Sintesis Karboksimetil Selulosa (Cmc) Dari Selulosa Hasil Isolasi Kulit Buah Durian (Duriozibethinus Murr) Melalui Reaksi Dengan Asam Monokloroasetat

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Buah Durian (Durio zibethinus Murr)
Tanaman durian diduga berasal dari kawasan Asia Tenggara terutama Indonesia,
Thailand, dan Malaysia.Sementara itu, di Indonesia, terutama dipulau Sumatera
dan pulau Kalimantan masih terdapat beberapa jenis durian liar.Agrobisnis durian
ditanah air sudah dimulai beberapa tahun yang lalu, misalnya didaerah
Bogor.Disana, tanaman durian sudah diperkebunkan dengan perawatan yang
cukup intensif (Ashari, 2004).
Buah

durianmerupakan

dapattumbuhbaik

di

tanaman

Indonesia.Panjang buah

daerah

tropis,

durian

karenanya

yang matang bisa

mencapai30-45 cmdengan lebar 20-25 cm, dan beratantara1,5-2,5 kg.Setiap buah
berisi 5 juringyang di dalamnya terletak 1-5 biji yang diselimuti daging buah yang
berwarnaputih, krem, kuning, atau kuning tua.Tiap varietas durianmenentukan
besarkecilnya ukuran buah, rasa, tekstur, dan ketebalan daging(Angkasa ,S Dan
Nazaruddin, 1994).Dalam sistematika (taksonomi) tumbuhan, tanaman durian
diklasifikasikan sebagai berikut :

Kingdom

:

Plantae (tumbuh-tumbuhan)

Divisi

:

Spermatophyta (tumbuhan berbiji)

Sub-divisi : Angiospermae (berbiji tertutup)
Kelas

: Dicotyledonae (biji berkeping dua)

Ordo

:

Bombacales

Famili

:

Bombacacaeae

Genus

: Durio

Spesies

: Durio zibethinus Murr

(Rukmana, 1996).

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1.Kulit Durian yang digunakan dalam penelitian.

Tanaman durian ( Durio zibethinus Murr ), merupakan salah satu jenis
buah-buahan yang produksinya melimpah. Buah durian disebut juga The King of
Fruit sangat digemari oleh berbagai kalangan masyarakat karena rasanya yang
khas. Bagian buah yang dapat dimakan (persentase bobot daging buah) tergolong
rendah yaitu hanya 20,52%. Hal ini berarti ada sekitar 79,08% yang merupakan
bagian yang tidak termanfaatkan untuk dikonsumsi seperti kulit dan biji durian
(Setiadi, 2007 ).

2.2 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan
oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat
kristalin dan tidak mudah larut.Selulosa tidak mudah didegradasi secara kimia
maupun mekanis(Holtzapple et.al 2003).
Unit penyusun (building block) selulosa adalah selobiosa karena unit
keterulangan dalam molekul selulosa adalah 2 unit gula (D-glukosa).Selulosa
adalah senyawa yang tidak larut di dalam air dan ditemukan pada dinding sel
tumbuhan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua bagian berkayu dari
jaringan tumbuhan (Lehninger 1993).

Universitas Sumatera Utara

Selulosa tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, tetapi
selalu berasosiasi dengan polisakarida lain seperti lignin, pectin, hemiselulosa,
dan xilan (Goyskor dan Eriksen 1980 dalam Fitriani 2003).
Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut
sebagai lignoselulosa. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dihasilkan dari proses
fotosintesis. Di dalam tumbuhan molekul selulosa tersusun dalam bentuk fibril
yang terdiri atas beberapa molekul paralel yang dihubungkan oleh ikatan
glikosidik sehingga sulit diuraikan (Goyskor dan Eriksen 1980 dalam Fitriani
2003).Komponen-komponen

