupun melalui proses depolimerisasi. Salah satu
senyawa turunan kitosan yang dapat larut dalam pH netral adalah carboxymethyl
chitosan (CMCh) (Miranda et al. 2003).
Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang telah
dimodifikasi dengan penambahan gugus hidrofilik sehingga dapat larut dalam air.
An et al. (2009) melaporkan bahwa karboksimetilasi kitosan dapat dilakukan
dengan cara alkilasi menggunakan reagen asam monokloroasetat. Aplikasi CMCh
antara lain sebagai senyawa pengantar obat, senyawa pengantar obat yang
responsif terhadap perubahan pH, kosmetik, senyawa pengantar DNA, dan
senyawa peningkat aktivitas penyebaran obat. Faktor-faktor yang berpengaruh
dalam pembentukan karboksimetil kitosan adalah tingkat kemurnian kitosan,
kelebihan natrium hidroksida pada proses alkalisasi kitosan, rasio antara kitosan
dan asam monokloroasetat serta suhu karboksimetilasi kitosan menjadi
karboksimetil kitosan. Informasi mengenai pengaruh konsentrasi NaOH terhadap
karakteristik carboxymethyl chitosan belum diketahui, sehingga diperlukan
penelitian mengenai hal tersebut.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh
perbedaan konsentrasi NaOH terhadap kualitas carboxymethyl chitosan yang
dihasilkan. Tujuan khusus dari penelitian ini yaitu, mempelajari proses pembuatan
CMCh, menetapkan konsentrasi NaOH yang tepat dalam proses pembuatan
CMCh, dan menganalisis karakteristik CMCh yang dihasilkan.
2
METODE PENELITIAN
Penelitian mengenai Pengaruh Perbedaan Konsentrasi NaOH Terhadap
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan dilaksanakan mulai bulan April 2013
sampai Juli 2013. Pembuatan CMCh, analisis proksimat, dan uji kelarutan
dilaksanakan di Laboratorium Biokimia Hasil Perairan, Departemen Teknologi
Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Analisis viskositas dilakukan di Laboratorium Rekayasa Proses Pangan,
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut
Pertanian Bogor. Analisis gugus fungsi dilakukan di Laboratorium Analisis
Bahan, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan CMCh adalah kitosan yang
diperoleh dari CV. Bio Chitosan Indonesia, asam monokloroasetat produksi
Merck, NaOH, isopropil alkohol, dan metanol. Bahan-bahan digunakan dalam
analisis proksimat adalah akuades, selenium, H2SO4, NaOH, HCl, dan asam borat
(H3BO3). Bahan yang digunakan dalam analisis kelarutan dan viskositas adalah
aquades. Bahan yang digunakan dalam analisis pH adalah larutan buffer.
Alat
Alat yang digunakan untuk pembuatan CMCh adalah beaker glass,
erlenmeyer, corong kaca, kertas saring, magnetic stirrer, magnetic bar, batang
pengaduk, sudip, termometer, mortar, kertas pH indikator, dan sendok. Alat yang
digunakan dalam analisis rendemen adalah timbangan digital. Pengujian pH
menggunakan alat pH meter. Alat yang digunakan untuk analisis proksimat adalah
timbangan digital, desikator, oven, cawan porselen, sudip (analisis kadar air);
tabung kjeldahl, destilator, buret, labu ukur, erlenmeyer (analisis kadar protein);
tanur dan desikator (analisis kadar abu). Alat yang digunakan dalam uji kelarutan
adalah oven. Pengujian viskositas dilakukan dengan alat Viscometer Brookfield
tipe LV dengan spindle nomor 1 dan kecepatan 60 rpm. Alat yang digunakan
dalam analisis gugus fungsi adalah Fourier Transform Infrared (FTIR).
