STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS.

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia

Dini Suryaningsih 0902078

PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS

Oleh Dini Suryaningsih

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada

Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

© Dini Suryaningsih di 2014 Universitas Pendidikan Indonesia

April 2014

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian, dengan dicetak ulang, difotokopi, atau cara lainnya tanpa ijin dari penulis.

DINI SURYANINGSIH

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS

DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH :

Pembimbing I

H. Budiman Anwar, S.Si., M.Si. NIP. 197003131997031004

Pembimbing II

Dr. Yayan Sunarya, M.Si. NIP. 196102081990031004

Mengetahui,

Ketua Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI

Dr. rer. nat. Ahmad Mudzakir, M.Si. NIP. 196611211991031002

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul “STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS ” ini dan seluruh

isinya adalah benar-benar karya saya sendiri, dan saya tidak melakukan penjiplakan atau pengutipan dengan cara-cara yang tidak sesuai dengan etika ilmu yang berlaku dalam masyarakat keilmuan. Atas pernyataan tersebut, saya siap menerima resiko yang dijatuhkan kepada saya apabila di kemudian hari ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya ini, atau ada klaim dari pihak lain dalam karya saya.

Bandung, April 2014 Yang membuat pernyataan,

Dini Suryaningsih NIM 0902078

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian yaitu studi pendahuluan untuk mendapatkan nanokristalin selulosa dari selulosa bakterial dengan menggunakan limbah kulit nanas. Nanokristalin selulosa merupakan material yang dapat digunakan dalam berbagai macam aplikasi, salah satunya sebagai bahan penguat pada matriks polimer. Nanokristalin selulosa dapat dipreparasi dari tanaman, hewan laut, dan bakteri. Pada penelitian ini selulosa bakterial yang diperoleh dari limbah kulit nanas digunakan sebagai bahan baku alternatif pengganti serat selulosa yang berasal dari tumbuhan. Preparasi nanokristalin selulosa melalui metode hidrolisis asam dipengaruhi oleh 4 faktor yakni suhu, waktu, konsentrasi dan rasio selulosa-asam. Pada penelitian ini dilakukan variabel waktu hidrolisis selama 30 dan 45 menit, pada konsentrasi 34%, suhu 45°C dan rasio selulosa-asam 1:60. Identifikasi gugus fungsi setelah dilakukan hidrolisis menggunakan FTIR menunjukkan masih terdapat gugus-gugus penyusun selulosa dengan gugus OH ulur pada bilangan gelombang 3415,7 cm-1, serapan gugus C-O ulur 1163,0 cm-1, serapan gugus C-O ulur 1163,0 cm-1 dan vibrasi cincin 563,2-611,4 cm-1. Tetapi terjadi penghilangan gugus C-H ulur diduga terjadi proses eliminasi dan terbukannya ikatan rangkap hal ini terlihat pada spektrum tajam dengan bilangan gelombang 1641,3 cm-1. Hasil XRD contoh pada waktu hidrolisis 45 menit memberikan hasil derajat kristalinitas sebesar 8,23% menunjukkan penurunan yang signifikan. Hal ini menandakan bahwa hidrolisis terjadi pula pada bagian kristalin. Hasil SEM menunjukkan partikel selulosa belum mencapai ukuran nano, melainkan masih pada skala mikron dengan diameter rata-rata untuk waktu hidrolisis 30 menit 9,5μm sedangkan untuk waktu hidrolisis 45 menit 1,87μm.

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

ABSTRACT

Research that has been conducted preliminary studies to obtain nanocrystalline cellulose from bacterial cellulose by using pineapple peel waste. Nanocrystalline cellulose is a material that can be used in a wide variety of applications, one of them as a reinforcing material in the polymer matrix. Nanocrystalline cellulose can be prepared from plants, marine animals, and bacteria. In this study, bacterial cellulose obtained from pineapple peel waste is used as an alternative raw material cellulose fiber derived from plants. Preparation of nanocrystalline cellulose by acid hydrolysis method is influenced by four factors namely temperature, time, concentration and acid-cellulose ratio. In this research, the time variable hydrolysis for 30 and 45 minutes, at a concentration of 34%, temperature 45°C and cellulose:acid ratio of 1:60.Identification of functional groups after hydrolysis using FTIR showed there is still a cellulose constituent groups with the O-H group stretching at wave number 3415.7 cm-1, absorption C-O group stretching 1163.0 cm-1, absorption C-O group stretching 1163.0 cm-1 ring and vibration from 563.2 to 611.4 cm-1. But the removal of the C-H stretching occurs allegedly occurred a process of elimination and the opening of the double bond as seen in the sharp spectrum with wave number 1641.3 cm-1. XRD results cellulose particles gives results the degree of crystallinity of 8.23% which showed a significant reduction indicates that hydrolysis occurs also in the crystalline part. SEM results showed the particle size of nano cellulose has not been reached, but still on the micron scale with an average diameter for the hydrolysis time of 30 minutes 9.5 μm while for the hydrolysis time of 45 minutes 1.87 μm.

