Pemanfaatan Biji Nangka (Artocarpus Heterophyllus) pada Pembuatan Bioplastik Menggunakan Plasticizer Etilen Glikol dan Pengisi Kitosan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, plastik adalah bahan yang sangat banyak digunakan. Sifatnya yang
kuat dan sukar terurai membuat semua kegiatan manusia menggunakan plastik.
Produksi plastik sedang marak-maraknya terutama di Indonesia selama dua decade
terakhir. Hal ini membuat permasalahan baru bagi pencemaran lingkungan. Sifatnya
yang sulit untuk didegradasi menimbulkan dampak buruk bagi lingkungan. Sehingga
jika sampah
plastik
ditimbun
dalam
tempat
pembuangan
sampah
akhir
mengakibatkan penumpukan di lahan pembuangan sampah akhir dan pembakaran
plastik untuk mengurangi tumpukan sampah itu dapat menyebabkan polusi udara [1].
Adapun solusi sampah plastik dari bahan polimer sintesis ialah dengan
menggantikannya dengan bioplastik. Bahan yang digunakan untuk membuat
bioplastik ialah bahan organik yang mana sifatnya mudah terdegradasi. Selain dapat
mengurangi masalah pencemaran lingkungan, pemakaian plastik berbahan organik
dapat menghemat persedian sumber daya minyak bumi yang menjadi salah satu
bahan pembuat plastik sintesis [2]. Plastik berbahan organik dapat dibuat
menggunakan sumber pati [3]. Plastik berbahan dasar tepung pati (amilum) dan
polisakarida telah diproduksi oleh beberapa perusahaan dunia. Plastik starch-based
ini sering kali bersifat menyerap air sehingga semakin mudah didegradasi. Beberapa
plastik terdiri atas tepung pati saja, ada juga yang memadukan tepung pati dengan
komponen biodegradable lain. Plastik ini dibentuk dari bahan-bahan alam yang dapat
diperbaharui daripada dibuat dari bahan bakar fosil yang sulit diperbaharui [4].
Walaupun penggunaan berbagai bahan dengan kandungan pati yang tinggi telah
terbukti efektif dan menghasilkan plastik dengan kualitas yang diharapkan, namun
bahan-bahan alam tersebut ternyata merupakan bahan yang masih digunakan oleh
masyarakat luas sebagai salah satu makanan pokok pengganti nasi, misalnya kentang
dan singkong, sehingga perlu dicari suatu bahan yang mengandung pati tetapi tidak
berasal dari bahan pangan pokok. Dengan melihat perkembangan penelitian tentang
plastik biodegradable yang umumnya menggunakan bahan-bahan alam dengan
kandungan pati, maka akan diteliti formula biodegradable plastik yang bahan
utamanya adalah biji nangka [5]. Menurut Badan Pusat Statistik Republik Indonesia
Universitas Sumatera Utara
pada tahun 2013, produksi buah nangka mencapai 586.366 ton sedangkan angka
penjualan keluar negeri 17.690 kg [6]. Jumlah produksi buah nangka yang besar ini
dikarenakan setiap provinsi di Indonesia memiliki produksi buah nangka. Suatu
upaya perlu dilakukan untuk mengolah biji nangka menjadi produk yang memiliki
nilai ekonomis tinggi dan dapat membantu menyelesaikan masalah pencemaran
lingkungan akibat sampah plastik [7]. Dimana kandungan biji nangka meliputi
karbohidrat 36.7%, protein 4.2% dan lemak 0.1% [8]. Biji nangka dipilih sebagai
bahan pembuat plastik karena selain kandungan patinya yang cukup tinggi dan biji
nangka ini bukan termasuk bahan utama makanan pokok pengganti nasi [5].
Selain pati, bahan untuk pembuatan bioplastik ialah plasticizer. Jika dilihat dari
sifat mekaniknya, plasticizer berguna untuk meningkatkan fleksibilitas, keuletan,
perpanjangan dan kemampuan kerja bahan [9]. Plasticizer sendiri adalah bahan
organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan dengan maksud untuk
memperlemah kekakuan dari polimer, mengurangi kerapuhan, meningkatkan
fleksibilitas dan ketahanan film terutama jika disimpan pada suhu rendah [10].
Pada penelitian sebelumnya, sudah banyak penelitian mengenai pembuatan
bioplastik menggunakan pati biji nangka. Pada tahun 2012, Chrismaya dkk telah
meneliti tentang pembuatan biofilm dari pati biji nangka dengan aditif karaginan [11]
dan pada tahun 2013 Anggarini dkk membuat plastik dari biji nangka dengan
penambahan gliserol [5]. Dari penelitian keduanya dapat disimpulkan bahwa pati biji
nangka dapat dibuat sebagai bioplastik dan penambahan plasticizer mempengaruhi
tensile strength dan elongation at break akan meningkat [5][11]. Pada tahun 2014
Purbasari dkk juga melakukan penelitian mengenai pembuatan bioplastik dari tepung
dan pati biji nangka yang mana plastik dari pati biji nangka memiliki warna yang
lebih jernih serta tensile strength dan elongation at break relative lebih tinggi
dibandingkan bioplastik dari tepung biji nangka [12]. Sedangkan Rahmatunisa pada
tahun 2015, melakukan penelitian tentang penambahan plasticizer etilen glikol pada
biodegradable foam dari tapioka dan ampok jagung [13].
