Pengaruh Penambahan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol terhadap Sifat Fisiko-Kimia Bioplastik dari Pati Biji Durian (Durio zibethinus)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
1.1 LATAR BELAKANG
Dalam kehidupan kita sehari-hari plastik digunakan hampir dimana pun untuk
berbagai tujuan karena plastik merupakan material yang murah, mudah tersedia,
tahan lama dan serbaguna [1]. Sekitar 265.000.000 ton plastik yang diproduksi
dan digunakan setiap tahun [2]. Namun bahan baku utama pembuat plastik yang
berasal dari minyak bumi keberadaannya semakin menipis dan tidak dapat
diperbaharui. Selain itu plastik tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami
oleh mikroba penghancur di dalam tanah. Hal ini mengakibatkan terjadinya
penumpukan limbah dan menjadi penyebab pencemaran dan kerusakan
lingkungan hidup [3]. Kelemahan lain dari plastik yang berbahaya bagi kesehatan
manusia adalah migrasi residu monomer vinil klorida sebagai unit penyusun
polivinilklorida (PVC) yang bersifat karsinogenik. Monomer-monomer tersebut
akan masuk ke dalam makanan dan selanjutnya akan masuk ke dalam tubuh orang
yang mengkonsumsinya. Penumpukan bahan kimia yang telah masuk ke dalam
tubuh ini tidak dapat larut dalam air sehingga tidak dapat dibuang keluar bersama
urin maupun feses. Penumpukan bahan-bahan inilah yang bisa menimbulkan
gangguan kesehatan bagi pemakainya dan bisa mengakibatkan kanker [4].
Tantangan lingkungan, ekonomi dan keamanan telah mendorong banyak ilmuwan
untuk mengganti sebagian polimer berbasis petrokimia dengan jenis lain yang
bersifat biodegradable, yaitu bioplastik [5]. Plastik jenis ini merupakan plastik
yang dapat diuraikan oleh jamur atau mikroorganisme di dalam tanah sehingga
akan mengurangi dampak negatif yang ditimbulkan oleh plastik sintetik [6].
Bioplastik merupakan plastik yang dapat diperbaharui karena senyawa-senyawa
penyusunnya berasal dari tanaman seperti pati, selulosa, dan lignin serta hewan
seperti kasein, protein dan lipid [7].
Pembuatan bioplastik bukan hal yang baru. Ditahun 1850-an, seorang ahli
kimia Inggris menciptakan plastik dari selulosa, turunan dari pulp kayu.
Kemudian pada awal abad ke-20, Henry ford bereksperimen dengan plastik
berbahan dasar kedelai sebagai alternatif untuk bahan bakar fosil untuk
1
Universitas Sumatera Utara
menyalakan berbagai mobil. Sejak itu plastik biodegradable mulai memicu minat,
terutama sejak krisis minyak dari tahun sembilan belas tujuh puluhan [5].
Beberapa penelitian terbaru telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik
dengan bahan baku pati. Darni, dkk., (2010) dari Indonesia melakukan penelitian
mengenai pengaruh konsentrasi plasticizer dan formulasi pati pisang dengan
kitosan terhadap kekuatan mekanik dan daya serap air dari bioplastik dengan
gliserol sebagai plasticizer (konsentrasi plasticizer pada 25%, 30%, dan 35%) [8].
Kemudian Wattanakornsiri, dkk., (2011) dari Thailand membuat bioplastik dari
pati jagung sebagai matriks dan diperkuat dengan pengisi serat mikroselulosa 08% (berat/berat serat untuk matriks) dan menggunakan plasticizer gliserol 30 %
(berat/berat gliserol dengan pati) [9]. Selanjutnya Zuraida, dkk., (2012) dari
Malaysia membuat bioplastik dari pati sagu dengan plasticizer gliserol dan
meneliti pengaruh asam sitrat (0-40% w/wt%) dan air (0-40% w/wt%) sebagai
aditif sekunder [10].