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

UCAPAN TERIMA KASIH ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR LAMPIRAN………...viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah………. 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Limbah Kulit Nanas ... 5

2.2 Selulosa Bakterial ... 6

2.3 Selulosa………..………... 9

2.4 Nanokristalin Selulosa……..……….…... 11

2.5 Uji Karakterisasi ... 13

2.5.1 Scanning Electronic Microscopy (SEM)………... 14

2.5.2 Fourier Transfom Infra Red (FTIR)……….. 15

2.5.3 X-Ray Diffractometer (XRD)………..15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 17

3.2 Alat dan Bahan ... 17

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

3.2.2 Bahan ... 17

3.3 Tahapan Penelitian ... 18

3.4 Bagan Alir Penelitian ... 18

3.5 Cara Kerja ... 20

3.5.1 Tahap Preparasi Selulosa Bakterial ... 20

3.5.1.1 Pembuatan Sari Limbah Kulit Nanas……….20

3.5.1.2 Pembuatan Selulosa Bakterial nata de pina………...20

3.5.1.3 Pemurnian Selulosa Bakterial nata de pina………21

3.5.2 Isolasi Nanokristalin Selulosa ... 21

3.5.2.1 Hidrolisis Asam………..21

3.5.2.2 Proses Sentrifugasi……….22

3.5.2.3 Dialisis………22

3.5.2.4 Sonikasi………..22

3.5.2.5 Freeze Drying……….22

3.5.3 Analisis Gugus Fungsi ... 22

3.5.4 Morfologi Permukaan ... 23

3.5.5 Uji Kristalinitas ... 23

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Preparasi Selulosa Bakterial ... 24

4.2 Hasil Isolasi Nanokristalin Selulosa ... 26

4.3 Tahap Analisis ... 30

4.3.1 Hasil Uji Gugus Fungsi……….. 30

4.3.2 Hasil Uji Morfologi Permukaan………..32

4.3.3 Hasil Uji Kristalinitas……….…33

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur dari Selulosa Bakterial ... . 8

Gambar 2.2. Struktur Selulosa ... . 9

Gambar 2.3. Struktur Kristal dan Amorf didalam Selulosa ... 10

Gambar 2.4. Skema dari Hidrolisis Selulosa Terhadap Penggunaan Asam …...13

Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian ... 20

Gambar 4.1. Selulosa Bakterial (BC) ... 25

Gambar 4.2. Lembar Selulosa Bakterial yang Telah Kering ... 25

Gambar 4.3. Serbuk Selulosa Bakterial dengan Ukuran 100 mesh... 26

Gambar 4.4. Proses Hidrolisis Asam... 27

Gambar 4.5. Proses Sentrifugasi ... 28

Gambar 4.6. Proses Dialisis dengan Membrane Semipermeabel ... 29

Gambar 4.7. Hasil Nanokristalin Selulosa ... 29

Gambar 4.8. Spektrum FTIR Selulosa Bakterial Sebelum Dihidrolisis ... 30

Gambar 4.9. Spektrum FTIR Partikel Selulosa Setelah dihidrolisis ... 31

Gambar 4.10. Hasil Uji Morfologi Permukaan Selulosa Bakterial ... 32

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kandungan pada Kulit Buah Nanas ………...… 5

Tabel 2.2. Produksi Limbah Kulit Nanas……….……… 6

Tabel 4.1. Hasil Analisis FTIR Selulosa Bakterial Sebelum Dihidrolisis ... 30

Tabel 4.2. Hasil Analisis FTIR Selulosa Bakterial Setelah Dihidrolisis ... 31

Tabel 4.3. Data Peak Selulosa Bakterial Sebelum dan Setelah Dihidrolisis .. 35

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan Konsentrasi Asam Sulfat ... 39

Lampiran 2. Hasil FTIR Selulosa Bakterial ... 40

Lampiran 3. Hasil FTIR Partikel Selulosa Setelah Hidrolisis ... 41

Lampiran 4. Hasil Uji Kristalografi Selulosa Bakterial ... 42

Lampiran 5. Hasil Uji Kristalografi Partikel Selulosa Hidrolisis 45 menit ... 46

1

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia memiliki potensi berupa sumber daya alam terbaharukan yang melimpah baik dalam jumlah maupun jenis tanaman yang mengandung serat selulosa. Serat selulosa merupakan polimer alam dengan kelimpahan yang banyak, tidak mahal, tidak beracun, mudah didegradasi, dan termasuk kedalam sumberdaya alam yang dapat diperbaharui. Serat selulosa dapat dihasilkan dari tanaman, hewan laut dan bakteri. Penggunaan tanaman hutan untuk produksi serat selulosa secara kontinyu telah secara nyata menurunkan luas dan jumlah sumber daya hutan di Indonesia. Hal ini mengakibatkan kerusakan hutan, erosi tanah, bencana banjir, tanah longsor, serta pemanasan global. Untuk mengurangi dampak negatif yang ditimbulkan dari produksi selulosa tanaman tersebut, maka perlu ditemukan alternatif penghasil serat selulosa.

