Pembuatan Hybrid Biokomposit Dari Pati Biji Mangga (mangifera indica) Berpengisi Nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) dan Mikropartikel Clay Dengan Plasticizer Gliserol Chapter III V

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1

LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian

dilakukan

di

Laboratorium

Penelitian,

Fakultas

Farmasi,

Laboratorium Fisika FMIPA, Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium
Polimer, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,

Medan.

3.2

BAHAN
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:
1. Biji mangga dari penjual jus buah di sekitar Pembangunan dan Padang Bulan
Pasar 1 Medan.
2. Gliserol (C6 H14 O6 ) dari Toko Kimia Rudang Jaya.
3. Aquadest (H2 O) dari Toko Kimia Rudang Jaya.
4. Zinc Oxide (ZnO) dari Alibaba.com
5. Clay dari Toko Kimia Rudang Jaya.

3.3

PERALATAN
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:
1. Hot plate, thermocouple dan magnetic stirrer
2. Oven
3. Erlenmeyer

4. Neraca analitik
5. Ayakan 100 mesh
6. Plat kaca akrilik
7. Ultrasonikasi Kudos

3.4

PROSEDUR PENELITIAN
Prosedur percobaan dapat dijelaskan sebagai berikut:

3.4.1

Ekstraksi Pati [53]
Pengambilan kandungan pati dari biji mangga dapat dilakukan dengan:

23
Universitas Sumatera Utara

1. Mangga dikupas dan dikuliti sehingga diperoleh biji mangga yang bersih
sebanyak 100 gram.

2. Biji mangga dipotong kecil-kecil, kemudian ditambahkan 100 ml air yang
berfungsi untuk mempermudah proses penghancuran.
3. Kemudian biji mangga dihancurkan dengan menggunakan blender.
4. Bubur biji mangga dikeluarkan dari blender dan dibiarkan selama 30 menit
untuk mendapatkan endapan dari bubur biji mangga.
5. Endapan yang diperoleh dipisahkan dengan air dengan menggunakan saringan,
kemudian endapan yang didapat ditambahkan dengan air lalu diendapkan
kembali selama 24 jam.
6. Endapan yang diperoleh dikeringkan didalam oven dengan suhu 50 o C selama
30 menit.
7. Diperoleh serbuk pati kering, kemudian diayak dengan ayakan 100 mesh.
8. Dilakukan pengujian FT-IR pada pati biji mangga.
3.4.2 Proses Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi Pengisi
Nanopartikel ZnO dan Mikropartikel Clay serta Variasi Plasticizer Gliserol
[6]
1. Dicampurkan pengisi nanopartikel ZnO 0, 1, 3, 6%wt (dari 5 gr pati) dengan
gliserol yang massanya divariasikan 0, 20, 25, 30, 35%wt (dari 5 gr pati) dan
100 ml aquadest.
2. Dimasukkan campuran ke dalam ultrasonic selama 50 menit.
3. Ditambahkan pati biji mangga 5 gram, lalu dipanaskan pada hotplate sambil

dilakukan pengadukan menggunakan stirrer hingga suhu 80,530 C.
4. Dituangkan campuran yang telah diaduk pada cetakan flexi glass ukuran
20x20 cm.
5. Dikeringkan campuran dalam oven dengan suhu 50 0 C selama 24 jam.
6. Dikeluarkan campuran dari oven, kemudian dibiarkan pada suhu kamar
sampai campuran dapat dilepaskan dari cetakan.
Kemudian jika prosedur percobaan diatas sudah selesai, selanjutkan dilakukan
percobaan dengan mengganti jenis pengisi mikropartikel Clay 0, 3, 6, 9 % wt dengan
prosedur yang sama dengan diatas.

24
Universitas Sumatera Utara

3.4.3

Proses Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Pengisi Hybrid [6]
1. Dicampurkan pengisi nanopartikel ZnO sebanyak 3%wt dan Clay sebanyak
6%wt (dari 5 gr pati) dengan gliserol 0, 20, 25, 30, 35%wt (dari 5 gr pati) dan
100 ml aquadest.
2. Dimasukkan campuran ke dalam ultrasonic selama 50 menit.

3. Ditambahkan pati biji mangga 5 gram, lalu dipanaskan pada hotplate sambil
dilakukan pengadukan menggunakan stirrer hingga suhu 80,530 C.
4. Dituangkan campuran yang telah diaduk pada cetakan flexi glass ukuran 20x20
cm.
5. Dikeringkan campuran dalam oven dengan suhu 50 0 C selama 24 jam.
6. Dikeluarkan campuran dari oven, kemudian dibiarkan pada suhu kamar sampai
campuran dapat dilepaskan dari cetakan.

3.5

PROSEDUR ANALISIS

3.5.1

Prosedur Analisa Pati
Prosedur analisa pati mencakup kadar pati, amilosa, amilopektin, air, profil

gelatinisasi dan gugus fungsi sebagai berikut :
3.5.1.1 Prosedur Analisa Kadar Pati [45]
Analisa kadar pati (amilum) dari pati biji mangga dilakukan di Laboratorium Uji

Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian, Universitas Gadjah Mada.
1. Timbang 2-5 g sampel berupa bahan padat yang telah dihaluskan atau dalam
erlenmeyer 250 ml, tambahkan 50 ml aquadest dan diaduk selama 1 jam.
Suspensi disaring dengan kertas saring Whatman 42 dan dicuci dengan
aquadest sampai volume filtrat 250 ml. Filtrat mengandung karbohidrat yang
terlarut dan dibuang.
2. Bahan yang mengandung lemak, maka pati yang terdapat sebagai residu pada
kertas saring dicuci 5 kali dengan 10 ml ether, biarkan ether menguap dari
residu, kemudian cuci lagi dengan 150 ml alkohol 10% untuk membebaskan
lebih lanjut karbohidrat yang terlarut.

25
Universitas Sumatera Utara

3. Residu dipindahkan dari kertas saring ke dalam erlenmeyer dengan pencucian
200 ml aquadest dan tambahkan 20 ml HCl 25%, tutup dengan pendingin
balik dan panaskan di atas penangas air mendidih selama 2,5 jam.
4. Setelah dingin netralkan dengan larutan NaOH 45% dan encerkan sampai
volume 500 ml, kemudian saring dengan kertas saring Whatman 42, tentukan
kadar gula yang dinyatakan sebagai glukosa dari filtrat yang diperoleh.

