Pembuatan Hidrogel Berbasis Selulosa Dari Tongkol Jagung (Zea Mays L) Dengan Metode Ikat Silang
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Selulosa merupakan bahan atau materi yang sangat berlimpah di bumi ini.
Selulosa yang dihasilkan digunakan untuk membuat perabot kayu, tekstil, kertas,
kapas serap, dan juga dalam berbagai bidang seperti kedokteran, obat-obatan,
kosmetik dan lain-lain (Felasih, 2010). Diantara polimer alam, selulosa
merupakan unit ulang→4)
(1
−β−glukopironase yang membentuk struktur
berserat dengan kristalinitas yang tinggi yaitu bahan utama untuk polimer hidrogel
biodegradable karena merupakan biopolimer yang paling berlimpah di bumi
(Senna, 2014).
Selulosa banyak ditemukan di alam yang merupakan konstituen utama
dari dinding sel tumbuh-tumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam
kayu (Stevens, 2007). Penggunaan selulosa terbatas karena selulosa tidak dapat
dibentuk
dengan mudah
ke dalam bentuk yang diinginkan dan tidak bisa
dilarutkan dalam bahan pelarut yang lebih murah dan lebih umum. Selulosa
mengandung struktur spesifik yang cenderung menyusun rantai polimer menjadi
padat, struktur yang sangat kristal yang tidak
larut air dan tahan terhadap
depolimerisasi (Gan, 2014). Sebagai bahan biologis baru, hidrogel berbasis
selulosa telah berkembang pesat dalam dekade terakhir (Zhang, 2014).
Sejak pembuatan hidrogel sintetik pertama kali oleh Wichterle dan Lim
pada tahun 1954, perkembangan teknologi hidrogel semakin berkembang (Lim,
1960). Hidrofilik gel biasanya disebut sebagai hidrogel merupakan jaringan rantai
polimer yang sebagai gel koloid dimana air adalah media dispersinya, atau
definisi lain menyebutkan hidrogel merupakan bahan polimer yang menunjukkan
kemampuan mengembang (swelling) dan mempertahankan sebagian besar air
dalam strukturnya, tapi tidak larut dalam air (Ahmed, 2013). Karena sifatnya yang
dapat menyerap air, hidrogel menjadi material yang menarik dan memiliki
aplikasi yang beragam seperti penggunaan kontak lensa, rekayasa jaringan, sistem
pengantar obat, dan organ buatan (Chen, 2009).
Pada sistem pengantar obat, hal yang diharapkan dalam pengeluaran obat
yaitu kesesuaian kebutuhan dari pasien pada waktu dan tempat yang tepat. Hal ini
yang membuat ketertarikan pada pengembangan sistem pengantar obat terkontrol
(Cao, 2004). Hidrogel telah banyak digunakan sebagai perangkat penahan air,
terutama pada bidang produk kebersihan pribadi, farmasi pertanian, biomedis, dan
katalisis (Astrini, 2012).
Jagung adalah salah satu jenis tanaman pangan yang tersebar secara
merata diseluruh dunia. Di Indonesia, jagung merupakan salah satu komoditas
utama kedua setelah beras (Widaningrum, 2010). Tongkol jagung merupakan
limbah tanaman yang setelah diambil bijinya. Tongkol jagung tersebut umumnya
dibuang begitu saja, sehingga hanya akan meningkatkan jumlah sampah. Pada
tongkol jagung diperkirakan mengandung pentosan 30-32%. Selama ini limbah
tongkol jagunghanya dimanfaatkan untuk pakan ternak danbahan bakar. Padahal
limbah tersebut dapat ditingkatkan kualitasnya menjadi suatu bahan baku kimia
yang penting (Hidajati, 2006).
Glutaraldehid merupakan bahan yang dapat mengikat silang pati, dekstran,
kitosan, polivinil alkohol dan selulosa. Glutaraldehid hadir sebagai hidrat dalam
larutan air dan memiliki kemampuan untuk meningkatkan ikat silang pada
selulosa. Misalnya, asetal dari glutaraldehid dan selulosa memiliki resistensi yang
tinggi terhadap hidrolisis karena strukturnya yang siklik. Glutaraldehid
membentuk
monohidrat
siklik
yang
beranggotakan
enam
cincin
(2,6-
dihidroksitetrahydropyran) yang mudah membentuk hidrat (Rozas, 2011).