tersebut

dapat

diuraikan

oleh

aktifitas

mikroorganisme.Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk
digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri dan fungi (Sukumaran et.al
2005).
Selulosa adalah komponen utama dari kayu dan merupakan polisakarida
linier dengan rantai yang cukup panjang yang terdiri dari glukosa-glukosa yang
kemudian berhubungan satu sama lain (Fegel. D. Dan Wegner. G. 1995)
Selulosa dibuat langsung dari unit-unit glukosa. Sebagai langkah pertama
dalam proses tersebut, pohon mengangkut glukosa ke pusat-pusat pengolahan
yang terletak pada pucuk-pucuk cabang dan akar (meristem ujung) dan ke lapisan
kambium yang menyelubungi batang utama, cabang dan akar. Kemudian dalam
suatu proses yang kompleks, glukosa mengalami modifikasi secara kimia dengan
dipindahkannya satumolekul air dari setiap unit dan terbentuklah suatu anhidrid
glukosa: C6H12O6 (glukosa) –H2O = C6H12O5 (anhidrid glukosa). Unit-unit
anhidrid glukosa kemudian salingbersambungan ujung-ujungnya membentuk
polimer berantai panjang yaitu selulosa(C6H12O5)n(derajat polimerisasi) sama
dengan 500-10000(Haygreen. J. G. dan Bowyer.J. L. 2007).
Selulosa merupakan konstituen utama kayu kira-kira 40-50 % bahan

kering dalam kebanyakan spesies kayu adalah selulosa, terutama terdapat dalam
dinding sel sekunder. Selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas
unit-unit β-D-Glukopiranosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan-ikatan
glikosida (Hardjono.S,1995 ).

Universitas Sumatera Utara

Rantai selulosa terdiri dari satuan glukosa anhidrida yang saling berikatan
melalui atom karbon pertama dan ke empat. Ikatan yang terjadi adalah ikatan ß1,4-glikosidik. Secara alamiah molekul-molekul selulosa tersusun dalam bentuk
fibril-fibril yang terdiri dari beberapa molekul selulosa yang dihubungkan dengan
ikatan glikosidik. Fibril-fibril ini membentuk struktur kristal yang dibungkus oleh
lignin. Komposisi kimia dan struktur yang demikian membuat kebanyakan bahan
yang mengandung selulosa bersifat kuat dan keras.Sifat kuat dan keras yang
dimiliki oleh sebagian besar bahan berselulosa membuat bahan tersebut tahan
terhadap

peruraian

secara

enzimatik.Secara

alamiah

peruraian

selulosa

berlangsung sangat lambat (Fan et al., 1982).
Selulosa adalah senyawa seperti serabut, liat, tidak larut dalam air dan
ditemukan didalam dinding sel pelindung tumbuhan, terutama pada tangkai,
batang, dahan dan semua bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Kayu terutama
mengandung selulosa dan senyawa polimer lain. Selulosa tidak hanya merupakan
polisakarida struktural ekstrasellular yang paling banyak dijumpai pada dunia
tumbuhan, tetapi juga merupakan senyawa yang paling banyak diantara semua
biomolekul

pada

tumbuhan

atau

hewan.

Karena

selulosa

merupakan

homopolisakarida linear tidak bercabang, terdiri dari 10.000 atau lebih unit Dglukosa yang dihubungkan oleh ikatan 1

4 glikosida senyawa ini akan kelihatan

seperti amilosa, dan rantai utama glikogen (Lehninger, A.L., 1988).
Selulosa merupakan salah satu jenis polisakarida yang tersusun dari
molekul glukosa dalam bentuk rantai panjang tidak bercabang yang mirip dengan
amilosa. Bagaimanapun, unit-unit dari glukosa dalam selulosa terikat pada ikatan
β-1,4- ikatan glikosidik. Isomer β tidak membentuk gulungan seperti isomer α,

tetapi selaras dalam berbasis pararel oleh ikatan hidrogen diantara kelompok
hidroksil pada rantai yang berdekatan.Hal ini yang menyebabkan selulosa tidak
dapat larut dalam air, memberikan struktur kaku ke dinding sel kayu, dan serat
yang lebih tahan terhadap hidrolisis dari pada pati.Reaktivitas selulosa juga
bergantung kepada strukturnya.Untuk memodifikasi struktur selulosa, kisi ikatan
hidrogen harus dihancurkan dengan cara pembengkakan atau pemutusan. Struktur
selulosa dapat dilihat pada gambar 2.1.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2.Struktur Selulosa(dalam Setiyawan, 2010).
Selulosa adalah suatu polisakarida yang juga disusun dari unit-unit
C6H10O5.Molekul-molekul dari selulosa besar, dengan berat molekul sekitar
40.000. Struktur selulosa sama dengan pati. Selulosa dihasilkan oleh tanaman
dalam bentuk struktural bahan ini adalah dari dinding sel tanaman. Kayu
mengandung kira-kira 60 % selulosa dan kapas mengandung lebih dari 90 %
bahan ini.Serat-serat selulosa diekstrak dari kayu dan dicetak bersamaan untuk
membuat kertas.
Manusia dan kebanyakan hewan tidak dapat mencerna selulosa karena
kekurangan enzim yang dibutuhkan untuk menghidrolisa ikatan-ikatan oksigen

