Pengaruh Ukuran Partikel Pati dan Variasi Volume Plasticizer Gliserol Terhadap Karakteristik Film Bioplastik Pati Kentang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 SEJARAH PLASTIK

  Perkembangan polimer saat ini sangat pesat. Polimer sangat berguna bagi kehidupan sehari-hari karena sangat menunjang diberbagai bidang seperti aneka produk dan barang, rumah tangga, kantor dan industri. Bahan polimer, termasuk plastik yang aja sangat banyak dimana-mana, sehingga banyak dikenal. Polimer mencakup karet, plastik, serat sampai perekat. Plastik merupakan resin sintetik yang dapat dibuat untuk pengemas, alat-alat rumah tangga, pelapis, lem, dan cat.

  Berkembangnya penggunaan bahan plastik merupakan dampak positif dari kemajuan teknologi yang sangat menguntungkan masyarakat dalam memenuhi kebutuhannya. Hal ini disebabkan karena plastik mempunyai beberapa keunggulan, yaitu: murah sehingga menghemat biaya pengeluaran, tidak mudah berkarat, tidak pecah, dan ringan sehingga menghemat biaya pengankutan barang dan kekuatannya tidak kalah dibanding dengan bahan kayu, kaca ataupun logam. Plastik juga bisa dipadukan untuk memperbaiki sifat-sifat fisiknya walaupun demikian plastik juga mempunyai kekurangan yaitu dapat mengalami deformasi atau degradasi [5].

  Plastik merupakan salah satu bahan yang paling umum kita lihat dan gunakan. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan bahan gelas, kayu dan logam. Dengan demikian bahan plastik memiliki beberapa keungggulan, ringan, kuat, mudah dibentuk, anti karat, mempunyai sifat isolasi listrik yang tinggi, dan biaya proses yang lebih murah. Namun begitu daya guna plastik juga terbatas karena kekuatannya yang rendah, tidak tahan panas mudah rusak pada suhu yang rendah. Keanekaragaman jenis plastik memberikan banyak pilihan dalam penggunaannya dan cara pembuatannya. Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat-sifat unik dan luar biasa. Polimer adalah suatu bahan yang terdiri dari unit molekul yang disebut monomer. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer, dan jika monomernya berbeda akan menghasilkan kopolimer.

  Polimer alam yang telah kita kenal antara lain: selulosa, protein, karet alam dan sejenisnya. Pada mulanya manusia menggunakan polimer alam hanya untuk membuat perkakas dan senjata, tetapi keadaan ini hanya bertahan hingga akhir abad

  19 dan selanjutnya manusia mulai memodifikasi polimer menjadi plastik. Plastik yang pertama kali dibuat secara komersial adalah nitroselulosa. Material plastik telah berkembang pesat dan sekarang mempunyai peranan yang sangat penting dibidang elektronika, pertanian, tekstil, transportasi, furniture, konstruksi, kemasan kosmetik, mainan anak-anak dan produk-produk industri lainnya [6].

  Untuk membuat barang-barang plastik agar mempunyai sifat-sifat seperti yang dikehendaki, maka dalam proses pembuatannya selain bahan baku utama diperlukan juga bahan tambahan patau aditif. Penggunaan bahan tambahan ini beraneka ragam tergantung pada bahan baku yang digunakan dan mutu produk yang proses dapat dikelompokkan menjadi bahan pelunak (plasticizer), bahan penstabil (stabilizer), bahan pelumas (lubricant), bahan pengisi (filler), pewarna (colorant), antitestic agent, blowing agent, coupling agent, flame retardant dan sebagainya.

  Daftar berikut diuraikan tujuan dari bahan-bahan aditif utama yang digunakan dalam pembuatan plastik:

  1. Antistatic Agent

  Kebanyakan polimer adalah konduktor yang buruk. Antistatic agent menarik kelembaban dari udara ke permukaan plastik, meningkatkan konduktivitas permukaan dan mengurangi kemungkinan percikan atau pelepasan.

  2. Coupling Agent

Coupling agent digunakan dalam pembuatan plastik untuk meningkatkan ikatan dari

  plastik untuk bahan pengisi anorganik, seperti serat kaca. Berbagai sylane dan tytanates digunakan untuk meningkatkan ikatan dari plastik.

  3. Pengisi (Filler) Beberapa pengisi, seperti serat pendek atau serpihan bahan anorganik, meningkatkan sifat mekanik dari plastik yang disebut extenders, membiarkan volume besar dari plastik yang akan diproduksi dengan resin yang sebenarnya relatif sedikit.

  4. Flame retardant

  Polimer yang paling mudah terbakar adalah polimer yang mengandung bahan organik. Zat aditif yang mengandung klor, brom, fosfor atau garam metalik mengurangi kemungkinan akan terjadinya pembakaran.

  5. Pelumas (lubricant) Pelumas seperti lilin atau kalsium stearat mengurangi viskositas dari plastik cair dan meningkatkan pembentukan karakteristik.

  6. Pigmen warna (Colorant) Pigmen warna digunakan untuk menghasilkan warna dalam plastik.

  7. Pelunak (plasticizer) Bahan pelunak adalah bahan yang digunakan untuk mengubah sifat dan karakteristik pembentukan plastik. Sebuah contoh penting adalah produksi nilai fleksibel polivinil klorda dengan menggunakan bahan pelunak.