Kaco (2014) telah meneliti tentang hidrogel selulosa dari kenaf yang
dipreparasi dengan menggunakan metode pra-pendinginan. Zhang, 2014 telah
meneliti tentang pembuatan hidrogel selulosa dipreparasi dari serat selulosa
bambu berukuran mikron. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa
untuk mengubah keadaan polimer sehingga tak dapat larut dalam air, rantai-rantai
harus tersambung silang. Akan tetapi, kemampuan polimer untuk mengembang
(swelling) turun selagi derajat sambung-silang meningkat.Untuk itu, yang
diharapkan bahwa setiap rantai sepanjang mungkin dan tersambung-silang hanya
dibeberapa tempat (Salim, 2009).
Dari uraian diatas, penulis bermaksud untuk membuat hidrogel berbasis
selulosa dari tongkol jagung dengan menggunakan metode ikat silang yang akan
diuji gugus fungsi, morfologi, rasio swelling, dan derajat ikat silang (degree of
crosslinking).
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah:
1.
Bagaimana tahapan dalam mengisolasi α-selulosa dari tongkol jagung.
2.
Bagaimana cara memproduksi hidrogel selulosa dari larutan α-selulosa.
3.
Bagaimana karakterisasi hidrogel dari tongkol jagung, meliputi analisa
gugus fungsi dengan menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR),
sifat morfologi dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy
(SEM), analisa rasio swelling, dan derajat ikat silang (degree of
crosslinking) .
1.3
Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini, permasalahan dibatasi pada:
1.
Tongkol Jagung yang digunakan dalam penelitian ini adalah tongkol
jagung mentah yang berasal dari kebun jagung di daerah Pasar 1
Padang Bulan Medan, Kecamatan Medan Baru.
2.
Hidrogel diperoleh dari hasil campuran larutan α-selulosa dengan
menggunakan agen pengikat silang glutaraldehid.
3.
Karakterisasi
hidrogel
yang
dihasilkan
menggunakan
fourier
transform infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), rasio
swelling, dan derajat ikat silang (degree of crosslinking).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
Untuk mengetahui tahapan dalam mengisolasi α-selulosa dari tongkol
jagung.
2.
Untuk mengetahui bagaimana hasil hidrogel yang diperoleh.
3.
Untuk mengetahui bagaimana hasil karakterisasi hidrogel dari tongkol
jagung.
1.5
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
Untuk dapat mengolah tongkol jagung menjadi produk yang lebih bermanfaat dan
bernilai jual tinggi dan dapat memberikan informasi mengenai cara pembuatan
hidrogel yang merupakan material yang dapat digunakan untuk penyerapan
(absorb) air.
1.6
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar FMIPA USU Medan,
Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM, Laboratorium Terpadu FMIPA USU
Medan, dan Laboratorium Penelitian Farmasi USU Medan.
1.7
Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental labotarorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan beberapa tahapan, yaitu:
a. Tahap persiapan serbuk tongkol jagung.
b. Tahap isolasi α-selulosa dari serbuk tongkol jagung kemudian
dikarakterisasi dengan FTIR.
c. Tahap pembuatan hidrogel dari larutan α-selulosa dengan agen pengikat
silang glutaraldehid.
d. Tahap karakterisasi hidrogel, yaitu: analisa gugus fungsi dengan FTIR,
analisa morfologi dengan SEM,analisa rasio swelling, dan derajat ikat
silang (degree of crosslinking).
Variabel yang digunakan adalah :
a. Variabel tetap
Suhu (oC)
Waktu (menit)
b. Variabel terikat
Analisa gugus fungsi dengan FTIR
Analisa morfologi dengan SEM
Analisa rasio swelling
Analisa derajat ikat silang (degree of crosslinking)
c. Variabel bebas
Volume glutaraldehid 1 ml; 1,5 ml; 2 ml; dan 2,5 ml.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Selulosa merupakan bahan atau materi yang sangat berlimpah di bumi ini.
