Sintesis Hidrogel Antibakteri Berbasis Karboksimetil Selulosa- ZnSO4

ABSTRAK
ALFIAN HADI. Sintesis Hidrogel Antibakteri Berbasis Karboksimetil SelulosaZnSO4. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan HENNY
PURWANINGSIH.
Air kelapa dapat dimanfaatkan menjadi nata de coco yang terdiri atas
selulosa. Selulosa tersebut dapat dimodifikasi secara kimia menjadi turunan
selulosa lainnya, yaitu karboksimetil selulosa (CMC). CMC selanjutnya
digunakan sebagai bahan baku hidrogel antibakteri dengan penambahan agen
penaut silang berupa asam suksinat, dan ZnSO4 sebagai zat antibakteri. Pencirian
CMC sintetis meliputi penentuan derajat substitusi, pH larutan CMC 1%, dan
kadar air. CMC-asam suksinat dicirikan berdasarkan spektrum inframerah.
Difraktogram dan mikrofotograf menunjukkan ZnSO4 belum membentuk logam
oksida ZnO. Analisis morfologi hidrogel CMC-asam suksinat-ZnSO4 dengan
kemampuan pembengkakan tertinggi menggunakan mikroskop payaran elektron.
Kemampuan pembengkakan hidrogel meningkat seiring dengan meningkatnya
konsentrasi ZnSO4. Uji aktivitas antibakteri menunjukkan bahwa hidrogel yang
telah disintesis dapat menghambat pertumbuhan bakteri Staphylococcus aureus
dan Escherichia coli sehingga berpotensi sebagai hidrogel antibakteri.
Kata kunci: aktivitas antibakteri, CMC tertaut silang, hidrogel, modifikasi selulosa

ABSTRACT
ALFIAN HADI. Synthetis of Antibacterial Hydrogel Based on Carboxymethyl

Cellulose-ZnSO4. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and HENNY
PURWANINGSIH.
Coconut water could be made into nata de coco that contain cellulose. The
cellulose can be further chemically modified into cellulose derivates such as
carboxymethyl cellulose (CMC). Then CMC was used as an antibacterial
hydrogel materials using crosslinking agents such as succinic acid, and ZnSO4 as
an antibacterial agent. The synthesized CMC was characterized for the degree of
substitution, the pH of a CMC solution of 1%, and moisture content. The CMCsuccinic acid was characterized based on infrared spectra. The difractogram and
microphotograph showed that ZnSO4 was not converted into ZnO. The surface
analysis of the highest swelling of CMC-succinic acid-ZnSO4 hydrogel using
scanning electron microscopy. The swelling ability of the hydrogel increase with
the increasing ZnSO4 concentration. The antibacterial test showed that the
synthesized hydrogel inhibited Staphylococcus aureus and Escherichia coli
growth and potentialy used as an antibacterial hydrogel.
Keywords: antibacterial activity, cellulose modification, crosslinked CMC,
hydrogels

2
ke dalam pembalut luka dapat memberikan hasil yang baik karena saat pembalut
luka digunakan, zat antimikroba tersebut dapat dilepaskan secara perlahan-lahan

ke tempat luka dan dapat membunuh mikroba yang ada pada luka tersebut
(Darwis et al. 2005).
Berdasarkan uraian tersebut, maka pada penelitian ini dilakukan sintesis
CMC dengan alternatif sumber selulosa dari nata de coco sebagai bahan baku.
CMC kemudian dimodifikasi menjadi hidrogel antibakteri dengan asam suksinat
sebagai penaut silang dan ZnSO4 yang akan berubah menjadi ZnO yang berperan
sebagai zat antibakteri yang diuji dengan spektrofotometer inframerah
transformasi Fourier (FTIR), pencirian keberadaan logam oksida menggunakan XRay difraction (XRD), analisis morfologi hidrogel menggunakan mikroskop
payaran elektron (SEM), kemampuan pembengkakan (swelling), dan uji aktivitas
antibakteri. Penelitian ini dilakukan dari bulan Maret hingga bulan Juli 2014 di
Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, serta Pusat Studi Biofarmaka,
Departemen Kimia, FMIPA, Institut Pertanian Bogor.

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah akuadestilata, bakteri Escherichia coli
dan Staphylococcus aureus, 40 mL NaOH 35% (b/v), isopropanol, metanol, 18
gram asam monokloroasetat, metanol 80%, asam suksinat, ZnSO4, asam asetat
glasial, Tryptone Soya Agar (TSA), Tryptone Soya Broth (TSB), Nutrient Agar
(NA), Nutrient Broth (NB), Dimetil sulfoksida (DMSO), Kloramfenikol,

Tetrasiklin, tissue dan plastic wrap. Alat-alat yang digunakan adalah neraca
analitik, peralatan gelas, laminar flow, cawan petri, oven/tanur, penangas air,
saringan 100 dan 400 mesh, pengaduk magnetik, peralatan, FTIR SHIMADZU IR
Prestige-21, SEM JEOL JSM 836 OLA dan XRD SHIMADZU.
Metode
Tahapan penelitian yang dilakukan meliputi pembuatan CMC dari nata de
coco, pengujian CMC yang meliputi kadar air, penentuan derajat substitusi, pH
larutan CMC 1% dan pencirian CMC-AS menggunakan spektofotometer
inframerah transformasi Fourier (FTIR), pembuatan hidrogel antibakteri CMCAS-ZnSO4 serta pengujian yang meliputi pencirian keberadaan logam oksida
menggunakan X-Ray difraction (XRD), analisis morfologi hidrogel menggunakan
mikroskop payaran elektron (SEM), kemampuan pembengkakan (swelling), dan
uji aktivitas antibakteri (Lampiran 1).
Pencucian Selulosa Bakteri
Nata de coco dicuci dengan air keran hingga bersih, kemudian direndam di
dalam ember plastik selama 3 hari dan setiap hari air rendaman diganti. Setelah itu,
nata de coco direbus hingga mendidih pada suhu 110 °C selama 20 menit untuk
menghilangkan asam. Setelah direbus, lembaran nata de coco diberi tekanan
menggunakan pompa hidrolik hingga hampir seluruh air keluar.

3

Preparasi Selulosa (Awalludin 2004)
Selulosa bakteri yang berbentuk lembaran tipis dikeringkan di bawah sinar
matahari, setelah kering lalu dihancurkan dengan blender, kemudian disaring
dengan saringan 60 mesh hingga diperoleh serbuk padatan yang halus.
Pembuatan CMC (Awalludin 2004)
Sebanyak 5.5 gram selulosa bakteri yang sudah dihaluskan direndam
dengan isopropanol, lalu ditambahkan 40 mL NaOH 35% (b/v) sedikit demi
sedikit selama 30 menit. Setelah 1 jam, sebanyak 18 gram asam monokloroasetat
ditambahkan sedikit demi sedikit selama 30 menit. Campuran diaduk selama 4
jam pada suhu 55°C, lalu disaring dan ditambahkan metanol 80%, kemudian
dinetralkan dengan asam asetat pada suhu kamar. Setelah itu disaring kembali,
lalu CMC dicuci dengan metanol absolut dan dikeringkan pada suhu 55 °C.
Sintesis Hidrogel CMC-asam suksinat-ZnSO4 (CMC-AS-ZnSO4)
CMC dan asam suksinat masing-masing dilarutkan dalam akuades dengan
konsentrasi sebesar 15% : 7.5% (b/v) lalu dilakukan pengadukan terus-menerus
hingga menghasilkan pasta CMC-AS yang homogen. Kemudian dibuat 3 macam
pasta CMC-AS dengan menambahkan larutan ZnSO4 yang memiliki konsentrasi
sebesar 0.1%, 0.3% dan 0.5% (b/v). Pasta yang terbentuk terlebih dahulu
dilakukan ultrasonikasi untuk menghilangkan gelembung udara, kemudian pasta
dicetak di atas plat kaca sehingga berbentuk lembaran dengan ukuran 20 x 10 x