   Stabilizers Stabilizer mencegah kerusakan polimer karena faktor lingkungan dan mencegah

  kerusakan akibat radiasi ultraviolet. Ada dua kelas terpenting dari plastik, yaitu: 1. Bahan Termoplastik

  Dalam bahan termoplastik seperti rantai molekul yang sangat panjang menyatu bersama oleh gaya Van der Waals yang relatif lemah. Sebuah gambar struktur yang berarti adalah suatu kelompok helaian panjang dari wol yang lengket dan terdistribusi secara acak. Ketika material dipanaskan, gaya antar molekul akan melemah sehingga menjadi fleksibel dan jika sampai pada suhu yang tinggi, material akan menjadi lelehan kental. Bila bahan ini dibiarkan dingin maka akan membeku lagi.

  Contoh termoplastik adalah polietilena, polivinil klorida, polistirena, nilon, selulosa asetat, asetal, polikarbonat, polimetil metakrilat, dan polipropilen. Bagian terpenting dalam kelompok termoplastik bahan ini terkait apakah bahan memiliki struktur Kristal atau struktur amorf (acak). Biasanya, plastik tidak memiliki struktur Kristal karena termoplastik memiliki sifat fisis kompleks dari rantai molekuler. Beberapa plastik, seperti polietilena dan nilon, dapat mencapai tingkat kristalisasi tinggi tetapi lebih tepatnya disebut mengandung sebagian Kristal atau semi Kristal. Plastik lainnya seperti akrilik dan polistirena bersifat amorf. Adanya kristalisasi pada plastik tersebut sangat tergantung pada sifat termalnya dan pada kondisi pengolahan yang digunakan akan menghasilkan suatu bahan yang akan dibentuk. Pada umumnya, sifat-sifat mekanis dari hasil pencetakan sangat sensitif untuk ada atau tidaknya kristalisasi pada plastik.

2. Termosetting Plastik

  Plastik termoset dihasilkan oleh reaksi kimia yang memiliki dua tahap. Tahap pertama dalam pembentukan rantai panjang seperti molekul yang mirip seperti dalam termoplastik, namun masih mampu untuk reaksi selanjutnya. Tahap yang kedua dari reaksi (sambung silang rantai) terjadi selama pencetakan, biasanya dibawah aplikasi panas dan tekanan. Cetakan yang dihasilkan akan menjadi kaku ketika didinginkan tetapi struktur jaringan erat telah terbentuk dalam bahan. kuat sehingga bahan tersebut tidak dapat dilunakan kembali oleh panas. Jika kelebihan panas diterapkan untuk bahan-bahan akan membentuk arang (hangus) dan terdegradasi.

  Setelah sambung silang molekul terbentuk dengan ikatan kimia yang kuat, bahan termoset memiliki karakteristik bahan yang cukup kaku dan sifat mekaniknya tidak sensitif dengan panas. Contoh termoset adalah fenol formaldehid, melamin formaldehid, formaldehida urea, epoxi dan beberapa poliester [7].

2.2 PLASTIK BIODEGRADABLE

  Secara umum film plastik biodegradable diartikan sebagai film yang dapat didaur ulang dan dapat dihancurkan secara alami. Plastik biodegradable adalah suatu bahan dalam kondisi tertentu, waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur kimianya, yang mempengaruhi sifat-sifat yang dimilikinya oleh pengaruh mikroorganisme [8]

  Plastik biodegradable berbahan pati atau amilum dapat didegradasi bakteri yang dapat memutus rantai polimer menjadi monomer-monomer. Senyawa-senyawa hasil degradasi polimer selain menghasilkan karbon dioksida dan air, juga menghasilkan senyawa organik lain yaitu asam organik dan aldehid yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Plastik berbahan pati atau amilum ini aman bagi lingkungan [9].

2.2.1 PLASTIK BERBAHAN PATI

  Penggunaan pati pada pembuatan bioplastik dimulai pada 70an. Beberapa keuntungan penggunaan kitosan adalah kitosan murah, dapat diperbaharui dan berlimpah. Disamping itu, kitosan banyak ditemukan di beberapa bagian yang sesuai dari bahan bakunya.

  Dalam bentuk granular, kitosan telah digunakan sebagai agen pengisi dari

  

polyolefin sebagai komponen pada campuran polimer sintesis. Pati telah dimodifikasi

  dengan cara ’grafting’ dengan monomer vinil (contoh metal akrilat). Kitosan memungkinkan untuk di produksi sebagai film pati pada grafting polimer seperti a.

  Thermoplastic-like Starch (TPS) TPS merupakan sebuah konsep yang termasuk relatif baru dan saat ini menjadi salah satu petunjuk penelitian utama untuk manufaktur bahan

  

biodegradable. Pati bukan memiliki sifat termoplastik yang nyata, tetapi dari

o

  pemplastis (air, gliserol, sorbitol, dan lain-lain) dan temperatur tinggi (90-180 C). Kitosan larut, dapat digunakan pada peralatan injection, extrusion dan blowing pada sintesis plastik.