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan meliputi pembuatan CMCh, analisis
rendemen, analisis proksimat, analisis viskositas, analisis pH, analisis gugus
fungsi, dan analisis kelarutan. Analisis proksimat yang dilakukan yaitu analisis
kadar air, analisis kadar abu, dan analisis nitrogen. Pembuatan CMCh dilakukan
dengan perlakuan perbedaan konsentrasi NaOH. Diagram alir pembuatan prosedur
penelitian disajikan pada Gambar 1.
3
Kitosan
Pelarutan dalam 100 ml
Isopropil Alkohol
(40℃; 30 menit)
Penambahan 12 ml NaOH
5 M (40℃; 90 menit)
Penambahan 12 ml NaOH
10 M (40℃; 90 menit)
Penambahan 12 ml NaOH
15 M (40℃; 90 menit)
Penambahan asam monokloro
asetat sebanyak 30 gram
(4 x 7,5 gram; 5 menit)
Pereaksian selama 4 Jam pada suhu
60℃
Pencucian dengan methanol 90%
Pengeringan
Analisis Rendemen
Analisis pH
Carboxymethyl
chitosan
Analisis Proksimat
Analisis Kelarutan
Analisis Viskositas
Analisis Gugus
Fungsi
Gambar 1. Diagram alir prosedur penelitian (Xue et al. 2009 dengan modifikasi)
Pembuatan carboxymethyl chitosan (CMCh)
Metode yang digunakan dalam pembuatan CMCh mengacu pada
Xue et al. (2009) dengan modifikasi. Proses pembuatan CMCh dimulai dengan
melarutkan 10 gram kitosan ke dalam 100 ml isopropil alkohol dengan suhu 40℃
lalu diaduk selama 30 menit. NaOH (5M, 10M, 15M) sebanyak 12 ml
ditambahkan ke dalam larutan lalu diaduk selama 90 menit. Sesudah itu,
sebanyak 30 gram asam monokloroasetat yang terbagi menjadi 4 bagian yang
sama ditambahkan dengan selang waktu 5 menit. Campuran kemudian dipanaskan
hingga suhu 60 ℃ selama 4 jam. Setelah itu, campuran dicuci menggunakan
methanol 90% dan dikeringkan menggunakan cahaya matahari. Gambar proses
pembuatan disajikan pada Lampiran 2.
Analisis perhitungan rendemen
4
Banyaknya rendemen CMCh yang dihasilkan dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
a (gram)
Rendemen (%) = b (gram) ×100%
Keterangan:
a = Berat produk yang dihasilkan
b = Berat awal bahan
Analisis proksimat
Analisis proksimat merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui
kandungan pada bahan. Analisis proksimat terdiri dari analisis kadar air, kadar
abu, kadar nitrogen, dan kadar lemak. Analisis proksimat yang dilakukan pada
penelitian ini hanya analisis kadar air, abu, dan nitrogen.
a. Analisis kadar air (AOAC 2005)
Tahap awal dalam memulai analisis kadar air yaitu mengeringkan cawan
porselen di dalam oven pada suhu 102-105 oC selama 1 jam. Selanjutnya cawan
tersebut diletakkan dalam desikator kurang lebih selama 15 menit hingga dingin
kemudian ditimbang. Sebanyak 5 gram sampel dimasukkan kedalam cawan
kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 102-105 oC selama 6 jam. Setelah
6 jam cawan tersebut dimasukkan ke dalam desikator hingga dingin kemudian
ditimbang bobotnya dan diulang sampai berat konstan.
Perhitungan kadar air:
% Kadar air =
Keterangan:
B-C
B-A
×100%
A = Berat cawan kosong (gram)
B = Berat cawan yang diisi sampel (gram) sebelum dioven
C = Berat cawan dengan sampel (gram) setelah dioven
b. Analisis kadar abu (AOAC 2005)
Tahap awal dalam menentukan kadar abu yaitu dikeringkannya cawan abu
porselen di dalam oven selama 1 jam pada suhu 105 oC, lalu didinginkan dalam
desikator kemudian ditimbang. Sampel ditimbang sebanyak 5 gram dan
dimasukkan ke dalam cawan pengabuan yang akan dipijarkan di atas nyala api
bunsen hingga tidak berasap lagi. Setelah itu dimasukkan ke dalam tanur
pengabuan dengan suhu 600 oC selama 6 jam, kemudian ditimbang hingga
didapatkan berat yang konstan. Proses pengabuan dilakukan sampai abu berwarna
utih. Setelah itu cawan didinginkan dalam desikator selam 30 menit, kemudian
ditimbang bobotnya.
