Pemanfaatan Biji Nangka (Artocarpus Heterophyllus) pada Pembuatan Bioplastik Menggunakan Plasticizer Sorbitol dan Pengisi Kitosan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kita mengenal plastik sebagai bahan pengemas untuk berbagai jenis produk
termasuk
makanan.
Pengemasan
merupakan
hal
terpenting
untuk
mempertahankan kualitas bahan pangan karena pengemas mampu bertindak
sebagai penahan migrasi uap air, gas, aroma, dan zat-zat lain dari bahan ke
lingkungan atau sebaliknya. Plastik dipilih sebagai bahan pengemas karena
bersifat aman, kuat (tahan air, cahaya, dan
panas) dan murah harganya. Setiap tahun sekitar 100 juta ton plastik kemasan
sintetik diproduksi dunia untuk digunakan di berbagai sektor industri dan kira-kira
sebesar itulah sampah plastik yang dihasilkan setiap tahun. Sementara kebutuhan
plastik dalam negeri mencapai 2,3 juta ton [1].
Plastik tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami oleh mikroba
penghancur di dalam tanah. Hal ini mengakibatkan terjadinya penumpukan
limbah dan menjadi penyebab pencemaran dan kerusakan lingkungan hidup [2].
Kelemahan plastik lain yang berbahaya bagi kesehatan manusia adalah migrasi
residu monomer vinil klorida sebagai unit penyusun polivinilklorida (PVC) yang
bersifat karsinogenik [3]. Oleh karena itu kita memerlukan solusi untuk mengatasi
masalah lingkungan ini, salah satunya yaitu mengembangkan bahan plastik
biodegradable (bioplastik). Artinya plastik ini dapat diuraikan kembali oleh
mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan.
Pengembangan bahan plastik biodegradable menggunakan bahan alam yang
terbaharui (renewable resources) sangat diharapkan [4].
Salah satu bahan utama pembuatan plastik biodegradable adalah pati. Pati
digunakan karena mudah di degradasi oleh alam menjadi senyawa-senyawa yang
ramah lingkungan. Biji buah nangka memiliki kandungan karbohidrat sebesar
36,7 gram setiap 100 gram biji nangka dan setiap 36,7 gram karbohidrat
mengandung pati sebesar 94,5 %
[5] lebih tinggi dibanding kulit singkong
dengan kadar pati 15-20 % [6] dan biji durian dengan kandungan pati 18,46 %
[7]. Oleh karenanya biji nangka berpotensi sebagai bahan pembuat bioplastik [8].
Universitas Sumatera Utara
Septiosari dkk., (2014) meneliti tentang pembuatan bioplastik dari limbah biji
mangga dengan penambahan selulosa dan gliserol. Dari hasil penelitian diperoleh
hasil optimal pada komposisi pati : selulosa sebesar 8:2 dengan penambahan
gliserol 15% menghasilkan plastik terbaik dengan nilai kuat tarik sebesar 6,2551
Mpa[9]. Disamping itu pada penelitian yang dilakukan oleh Dian (2013)
mengenai penambahan plasticizer gliserol pada pembuatan plastik biodegradable
dari biji nangka.Variasi plasticizer gliserol yang digunakan adalah (A) 0,2 %; (B)
0,4 %; dan (C) 0,6 % dari total volume larutan. Diperoleh hasil optimum kadar
gliserol sebesar 0,4 % dari total volume atau 0,2 ml dengan titik leleh sebesar 104
o
C, titik dekomposisi pada suhu 525 oC [9].
Fungsi kitosan dalam pembuatan film plastik adalah menghasilkan lapisan
film yang licin dan transparan [10]. Kitosan juga mudah terdegradasi dan mudah
digabungkan dengan material lainnya. Kitosan merupakan suatu kopolimer yang
terdiri dari unit β-(1 4)-2-asetamido-D-glukosa dan β-(1 4)-2- amino-D-glukosa
yang diperoleh dari kitin melalui deasetilasi dalam suasana basa. Kitosan bersifat
biokompatibilitas dan tidak beracun. Kitosan bersifat antimikobial, antijamur,
kativitas insektisidal, anti tumor, dan berfungsi sebagai hipokolesterolemik [11].