Tabel 2.1 Komposisi Awal Dan Akhir Dari TPS Berdasar Pati Gandum Dengan

  Perbedaan Tingkat Plastifikasi [10] Transisi Modulus

  Kelembaban Gliserol Pati Densitas Gelas Young

  o

  ( ) (%)

  o

  (

  C) (MPa)

  1 74 16 (9) 4 (14) 1,39 43 997

  2 70 12 (9) 26 (25) 1,37

  8

  52

  3 67 9 (12) 6 (35) 1,35 -7

  26

  4 5 0 (13) 54 (50) 1,34 -20

  2 b. Starch-based films

  Film berbahan pati ditemukan di pasaran yang di buat dari pati dengan polyester termoplastik polyester seperti poli epsilon kaprolakton (PCL), untuk pembentukan produk biodegradable. Ketika digunakan untuk pabrik tas untuk daur ulang limbah organik, pengemasan [10]

2.2.2 PATI SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN FILM PLASTIK

  Pati merupakan karbohidrat, kandungan utama pada tanaman tingkat tinggi yang diproduksi melalui fotosintesis dalam tanaman hijau. Pati diperoleh dalam seluruh organ tanaman tingkat tinggi yang disimpan dalam biji, umbi, akar dan jaringan batang tanaman sebagai cadangan energi untuk masa pertumbuhan dan pertunasan. Menurut (Winarno, 1986), selain sebagai bahan makanan pati juga digunakan dalam non food seperti perekat dalam industri tekstil, polimer atau sebagai bahan tambahan dalam sediaan farmasi [11].

  Biji-bijian (gandum, beras, jagung, barley) serta umbi seperti kentang sangat amilopektin. Pati alan terdiri atas amilosa sebanyak 10-20 % dan amilopektin sebesar 80-90 %. Amilosa berbentuk dsipersi koloid didalam air panas sedangkan amilopektin bener-bener larut dalam air panas. Struktur amilosa terdiri dari rantai polimer panjang dari unit glukosa yang tersambung dengan gelang rantai alpha

  

acetal. Semua unit monomer amilosa adalah alfa-D-glukosa, dan semua mata rantai

alpha acetal tersambung pada atom C yang pertama dari glukosa pertama pada atom

  C ke empat pada glukosa yang selanjutnya. [12] Pati yang juga merupakan simpanan energi didalam sel-sel tumbuhan ini berbentuk butiran-butiran kecil mikroskopik dengan diameter berkisar antara 5-

  50nm. Di dalam berbagai bentuk pangan, pati umumnya akan terbentuk dari dua polimer molekul glukosa yaitu amilosa (amylase) dan amilopektin (amylopectin). Pati atau amilum merupakan karbohidrat komplek yang tesrsusun dari dua macam karbohirat, yaitu amilosa dan amilopektin. Gugus yang ada pada kedua zat ini diantaranya adalah C=C, O-H, C-H dan C-O. [13] Amilosa merupakan polimer glukosa yang tidak bercabang-cabang. Komposisi kandungan amilosa dan amilopektin ini akan bervariasi dalam produk pangan dimana produk pangan yang memiliki kandungan amilopektin tinggi akan semakin rendah untuk dicerna [14].

  Secara mikroskopik terlihat bahwa granula pati dibentuk oleh molekul- molekul yang membentuk lapisan tipis yang tersusun terpusat. Granula pati bervariasi dalam bentuk dan 7 ukuran, ada yang berbentuk bulat, oval, atau bentuk tak beraturan demikian juga ukurannya, mulai kurang dari 1 mikron sampai 150 mikron ini tergantung sumber patinya.

Tabel 2.2 Karakteristik Granula Pati

  Diameter Kisaran (  m ) Rata-rata (  m )

  Jagung 21 – 96

  15 Kentang 15 – 100

  33 Ubi jalar 15 – 55 25- 50 Tapioca 6 – 36

  20 Gandum 2 – 38 20 – 22 Beras 3 – 9

  5 Pati merupakan polisakarida yang dapat diperbaharui (renewable), mudah rusak (biodegradable), dan harga murah. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan alfa-glikosida dan merupakan rantai gula panjang. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya tergantung pada panjang rantai atom karbonnya, apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Untuk menganalisa adanya pati digunakan iodin, karena pati yang berikatan dengan iodin akan menghasilkan warna biru. Sifat-sifat amilosa: 1.

  Ikatannya linear (lurus).

2. Larutan dalam air.

  3

  3 3.

• 60 ). Berat molekul rata-rata 10.000-60.000 (10 4.

  Ikatan antar molekul alfa D-glukosa dihubungkan pada ikatan 1,4. [15]

Gambar 2.1 Struktur Amilosa [16] Sifat-sifat amilopektin: 1.

  Ikatannya bercabang..

2. Tidak larut dalam air.

  3

  4 3.

• 10 ). Berat molekul rata-rata 60.000-100.000 (60 4.

  Ikatan antar molekul alfa D glukosa dihubungkan pada ikatan 1,4 dan ikatan 1,6 pada percabangan [15].