Pati adalah salah satu bahan utama pembuatan bioplastik. Berdasarkan fakta
dan kajian ilmiah yang ada, maka pati merupakan polisakarida paling melimpah
kedua setelah selulosa [11]. Salah satu yang dapat diambil patinya adalah biji
buah durian (Durio zibethinus). Biji durian segar mengandung air yang tinggi
(51,5%), pati (43,6%) dan protein (2,6%) [12]. Oleh karena kandungan patinya
yang cukup tinggi, biji durian berpotensi untuk dijadikan bahan baku pembuatan
bioplastik, mengingat selama ini biji durian belum banyak dimanfaatkan sehingga
kurang bernilai ekonomis.
Adapun plastik berbahan baku pati memiliki beberapa kelemahan. Bioplastik
ini kurang tahan terhadap air (kurang hidrofobik/bersifat hidrofilik) dan sifat
mekaniknya masih rendah (kekuatan tarik dan Modulus Young). Salah satu cara
untuk mengurangi sifat hidrofilik adalah dengan mencampur pati dengan
biopolimer lain yang bersifat hidrofobik, seperti selulosa, kitosan, dan protein.
Sedangkan untuk memperbaiki sifat mekaniknya (terutama sifat elastisitasnya),
dapat dilakukan dengan mencampur pati dengan plasticizer [13]. Platicizer sering
digunakan untuk memperbaiki sifat elastisitas dan mengurangi sifat barrier film
dari pati. Poliol seperti sorbitol dan gliserol adalah plasticizer yang cukup baik
2
Universitas Sumatera Utara
untuk mengurangi ikatan hidrogen internal sehingga akan meningkatkan jarak
intermolekul [14].
Berdasarkan uraian di atas, penulis tertarik melakukan penelitian tentang
pembuatan bioplastik berbahan dasar pati biji durian (Durio zibethinus)
menggunakan plasticizer sorbitol dengan penambahan kitosan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Adapun yang menjadi perumusan masalah untuk penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana karakteristik pati yang diisolasi dari biji durian, yaitu meliputi
kadar kadar pati (amilum), kadar amilosa, kadar amilopektin, kadar air, kadar
abu, kadar lemak, kadar protein, bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi,
dan profil gelatinisasi pati biji durian.
2.
Bagaimana pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap
sifat fisiko-kimia bioplastik dari pati biji durian (Durio zibethinus) yang
meliputi sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young,
ketahanan air, densitas, bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi, dan
profil gelatinisasi.
3.
Berapa temperatur pemanasan dan perbandingan antara jumlah pati, kitosan
dan sorbitol yang optimal untuk mendapatkan bioplastik dari pati biji durian
(Durio zibethinus) dengan karakteristik yang terbaik.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1.
Untuk mengetahui karakteristik pati yang diisolasi dari biji durian, yaitu
meliputi kadar kadar pati (amilum), kadar amilosa, kadar amilopektin, kadar
air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, bentuk morfologi permukaan,
gugus fungsi, dan profil gelatinisasi pati biji durian.
2.
Untuk mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol
terhadap sifat fisiko-kimia bioplastik dari pati biji durian (Durio zibethinus)
yang meliputi sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus
Young, ketahanan air, densitas, bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi,
dan profil gelatinisasi.
3
Universitas Sumatera Utara
3.
Untuk
menentukan
temperatur
pemanasan
larutan
bioplastik
dan
perbandingan antara jumlah pati, kitosan dan sorbitol yang optimal untuk
mendapatkan bioplastik dari pati biji durian (Durio zibethinus) dengan
karakteristik yang terbaik.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah :
1.
Memanfaatkan biji durian yang biasanya dibuang dan tidak memiliki nilai
ekonomis menjadi bahan baku pembuatan bioplastik yang ramah lingkungan.
2.
Mengurangi pemakaian minyak bumi yang keberadaannya semakin menipis
dan tidak dapat diperbaharui sebagai bahan baku pembuatan plastik
konvensional dengan menggantikan plastik konvensional dengan bioplastik.
3.
Memberikan informasi bagi penelitian selanjutnya mengenai pembuatan
bioplastik berbasis pati dari biji durian.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan
Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, Medan. Adapun bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu :
1.
Biji durian (Durio zibethinus), diperoleh dari pedagang durian di Jl. KH
Wahid Hasyim, Medan.
2.