Berdasarkan penjelasan diatas, maka penulis tertarik melakukan penelitian
dengan judul “Pemanfaatan Biji Nangka (Artocarpus Heterophyllus) untuk
Pembuatan Bioplastik Menggunakan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol”.
Penelitian ini diharapkan mendapatkan bioplastik yang lebih berkualitas, terlebih
Universitas Sumatera Utara
secara fisik dan dapat meningkatkan nilai ekonomis dari biji nangka (Artocarpus
Heterophyllus).
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pembuatan bioplastik dari biji nangka dengan plasticizer etilen
glikol.
2. Bagaimana pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer etilen glikol
terhadap sifat fisikokimia bioplastik dari biji nangka meliputi densitas, sifat
kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young, morfologi
permukaan, gugus fungsi, penyerapan air dan temperatur gelatinisasi.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan daripada penelitian ini ialah:
1. Mengetahui pembuatan bioplastik dari biji nangka dengan plasticizer etilen
glikol
2. Mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer etilen glikol
terhadap sifat fisikokimia bioplastik dari biji nangka meliputi densitas, sifat
kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young, morfologi
permukaan, gugus fungsi, penyerapan air dan temperatur gelatinisasi.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Dapat mengetahui cara pembuatan bioplastik dari biji nangka dengan
plasticizer etilen glikol
2. Meningkatkan nilai ekonomis biji nangka sebagai bahan baku pembuatan
bioplastik
3. Mengurangi pemakaian minyak bumi sebagai bahan baku pembuatan plastik
dengan menggunakan bahan baku yang ramah lingkungan
1.5 Ruang Lingkup
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik, Laboratorium
Operasi Teknik Kimia,Laboratorium Penelitian, dan Laboratorium Penelitian Industri
Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Medan.
Penelitian ini memiliki ruang lingkup atau batasan sebagai berikut:
1.
Biji nangka (Artocarpus Heterophyllus) yang diperoleh dari penjual buah pasar
Padang Bulan Medan
2.
Massa pati biji nangka (Artocarpus Heterophyllus) dan kitosan = 10 gram [14]
3.
Katalis yang digunakan adalah Asam Asetat (CH3COOH) 1% = 50 ml [14]
4.
Ukuran pati biji nangka = 100 mesh [15]
5.
Perbandingan pati : aquadest (w/v) = 1 : 20 [14]
6.
Temperatur pemanasan larutan pati = 90 oC [5]
7.
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:
•
•
Perbandingan kitosan : pati (w/w) = 1 : 9; 2 : 8; dan 3 : 7 [14]
Konsentrasi Etilen Glikol (v/w)
= 0,20 ml/gram; 0,25 ml/gram; 0,30
ml/gram; 0,35 ml/gram dan 0,40 ml/gram [14]
8. Analisa hasil penelitian yaitu :
a. Karakterisasi Pati Biji Nangka, meliputi :
•
•
Kadar Pati
•
Kadar Amilopektin
•
Kadar Abu
•
Kadar Protein
•
Gugus Fungsi
•
Kadar Amilosa
•
Kadar Air
•
Kadar Lemak
•
Bentuk Morfologi Permukaan
Temperatur Gelatinisasi
b. Karakterisasi Bioplastik, meliputi :
•
•
•
Densitas (Density)
Sifat Kekuatan Tarik (Tensile strength)
Pemanjangan pada saat Putus (Elongation at break)
Universitas Sumatera Utara
•
•
Modulus Young
•
Gugus Fungsi
•
Bentuk Morfologi Permukaan
•
Penyerapan Air (Water Absorption)
Temperatur Gelatinisasi
Uji – uji yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
1. Uji Kadar Air dan Kadar Abu dengan standar AOAC.
2. Uji Kadar Pati, Kadar Amilosa dan Kadar Amilopektin standar SNI-01-28911992.
3. Uji Kadar Protein, Kadar Lemak dengan standar SNI-01-2891-1992.
4. Uji Densitas (Density) dengan standar ASTM D792-91, 1991
5. Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength), Pemanjangan pada saat Putus
(Elongation at break), Modulus Young dengan standar ASTM D-638.
6. Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM).
7. Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR).
8. Uji Penyerapan Air dengan standar ASTM D570-98, 2005.
Analisis Pasting Temperature dengan Rapid Viscosity Analyzer (RVA).