Gambar 2.2 Struktur Amilopektin [16]

2.3 KENTANG

  Kentang (Solanum tuberosum L) merupakan lima kelompok besar makanan pokok dunia selain gandum, jagung, beras dan terigu. Bagian utama kentang yang menjadi bahan makanan adalah umbi, yang merupakan sumber karbohidrat, mengandung vitamin dan mineral cukup tinggi yaitu sekitar 80%. Itulah yang menyebabkan kentang segar mudah rusak, sehingga harus disimpan dan ditangani dengan baik. Pengolahan kentang menjadi kerupuk, tepung, dan pati, merupakan upaya untuk memperpanjang daya guna umbi tersebut. Pati kentang mengandung amilosa dan amilopektin dengan perbandingan 1:3. Dari tepung dan pati kentang, selanjutnya dihasilkan berbagai produk pangan olahan dengan beragam cita rasa yang enak dan penampilan menarik.

  Kandungan karbohidrat pada kentang mencapai sekitar 18 persen, protein 2,4 persen dan lemak 0,1 persen. Energi total yang diperoleh dari 100 gram kentang adalah sekitar 80 kkal. Dibandingkan beras, kandungan karbohidrat, protein, lemak, dan energi kentang lebih rendah. Namun, jika dibandingkan dengan umbi-umbian lain seperti singkong, ubi jalar, dan talas, komposisi gizi kentang masih relatif lebih baik. Kentang merupakan satu-satunya jenis umbi yang kaya akan vitamin C, kadarnya mencapai 31 miligram per 100 gram bagian kentang yang dapat dimakan. Umbi-umbian lainnya sangat miskin vitamin C. Kebutuhan vitamin C sehari 60 mg, untuk memenuhinya cukup dengan 200 gram kentang. Kadar vitamin lain yang cukup menonjol adalah niasindan B1(tiamin). Dengan mengkonsumsi sebuah umbi kentang yang berukuran sedang, sepertiga kebutuhan vitamin C (33 %) telah zat besi.

  Adapun sifat fisik kimia pati kentang adalah sebagai berikut :

   ukuran granula 12-100 µm

   rasio amilosa-amilopektin adalah 23% amilosa dan 77% amilopektin

   bentuk granula bundar

   Kristanilitas 25%

  o

   Suhu gelatinisasi 58-66 C [17].

  Kentang (Solanum Tuberosum L) merupakan umbi dari bagian batang tanaman.Kentang merupakan tanaman berbentuk semak/herba. Secara kimia, umbi kentang banyak mengandung air. Pati yang dihasilkan memiliki sifat yang berbeda- beda tergantung dari jenis patinya. Granula pati kentang adalah yang terbesar ukurannyadi antara pati – pati komersial, yaitu antara 5 – 100 μm. Bentuk kentang adalah bulat telur, granulanya mempunyai hilum terletak di dekat

  o

  ujung, dan suhu gelatinisasinya 58-66

  C. Pati yang telah dimasak memiliki ciri khas rasa netral, kejernihan yang tinggi, kekuatan mengikat yang tinggi, tekstur baik dan kecenderungan minim terjadinya busa atau perubahan warna menjadi kuning pada larutan tersebut [18].

  Kentang merupakan tanaman umbi-umbian dan tergolong tanaman setahun yang

kaya akan karbohidrat. Indonesia merupakan penghasil kentang yang besar yaitu

1.060.805 ton pada tahun 2010 [19].

  2.4 PLASTICIZER (PEMPLASTIS) Plasticizer (Pemplastis) adalah zat organik yang memiliki volatilitas rendah

  yang dapat ditambahkan ke senyawa plastik untuk meningkatkan fleksibilitas, perpanjangan, dan proses stabilitas plastik [20].

  Pembuatan film plastik memerlukan campuran bahan aditif untuk mendapatkan sifat mekanis yang lunak, liat, dan kuat. Untuk itu perlu ditambahkan suatu zat cair atau padat yang dapat meningkatkan sifat plastisitasnya. Proses ini dikenal dengan plastisasi, sedang zat yang ditambahkan disebut pemlastis. Disamping itu pemlastis dapat pula meningkatkan elastisitas bahan, membuat lebih juga dengan antibeku. Jelaslah bahwa plastisasi akan mempengaruhi semua sifat fisik dan mekanisme film seperti kekuatan tarik, elastisitas kekerasan, sifat listrik, dan suhu alir dan suhu transisi kaca

  Dalam pembuatan bioplastik, gliserol mempunyai peranan yang cukup penting. Gliserol merupakan salah satu agen pemlastis yang sering digunakan. Hal ini karena gliserol merupakan bahan yang murah, sumbernya mudah diperoleh, dapat diperbaharui, dan juga ramah lingkungan karena mudah terdegradasi oleh alam [21].

  2.5 GLISEROL

  Gliserol merupakan alkohol trihidrat C

  3 H 5 (OH) 3 , yang lebih tepatnya

  dinamai1,2,3-propanatriol. CH

2 OHCHOHCH

  2 OH adalah sebuah alkohol trihidrat

  berupa cairan higroskopis, kental, bening dengan rasa manis pada suhu kamar diatas titik lelehnya. Kegunaan gliserol sangat banyak, terutama adalah sebagai resin sintetis, getah ester, obat-obatan, kosmetika dan lemak.