Selulosa yang dihasilkan digunakan untuk membuat perabot kayu, tekstil, kertas,
kapas serap, dan juga dalam berbagai bidang seperti kedokteran, obat-obatan,
kosmetik dan lain-lain (Felasih, 2010). Diantara polimer alam, selulosa
merupakan unit ulang→4)
(1
−β−glukopironase yang membentuk struktur
berserat dengan kristalinitas yang tinggi yaitu bahan utama untuk polimer hidrogel
biodegradable karena merupakan biopolimer yang paling berlimpah di bumi
(Senna, 2014).
Selulosa banyak ditemukan di alam yang merupakan konstituen utama
dari dinding sel tumbuh-tumbuhan dan rata-rata menduduki sekitar 50% dalam
kayu (Stevens, 2007). Penggunaan selulosa terbatas karena selulosa tidak dapat
dibentuk
dengan mudah
ke dalam bentuk yang diinginkan dan tidak bisa
dilarutkan dalam bahan pelarut yang lebih murah dan lebih umum. Selulosa
mengandung struktur spesifik yang cenderung menyusun rantai polimer menjadi
padat, struktur yang sangat kristal yang tidak
larut air dan tahan terhadap
depolimerisasi (Gan, 2014). Sebagai bahan biologis baru, hidrogel berbasis
selulosa telah berkembang pesat dalam dekade terakhir (Zhang, 2014).
Sejak pembuatan hidrogel sintetik pertama kali oleh Wichterle dan Lim
pada tahun 1954, perkembangan teknologi hidrogel semakin berkembang (Lim,
1960). Hidrofilik gel biasanya disebut sebagai hidrogel merupakan jaringan rantai
polimer yang sebagai gel koloid dimana air adalah media dispersinya, atau
definisi lain menyebutkan hidrogel merupakan bahan polimer yang menunjukkan
kemampuan mengembang (swelling) dan mempertahankan sebagian besar air
dalam strukturnya, tapi tidak larut dalam air (Ahmed, 2013). Karena sifatnya yang
dapat menyerap air, hidrogel menjadi material yang menarik dan memiliki
aplikasi yang beragam seperti penggunaan kontak lensa, rekayasa jaringan, sistem
pengantar obat, dan organ buatan (Chen, 2009).
Pada sistem pengantar obat, hal yang diharapkan dalam pengeluaran obat
yaitu kesesuaian kebutuhan dari pasien pada waktu dan tempat yang tepat. Hal ini
yang membuat ketertarikan pada pengembangan sistem pengantar obat terkontrol
(Cao, 2004). Hidrogel telah banyak digunakan sebagai perangkat penahan air,
terutama pada bidang produk kebersihan pribadi, farmasi pertanian, biomedis, dan
katalisis (Astrini, 2012).
Jagung adalah salah satu jenis tanaman pangan yang tersebar secara
merata diseluruh dunia. Di Indonesia, jagung merupakan salah satu komoditas
utama kedua setelah beras (Widaningrum, 2010). Tongkol jagung merupakan
limbah tanaman yang setelah diambil bijinya. Tongkol jagung tersebut umumnya
dibuang begitu saja, sehingga hanya akan meningkatkan jumlah sampah. Pada
tongkol jagung diperkirakan mengandung pentosan 30-32%. Selama ini limbah
tongkol jagunghanya dimanfaatkan untuk pakan ternak danbahan bakar. Padahal
limbah tersebut dapat ditingkatkan kualitasnya menjadi suatu bahan baku kimia
yang penting (Hidajati, 2006).
Glutaraldehid merupakan bahan yang dapat mengikat silang pati, dekstran,
kitosan, polivinil alkohol dan selulosa. Glutaraldehid hadir sebagai hidrat dalam
larutan air dan memiliki kemampuan untuk meningkatkan ikat silang pada
selulosa. Misalnya, asetal dari glutaraldehid dan selulosa memiliki resistensi yang
tinggi terhadap hidrolisis karena strukturnya yang siklik. Glutaraldehid
membentuk
monohidrat
siklik
yang
beranggotakan
enam
cincin
(2,6-
dihidroksitetrahydropyran) yang mudah membentuk hidrat (Rozas, 2011).
