Sintesis dan Karakterisasi Film Galaktomanan Ikat Silang Glutaraldehida Melalui Reaksi Kondensasi dari Galaktomanan Kolang-Kaling (Arenga pinnata)

19

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Kolang-kaling

Aren termasuk suku arecaceae (pinang-pinangan) merupakan tumbuhan biji
tertutup (angiospermae) yaitu biji buahnya terbungkus daging buah. Tanaman aren
banyak terdapat mulai dari pantai timur India sampai ke Asia Tenggara. Di
Indonesia tanaman ini banyak terdapat hampir di seluruh wilayah nusantara.
Tanaman atau pohon aren hampir mirip dengan pohon kelapa (Cocos nucifera).
Perbedaannya, jika pohon kelapa itu batang pohonnya bersih (pelepah daun dan
tapasnya mudah di ambil), maka batang aren itu sangat kotor karena batangnya
terbalut ijuk yang warnanya hitam dan sangat kuat sehingga pelepah daun yang
sudah tua pun sulit di ambil atau dilepas dari batangnya. Karena kondisi tersebut
maka batang pohon aren ditumbuhi banyak tanaman jenis paku-pakuan (paku
epifit) (Sunanto, 1993). Adapun sistematika tanaman aren adalah sebagai berikut:

Kingdom

: Plantae

Divisi

: Magnoliophyta

Kelas

: Liliopsida

Ordo

: Arecales

Famili

: Areacaceae

Genus

: Arenga

Spesies

: A. pinnata

Buah aren berbentuk bulat berdiameter 4-5 cm yang didalamnya berisi 3
buah.
biji, masing-masing terbentuk seperti satu suing bawang putih. Bagian-bagian dari
buah aren terdiri dari:
1. Kulit luar halus berwarna hijau pada waktu masih muda dan menjadi kuning
setelah masak.

Universitas Sumatera Utara

20

2. Daging buah, berwarna putih kekuning-kuningan

3. Kulit biji berwarna kuning dan tipis pada waktu masih muda dan berwarna hitam
setelah buah masak
4. Endosperm berbentuk lonjong, agak pipih, berwarna putih agak bening dan lunak
pada waktu buah masih muda dan berwarna putih, padat, atau agak keras, pada
waktu buah sudah masak.

Gambar 2.1 pohon aren

Gambar 2.2 kolang-kaling

Buah aren yang masih muda besifat keras dan melekat sangat erat pada
untaian buah, sedangkan buah yang sudah masak daging buahnya agak lunak.
Daging buah aren yang masih muda mengandung lendir yang sangat gatal jika
mengenai kulit karena lendir tersebut menganduk asam oksalat. Buah yang
setengah masak dapat dibuat kolang-kaling.Kolang- kaling merupakan endosperm
biji buah aren yang berumur setengah masak setelah melalui proses pengolahan.
Setelah diolah menjadi kolang- kaling, maka benda ini akan menjadi lunak, kenyal,
dan berwarna putih agak bening (Sunanto, 1993).
Umur pohon aren mencapai lebih dari 50 tahun, dan diatas umur ini pohon
aren sudah sangat berkurang dalam memproduksi buah bahkan sudah tidak mampu

memproduksi buah (Sunanto, 1993). Setiap pohon dapat menghasilkan 15 liter nira
per hari dengan rendemen gula 12%. Selain itu, aren juga menghasilkan ijuk ratarata 2 kg/pohon/tahun, kolang-kaling 100 kg/pohon/tahun, dan tepung 40 kg/pohon
bila tanaman tidak disadap niranya. Kayu aren dapat diolah menjadi mebel atau
kerajinan tangan, seperti kayu kelapa (Anonim, 2009).