  Gliserol terdapat di alam dalam bentuk kombinasi gliserida dalam semua lemak hewani dan minyak nabati, dan didapatkan sebagai produk samping minyak dalam produksi asam minyak. Gliserol di alam jarang ditemukan dalam bentuk bebas dalam lemak, tetapi biasanya sebagai trigliserida yang berkombinasi dengan asam minyak seperti stearat, oleat, palmitat dan laurat dan merupakan campuran atau kombinasi gliserida dari berbagai asam minyak. Beberapa minyak nabati seperti minyak kelapa, inti sawit, kapas, kedelai, dan zaitun mampu menghasilkan gliserol dalam jumlah yang lebih besar dibandingkan dengan lemak hewani seperti lemak babi. Gliserol terdapat di alam sebagai trigliserida dalam sel-sel tumbuhan dan hewan berupa lipida seperti lesitin dan sepalin. Lemak komplek ini berbeda dari lemak biasa, dimana kandungannya cukup variatif seperti asam fosfat dalam residu asam lemak.

  Gliserol dapat diproduksi melalui beberapa metode proses. Beberapa jenis proses untuk menghasilkan gliserol dengan kemurnian tinggi yang umum digunakan dalam dunia industri adalah: 1.

  Saponifikasi minyak dengan soda kaustik, proses ini menghasilkan spent soap lyes (SSL) yang mengandung 10-25% gliserol. Proses hidrolisa atau fat splitting, ada 4 metode pemisahan (splitting) minyak yang diketahui yaitu proses twitchell, proses batch autoclave, proses kontinyu, proses enzimatis. Reaksi hidrolisa tersebut adalah sebagai berikut: 3.

  Transesterifikasi minyak dengan methanol, reaksi transesterifikasi merupakan reaksi yang menggantikan alcohol dari ester dengan gugus alkohol lainnya, seperti proses hidrolisa, hanya saja pada proses ini digunakan alkohol sebagai pengganti fungsi air.

  4. Proses klorinasi propilena, proses ini dimulai dengan mereaksikan propilena, senyawa hidrokarbon tak jenuh dengan 3 unsur karbon dan 1 ikatan rangkap,

  o

  dengan gas Cl

  2 pada suhu tinggi (sekitar 500

  C) sehingga terjadi pengikatan ion

• Cl oleh senyawa propilena, dan dihasilkan produk yang disebut alkyl klorida.

  Berikut adalah beberapa kegunaan gliserol dalam berbagai aplikasi:  Adhesive: digunakan untuk bahan pemlastikan dan penetrasi.

   Pertanian: digunakan dalam penyemprotan hama, pencelupan, dan pencucian.  Zat anti-beku: memiliki sifat titik beku rendah dan kompatibilitas yang luar biasa.

   Pembersih dan pewarna: digunakan secara luas untuk pembersih dan pewarnaan rumah tangga dan perdagangan otomotif.  Pencegahan korosi: digunakan dalam karet dan resin untuk pelapisan permukaan logam.  Kosmetik: digunakan sebagai bahan perawatan tubuh, humectant, pelicin dan pelarut.  Krim gigi: hingga kurang lebih 50 % dari krim gigi tipikal, digunakan sebagai humectants untuk meyakinkan adanya dispers yang baik.  Bahan peledak sebagian besar digunakan dalam industrI bahan peledak berbasis nitrogliserin.  Makanan dan minuman: sebagai pelarut, pengemulsi, pencegah kebekuan dan pembungkusan, digunakan dalam wine dan permen karet.  Kulit; digunakan dalam penyamakan dan tahap penyelesaian.  Pemrosesan logam. Sangat luas digunakan untuk pickling, quenching, stripping electroplating, galvanizing dan soldering.  Kertas: sebagai humectants, plasticizer, bahan pelunak dan bahan kertas anti-lemak.  Obat-obatan: digunakan untuk persiapan antibiotik dan kapsul.  Fotografi: sebagai bahan pembasah dan pemlastisan.  Resin: meliputi ester gums, resin asam phtalat dan asam maleat, poliuretan, dan epoksi.  Tekstil: memfasilitasi pencetakan dan pewarnaan, digunakan untuk pengolahan kain agar tahan air dan tahan api [22]. Gliserol umumnya digunakan sebagai material plastisasi dalam proses pembuatan plastik yang bersifat degradable. Material plastisasi umumnya merupakan molekul kecil yang larut dalam struktur amorf diantara molekul-molekul polimer yang lebih besar. Material plastisasi memacu proses pencetakkan, dan meningkatkan fleksibilitas produk. Diperlukan pencampuran sempurna untuk mempengaruhi distribusi homogen [21] Gliserol berbetuk cairan pada suhu kamar, memiliki sifat karakteristik dan sifat kimia berikut:

Tabel 2.3 Sifat Fisika Gliserol [23]

  Sifat Nilai

  Tampilan fisik Cair Kemurnian 95-99,5 %

  Titik lebur

  18 C Titik didih 290 C pada 1013 hPa

  Densitas relative 1,26 pada 20 C Tekanan uap 0,000106 hPa pada 25 C dan

  0,0033 hPa pada 50 C Koefisien partisi Log Kow-1,76 n-oktanol-air

  Kelarutan dalam air Bercampur Konstanta disosiasi 0,07 E 13

  Titik nyala 160 C Autoflammabilitas 393 C

  Viskositas 1410 mPa s pada 20 C Tegangan permukaan 63,4 Mn/m pada 20 C

2.6 KITIN DAN KITOSAN

  Kitin, poly (

  β-(14)-N-acetyl-D-glucosamine) adalah polisakarida alam yang sangat penting, diidentifikasi pertama kali pada tahun 1884.