Perhitungan kadar abu:
% Kadar abu =
C-A
B-A
×100%
Keterangan: A = Berat cawan kosong (gram)
B = Berat cawan yang diisi sampel (gram) sebelum ditanur
C = Berat cawan dengan sampel (gram) setelah ditanur.
c. Analisis kadar nitrogen (AOAC 2005)
5
Sampel sebanyak 0,25 gram ditimbang, kemudian dimasukkan ke dalam
labu Kjeldahl ditambahkan 50 mL aquades dan 20 mL NaOH 40%, kemudian
dilakukan proses destilasi dengan suhu destilator 100 oC. Hasil destilasi
ditampung dalam labu erlenmeyer 125 mL yang berisi campuran 10 mL asam
borat (H3BO3) 2% dan 2 tetes indikator bromcherosol green-methyl red yang
berwarna merah muda. Setelah volume destilat mencapai 40 mL dan berwarna
hijau kebiruan, maka proses destilasi dihentikan. Lalu destilat dititrasi dengan
HCl 0,1 N sampai terjadi perubahan warna merah muda. Volume titran dibaca
dan dicatat. Larutan blanko dianalisis seperti contoh.
Kadar nitrogen dihitung dengan rumus sebagai berikut:
%N=
mL HCl –mL Blanko × N HCl ×14,007 × fp × 100%
mg contoh
Analisis kelarutan (Lembono 1989 dalam Khalil 2007)
Tahap awal dalam melakukan analisis kelarutan yaitu kertas saring
dikeringkan dalam oven selama 30 menit dan ditimbang. Sampel CMCh
ditimbang sebanyak 1 gram dan dilarutkan dalam 100 mL aquades, kemudian
disaring. Kertas saring yang digunakan selanjutnya dikeringkan dalam oven
selama 3 jam, lalu dimasukkan dalam eksikator selama 15 menit dan kemudian
ditimbang.
Perhitungan kelarutan:
Kelarutan =
Berat sampel awal –Berat residu
Berat sampel awal
×100%
Analisis viskositas (BSN 1998)
Carboxymethyl chitosan dilarutkan dengan aquades sehingga diperoleh
larutan CMCh 1%. Selanjutnya dilakukan pengukuran nilai viskositas
menggunakan viskometer Brookfield tipe LV. Kekentalan larutan diukur
menggunakan spindle dan kecepatan putar yang sesuai. Setelah spindle berputar
sampai penunjukkan konstan, hentikan putaran spindle dan lakukan pembacaan.
Nilai viskositas diukur dengan rumus:
Viskositas (m.Pa.S) = Pembacaan × Faktor
Analisis derajat keasaman (pH)
Proses analisis pH diawali dengan kalibrasi pH meter dengan cara
elektroda dicelupkan ke dalam larutan buffer yang telah diketahui pH-nya. Skala
yang terbaca kemudian dicocokkan dengan pH dari buffer tersebut. Kemudian
elektroda dibilas dengan aquades dan selanjutnya dicelupkan ke dalam larutan
aquades, skala yang terbaca kemudian dicocokkan dengan angka 7. Selanjutnya
elektroda dibilas dengan aquades dan dilap dengan tissue.
Sebanyak 1 gram sampel CMCh dilarutkan dengan aquades sebanyak
100 ml sehingga diperoleh larutan CMCh 1%. Elektroda yang telah dikalibrasi
dicelupkan ke dalam sampel, untuk kemudian dicatat nilai pH-nya.
