Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap Karakteristik Bioplastik Dari Pati Umbi Talas Dengan Menggunakan Plasticizer Gliserol

PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI TALAS DENGAN MENGGUNAKAN

  PLASTICIZER GLISEROL SKRIPSI Oleh TONI PAHRI SIRAIT 100405014 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2015

PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN TERHADAP KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI TALAS DENGAN MENGGUNAKAN

  PLASTICIZER GLISEROL SKRIPSI Oleh TONI PAHRI SIRAIT 100405014 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2015

  

PRAKATA

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap Karakteristik Bioplastik Dari Pati Umbi Talas Dengan Menggunakan Plasticizer Gliserol

  ”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Bapak Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.

2. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc. dan Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc., selaku

  Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

  3. Bapak Dr.Eng.Ir. Irvan, MT., selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., selaku koordinator penelitian.

  5. Bapak Drs. Mimpin Ginting, M.S. dan Ibu Dr. Ir Elisa Julianti, M.Si., selaku dosen Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara yang telah bersedia meluangkan waktu untuk diskusi dan bimbingan sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

  Medan, September 2015 Penulis

  Toni Pahri Sirait

  

DEDIKASI

  “Janganlah hidup lagi sama seperti orang-orang yang tidak mengenal Allah dengan pikirannya yang sia-sia, sebab hal yang paling berbahaya dari manusia adalah pemikirannya” Penulis mendedikasikan skripsi ini untuk kedua orang tua penulis, Hotman Simon Sirait dan Palarita Siregar yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini kemudian untuk Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dan terkhusus untuk Nami Panindia yang selalu mendukung dan memotivasi saya hingga menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih untuk Shinta Megawati S, Torasman Sidabutar, Westryan Tindaon, Paulus Rob Sugandi, Rio Fransen Aruan, Bill Clinton Silitonga dan teman-teman seperjuangan angkatan 2010.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama: Toni Pahri Sirait NIM: 100405014 Tempat/tgl lahir: AFD-K Balimbingan, 15 Agustus 1992 Nama orang tua: Hotman Simon Sirait Alamat orang tua: Desa Tangga Batu, Kecamatan Hatonduhan, Kabupaten Simalungun Sumatera Utara.

  Asal sekolah  SD 095200 AFD-K Balimbingan tahun 1998 – 2004  SMP Negeri 1 Hatonduhan tahun 2004 – 2007  SMA Negeri 1 Tanah Jawa tahun 2007-2010 Beasiswa yang pernah diperoleh: Beasiswa BIDIK MISI USU tahun 2010-2014 Pengalaman organisasi/kerja:

  1. HIMATEK USU periode 2013-2014 sebagai anggota Bidang Bakat dan Minat

  3. Kerja Praktek di PT Utama Inti Hasil Kimia Industri (UTAKI) Deli Serdang tahun 2014 Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1.

  Prosiding Bali International Seminar on Science and Technology (BISSTECH) III 2015 dengan judul

  “The Effect of Gelatinization Profile for Mechanical Properties Of Bioplastics From Taro Starch (Colocasia

  Esculenta )- Chitosan With Glycerol Plasticizer

  ”

  

ABSTRAK

  Bioplastik merupakan salah satu jenis plastik yang terbuat dari bahan yang dapat diperbarui seperti pati, minyak nabati, dan lain-lain. Pati dari umbi talas (Colocasia

  esculenta) berpotensi sebagai bahan baku pembuatan bioplastik dengan

  menggunakan gliserol sebagai plastizicer dan kitosan sebagai penguat. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dan profil gelatinisasi pati umbi talas,

  sifat kekuatan tarik,

  mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan gliserol terhadap pemanjangan pada saat putus, penyerapan air dan profil gelatinisasi bioplastik dari pati talas. Pada penelitian ini menggunakan metode casting dalam pembuatan bioplastik dengan larutan pati 30 w/v. Selanjutnya dilakukan variasi penambahan gliserol (1 % v, 2 % v, dan 3 % v), variasi penambahan pengisi kitosan (1 w/v, 2 w/v, dan 3