0.2 cm, lalu CMC-AS-ZnSO4 dikeringkan di dalam oven pada suhu 55 °C.
Pencirian Hidrogel CMC-AS-ZnSO4
Penentuan Derajat Substitusi CMC (Hong 2013). Sebanyak 0.5 gram
CMC ditimbang di dalam Erlenmeyer 250 mL dan ditambahkan 100 mL akuades,
kemudian diaduk hingga homogen. Sebanyak 25 mL NaOH 0.3 M ditambahkan
dan dipanaskan di atas penangas air selama 15 menit. Setelah larutan homogen
ditambahkan indikator fenolftalein sebanyak 3 tetes, selanjutnya larutan dititrasi
menggunakan HCl 0.3 M. Titik akhir titrasi tercapai ketika terjadi perubahan
warna larutan dari merah muda menjadi tidak berwarna. Titrasi dilakukan tiga kali
ulangan. Derajat substitusi (DS) dari CMC dapat diketahui melalui persamaan
berikut:
Kandungan karboksimetil (%CM) =
Derajat substitusi (DS) =
Keterangan:
Vo
Vn
M
m
162 g/mol
59 g/mol

   %C

      .

   

   %C

= Volume HCl yang digunakan saat titrasi blangko (mL)
= Volume HCl yang digunakan saat titrasi sampel (mL)
= Molaritas HCl yang digunakan (M)
= Bobot sampel (g)
= Massa molar dari satu unit anhidroglukopiranosa (AGU)
= Massa molar dari –CH2COOH

4
Penentuan Kadar Air (SNI 06-3736-1995). Cawan porselin dikeringkan
terlebih dahulu selama 1 jam dalam oven pada suhu 105 °C, lalu didinginkan
dalam desikator dan kemudian bobotnya ditimbang. CMC sintetis ditimbang

sebanyak 1 gram lalu dimasukkan ke dalam cawan porselin, kemudian dipanaskan
ke dalam oven selama 3 jam pada suhu 105 °C, lalu didinginkan dalam desikator
selama 15 menit dan ditimbang kembali. Penimbangan ini diulang sampai 3 kali,
hingga dicapai bobot konstan. Adapun rumus penentuan kadar air sebagai berikut:
Kadar air =

x 100%

Keterangan:
x
= Bobot cawan kosong (g)
y
= Bobot cawan kosong + CMC (g)
z
= Bobot cawan kosong + CMC yang sudah konstan (g)
Penentuan pH larutan CMC 1% (SNI 06-3736-1995). Sebanyak 1 gram
CMC sintetis dilarutkan dengan akuades 100 mL dan dipanaskan pada suhu 70 ˚C
sambil diaduk. Setelah homogen, larutan didinginkan pada suhu ruang lalu
dilakukan penentuan nilai pH larutan dengan pH meter elektroda kaca.
Spektroskopi FTIR. Sampel yang dianalisis menggunakan spektroskopi

FTIR adalah selulosa nata de coco yang telah dihaluskan menggunakan blender
dan disaring menggunakan saringan berukuran 400 mesh, sampel CMC sintetis
yang telah dihaluskan menggunakan mortar dan disaring dengan saringan
berukuran 100 mesh, serta suspensi CMC-AS. Pelet disiapkan dengan
mencampurkan sampel tersebut sebanyak 2 mg dan KBr sebanyak 45 mg
menggunakan tekanan sebesar 400 kg/cm2 selama 10 menit. Pengujian sampel
dianalisis pada lebar pita 500-4000 cm-1.
Pencirian Keberadaan Logam Oksida menggunakan X-Ray Difraction
(XRD). CMC-AS-ZnSO4 yang telah disintesis diuji keberadaan logamnya
menggunakan X-Ray Difraction (XRD) dengan sumber radiasi Cu (λ = 0.154056
nm), tegangan generator 40 kV dan arus 30 mA. Alat diatur pada metode step
scan dengan ukuran step 0.02˚ dan waktu step 0.40 detik pada rentang sudut 10˚–
80˚. Hasil difraktogram dibandingkan dengan database Joint Committee on
Powder Difraction Standards (JCPDS) untuk memastikan jenis logam oksida
yang terbentuk.
Analisis Morfologi dengan Mikroskop Payaran Elektron (SEM). CMCAS-ZnSO4 yang telah disintesis diuji bentuk morfologinya dengan menggunakan
mikroskop payaran elektron atau Scanning Electron Microscopy (SEM). Sampel
tersebut dilapisi dengan lapisan tipis logam paladium emas, kemudian dianalisis
menggunakan SEM dengan perbesaran 100 kali, 750 kali, 1000 kali dan 3500 kali.

5
Kemampuan Pembengkakan Hidrogel (Swelling) (Darwis et al. 2010).
CMC-AS-ZnSO4 dengan konsentrasi ZnSO4 sebesar 0.1%, 0.3% dan 0.5%
berukuran 1 x 1 cm ditimbang dengan teliti, kemudian masing-masing contoh
CMC-AS-ZnSO4 tersebut direndam di dalam gelas piala yang berisi akuades
hingga seluruh permukaannya terendam. CMC-AS-ZnSO4 direndam selama 24
jam, setelah itu dikeluarkan dari gelas piala dan air pada permukaan CMC-ASZnSO4 dihilangkan dengan kertas tissue, kemudian CMC-AS-ZnSO4 ditimbang
kembali dengan teliti. Kemampuan pembengkakan dihitung dengan persamaan
berikut:
Kemampuan pembengkakan (swelling) =

 x 100%

Keterangan:
W1 = Bobot CMC-AS-ZnSO4 sebelum direndam (g)
W2 = Bobot CMC-AS-ZnSO4 setelah direndam (g)

Uji Aktivitas Antibakteri Hidrogel
Metode uji antibakteri diadaptasi dari metode Garriga et al. (1993)
menggunakan teknik difusi agar yang telah dimodifikasi. Alat dan bahan yang

akan digunakan seperti cawan petri, kertas cakram dan akuades disterilkan
terlebih dahulu di dalam autoklaf pada suhu 121 ºC selama 15 menit.
Kultur mikroba uji disegarkan terlebih dahulu. Inokulasi bakteri dimulai
dengan menyiapkan media cair berupa Nutrient Broth (NB) untuk bakteri
Escherichia coli sebanyak 10 mL (30 g/1000 mL) dan Tryptone Soya Broth (TSB)
untuk bakteri Staphylococcus aureus sebanyak 10 mL (30 g/1000 mL), bakteri
disegarkan dengan menginokulasikan satu ose kultur murni S. aureus dari agar
miring Tryptone Soya Agar (TSA) ke dalam medium cair TSB secara aseptik.
Kultur uji kemudian diinkubasi selama 18 jam untuk bakteri E. coli dan 24 jam
untuk bakteri S. aureus pada suhu 37 °C.
Pembuatan media agar dilakukan dengan melarutkan NA sebanyak 2 gram
dalam 100 mL akuades (20 g/1000 mL) untuk media bakteri E. coli dan TSA
sebanyak 4 gram dalam 100 mL (40 g/1000 mL) untuk media bakteri S. aureus,
kedua larutan tersebut dilarutkan di dalam Erlenmeyer, lalu dihomogenkan
dengan pengaduk magnetik di atas penangas air hingga larutan berubah menjadi
bening. Media ini disterilkan menggunakan autoklaf pada suhu 121 ºC selama 15
menit. Media NA dan TSA steril didinginkan sampai suhu 45-50 ºC.
Kultur uji segar diinokulasikan sebanyak 100 µL ke dalam 100 mL media
NA dan TSA. Setelah kultur bercampur dengan media, media cair dituangkan
sebanyak 20 mL ke dalam cawan petri. Setelah campuran media dan kultur

membeku, sampel CMC-AS-ZnSO4 yang dibentuk menyerupai cakram berukuran
6 mm diletakkan di atas media agar tersebut. Selain itu, digunakan juga kontrol
negatif berupa CMC-AS dan Dimetil sulfoksida (DMSO), serta kontrol positif
berupa Kloramfenikol 1000 ppm untuk bakteri S. aureus dan Tetrasiklin 1000
ppm untuk bakteri E. coli. Cawan petri tersebut diinkubasikan pada suhu 37 ºC
selama 18 jam untuk bakteri E. coli dan 24 jam untuk bakteri S. aureus. Aktivitas
inhibisi antibakteri diukur berdasarkan diameter zona bening yang terbentuk di
sekitar cakram sampel.