Analisis gugus fungsi (Domsay 1985)
6
Sampel sebanyak 0,2 gram digerus dengan KBr dalam mortar agate
sampai homogen, kemudian dimasukkan dalam cetakan pelet, dicetak dengan
dipadatkan dan divakum sampai optimum, selanjutnya pelet ditempatkan dalam
sel dan dimasukkan ke dalam tempat sel pada spektrofotometer inframerah IR-408
yang sudah dinyalakan dan stabil. Panjang gelombang yang digunakan yaitu
sebesar 400-4000 cm-1.
Prosedur analisis data
Model rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
rancangan acak lengkap dengan satu faktor yaitu konsentrasi NaOH (5M, 10M,
dan 15M) dengan dua kali ulangan. Nilai hasil interaksi antar faktor kemudian
diolah secara statistik menggunakan software statistika (SPSS 17.0) untuk melihat,
persen signifikansi (selang kepercayaan), dan pola interaksi faktor yang
berpengaruh signifikan terhadap respon. Uji lanjut yang digunakan dalam analisis
data ini adalah uji Duncan untuk melihat pengaruh signifikan dari faktor. Model
matematis racangan acak lengkap yang digunakan sebagai berikut:
Yij = μ + Ai + εij
Keterangan:
Yij
= Hasil pengamatan karakteristik CMCh ke-j dengan perlakuan ke-i
i
= Perbedaan konsentrasi NaOH (5M, 10M, dan 15M)
j
= Ulangan dari setiap perlakuan (dua kali)
μ
= Nilai tengah umum
Ai
= Pengaruh perlakuan ke-i
Εij
= Pengaruh galat
Hipotesis :
H0
: Perbedaan konsentrasi NaOH yang diberikan tidak berpengaruh
terhadap karakteristik CMCh
H1
: Perbedaan konsentrasi NaOH yang diberikan berpengaruh terhadap
karakteristik CMCh
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Kitosan Komersil
Kitosan adalah produk turunan kitin yang diperoleh melalui proses
deasetilasi. Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan
dengan rotasi spesifik [α]D11 -3 hingga -10o (pada konsentrasi asam asetat 2%).
Kitosan merupakan polimer glukosamin yang larut oleh sebagian besar asam
organik pada pH sekitar 4,0 tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5 serta
tidak larut dalam pelarut air, alkohol, dan aseton (Sugita et al. 2009).
Kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian memiliki kenampakan
yang berwarna kuning pucat dengan ukuran partikel 20-30 mesh. Kenampakan
fisik dari kitosan komersil yang digunakan sebagai bahan utama dalam penelitian
ini dapat dilihat pada Gambar 2.
7
Gambar 2
Kenampakan fisik
kitosan komersil
Beberapa karakteristik fisika-kimia dari kitosan yang dianalisis yaitu kadar
air, kadar abu, kadar protein, ukuran partikel, dan derajat deasetilasi. Karakteristik
fisika-kimia kitosan komersil yang digunakan disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Karakteristik kitosan komersil
Standar Kitosanb
Parameter
Kitosan Komersila
Kenampakan
Kuning Pucat
≤ 10%
Kadar Air
8,6%
≤ 2%
Kadar Abu
0,3%
≤ 5%
Kadar Protein
0,5%
Ukuran Partikel
20-30 mesh
Derajat Deasetilasi
88,5%
serpihan/bubuk
≥70%
Sumber: aCV. Bio Chitosan Indonesia.; bProtan Laboratories diacu dalam Ibrahim et al. (2009).
Mutu kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian telah memenuhi
standar mutu yang ditetapkan oleh Protan Laboratories. Berdasarkan hasil pada
tabel tersebut diketahui bahwa kadar air kitosan komersil yang digunakan sebesar
8,6%, kadar abu sebesar 0,3%, kadar protein sebesar 0,5%, dan derajat deasetilasi
sebesar 88,5%.