Menurut Darni dan Herti (2010) yang telah melakukan penelitian mengenai
pembuatan bioplastik dari pati sorgum diperoleh hasil optimum pada
perbandingan pati : kitosan sebesar 7:3 dan penambahan sorbitol sebesar 20 %
dengan kuat tarik sebesar 6,9711 MPa, modulus young sebesar 42,48 MPa dan
nilai ketahanan air sebesar 36,825 % [4].
Penambahan plasticizer berperan untuk meningkatkan sifat pemlastisnya.
Dalam konsep sederhana, plasticizer merupakan pelarut oganik dengan titik didih
tinggi yang ditambahkan kedalam resin yang keras atau kaku sehingga akumulasi
gaya intermolekuler pada rantai panjang akan menurun, akibatnya kelenturan,
pelunakan, dan pemanjangan resin akan bertambah [12]. McHugh dan Krochta
(1994), menyatakan bahwa poliol seperti sorbitol dan gliserol adalah plasticizer
yang cukup baik untuk mengurangi ikatan hidrogen internal sehingga akan
meningkatkan jarak intermolekul. Penggunaan sorbitol sebagai plasticizer
diketahui lebih efektif, sehingga dihasilkan plastik dengan permeabilitas oksigen
yang lebih rendah bila dibandingkan dengan menggunakan gliserol [13]. Dari
Universitas Sumatera Utara
penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Anita dkk. (2013) mengkaji tentang
pemanfaatan pati kulit singkong dan gliserol sebagai bahan dasar pembuatan
biodegradable plastik. Tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui pengaruh
penambahan gliserol pada proses pembuatan plastik biodegradable dari limbah
kulit singkong. Hasil optimum yang diperoleh pada komposisi pati kulit singkong
sebanyak 12 gram dan penambahan gliserol 4 ml dengan kekuatan tarik 0,02122
Mpa [14].
Berdasarkan penjelasan diatas, maka perlu dilakukan penelitian mengenai
pembuatan bioplastik dari limbah biji nangka dengan menggunakan sorbitol dan
kitosan. Penelitian ini diharapkan mendapatkan bioplastik yang lebih berkualitas,
melalui analisis densitas, kekuatan tarik, pemanjangan saat putus ketahanan air,
SEM, dan FTIR serta ramah lingkungan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan masalah sebagai
berikut:
1. Bagaimana karakteristik dari biji nangka meliputi kadar pati, kadar amilosa,
kadar amilopektin, kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, bentuk
morfologi permukaan, gugus fungsi dan temperatur gelatinisasi.
2. Bagaimana pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap
sifat fisikokimia bioplastik dari pati biji nangka (Artopus Heterophyllus)
meliputi densitas, sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus,
Modulus Young, morfologi permukaan, gugus fungsi, penyerapan air dan
temperatur gelatinisasi.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui karakteristik biji nangka meliputi kadar pati, kadar
amilosa, kadar amilopektin, kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein,
bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi dan temperatur gelatinisasi.
2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol
terhadap sifat fisikokimia bioplastik dari pati biji nangka (Artopus
Heterophyllus) meliputi densitas, sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada
Universitas Sumatera Utara
saat putus, Modulus Young, morfologi permukaan, gugus fungsi, penyerapan
air dan temperatur gelatinisasi.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Memanfaatkan limbah biji nangka menjadi bahan baku pembuatan
bioplastik yang ramah lingkungan
2. Sebagai sumber informasi dan pengetahuan untuk perkembangan
penelitian selanjutnya.