SINTESIS HIDROGEL ANTIBAKTERI BERBASIS
KARBOKSIMETIL SELULOSA-ZnSO4

ALFIAN HADI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

16
Saran
Perlu dilakukan pemurnian selulosa untuk menghasilkan CMC yang lebih
baik berdasarkan sifat kelarutan, viskositas, pH dan nilai derajat substitusi. Selain
itu, perlu dilakukan pemanasan dengan suhu yang tinggi untuk mengubah ZnSO4
menjadi logam oksida ZnO serta penentuan konsentrasi hambat minimum
terhadap ZnSO4 sebagai zat antibakteri.

DAFTAR PUSTAKA
[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1995. SNI 06-3736-1995, Natrium karboksi
metil selulosa teknis. Jakarta (ID): BSN
Abidin AZ, Susanto G, Sastra NMT, Puspasari T. 2012. Sintesis dan karakterisasi
polimer superabsorben dari Akrilamida. Jurnal Teknik Kimia Indonesia.
11(2):87-93
Aprilia L. 2009. Preparasi produk nata de pina dan aplikasi penautannya terhadap
logam kobalt (II) [skripsi]. Bogor (ID): Departemen Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor
Atkins PW. 1999. Kimia Fisik. Edisi ke-4. Kartohadiprojo II, penerjemah; Indarto
PW, editor. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry
Awalludin A. 2004. Karboksimetilasi selulosa bakteri [Skripsi]. Bogor (ID):
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Institut Pertanian Bogor
Azizah A, Irwan A, Sunardi. 2012. Sintesis dan karakterisasi polimer
superabsorben berbasis selulosa dari tanaman purun tikus (Eleocharis
dulcis) tercangkok akrilamida (AAM). Jurnal Sains dan Terapan Kimia.
1(6):59-70
Darwis D, Erlinda T, Hardiningsih L, Chosdu R. 2005. Uji daya antimikroba dan
sifat fisiko-kimia pembalut luka hidrogel steril radiasi yang mengandung
ekstrak buah mengkudu (Morinda citrifolia L.). Jurnal Ilmiah Aplikasi
Isotop dan Radiasi. 1(1)
Darwis D, Nurlidar F, Warastuti Y, Hardiningsih L. 2010. Pengembangan
hidrogel berbasis Polivinil Pirolidon (PVP) hasil iradiasi berkas elektron
sebagai plester penurun demam. Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir
Indonesia. 11(2): 57-66
Garriga M, Aymerich T, Hugas M, Monfort JM. 1993. Bacteriocinogenic activity
of Lactobacilli from fermenter sausages. Applied Bacteria Journal. 75: 142148
Hashem M, Sharaf S, Abd El-Hady MM, Hebeish A. 2013. Synthesis and
characterization of novel carboxymethylcellulose hydrogels and
carboxymethylcellulolse-hydrogel-ZnO-nanocomposites.
Carbohydrate
Polymers Journal. 95:421-427. doi:10.1016/j.carbpol.2013.03.013
Heydarzadeh HD, Najafpour GD, Nazari-Moghaddam AA. 2009. Catalyst-free
conversion of alkali cellulose to fine carboxymethyl cellulose at mild
conditions. World Applied Sciences Journal. 6 (4): 564-569

17
Hong KM. 2013. Preparation and characterization of carboxymethyl cellulose
from sugarcane bagasse [tesis]. Kuala Lumpur (ML): Fakultas Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Tunku Abdul Rahman
Iskandar, Zaki M, Mulyati S, Fathanah U, Sari I, Juchairawati. 2010. Pembuatan
film selulosa dari nata de pina. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan.
7(3):105-111
Nisa D dan Putri S. 2014. Pemanfaatan selulosa dari kulit buah kakao (Teobroma
cacao L.) sebagai bahan baku pembuatan CMC (Carboxymethyl Cellulose).
Jurnal Pangan dan Agroindustri. 2(3): 34-42
Nonong YH dan Satari MH. 2011. Tetrasiklin sebagai salah satu antibiotik yang
dapat menghambat pertumbuhan Staphylococcus aureus resisten-Metisilin
(MRSA). [skripsi]. Bandung (ID): Fakultas Kedokteran Gigi, Universitas
Padjajaran
Perangin-angin C. 2014. Sintesis hidrogel antibakteri berbasis karboksimetil
selulosa-TiO2 [skripsi], siap terbit. Bogor (ID): Departemen Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor
Sari DP. 2014. Sintesis hidrogel antibakteri berbasis karboksimetil selulosaAgNO3 [skripsi], siap terbit. Bogor (ID): Departemen Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor
Swantomo D, Megasari K, Saptaaji R. 2008. Pembuatan komposit polimer
superabsorben dengan mesin berkas elektron. Jurnal Fisika Nuklir. 2(2):145
Wijayani A, Ummah K, Tjahjani S. 2005. Karakterisasi karboksimetil selulosa
(CMC) dari Eceng Gondok (Eichornia crassipes (Mart) Solms). Indonesian
Journal Chemistry. 5(3):228-231

SINTESIS HIDROGEL ANTIBAKTERI BERBASIS
KARBOKSIMETIL SELULOSA-ZnSO4

ALFIAN HADI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Hidrogel
Antibakteri Berbasis Karboksimetil Selulosa-ZnSO4 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, November 2014
Alfian Hadi
NIM G44100084

ABSTRAK
ALFIAN HADI. Sintesis Hidrogel Antibakteri Berbasis Karboksimetil SelulosaZnSO4. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan HENNY
PURWANINGSIH.
Air kelapa dapat dimanfaatkan menjadi nata de coco yang terdiri atas
selulosa. Selulosa tersebut dapat dimodifikasi secara kimia menjadi turunan
selulosa lainnya, yaitu karboksimetil selulosa (CMC). CMC selanjutnya
digunakan sebagai bahan baku hidrogel antibakteri dengan penambahan agen
penaut silang berupa asam suksinat, dan ZnSO4 sebagai zat antibakteri. Pencirian
CMC sintetis meliputi penentuan derajat substitusi, pH larutan CMC 1%, dan
kadar air. CMC-asam suksinat dicirikan berdasarkan spektrum inframerah.
Difraktogram dan mikrofotograf menunjukkan ZnSO4 belum membentuk logam
oksida ZnO. Analisis morfologi hidrogel CMC-asam suksinat-ZnSO4 dengan
kemampuan pembengkakan tertinggi menggunakan mikroskop payaran elektron.
Kemampuan pembengkakan hidrogel meningkat seiring dengan meningkatnya
konsentrasi ZnSO4. Uji aktivitas antibakteri menunjukkan bahwa hidrogel yang
telah disintesis dapat menghambat pertumbuhan bakteri Staphylococcus aureus
dan Escherichia coli sehingga berpotensi sebagai hidrogel antibakteri.
Kata kunci: aktivitas antibakteri, CMC tertaut silang, hidrogel, modifikasi selulosa