Selulosa yang biasanya ditemukan dalam tanaman juga dapat dihasilkan oleh beberapa jenis bakteri yang dikenal sebagai Bacterial Cellulose (BC). Produksi selulosa bakterial yang dapat dilakukan secara intensif menjadi alternatif penghasil selulosa tanaman, karena bakteri menghasilkan serat selulosa dalam waktu lebih pendek dan lahan yang lebih sempit dibandingkan tanaman. Selain itu produksi selulosa bakterial dalam skala industri dapat mengurangi kerusakan hutan dan mencegah pemanasan global. Selulosa bakterial juga memiliki keunggulan dimana kemurniannya tinggi dibanding dengan serat selulosa dari tanaman karena tidak mengandung lignin dan senyawa ekstrak lainnya, kekuatan tariknya yang tinggi, elastis, dan terbiodegradasi (Krystinowicz, 2001). Selulosa bakterial memiliki ukuran serat/fibril lebih kecil dan lebih seragam dibandingkan serat selulosa tanaman.

Nanas mendominasi perdagangan buah tropika dunia. Limbah kulit nanas banyak dibuang setelah daging buah tersebut dikonsumsi. Satu buah nanas hanya

2

dapat dikonsumsi sebanyak 53% saja, sedangkan sisanya dibuang sebagai limbah, sehingga limbah kulit nanas semakin lama semakin menumpuk dan umumnya hanya dibuang ke tempat pembuangan sampah (Rulianah, 2002). Limbah kulit nanas dimanfaatkan sebagai media mendapatkan selulosa bakterial, dengan bantuan Acetobater xylinum akan dihasilkan serat-serat selulosa melalui proses fermentasi bakteri (Philip dan William., 2000). Selulosa memiliki kinerja kurang tinggi untuk menghasilkan turunan selulosa dengan sifat yang lebih tinggi, menguntungkan, baik dari sisi ekonomi maupun aplikasinya dalam bidang material, perlu dilakukan konversi selulosa menjadi nanokristalin selulosa.

Nanokristalin selulosa memiliki banyak kelebihan, seperti dimensi dengan skala nano, kekuatan tinggi yang spesifik dan modulus, daerah permukaan yang tinggi, dan lain-lain. Serat berukuran nano ini merupakan material baru yang dapat digunakan sebagai bahan penguat pada matriks polimer (L. Suryanegara et al., 2010). Aplikasinya dapat ditambahkan pada polimer untuk membuat komposit untuk otomotif (Marsh, 2003, Suddell dan Evans, 2005), elektronik, bahan bangunan, serta alat-alat rumah tangga. Sampai saat ini proses pembuatan nanokristalin selulosa masih terus diteliti didunia untuk mendapatkan proses yang lebih cepat, hemat energi, murah, dan bisa menghasilkan nanokristalin dalam jumlah yang besar sehingga layak untuk dibuat dalam bidang industrinya.

Nanokristalin selulosa dapat dibuat melalui reaksi kimiawi yakni dengan hidrolisis asam kuat. Sebuah hidrolisis asam dikendalikan mudah merusak daerah amorf dari mikrofibril selulosa, yang akan meninggalkan segmen kristalin yang utuh dan mengarah pada pembentukan kristal tunggal (Berglund et al, 2010; Samir et al, 2005). Sumber utama serat selulosa yang telah banyak digunakan yakni bubur kayu atau kapas.

Tujuan penelitian ini mendapatakan nanokristalin selulosa dari sumber serat selulosa selain kayu, sehingga dilakukan studi pendahuluan untuk mendapatkan nanokristalin selulosa berbahan dasar selulosa bakterial dengan menggunakan media limbah kulit nanas. Preparasi mendapatkan nanokristalin selulosa dipengaruhi oleh 4 faktor yakni suhu, waktu, konsentrasi asam dan rasio

3

3 Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

selulosa:asam untuk mengetahui pengaruh waktu hidrolisis asam terhadap keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa maka dalam penelitian ini dilakukan variabel waktu hidrolisis selama 30 dan 45 menit. Bentuk morfologi permukaan, ukuran dan struktur partikel selulosa dikarakterisasi dengan menggunakan SEM (Scanning Electronic Microscopy), FTIR (Fourier Transfom Infra Red), dan XRD (X-Ray Diffractometer).

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, rumusan masalah penelitian adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana potensi selulosa bakterial sebagai bahan baku mendapatkan nanokristalin selulosa?

2. Bagaimana pengaruh variasi waktu dalam proses hidrolisis terhadap keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa berbahan baku selulosa bakterial dari media limbah kulit nanas?

3. Bagaimana hasil karakterisasi struktur dan ukuran, gugus fungsi, dan juga kristalinitas dari partikel nanokristalin selulosa?

1.3 Batasan Masalah Penelitian

Dari rumusan masalah yang telah diuraikan, maka batasan masalah pada penelitian ini mencakup beberapa hal yaitu :

1. Bahan baku selulosa yang digunakan yaitu selulosa bakterial yang didapatkan dari proses fermentasi dengan bantuan bakeri Acetobacter xylinum dari media limbah kulit nanas.

2. Sintesis nanokristalin selulosa dilakukan dengan metode hidrolisis asam kuat yakni H2SO4 dengan konsentrasi asam 34%, rasio selulosa:asam 1:60 yang diikuti suhu pemanasan 45°C diatas pengaduk magnetik dengan kecepatan 400rpm.