3. Mengurangi pemakaian minyak bumi sebagai bahan baku pembuatan
plastik dengan menggunakan bahan baku yang ramah lingkungan.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Operasi
Teknik Kimia, dan Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini
direncanakan memiliki ruang lingkup dan batasan sebagai berikut :
Adapun bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :
1.
Biji nangka (Artocarpus Heterophyllus) yang diperoleh dari pasar tanjung
rejo
2.
Sorbitol yang diperoleh dari toko bahan kimia Rudang di Medan
3.
Kitosan yang diperoleh dari toko bahan kimia Rudang di Medan
4.
Katalis asam asetat (CH3COOH) 100%
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a.
Variabel tetap :
1. Waktu pemanasan dan pengadukan = 40 menit
b.
[12]
2. Suhu gelatinasi
= 88,82oC
3 Pengadukan Larutan
= 400 rpm
[10]
4. Volume asam asetat 0,1 M
= 50 ml
[4]
5. Perbandingan pati : aquades
= 1 : 20
[4]
6. Ukuran pati biji Pati
= 100 mesh [16]
Variabel berubah :
Universitas Sumatera Utara
1. Volume Larutan Sorbitol
= 20%, 25%, 30%, 35% dan 40%
berat
kering bahan
2. Perbandingan pati : kitosan (g/g)
a.
[4]
= 7 : 3; 8 : 2 dan 9 : 1 [4]
Analisa yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
Analisa pati biji nangka, meliputi :
• Kadar Pati
• Kadar Amilosa
• Kadar Amilopektin
• Kadar air
• Kadar abu
• Kadar Lemak
• Kadar Protein
• Bentuk Morfologi Permukaan
• Gugus Fungsi
• Temperatur Gelatinisasi
b.
Analisa dan Karakterisasi film bioplastik, meliputi :
• Densitas (ASTM D 792)
• Sifat kekuatan tarik (ASTM D 638)
• Sifat pemanjangan pada saat putus (ASTM D 638)
• Ketahanan terhadap air (ASTM D 1004)
• Scanning Electron Microscopy (SEM)
• Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kita mengenal plastik sebagai bahan pengemas untuk berbagai jenis produk
termasuk
makanan.
Pengemasan
merupakan
hal
terpenting
untuk
mempertahankan kualitas bahan pangan karena pengemas mampu bertindak
sebagai penahan migrasi uap air, gas, aroma, dan zat-zat lain dari bahan ke
lingkungan atau sebaliknya. Plastik dipilih sebagai bahan pengemas karena
bersifat aman, kuat (tahan air, cahaya, dan
panas) dan murah harganya. Setiap tahun sekitar 100 juta ton plastik kemasan
sintetik diproduksi dunia untuk digunakan di berbagai sektor industri dan kira-kira
sebesar itulah sampah plastik yang dihasilkan setiap tahun. Sementara kebutuhan
plastik dalam negeri mencapai 2,3 juta ton [1].
Plastik tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami oleh mikroba
penghancur di dalam tanah. Hal ini mengakibatkan terjadinya penumpukan
limbah dan menjadi penyebab pencemaran dan kerusakan lingkungan hidup [2].
Kelemahan plastik lain yang berbahaya bagi kesehatan manusia adalah migrasi
residu monomer vinil klorida sebagai unit penyusun polivinilklorida (PVC) yang
bersifat karsinogenik [3]. Oleh karena itu kita memerlukan solusi untuk mengatasi
masalah lingkungan ini, salah satunya yaitu mengembangkan bahan plastik
biodegradable (bioplastik). Artinya plastik ini dapat diuraikan kembali oleh
mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan.
Pengembangan bahan plastik biodegradable menggunakan bahan alam yang
terbaharui (renewable resources) sangat diharapkan [4].