  o o o

  w/v) dan varisai temperatur pemanasan larutan pati (65

  C, 70

  C, dan 75

  C). Hasil penelitian menunjukkan bahwa umbi talas dengan ukuran partikel 100 mesh memiliki kandungan pati 93,55 %, kadar air 6,5%, kadar abu 0,76%, amilosa 17,9 %, amilopektin 75,66 %, kadar protein 1,02%, kadar lemak 1,44%. Analisa sifat pasta dengan metode Rapid Visco Analyzer (RVA) menunjukkan pati talas

  o

  memiliki temperatur gelatinisasi 74,52 C dengan viskositas puncak 5953,5 cP,

  o

  sedangkan bioplastik pati talas memiliki temperatur gelatinisasi 76,67 C dengan viskositas puncak 3630 cP. Dari hasil analisa FT-IR diperoleh perubahan gugus fungsi O-H bioplastik pati talas dengan pengisi kitosan dan plasticizer gliserol pada

• 1

  bilangan gelombang 2360,87 cm , dari hasil analisa morfologi patahan bioplastik diperoleh bahwa penyebaran pengisi kitosan tidak merata dan masih terdapat beberapa fraksi kosong. Penambahan kitosan dan gliserol berpengaruh terhadap sifat kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus bioplastik yang dihasilkan. Seiring bertambahnya variasi kitosan maka nilai kekuatan tarik meningkat, seiring bertambahnya variasi gliserol maka nilai pemanjangan pada saat putus meningkat serta semakin mendekati temperatur gleatinisasi pada pemanasan larutan pati maka nilai kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus akan meningkat. Bioplastik

  o

  terbaik pada penelitian ini adalah bioplastik pada temperatur 75 C dengan komposisi larutan pati 30 w/v, gliserol 1 %v dan kitosan2 %w yang memiliki nilai kekuatan tarik 8,297 MPa dan nilai pemanjangan pada saat putus 45,846% .

  Kata kunci : pati, talas, bioplastik, gliserol, kitosan

  

ABSTRACT

Bioplastic is a plastic which made from renewable biomass sources, such as starch, vegetable oil, and etc. Taro starch (Colocasia esculenta) is a potential raw material for bioplastics by using glycerol as plasticizer and chitosan as a filler. The objective of this research was to investigate the characteristics and gelatinization profile of taro starch, to investigate the effect of adding chitosan and glycerol on mechanical properties such as tensile strength, elongation at break, water absorption and gelatinization profile of bioplastics from taro starch. On this research, casting method utilized to manufacture of bioplastics with starch solution 30 w/ v. Moreover, the variation added volume of glycerol (1% v, 2% v and 3% v), addition o of chitosan (1 w / v, 2 w / v, and 3 w / v) and pasting temperature variations (65

  C,

  o o

  70 C, and 75

  C). The results of experiments show that taro flour with particle size

  100 mesh have starch content 93.55%, water content 6.5%, ash content 0.76%, amylose content 17.9%, amylopectin content 75.66%, protein content 1.02% and fat content 1.44%. Analysis of pasta properties which is measured by Rapid Visco Analyzer (RVA) method, showed that taro starch has gelatinization temperature o

74.52 C with high peak viscosity 5953.5 cP and bioplastics from taro starch has

  o gelatinization temperature 76.67 C with peak viscosity 3630 cP. The addition of chitosan and glycerol affect the tensile strength and elongation at break of bioplastics. With increasing variation of chitosan, the value of tensile strength will be increase. Increasing variation of glycerol, elongation at break will increase and as closed as temperature gelatinization, when starch was heating the value of tensile strength and elongation at break will increase. The Best of bioplastic in this o reseach is at a temperature of 75 C with starch composition 30 w / v, adding of 1% v glycerol and 2 w/v chitosan which produces 8.297 MPa tensile strength and a value of elongation at break is 45,846%.