ABSTRACT
ALFIAN HADI. Synthetis of Antibacterial Hydrogel Based on Carboxymethyl
Cellulose-ZnSO4. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and HENNY
PURWANINGSIH.
Coconut water could be made into nata de coco that contain cellulose. The
cellulose can be further chemically modified into cellulose derivates such as
carboxymethyl cellulose (CMC). Then CMC was used as an antibacterial
hydrogel materials using crosslinking agents such as succinic acid, and ZnSO4 as
an antibacterial agent. The synthesized CMC was characterized for the degree of
substitution, the pH of a CMC solution of 1%, and moisture content. The CMCsuccinic acid was characterized based on infrared spectra. The difractogram and
microphotograph showed that ZnSO4 was not converted into ZnO. The surface
analysis of the highest swelling of CMC-succinic acid-ZnSO4 hydrogel using
scanning electron microscopy. The swelling ability of the hydrogel increase with
the increasing ZnSO4 concentration. The antibacterial test showed that the
synthesized hydrogel inhibited Staphylococcus aureus and Escherichia coli
growth and potentialy used as an antibacterial hydrogel.
Keywords: antibacterial activity, cellulose modification, crosslinked CMC,
hydrogels

SINTESIS HIDROGEL ANTIBAKTERI BERBASIS
KARBOKSIMETIL SELULOSA-ZnSO4

ALFIAN HADI

Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Judul Skripsi : Sintesis Hidrogel Antibakteri Berbasis Karboksimetil SelulosaZnSO4
Nama
: Alfian Hadi
NIM
: G44100084

Disetujui oleh

Betty Marita Soebrata, SSi, MSi
Pembimbing I

Dr Henny Purwaningsih, SSi, MSi
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen Kimia

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Segala puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang
senantiasa memberikan berkah, rahmat dan hidayah-Nya sehingga penelitian ini
dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini ialah polimer absorben,
dengan judul Sintesis Hidrogel Antibakteri Berbasis Karbosimetil SelulosaZnSO4.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, SSi, MSi
selaku pembimbing I dan Ibu Dr Henny Purwaningsih, SSi, MSi selaku
pembimbing II. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah dan Ibu
atas segala doa dan kasih sayangnya, Ibu Ai dan Bapak Mail selaku staf
Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, Ibu Nunuk selaku staf Laboratorium
Mikrobiologi Pusat Studi Biofarmaka, Dyah Permata Sari, Candra Perangin-angin
serta teman-teman kimia 47 yang selalu memberikan semangat dan motivasi
kepada penulis.
Akhir kata, penulis berharap semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat
dalam menambah wawasan dan ilmu pengetahuan bagi semua pihak yang
berkepentingan.

Bogor, November 2014
Alfian Hadi

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1 

BAHAN DAN METODE

2 

Bahan dan Alat

2 

Metode

2 

HASIL DAN PEMBAHASAN

6 

Spektrum FTIR

8 

Derajat Substitusi, Kadar Air, dan pH Larutan CMC 1%

9 

Keberadaan Logam Oksida

10 

Morfologi CMC-AS-ZnSO4

11 

Kemampuan pembengkakan hidrogel (swelling)

12 

Aktivitas Antibakteri Hidrogel

13 

SIMPULAN DAN SARAN

15 

Simpulan

15 

Saran

16 

DAFTAR PUSTAKA

16 

LAMPIRAN

18 

RIWAYAT HIDUP

22 

DAFTAR TABEL
1
2
3

Perbandingan CMC sintesis dengan standar baku CMC berdasarkan
SNI 06-3736-1995
Aktivitas antibakteri hidrogel CMC-AS-ZnSO4
Perbandingan rasio aktivitas antibakteri hidrogel terhadap logam oksida
ZnSO4, TiO2, dan AgNO3

9
14
15

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7

Mekanisme reaksi karboksimetil selulosa
Mekanisme esterifikasi CMC dengan penaut silang asam suksinat
Spektrum tumpuk FTIR
Difraktogram CMC-AS-ZnSO4 0.5%
Mikrofotograf CMC-AS-ZnSO4 0.5%
Kemampuan pembengkakan hidrogel (swelling)
Aktivitas antibakteri hidrogel

6
7
8
10
11
12
13

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6

Bagan alir penelitian
Hasil penentuan derajat substitusi CMC sintetis
Hasil uji kemampuan pembengkakan hidrogel (swelling)
Hasil uji kadar air CMC sintetis
Hasil uji pH larutan CMC sintetis 1%
Database Joint Committee on Powder Difraction Standards (JCPDS)
untuk ZnSO4

18
19
20
20
21
21

PENDAHULUAN
Buah kelapa merupakan bagian paling penting dari tanaman kelapa karena
mempunyai gizi yang tinggi dan berpotensi untuk dikembangkan menjadi produkproduk yang bernilai ekonomi tinggi, seperti arang tempurung, minuman
penyegar, santan dan nata de coco. Nata de coco merupakan senyawa selulosa
berupa serat yang bersifat tidak larut dalam air dan tidak dapat dicerna oleh
manusia. Untuk mendapatkan senyawa turunan selulosa dengan karakteristik dan
nilai ekonomi yang tinggi, dilakukan proses modifikasi senyawa selulosa yang
berasal dari nata de coco. Salah satu turunan selulosa yang bernilai ekonomi
tinggi serta memiliki peranan dalam berbagai aplikasi adalah karboksimetil
selulosa. Proses modifikasi selulosa dapat dilakukan melalui reaksi eterifikasi
dengan asam monokloroasetat. Hasil reaksi eterifikasi tersebut akan didapatkan
senyawa turunan selulosa yang disebut dengan karboksimetil selulosa. Proses
pembuatan karboksimetil selulosa meliputi proses alkalisasi, karboksimetilasi,
pemanasan, netralisasi dan pemurnian yang meliputi pencucian dan pengeringan.
Modifikasi selulosa menjadi karboksimetil selulosa (CMC) dipilih karena
CMC memiliki sifat fisik yang lebih baik, yaitu dapat larut dalam air dan aplikasi
pemanfaatannya yang sangat luas (Heydarzadeh et al. 2009). Selain itu, CMC
dapat digunakan sebagai bahan baku polimer superabsorben berbentuk hidrogel.
Umumnya superabsorben dibuat dari polimer berbasis poliakrilamida yang
mempunyai kelemahan dalam menyerap air dan kemampuan pembengkakan yang
terbatas, kemampuan menahan air sangat lemah, tidak ramah lingkungan dan
harganya mahal (Azizah et al. 2012). Kelebihan hidrogel jika dibandingkan
dengan bahan absorben lainnya seperti kertas, selulosa dan kapas adalah
kemampuan absorpsinya beberapa kali lipat dibandingkan beratnya, tahan
terhadap tekanan dan 90% bahannya dapat diuraikan sehingga ramah lingkungan
(Swantomo et al. 2008).
Asam suksinat dipilih sebagai agen penaut silang dalam pembuatan hidrogel
karena asam suksinat memiliki dua gugus hidroksil (–OH) yang dapat mengalami
reaksi esterifikasi dengan gugus polikarboksilat pada CMC sehingga
menghasilkan taut silang yang lebih kuat (Hashem et al. 2013). Selain itu, asam
suksinat dapat memberikan efek farmakologis, yaitu sebagai detoksifikasi racun
kobra dan juga bersifat antibakteri.
Hidrogel dengan penambahan ZnO dapat digunakan sebagai hidrogel
antibakteri karena ZnO memiliki efektivitas dalam menghambat pertumbuhan
bakteri gram positif dan gram negatif. Larutan seng sulfat yang ditambahkan ke
dalam suspensi CMC-asam suksinat (CMC-AS) akan membentuk pasta. Pasta
tersebut akan bereaksi dengan larutan seng sulfat dan membentuk seng (II)
hidroksida atau Zn(OH)2. Menurut Hashem et al. (2013), Zn(OH)2 dapat diubah
menjadi kristal ZnO melalui reaksi kimia Zn(OH)2  ZnO + H2O dengan bantuan
panas. Salah satu aplikasi hidrogel antibakteri dapat digunakan sebagai pembalut
luka. Penggunaan pembalut pada luka yang baru dapat mencegah terjadinya
infeksi oleh mikroba. Escherichia coli dan Staphylococcus aureus merupakan
organisme penyebab yang paling sering dijumpai pada mayoritas kasus infeksi
luka. Pada luka yang telah terinfeksi oleh mikroorganisme diperlukan adanya
pemberian zat antimikroba. Penggunaan zat antimikroba yang telah diimpregnasi