diantara molekul-molekul glukosa. Hewan pemamah biak (lembu, domba,
kambing dan rusa) mempunyai bakteri dalam perut mereka yang dapat memecah
selulosa menjadi produk yang dapat digunakan oleh hewan (Stanley, 1994 ).
Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai
kecenderungan

kuat

membentuk

ikatan-ikatan

hidrogen

intra

dan

intermolekul.Jadi berkas-berkas selulosa membentuk agregat dalam bentuk
mikrofibril, dimana daerah kristalin diselingi dengan daerah amorf.Mikrofibril
membentuk fibril-fibril dan akhirnya serat-serat selulosa.Sebagai akibat dari
struktur yang berserat dan ikatan hidrogen yang kuat, selulosa mempunyai
kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut (Atalla,
1987).
Selulosa pada tumbuhan terdapat didalam dinding sel pelindung tanaman,
terutama pada tangkai, batang,dahan, dan semua bahan kayu. Selnya hidup
didalam jaringan kolenkim.Selulosa juga terdapat pada biji kopi dan serat kulit
kacang.

Universitas Sumatera Utara

Selulosa pada daun, pembuluh xylem dan floem akan terletak
berdampingan dan jaringannya tersusun pada tulang daun. Meskipun susunan jala
yang tampak pada daun, kedua jarigan ini akan disatukan dalam berkas-berkas
yang direkatkan oleh pecktin dan selulosa. Selulosa pada hewan tingkat rendah
terdapat didalam organisme primitif, seperti rumput laut, flagelata, dan bakteri,
misalnya

pada

bakteri

Acetobacter

xylinum.Nata

de

coco

merupakan

sumberselulosa yang diproduksi sebagai hasil proses fermentasi dalam substrat air
kelapa dengan menggunakan bakteri Acetobacter xylinum. Kelebihan selulosa
yang dihasilkan dari nata de coco adalah tidak bercampur dengan lignin dan
hemiselulosa (Saxena, 1995).
Selulosa merupakan biopolimer yang berlimpah dialam yang bersifat dapat
diperbaharui, mudah terurai, tidak beracun, dan juga merupakan polimer
karbohidrat yang tersusun atas β-D glukopiranosa dan terdiri dari tiga gugus
hidroksi per anhidro glukosa menjadikan selulosa memiliki derajat fungsionalitas
yang tinggi. Sebagai materi yang diperbaharui, selulosa dan turunannya dapat
dipelajari dengan baik (Coffey et al, 1995).
Setiap unit β-D-glikopiranosa didalam rantai selulosa mempunyai tiga
gugus hidroksil reaktif, dua sekunder (HO-2 dan HO-3) dan satu primer (HO6).Untuk eterifikasi, gugus hidroksil sekunder (HO-2) biasanya paling mudah
bereterifikasi sedangkan untuk esterifikasi, gugus hidroksil primer (HO-6)
memiliki reaktifitas yang lebih tinggi.
Aksesbilitas berarti kemudahan relatif gugus-gugus hidroksil untuk
dicapai oleh pereaksi-pereaksi gugus (HO-6) reaktifitasnya lebih tinggi terhadap
substituen-substituen yang besar dari pada gugus-gugus hidroksil yang lain karena
paling sedikit halangan steriknya (Fenger, D and Wegener, G ,1995).
Pemeriksan selulosa dengan sinar X menunjukkan bahwa selulosa terdiri
atas rantai linear dari unit selobiosa, yang oksigen cincinnya berselang-seling
dengan posisi “kedepan” dan “kebelakang”. Molekul linear ini, yang mengandung
rata-rata 5000 unit glukosa, beragregasi menghasilkan fibril yang terikat bersama
oleh ikatan hidrogen diantara hidroksil-hidroksil pada rantai yang bersebelahan.