4

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah :

1. Mengetahui potensi selulosa bakterial sebagai bahan baku alternatif penghasil nanokristalin selulosa.

2. Mendapatakan waktu hidrolisis asam optimum guna menentukan keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa dari selulosa bakterial dengan menggunakan media limbah kulit nanas.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dilakukan penelitian diantaranya adalah :

1. Dapat digunakan sebagai bahan pustaka mengenai alternatif penghasil nanokristalin selulosa berbahan baku selulosa bakterial dengan menggunakan media limbah kulit nanas.

2. Sebagai bahan penelitian sejenis untuk menyempurnakan penelitian yang telah dilakukan.

3. Sebagai salah satu upaya dalam pemanfaatan limbah kulit nanas sehingga dapat mengurangi dampak dari pencemaran lingkungan.

17

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian dilakukan dari bulan April sampai dengan bulan September 2013 di Laboratorium Kimia Riset Material dan Makanan serta di Laboratorium Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia. Uji karakterisasi morfologi permukaan di Laboratorium fisika Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (tekMira) Bandung dan Uji kristalinitas dilakukan di Laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG) Bandung.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini meliputi alat-alat gelas, neraca analitik, blender, oven, corong buchner, pengaduk magnetik, pisau pemotong, wadah fermentasi, panci aluminium, kompor, bureat 50 mL, botol vial, pemanas listrik, rotary vacuum evaporator, kaca arloji, saringan 100 mesh dan sentrifugator. Fourier Transfom Infra Red (FTIR) Spectroscopy Shimadzu, X-Ray Diffaction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) .

3.2.2 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit nanas yang didapatkan dari penjual buah nanas yang berada di depan kampus Universitas Pendidikan Indonesia. Bahan lainnya yang digunakan adalah gula pasir, air, urea ((NH2)2CO) (E.Merck), alkohol 95%, NaOH 1% (E.Merck), CH3COOH glasial (E.Merck), Asam sulfat (H2SO4) pekat (E.Merck), kertas

18

koran, karet pengikat, indicator universal, kertas saring whatmann dan membrane semipermeabel (Cellu-Sep®; MWCO 12,000-14,000) yang didapatkan dari Membrane Filtration Products, Inc. (TXS,USA).

3.3 Tahapan Penelitian

Prosedur penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap yakni : 1. Tahap Preparasi Selulosa Bakterial

a. Tahap pembuatan sari kulit nanas

b. Tahap sintesis selulosa bakterial (Susanto et al 2000) c. Tahap pemurnian selulosa bakterial (Safriani, 2000) 2. Tahap Isolasi Nanokristalin Selulosa

a. Tahap hidrolisis asam b. Tahap sentrifugasi c. Tahap dialisis d. Sonikasi e. Freeze drying

3. Tahap karakterisasi gugus fungsi menggunakan Fourier Transfom Infra Red (FTIR) Spectroscopy, bentuk morfologi permukaan, ukuran, dan struktur menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), uji kristalinitas dengan menggunakan Diffraction X-Ray (XRD)

3.4 Bagan Alir Penelitian

Penelitian yang dilakukan meliputi lima tahapan, yaitu dimulai dari tahap preparasi sampel selulosa bakterial yang terdiri dari 3 proses yakni pembuatan sari kulit nanas, sintesis selulosa bakterial sesuai dengan prosedur susanto et al. 2000, dan pemurnian selulosa selulosa bakterial sesuai dengan prosedur safriani et al, 2000. Tahap kedua yakni isolasi nanokristalin selulosa yang terdiri dari 5 tahapan proses yang dilakukan seperti hidrolisis dengan asam kuat, sentrifugasi, dialisis, sonikasi, dan freeze drying. Selanjutnya tahapan karakterisasi yaitu analisis gugus fungsi menggunakan Fourier Transfom Infra Red Spectroscopy (FTIR), uji

19

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

morfologi permukaan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), dan uji kristalinitas dengan menggunakan Diffraction X-Ray (XRD). Bagan alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.

 keringkan didalam oven pada suhu 40°C  hancurkan dengan blender

 saring 100 mesh

 potong-potong dengan ukuran 4x5 cm  rebus dalam air mendidih

 rendam dalam larutan NaOH 1% selama 24 jam  rendam dalam larutan CH3COOH 1% selama 24 jam  rendam dalam aquades selama 24 jam

 saring dengan vacuum evaporator  cuci dengan air mengalir

 potong menjadi bagian kecil  hancurkan dengan blender

 peras dan disaring dengan kain panel Limbah kulit nanas

 encerkan 1:4 (sari nanas:air)  rebus dalam panci alumunium  tambahkan gula pasir 7,5%  tambahkan (NH2)2CO 0,5%

 pindahkan kedalam wadah fermentasi  atur pH dengan penambahan CH3COOH  tutup dan diikat dengan karet

 diamkan dalam suhu kamar selama 24 jam  tambahkan starter Acetobacter xylinum 10%  inkubasi selama 10 hari.