2
ke dalam pembalut luka dapat memberikan hasil yang baik karena saat pembalut
luka digunakan, zat antimikroba tersebut dapat dilepaskan secara perlahan-lahan
ke tempat luka dan dapat membunuh mikroba yang ada pada luka tersebut
(Darwis et al. 2005).
Berdasarkan uraian tersebut, maka pada penelitian ini dilakukan sintesis
CMC dengan alternatif sumber selulosa dari nata de coco sebagai bahan baku.
CMC kemudian dimodifikasi menjadi hidrogel antibakteri dengan asam suksinat
sebagai penaut silang dan ZnSO4 yang akan berubah menjadi ZnO yang berperan
sebagai zat antibakteri yang diuji dengan spektrofotometer inframerah
transformasi Fourier (FTIR), pencirian keberadaan logam oksida menggunakan XRay difraction (XRD), analisis morfologi hidrogel menggunakan mikroskop
payaran elektron (SEM), kemampuan pembengkakan (swelling), dan uji aktivitas
antibakteri. Penelitian ini dilakukan dari bulan Maret hingga bulan Juli 2014 di
Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan, serta Pusat Studi Biofarmaka,
Departemen Kimia, FMIPA, Institut Pertanian Bogor.

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah akuadestilata, bakteri Escherichia coli
dan Staphylococcus aureus, 40 mL NaOH 35% (b/v), isopropanol, metanol, 18
gram asam monokloroasetat, metanol 80%, asam suksinat, ZnSO4, asam asetat
glasial, Tryptone Soya Agar (TSA), Tryptone Soya Broth (TSB), Nutrient Agar
(NA), Nutrient Broth (NB), Dimetil sulfoksida (DMSO), Kloramfenikol,
Tetrasiklin, tissue dan plastic wrap. Alat-alat yang digunakan adalah neraca
analitik, peralatan gelas, laminar flow, cawan petri, oven/tanur, penangas air,
saringan 100 dan 400 mesh, pengaduk magnetik, peralatan, FTIR SHIMADZU IR
Prestige-21, SEM JEOL JSM 836 OLA dan XRD SHIMADZU.
Metode
Tahapan penelitian yang dilakukan meliputi pembuatan CMC dari nata de
coco, pengujian CMC yang meliputi kadar air, penentuan derajat substitusi, pH
larutan CMC 1% dan pencirian CMC-AS menggunakan spektofotometer
inframerah transformasi Fourier (FTIR), pembuatan hidrogel antibakteri CMCAS-ZnSO4 serta pengujian yang meliputi pencirian keberadaan logam oksida
menggunakan X-Ray difraction (XRD), analisis morfologi hidrogel menggunakan
mikroskop payaran elektron (SEM), kemampuan pembengkakan (swelling), dan
uji aktivitas antibakteri (Lampiran 1).
Pencucian Selulosa Bakteri
Nata de coco dicuci dengan air keran hingga bersih, kemudian direndam di
dalam ember plastik selama 3 hari dan setiap hari air rendaman diganti. Setelah itu,
nata de coco direbus hingga mendidih pada suhu 110 °C selama 20 menit untuk
menghilangkan asam. Setelah direbus, lembaran nata de coco diberi tekanan
menggunakan pompa hidrolik hingga hampir seluruh air keluar.

3
Preparasi Selulosa (Awalludin 2004)
Selulosa bakteri yang berbentuk lembaran tipis dikeringkan di bawah sinar
matahari, setelah kering lalu dihancurkan dengan blender, kemudian disaring
dengan saringan 60 mesh hingga diperoleh serbuk padatan yang halus.
Pembuatan CMC (Awalludin 2004)
Sebanyak 5.5 gram selulosa bakteri yang sudah dihaluskan direndam
dengan isopropanol, lalu ditambahkan 40 mL NaOH 35% (b/v) sedikit demi
sedikit selama 30 menit. Setelah 1 jam, sebanyak 18 gram asam monokloroasetat
ditambahkan sedikit demi sedikit selama 30 menit. Campuran diaduk selama 4
jam pada suhu 55°C, lalu disaring dan ditambahkan metanol 80%, kemudian
dinetralkan dengan asam asetat pada suhu kamar. Setelah itu disaring kembali,
lalu CMC dicuci dengan metanol absolut dan dikeringkan pada suhu 55 °C.
Sintesis Hidrogel CMC-asam suksinat-ZnSO4 (CMC-AS-ZnSO4)
CMC dan asam suksinat masing-masing dilarutkan dalam akuades dengan
konsentrasi sebesar 15% : 7.5% (b/v) lalu dilakukan pengadukan terus-menerus
hingga menghasilkan pasta CMC-AS yang homogen. Kemudian dibuat 3 macam
pasta CMC-AS dengan menambahkan larutan ZnSO4 yang memiliki konsentrasi
sebesar 0.1%, 0.3% dan 0.5% (b/v). Pasta yang terbentuk terlebih dahulu
dilakukan ultrasonikasi untuk menghilangkan gelembung udara, kemudian pasta
dicetak di atas plat kaca sehingga berbentuk lembaran dengan ukuran 20 x 10 x
0.2 cm, lalu CMC-AS-ZnSO4 dikeringkan di dalam oven pada suhu 55 °C.
Pencirian Hidrogel CMC-AS-ZnSO4
Penentuan Derajat Substitusi CMC (Hong 2013). Sebanyak 0.5 gram
CMC ditimbang di dalam Erlenmeyer 250 mL dan ditambahkan 100 mL akuades,
kemudian diaduk hingga homogen. Sebanyak 25 mL NaOH 0.3 M ditambahkan
dan dipanaskan di atas penangas air selama 15 menit. Setelah larutan homogen
ditambahkan indikator fenolftalein sebanyak 3 tetes, selanjutnya larutan dititrasi
menggunakan HCl 0.3 M. Titik akhir titrasi tercapai ketika terjadi perubahan
warna larutan dari merah muda menjadi tidak berwarna. Titrasi dilakukan tiga kali
ulangan. Derajat substitusi (DS) dari CMC dapat diketahui melalui persamaan
berikut:
Kandungan karboksimetil (%CM) =
Derajat substitusi (DS) =
Keterangan:
Vo
Vn
M
m
162 g/mol
59 g/mol

   %C

      .