Universitas Sumatera Utara

Walaupun manusia dan hewan lain dapat mencerna pati dan glikogen,
mereka tidak dapat mencerna selulosa. Ini merupakan contoh yang baik mengenai
spesifisitas reaksi biokimiawi.Satu-satunya perbedaan kimia antara pati dan
selulosa ialah stereokimia tautan glikosidik tepatnya stereokimia pada C-1 dari
setiap unit glukosa. Sistem pencernaan manusia mengandung enzim yang dapat
mengkatalisis hidrolisis ikatan α-glikosidik (Hart,H., dkk., 2003).
Berdasarkan derajat polimerisasi dan kelarutan dalam senyawa natrium
hidroksida (NaOH) 17,5%, selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu :
1. Selulosa α (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang, tidak larut
dalam larutan NaOH 17,5% atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi
600 - 1500. Selulosa α dipakai sebagai penduga dan atau penentu tingkat
kemurnian selulosa. Selulosa α merupakan kualitas selulosa yang paling tinggi
(murni). Selulosa α > 92% memenuhi syarat untuk digunakan sebagai bahan
baku utama pembuatan propelan dan atau bahan peledak, sedangkan selulosa
kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan
industri sandang/kain. Semakin tinggi kadar alfa selulosa, maka semakin baik
mutu bahannya (Nuringtyas 2010).
2. Selulosa β (Betha Cellulose) adalah selulosa berantai pendek, larut dalam
larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi 15 - 90, dapat
mengendap bila dinetralkan.
3. Selulosa γ (Gamma cellulose) adalah sama dengan selulosa β, tetapi derajat
polimerisasinya kurang dari 15.
Bervariasinya struktur kimia selulosa (α, β, γ) mempunyai pengaruh yang
besar pada reaktivitasnya. Gugus-gugus hidroksil yang terdapat dalam daerahdaerah amorf sangat mudah dicapai dan mudah bereaksi, sedangkan gugus-gugus
hidroksil yang terdapat dalam daerah-daerah kristalin dengan berkas yang rapat
dan ikatan antar rantai yang kuat mungkin tidak dapat dicapai sama sekali.
Pembengkakan awal selulosa diperlukan baik dalam eterifikasi (alkali) maupun
dalam esterfikasi (Sjostrom 1995).

Universitas Sumatera Utara

Rantai-rantai selulosa akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk
mikrofibril, bagian kristalin akan bergabung dengan bagian nonkristalin.
Mikrofibril-mikrofibril akan bergabung membentuk fibril, selanjutnya gabungan
fibril akan membentuk serat (Klemm 1998).

2.2.1 Lignin
Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut sebagai
lignoselulosa. Pada saat yang sama, komponen-komponen utama penyusun
tanaman ini diuraikan oleh aktivitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme
mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti
bakteri dan kapang (Enary, 1983).
Lignin adalah suatu polimer yang kompleks dengan berat molekul tinggi,
tersusun atasunit-unit fenilpropan.Meskipun tersusun atas karbon, hidrogen, dan
oksigen, ligninbukanlah suatu karbohidrat suatu karbohidrat dan bukan tidak ada
hubungannyadengan golongan senyawa tersebut.Sebaliknya lignin pada dasarnya
adalah suatufenol.lignin sangat stabil dan sukar dipisahkan dan mempunyai
bentuk yangbermacam-macam karena susunan lignin yang pasti didalam kayu
tetap tidakmenentu.
Lignin terdapat diantara sel-sel dan didalam dinding sel. Diantara selsel,lignin berfungsi sebagai perekat untuk mengikat sel-sel bersama-sama. Dalam
dindingsel, Lignin sangat erat hubungannya dengan selulosa dan berfungsi untuk
memberikan ketegaran pada sel. Lignin juga berpengaruh dalam memperkecil
perubahan sehubungan dengan perubahan kandungan air kayu dan juga dikatakan
bahwa ligninmempertinggi sifat racun kayu membuat kayu tahan terhadap
serangan cendawan danserangga.Ketegaran yang diberikan oleh lignin merupakan
faktor penentuan sifat-sifatkayu. Mengingat sifat kapas yang sangat lunak (
hampir-hampir selulosa murni ) dapatdibayangkan betapa kayu akan menjadi
tidak kaku tanpa adanya bahan-bahanpengeras.
Di dalam kayu lignin merupakan bahan yang tidak berwarna, apabila
Ligninbersentuhan dengan udara, terutama dengan adanya sinar matahari, maka