Penentuan glukosa seperti pada penentuan gula reduksi. Berat glukosa
dikalikan 0,9 merupakan berat pati.
3.5.1.2 Prosedur Analisa Kadar Air [54]
Analisa kadar air dari pati biji mangga dilakukan di Laboratorium Uji Tekno logi
Pangan dan Hasil Pertanian, Universitas Gadjah Mada.
1. Timbang dengan seksama 1-2 gram sampel pada sebuah botol timbang
bertutup yang sudah diketahui bobotnya. untuk contoh berupa cairan, botol
timbang dilengkapi dengan pengaduk dan pasir kwarsa / kertas saring
berlipat.
2. Keringkan pada oven suhu 105 0 C selama 3 jam.
3. Dinginkan dalam desikator.
4. Timbang, ulangi pekerjaan ini hingga diperoleh bobot tetap.
5. Catat data pengamatan dalam loogbook analisis
6. Perhitungan :
Kadar air = (W1 / W) x 100%

(3.1)

Dimana :
W = berat sampel sebelum dikeringkan (g)

W1 = kehilangan berat setelah dikeringkan (g)
3.5.1.3 Prosedur Analisa Profil Gelatinisasi Dengan Rapid Visco Analyzer (RVA)
[45]
Analisa profil gelatinisasi dari pati biji mangga dengan RVA dilakukan di
Laboratorium Jasa Uji Fakultas Teknologi Industri Pertanian, Universitas Padjadjaran.
1. Isi bak pendingin dengan aquadest sampai tanda pada display muncul tanda
bahwa air sudah cukup terisi.
2. Pasang kabel pada stop kontak, nyalakan alat dengan menekan tombol yang
berada di bagian belakang alat, nyalakan juga air pendingin.

26
Universitas Sumatera Utara

3. Atur temperature, time, pump, refrigerate.
4. Jika semua parameter pengaturan sudah sesuai, tekan tombol ON sampai
semua pengaturan posisi on (perhatikan tanda di display)
5. Pilih menu STD 1 pada menu utama
6. Pasang flashdisk pada alat RVA.
7. Timbang sampel sebanyak 3,5-4 gram (sesuaikan dengan kandungan air
sampel) dan masukan ke canister

8. Tambahkan aquadest atau buffer sebanyak 25 gram (sesuaikan dengan
penimbangan sampel).
9. Simpan canister pada alat dan mulai pengukuran dengan menekan tombol √,
lalu tower sampel pada alat.
10.Alat akan memutar sampel dengan pemanasan pada 50 – 95 0 C selama ± 23
menit.
11.Jika sudah selesai, grafik pengukuran bisa di lihat pada display, lalu pilih
option save.
12. Saving data pada flashdisk.
3.5.1.4 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR) [55]
Analisa gugus fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR)dari pati biji mangga
dilakukan di Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara.
1. Sampel ditempatkan ke dalam set holder, kemudian dicari spektrum yang
sesuai.
2. Hasil yang di dapat berupa difraktogram hubungan antara bilangan gelombang
dengan intensitas.
3. Spektrum FT-IR di rekam menggunakan spektrometer pada suhu ruang.
3.5.1.5 Prosedur Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) [44]
Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) dari pati biji mangga dilakukan
di Laboratorium Penelitian, Universitas Diponegoro Semarang.

1. Sampel pati ditempelkan pada set holder dengan perekat ganda.
2. Sampel dilapisi dengan logam emas dalam keadaan vakum.
3. Sampel dimasukkan pada tempatnya di dalam Scanning Electron Microscope
(SEM).

27
Universitas Sumatera Utara

4. Gambar topografi diamati dan dilakukan perbesaran hingga 5000 dan10000
kali.
3.5.2

Prosedur Analisis Biokomposit

3.5.2.1 Prosedur Analisa Densitas [45]
1. Film dipotong dengan ukuran dumblle, kemudian dihitung volumenya.
2. Potongan film ditimbang dan rapat massa film ditentukan dengan membagi
massa dengan volumenya (g/cm3 )
3.5.2.2 Prosedur Pengujian Sifat Kekuatan Tarik [45]
1. Sampel dipotong dengan ukuran dumblle

2. Pengujian dilakukan dengan cara menempatkan spesimen pada genggaman
mesin uji.
3. Dilakukan pengukuran beban dan tegangan.
4. Kecepatan pengujian diatur sesuai dengan laju yang diperlukan.
5. Kurva tegangan-beban dicatat.
6. Selain itu dicatat pula nilai tegangan dan beban serta nilai tegangan dan beban
pada saat putus.
7. Diperoleh nilai kekuatan tarik
3.5.2.3 Prosedur Pengujian Perpanjangan Pada Saat Putus [45]
1. Sampel dipotong dengan ukuran dumblle
2. Pengujian dilakukan dengan cara menempatkan spesimen pada genggaman
mesin uji.
3. Indikator ekstensi (extensomer) dipasang.
4. Alat pengukur regangan melintang dipasang.
5. Dilakukan pengukuran beban dan tegangan.
6. Kecepatan pengujian diatur sesuai dengan laju yang diperlukan.
7. Kurva tegangan-beban dicatat.
8. Dicatat persen perpanjangan pada saat putus pada grafik dikali dengan 100.
3.5.2.4 Prosedur Pengujian Ketahanan terhadap Air [52]
1. Dipotong plastik ukuran dumblle lalu ditimbang berat sampel.
2. Masukkan sampel plastik ke dalam wadah berisi air dengan temperatur selama
24 jam.

28
Universitas Sumatera Utara

3. Setelah 24 jam, sampel diambil dan dibersihkan dengan menggunakan kain
kering.
3.5.2.5 Prosedur Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR)
[52]
1. Sampel yang berupa film, ditempatkan ke dalam set holder, kemudian dicari
spektrum yang sesuai.
2. Hasil yang di dapat berupa difraktogram hubungan antara bilangan gelombang
dengan intensitas.
3. Spektrum FT-IR di rekam menggunakan spektrometer pada suhu ruang.
3.5.2.6 Prosedur Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) [45]
1. Sampel film plastik ditempelkan pada set holder dengan perekat ganda.
2. Sampel dilapisi dengan logam emas dalam keadaan vakum.
3. Sampel dimasukkan pada tempatnya di dalam Scanning Electron Microscope
(SEM).
4. Gambar topografi diamati dan dilakukan perbesaran hingga 500 dan 1000
kali.
3.5.3 Prosedur Uji Biodegrabilitas
3.5.3.1 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Ditanam [63]
1.Menyiapkan tanah yang kemudian dimasukkan kedalam sebuah pot.
2. Menyiapkan 3 buah sampel biokomposit berukuran 25x25 cm.
3. Menimbang setiap sampel sebagai berat awal.
4. Mengubur sampel didalam tanah yang telah disiapkan sebelumnya dengan
kedalaman 20 cm.
5. Mengeluarkan sampel dari media tanah secara hati-hati tiap empat hari sekali
dan membersihkan sampel dari tanah yang menempel.
6. Menimbang sampel dengan menggunakan neraca analitis.
7. Menghitung fraksi berat residual dengan menggunakan persamaan

sebagai

berikut:
(3.1)
3.5.3.2 Prosedur Uji Biodegrabilitas dengan Cara Digantung [63]
1. Menyiapkan 3 buah sampel biokomposit berukuran 15x15 cm.
3. Menimbang setiap sampel sebagai berat awal.