   

   %C

= Volume HCl yang digunakan saat titrasi blangko (mL)
= Volume HCl yang digunakan saat titrasi sampel (mL)
= Molaritas HCl yang digunakan (M)
= Bobot sampel (g)
= Massa molar dari satu unit anhidroglukopiranosa (AGU)
= Massa molar dari –CH2COOH

4
Penentuan Kadar Air (SNI 06-3736-1995). Cawan porselin dikeringkan
terlebih dahulu selama 1 jam dalam oven pada suhu 105 °C, lalu didinginkan
dalam desikator dan kemudian bobotnya ditimbang. CMC sintetis ditimbang
sebanyak 1 gram lalu dimasukkan ke dalam cawan porselin, kemudian dipanaskan
ke dalam oven selama 3 jam pada suhu 105 °C, lalu didinginkan dalam desikator
selama 15 menit dan ditimbang kembali. Penimbangan ini diulang sampai 3 kali,
hingga dicapai bobot konstan. Adapun rumus penentuan kadar air sebagai berikut:
Kadar air =

x 100%

Keterangan:
x
= Bobot cawan kosong (g)
y
= Bobot cawan kosong + CMC (g)
z
= Bobot cawan kosong + CMC yang sudah konstan (g)
Penentuan pH larutan CMC 1% (SNI 06-3736-1995). Sebanyak 1 gram
CMC sintetis dilarutkan dengan akuades 100 mL dan dipanaskan pada suhu 70 ˚C
sambil diaduk. Setelah homogen, larutan didinginkan pada suhu ruang lalu
dilakukan penentuan nilai pH larutan dengan pH meter elektroda kaca.
Spektroskopi FTIR. Sampel yang dianalisis menggunakan spektroskopi
FTIR adalah selulosa nata de coco yang telah dihaluskan menggunakan blender
dan disaring menggunakan saringan berukuran 400 mesh, sampel CMC sintetis
yang telah dihaluskan menggunakan mortar dan disaring dengan saringan
berukuran 100 mesh, serta suspensi CMC-AS. Pelet disiapkan dengan
mencampurkan sampel tersebut sebanyak 2 mg dan KBr sebanyak 45 mg
menggunakan tekanan sebesar 400 kg/cm2 selama 10 menit. Pengujian sampel
dianalisis pada lebar pita 500-4000 cm-1.
Pencirian Keberadaan Logam Oksida menggunakan X-Ray Difraction
(XRD). CMC-AS-ZnSO4 yang telah disintesis diuji keberadaan logamnya
menggunakan X-Ray Difraction (XRD) dengan sumber radiasi Cu (λ = 0.154056
nm), tegangan generator 40 kV dan arus 30 mA. Alat diatur pada metode step
scan dengan ukuran step 0.02˚ dan waktu step 0.40 detik pada rentang sudut 10˚–
80˚. Hasil difraktogram dibandingkan dengan database Joint Committee on
Powder Difraction Standards (JCPDS) untuk memastikan jenis logam oksida
yang terbentuk.
Analisis Morfologi dengan Mikroskop Payaran Elektron (SEM). CMCAS-ZnSO4 yang telah disintesis diuji bentuk morfologinya dengan menggunakan
mikroskop payaran elektron atau Scanning Electron Microscopy (SEM). Sampel
tersebut dilapisi dengan lapisan tipis logam paladium emas, kemudian dianalisis
menggunakan SEM dengan perbesaran 100 kali, 750 kali, 1000 kali dan 3500 kali.

5
Kemampuan Pembengkakan Hidrogel (Swelling) (Darwis et al. 2010).
CMC-AS-ZnSO4 dengan konsentrasi ZnSO4 sebesar 0.1%, 0.3% dan 0.5%
berukuran 1 x 1 cm ditimbang dengan teliti, kemudian masing-masing contoh
CMC-AS-ZnSO4 tersebut direndam di dalam gelas piala yang berisi akuades
hingga seluruh permukaannya terendam. CMC-AS-ZnSO4 direndam selama 24
jam, setelah itu dikeluarkan dari gelas piala dan air pada permukaan CMC-ASZnSO4 dihilangkan dengan kertas tissue, kemudian CMC-AS-ZnSO4 ditimbang
kembali dengan teliti. Kemampuan pembengkakan dihitung dengan persamaan
berikut:
Kemampuan pembengkakan (swelling) =

 x 100%

Keterangan:
W1 = Bobot CMC-AS-ZnSO4 sebelum direndam (g)
W2 = Bobot CMC-AS-ZnSO4 setelah direndam (g)

Uji Aktivitas Antibakteri Hidrogel
Metode uji antibakteri diadaptasi dari metode Garriga et al. (1993)
menggunakan teknik difusi agar yang telah dimodifikasi. Alat dan bahan yang
akan digunakan seperti cawan petri, kertas cakram dan akuades disterilkan
terlebih dahulu di dalam autoklaf pada suhu 121 ºC selama 15 menit.
Kultur mikroba uji disegarkan terlebih dahulu. Inokulasi bakteri dimulai
dengan menyiapkan media cair berupa Nutrient Broth (NB) untuk bakteri
Escherichia coli sebanyak 10 mL (30 g/1000 mL) dan Tryptone Soya Broth (TSB)
untuk bakteri Staphylococcus aureus sebanyak 10 mL (30 g/1000 mL), bakteri
disegarkan dengan menginokulasikan satu ose kultur murni S. aureus dari agar
miring Tryptone Soya Agar (TSA) ke dalam medium cair TSB secara aseptik.
Kultur uji kemudian diinkubasi selama 18 jam untuk bakteri E. coli dan 24 jam
untuk bakteri S. aureus pada suhu 37 °C.
Pembuatan media agar dilakukan dengan melarutkan NA sebanyak 2 gram
dalam 100 mL akuades (20 g/1000 mL) untuk media bakteri E. coli dan TSA
sebanyak 4 gram dalam 100 mL (40 g/1000 mL) untuk media bakteri S. aureus,
kedua larutan tersebut dilarutkan di dalam Erlenmeyer, lalu dihomogenkan
dengan pengaduk magnetik di atas penangas air hingga larutan berubah menjadi
bening. Media ini disterilkan menggunakan autoklaf pada suhu 121 ºC selama 15
menit. Media NA dan TSA steril didinginkan sampai suhu 45-50 ºC.
Kultur uji segar diinokulasikan sebanyak 100 µL ke dalam 100 mL media
NA dan TSA. Setelah kultur bercampur dengan media, media cair dituangkan
sebanyak 20 mL ke dalam cawan petri. Setelah campuran media dan kultur
membeku, sampel CMC-AS-ZnSO4 yang dibentuk menyerupai cakram berukuran
6 mm diletakkan di atas media agar tersebut. Selain itu, digunakan juga kontrol
negatif berupa CMC-AS dan Dimetil sulfoksida (DMSO), serta kontrol positif
berupa Kloramfenikol 1000 ppm untuk bakteri S. aureus dan Tetrasiklin 1000
ppm untuk bakteri E. coli. Cawan petri tersebut diinkubasikan pada suhu 37 ºC
selama 18 jam untuk bakteri E. coli dan 24 jam untuk bakteri S. aureus. Aktivitas
inhibisi antibakteri diukur berdasarkan diameter zona bening yang terbentuk di
sekitar cakram sampel.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN
Beberapa jenis polimer superabsorben mempunyai beberapa kelemahan,
yaitu kapasitas absorpsi yang kecil, kurang stabil terhadap perubahan pH, suhu
dan sifat fisik yang kurang baik. Salah satu pengembangan polimer superabsorben
dapat dibuat dari polimer alam yang dimodifikasi dengan agen penaut silang
seperti asam suksinat. Dengan demikian, modifikasi polimer superabsorben
diharapkan mempunyai sifat fisik dan kimia yang jauh lebih baik berdasarkan
kemampuan kapasitas absorpsi, kuat tarik, dan biokompatibilitas.
Nata de coco merupakan serat selulosa dari hasil metabolisme bakteri
Acetobacter xylinum yang mempunyai aktivitas dapat memecah gula untuk
mensintesis selulosa ekstra seluler dari air kelapa. Jika dibandingkan dengan
sumber selulosa alami lainnya, nata de coco memiliki beberapa keunggulan, yaitu
memiliki sifat fisik mekanik yang tinggi, dan kemurniannya lebih unggul
dibandingkan selulosa kayu (Iskandar et al. 2010). Karena kemurnian selulosa
bakterial yang baik itulah maka nata de coco pada penelitian ini dimodifikasi
secara kimia menjadi turunan selulosa lainnya, yaitu karboksimetil selulosa
(Gambar 1) yang merupakan eter polimer selulosa linear yang dapat dimanfaatkan
menjadi bahan baku pembuatan hidrogel.