Universitas Sumatera Utara

(bersama-samadengan karbohidrat-karbohidrat tertentu) lama-kelamaan lignin
cenderungmenjadi kuning, karenanya kertas koran yang terbuat dari serat-serat
yang diperolehsecara mekanis dengan lignin yang belum dipisahkan, tidak
berumur panjang karenakecenderungannya untuk menjadi kuning, kertas koran
juga kasar, massanya besar dankekuatanya rendah karena serat-seratnya yang
kaku memilki ikatan antar serat yanglemah.
Lignin bersifat termoplastik artinya lignin akan menjadi lunak dan
dapatdibentuk pada suhu yang lebih tinggi dan keras kembali apabila menjadi
dingin. Sifat termoplastik lignin menjadi dasar pembuatan papan kertas
(Hardboard) dan lain-lainproduk kayu yang dimampatkan ( Haygreen, 1987).
Lignin adalah suatu polimer yang kompleks dengan berat molekul tinggi,
tersusun atas unit-unit fenilpropan.Meskipun tersusun atas karbon, hidrogen dan
oksigen, lignin bukanlah suatu karbohidrat dan bahkan tidak ada hubungannya
dengan golongan senyawa tesebut.Lignin sangat stabil dan sukar dipisahkan dan
mempunyai bentuk yang bermacam-macam karenanya susunan lignin yang pasti
di dalam kayu tetap tidak menentu.(Haygreen. J. G. dan Bowyer. J. L. 2007)
Lignin merupakan polimer kompleks phenylpropana, amorf, bersifat
aromatis 1,3 dengan indeks bias 1,6. Berat molekul 1500-2000 yang bervariasi
dengan jenis kayu.Kadar lignin dalam kayu 20-30%.Struktur molekul lignin
belum dapat diketahui karena metoda isolasi untuk lignin dapat mengakibatkan
perubahan strukturnya.Lignin merupakan bagian yang tidak diinginkan dalam
pulp, sehingga harus dihilangkan atau diputihkan sesuai dengan mutu pulp yang
diinginkan. Hal ini disebabkan oleh lignin yang mempunyai sifat menolak air
(hidrofobik) dan kaku sehingga kandungan lignin dalam pulp akan menyulitkan
penggilingan. Lignin dapat dijumpai pada tumbuh-tumbuhan sebagai zat perekat
yang berhubungan dengan kekuatan kayu. (Sjostrom Eeoro. 1995).

Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Hemiselulosa
Hemiselulosa semula diduga merupakan senyawa antara dalam biosintesis
selulosa.Namun saat ini diketahui bahwa hemiselulosa termasuk dalam
polisakarida heterogenyang dibentuk melalui jalan biosintesis yang berbeda dari
selulosa.Berbeda

denganselulosa

yang

merupakan

homopolisakarida,

Hemiselulosa merupakanheteropolisakarida. Seperti halnya selulosa kebanyakan
hemiselulosa berfungsisebagai bahan pendukung dalam dinding sel. Hemiselulosa
relatif mudah dihidrolisisoleh asam menjadi komponen– komponen monomernya,
yang terdiri dari D-Glukosa,D-manosa, D-galaktosa, D-xilosa, L-arabinosa, dan
sejumlah kecil L-ramnosa disamping menjadi asam D-glukuronat, asam 4-0-metilD-glukuronat, dan asam D-galakturonat.
Kebanyakan

hemiselulosa

mempunyai

derajat

polimerisasi

hanya

200.Sejumlah polisakarida kayu banyak bercabang dan mudah larut dalam
air.Khasuntuk pohon-pohon tropika tertentu adalah pembentukan spontan getahgetah yangmenetes, yang adalah pembentukan spontan getah-getah yang menetes ,
yang menetessebagai cair kental pada tempat –tempat yang terluka dan setelah
terdehidrasimenjadi bintil –bintil yang keras dan jernih yang keras dan jernih yang
kaya akanpolisakarida. Getah –getah ini misalnya, getah arabika, terdiri atas
polisakrida yangbanyak bercabang yang larut dalam air.Jumlah hemiselulosa dari
berat kering biasanya antara 20-30%.Komposisi dan struktur hemiselulosa dalam
kayu keras. Perbedaan-perbedaan yang besar jugaterdapat dalam kandungan dan
komposisi hemiselulosa antara batang, cabang-cabang akar dan kulit kayu
(Sjostrom,1995).
Hemiselulosa adalah polimer yang baik dibentuk dari monosakarida
berbeda dengan selulosa, dimana hemiselulosa mempunyai lima jenis polimer
jenis yang berkadar monosakarida yaitu: glukosa, galaktosa, sitosa, dan arabinosa.
Jenis kayu yang berbeda mempunyai komposisi hemiselulosa yang berbeda.Kayu
keras lebih banyak mengandung silosa, sedangkan kayu lunak lebih banyak
mempunyai glukosa.

Universitas Sumatera Utara

Rantai hemiselulosa lebih pendek dari pada rantai selulosa.Hemiselulosa
adalah polimer bercabang atau tidak linier.Selama pembuatan pulp, hemiselulosa
bereaksi

lebih

cepat

selulosa.Hemiselulosa

dengan
bersifat

larutan
hidrofil

pemasak
(mudah

dibandingkan
menyerap

air)

dengan
yang

mengakibatkan strukturnya jadi kurang teratur.Kadar hemiselulosa dalam pulp
jauh lebih kecil dibandingkan dengan serat asal, karena selama pemasakan
hemiselulosa bereaksi dengan bahan pemasak dan lebih mudah terlarut daripada
selulosa (Sjostrom.Eeoro. 1995).