29
Universitas Sumatera Utara

3. Menggantungkan sampel pada tempat yang telah disediakan.
5. Menimbang sampel tiap empat hari sekali dengan menggunakan neraca analitis.
6. Menghitung fraksi berat residual dengan menggunakan persamaan (3.1).

3.6

FLOWCHART PENELITIAN

3.6.1

Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga

Mulai
Mangga dikupas dan dikuliti biji mangga sebanyak 100 gram

Biji mangga dipotong kecil-kecil dan ditambah air sebanyak 100 ml

Proses penghancuran biji mangga dilakukan dengan alat blender

Bubur biji mangga dibiarkan selama 30 menit

Setelah 30 menit, endapkan dipisahkan dari air dengan menggunakan
saringan
Endapan ditambahkan lagi dengan air dan diendapkan kembali
selama 24 jam
o

Endapan dikeringkan dalam oven dengan suhu 50 C selama 30
menit
Pati biji mangga kering diperoleh, kemudian diayak dengan ayakan
100 mesh

Dilakukan pengujian FT-IR pada pati biji mangga

Selesai
Gambar 3.1 Flowchart Ekstraksi Pati Biji Mangga

30
Universitas Sumatera Utara

3.6.2

Flowchart Pengujian Kadar Pati
Mulai
Sampel sebanyak 5 gr ditimbang lalu dimasukkan kedalam erlenmeyer 250
ml

Tambahkan 50 ml aquadest dan diaduk selama 1 jam
Suspensi disaring dengan kertas saring whatman 42 dan dicuci dengan aquadest sampai filtrat
250 ml
Pati yang terdapat sebagai residu pada kertas saring dicuci 5 kali dengan 10 ml eter lalu
eter dibiarkan menguap
Residu dicuci lagi dengan 150 ml akohol 10%
Residu dipindahkan dari kertas saring ke dalam erlenmeyer kemudian dicuci
dengan 200 ml aquadest

Tambahkan 20 ml HCL 25%, diitutup panaskan diatas penangas air
selama 2,5 jam

Setelah dingin dinetralkan dengan NaOH 45% dan encerkan sampai volume 500
ml
Kemuadian filtrat disaring dengan kertas saring whatman 42, lalu tentukan
kadar gula yang dinyatakan sebagai glukosa.

Penentuan glukosa dikalikan dengan 0,9 yang merupakan berat pati

Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Pengujian Kadar Pati
31
Universitas Sumatera Utara

3.6.3

Flowchart Pengujian Kadar Air

Mulai
o

Cawan dipanaskan pada suhu 105 C selama 1 jam dan kemudian
didinginkan di dalam desikator

5 gram sampel ditimbang

o

Sampel dipanaskan di dalam oven pada suhu 105 C selama 1 jam
Sampel didinginkan di dalam desikator dan kemudian
ditimbang

Setelah bobot konstan, kadar air sampel dihitung

Selesai

Gambar 3.3 Flowchart Pengujian Kadar Air

32
Universitas Sumatera Utara

3.6.4

Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR)

Mulai

Sampel ditempatkan ke dalam set holder, kemudian dicari spektrum
yang sesuai
Hasil yang diperoleh berupa difraktogram hubungan antara bilangan
gelombang dengan intensitas

Spektrum FT-IR direkam dengan menggunakan spektrometer pada
suhu ruang

Selesa
i
Gambar 3.4 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR)

33
Universitas Sumatera Utara

3.6.5

Flowchart Pembuatan Biokomposit

3.6.5.1 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan Variasi
Pengisi Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer Gliserol
Mulai

Mencampurkan pengisi nanopartikel ZnO 0, 1, 3, 6% wt (dari 5 gr pati) dengan
gliserol yang massanya divariasikan 0, 20, 25, 30, 35% wt (dari 5 gr pati) dan
100 ml aquadest

Memasukkan campuran ke dalam ultrasonic selama 50 menit
Biji mangga dipotong kecil-kecil dan ditambah air sebanyak 100 ml

Menambahkan pati biji mangga 5 gram, lalu memanaskan pada hotplate sambil

dilakukan pengadukan menggunakan stirrer hingga suhu 80,53 0 C
Proses penghancuran biji mangga dilakukan dengan alat blender

Menuangkan campuran yang telah diaduk pada cetakan flexi glass ukuran 20x20 cm

Mengeringkan campuran dalam oven dengan suhu 50 0 C selama 24 jam. Setelah 30
menit, endapan dipisahkan dari air dengan menggunakan saringan
Mengeluarkan campuran dari oven, kemudian membiarkannya pada suhu kamar
sampai campuran dapat dilepaskan dari cetakan Endapan ditambahkan lagi
dengan air dan diendapkan kembali selama 24 jam

Selesai

Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi
Nanopartikel ZnO dan Variasi Plasticizer Gliserol

34
Universitas Sumatera Utara

3.6.5.2 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan
Variasi Pengisi Mikropartikel Clay dan Variasi Plasticizer Gliserol

Mulai

Mencampurkan pengisi mikropartikel clay 0, 3, 6, 9% wt (dari 5 gr
pati) dengan gliserol yang massanya divariasikan 0, 20, 25, 30, 35%

wt (dari 5 gr pati) dan 100 ml aquadest
Memasukkan campuran ke dalam ultrasonic selama 50 menit

Menambahkan pati biji mangga 5 gram, lalu memanaskan pada hotplate
sambil dilakukan pengadukan menggunakan stirrer hingga suhu 80,53 0 C

Menuangkan campuran yang telah diaduk pada cetakan flexi glass ukuran

20x20 cm
Mengeringkan campuran dalam oven dengan suhu 50 0 C selama 24 jam

Mengeluarkan campuran dari oven, kemudian membiarkannya pada
suhu kamar sampai campuran dapat dilepaskan dari cetakan
Selesai

Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Variasi
Pengisi Mikropartikel Clay dan Variasi Plasticizer Gliserol

35
Universitas Sumatera Utara

3.6.5.3 Flowchart Pembuatan Biokomposit untuk Pati Biji Mangga dengan
Pengisi Hybrid dan Variasi Plasticizer Gliserol
Mulai
Mencampurkan pengisi nanopartikel ZnO sebanyak 3% wt dan pengisi clay
sebanyak 6% wt (dari 5 gr pati) dengan variasi massa gliserol 0, 20, 25,30,

35% wt (dari 5 gr pati) dan 100 ml aquadest.
Memasukkan campuran ke dalam ultrasonic selama 50 menit

Menambahkan pati biji mangga 5 gram, lalu memanaskan pada hotplate
sambil dilakukan pengadukan menggunakan stirrer hingga suhu 80,53 0 C

Menuangkan campuran yang telah diaduk pada cetakan flexi glass ukuran

20x20 cm
Mengeringkan campuran dalam oven dengan suhu 50 0 C selama 24 jam
Mengeluarkan campuran dari oven, kemudian membiarkannya pada
suhu kamar sampai campuran dapat dilepaskan dari cetakan
Selesai
Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Biokomposit Pati Biji Mangga dengan Pengisi
Hybrid dan Variasi Plasticizer Gliserol