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, plastik adalah bahan yang sangat banyak digunakan. Sifatnya yang
kuat dan sukar terurai membuat semua kegiatan manusia menggunakan plastik.
Produksi plastik sedang marak-maraknya terutama di Indonesia selama dua decade
terakhir. Hal ini membuat permasalahan baru bagi pencemaran lingkungan. Sifatnya
yang sulit untuk didegradasi menimbulkan dampak buruk bagi lingkungan. Sehingga
jika sampah
plastik
ditimbun
dalam
tempat
pembuangan
sampah
akhir
mengakibatkan penumpukan di lahan pembuangan sampah akhir dan pembakaran
plastik untuk mengurangi tumpukan sampah itu dapat menyebabkan polusi udara [1].
Adapun solusi sampah plastik dari bahan polimer sintesis ialah dengan
menggantikannya dengan bioplastik. Bahan yang digunakan untuk membuat
bioplastik ialah bahan organik yang mana sifatnya mudah terdegradasi. Selain dapat
mengurangi masalah pencemaran lingkungan, pemakaian plastik berbahan organik
dapat menghemat persedian sumber daya minyak bumi yang menjadi salah satu
bahan pembuat plastik sintesis [2]. Plastik berbahan organik dapat dibuat
menggunakan sumber pati [3]. Plastik berbahan dasar tepung pati (amilum) dan
polisakarida telah diproduksi oleh beberapa perusahaan dunia. Plastik starch-based
ini sering kali bersifat menyerap air sehingga semakin mudah didegradasi. Beberapa
plastik terdiri atas tepung pati saja, ada juga yang memadukan tepung pati dengan
komponen biodegradable lain. Plastik ini dibentuk dari bahan-bahan alam yang dapat
diperbaharui daripada dibuat dari bahan bakar fosil yang sulit diperbaharui [4].
Walaupun penggunaan berbagai bahan dengan kandungan pati yang tinggi telah
terbukti efektif dan menghasilkan plastik dengan kualitas yang diharapkan, namun
bahan-bahan alam tersebut ternyata merupakan bahan yang masih digunakan oleh
masyarakat luas sebagai salah satu makanan pokok pengganti nasi, misalnya kentang
dan singkong, sehingga perlu dicari suatu bahan yang mengandung pati tetapi tidak
berasal dari bahan pangan pokok. Dengan melihat perkembangan penelitian tentang
plastik biodegradable yang umumnya menggunakan bahan-bahan alam dengan
kandungan pati, maka akan diteliti formula biodegradable plastik yang bahan
utamanya adalah biji nangka [5]. Menurut Badan Pusat Statistik Republik Indonesia
Universitas Sumatera Utara
pada tahun 2013, produksi buah nangka mencapai 586.366 ton sedangkan angka
penjualan keluar negeri 17.690 kg [6]. Jumlah produksi buah nangka yang besar ini
dikarenakan setiap provinsi di Indonesia memiliki produksi buah nangka. Suatu
upaya perlu dilakukan untuk mengolah biji nangka menjadi produk yang memiliki
nilai ekonomis tinggi dan dapat membantu menyelesaikan masalah pencemaran
lingkungan akibat sampah plastik [7]. Dimana kandungan biji nangka meliputi
karbohidrat 36.7%, protein 4.2% dan lemak 0.1% [8]. Biji nangka dipilih sebagai
bahan pembuat plastik karena selain kandungan patinya yang cukup tinggi dan biji
nangka ini bukan termasuk bahan utama makanan pokok pengganti nasi [5].
Selain pati, bahan untuk pembuatan bioplastik ialah plasticizer. Jika dilihat dari
sifat mekaniknya, plasticizer berguna untuk meningkatkan fleksibilitas, keuletan,
perpanjangan dan kemampuan kerja bahan [9]. Plasticizer sendiri adalah bahan
organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan dengan maksud untuk
memperlemah kekakuan dari polimer, mengurangi kerapuhan, meningkatkan
fleksibilitas dan ketahanan film terutama jika disimpan pada suhu rendah [10].
Pada penelitian sebelumnya, sudah banyak penelitian mengenai pembuatan
bioplastik menggunakan pati biji nangka. Pada tahun 2012, Chrismaya dkk telah
meneliti tentang pembuatan biofilm dari pati biji nangka dengan aditif karaginan [11]
dan pada tahun 2013 Anggarini dkk membuat plastik dari biji nangka dengan
penambahan gliserol [5]. Dari penelitian keduanya dapat disimpulkan bahwa pati biji
nangka dapat dibuat sebagai bioplastik dan penambahan plasticizer mempengaruhi
tensile strength dan elongation at break akan meningkat [5][11]. Pada tahun 2014
Purbasari dkk juga melakukan penelitian mengenai pembuatan bioplastik dari tepung
dan pati biji nangka yang mana plastik dari pati biji nangka memiliki warna yang
lebih jernih serta tensile strength dan elongation at break relative lebih tinggi
dibandingkan bioplastik dari tepung biji nangka [12]. Sedangkan Rahmatunisa pada
tahun 2015, melakukan penelitian tentang penambahan plasticizer etilen glikol pada
biodegradable foam dari tapioka dan ampok jagung [13].