Universitas Sumatera Utara

21

Analisis terhadap kolang-kaling memperlihatkan komposisi kimia yang
dikandung berdasarkan berat keringnya adalah 5,2% protein, 0,4% lemak, 2,5%
abu, 39% serat kasar dan 52,9% karbohidrat (Nisa, 1996). Kolang-kaling memiliki
kadar air yang sangat tinggi, hingga mencapai 93,8% dalam setiap 100 gram-nya.
Kolang-kaling juga mengandung protein dan karbohidrat serta serat kasar. Selain
memiliki rasa yang menyegarkan, mengkonsumsi kolang-kaling juga membantu
memperlancar kerja saluran cerna manusia. Kandungan karbohidrat yang dimiliki
kolang-kaling dapat memberikan rasa kenyang bagi orang yang mengkonsumsinya,
selain itu juga menghentikan nafsu makan dan mengakibatkan konsumsi makanan
jadi menurun, sehingga cocok digunakan sebagai makanan diet (Orwa et al.,2009).

2.2

Polisakarida

Polisakarida adalah senyawa yang mana molekul-molekulnya mengandung banyak
satuan monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida (Fessenden, 1986).
Polisakarida semakin banyak diperhatikan untuk keperluan dalam industri
makanan, farmasi dan kosmetik. Secara konvensional digunakan sebagai pengental
dan pembuat gel. Karena struktur polihidroksi (poliol), maka bahan ini mudah
terdegradasi oleh bakteri. Karena itu perlu modifikasi dari struktur sehingga
dihasilkan suatu derivat yang dimungkinkan dengan mengurangi jumlah OH dari
poliol dengan gugus organik (Kok et al., 1999).
Susunan dan fungsi suatu polisakarida ditentukan oleh monomer gula dan
ikatan glikosidiknya. Polisakarida bukan pati (Non Starch Polysaccharides), terdiri
atas 3 kelompok besar yakni selulosa, polimer non selulosa, pektin polisakarida.
Polimer non selulosa ini terdiri dari arabinoxylan, glukan, manan, galaktan, dan
xyloglukan (Anonim, 2008). Beberapa polimer polisakarida yang banyak diteliti
akhir-akhir ini dalam pembuatan film adalah pati gandum, jagung, kentang dan
manan (galaktomanan) yang berasal dari Locust bean gum (Bozdemir and Tutas,
2003; Aydinly et al., 2004) dan glukomanan dari konjac (Cheng et al., 2007).

Universitas Sumatera Utara

22

2.2.1

Mannan

Manan merupakan polisakarida yang banyak ditemukan di alam serta sumber yang
murah untuk produksi manosa dan monooligosakarida. Manan dengan komponen
utama D-manosa merupakan bahan penting dalam industri pangan dan pakan.
Manan merupakan komponen utama penyusun hemiselulosa yang dapat
diklasifikasi menjadi 4 subfamili, yaitu: manan, glukomanan, galaktomanan dan
galaktoglukomanan. Masing-masing polisakarida tersebut tersusun atas ikatan β-14 yang terdiri dari manosa atau kombinasi glukosa dan galaktosa. Manan dapat
dihidrolisis menjadi manosa maupun monooligosakarida. Senyawa manan
merupakan komponen utama dari endosperma kelapa sawit, kelapa, Locust bean
gum (Ceratonia siliqua) biji kopi, akar konjac (Amorphophallus konjac) (Sigres
dan Sutrisno, 2013).

H OH
H OH

*

OH O
OH O

O

O

HO
H

H

O
HO
H

*

H

H

H

H

H

n
Gambar 2.3 Manan (Manosa : Manosa)

H OH
H OH

*

H O
OH O

O

O

HO
H
*

OH

O
HO
H

H

H
H

H
H

n
Gambar 2.4 Glukomanan (Glukosa : Manosa)

Universitas Sumatera Utara

23

OH OH
H

O

H
H

HO
H
H

OH

OH
H

H

O
*

OH O
OH O

O

O

HO
H

H

O
HO
H

*

H

H

H

H

H

n

Gambar 2.5 Galaktomanan (Galaktosa : Manosa)