  Biopolimer ini disintesis dari beberapa organisme makhluk hidup. Mengingat banyaknya jumlah kitin yang diproduksi tiap tahunnya di dunia, kitin adalah polimer yang berlimpah di alam. Kitin terbentuk di alam dengan pembentukan kristal mikrofibril dari struktur komponen pada exoskeleton artropoda atau pada dinding sel dari ragi. Gambar 1. Struktur kimia pengulangan unit dari (a) kitin, poly (

  β-N-acetyl-D-

glucosamine) dan (b) kitosan (poly(D-glucosamine)). (c) Stuktur sebagian kitosan

acetylates, sebuah kopolimer yang dikarakterisasi dengan beberapa derajat dari

asetilasi DA [24].

  Kitin memiliki kadar racun yang terurai secara rendah dan inert pada saluran pencernaan. Kitin telah digunakan untuk persiapan afinitas kromatografi kolom untuk mengisolasi lektin dan menentukan strukturnya. Kitin secara luas digunakan untuk imobilisasi enzim dari seluruh sel [24].

  Kitosan adalah polisakarida linear. Polisakarida struktur karbohidrat polimer, yang terbentuk dari pengulangan unit (tiap mono- ataupun di- sakarida) yang tergabung bersama dengan ikatan glikosidik. Kitosan adalah produk komersial dari kitin yang diasetilasi (penghapusan gugus asetil). Kitosan adalah polisakarida kedua yang sangat berlimpah di alam setelah selulosa. Biopolimer ini kebanyakan tersedia dari limbah produk pada industri kerang-kerangan. Kitosan juga dapat terbentuk dari komponen kitin dari fungsi dinding sel.

  Kitosan kering tidak mempunyai titik lebur. Bila Kitosan disimpan dalam

  o

  jangka waktu yang relatif lama pada suhu sekitar 100 F maka sifat kelarutannya dan viskositasnya akan berubah. Bila kitosan disimpan lama dalam keadaan terbuka (terjadi kontak dengan udara) maka akan terjadi dekomposisi, warnanya menjadi kekuningan dan viskositas larutan menjadi berkurang. Hal ini dapat digambarkan seperti kapas atau kertas yang tidak stabil terhadap udara, panas dan sebagainya. Kitosan dapat dimanfaatkan di berbagai bidang biokimia, obat-obatan atau farmakologi, pangan dan gizi, pertanian, mikrobiologi, penanganan air limbah, industri-industri kertas, tekstil membran atau film, kosmetik dan lain sebagainya [25].

  Kitosan dibebankan positif dan mudah mengikat permukaan beban negatif. Sifat ini yang membuat kitosan sebagai material bioadesif. Sifat lain dari kitosan adalah biodegradable, biokompatibel dan polimer tidak beracun, membuatnya menjadi komponen yang bernilai pada film kemasan alam.

  Kitosan dapat larut di larutan asam encer di bawah pH 6,0. Ini dikarenakan kitosan dapat dianggap sebuah dasar yang kuat seperti memiliki gugus amino primer dengan pKa yang bernilai 6,3. berhubungan dengan inter- dan intramolekular ikatan hidrogen yang terbentuk antara gugus amino dan gugus hidroksil pada ikatan tulang punggung dua komponen. Sifat mekanik, sifat penahan air, dan kemampuan dari bidegradasi campuran film yang dibuat dengan rasio dari pati dan kentang [26].

Tabel 2.4 Sifat Fisika Kitosan [27]

  Spesifikasi Penampilan Putih atau kuning Bau Tidak berbau Kelembaban Max. 12 % De-asetilasi Min. 70 % Viskositas Max. 50 cps Transparansi Min. 30 cm pH (dispersi 5%) 6,5-7,5 Ukuran partikel 20-30 mesh Kelarutan Min. 99 %, dalam HCl 6 %

2.7 GELATINISASI PATI

  Pati merupakan komponen utama yang membentuk tekstur pada produk makanan semi solid. jenis pati yang berbedda akan memilki sifat yang berbeda dalam pengolahan. Sifat-sifat ini dapat diaplikasikan pada pengolahan pangan untuk mendapatkan keuntungan-keuntungan gizi, teknologi pengolahan, fungsi, sensori dan estetika. Sifat thickening (mengentalkan) dan gelling (pembentuk gel) dari pati merupakan sifat yang penting dan dapat memberikan karakteristik sensori produk yang lebih baik.