36
Universitas Sumatera Utara

3.6.6

Flowchart Analisa Densitas
Mulai

Film dipotong dengan ukuran dumble 5x5 cm

Volumenya dihitung

Film yang sudah ditimbang dipotong kemudian dihitung

dengan rumus analisa densitas

Selesai

Gambar 3.8 Flowchart Analisa Densitas

37
Universitas Sumatera Utara

3.6.7 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed (FT-IR)

Mulai

Sampel yang berupa film ditempatkan ke dalam set holder,
kemudian dicari spektrum yang sesuai

Hasil yang diperoleh berupa difraktogram hubungan antara
bilangan gelombang dengan intensitas
Spektrum FT-IR direkam dengan menggunakan spektrometer pada

suhu ruang
Selesai
Gambar 3.9 Flowchart Analisa Gugus Fungsi Fourier Transform InfraRed
(FT-IR)

3.6.8 Flowchart Analisa Kekuatan Tarik

Mulai
Film dipotong dengan ukuran dumblle
Film ditempatkan pada genggaman mesin uji

Extensomer dan alat pengukur regangan melintang dipasang
Alat dioperasikan

Selesai
Gambar 3.10 Flowchart Analisa Kekuatan Tarik

38
Universitas Sumatera Utara

3.6.9

Flowchart Analisa Perpanjangan Saat Putus

Mulai

Film dipotong dengan ukuran dumblle

Film ditempatkan pada genggaman mesin uji

Extensomer dan alat pengukur regangan melintang
dipasang

Alat dioperasikan pada laju tertentu

Kurva tegangan-beban dicatat

Dicatat persen perpanjangan pada saat putus pada grafik dikali dengan
100
Selesai

Gambar 3.11 Flowchart Analisa Perpanjangan Saat Putus

39
Universitas Sumatera Utara

3.6.10 Flowchart Analisa Ketahanan Terhadap Air

Mulai

Diukur berat sampel awal ukuran dumblle

Masukkan sampel plastik ke dalam wadah berisi air selama
24 jam.

Setelah 24 jam, sampel diambil dan dibersihkan dengan menggunakan
kain kering. Dihitung dengan rumus analisa penyerapan air

Sampel ditimbang sebagai berat sampel
akhir dan dihitung nilai penyerapan air

Selesai

Gambar 3.12 Flowchart Analisa Ketahanan Terhadap Air

40
Universitas Sumatera Utara

3.6.11

Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM)

Mulai

Sampel ditempelkan pada set holder dengan perekat ganda

Sampel dilapisi dengan logam emas dalam keadaan
vakum
Sampel dimasukkan pada tempatnya di dalam Scanning
Electron Microscope

Gambar topografi diamati dan dilakukan perbesaran

Selesai

Gambar 3.13 Flowchart Analisa Scanning Electron Microscope (SEM)

41
Universitas Sumatera Utara

3.6.12

Flowchart Uji Biodegrabilitas Biokomposit

3.6.12.1 Flowchart Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan Cara Ditanam
Mulai

Disiapkan tanah didalam sebuah pot

Disiapkan 3 buah sampel berukuran 25x25 cm

Ditimbang setiap sampel sebagai berat awal

Ditanam sampel didalam tanah dengan kedalaman 20 cm
Dikeluarkan sampel dari media tanah dan dibersihkan dari tanah
yang menempel
Ditimbang sampel dengan neraca analitis

Dihitung fraksi berta residual

Selesai

Gambar 3.14 Flowchart Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan Cara Ditanam

42
Universitas Sumatera Utara

3.6.12.2 Flowchart Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan Cara Digantung

Mulai

Disiapkan 3 buah sampel berukuran 15x15 cm
Ditimbang setiap sampel sebagai berat awal

Digantung sampel pada tempat yang telah disediakan
Ditimbang sampel tiap empat hari sekali
dengan neraca analitis
Dihitung fraksi berta residual

Selesai
Gambar 3.15 Flowchart Uji Biodegrabilitas Biokomposit dengan Cara Digantung

43
Universitas Sumatera Utara

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1

HASIL EKSTRAKSI DARI PATI BIJI MANGGA
Pada penelitian ini bahan baku pembuatan biokomposit yaitu pati yang diekstrak

dari biji mangga. Biji mangga diperoleh dari penjual jus yang terletak di daerah
Pembangunan dan Padang Bulan Pasar 1, Medan. Pati yang dihasilkan berupa serbuk
kecoklatan dengan ukuran partikel ± 100 mesh. Dari hasil ekstraksi pati biji mangga
diperoleh rendemen pati sebesar 43,2%, dimana dari 100 g biji mangga diperoleh pati
kering sebanyak 43,2 g dan kemudian selanjutnya dilakukan analisa pada pati yang
diperoleh. Biji mangga yang diperoleh ditunjukkan pada gambar 4.1(a) dan hasil
ektraksi pati dari biji mangga pada gambar 4.1 (b).

(a)

(b)

Gambar 4.1 (a) Biji Mangga (b) Pati Biji Mangga

4.2

HASIL KARAKTERISTIK PATI BIJI MANGGA
Karakteristik kadar pati biji mangga ini dilakukan untuk mengetahui jumlah

beberapa komponen yang terkandung di dalam pati biji mangga yang dihasilkan dari
penelitian ini, antara lain kadar pati, kadar air, kadar amilosa dan kadar amilopektin.
4.2.1

Kadar Pati

44
Universitas Sumatera Utara

Kadar pati merupakan banyaknya pati yang terkandung dalam bahan kering
yang dinyatakan dalam persen [58]. Tujuan analisa kadar pati adalah untuk menentukan
persentase kadar pati yang terdapat pada biji mangga (mangifera indica). Dari hasil
analisa pati biji mangga diperoleh kadar pati dalam biji mangga sebesar 75,47%.
Berdasarkan standar mutu pati menurut Standar Industri Indonesia, kadar pati yang
diizinkan adalah minimal 75% [45]. Jika dibandingkan dengan kadar pati menurut
Standar Industri Indonesia, kadar pati biji mangga telah memenuhi standar yang
berlaku. Kadar pati suatu bahan pangan dapat mengalami penurunan mutu yang
disebabkan besarnya kadar air suatu bahan pangan tersebut. Kadar air yang besar yang
terkandung pada suatu bahan pangan dapat memicu kegiatan enzim amilase untuk
menghidrolisa pati dan walaupun dalam jumlah yang sedikit disebabkan oleh proses
respirasi yang mengakibatkan penurunan kadar gula dalam bahan pangan[59]. Menurut
Richana dan Sunarti (2004), kadar pati dalam bentuk ekstrak pati umbi- umbian berkisar
45-63%. Perbedaan kadar pati yang diperoleh dapat disebabkan oleh adanya perbedaan
dalam proses pengolahan pati. Pada penelitian ini digunakan metode pengekstraksian
pati biji mangga dengan cara penghancuran menggunakan blender [45].
4.2.2