Berdasarkan hasil pada Tabel 1, diketahui bahwa kadar air kitosan komersil
memiliki nilai yang telah memenuhi standar mutu yang ditetapkan Protan
Laboratories. Lembabnya lingkungan serta lamanya penyimpanan dapat
memberikan pengaruh terhadap persentase kadar air kitosan karena menurut Sofia
et al (2010) penyimpanan yang lama memungkinkan terjadinya perubahan kadar
air, tergantung kondisi kelembaban lingkungannya. Selain kelembaban
lingkungan, menurut Kurniasih dan Kartika (2011) sifat kitosan yang higroskopis
menyebabkan berikatannya molekul air dengan gugus amina kitosan sehingga
memungkinkan terjadinya peningkatkan kadar air.
Kadar abu merupakan salah satu parameter yang dapat mengindikasikan
kandungan mineral dalam sampel. Kadar abu kitosan komersil yang diperoleh
adalah 0,3%. Nilai tersebut telah memenuhi standar mutu kadar abu kitosan
menurut Protan Laboratories yaitu kurang dari sama dengan 2%. Faktor yang
dapat mempengaruhi kadar abu pada kitosan adalah efektivitas proses
demineralisasi, karena menurut Kim (2004) kadar abu merupakan indikator
keefektivan proses demineralisasi dalam menghilangkan kalsium karbonat.
Kadar protein dalam kitosan merupakan salah satu parameter yang
menentukan mutu kitosan. Hasil pada Tabel 1 menunjukkan bahwa kadar protein
8
pada kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 0,5%. Nilai
tersebut lebih rendah dari pada kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian
Zahid (2012) yang mencapai 1,33%. Perbedaan nilai kadar protein ini dapat
disebabkan oleh lamanya waktu deproteinasi, karena menurut Poeloengasih et al.
(2008) semakin lama waktu yang digunakan untuk proses deproteinasi, maka
semakin rendah kandungan nitrogen pada kitin dan kitosan. Faktor lain yang
mempengaruhi kadar protein pada kitosan yaitu suhu proses dan konsentrasi
NaOH yang digunakan pada proses deasetilasi. Menurut Zahiruddin et al. (2008),
protein yang masih terikat setelah proses deproteinasi akan semakin sedikit
jumlahnya apabila proses deasetilasi dilakukan dengan suhu yang semakin
meningkat dan konsentrasi NaOH yang tinggi.
Deasetilasi merupakan proses menghilangkan gugus asetil dari rantai
molekul kitin. Nilai derajat deasetilasi kitosan komersil yang digunakan dalam
penelitian ini sebesar 88,5%. Nilai tersebut telah memenuhi standar yang
ditetapkan oleh Protan Laboratories. Besarnya nilai derajat deasetilasi dipengaruhi
oleh konsentrasi NaOH yang digunakan dalam proses deproteinase.
Zahiruddin et al. (2008) melaporkan bahwa konsentrasi NaOH yang cukup tinggi
pada saat deproteinase akan mempermudah pemutusan gugus asetil pada saat
deasetilasi.
Rendemen Carboxymethyl Chitosan (CMCh)
Rendemen merupakan salah satu parameter karakteristik yang dapat diamati
sebagai respon dari perlakuan yang diberikan. Rendemen CMCh dihitung sebagai
persentase bobot CMCh yang dihasilkan terhadap bobot awal kitosan. Rendemen
CMCh yang diperoleh berkisar antara 110,72%-114,22%. Persentase rendemen
CMCh yang dihasilkan lebih besar daripada persentase rendemen hasil penelitian
Khalil (2007) yang hanya mencapai 91,66%-98,82%. Nilai persentase rendemen
tertinggi terdapat pada perlakuan alkalisasi menggunakan 10 M NaOH yaitu
sebesar 114,27±1.76%, sedangkan nilai rendemen terendah terdapat pada
perlakuan alkalisasi menggunakan 5 M NaOH yaitu sebesar 110,70±2.49%.