  Jumlah fraksi amilosa-amilopektin sangat berpengaruh pada profil gelatinisasi pati. Amilosa memiliki ukuran yang lebih kecil dengan struktur tidak bercabang. Sementara amilopektin merupakan molekul berukuran besar dengan struktur bercabang banyak dan membentuk double helix. Saat pati dipanaskan, beberapa double helix fraksi amilopektin merenggang dan terlepas saat ada ikatan hidrogen yang terputus. Jika suhu yang lebih tinggi diberikan, ikatan hidrogen akan semakin banyak yang terputus, menyebabkan air terserap masuk ke dalam granula sehingga struktur dari granula pati menjadi lebih terbuka, dan lebih banyak air yang masuk ke dalam granula, menyebabkan granula membengkak dan volumenya meningkat. Molekul air kemudian membentuk ikatan hidrogen dengan gugus hidroksil gula dari molekul amilosa dan amilopektin. Di bagian luar granula, jumlah air bebas menjadi berkurang, sedangkan jumlah amilosa yang terlepas meningkat. Molekul amilosa cenderung untuk meninggalkan granula karena strukturnya lebih pendek dan mudah larut. Mekanisme ini yang menjelaskan bahwa larutan pati yang dipanaskan lebih kental [27].

2.8 METODE PEMBUATAN BIOPLASTIK

  Pembuatan plastik biodegradable dapat mencakup berbagai prosedur yang berbeda tanpa mempengaruhi bahan biodegradasi. Ada yang berupa sintesis (kimia) atau bio-teknologi (yang dilakukan oleh mikroorganisme atau enzim). Prosedur paling umum adalah sebagai berikut [28] :

1. Pabrikasi plastik dari polimer alam yang diproses secara mekanik atau kimia (plastik dengan dasar struktur pati).

  2. Sintesis kimia suatu polimer dari sebuah produksi monomer dengan konversi bio- teknologi bahan yang dapat diperbaharui (seperti penggunaan asam laktat yang diproduksi dari fermentasi gula yang digunakan untuk produksi asam poliatik- PLA). Pada kasus ini, polimer diproduksi secara kimia dengan dasar bahan yang dapat diperbaharui.

  3. Produksi kimia dengan prosedur bio-teknologi yang berdasarkan pada bahan yang dapat diperbaharui (seperti fermentasi gula dimana mikrorganisme alam mensintesis termoplastik alifatik poliester, seperti polihidroksibutirat-PHB).

4. Sintesis kimia suatu polimer berdasarkan komponen yang dikandung dengan proses petro kimia dari bahan yang tidak dapat diperbaharui.

  Plastik biodegradable juga dapat dibuat dari beberapa sumber dan bahan. Sebuah kelompok penelitian dari Cornell bekerja dengan sejumlah serat termasuk yang diperoleh dari batang kenaf, nanas dan batang pisang. Tim mereka bekerja dengan resin yang terbuat dari mikroorganisme dan resin komersial seperti komposit membuat plastik yang terbuat dari pati ataupun bakteri [29].

2.9 PENGUJIAN FILM PLASTIK

FOURIER TRANSFORM INFRA RED

2.9.1 ANALISIS (FTIR)

  Sampel yang berupa film, dtempatkan ke dalam set holder, kemudian di cari spektrum yang sesuai. Hasilnya di dapat berupa difraktogram hubungan antara bilangan gelombang dengan intensitas. Spektrum FTIR di rekam menggunakan spektofotometer pada suhu ruang [30].

  Analisis spektra infra merah (IR) dilakukan dengan menggunakan fourier

  

transmitter infra red (FTIR) Shimadzu. Pengamatan spektra IR digunakan untuk

  mengetahui gugus-gugus fungsi yang terkandung didalam suatu bahan, dalam penelitian ini analisis FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang terkandung didalam pati kentang, film plastik pati kentang tanpa penambahan gliserol, dan film plastik pati kentang dengan penambahan pati kentang. Pengamatan ini didasarkan pada pengamatan dari panjang gelombang puncak-puncak karakteristik dari suatu sampel. Panjang gelombang puncak-puncak tersebut menunjukkan adanya gugus-gugus tertentu yang ada pada sampel, karena masing- masing gugus fungsi memiliki puncak karakteristik yang spesifik untuk gugus fungsi tertentu. Analisi ini bertujuan untuk mengetahui adanya interaksi dari gugus –OH pada pati kentang selaku bahan baku dan gugus –OH pada serat film plastik pati kentang yang dihasilkan baik tanpa penambahan gliserol ataupun dengan penambahan gliserol.

  2.9.2 PENGUJIAN KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH)

  Sampel yang akan diuji terlebih dahulu dikondisikan dalam ruang dengan

  

o

  suhu kelembaban relatif standar (23±2

  C) selama 24 jam. Sampel akan diuji dipotong sesuai standar. Pengujian dilakukan dengan cara kedua ujung dijepit pada mesin penuji tensile. Selanjutnya dicatat panjang awal dan ujung tints pencatat diletakkan pada posisi 0 pda grafik. Knob start dinyalakan dan alat akan menarik sampel yang putus dan dicatat gaya kuat tarik (F) dan panjang setelah putus. Selanjutnya dilakukan pengujian lembar berikutnya [30].  