Kadar Amilosa dan Amilopektin
Kadar amilosa dan amilopektin adalah banyaknya kandungan amilosa dan

amilopektin yang terdapat pada pati yang dapat digunakan sebagai acuan dalam
menentukan karakteristik pati. Tujuan dari analisis kadar amilosa dan amilopektin
adalah untuk menetapkan perbandingan jumlah amilosa dan amilopek tin di dalam pati
biji mangga [59]. Hasil analisa menunjukkan dalam pati biji mangga terdapat
kandungan amilopektin sebesar 44% dan amilosa sebesar 14,82%. Menurut Morales, et
al. (2002), kandungan pati dalam biji mangga sebanyak 70,76%. Pati biji mangga
mempunyai kadar amilosa 35,32% dan amilopektin 45,98% [4].
Kadar amilosa yang diperoleh pada penelitian ini lebih kecil dibandingkan
dengan hasil penelitian Morales, et all. [4]. Hasil yang berbeda dapat dipengaruhi oleh
proses produksi pati yang berbeda. Kadar amilosa yang rendah dan amilopektin yang
tinggi dapat mempermudah proses gelatinisasi pati karena dapat menurunkan kelarutan
pati di dalam air, sehingga pati hanya dapat mengembang dalam air panas yang
dibutuhkan dalam proses gelatinisasi pati. Dengan kadar amilopektin yang tinggi,
banyak ruang kosong yang ada sehingga ruang kosong ini akan diisi oleh biopolimer

45
Universitas Sumatera Utara

pencampur. Kandungan amilosa yang terdapat pada pati memicu pembentukan
biokomposit yang lebih kuat, sedangkan struktur amilopektin dalam pati menyebabkan
karakteristik mekanik yang rendah, serta ketahanan terhadap tekanan dan elongasi yang
rendah [59].
4.2.3

Kadar Air
Tujuan analisa kadar air adalah untuk mengetahui kandungan air dalam pati

yang dapat mempengaruhi karakteristik biokomposit. Kadar air merupakan salah satu
karakteristik yang sangat penting bagi bahan pangan, karena kandungan air pada bahan
pangan dapat mempengaruhi penampakan, tekstur pada bahan pangan [59]. Dari hasil
analisa diperoleh juga kadar air sebesar 12,65% dimana standar mutu pati menurut
Standar Industri Indonesia untuk nilai kadar air maksimum 14%, sehingga kadar air pati
secara garis besar masih memenuhi syarat Standar Industri Indonesia [45]. Menurut
Fardiaz dan Winarno (1989), bahan pangan yang memiliki kadar air kurang dari 1415% dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme seperti khamir. Suatu bahan
pangan dengan kadar air yang relatif tinggi akan cendrung mengalami kerusakan lebih
cepat dibandingkan dengan bahan pangan yang memiliki kadar air lebih rendah.
Menurut Syarief dan Halid (1993) menyatakan bahwa tinggi rendahnya kadar air suatu
bahan sangat ditentukan oleh air terikat dan air bebas yang terdapat di dalam bahan.
Kadar air yang tinggi memiliki kecenderungan untuk menyerap air yang dapat
menghasilkan plastik dengan elastisitas rendah [60].

4.3

KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR BIOKOMPOSIT PATI BIJI
MANGGA

DAN

BIOKOMPOSIT

PENGISI

HYBRID

DENGAN

PLASTICIZER GLISEROL
Analisis gugus fungsi FT-IR diperlukan untuk mengetahui gugus-gugus fungsi
yang terdapat pada pati. Analisis gugus fungsi FT-IR dilakukan dengan menggunakan
alat IR Prestige-21 Shimadzu. Dari analisa gugus fungsi menggunakan FT-IR diperoleh
hasil spektrum dalam bentuk grafik yang dapat dilihat pada gambar 4.2 sebagai berikut.

46
Universitas Sumatera Utara

% Transmitansi

----P ati Biji Mangga
----Zinc Oxide
----Clay
---- Bioplastik P ati Biji Mangga
---- Bioplastik P ati-Gliserol
---- Biokomposit

Panjang Gelombang (cm-1 )
Gambar 4.2 Karakteristik Hasil FT-IR
Pembacaan bilangan gelombang yang terdapat pada grafik FT-IR dapat dilihat
pada tabel 4.1 sebagai berikut.

47
Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.1 Hasil Keterangan Gugus Fungsi Pati Biji Mangga Menggunakan FTIR
Jenis Ikatan

Ikatan Hidrogen
Tunggal

Rangkap Dua

Ikatan Tunggal
(Bukan Hidrogen)
Rangkap Tiga

C-H
O-H
O-H bebas
O-H
C=O
C=O
C=O
C=O
C=C
C-O
C-N
C rangkap tiga
CN rangkap tiga

Bilangan
Gelombang
(cm-1 )
3000-2850
3400-3000
3600
3400-2400
1840-1800
1750-1715
1740-1680
1725-1665
1680-1600
1400-1000
1400-1000
2260-2120
2260-2220

Keterangan
Alkana Jenuh
Alkohol, air, fenol
Asam karboksilat
Anhidrida
Ester
Aldehid
Asam karboksilat
Alkena
Asam karboksilat
Amina
Alkuna
Nitril

[73]
Berdasarkan gambar 4.2, pada biokomposit pati biji mangga dihasilkan beberapa
puncak bilangan gelombang disetiap rentang wilayahnya. Terdapat puncak dari
bilangan gelombang 3599,17 cm-1 hingga 2758,21 cm-1 . Puncak tersebut sesuai dengan
penyerapan yang disebabkan oleh ikatan C-H (tipe senyawa alkana), dan OH (tipe
senyawa fenol, alkohol ikatan hidrogen). Pada puncak dengan bilangan gelombang
2144,84 cm-1 dan 2063,83 cm-1 , sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan
rangkap tiga C≡C (tipe senyawa alkuna). Pada puncak dengan bilangan gelombang
1693,50 cm-1 dan 1600,92 cm-1 , sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan
C=O (tipe senyawa aldehid, keton, asam karboksilat, ester) dan C=C (tipe senyawa
alkena). Pada puncak dengan bilangan gelombang dari 1465,90 cm-1 hingga 547,78 cm1

, sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan C-H (tipe senyawa alkana),

dan C-O (tipe senyawa alkohol, asam karboksilat, ester). Biokomposit pati biji mangga
memiliki gugus fungsi yang merupakan gabungan dari gugus fungsi spesifik yang
terdapat pada komponen penyusunnya diantaranya C-H, O-H, C-O, C≡C, C=O, dan
C=C. Panjang gelombang gugus fungsional OH pada clay dan ZnO berbeda dengan
biokomposit pati biji mangga dimana dapat dilihat dari nilai masing- masing sebesar
3622,32cm-1 dan 337,15cm-1 . Penambahan gliserol menyebabkan bergesernya gugus
fungsional OH dengan panjang gelombang 3599,17 menjadi 3527,02 cm-1 pada
biokomposit dengan penambahan gliserol. Ini mengindentifikasikan bahwa terjadi
48
Universitas Sumatera Utara

proses pembentukan ikatan baru antara maktriks pati biji mangga dan gliserol sehingga
memperlemah ikatan OH pada matriks pati biji mangga. Pada biokomposit dengan
penambahan gliserol, gugus C-O dan OH membentuk rantai karbon acak, sehingga
menyebabkan sampel tersebut menjadi lebih elastis [61]. Interaksi kimia dicerminkan
dengan perubahan karakteristik spektrum puncak serapan setelah bercampurnya dua
atau lebih zat antara matriks dengan bahan-bahan kimia yang ditambahkan seperti ZnO,
clay, dan gliserol [62]. Sedangkan untuk biokomposit pati

biji mangga dengan

penambahan pengisi hybrid serta plasticizer gliserol juga menghasilkan pergeseran
panjang gugus fungsional yaitu dari 3599,17 cm-1 menjadi 3645,46 cm-1 . Spektrum
biokomposit pati biji mangga berbeda dengan spektrum biokomposit dengan
penambahan pengisi hybrid dan gliserol dikarenakan ada beberapa gugus fungsi yang
hilang. Pada biokomposit pati biji mangga mempunyai gugus C-H, O-H dan C C
sedangkan pada biokomposit pati biji mangga dengan penambahan gliserol tidak
terdapat gugus seperti pada biokomposit pati biji mangga yang dikarenakan proses
gelatinisasi yang memutuskan monomer- monomer yang terkandung pada biji mangga.
Sedangkan jika dibandingkan dengan biokomposit dengan penambahan pengisi hybrid,
gugus C-H, OH muncul kembali. Tetapi untuk gugus C C pada biokomposit telah
hilang.
Karakterisasi dengan menggunakan FT-IR dilakukan dengan tujuan untuk
mengetahui ikatan- ikatan yang ada dalam biokomposit pati biji mangga yang dihasilkan
[63]. Hasil ditunjukan dengan absorbansi yang ada pada bilangan gelombang (cm-1 ).
Pati terdiri dari amilosa dan amilopektin. Amilosa adala h polimer linier dari D-glukosa
dengan α-1,4 ikatan glikosidik. Sedangkan amilopektin adalah polimer dengan ikatan
silang dari D- glukosa dengan α-1,6 ikatan glikosidik. Spektrum pada pati berasal dari
mode getaran amilosa dan amilopektin karena ini adalah komponen utama dari pati
[64].
Penambahan pengisi menyebabkan puncak gugus C-O menjadi lebih luas pada
rentang 1176,58 cm-1 dan 1126,43 cm-1 serta perluasan gugus OH pada rentang 3645,46
cm-1 . Puncak serapan yang melebar pada absorpsi bilangan gelombang OH hidroksil
menunjukkan adanya ikatan hidrogen biokomposit dengan plasticizer gliserol dan
pengisi hybrid. Lebih lanjut dijelaskan bahwa ikatan hidrogen yang kuat dapat
diidentifikasi dari bilangan gelombang yang rendah [64]. Hal ini terlihat dari penurunan

49
Universitas Sumatera Utara

bilangan gelombang gugus OH serta rentang gugus OH yang semakin melebar dan
intensitas yang semakin kuat. biokomposit terdapat gugus fungsi C=O karbonil dan
COOH ester mengindikasi adanya kemampuan degradabilitas pada plastik yang
disintesis. Hal ini dikarenakan gugus fungsi OH, C=O karbonil dan C-O ester
merupakan gugus yang bersifat hidrofilik sehingga molekul air dapat mengakibatkan
mikroorganisme pada lingkungan memasuki matriks plastik tersebut [62]. Penambahan
pengisi hybrid serta gliserol bertujuan untuk memodifikasi pati. Jika dilihat
terbentuknya gugus baru pada biokomposit dengan pengisi hybrid yaitu gugus C=C
(cincin aromatik).
Pembentukan gugus C=C (senyawa aromatik) diperkirakan karena adanya
kandungan flavonoid yang terdapat pada pati. Flavonoid terdiri dari ikatan rangkap
karbon-karbon C=C (aromatik), ikatan rangkap karbon-oksigen C=O (keton), ikatan
tunggal karbon-oksigen C-O (eter), ikatan tunggal karbon-hidrogen C-H (aromatik) dan
ikatan tunggal oksigen- hifrogen O-H (fenol). Dari ikatan-ikatan yang terdapat pada
struktur flavonoid dapat diketahui kekhasan signal dan intensitasserapan pada spektrum
IR ikatan rangkap C=C yaitu mempunyai penyerapan cahaya pada daerah serapan 15001600 cm-1 dngan intensitas serapan sedang dan tajam [69].

4.4

KARAKTERISTIK MORFOLOGI PATI BIJI MANGGA DENGAN SEM
(SCANNING ELECTRON MICROSCOPE)
Karakteristik morfologi pati biji mangga dilakukan dengan SEM (Scanning

Electron Microscope). Hasil pengamatan dengan SEM ditunjukkan pada gambar 4.3.

50
Universitas Sumatera Utara

Granula
pati
impurities

Gambar 4.3 (a) Hasil SEM pati biji mangga perbesaran 500 kali (b) Hasil SEM pati biji
mangga perbesaran 1000 kali
Gambar 4.3 menunjukkan hasil analisa SEM partikel pati biji mangga yang
berukuran 100 mesh dengan perbesaran 500x dan 1000x. Dari hasil analisa SEM dapat
dilihat bahwa morfologi pati biji mangga berbentuk granula dengan ukuran granula
yang relatif besar. Selain itu, hasil SEM juga memperlihatkan bahwa granula pati masih
terlihat utuh dengan bentuknya yang oval yang menunjukkan bahwa granula pati belum
mengalami kerusakan struktur granulanya. Granula pati yang belum mengalami proses
modifikasi akan memiliki permukaan yang halus dan utuh. Ganula pati yang lebih besar
memiliki ketahanan yang lebih tinggi terhadap perlakuan panas dan air dibandingkan
granula pati yang kecil. Pada struktur granula pati, amilosa dan amilopektin tersusun
dalam suatu cincin. Jumlah cincin dalam suatu granula pati kurang lebih 16 buah, yang
terdiri atas cincin lapisan amorf dan cincin lapisan semikristal [65]. Umumnya amilosa
terletak di antara molekul- molekul amilopektin dan secara acak berada selang-seling di
antara daerah amorf [45].
Dari hasil analisa SEM juga dapat dilihat bahwa pati biji mangga masih
mengandung zat pengotor (impurities) yang ditunjukkan dengan adanya berkas-berkas
putih yang tidak seragam dengan granula pati. Zat pengotor dalam pati biji mangga

51
Universitas Sumatera Utara

dapat berupa lemak, protein, mineral dan lainnya. Zat pengotor yang terdapat pada pati
dapat dikaitkan dengan kadar abu dimana pengeringan dengan suhu yang terlalu tinggi
serta waktu yang lama mempengaruhi warna pati. Berkas putih yang tidak seragam pada
hasil analisa SEM pati mengindikasikan adanya perubahan warna dan tekstur yang tidak
seragam dengan pati biji mangga pada umumnya.