Hasil rendemen yang lebih besar dai 100% diduga disebabkan oleh adanya
kompetisi reaksi substitusi ion Cl- dari asam monokloroasetat dengan NaOH yang
menghasilkan sodium klorida (NaCl) dan sodium glikolat (HOCH2-COONa).
Berikut merupakan rekasi kimia yang terjadi pada proses pembuatan CMCh
menurut Basmal et al. (2005)a:
Kitosan-OH + NaOH
→ Kitosan-ONa
Kitosan-ONa + ClCH2COOH
→ Kitosan-OCH2COONa + NaCl +2H2O
ClCH2COOH + 2NaOH
→ HOCH2-COONa + NaCl + H2O
Sodium klorida dan sodium glikolat yang dihasilkan merupakan senyawa yang
menjadi pengotor pada CMCh. Hasil penelitian Wijayani et al. (2005)
menunjukkan bahwa kemurnian carboxymethyl cellulose meningkat pada
penambahan NaOH tetapi mengalami penurunan bila ClCH2COONa semakin naik,
penurunan yang terjadi disebabkan oleh semakin banyaknya NaCl yang dihasilkan.
Persentase rendemen CMCh yang mencapai lebih dari 100% menurut
Basmal et al. (2007) juga disebabkan karena adanya substitusi H+ pada atom C6
dengan CH2COO- dari asam monokloroasetat. Hasil perlakuan penambahan
konsentrasi NaOH yang berbeda terhadap rendemen CMCh disajikan pada
Gambar 3.
Rendemen (%)
9
140
120
100
80
60
40
20
0
110,70a
114,27a
112,10a
5
10
15
Konsentrasi NaOH (M)
Gambar 3 Rendemen carboxymethyl chitosan. Hasil yang diperoleh merupakan
basis kering. aAngka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh
huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5%.
Gambar 3 menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan rendemen
CMCh yang dihasilkan seiring dengan peningkatan konsentrasi NaOH yang
digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase rendemen akibat
tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak memberikan
pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Salah satu faktor yang dapat
mempengaruhi persentase rendemen CMCh yang dihasilkan adalah jumlah asam
monokloroasetat yang ditambahkan, karena menurut Oktavia et al. (2005) bila
jumlah monokloroasetat yang ditambahkan cukup banyak, rendemen
karboksimetil kitosan juga meningkat. Faktor lain yang mempengaruhi
peningkatan rendemen CMCh adalah waktu reaksi pada saat karboksimetilasi, hal
ini dibuktikan dalam penelitian An et al. (2009) yang melaporkan bahwa
terjadinya peningkatan rendemen yang sejalan dengan peningkatan waktu reaksi
karboksimetilasi dari 1 hingga 3 jam, namun setelah itu tidak terjadi peningkatan
rendemen yang signifikan.
Karakteristik Carboxymethyl Chitosan (CMCh)
Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang telah
dimodifikasi dengan penambahan gugus hidrofilik sehingga dapat larut dalam air.
Prinsip pembuatan CMCh secara umum merupakan reaksi asam basa.
Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa prinsip pembentukan CMCh yaitu,
kitosan yang telah berikatan dengan ion Na+ direaksikan dengan asam
monokloroasetat sehingga terjadi pertukaran ion antara ion Na+ yang mudah larut
dalam air dengan ion Cl- yang dilepaskan oleh asam monokhloroasetat
membentuk larutan garam NaCl, sedangkan kitosan yang telah melepaskan ion
Na+ akan bersifat reaktif terhadap gugus karboksil dari asam monokloroasetat
sehingga membentuk CMCh. CMCh yang dihasilkan memiliki warna kuning
pucat hingga kecoklatan dan berbentuk serpihan. Kenampakan fisik CMCh yang
dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.