Sorbitol (C6H14O6), diperoleh dari toko bahan kimia Rudang, Medan.
3.
Kitosan ((C6H11NO4)n), diperoleh dari toko bahan kimia Rudang, Medan.
4.
Asam asetat (CH3COOH), diperoleh dari toko bahan kimia Rudang, Medan.
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a.
b.
Variabel tetap :
1. Ukuran pati biji durian
= 100 mesh
[15]
2. Perbandingan kitosan : asam asetat 1%
= 3 : 130
(w/v)
Variabel berubah :
4
Universitas Sumatera Utara
1. Konsentrasi kitosan = 10%, 20% dan 30% (%w dari total massa pati dan
kitosan) [8]
2. Konsentrasi sorbitol = 20%, 30% dan 40% (%w dari total massa pati dan
kitosan) [8]
3. Temperatur pemanasan larutan bioplastik = 70oC ; 80oC dan 90oC
Maka formulasi bahan dalam pembuatan bioplastik untuk variasi
perbandingan pati dan kitosan adalah sebagai berikut :
Pati : Kitosan : Asam Asetat : Aquades = 7 g: 3 g: 130 ml : 60 ml
Pati : Kitosan : Asam Asetat : Aquades = 8 g : 2 g : 87 ml : 123 ml
Pati : Kitosan : Asam Asetat : Aquades = 9 g : 1 g: 43 ml : 187 ml
Analisa yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a.
Karakterisasi pati biji durian [8] meliputi :
Kadar pati (amilum)
Kadar amilosa
Kadar amilopektin
Kadar air
Kadar abu
Kadar lemak
Kadar protein
FTIR (Fourier Transform Infra Red)
SEM (Scanning Electron Microscopy)
RVA (Rapid Visco Analyzer)
b.
Karakterisasi film bioplastik ([6], [16]) meliputi:
Kekuatan tarik (Tensile Strength)
Pemanjangan pada saat putus (Elongation at break)
Modulus Young
Penyerapan air
Densitas
FT-IR (Fourier Transform Infra Red)
SEM (Scanning Electron Microscopy)
RVA (Rapid Visco Analyzer)
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
1.1 LATAR BELAKANG
Dalam kehidupan kita sehari-hari plastik digunakan hampir dimana pun untuk
berbagai tujuan karena plastik merupakan material yang murah, mudah tersedia,
tahan lama dan serbaguna [1]. Sekitar 265.000.000 ton plastik yang diproduksi
dan digunakan setiap tahun [2]. Namun bahan baku utama pembuat plastik yang
berasal dari minyak bumi keberadaannya semakin menipis dan tidak dapat
diperbaharui. Selain itu plastik tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami
oleh mikroba penghancur di dalam tanah. Hal ini mengakibatkan terjadinya
penumpukan limbah dan menjadi penyebab pencemaran dan kerusakan
lingkungan hidup [3]. Kelemahan lain dari plastik yang berbahaya bagi kesehatan
manusia adalah migrasi residu monomer vinil klorida sebagai unit penyusun
polivinilklorida (PVC) yang bersifat karsinogenik. Monomer-monomer tersebut
akan masuk ke dalam makanan dan selanjutnya akan masuk ke dalam tubuh orang
yang mengkonsumsinya. Penumpukan bahan kimia yang telah masuk ke dalam
tubuh ini tidak dapat larut dalam air sehingga tidak dapat dibuang keluar bersama
urin maupun feses. Penumpukan bahan-bahan inilah yang bisa menimbulkan
gangguan kesehatan bagi pemakainya dan bisa mengakibatkan kanker [4].
Tantangan lingkungan, ekonomi dan keamanan telah mendorong banyak ilmuwan
untuk mengganti sebagian polimer berbasis petrokimia dengan jenis lain yang
bersifat biodegradable, yaitu bioplastik [5]. Plastik jenis ini merupakan plastik
yang dapat diuraikan oleh jamur atau mikroorganisme di dalam tanah sehingga
akan mengurangi dampak negatif yang ditimbulkan oleh plastik sintetik [6].