4.5

KARAKTERISTIK PROFIL GELATINISASI PATI DENGAN RVA
(RAPID VISCO ANALYZER)
Karakteristik profil gelatinisasi pati biji mangga diukur dengan RVA (Rapid

Visco Analyzer). Karakteristik ini berkaitan dengan pengukuran viskositas pati dengan
konsentrasi tertentu selama pemanasan dan pengadukan. Hasil dari pengukuran RVA
dapat diplotkan menjadi kurva profil gelatinisasi yang ditunjukkan dengan gambar 4.4
dimana terdapat hubungan antara nilai viskositas (cP) (pada sumbu y) dan perubahan
temperatur (o C) (juga pada sumbu y) selama waktu proses pemanasan dan pendinginan
(detik) (pada sumbu x).

Temperatur
Viskositas

Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Waktu dan Temperatur terhadap Viskositas Pati
Biji Mangga
Pada gambar 4.4 diatas dapat dilihat Viskositas puncak yang dicapai sebesar
5303 cP. Pada pemanasan di atas suhu 80,53 o C, pati biji mangga mengalami penurunan
52
Universitas Sumatera Utara

viskositas yang cukup tajam dengan viskositas breakdown sebesar 1577 cP. Pasta pati
biji manggamengalami peningkatan viskositas selama fase pendinginan. Viskositas
setback selama fase pendinginan ini sebesar 3240 cP. Viskositas setback pati biji
mangga ini relatif tinggi, yang menunjukkan kecenderungan pati biji mangga lebih
mudah mengalami retrogradasi. Sebagaimana pati pada umumnya, pati biji mangga
memiliki profil gelatinisasi dengan puncak viskositas yang tinggi dan diikuti dengan
penurunan viskositas yang tajam selama fase pemanasan. Hal ini dikarenakan adanya
pemanasan yang menyebabkan energi kinetik molekul air menjadi lebih kuat dari pada
daya tarik menarik antara molekul pati dalam granula, sehingga air dapat masuk
kedalam pati dan pati akan mengembang. Perubahan sifat inilah yang disebut dengan
gelatinisasi [70].
Sebagaimana pati pada umumnya, pati biji mangga memiliki profil gelatinisasi
dengan puncak viskositas yang tinggi dan diikuti dengan penurunan viskositas yang
tajam selama fase pemanasan. Hal ini dikarenakan adanya pemanasan yang
menyebabkan energi kinetik molekul air menjadi lebih kuat dari pada daya tarik
menarik antara molekul pati dalam granula, sehingga air dapat masuk kedalam pati dan
pati akan mengembang. Perubahan sifat inilah yang disebut dengan gelatinisasi [45].
Daya pengembangan (swelling power) merupakan kenaikan volume dan berat
maksimum pati selama mengalami pengembangan di dalam air. Semakin besar daya
pengembangan berarti semakin banyak air yang diserap selama pemasakan, hal ini
berkaitan dengan kandungan amilosa dan amilopektin dalam pati. Semakin tinggi kadar
amilosa maka nilai pengembangan volume akan semakin tinggi. Selain itu, terdapatnya
gugus hidroksil yang bebas akan menyerap air, sehingga terjadi pembengkakan granula
pati. Granula pati akan terus mengembang, sehingga viskositas meningkat hingga
volume hidrasi maksimum yang dapat dicapai oleh granula pati [71]. Keadaan ini
dicapai pada suhu maksimum yaitu 80,53 o C dengan nilai viskositas sebesar 5303 cP.
Pada fase pendinginan, viskositas pasta pati kembali meningkatyang disebabkan oleh
terjadinya penggabungan kembali molekul- molekul amilosa dan amilopektin melalui
ikatan hidrogen. Peningkatan viskositas selama fase pendinginan menunjukkan
kecenderungan retrogradasi dari pasta pati. Kandungan amilosa yang cukup tinggi
memiliki kontribusi yang besar terhadap kecenderungan terjadinya retrogradasi pasta

53
Universitas Sumatera Utara

pati selama fase pendinginan dikarenakan amilosa yang lebih mudah terpapar oleh air
dan mudah mengalami rekristalisasi [45].

4.6

HASIL KARAKTERISTIK BIOKOMPOSIT DARI PATI BIJI MANGGA

4.6.1 Hasil Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus
Biokomposit dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay
Tujuan dari pengujian ini adalah untuk menentukan konsentrasi pengisi yang
optimum dalam memberikan karakteristik sifat mekanik terbaik pada biokomposit pati
biji mangga dari hasil pengujian kekuatan tarik dan perpanjangan pada saat putus.
Berikut ini tabel 4.2 yang menunjukkan hasil data uji sifat kekuatan tarik dan
pemanjangan pada saat putus biokomposit dengan variasi pengisi ZnO dan clay.
Tabel 4.2 Data Uji Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Pada Saat Putus Biokomposit
dengan Variasi Pengisi ZnO dan Clay
Nilai Ratarata

Pengisi Clay (%)

Pengisi ZnO (%)
0

1

3

6

1

3

6

9

Kekuatan
1,567
4,431
5,797
4,717
1,567
4,808
5,657
5,043
Tarik (MPa)
Pemanjangan 51,116 51,116 48,979 46,407 41,116 47,553 49,139 37,822
Pada Saat
Putus (%)
Pada tabel 4.2 menunjukkan pengaruh penambahan pengisi zinc oxide dan clay
terhadap sifat kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus bioplastik dari pati biji
mangga. Nilai kekuatan tarik biokomposit tertinggi diperoleh pada penambahan pengisi
ZnO 3% dengan nilai 5,797 MPa. Untuk nilai pemanjangan pada saat putus
biokomposit tertinggi diperoleh pada penambahan pengisi ZnO 1% dengan nilai
51,116%. Sedangkan pada pengisi clay, nilai kekuatan tarik biokomposit tertinggi
diperoleh pada penambahan pengisi clay 6% dengan nilai 5,657 MPa. Untuk nilai
pemanjangan pada saat putus biokomposit tertinggi diperoleh pada penambahan pengisi
clay 3% dengan nilai 47,553%. Dari hasil pengujian ini, dapat disimpulkan bahwa
penambahan pengisi ZnO dan clay pada biokomposit memberikan pengaruh yang
berbeda pada kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus dari b iokomposit yang
dihasilkan.