Salah satu bahan utama pembuatan plastik biodegradable adalah pati. Pati
digunakan karena mudah di degradasi oleh alam menjadi senyawa-senyawa yang
ramah lingkungan. Biji buah nangka memiliki kandungan karbohidrat sebesar
36,7 gram setiap 100 gram biji nangka dan setiap 36,7 gram karbohidrat
mengandung pati sebesar 94,5 %
[5] lebih tinggi dibanding kulit singkong
dengan kadar pati 15-20 % [6] dan biji durian dengan kandungan pati 18,46 %
[7]. Oleh karenanya biji nangka berpotensi sebagai bahan pembuat bioplastik [8].
Universitas Sumatera Utara
Septiosari dkk., (2014) meneliti tentang pembuatan bioplastik dari limbah biji
mangga dengan penambahan selulosa dan gliserol. Dari hasil penelitian diperoleh
hasil optimal pada komposisi pati : selulosa sebesar 8:2 dengan penambahan
gliserol 15% menghasilkan plastik terbaik dengan nilai kuat tarik sebesar 6,2551
Mpa[9]. Disamping itu pada penelitian yang dilakukan oleh Dian (2013)
mengenai penambahan plasticizer gliserol pada pembuatan plastik biodegradable
dari biji nangka.Variasi plasticizer gliserol yang digunakan adalah (A) 0,2 %; (B)
0,4 %; dan (C) 0,6 % dari total volume larutan. Diperoleh hasil optimum kadar
gliserol sebesar 0,4 % dari total volume atau 0,2 ml dengan titik leleh sebesar 104
o
C, titik dekomposisi pada suhu 525 oC [9].
Fungsi kitosan dalam pembuatan film plastik adalah menghasilkan lapisan
film yang licin dan transparan [10]. Kitosan juga mudah terdegradasi dan mudah
digabungkan dengan material lainnya. Kitosan merupakan suatu kopolimer yang
terdiri dari unit β-(1 4)-2-asetamido-D-glukosa dan β-(1 4)-2- amino-D-glukosa
yang diperoleh dari kitin melalui deasetilasi dalam suasana basa. Kitosan bersifat
biokompatibilitas dan tidak beracun. Kitosan bersifat antimikobial, antijamur,
kativitas insektisidal, anti tumor, dan berfungsi sebagai hipokolesterolemik [11].
Menurut Darni dan Herti (2010) yang telah melakukan penelitian mengenai
pembuatan bioplastik dari pati sorgum diperoleh hasil optimum pada
perbandingan pati : kitosan sebesar 7:3 dan penambahan sorbitol sebesar 20 %
dengan kuat tarik sebesar 6,9711 MPa, modulus young sebesar 42,48 MPa dan
nilai ketahanan air sebesar 36,825 % [4].
Penambahan plasticizer berperan untuk meningkatkan sifat pemlastisnya.
Dalam konsep sederhana, plasticizer merupakan pelarut oganik dengan titik didih
tinggi yang ditambahkan kedalam resin yang keras atau kaku sehingga akumulasi
gaya intermolekuler pada rantai panjang akan menurun, akibatnya kelenturan,
pelunakan, dan pemanjangan resin akan bertambah [12]. McHugh dan Krochta
(1994), menyatakan bahwa poliol seperti sorbitol dan gliserol adalah plasticizer
yang cukup baik untuk mengurangi ikatan hidrogen internal sehingga akan
meningkatkan jarak intermolekul. Penggunaan sorbitol sebagai plasticizer
diketahui lebih efektif, sehingga dihasilkan plastik dengan permeabilitas oksigen
yang lebih rendah bila dibandingkan dengan menggunakan gliserol [13]. Dari
Universitas Sumatera Utara
penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Anita dkk. (2013) mengkaji tentang
pemanfaatan pati kulit singkong dan gliserol sebagai bahan dasar pembuatan
biodegradable plastik. Tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui pengaruh
penambahan gliserol pada proses pembuatan plastik biodegradable dari limbah
kulit singkong. Hasil optimum yang diperoleh pada komposisi pati kulit singkong
sebanyak 12 gram dan penambahan gliserol 4 ml dengan kekuatan tarik 0,02122
Mpa [14].