2.3 CarboxyMethyl Cellulose(CMC)
Carboxy Methyl Cellulose adalah turunan dari selulosa dan ini sering dipakai
dalam industri makanan untuk mendapatkan tekstur yang baik.Fungsi CMC ada
beberapa terpenting yaitu sebagai pengental, stabilisator, pembentuk gel, sebagai
pengemulsi dan dalam beberapa hal dapat meratakan penyebaran antibiotik
(Winarno, 1984).
Sebagai pengemulsi, CMC sangat baik digunakan untuk memperbaiki
kenampakan tekstur dari produk berkadar gula tinggi.Sebagai pengental, CMC
mampu mengikat air sehingga molekul-molekul air terperangkap dalam struktur
gel yang dibentuk oleh CMC (Fardiaz, 1986).
Polisakarida stabilizer meliputi berbagai jenis hidrokoloid, diantaranya
yaitu karboksimetil selulosa yang sering digunakan pada produk makanan beku
untuk mengontrol pembentukan kristal-kristal es dan menghasilkan tekstur produk
yang baik (Eliasson, 2004).
Senyawa CMC merupakan senyawa turunan selulosa yang paling penting,
yang memiliki kepentingan yang sangat besar dalam industri dan kehidupan kita
sehari-hari.Senyawa ini memiliki struktur yang linear, berantai panjang, tidak
larut dalam air, dan polisakarida anionik yang diturunkan dari selulosa (Hong,
2013).
Karboksimetil selulosa merupakan bahan penstabil yang memiliki daya
ikat yang kuat dan berperan untuk meningkatkan kekentalan dan tekstur produk
makanan, seperti jelli, salad dan produk es (Belitz and Grosch, 1987).

Universitas Sumatera Utara

CMC dapat disintesis dari selulosa serat kayu,kapas,pohon pisang dan
ampas tebu. Langkah pertama dari pembuatan karboksimetil selulosa adalah
reaksi pembentukan selulosa alkali,yang mana dibentuk dari serbuk selulsa yang
kuat. selulosa ditambahkan dengan NaOH. CMC terdiri dari eter yang mana
bagian hidroksil dari glukosa anhidrat digantikan oleh karboksimetil dari bagian
monokloroasetat (MCA). Dalam kondisi alkali, bagian hidroksil dari selulosa
menunjukkan aktivitas tinggi.Untuk memproduksi CMC ada dua langkah penting
yang dilakukan untuk reaksi ini.reaksipembasaan (Alkalisasi) dan reaksi
eterifikasi,yang mengikuti ;
1. Reaksi pembasaan (Alkalisasi)
[C6H7O2(OH3)n] + nNaOH

[C6H7O2(OH)2ONa]n + nH2O

2. Reaksi eterifikasi (Karboksimetilasi)
[C6H7O2(OH)2ONa] + nClCH2COONa
[C6H7O2(OH)2OCH COONa]n + nNaCl(Adel, A.M, 2010)
Reaksi diatas tidak dapat berjalan tanpa menggunakan pelarut.Isopropanol
digunakan sebagai pelarut.reaksi pertama disebut endotermik reaksi kedua disebut
eksotermik. Sintesis CMC ini umumnya digunakan dalam farmasi dan produk
makanan. suasana basa dan eterifikasi adalah reaksi dengan menggunakan NaOH
dan MCA (Heydarzadeh, H.D ,2009).

2.3.1 Alkalisasi Dan Karboksimetilasi
a. proses alkalisasi
Proses ini dilakukan dengan mereaksikan selulosa dengan larutan NaOH. Pada
proses alkalisasi dilakukan pemanasan yang berfungsi untuk membantu proses
difusi larutan NaOH pada kerangka selulosa. Dengan pemanasan, terjadi
regangan ikatan antar atom pada kerangka sehingga rongga-rongga yang ada
pada kerangka bertambah besar.Bertambah besarnya rongga pada kerangka
maka difusi larutan NaOH diharapkan sampai pada daerah yang paling dalam.

Universitas Sumatera Utara

b. proses karboksimetilasi
proses karboksimetilasi ini sebenarnya adalah proses eterifikasi. Pada tahap ini
merupakan proses peletakan gugus karboksilat pada kerangka selulosa. Gugus
karboksilat yang dimaksud terdapat pada asam monokloroasetat.