         

       

  2.9.3 PENGUJIAN AIR YANG DISERAP (WATER UPTAKE)

  Berat awal sampel yang akan diuji dtimbang (Wo). Lalu isi suatu wadah (botol/ gelas/ mangkok) dengan air aquades. Letakkan sampel plastik ke dalam wadah tersebut. Setelah 10 detik angkat dari dalam wadah berisi aquades, timbang berat sampel (W) yang telah direndam dalam wadah. Rendam kembali sampel ke dalam wadah tersebut, angkat tiap 10 detik, timbang berat sampel. Lakukan hal yang sama hingga diperoleh berat akhir sampel yang konstan. Air yang diserap oleh sampel dihitung melalui persamaan [31]:

  Berat sampel  W  Berat sampel awal  Wo %Ketahanan air   

   x 100% Berat sampel awal  Wo

  2.9.4 ANALISIS SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)

  Analisis ini digunakan sebagai data pendukung dalam pengujian kekuatan tarik, hasil uji analisa SEM dapat memberikan informasi tentang bentuk dan perubahan dari suatu bahan yang diuji dimana prinsipnya perubahan patahan, lekukan dan perubahan struktur dari bahan yang mengalami perubahan energi [32].

2.10 APLIKASI DAN KEGUNAAN FILM PLASTIK BERBAHAN DASAR PATI

  Film plastik berbahan pati dapat digunakan untuk berbagai aplikasi dalam industri. Ketika digunakan dalam pembuatan tas dari daur ulang sampah organik, pengemasan, dan pertanian, sifat dari film plastik ini sama dengan LDPE (low

  density polyethylene). Berikut adalah aplikasi andalam industri yang mengguanakan

  film plastik berbahan dasar pati [33] : 1.

  Tas pembelian : Pertama kali dikenalkan pada tahun 1999 dan mulai digunakan di banyak supermarket di Scandinavia. Mereka mengenalkan di tempat dimana

  2. Kemasan barang konsumsi : Pasar utamanya adalah untuk kertas sutra, tetapi ada juga pasar untuk pengemasan majalah, terutama untuk barang elektronik.

  3. Pengemas makanan : Pasar utama untuk tas pengemas makanan ini adalah untuk buah, sayur dan produk toko roti. Biaya yang tinggi dari produk biodegradable membatasi pasar ini, tetapi film pati memiliki keuntungan daripada plastik tradisional, mereka memungkinkan produk untuk bernafas lebih baik.

  4. Tas komposit : Tas ini digunakan dalam mengumpulkan sampah organik, dimana akan dibutuhkan untuk menghasilkan suatu senyawa.

  5. Kosmetik higienis : Didalam jalur higienis pada bisnis ini, polimer biodegradable ditemukan pada popok, penhapus dan bahkan pada tusuk gigi.

Gambar 2.4 Tas Kemasan Biodegradable yang Dikomersialkan Pada Supermarket di Itali.Gambar 2.5 Tusuk Gigi Berbahan Dasar Pati yang Dikomersialkan di Hongkong

  Dalam penelitian ini, film plastik pati kentang diaplikasikan pada pembuatan plastik kemasan yang digunakan pada supermarket sebagai pengganti plastik konvensional.

Gambar 2.6 Plastik Kemasan Dari Film Plastik Pati Kentang

2.11 ANALISIS BIAYA

  Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan film plastik pati kentang. Rincian biaya diberikan dalam Tabel 2.5 berikut.

Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan Film Plastik Pati Kentang

  

Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp)

  Kentang (Solanum tuberosum 5 kg Rp 9.000 ,-/kg 45.000,-

  L) untuk Pati Kentang

  Cetakan Akrilik 2 mm 6 buah Rp 15.000,-/buah 90.000,- Cetakan Akrilik 3 mm 3 buah Rp 20.000,-/buah 60.000,- Gliserol

  1 L Rp 45.000,-/L 45.000,- Analisa Fourier Transform 3 sampel Rp 75.000,-/sampel 225.000,-

  Infra-Red (FTIR)

  Analisa Uji Mekanis 12 sampel Rp 30.000,/sampel 360.000,- Analisa Scanning Electron 4 samoel Rp 175.000,/sampel 700.000,-

  Microscopy (SEM)

Total 1.525.000,- Dari rincian biaya yang telah dilakukan di atas maka total biaya yang diperlukan untuk membuat film plastik pati kentang yaitu sebesar Rp 1.525.000,-.

  Produk yang akan dihasilkan dari film plastik pati kentang yaitu plastik kemasan di supermarket pengganti plastik konvensional. Adapun dimensi plastik kemasan tersebut yang akan diproduksi, yaitu :

   Panjang = 30 cm  Lebar = 30 cm  Tebal = 3 mm

  Adapun perkiraan biaya pembuatan 1 plastik kemasan antara lain :

Tabel 2.6 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk

  Bahan dan Peralatan Jumlah yang diper lukan Biaya Total (Rp)

  Kentang 0,5 kg 4.500,- Gliserol 3 mL 135,- Cetakan akrilik 2 mm 1 buah 15.000,- Cetakan akrilik 3 mm 1 buah 20.000,- Biaya analisis produk (Uji tahan bentur) 1 buah 30.000,- Biaya Tambahan - 7.000,-

  

Total Rp 76.635,-

  Total biaya yang diperkirakan untuk membuat 1 pcs kemasan yaitu sebesar Rp 76.635,-. Harga produk sejenis di pasaran memiliki rentang harga Rp 30.000 /kg Oleh karena itu, produk ini kurang ekonomis jika dipasarkan.