OH OH
H

O

H
H

HO
H
H

OH
H
H

H

O
*

O
OH O

O

O

HO
H
*

OH

OH

O
HO
H

H

H

H

H
H

n

Gambar 2.6 Galaktoglukomanan (Glukosa : Galaktosa : Manosa)
(Sigres, 2013)

2.3

Galaktomanan

Galaktomanan merupakan polimer yang mengandung unit manopiranosa dengan
ikatan β-(1→4) dan unit galaktopiranosa dengan ikatan �-(1→6). Polimer ini cukup

panjang dan dapat meningkatkan viskositas larutan, oleh karena itu biasanya
digunakan sebanyak ≤1% pada makanan (Fennema, 1985).

Galaktomanan adalah polimer alam yang banyak digunakan dalam industri
makanan, farmasi, dan kosmetik. Polimer alam secara konvensional digunakan

Universitas Sumatera Utara

24

sebagai pengental dan pembuat gel. Modifikasi galaktomanan menunjukkan
peningkatan sifat fisika seperti kelarutannya didalam air, viskositas dan
kemurniannya dibanding dengan yang aslinya (Kok et al., 1999).
Galaktomanan pada umumnya terdapat pada bagian endosperm biji-bijian
yang termasuk famili Leguminosae, dan juga terdapat pada biji kelapa sawit,
kelapa, kapas, alfalfa yang dikenal dengan nama gum “lucerne” dan “purplemedic”.
Polisakarida ini hampir seluruhnya larut dalam air membentuk larutan kental dan
membentuk gel bila ditambahkan garam-anorganik misalnya garam borax, serta
membentuk kompleks dengan pereaksi Fehling (Ketaren, 1975). Galaktomanan
yang memiliki bentuk cis-hidroksil pada cabang gula, mempunyai afinitas yang
lebih tinggi dalam air, dibandingkan selulosa dan pati, yang polimer glukosanya
membentuk trans-hidroksil (Mathur, 2012).
Sifat fisikokimia galaktomanan dapat dikarakterisasi dengan menggunakan
beberapa peralatan dan teknik yang berbeda. Parameter-parameter yang penting
dalam karakterisasi galaktomanan adalah perbandingan mannosa dan galaktosa,
rata-rata berat molekul, bentuk struktur, dan viskositas intrinsiknya (Cerqueira,et al,
2009). Galaktomanan yang sangat penting yang dikomersilkan yaitu guar gum
(GG) dari Cyamopsis tetragonolobus, Locust bean gum (LBG), dari Ceratonia
siliqua, Fenugreek gum dari Trigonella foenum-graecumdimana memiliki
perbandingan manosa atau galaktosa 1,8:1, 4:1, dan 1,1:1(Dakia et al., 2008 dan
Mathur, 2012).
Kelebihan utama dari galaktomanan ini dibandingkan polisakarida lainnya
adalah kemampuannya untuk membentuk larutan yang sangat kental dalam
konsentrasi yang rendah dan hanya sedikit dipengaruhi oleh pH, kekuatan ionik dan
pemanasan. Viskositas galaktomanan sangat konstan sekali pada kisaran pH 1 –
10,5 yang kemungkinan disebabkan oleh karakter molekulnya yang bersifat netral.
Namun demikian apabila galaktomanan akan mengalami degradasi pada kondisi
yang sangat asam atau basa pada suhu tinggi (Cerqueira et al., 2009).
Galaktomanan dengan rasio galaktosa yang besar umumnya mudah larut
dalam air dan kecenderungannya untuk membentuk gel sangat rendah dibandingkan
galaktomanan dengan rasio galaktosa yang rendah. Kelarutan yang sangat tinggi
tersebut disebabkan oleh banyaknya rantai cabang sehingga rantai manosa menjadi