Sari kulit nanas

Selulosa bakterial

Lembar selulosa bakterial

20

3.5 Cara Kerja

3.5.1 Tahap Preparasi Selulosa Bakterial 3.5.1.1 Pembuatan Sari Limbah Kulit Nanas

Pembuatan sari limbah kulit nanas meliputi pencucian kulit nanas dengan menggunakan air bersih yang mengalir, penghancuran dengan menggunakan blender, pemerasan dan penyaringan dengan menggunakan kain panel.

3.5.1.2 Pembuatan Selulosa Bakterial Nata de pina (Susanto et al. 2000) Sari kulit nanas diencerkan sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan. Pengenceran digunakan dengan perbandingan nanas:air (1:4)

 diamkan selama 24jam  dialisis 48jam

 sonikasi 10 menit  freezer drying 24jam  dinginkan, ditambahkan aquabidest

 simpan dalam lemari kulkas selama 24 jam  sentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm  dekantasi

 timbang 1 gram

 tambahkan H2SO4 dengan nisbah 1:5 tetes demi tetes dengan pengadukan 400 rpm dan suhu 45°C

 aduk dengan pengaduk magnetik selama 45 dan 30 menit

Gambar 3.1. Bagan alir penelitian Serbuk selulosa bakterial

Campuran hidrolisis

Endapan Supernatan

Nanokristalin selulosa

21

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

total larutan 600ml. Larutan direbus sampai mendidih, lalu ditambahkan gula pasir 7,5% (b/v) dan urea ((NH2)2CO) 0.5% (b/v). Larutan dipindahkan

kedalam wadah fermentasi dan diatur pH-nya menjadi 4.5 dengan

penambahan asam asetat glasial (CH3COOH). Wadah langsung ditutup

dengan kertas koran yang telah disterilisasi dan diikat dengan karet,

kemudian dibiarkan selama semalam pada suhu kamar. Penambahan

inokulum sebanyak 10% (v/v)dilakukan apabila medium telah benar-benar

dingin dan diinkubasikan pada suhu kamar maksimal selama 10 hari.

3.5.1.3 Pemurnian Selulosa Bakterial Nata de pina (Safriani, 2000)

Selulosa bakterial dipotong–potong dengan ukuran sekitar 4x5 cm. Potongan BC direbus selama ±20 menit. Setelah itu, direndam dalam larutan NaOH 1% (v/v) pada suhu kamar selama 24 jam, kemudian diganti rendamannya dengan larutan CH3COOH glasial 1% (v/v) selama 24 jam.

Selulosa bakterial dicuci beberapa kali dengan aquades berulang-ulang, kemudian disaring dengan menggunakan vacuum evaporator untuk menarik air sampai diperoleh lembaran selulosa bakterial yang tipis. Lembaran ini dikeringkan didalam oven pada suhu 40°C. Lembar BC yang telah kering kemudian dihancurkan dengan blender, disaring menggunakan saringan 100 mesh didapatkan serbuk selulosa bakterial.

3.5.2 Isolasi Nanokristalin Selulosa

Isolasi nanokristalin selulosa dengan bahan baku selulosa bakterial yang dihasilkan melalui, hidrolisis menggunakan asam kuat H2SO4, proses sentrifugasi, dialisis, sonikasi, dan freeze drying.

22

Aquades 40 ml ditambahkan kedalam 1 gram serbuk selulosa, kemudian diaduk dengan kecepatan 400 rpm dan suhu 45 ˚C. Setelah 10 menit, H2SO4 pekat ditambahkan tetes demi tetes dengan suhu dan kecepatan yang tetap. Campuran diaduk selama 45 menit dan 30 menit dihitung mulai dari tetes H2SO4 terakhir.

3.5.2.2 Proses Sentrifugasi

Tahapan pemisahan dilakukan melalui proses sentrifugasi. Hasil hidrolisis dimasukan ke dalam aquabidest 500 mL disimpan dalam lemari pendingin selama 24 jam. Hasil hidrolisis disentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm dan dilakukan pencucian endapan hasil sentrifugasi secara berulang- ulang dengan menggunakan aquadest. Supernatan yang diperoleh ditampung ke dalam gelas kimia.

3.5.2.3 Dialisis

Supernatan yang didapatkan dari hasil sentifugasi dibiarkan selama 24jam. Supernatan didekantasi setelah itu dimasukkan ke dalam membran dialisis dan rendam dalam 100 ml air deinonisasi selama 48jam.

3.5.2.4 Sonikasi

Supernatan yang telah didialisis selama 48 jam ditampung dalam botol vial. Selanjutnya disonikasi selama 10 menit.

3.5.2.5 Freeze Drying

Supernatan yang telah disonikasi selama 10 menit, selanjutnya diuapkan pelarutnya untuk mendapatkan padatan nanokristalin selulosa didalam alat freeze drying.