2.4 Sifat-sifat CMC
CMC tidak berwarna dan tidak berbau, mudah larut dalam air panas dan
air dingin. Kekentalan dihasilkan oleh kontribusi dari CMC untuk stabilisasi
produk-produk beku seperti es krim. CMC juga dapat digunakan sebagai
stabilizer utama dalam es krim untuk mengontrol ukuran kristal es dan
pembentukan kristal es selama pembekuan dan penyimpanan untuk memberikan
tekstur lembut saat dimakan(Phillips and Williams, 1987).
Sifat CMC yangbiodegradabledanfood grade relatif aman untuk digunakan
dalam aplikasiberbagaiproduk makanan atau minuman.CMCsebagai pengemulsi
sangat baikuntuk memperbaiki kenampakan tekstur dari produk berkadar gula
tinggisedangkan sebagai pengentalsifatnya mampu mengikat air sehinggamolekulmolekul air terperangkap dalam struktur gel yang dibentuk olehCMC (Minifie,
1989).

2.5 Kegunaan Karboksimetil Selulosa (CMC)
2.5.1 Surfaktan

Surfaktan adalah senyawa yang memiliki sifat aktif permukaan, sifat ini
dikarenakan senyawa tersebut memiliki

gugus-gugus yang kepolarannya

saling bertolak belakang, dimana gugus pada ujung yang satu bersifat
hidrofilik sedangkan pada ujung yang lain terdapat gugus-gugus yang bersifat
hidrofobik, sehingga surfaktan dikatakan bersifat ampifatik (Sharp and
Harper , 1983).

Universitas Sumatera Utara

Berdasarkan muatannya, surfaktan dapat dikasifikasikan atas 4
golongan, yaitu surfaktan anionik, kationik, non-ionik dan amfoter. Surfaktan
anionik yaitu surfaktan yang rantai hidrokarbonnya terikat pada suatu anion,
seperti : COO- , OSO3- atau SO3-. surfaktan kationik yaitu surfaktan yang
rantai hidrokarbonnya terikat pada suatu kation, seperti Na+. Surfaktan
nonionik yaitu surfaktan yang rantai hidrokarbonnya tidak bermuatan, seperti
–(OCH2-CH2)-OH. Selanjutnya adalah surfaktan amfoter, dimana pada rantai
hidrokarbonnya ada muatan positif dan muatan negatif (swern and baylei,
1979).
Zat aditif pada permukaan yang teradsorbsi pada antarmuka airminyak adalah sebagai akibat adanya gugus hidrofilik (menyukai air) atau
gugus polar dan lipofilik (menyukai minyak) atau gugus non polar(Griffin,
1949).
Suatu surfaktan sangat bergantung pada gugus hidrofilik dan
hidrofobik yang terdapat didalam molekulnya.Secara umum surfaktan
memiliki sifat sebagai detergen, pembasah, pengemulsi dan pendispersi
(Sharp and Harper, 1983).
Senyawa CMC telah banyak digunakan dalam bidang industri dan
kehidupan sehari-hari.Sebagai contoh senyawa ini digunakan dalam bidang
makanan, farmasi, detergen, dan kosmetik (Najafpour et al., 2009).Selain itu,
senyawa ini juga berguna dalam sistem koloid hidrofilik (Krishnaiah et al.,
2009). Contoh kegunaan CMC yang lain dapat dilihat pada Tabel 1. berikut :
Tabel 2.1. Kegunaan CMC
Industri
Kertas
Detergen
Kosmetik
Tekstil
Makanan

Aplikasi
Adiktif internal
Laundry
Pasta gigi
Pasta printing
Celupan
Pembeku

Fungsi
Pengikat air
Anti noda
Penebal
Pengikat air
Penebal
Penghambat

(Hong, 2013)

Universitas Sumatera Utara

2.6 Derajat Substitusi
Derajat substitusi dapat dievaluasi dengan metode FT-IR dari perbandigan
absorbansi pada 1573,91 (dianggap berasal dari pita karbonil) dan absorbansi
3425,58 (berasal dari pita hidroksil), dihitung dengan meggunakan persamaan 2.1
berikut ;
�1573
�� (%) = ��
� − 0,10� 100
�3425