Berdasarkan penjelasan diatas, maka perlu dilakukan penelitian mengenai
pembuatan bioplastik dari limbah biji nangka dengan menggunakan sorbitol dan
kitosan. Penelitian ini diharapkan mendapatkan bioplastik yang lebih berkualitas,
melalui analisis densitas, kekuatan tarik, pemanjangan saat putus ketahanan air,
SEM, dan FTIR serta ramah lingkungan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan masalah sebagai
berikut:
1. Bagaimana karakteristik dari biji nangka meliputi kadar pati, kadar amilosa,
kadar amilopektin, kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, bentuk
morfologi permukaan, gugus fungsi dan temperatur gelatinisasi.
2. Bagaimana pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol terhadap
sifat fisikokimia bioplastik dari pati biji nangka (Artopus Heterophyllus)
meliputi densitas, sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus,
Modulus Young, morfologi permukaan, gugus fungsi, penyerapan air dan
temperatur gelatinisasi.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui karakteristik biji nangka meliputi kadar pati, kadar
amilosa, kadar amilopektin, kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein,
bentuk morfologi permukaan, gugus fungsi dan temperatur gelatinisasi.
2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer sorbitol
terhadap sifat fisikokimia bioplastik dari pati biji nangka (Artopus
Heterophyllus) meliputi densitas, sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada
Universitas Sumatera Utara
saat putus, Modulus Young, morfologi permukaan, gugus fungsi, penyerapan
air dan temperatur gelatinisasi.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Memanfaatkan limbah biji nangka menjadi bahan baku pembuatan
bioplastik yang ramah lingkungan
2. Sebagai sumber informasi dan pengetahuan untuk perkembangan
penelitian selanjutnya.
3. Mengurangi pemakaian minyak bumi sebagai bahan baku pembuatan
plastik dengan menggunakan bahan baku yang ramah lingkungan.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Operasi
Teknik Kimia, dan Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini
direncanakan memiliki ruang lingkup dan batasan sebagai berikut :
Adapun bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :
1.
Biji nangka (Artocarpus Heterophyllus) yang diperoleh dari pasar tanjung
rejo
2.
Sorbitol yang diperoleh dari toko bahan kimia Rudang di Medan
3.
Kitosan yang diperoleh dari toko bahan kimia Rudang di Medan
4.
Katalis asam asetat (CH3COOH) 100%
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
a.
Variabel tetap :
1. Waktu pemanasan dan pengadukan = 40 menit
b.
[12]
2. Suhu gelatinasi
= 88,82oC
3 Pengadukan Larutan
= 400 rpm
[10]
4. Volume asam asetat 0,1 M
= 50 ml
[4]
5. Perbandingan pati : aquades
= 1 : 20
[4]
6. Ukuran pati biji Pati
= 100 mesh [16]
Variabel berubah :
Universitas Sumatera Utara
1. Volume Larutan Sorbitol
= 20%, 25%, 30%, 35% dan 40%
berat
kering bahan
2. Perbandingan pati : kitosan (g/g)
a.
[4]
= 7 : 3; 8 : 2 dan 9 : 1 [4]
Analisa yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
Analisa pati biji nangka, meliputi :
• Kadar Pati
• Kadar Amilosa
• Kadar Amilopektin
• Kadar air
• Kadar abu
• Kadar Lemak
• Kadar Protein
• Bentuk Morfologi Permukaan
• Gugus Fungsi
• Temperatur Gelatinisasi
b.
Analisa dan Karakterisasi film bioplastik, meliputi :
• Densitas (ASTM D 792)
• Sifat kekuatan tarik (ASTM D 638)
• Sifat pemanjangan pada saat putus (ASTM D 638)
• Ketahanan terhadap air (ASTM D 1004)
• Scanning Electron Microscopy (SEM)
• Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Universitas Sumatera Utara