Gambar 1 Mekanisme reaksi karboksimetilasi selulosa

7
Karboksimetil selulosa (CMC) diperoleh dari proses sintesis yang meliputi
tahapan proses alkalisasi, karboksimetilasi, pemanasan, netralisasi, serta
pemurnian, yaitu pencucian dan pengeringan. Proses alkalisasi menggunakan
NaOH 35% (b/v), kemudian proses karboksimetilasi menggunakan asam
monokloroasetat dengan katalis isopropanol, lalu proses pemanasan selama 4 jam
pada suhu 55 ˚C untuk membantu proses reaksi. Menurut Awalludin (2004), CMC
yang diperoleh masih mengandung campuran NaCl dan asam glikolat seperti pada
Gambar 1, maka campuran tersebut harus dipisahkan melalui proses netralisasi,
yaitu pencucian dengan metanol 80% dan asam asetat untuk menetralkan pH.
Proses pemurnian CMC melalui pencucian menggunakan metanol absolut untuk
menghilangkan asam glikolat sebagai produk samping dan pengotor-pengotor
lainnya kemudian dilakukan pengeringan untuk mengurangi kadar air.
Karboksimetil selulosa (CMC) adalah bahan serbaguna yang digunakan
secara luas dalam berbagai bidang karena gugus karboksimetil yang berfungsi
sebagai hidrokoloid memiliki kemampuan untuk mengentalkan air,
menangguhkan padatan dalam media cair, menstabilkan emulsi, menyerap
kelembaban dari atmosfer, dan bahan baku pembentuk film. CMC juga banyak
digunakan pada berbagai industri seperti: detergen, cat, keramik, tekstil, kertas,
dan makanan yang berfungsi sebagai pengental, penstabil emulsi atau suspensi,
dan bahan penaut silang (Wijayani et al. 2005). CMC memiliki sifat penting
seperti kelarutan dan absorpsi di permukaan. Selain sifat-sifat tersebut, viskositas
dan derajat substitusi merupakan dua faktor terpenting dari CMC (Aprilia 2009).
Asam suksinat dengan dua gugus karboksilat dapat digunakan sebagai agen
penaut silang pada pembuatan hidrogel dari CMC sintetis melalui reaksi
esterifikasi antara gugus karboksilat dari asam suksinat dengan gugus –OH dari
CMC seperti pada Gambar 2 sehingga menghasilkan taut silang yang kuat.

Gambar 2 Mekanisme esterifikasi CMC dengan penaut silang asam suksinat

8
Berdasarkan morfologinya, polimer pada penelitian ini termasuk polimer
absorben jenis lembaran, jika ditinjau dari jenis bahan penyusunnya termasuk
polimer absorben makromolekul alam, sedangkan dilihat dari proses
pembuatannya termasuk polimer ikatan silang. Ikatan utama polimer absorben
adalah gugus hidrofilik karena terdiri atas gugus karboksilat (COO-) yang mudah
menyerap air. Ketika polimer absorben dimasukkan dalam air atau pelarut akan
terjadi interaksi hidrasi antara polimer dengan molekul air. Mekanisme hidrasi
yang terjadi adalah ion karboksilat dari zat terlarut dalam polimer akan terikat
dengan molekul polar air. Adanya ikatan silang dalam polimer absorben
menyebabkan polimer tidak larut dalam air (Swantomo et al. 2008).
Spektrum FTIR
Spektroskopi FTIR merupakan suatu metode yang baik untuk pencirian
polimer karena dapat dilakukan dengan cepat dengan hanya sedikit sampel.
Prinsip dari teknik ini melibatkan deteksi dari absorpsi IR oleh monomer dari
suatu polimer. Spektrum FTIR (Gambar 3) digunakan untuk membuktikan
terbentuknya ikatan silang pada polimer induk. Dengan membandingkan spektrum
selulosa nata de coco dengan spektrum CMC sintetis dan spektrum CMC-AS
yang telah tertaut silang, maka akan terlihat perbedaan serapan di antara ketiganya.

─OH

C─H
C═O

C─O

Gambar 3 Spekrtum tumpuk FTIR pada sampel: (a) Selulosa nata de coco 400
mesh, (b) CMC sintetis 100 mesh, dan (c) Suspensi CMC-AS
Spektrum a memperlihatkan spektum dari selulosa nata de coco dengan
adanya vibrasi ulur dan tekuk C–H pada bilangan gelombang 2890 cm-1 dan 1334
cm-1. Vibrasi ulur –OH terdeteksi pada bilangan gelombang 3271 cm-1 sedangkan
vibrasi ulur C–O pada unit glukosa rantai terbuka muncul pada bilangan

9
gelombang 1111 cm-1. Spektrum b merupakan spektrum dari CMC sintetis yang
dicirikan dengan adanya vibrasi tekuk –OH pada bilangan gelombang 1415 cm-1,
gugus eter (CH–O–CH2) pada bilangan gelombang 1060 cm-1 dan vibrasi ulur
C=O pada bilangan gelombang 1593 cm-1 yang mengindikasikan adanya gugus
karbonil dengan serapan yang lebih kuat dan tajam daripada serapan karbonil di
spektrum a pada bilangan gelombang 1535 cm-1 sehingga selulosa nata de coco
telah termodifikasi menjadi CMC. Spektrum c merupakan spektrum dari suspensi
CMC-AS yang telah tertaut silang oleh asam suksinat yang menunjukkan serapan
karboksil pada bilangan gelombang 1701 cm-1 dengan intensitas yang tinggi serta
vibrasi ulur –OH pada bilangan gelombang 3387 cm-1.
Derajat Substitusi, Kadar Air, dan pH Larutan CMC 1%
Struktur karboksimetil selulosa mempunyai kerangka dasar 1,4-β-Dglukopiranosa dari polimer selulosa. Setiap unit anhidroglukosa (C6H10O5) pada
struktur selulosa memiliki tiga gugus hidroksil (–OH) yang dapat diganti oleh
senyawa lain. Derajat Substitusi (DS) adalah jumlah rata-rata gugus per unit
anhidroglukosa yang disubstitusikan oleh gugus lain. Akibat dari masuknya
senyawa pengganti tersebut ke dalam rantai selulosa, maka susunan unit
anhidroglukosa berubah sehingga molekul air atau senyawa pelarut lain dapat
masuk ke dalam polimer selulosa sehingga nilai DS menentukan kelarutan CMC.
Penentuan jumlah asam monokloroasetat yang mampu menempel pada
permukaan selulosa dapat dilakukan dengan analisis semikuantitatif melalui DS
berdasarkan banyaknya jumlah gugus hidroksil yang tersubstitusi oleh asam
monokloroasetat terhadap selulosa dengan harapan jumlah, distribusi dan
penataan asam monoklorosetat yang menempel pada permukaan selulosa dapat
ditentukan.
Tabel 1 Perbandingan CMC sintetis dengan standar baku CMC berdasarkan SNI
06-3736-1995
CMC sintetis
Uraian
Mutu I
Mutu II
8.99
Kadar air (% maks)
10.00
12.50
0.24
Derajat substitusi
0.70 - 1.20
0.40 - 1.00
4.57
pH larutan CMC 1%
6.00 - 8.00
6.00 - 8.50
Berdasarkan Tabel 1 diperoleh rerata DS sebesar 0.24 dan belum memenuhi
standar baku SNI 06-3736-1995 dengan kisaran nilai DS antara 0.40–1.00 untuk
CMC mutu II. Nilai DS yang rendah ini sangat mempengaruhi sifat kelarutan,
kekentalan dan pH dari CMC yang telah disintesis karena semakin besar nilai
derajat substitusi maka kualitas CMC semakin baik dan kelarutan dalam air
semakin besar. Hal ini disebabkan oleh banyaknya gugus hidroksil (–OH) yang
tersubstitusi oleh asam monokloroasetat pada reaksi karboksimetilasi selulosa
sehingga mempengaruhi DS pada CMC sintetis yang tidak lebih baik jika
dibandingkan dengan CMC komersial.
Analisis kadar air dilakukan dengan metode langsung dengan
menghilangkan molekul air yang tertaut secara fisik maupun kimia dengan cara
pengeringan oven dan desikasi. Kadar air dapat diketahui berdasarkan bobot air
yang hilang. Analisis kadar air dan pH larutan CMC 1% dilakukan untuk