Persamaan 2.1 Derajat Substitusi
Dimana DS adalah derajat substitusi dan nilai 0,10 mewakili gugus yang spesifik
dari selulosa asli (Moore dan Roberts, 1980).
2.7 Viskositas
Viskositas adalah ukuran yang menyatakan kekentala suatu cairan atau
fluida.kekentalan merupakan sifat cairan yang berhubungan erat dengan hambatan
untuk mengalir. Beberapa cairan ada yang dapat mengalir cepat, sedangkan yang
lainnya mengalir secara lambat.Cairan yang mengalir cepat seperti air, alkohol
dan bensin mempunyai viskositas kecil.Sedangkan cairan yang mengalir lambat
seperti gliserin, minyak dan madu mempunyai viskositas besar. Jadi viskositas
tidak lain menentukan kecepatan mengalirnya suatu cairan. Viskoaitas
(kekentalan) cairan akan menimbulkan gesekan antara bagian-bagian atau lapisanlapisan cairan yang bergerak satu terhadap yang lain.
Secara umum, viskositas cairan dapat ditentukan dengan dua metode, yaitu :
3.

Viskosimeter Ostwald
Metode ini ditentukan berdasarkan hukum poiseuille menggunakan alat
Viskosimeter Ostwald. Penetapannya dilakukan dengan jalan mengukur
waktu yang diperlukan untuk mengalirnya cairan dalam pipa kapiler dari a
ke b. Sejumlah cairan yang akan diukur viskositasnya dimasukkan
kedalam viskosimeter yang diletakkan pada termostat(Yazid, 2005).
Pada metode Ostwald yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh
sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya
yang disebabka oleh berat cairan itu sendiri. Pada percobaan, sejumlah
tertentu

cairan

dipipet

ke

dalam

viskosimeter.Cairan

kemudian

dihisapmelalui labu pengukur dari viskosimeter sampai permukaan cairan

Universitas Sumatera Utara

lebih tinggi dari batas “a” dan “b” dapat ditentukan.Tekanan P merupakan
perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa U dan besarnya diasumsikan
sebanding dengan berat jenis cairan (Bird Tony, 1993).
4.

Viskosimeter bola jatuh
Viskositas cairan dapat ditentukan dengan metode bola jatuh berdasarkan
hukum stokes.Penetapanya diperlukan bola kelereng dari logam dan alat
gelas silinder berupa tabung. Bola kelereng dengan rapatan d dan jari-jari r
dijatuhkan

kedalam

tabung

berisi

cairan

yang

akan

ditentukan

viskositasnya. Waktu yang diperlukan bola untuk jatuh melalui cairan
dengan tinggi tertentu kemudian dicatat dengan stopwatch (Bird Tony,
1993).

2.8 HLB (hidrofilik-lipofilik balance)
Untuk penentuan uji nilai HLB, Griffin merancang suatu skala sembarang dari
berbagai angka untuk dipakai sebagai suatu ukuran keseimbangan hidrofiliklipofilik balance(HLB) dari zat-zat aktif permukaan. Dengan bantuan angka ini,
memungkinkan untuk membentuk suatu jarak HLB untuk efesiensi optimum atau
terbaik dari masing-masing golongan surfaktan. HLB dari sejumlah senyawa
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 ;
S
HLB = 20 �1 − �
A
Persamaan 2.2 Penentuan HLB
Dimana S adalah bilangan penyabunan dan A adalah bilangan asam. zat
aditif tersebut harus diimbangi dengan jumlah yang tepat antara gugus yang larut
dalam air dan gugus yang larut dalam minyak sehingga dapat terorientasi pada
antarmuka dan fase menurunkan tegangan. Jika molekul terlalu hidrofilik, itu
berarti tetap dalam fase cairan dan tidak berpengaruh pada antarmuka.jika terlalu
lipofilik dapat larut sepenuhnya dalam fase minyak dan sedikit muncul
diantarmuka (Martin,1960).
Griffin (1994), merancang sebuah sekala sembarang nilai sebagai ukuran
keseimbangan hidrofil-lifofil balance (HLB) dari zat aktif permukaan. Dengan

Universitas Sumatera Utara

sistem nomor ini, kemungkinan untuk membuat berbagai rentang HLB yang
optimal untuk setiap kelas surfaktan dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut ;

Hidrofilik

18

15

12

Zat Pelarut

Detergen
Zat Pengemulsi o/w

9

Lipofilik

Zat Penyebar dan Pembasah

6

Zat Pengemulsi w/o

3
Kebanyakan Zat Antibusa
0

Skala HLB
Gambar 2.3 Skala Rentang Nilai HLB untuk beberapa Zat Aktif
Permukaan

Universitas Sumatera Utara