Kaco (2014) telah meneliti tentang hidrogel selulosa dari kenaf yang
dipreparasi dengan menggunakan metode pra-pendinginan. Zhang, 2014 telah
meneliti tentang pembuatan hidrogel selulosa dipreparasi dari serat selulosa
bambu berukuran mikron. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa
untuk mengubah keadaan polimer sehingga tak dapat larut dalam air, rantai-rantai
harus tersambung silang. Akan tetapi, kemampuan polimer untuk mengembang
(swelling) turun selagi derajat sambung-silang meningkat.Untuk itu, yang
diharapkan bahwa setiap rantai sepanjang mungkin dan tersambung-silang hanya
dibeberapa tempat (Salim, 2009).
Dari uraian diatas, penulis bermaksud untuk membuat hidrogel berbasis
selulosa dari tongkol jagung dengan menggunakan metode ikat silang yang akan
diuji gugus fungsi, morfologi, rasio swelling, dan derajat ikat silang (degree of
crosslinking).
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah:
1.
Bagaimana tahapan dalam mengisolasi α-selulosa dari tongkol jagung.
2.
Bagaimana cara memproduksi hidrogel selulosa dari larutan α-selulosa.
3.
Bagaimana karakterisasi hidrogel dari tongkol jagung, meliputi analisa
gugus fungsi dengan menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR),
sifat morfologi dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy
(SEM), analisa rasio swelling, dan derajat ikat silang (degree of
crosslinking) .
1.3
Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini, permasalahan dibatasi pada:
1.
Tongkol Jagung yang digunakan dalam penelitian ini adalah tongkol
jagung mentah yang berasal dari kebun jagung di daerah Pasar 1
Padang Bulan Medan, Kecamatan Medan Baru.
2.
Hidrogel diperoleh dari hasil campuran larutan α-selulosa dengan
menggunakan agen pengikat silang glutaraldehid.
3.
Karakterisasi
hidrogel
yang
dihasilkan
menggunakan
fourier
transform infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), rasio
swelling, dan derajat ikat silang (degree of crosslinking).
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
Untuk mengetahui tahapan dalam mengisolasi α-selulosa dari tongkol
jagung.
2.
Untuk mengetahui bagaimana hasil hidrogel yang diperoleh.
3.
Untuk mengetahui bagaimana hasil karakterisasi hidrogel dari tongkol
jagung.
1.5
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
Untuk dapat mengolah tongkol jagung menjadi produk yang lebih bermanfaat dan
bernilai jual tinggi dan dapat memberikan informasi mengenai cara pembuatan
hidrogel yang merupakan material yang dapat digunakan untuk penyerapan
(absorb) air.
1.6
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar FMIPA USU Medan,
Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM, Laboratorium Terpadu FMIPA USU
Medan, dan Laboratorium Penelitian Farmasi USU Medan.
1.7
Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental labotarorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan beberapa tahapan, yaitu:
a. Tahap persiapan serbuk tongkol jagung.
b. Tahap isolasi α-selulosa dari serbuk tongkol jagung kemudian
dikarakterisasi dengan FTIR.
c. Tahap pembuatan hidrogel dari larutan α-selulosa dengan agen pengikat
silang glutaraldehid.
d. Tahap karakterisasi hidrogel, yaitu: analisa gugus fungsi dengan FTIR,
analisa morfologi dengan SEM,analisa rasio swelling, dan derajat ikat
silang (degree of crosslinking).
Variabel yang digunakan adalah :
a. Variabel tetap
Suhu (oC)
Waktu (menit)
b. Variabel terikat
Analisa gugus fungsi dengan FTIR
Analisa morfologi dengan SEM
Analisa rasio swelling
Analisa derajat ikat silang (degree of crosslinking)
c. Variabel bebas
Volume glutaraldehid 1 ml; 1,5 ml; 2 ml; dan 2,5 ml.