  Keywords: starch, taro, bioplastic, glycerol, chitosan

DAFTAR ISI

  Halaman PERNYATAAN KEASLIHAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii

  PRAKATA iii

  DEDIKASI iv

  RIWAYAT HIDUP PENULIS v

  ABSTRAK vi

  ABSTRACT vii

  DAFTAR ISI viii

  DAFTAR GAMBAR xii

  DAFTAR TABEL xvi

  DAFTAR LAMPIRAN xviii

  DAFTAR SINGKATAN xx

  DAFTAR SIMBOL xxi

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1.1 LATAR BELAKANG

  1

  1.2 PERUMUSAN MASALAH

  4

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  5

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  5

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  7

  2.1 BIOPLASTIK

  7

  2.2 PATI

  8

  2.3 GELATINISASI DAN RETROGRADASI

  10

  2.4 HIDROLISIS PATI

  12

  2.5 TALAS

  13

  2.6 KITOSAN

  17

  2.7 GLISEROL

  18

  2.8 PENGOLAHAN BIOPLASTIK

  20

  2.9 ANALISA KARAKTERISTIK HASIL PENELITIAN

  3.4.3 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan kitosan dan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan

  3.3.1 Prosedur Isolasi Pati Talas

  29

  3.3.2 Prosedur Pembuatan Bioplastik

  30

  3.4 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

  30

  3.4.1 Diagram Alir Isolasi Pati Talas

  30

  3.4.2 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan

  Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan

  32

  33

  3.3 PROSEDUR PENELITIAN

  3.5 PROSEDUR ANALISA KARAKTERISTIK PATI TALAS

  34

  3.6 PROSEDUR ANALISA SIFAT PASTING

  37

  3.7 PROSEDUR ANALISA SIFAT KEKUATAN TARIK

  38

  3.8 PROSEDUR ANALISA SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK)

  38

  3.9 UJI KETAHANAN AIR BIOPLASTIK

  39

  3.1 PROSEDUR ANALISA BIODEGRADASI

  39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  29

  29

  21

  25

  2.9.1 Analisa Karakteristik Pati

  21

  2.9.2 Analisa Sifat Pasting

  22

  2.9.3 Analisa Gugus Fungsi (FT-IR)

  23

  2.9.4 Analisa Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

  24

  2.9.5 Analisa Sifat Perpanjangan Saat Putus (Elongation At Break)

  24

  2.9.6 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)

  2.9.7 Uji Penyerapan Air (Water-Absorption)

  3.2.2 Bahan

  25

  2.9.8 Uji Biodegradasi

  26

  2.10 APLIKASI DAN KEGUNAAN BIOPLASTIK

  27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  28

  3.1 LOKASI PENELITIAN

  28

  3.2 ALAT DAN BAHAN

  28

  3.2.1 Alat

  28

  40

  4.1 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA PATI TALAS

  40

  4.1.1 Kadar Pati Talas

  41

  4.1.2 Kadar Air Pati Talas

  41

  4.1.3 Kadar Abu Pati Talas

  42

  4.1.4 Kadar Amilosa Pati Talas

  42

  4.1.5 Kadar Amilopektin Pati Talas

  42

  4.1.6 Kadar Protein Pati Talas

  43

  4.1.7 Kadar Lemak Pati Talas

  43

  4.2 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA PROFIL GELATINISASI

  44

  4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR

  50

  4.4 PENGARUH VARIASI PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER GLISEROL TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN

PLASTICIZER GLISEROL

  53

  4.5 PENGARUH

  VARIASI PEMANASAN LARUTAN PATI TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN PLASTICIZER GLISEROL

  54

  4.6 PENGARUH VARIASI PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER GLISEROL TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN

PLASTICIZER GLISEROL

  62

  4.7 PENGARUH

  VARIASI PEMANASAN LARUTAN PATI TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS BIOPLASTIK PATI TALAS DENGAN KITOSAN DAN GLISEROL

  63 PLASTICIZER

  4.8 KARAKTERISTIK SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPY) BIOPLASTIK

  64

  4.9 HASIL ANALISA KETAHANAN AIR BIOPLASTIK

  65

  4.10 HASIL UJI BIODEGRADASI BIOPLASTIK

  66 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  70

  5.1 KESIMPULAN

  70

  5.2 SARAN

  71 DAFTAR PUSTAKA

  72 LAMPIRAN

  79

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 1.1 Konsumsi Bioplastik Global Berdasarkan Bahan Dasar