Berdasarkan penjelasan diatas, maka penulis tertarik melakukan penelitian
dengan judul “Pemanfaatan Biji Nangka (Artocarpus Heterophyllus) untuk
Pembuatan Bioplastik Menggunakan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol”.
Penelitian ini diharapkan mendapatkan bioplastik yang lebih berkualitas, terlebih
Universitas Sumatera Utara
secara fisik dan dapat meningkatkan nilai ekonomis dari biji nangka (Artocarpus
Heterophyllus).
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pembuatan bioplastik dari biji nangka dengan plasticizer etilen
glikol.
2. Bagaimana pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer etilen glikol
terhadap sifat fisikokimia bioplastik dari biji nangka meliputi densitas, sifat
kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young, morfologi
permukaan, gugus fungsi, penyerapan air dan temperatur gelatinisasi.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan daripada penelitian ini ialah:
1. Mengetahui pembuatan bioplastik dari biji nangka dengan plasticizer etilen
glikol
2. Mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer etilen glikol
terhadap sifat fisikokimia bioplastik dari biji nangka meliputi densitas, sifat
kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young, morfologi
permukaan, gugus fungsi, penyerapan air dan temperatur gelatinisasi.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Dapat mengetahui cara pembuatan bioplastik dari biji nangka dengan
plasticizer etilen glikol
2. Meningkatkan nilai ekonomis biji nangka sebagai bahan baku pembuatan
bioplastik
3. Mengurangi pemakaian minyak bumi sebagai bahan baku pembuatan plastik
dengan menggunakan bahan baku yang ramah lingkungan
1.5 Ruang Lingkup
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik, Laboratorium
Operasi Teknik Kimia,Laboratorium Penelitian, dan Laboratorium Penelitian Industri
Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Medan.
Penelitian ini memiliki ruang lingkup atau batasan sebagai berikut:
1.
Biji nangka (Artocarpus Heterophyllus) yang diperoleh dari penjual buah pasar
Padang Bulan Medan
2.
Massa pati biji nangka (Artocarpus Heterophyllus) dan kitosan = 10 gram [14]
3.
Katalis yang digunakan adalah Asam Asetat (CH3COOH) 1% = 50 ml [14]
4.
Ukuran pati biji nangka = 100 mesh [15]
5.
Perbandingan pati : aquadest (w/v) = 1 : 20 [14]
6.
Temperatur pemanasan larutan pati = 90 oC [5]
7.
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:
•
•
Perbandingan kitosan : pati (w/w) = 1 : 9; 2 : 8; dan 3 : 7 [14]
Konsentrasi Etilen Glikol (v/w)
= 0,20 ml/gram; 0,25 ml/gram; 0,30
ml/gram; 0,35 ml/gram dan 0,40 ml/gram [14]
8. Analisa hasil penelitian yaitu :
a. Karakterisasi Pati Biji Nangka, meliputi :
•
•
Kadar Pati
•
Kadar Amilopektin
•
Kadar Abu
•
Kadar Protein
•
Gugus Fungsi
•
Kadar Amilosa
•
Kadar Air
•
Kadar Lemak
•
Bentuk Morfologi Permukaan
Temperatur Gelatinisasi
b. Karakterisasi Bioplastik, meliputi :
•
•
•
Densitas (Density)
Sifat Kekuatan Tarik (Tensile strength)
Pemanjangan pada saat Putus (Elongation at break)
Universitas Sumatera Utara
•
•
Modulus Young
•
Gugus Fungsi
•
Bentuk Morfologi Permukaan
•
Penyerapan Air (Water Absorption)
Temperatur Gelatinisasi
Uji – uji yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
1. Uji Kadar Air dan Kadar Abu dengan standar AOAC.
2. Uji Kadar Pati, Kadar Amilosa dan Kadar Amilopektin standar SNI-01-28911992.
3. Uji Kadar Protein, Kadar Lemak dengan standar SNI-01-2891-1992.
4. Uji Densitas (Density) dengan standar ASTM D792-91, 1991
5. Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength), Pemanjangan pada saat Putus
(Elongation at break), Modulus Young dengan standar ASTM D-638.
6. Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM).
7. Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR).
8. Uji Penyerapan Air dengan standar ASTM D570-98, 2005.
Analisis Pasting Temperature dengan Rapid Viscosity Analyzer (RVA).
Universitas Sumatera Utara