Bioplastik merupakan plastik yang dapat diperbaharui karena senyawa-senyawa
penyusunnya berasal dari tanaman seperti pati, selulosa, dan lignin serta hewan
seperti kasein, protein dan lipid [7].
Pembuatan bioplastik bukan hal yang baru. Ditahun 1850-an, seorang ahli
kimia Inggris menciptakan plastik dari selulosa, turunan dari pulp kayu.
Kemudian pada awal abad ke-20, Henry ford bereksperimen dengan plastik
berbahan dasar kedelai sebagai alternatif untuk bahan bakar fosil untuk
1
Universitas Sumatera Utara
menyalakan berbagai mobil. Sejak itu plastik biodegradable mulai memicu minat,
terutama sejak krisis minyak dari tahun sembilan belas tujuh puluhan [5].
Beberapa penelitian terbaru telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik
dengan bahan baku pati. Darni, dkk., (2010) dari Indonesia melakukan penelitian
mengenai pengaruh konsentrasi plasticizer dan formulasi pati pisang dengan
kitosan terhadap kekuatan mekanik dan daya serap air dari bioplastik dengan
gliserol sebagai plasticizer (konsentrasi plasticizer pada 25%, 30%, dan 35%) [8].
Kemudian Wattanakornsiri, dkk., (2011) dari Thailand membuat bioplastik dari
pati jagung sebagai matriks dan diperkuat dengan pengisi serat mikroselulosa 08% (berat/berat serat untuk matriks) dan menggunakan plasticizer gliserol 30 %
(berat/berat gliserol dengan pati) [9]. Selanjutnya Zuraida, dkk., (2012) dari
Malaysia membuat bioplastik dari pati sagu dengan plasticizer gliserol dan
meneliti pengaruh asam sitrat (0-40% w/wt%) dan air (0-40% w/wt%) sebagai
aditif sekunder [10].
Pati adalah salah satu bahan utama pembuatan bioplastik. Berdasarkan fakta
dan kajian ilmiah yang ada, maka pati merupakan polisakarida paling melimpah
kedua setelah selulosa [11]. Salah satu yang dapat diambil patinya adalah biji
buah durian (Durio zibethinus). Biji durian segar mengandung air yang tinggi
(51,5%), pati (43,6%) dan protein (2,6%) [12]. Oleh karena kandungan patinya
yang cukup tinggi, biji durian berpotensi untuk dijadikan bahan baku pembuatan
bioplastik, mengingat selama ini biji durian belum banyak dimanfaatkan sehingga
kurang bernilai ekonomis.
Adapun plastik berbahan baku pati memiliki beberapa kelemahan. Bioplastik
ini kurang tahan terhadap air (kurang hidrofobik/bersifat hidrofilik) dan sifat
mekaniknya masih rendah (kekuatan tarik dan Modulus Young). Salah satu cara
untuk mengurangi sifat hidrofilik adalah dengan mencampur pati dengan
biopolimer lain yang bersifat hidrofobik, seperti selulosa, kitosan, dan protein.
Sedangkan untuk memperbaiki sifat mekaniknya (terutama sifat elastisitasnya),
dapat dilakukan dengan mencampur pati dengan plasticizer [13]. Platicizer sering
digunakan untuk memperbaiki sifat elastisitas dan mengurangi sifat barrier film
dari pati. Poliol seperti sorbitol dan gliserol adalah plasticizer yang cukup baik
2
Universitas Sumatera Utara
untuk mengurangi ikatan hidrogen internal sehingga akan meningkatkan jarak
intermolekul [14].
Berdasarkan uraian di atas, penulis tertarik melakukan penelitian tentang
pembuatan bioplastik berbahan dasar pati biji durian (Durio zibethinus)
menggunakan plasticizer sorbitol dengan penambahan kitosan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Adapun yang menjadi perumusan masalah untuk penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana karakteristik pati yang diisolasi dari biji durian, yaitu meliputi
kadar kadar pati (amilum), kadar amilosa, kadar amilopektin, kadar air, kadar
abu, kadar lemak, kadar protein, bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi,
dan profil gelatinisasi pati biji durian.
2.