  1 Gambar 2.1 Diagram Klasifikasi Plastik Biodegradabel

  7 Gambar 2.2 Struktur Amilosa

  8 Gambar 2.3 Struktur Amilopektin

  9 Gambar 2.4 Granula Pati

  11 Gambar 2.5 Struktur Kitosan

  17 Gambar 2.6 Struktur Gliserol

  19 Gambar 3.1 Diagram Alir Isolasi Pati Talas

  31 Gambar 3.2 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan

  Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan

  32 Gambar 3.3 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan Dan Plasticizer Gliserol

  33 Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik

  38 Gambar 4.1 Pati Talas (Colocasia esculenta)

  40 Gambar 4.2 Profil Gelatinisasi Pati Talas, Kitosan, Bioplastik Pati Talas

  44 Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan Serta Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

Gambar 4.3 Karakteristik Hasil Analiasa FT-IR Pati Talas, Kitosan,

  50 Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan Serta Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

Gambar 4.4 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer

  Gliserol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi

  o

  Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur 75 C

  53

Gambar 4.5 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pemanasan Larutan Pati

  62 Gambar 4.15 Hasil Analisa Morfologi patahan Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Pada di Perbesaran 1000x

  93 Gambar L3.4 Proses Pencetakan Dengan Alat Cetakan Akrilik

  93 Gambar L3.3 Proses Pembutan Bioplastik

  92 Gambar L3.2 Pelarutan Pengisi Kitosan

  86 Gambar L3.1 Persiapan Isolasi Pati Talas

  80 Gambar L1.3 Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  79 Gambar L1.2 Grafik Penimbangan Kadar Abu Pati Talas

  66 Gambar L1.1 Grafik Pengeringan Kadar Air Pati Talas

  65 Gambar 4.17 Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  63 Gambar 4.16 Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  61 Gambar 4.14 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pemanasan Larutan Pati Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur 75

  60 Gambar 4.13 Hasil Analisa Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  59 Gambar 4.12 Interaksi Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  58 Gambar 4.11 Interaksi Pati, Kitosan dan Asam Asetat

  57 Gambar 4.10 Reaksi Hidrolisis Pemutusan Rantai Amilopektin Pati

  56 Gambar 4.9 Interaksi Pencampuran Larutan Pati Dengan Larutan Kitosan

  56 Gambar 4.8 Interaksi Pelarutan Pati Dengan Air

  55 Gambar 4.7 Interaksi Pelarutan Kitosan Dengan Asam Asetat 2%

  54 Gambar 4.6 Reaksi Asam Basa Bronsted-Lowry

  C

  o

  94 Gambar L3.5 Alat UTM Gotech Al-7000M Grid Tensile

  94 Gambar L4.1 Hasil Analisa FT-IR Pati Talas

  95 Gambar L4.2 Hasil Analisa FT-IR Kitosan

  95 Gambar L4.3 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan

  96 Gambar L4.4 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan

  96 Gambar L4.5 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan

  Plasticizer Gliserol

  97 Gambar L4.6 Hasil Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Pada Daerah Patahan Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik Dengan Perbesaran 1000x

  98

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Bioplastik

  3 Table 2.1 Jenis Talas Yang Tumbuh di Indonesia

  14 Table 2.2 Kandungan Zat Gizi Pada Talas

  16 Tabel 2.3 Komposisi Karbohidrat pada Talas

  17 Tabel 3.1 Pembuatan Standar Amilosa

  35 Table 4.1 Standar Mutu Pati dan Hasil Karakteristik Pati Talas

  41 Table 4.2 Nilai Parameter Profil gelatinisasi

  45 Tabel 4.3 Karakteristik Hasil Analisa FT-IR Pati Talas, Kitosan, Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer Gliserol dan Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Gliserol Tanpa Pengisi Kitosan, Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  52 Tabel 4.4 Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan

  67 Plasticizer Gliserol Tabel L1.1 Data Hasil Analisa Kadar Air Pati Talas

  79 Tabel L1.2 Data Hasil Analisa Kadar Abu Pati Talas

  80 Tabel L1.3 Hasil Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer

  81 Gliserol Tabel L1.4 Data Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas

  Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur Variasi Pemanasan 65,

  o

  70 dan 75 C.

  84 Tabel L1.5 Data Hasil Analisa Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol Terhadap Variasi Pemanasan Larutan Pati Pada Temperatur

  o

  Variasi Pemanasan 65, 70 dan 75 C

  85 Tabel L1.6 Data Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  86 Tabel L1.7 Data Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Umbi Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Gliserol

  87