Universitas Sumatera Utara

25

sukar untuk berinteraksi secara intermolekuler (Srivastava dan Kapoor, 2005). Ada
berbagai sumber galaktomanan dan berbagai bentuk aplikasi dalam farmasi, seperti
tablet atau kapsul, hidrogel, dan film. Selain penggunaan untuk hal sederhana,
polisakarida ini berperan dalam modifikasi obat sebagai bahan matriks atau pelapis
(Silveira, 2011). Galaktomanan telah banyak diaplikasikan dalam industri makanan,
bidang farmasi, kosmetik, penghasil kertas, bahkan sebagai bahan peledak (Torioet
al.,2006).
Tabel 2.1 menunjukkan beberapa jenis galaktomanan komersial dari
beberapa tanaman dan rasio antara manosa dan galaktosa.

Tabel 2.1

Jenis Galaktomanan Komersial

Galaktomanan

Sumber Tanaman

Rasio M:G

Guar Gum

Guar Plant

2:1

Fenugreek Gum

Fenugreek Plant

1:1

Locust bean gum

Carob Tree

4:1

Tara gum

Tara shrub

3:1

Cassia tora gum

Cassia tora

5:1

Daincha gum

Sesbania bisipinosa

2:1

Galaktomanan

Kolang-kaling

1,3 : 1
(Mathur, 2012; Tarigan, 2012)

Galaktomanan yang diperoleh dari masing-masing tanaman yang berbeda
memiliki kadar yang berbeda, misalnya galaktomanan yang diperoleh dari ampas
kelapa sebesar 20% (Zultiniar dan Casoni, 2009), pada kolang-kaling 4,58% dan
tidak jauh berbeda dengan yang diperoleh oleh Koiman menggunakan kolangkaling yang dikalengkan sekitar 5%(Tarigan, 2012), sedangkan pada Fenugreek
kadar galaktomanan yang diperoleh berkisar 25-30% (Mathur, 2005).

Universitas Sumatera Utara

26

2.4

Ikat Silang

Ikat silang dapat terjadi karena adanya agen pengikat silang. Agen pengikat silang
yang umum digunakan adalah epichlorohydrin, acid anhydride dan vinyl acetate
(Raina et al., 2005). Sebagai alternatifnya, dibutuhkan agen pengikat silang dari
bahan alami. Reaksi ikat silang pada umumnya dipengaruhi oleh jumlah bahan
pengikat silang Jika ukuran molekul pengikat silang semakin kecil, maka reaksi
ikat silang akan semakin cepat, karena proses difusi dalam larutan semakin mudah.
Interaksi antara bagian yang bermuatan positif dari bahan pengikat silang dengan
bagian yang bermuatan negatif dari galaktomanan menunjukkan adanya interaksi
yang bersifat ionik. Sifat dari hasil ikat silang tersebut tergantung dari sifat pengikat
silangnya (Rana et al., 2011)
Raina et al., 2006, menjelaskan keuntungan dari penggunaan metode ikat
silangyang dapat menghasilkan suatu pati dengan kemampuan mengembangnya
yang kecil dimana hal ini akan memperkuat granula pati dan menjadikan pati lebih
tahan terhadap medium asam dan panas sehingga tidak mudah pecah pada saat
pemanasan. Selain itu metode ikat silang dapat meningkatkan tekstur, viskositas,
kejernihan pasta, kekuatan tarik, dan sifat adhesif pati.

2.5

Galaktomanan Ikat Silang

Modifikasi kimia galaktomanan pada umumnya memiliki tujuan untuk mengurangi
sifat mengembangnya (swelling). Modifikasi galaktomanan tersebut, seperti guar
gum, dikembangkan dengan mereaksikan guar gum(GG) dengan senyawa pospat,
borax, glutaraldehida, dan enzim pendegradasi (Gliko-Kabir et al., 2000).
Glutaraldehida telah digunakan secara luas pada proses ikat silang polimer
yang mengandung gugus hidroksil, diketahui bahwa dengan meningkatnya
konsentrasi dari glutaraldehida maka terjadi peningkatan densitas hasil ikat silang
dan

menurunnya

kemampuan

mengembang

pada

larutan

penyangga.