10
mengetahui sifat CMC yang telah disintesis. CMC bersifat higroskopis sehingga
dapat menyerap air dari udara. Jumlah air yang dapat diabsorbsi bergantung pada
kadar air CMC, kelembaban relatif, suhu, dan derajat substitusi. CMC dengan
derajat substitusi yang tinggi lebih efektif mengikat air (Nisa dan Putri 2014).
Berdasarkan data yang diperoleh pada Tabel 1, CMC sintetis memiliki
rerata kadar air sebesar 8.99 % dan telah memenuhi standar baku SNI 06-37361995 dengan kadar air maksimal 10% untuk CMC mutu I dan 12.50 % untuk
CMC mutu II. Namun hasil pengujian pH larutan CMC sintetis 1% seperti pada
Tabel 1 sebesar 4.57 masih jauh dari standar mutu II dengan kisaran pH 6.0 – 8.5.
Menurunnya pH dapat menurunkan viskositas karboksimetil selulosa akibat
polimernya yang bergulung (Aprilia 2009). Sifat asam pada CMC sintetis dapat
disebabkan oleh proses pencucian dan perebusan nata de coco yang belum
sempurna sehingga sisa asam asetat dari hasil pembuatan nata de coco masih ada.
Keberadaan Logam Oksida
Difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu
sampel dengan membandingkan intensitas puncak difraksi dan sudut 2θ dengan
data standar. Identifikasi keberadaan logam oksida yang diduga berupa ZnO dapat
dilakukan dengan membandingkan difraktogram sampel uji dengan difraktogram
referensi dalam database yang telah ditetapkan oleh Joint Committee on Powder
Difraction Standards (JCPDS) (Lampiran 6). Melalui pengujian ini diharapkan
hasil analisis memiliki difraktogram yang sama dengan referensi sehingga dapat
membuktikan keberadaan logam oksida yang terbentuk.

Intensitas

400
300
200

14.14
CMC-AS

27.57
ZnSO4 31.83
ZnSO4

45.59
ZnSO4

100

56.53
75.37
CMC-AS 66.24
CMC-AS CMC-AS

0
10

20

30

40

50

60

70

80

2θ

(a)
Intensitas

400
300
200

13.41
56.07

100

66.19

75.45

0
10

20

30

40

50

60

70

80

2θ

(b)
Gambar 4 Difraktogram dari (a) CMC-AS-ZnSO4 0.5%, dan (b) CMC-AS

11
Berdasarkan difraktogram yang diperoleh seperti pada Gambar 4, terdapat
banyak puncak serapan tajam yang mengindikasikan keberadaan logam dan juga
polimer dari CMC-AS. Hal tersebut ditandai dengan adanya puncak serapan
logam oksida pada sudut 2θ di posisi 27.57, 31.83, dan 45.59, sedangkan untuk
polimer CMC-AS terdeteksi pada sudut 2θ di posisi 14.14, 56.53, 66.24, dan
75.37. Jika dibandingkan dengan database JCPDS (Lampiran 6), maka ketiga
puncak serapan tersebut cenderung mendekati difraktogram ZnSO4 sehingga
logam oksida ZnO yang diharapkan belum terbentuk. Hal ini disebabkan oleh
proses pengeringan CMC-AS-ZnSO4 dengan suhu pemanasan yang rendah yaitu
55 ˚C, sedangkan logam oksida ZnO akan terbentuk dengan suhu pemanasan yang
tinggi yaitu 120 – 140 ˚C (Hashem et al. 2013).
Morfologi CMC-AS-ZnSO4
Morfologi permukaan CMC-AS-ZnSO4 dianalisis menggunakan Scanning
Electron Microscopy (SEM). Mikrofotograf yang dihasilkan menunjukkan bentuk
permukaan CMC-AS-ZnSO4, porositas serta banyaknya mikropori yang terbentuk
pada masing-masing perbesaran. Melalui mikrofotograf, bentuk permukaan CMCAS-ZnSO4 akan terlihat struktur fisik misalnya memiliki struktur berombak,
berpori, membentuk agregat, tidak beraturan, dan sebagainya. Porositas diketahui
berdasarkan mikropori yang terbentuk, mikropori inilah yang akan mempengaruhi
kemampuan pembengkakan dari hidrogel. Analisis morfologi CMC-AS-ZnSO4
dilakukan berdasarkan sampel yang menghasilkan kemampuan pembengkakan
tertinggi, yaitu dengan komposisi ZnSO4 0.5%.
a

b

c

d

e

f

Gambar 5 Mikrofotograf hidrogel CMC-AS-ZnSO4 0.5% pada (a) Perbesaran
100 kali, (b) Perbesaran 750 kali, (c) Perbesaran 1000 kali, (d)
Perbesaran 3500 kali, (e) Perbesaran 50 kali pada hidrogel CMC-AS
oleh Hashem et al. (2013), dan (f) Perbesaran 1000 kali pada hidrogel
CMC-AS-ZnO oleh Hashem et al. (2013)

12
Hasil mikrofotograf mengunakan SEM pada perbesaran 100 kali (Gambar
5a) terlihat bahwa morfologi CMC-AS-ZnSO4 membentuk serat-serat halus yang
homogen. Permukaan yang kasar pada CMC-AS-ZnSO4 terlihat pada perbesaran
750 dan 1000 kali (Gambar 5b dan 5c) yang membentuk guratan berongga. Pada
perbesaran 3500 kali (Gambar 5d) terlihat mikropori berupa titik hitam pada
CMC-AS-ZnSO4 yang berfungsi untuk menjerap air. Mikropori tersebut
merupakan tempat berinteraksi antara air dengan gugus hidrofilik (–OH, –COOH)
pada hidrogel yang mempengaruhi kemampuan pembengkakan karena dapat
meningkatkan luas permukaan kontak antara CMC-AS-ZnSO4 dengan air. Luas
permukaan kontak yang besar mengakibatkan tempat interaksi antara gugus
hidrofilik dengan air menjadi besar. Menurut Abidin et al. (2012), kapasitas
absorpsi hidrogel dapat dinaikkan dengan memperbesar luas kontak baik melalui
permukaan bergelombang maupun jumlah dan uk