23

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Analisis awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah analisis gugus fungsi pada bahan baku selulosa bakterial dari kulit nanas dengan menggunakan Fourier Transfom Infra Red (FTIR) Spectroscopy. Analisis ini bertujuan untuk memastikan bahwa telah terbentuk selulosa bakterial. Selian itu analisis gugus fungsi ini juga diperlukan untuk adanya gugus fungsi yang hilang dan terbentuk setelah proses hidrolisis. Uji karakterisasi gugus fungsi menggunakan FTIR Shimadzu dengan sampel selulosa bakterial sebelum dan setelah dihidrolisis. Uji gugus fungsi menggunakan FTIR dilakukan dilaboratorium instrumen Universitas Pendidikan Indonesia (lampiran 2).

3.5.4 Analisis Morfologi Permukaan

Karakterisasi morfologi permukaan dilakukan dengan menggunakan alat Scanning Electron Microscope (SEM). Analisis Scanning Electron Microscope (SEM) dilakukan untuk mengetahui gambaran morfologi permukaan dan ukuran partikel selulosa setelah dihidrolisis. Uji morfologi permukaan dilakukan pada sampel selulosa bakterial dan partikel selulosa setelah dilakukan hidrolisis pada waktu 30 dan 45 menit. Uji SEM ini dilakukan dilaboratorium pengujian Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (tekMira).

3.5.5 Uji Kristalinitas

Uji kristalinitas nanokristalin selulosa hasil hidrolisis selama 30 dan 45 menit dilakukan dengan menggunakan alat X-Ray Diffaction (XRD). Analisis ini dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas partikel selulosa yang diperoleh. Uji kristalinitas ini dilakukan di laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG) Bandung. (lampiran 4)

36

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Setelah dilakukan hidrolisis asam, partikel selulosa belum mencapai

ukuran nano melainkan hanya mencapai pada skla mikron.

2. Hasil XRD, menunjukkan partikel selulosa yang didapatkan masih memiliki sifat amorf yang dominan, dengan derajat kristalinitas 8,23%.

5.2 Saran

1. Diperlukan studi lebih lanjut untuk mendapatkan nanokristalin selulosa berbahan alternatif selulosa bakterial dengan berbagai variasi suhu, rasio selulosa:asam, waktu dan konsentrasi asam.

2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan tidak dilakukan freeze drying untuk mendapatkan nanokristalin selulosa.

Dini Suryaningsih, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

DAFTAR PUSTAKA

Berglund et al(2010). “Review: Current International Research Into Cellulose Nanofibres and Nanocomposites”. SpringerLink, Journal of Material Sciece. 45. 1-33.B. G. Ranby, Discussions Faraday Soc., 11, 158 (1951). Brown, R.M., (2004). “Cellulose Structure and Biosynthesis: What is on the store

for the 21st Century? ”. Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 42.3. 487-495.

Ciechanska, D. 2004. Multifungsional Bacterial Cellulose/Chitosan Composite Materials for Medical Applications. Fibres & Textiles in Eastern Europe.

Chatwal, G., 1985, “Spectroscopy Atomic and Molecule”, Himalaya Publishing

House, Bombay.

Czaja, W.K., D.J. Young, M. Kawecki, and R. M. Brown. 2007. Reviews:The Future Prospects of Microbial Cellulose in Biomedical Applications. Biomacromolecules, Volume 8, No. 1., 1 – 12.

Darwo AA.2003. Proyek Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan Direktorat Jendral Departemen Pendidikan Nasional. Produksi membran filtrasi dari selulosa microbial dan penerapannya dalam insdustri hasil pertanian [laporan penelitian]. Bogor:Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

F. W. Billmeyer, Textbook of Polymer Science. WileyInterscience Publication. USA,1984.

Fegel D, Wegener G. 1989. Wood: Chemistry, Ultrastructure, and Reaction . Berlin: Walter de Gruyter.

Fessenden, 1997, “Kimia Organik”, jilid 1, edisi ketiga Erlangga, Jakarta.

Figini M. 1982. Cellulose and Other Nature Polymer System. Plenum, New York. Hoenich, N. 2006. Cellulose for Medical Applications. Bioresources.

Iguchi, S.Yamanaka and A. Budhiono, J. Mater. Sci., 2000, 35, 261-270.

Klem et al , (2011). “Bacterial Synthesized Cellulose Artifitial Blood Vessels for Microsurgery”. Prog. Polymer. Science . 26. 1561-1603.

Krystynowicz. (2001). Biosynthesis of Bacterial Cellulose and its Potential

Application in The Different Industries,

http://www.biotecnology.pl.com/science/krystynomcz.htm.

Meshitsuka G, Isogai A. 1996. Chemical Structures of Cellulose, Hemicellulose, and Lignin. di dalam. Chemical Modification of Lignocellulosic Materials. Hon, D.N.S. (Ed.). Marcel Dekker, New York.

Rulianah S. 2002. Studi pemanfaatan kulit buah nanas sebagai nata de pina. Bisnis dan Teknologi 10:20-25.

Safriani. 2000. Produksi biopolymer selulosa asetat dari nata de soya [Tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Suryanegara, lisman et al (2009) “The effect of crystallization of PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-reinforced

PLA composites”. Elsevier composites science and technologi. 69,

1187-1192.

Susanto T, R Adhitia, Yunianta. 2000. Pembuatan nata de pina dari kulit nanas:kajian dari sumber karbon dan pengenceran medium fermentasi. Jurnal Teknologi Pertanian. 1:58-66.