Glutaraldehida merupakan pengikat silang yang bersifat racun, tetapi sifat racun
tersebut dapat direduksisecara signifikan setelah proses ikat silang (Gambar 2.7)
(Kabir et al., 1998).

Universitas Sumatera Utara

27

O

O+H

O

H-C-(CH2)3-C-H + 2H+
OH

OH

+
OH

-2H2O

-2H

H
H
C-(CH2)3-C

OH

H-C+-(CH2)3-C+-H
O

OH

O

OH

H-C-(CH2)3-C-H

H-C+-(CH2)3-C+-H

OH

H
H
C-(CH2)3-C
OH

HO

O
HO

O
O

O

Gambar 2.7

O+H

Proses isomerisasi glutaraldehida dalam suasana asam
dan reaksi antara glutaraldehida dan gugus hidroksil

Film hasil ikat silang dari pengikat silang glutaraldehida dapat di uji dengan cara
merendam film hasil ikat silang tersebut dalam larutan sodium bisulfit selama 2 jam
untuk mengikat gugus karbonil dari glutaraldehida yang kemungkinan berlebih dan
kemudian

dicuci

spektrofotometri-uv

dengan
pada

air

sulingdan

235nm

dideteksi

(glutaraldehida

glutaraldehida
polimer)

dan

dengan
280nm

(glutaraldehida monomer) (Kawahara, et al, 1992; Kabir et al.,1998).
Senyawa borax juga dapat digunakan sebagai agen pengikat silang yang
mana senyawa ini akan membentuk kompleks dengan galaktomanan (Gambar 2.8).
Galaktomanan memiliki gugus hidroksil yang berlimpah dan bersebelahan
membentuk posisi cis. Reaksi akan terjadi pada konsentrasi yang sangat rendah
pada galaktomanan dan ion borat. Pada reaksi ini, akan terbentuk gel dengan
penambahan senyawa borat pada galaktomanan dan larutan alkali untuk
membentuk suasana alkali, dengan pH optimum antara 7,5-10,5 (Chudzikowski,
1971).

Universitas Sumatera Utara

28

Borate Ion

Guar

Guar

Cross-linked

OH
H C

OH

H C OH

HO

B

H C

OH

H C OH

OH

Gambar 2.8

OH

H C

O
B

H C O

O C

H

O C H

Reaksi galaktomanan dan ion borat

Salah satu pengikat silang dari senyawa posfat adalah Trinatrium
Trimetafosfat yang digunakan untuk mereduksi sifat mengembang guar gum.
Trinatrium Trimetafosfat merupakan suatu pengikat silang yang tidak bersifat
racun. Pada pH basa, senyawa kompleks ester di-polimer fosfat dibentuk dari guar
gum dan Trinatrium Trimetafosfat yang mengalami reaksi ikat silang (Gambar 2.9).
Sifat mengembang pada polimer yang terikat silang menurun secara jelas (29-35
kali lipat) (Gowda et al, 2012).
O

OH

P

OH

O

OH

NaO P

OH

O

Gal-OH

Gambar 2.9

ONa
O

O
O

P ONa

NaO

O
TMP

P

O

Galaktomanan
Galaktomanan

O
GIF

Reaksi Galaktomanan Ikat Silang

Sifat dari galaktomanan ikat silang tergantung dari densitas pengikat silang
yang digunakan, yaitu perbandingan mol bahan pengikat silang dan mol dari unit
polimer yang berulang. Selain itu, nilai kritis dari ikat silang yang terjadi per rantai
diperlukan untuk membentuk suatu jaringan polimer.
Galaktomanan ikat silang saat ini semakin dikembangkan sebagai bahan
yang digunakan untuk membawa obat ke bagian usus yang bermasalah.
Kemampuan mengembang dari suatu galaktomanan di dalam cairan gastrointestinal
menurun dari 100-200 kali menjadi 10-35 kali tergantung jumlah bahan pengikat
silang yang digunakan. Galaktomanan akan kehilangan sifat non-ioniknya
disebabkan oleh proses ikat silang dan menjadi bermuatan negatif (Rana et al.,
2011).