Bagaimana pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap
sifat fisiko-kimia bioplastik dari pati biji durian (Durio zibethinus) yang
meliputi sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young,
ketahanan air, densitas, bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi, dan
profil gelatinisasi.
3.
Berapa temperatur pemanasan dan perbandingan antara jumlah pati, kitosan
dan sorbitol yang optimal untuk mendapatkan bioplastik dari pati biji durian
(Durio zibethinus) dengan karakteristik yang terbaik.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1.
Untuk mengetahui karakteristik pati yang diisolasi dari biji durian, yaitu
meliputi kadar kadar pati (amilum), kadar amilosa, kadar amilopektin, kadar
air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, bentuk morfologi permukaan,
gugus fungsi, dan profil gelatinisasi pati biji durian.
2.
Untuk mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol
terhadap sifat fisiko-kimia bioplastik dari pati biji durian (Durio zibethinus)
yang meliputi sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus
Young, ketahanan air, densitas, bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi,
dan profil gelatinisasi.
3
Universitas Sumatera Utara
3.
Untuk
menentukan
temperatur
pemanasan
larutan
bioplastik
dan
perbandingan antara jumlah pati, kitosan dan sorbitol yang optimal untuk
mendapatkan bioplastik dari pati biji durian (Durio zibethinus) dengan
karakteristik yang terbaik.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah :
1.
Memanfaatkan biji durian yang biasanya dibuang dan tidak memiliki nilai
ekonomis menjadi bahan baku pembuatan bioplastik yang ramah lingkungan.
2.
Mengurangi pemakaian minyak bumi yang keberadaannya semakin menipis
dan tidak dapat diperbaharui sebagai bahan baku pembuatan plastik
konvensional dengan menggantikan plastik konvensional dengan bioplastik.
3.
Memberikan informasi bagi penelitian selanjutnya mengenai pembuatan
bioplastik berbasis pati dari biji durian.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan
Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, Medan. Adapun bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu :
1.
Biji durian (Durio zibethinus), diperoleh dari pedagang durian di Jl. KH
Wahid Hasyim, Medan.
2.
Sorbitol (C6H14O6), diperoleh dari toko bahan kimia Rudang, Medan.
3.
Kitosan ((C6H11NO4)n), diperoleh dari toko bahan kimia Rudang, Medan.
4.
Asam asetat (CH3COOH), diperoleh dari toko bahan kimia Rudang, Medan.
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a.
b.
Variabel tetap :
1. Ukuran pati biji durian
= 100 mesh
[15]
2. Perbandingan kitosan : asam asetat 1%
= 3 : 130
(w/v)
Variabel berubah :
4
Universitas Sumatera Utara
1. Konsentrasi kitosan = 10%, 20% dan 30% (%w dari total massa pati dan
kitosan) [8]
2. Konsentrasi sorbitol = 20%, 30% dan 40% (%w dari total massa pati dan
kitosan) [8]
3. Temperatur pemanasan larutan bioplastik = 70oC ; 80oC dan 90oC
Maka formulasi bahan dalam pembuatan bioplastik untuk variasi
perbandingan pati dan kitosan adalah sebagai berikut :
Pati : Kitosan : Asam Asetat : Aquades = 7 g: 3 g: 130 ml : 60 ml
Pati : Kitosan : Asam Asetat : Aquades = 8 g : 2 g : 87 ml : 123 ml
Pati : Kitosan : Asam Asetat : Aquades = 9 g : 1 g: 43 ml : 187 ml
Analisa yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a.
Karakterisasi pati biji durian [8] meliputi :
Kadar pati (amilum)
Kadar amilosa
Kadar amilopektin
Kadar air
Kadar abu
Kadar lemak
Kadar protein
FTIR (Fourier Transform Infra Red)
SEM (Scanning Electron Microscopy)
RVA (Rapid Visco Analyzer)
b.
Karakterisasi film bioplastik ([6], [16]) meliputi:
Kekuatan tarik (Tensile Strength)
Pemanjangan pada saat putus (Elongation at break)
Modulus Young
Penyerapan air
Densitas
FT-IR (Fourier Transform Infra Red)
SEM (Scanning Electron Microscopy)
RVA (Rapid Visco Analyzer)
5
Universitas Sumatera Utara