Sutiani A.1997. Biodegradasi poliblend polistiren-pati [Tesis]. Bandung: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Teeri, H Brumer,G. Daniel and P. Gatenholm, Trends Biotechnol., 2007, 25,

299-306.

Vipul S. Chauhan and Swapan K. (2011).” Use Of Nanotechnology For High Performace Cellulosic and Papermaking Product”. Cellulose Chemistry and Technologi.

Yoshinaga S, Tonouchi N, Watanabe K. 1997. Research progress in production of bacterial cellulose by aeration and agitation culture and its application as a new industrial material. Biosci. Biotech. Biochem. 6:119-224.

total larutan 600ml. Larutan direbus sampai mendidih, lalu ditambahkan gula pasir 7,5% (b/v) dan urea ((NH2)2CO) 0.5% (b/v). Larutan dipindahkan kedalam wadah fermentasi dan diatur pH-nya menjadi 4.5 dengan penambahan asam asetat glasial (CH3COOH). Wadah langsung ditutup dengan kertas koran yang telah disterilisasi dan diikat dengan karet, kemudian dibiarkan selama semalam pada suhu kamar. Penambahan inokulum sebanyak 10% (v/v)dilakukan apabila medium telah benar-benar

dingin dan diinkubasikan pada suhu kamar maksimal selama 10 hari.

3.5.1.3 Pemurnian Selulosa Bakterial Nata de pina (Safriani, 2000)

Selulosa bakterial dipotong–potong dengan ukuran sekitar 4x5 cm. Potongan BC direbus selama ±20 menit. Setelah itu, direndam dalam larutan NaOH 1% (v/v) pada suhu kamar selama 24 jam, kemudian diganti rendamannya dengan larutan CH3COOH glasial 1% (v/v) selama 24 jam.

Selulosa bakterial dicuci beberapa kali dengan aquades berulang-ulang, kemudian disaring dengan menggunakan vacuum evaporator untuk menarik air sampai diperoleh lembaran selulosa bakterial yang tipis. Lembaran ini dikeringkan didalam oven pada suhu 40°C. Lembar BC yang telah kering kemudian dihancurkan dengan blender, disaring menggunakan saringan 100 mesh didapatkan serbuk selulosa bakterial.

3.5.2 Isolasi Nanokristalin Selulosa

Isolasi nanokristalin selulosa dengan bahan baku selulosa bakterial yang dihasilkan melalui, hidrolisis menggunakan asam kuat H2SO4, proses sentrifugasi,

dialisis, sonikasi, dan freeze drying.

22

Aquades 40 ml ditambahkan kedalam 1 gram serbuk selulosa, kemudian diaduk dengan kecepatan 400 rpm dan suhu 45 ˚C. Setelah 10 menit, H2SO4 pekat

ditambahkan tetes demi tetes dengan suhu dan kecepatan yang tetap. Campuran diaduk selama 45 menit dan 30 menit dihitung mulai dari tetes H2SO4 terakhir.

3.5.2.2 Proses Sentrifugasi

Tahapan pemisahan dilakukan melalui proses sentrifugasi. Hasil hidrolisis dimasukan ke dalam aquabidest 500 mL disimpan dalam lemari pendingin selama 24 jam. Hasil hidrolisis disentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm dan dilakukan pencucian endapan hasil sentrifugasi secara berulang- ulang dengan menggunakan aquadest. Supernatan yang diperoleh ditampung ke dalam gelas kimia.

3.5.2.3 Dialisis

Supernatan yang didapatkan dari hasil sentifugasi dibiarkan selama 24jam. Supernatan didekantasi setelah itu dimasukkan ke dalam membran dialisis dan rendam dalam 100 ml air deinonisasi selama 48jam.

3.5.2.4 Sonikasi

Supernatan yang telah didialisis selama 48 jam ditampung dalam botol vial. Selanjutnya disonikasi selama 10 menit.

3.5.2.5 Freeze Drying

Supernatan yang telah disonikasi selama 10 menit, selanjutnya diuapkan pelarutnya untuk mendapatkan padatan nanokristalin selulosa didalam alat freeze

Analisis awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah analisis gugus fungsi pada bahan baku selulosa bakterial dari kulit nanas dengan menggunakan

Fourier Transfom Infra Red (FTIR) Spectroscopy. Analisis ini bertujuan untuk

memastikan bahwa telah terbentuk selulosa bakterial. Selian itu analisis gugus fungsi ini juga diperlukan untuk adanya gugus fungsi yang hilang dan terbentuk setelah proses hidrolisis. Uji karakterisasi gugus fungsi menggunakan FTIR Shimadzu dengan sampel selulosa bakterial sebelum dan setelah dihidrolisis. Uji gugus fungsi menggunakan FTIR dilakukan dilaboratorium instrumen Universitas Pendidikan Indonesia (lampiran 2).

3.5.4 Analisis Morfologi Permukaan

Karakterisasi morfologi permukaan dilakukan dengan menggunakan alat

Scanning Electron Microscope (SEM). Analisis Scanning Electron Microscope

(SEM) dilakukan untuk mengetahui gambaran morfologi permukaan dan ukuran partikel selulosa setelah dihidrolisis. Uji morfologi permukaan dilakukan pada sampel selulosa bakterial dan partikel selulosa setelah dilakukan hidrolisis pada waktu 30 dan 45 menit. Uji SEM ini dilakukan dilaboratorium pengujian Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (tekMira).