Universitas Sumatera Utara

29

2.5.1

Glutaraldehida

Glutaraldehida dengan rumus molekul C5H8O2 yang merupakan suatu bahan
desinfektan yang efektif dalam membasmi bakteri, virus serta jamur, dan bersifat
toksik serta iritatif bagi manusia (Widyatama, 2011). Glutaraldehida digunakan
sebagai pengikat silang untuk mengurangi pembengkakan guar gum (GG). Reaksi
ikat silang guar gum dengan glutaraldehida berlangsung pada hidroksil galaktosa
atau sub unit manosa dari guar gum (GG), dimana reaksi glutaraldehida dengan
poliol pada kondisi asam (Kim and Lee, 1992).

2.6

Fourier Transform Infrared (FTIR)

Spektrofotometer inframerah pada umumnya digunakan untuk menentukan gugus
fungsi suatu senyawa organik dan mengetahui informasi struktur suatu senyawa
organik dengan membandingkan daerah sidik jarinya.Cahaya tampak terdiri dari
beberapa range frekuensi elektromagnetik yang berbeda. Radiasi inframerah juga
mengandung beberapa range frekuensi tetapi tidak dapat dilihat oleh mata.
Pengukuran pada spektrum inframerah dilakukan pada daerah cahaya inframerah
tengah (mid-infrared) yaitu pada panjang gelombang 2.5-50 µm atau bilangan
gelombang 4000 – 200 cm-1. Metoda ini sangat berguna untuk mengidentifikasi
senyawa organik dan organometalik (Sagala,2013).
FTIR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih besar ke penelitianpenelitian struktur polimer.Karena spektrum-spektrum bisa dibaca, disimpan, dan
diubah dalam hitungan detik, teknik ini memudahkan penelitian reaksi-reaksi
polimer seperti degradasi atau ikat silang(Steven, 2000).

2.7

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang dapat melakukan pembesaran
objek sampai 2 juta kali.Mikroskop ini menggunakan elektrostatik dan
elektromagnetik untuk pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus
daripada mikroskop cahaya (Sagala, 2013).

Universitas Sumatera Utara

30

SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen
secara makroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada
spesimen interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa
fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar x, elektron sekunder,
absorbsi elektron. Analisis SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan
analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan
atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh
merupakan gambar tofografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang
permukaan (Wirjosentono, 1995).

2.8

(Differential Thermal Analysis)DTA

Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik dimana suhu dari suatu
sampel dibandingkan dengan material inert. Suhu dari sampel dan sampel lebih
tinggi dari pembanding maka perubahan yang terjadi adalah eksotermal, dan
endotermal bila sebaliknya (West, 1984). Pada suhu tertentu, pada awalnya mulai
terjadi perubahan dimana terjadi pembanding pada awalnya sama sampai ada
kejadian yang mengakibatkan perubahan suhu seperti pelelehan, penguraian, atau
perubahan struktur kristal sehingga suhu pada sampel berbeda dengan pembanding.
Bila suhupelepasan H2O sehingga suhu sampel lebih rendah dari suhu pembanding
maka dihasilkan puncak ke kanan (enditermal) dan terbaca oleh DTA sebagai titik
belok kurva. Semakin tinggi suhu didalam pemanas, terjadi peruraian degradasi
pada galaktomanan dan mengakibatkan perbedaan suhu dengan pembanding
bertambah tinggi dan puncak kekiri (eksotermal). Perbedaan ini semakin meningkat
sampai suhu tertentu dimana degradasi telah mencapai aktivitas maksimumnya
yang ditunjukkan oleh titik puncak (Riande et al., 2000).

Universitas Sumatera Utara