10
Gambar 4 Kenampakan fisik carboxymethyl chitosan
Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi karakteristik CMCh yang
dihasilkan adalah konsentrasi NaOH yang digunakan pada proses alkalisasi
kitosan. Analisis karakteristik kimia yang dilakukan terhadap CMCh yang telah
dihasilkan antara lain: kadar air, kadar abu, kadar nitrogen, dan pH. Karakteristik
kimia CMCh yang dihasilkan disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2 Karakteristik kimia carboxymethyl chitosan
Parameter
pH
Kadar Air (%)
Kadar Abu (%)
Kadar Nitrogen (%)
Hasil
5M
10M
15M
3,74±0,06a 4,00±0,28a 4,31±0,18a
10,70±4,57a 12,60±0,35a 11,42±0,35a
0,50±0,00a 0,49±0,00a 0,50±0,00a
4,63±0,01a 4,52±0,17a 4,81±0,02a
Khalil
(2007)
4,33-4,57
17,12-20,7
0,76-1,24
3,03-3,59
Standarb
7,00-9,00
≤15,00%
≤1,00%
-
Sumber:bWuxi Asailuo 2013. aAngka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang
sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% .
Tabel 2 menunjukkan nilai hasil analisis karakteristik kimia CMCh yang
dihasilkan. Nilai pH CMCh yang dihasilkan berkisar antara 3,74 hingga 4,31.
Persentase kadar air CMCh yang dihasilkan berkisar antara 10,70% hingga
12,60%. CMCh yang dihasilkan memiliki nilai persentase kadar abu dan nitrogen
masing-masing berkisar antara 0,49%-0,50% dan 4,52%-4,81%.
Derajat keasaman (pH)
Derajat keasaman merupakan parameter yang menunjukkan konsentrasi
ion hidrogen pada suatu bahan. Berdasarkan Tabel 2 nilai pH CMCh yang
dihasilkan meningkat seiring peningkatan konsentrasi NaOH, namun berdasarkan
hasil ANOVA perbedaan konsentrasi NaOH yang digunakan tidak mempengaruhi
pH CMCh yang dihasilkan (p>0,05). Nilai pH tertinggi terdapat pada CMCh
dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 4,31±0,18, sedangkan pH
terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 5 M yaitu
sebesar 3,74±0,06.
Nilai pH CMCh yang didapatkan masih dibawah netral. Nilai pH CMCh
yang dihasilkan lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian
Oktavia et al. (2005) yang mencapai 3,5-4. Selain karena pencucian yang
dilakukan menggunakan methanol tidak sampai netral, rendahnya nilai pH yang
dihasilkan menurut Khalil (2007) dapat disebabkan pula oleh natrium hidroksida
yang menyebabkan semua larutan mengendap sehingga sulit dipisahkan dan tidak
dapat ditarik dengan isopropil alkohol.
11
Kadar air
Kadar air merupakan parameter yang digunakan untuk mengetahui kadar
zat yang mudah menguap termasuk pelarut organik dan air. Hasil pada Tabel 2
menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan kadar air seiring peningkatan
konsentrasi NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase
nilai kadar air akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik
tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Persentase kadar air
tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 10 M yaitu
sebesar 12,60±0,35%, sedangkan nilai kadar air terendah terdapat pada CMCh
dengan perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 5 M yaitu sebesar 10,70±4,57%.
Nilai persentase kadar air CMCh yang dihasilkan lebih rendah dari pada
hasil penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase sebesar 17,12%-20,7%,
namun nilai tersebut masih lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian
Basmal et al. (2007) dengan nilai persentase sebesar 9,75%-9,82%. Nilai kadar air
CMCh yang yang dihasilkan telah memenuhi standar mutu Wuxi Asailuo yang
nilainya kurang dari 15%. Perbedaan kadar air yang terkandung dalam CMCh
dapat disebabkan oleh banyaknya asam monokloroasetat yang digunakan.
Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa semakin banyak asam monokloroasetat
yang digunakan menyebabkan jumlah gugus karboksimetil (-CH2COO-) yang
berikatan dengan kitosan lebih banyak sehingga pada saat dikeringkan jumlah air
di dalam CMCh yang keluar lebih sedikit.
Kadar abu
Kadar abu merupakan parameter yang digunakan untuk mengetahui
jumlah bahan anorganik yang terkandung dalam suatu bahan. Basmal et al.
(2005)b melaporkan bahwa komponen-komponen anorganik tersebut biasanya
terdiri dari kalsium, sodium, besi, magnesium, dan mangan. Hasil pada Tabel 2
menunjukkan bahwa kadar abu CMCh yang dihasilkan tidak mengalami
perubahan untuk setiap peningkatan konsentrasi NaOH. Berdasarkan hasil uji
ANOVA, perbedaan konsentrasi NaOH yang digunakan tidak mempengaruhi
kadar abu CMCh yang dihasilkan (p>0,05).
Nilai persentase kadar abu yang dihasilkan lebih rendah dari pada hasil
penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase sebesar 0,76%-1,24%, namun
nilai CMCh yang dihasilkan telah memenuhi standar mutu dari Wuxi Asailuo.
Tidak terpengaruhnya nilai persentase kadar abu yang dihasilkan diduga karena
jumlah asam monokloroasetat yang digunakan sama untuk setiap perlakuan.
Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa jumlah asam monokloroasetat yang
diberikan pada waktu eterifikasi berpengaruh terhadap peningkatan jumlah kadar
abu pada CMCh.
Kadar nitrogen
Berdasarkan hasil pada Tabel 2, diketahui bahwa nilai kadar nitrogen
CMCh yang dihasilkan cenderung meningkat seiring peningkatan konsentrasi
NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase nilai kadar
nitrogen akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak
memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Persentase kadar nitrogen
tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu
sebesar 4,81±0,02%, sedangkan nilai kadar nitrogen terendah terdapat pada
12
CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 10 M yaitu sebesar
4,52±0,17%.
Nilai persentase kadar nitrogen yang dihasilkan lebih tinggi daripada hasil
penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase kadar nitrogen sebesar 3,03%3,59%. Tidak terpengaruhnya kadar nitrogen CMCh oleh perlakuan yang
diberikan diduga karena NaOH hanya digunakan sebagai senyawa untuk
mengaktifkan gugus OH sehingga tidak bereaksi dengan gugus amino pada
kitosan. Wijayani et al. (2005) melaporkan bahwa alkalisasi menggunakan NaOH
bertujuan untuk mengaktifkan gugus-gugus OH dan berfungsi sebagai
pengembang pada molekul selulosa.
Viskositas carboxymethyl chitosan (CMCh)
Pengujian viskositas merupakan salah satu cara untuk mengetahui
karakteristik reologi suatu cairan. Viskositas adalah ukuran gaya yang diperlukan
untuk menggeser suatu cairan pada suatu kecepatan yang dinyatakan dalam mPa.s
yang diukur pada suhu tertentu (BSN 1998). Hasil analisis viskositas CMCh
disajikan pada Gambar 5.
Viskositas (cps)
10
8
6,5 a
7,69 b
8,25 b
10
15
6
4
2
0
5
Konsentrasi NaOH (M)
Gambar 5 Diagram hasil analisis viskositas CMCh. Huruf diatas balok yang
berbeda menunjukkan hasil yang berbeda nyata dari uji lanjut Duncan
Bedasarkan Gambar 5 diketahui bahwa nilai viskositas CMCh yang
diperoleh berkisar antara 6,50-8,25 cPs. Nilai viskositas tertinggi terdapat pada
CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 8,25±0,35 cPs,
sedangkan nilai viskositas terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan
konsentrasi NaOH 5 M yaitu sebesar 6,50±0,00 cPs. Hasil ANOVA menunjukkan
bahwa peningkatan konsentrasi NaOH mempengaruhi nilai viskositas CMCh
(P