3.5.5 Uji Kristalinitas

Uji kristalinitas nanokristalin selulosa hasil hidrolisis selama 30 dan 45 menit dilakukan dengan menggunakan alat X-Ray Diffaction (XRD). Analisis ini dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas partikel selulosa yang diperoleh. Uji kristalinitas ini dilakukan di laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG) Bandung. (lampiran 4)

36

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Setelah dilakukan hidrolisis asam, partikel selulosa belum mencapai

ukuran nano melainkan hanya mencapai pada skla mikron.

2. Hasil XRD, menunjukkan partikel selulosa yang didapatkan masih memiliki sifat amorf yang dominan, dengan derajat kristalinitas 8,23%.

5.2 Saran

1. Diperlukan studi lebih lanjut untuk mendapatkan nanokristalin selulosa berbahan alternatif selulosa bakterial dengan berbagai variasi suhu, rasio selulosa:asam, waktu dan konsentrasi asam.

2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan tidak dilakukan freeze drying untuk mendapatkan nanokristalin selulosa.

DAFTAR PUSTAKA

Berglund et al(2010). “Review: Current International Research Into Cellulose Nanofibres and Nanocomposites”. SpringerLink, Journal of Material Sciece. 45. 1-33.B. G. Ranby, Discussions Faraday Soc., 11, 158 (1951).

Brown, R.M., (2004). “Cellulose Structure and Biosynthesis: What is on the store for the 21st Century? ”. Journal of Polymer Science: Part A: Polymer

Chemistry. 42.3. 487-495.

Ciechanska, D. 2004. Multifungsional Bacterial Cellulose/Chitosan Composite

Materials for Medical Applications. Fibres & Textiles in Eastern Europe.

Chatwal, G., 1985, “Spectroscopy Atomic and Molecule”, Himalaya Publishing

House, Bombay.

Czaja, W.K., D.J. Young, M. Kawecki, and R. M. Brown. 2007. Reviews:The Future Prospects of Microbial Cellulose in Biomedical Applications.

Biomacromolecules, Volume 8, No. 1., 1 – 12.

Darwo AA.2003. Proyek Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan

Direktorat Jendral Departemen Pendidikan Nasional. Produksi membran

filtrasi dari selulosa microbial dan penerapannya dalam insdustri hasil pertanian [laporan penelitian]. Bogor:Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

F. W. Billmeyer, Textbook of Polymer Science. WileyInterscience Publication. USA,1984.

Fegel D, Wegener G. 1989. Wood: Chemistry, Ultrastructure, and Reaction . Berlin: Walter de Gruyter.

Fessenden, 1997, “Kimia Organik”, jilid 1, edisi ketiga Erlangga, Jakarta.

Figini M. 1982. Cellulose and Other Nature Polymer System. Plenum, New York. Hoenich, N. 2006. Cellulose for Medical Applications. Bioresources.

Iguchi, S.Yamanaka and A. Budhiono, J. Mater. Sci., 2000, 35, 261-270.

Klem et al , (2011). “Bacterial Synthesized Cellulose Artifitial Blood Vessels for Microsurgery”. Prog. Polymer. Science . 26. 1561-1603.

Krystynowicz. (2001). Biosynthesis of Bacterial Cellulose and its Potential

Application in The Different Industries,

http://www.biotecnology.pl.com/science/krystynomcz.htm.

Meshitsuka G, Isogai A. 1996. Chemical Structures of Cellulose, Hemicellulose, and Lignin. di dalam. Chemical Modification of

Lignocellulosic Materials. Hon, D.N.S. (Ed.). Marcel Dekker,

New York.

Rulianah S. 2002. Studi pemanfaatan kulit buah nanas sebagai nata de pina.

Bisnis dan Teknologi 10:20-25.

Safriani. 2000. Produksi biopolymer selulosa asetat dari nata de soya [Tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Suryanegara, lisman et al (2009) “The effect of crystallization of PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-reinforced

PLA composites”. Elsevier composites science and technologi. 69,

1187-1192.

Susanto T, R Adhitia, Yunianta. 2000. Pembuatan nata de pina dari kulit nanas:kajian dari sumber karbon dan pengenceran medium fermentasi.

Jurnal Teknologi Pertanian. 1:58-66.

Sutiani A.1997. Biodegradasi poliblend polistiren-pati [Tesis]. Bandung: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Teeri, H Brumer,G. Daniel and P. Gatenholm, Trends Biotechnol., 2007, 25,

299-306.

Vipul S. Chauhan and Swapan K. (2011).” Use Of Nanotechnology For High Performace Cellulosic and Papermaking Product”. Cellulose Chemistry

and Technologi.

Yoshinaga S, Tonouchi N, Watanabe K. 1997. Research progress in production of bacterial cellulose by aeration and agitation culture and its application as a new industrial material. Biosci. Biotech. Biochem. 6:119-224.