54
Universitas Sumatera Utara

Adanya penambahan pengisi ZnO, maka nilai kekuatan tarik biokomposit yang
dihasilkan semakin tinggi. Hal ini disebabkan karena semakin banyak bahan penguat
ZnO akan mempengaruhi struktur dari biokomposit tersebut. Pada penelitian Vincentini
et al. (2010) menyatakan bahwa film pati dengan penambahan nanopartikel ZnO
memiliki nilai tensile strength yang lebih tinggi, kemudian pada Azizi et al. (2014)
dengan penambahan ZnO, nilai tensile strength secara signifikan meningkat hal ini
mengindikasikan bahwa penambahan nanopartikel ZnO ke dalam matriks menghasilkan
interaksi yang kuat antara matriks dan filler, sehingga membatasi pergerakan dari
matriks dan menjadikannya lebih kaku. Meningkatnya respon kuat tarik dari film
dengan adanya nanopartikel ZnO karena filler berukuran nano memiliki tensile strength
yang lebih tinggi karena dengan ukurannya yang lebih kecil dapat terdispersi secara
lebih homogen dan mampu berikatan dengan lebih kuat bersama molekul matriks
polimernya [27]. Persen perpanjangan pada saat putus biokomposit menunjukkan
kecenderungan yang terbalik dengan uji kuat tariknya. Persen perpanjangan pada saat
putus semakin menurun dengan penambahan nanopartikel ZnO. Hasil Bertan et al.
(2005) melaporkan bahwa penambahan substansi hidrofobik dapat meningkatkan persen
elongasi dari film berbasis gelatin dengan meningkatnya konsentrasi lemak karena efek
plasticizing mereka. Menurut Sobral et al. (2001); Vanin et al. (2005); Colla et al.
(2006), efek plasticizing ini dapat melemahkan gaya intermolekul antara rantai polimer
yang berdekatan, sehingga fleksibilitas dan ekstensibilitas film meningkat pada waktu
yang sama. Dengan cara ini, film- film yang dihasilkan mengalami penurunan pada
kekuatan tarik dengan plasticizer dalam jumlah yang banyak, disisi lain film- film
tersebut memiliki fleksibilitas yang lebih tinggi pada kondisi ini dan menghasilkan
elongasi yang tinggi sebelum putus [59].
Adanya pengaruh penambahan organik clay menyebabkan semakin banyaknya
ikatan hidrogen yang terdapat dalam biokomposit sehingga ikatan kimianya akan
semakin kuat dan sulit untuk diputus karena memerlukan energi yang besar untuk
memutuskan ikatan tersebut [72]. Sedangkan presentase elongation berbanding terbalik
terhadap adanya penambahan alami clay.

Dimana penambahan alami clay,

menyebabkan presentase elongation semakin menurun. Hal ini disebabkan oleh
semakin menurunnya jarak ikatan intermolekulernya [70]. Salah satu kekurangan clay
adalah sifatnya yang hidrofilik sehingga dapat menyebabkan aglomerasi mineral clay

55
Universitas Sumatera Utara

dalam matriks polimer yang bersifat hidrofobik. Polimer-clay nanokomposit terbentuk
dengan mendispersikan material clay berlapis pada matriks polimer. Clay dengan
ukuran mikron mempunyai luas permukaan yang cukup besar sehingga dapat
berinteraksi secara efektif dengan matriks polimer pada konsentrasi rendah (5-8%).
Akibatnya, polimer nanoclay menunjukkan peningkatan pada modulus, stabilitas termal,
dan sifat barrier tanpa peningkatan berat jenis dan kehilangan sifat optik [6].
Pada penambahan massa pengisi clay yang tinggi dapat berkontribusi terhadap
perlambatan interaksi antar molekul biokomposit pati. Hal ini menyebabkan
perkembangan struktur biokomposit menjadi heterogen dan hasil yang diskontinuitas.
Selain itu, penyimpangan juga dapat disebabkan ketidakhomogenan clay yang memicu
pembentukan agregat [72]. Pembentukan agregat mencegah distribusi yang efisien dari
beban mekanik dengan mengurangi interaksi antara polimer. Dengan penambahan
gliserol sebagai pemlastis, molekul- molekul pemlastis di dalam bioplastik terletak
diantara rantai ikatan biopolimer dan dapat berinteraksi dengan membentuk ikatan
hidrogen dalam rantai ikatan antar polimer sehingga menyebabkan interaksi antara
molekul biopolimer menjadi semakin berkurang. Hal ini menyebabkan berkurangnya
kekuatan tarik biokomposit dengan adanya penambahan pemlastis. Lebih lanjut Nur
Alim Bahmid, dkk., (2014) menyatakan bahwa penambahan pemlastis dapat
menyebabkan penurunan kekakuan material biokomposit. Hal ini dikarenakan
peningkatan kecepatan respon viskoelastis dan mobilitas molekuler rantai polimer [45].
Dari tabel dapat dilihat bahwa pada saat konsentrasi ZnO 3% memberikan nilai
kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus yang optimum (kekuatan tarik 5,795
MPa dan pemanjangan pada saat putus 48,979%). Untuk pengisi clay, pada saat
konsentrasi clay 6% memberikan nilai kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat yang
optimum (kekuatan tarik 5,657 MPa dan pemanjangan pada saat putus 49,139%).
Karena hal ini konsentrasi ZnO 3% dan clay 6% ditetapkan sebagai nilai optimum
pengisi hybrid pada penelitian ini. Dari data yang diperoleh berdasarkan uji sifat
kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus biokomposit dengan variasi pengisi
ZnO dan clay, maka konsentrasi ZnO 3% dan Clay 6% dapat ditetapkan sebagai
variabel tetap yang akan digunakan untuk pengujian biokomposit terhadap variasi
konsentrasi gliserol.

56
Universitas Sumatera Utara

4.6.2 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dengan Plasticizer Gliserol Terhadap
Densitas Biokomposit
Berikut ini gambar 4.5 yang menunjukkan pengaruh penambahan pengisi hybrid
ZnO dan clay dengan plasticizer gliserol terhadap densitas biokomposit dari pati biji
mangga
1,6

Densitas (gram/cm3 )

1,4
1,2
1,0
Tanpa Pengisi

0,8

ZnO 3%
0,6

Clay 6%

0,4

Pengisi Hybrid
ZnO 3%, Clay 6%

0,2
0,0

0

20

25

30

35

Konsentrasi Gliserol (%)

Gambar 4.5 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO,Clay, Hybrid dan Plasticizer Gliserol
terhadap Densitas Biokomposit
Pada gambar 4.5 dapat dilihat pengaruh penambahan pengisi hybrid dan
plasticizer gliserol terhadap densitas biokomposit pati biji mangga. Pada grafik di atas
dapat dilihat bahwa penambahan ZnO dan clay sebagai pengisi serta gliserol sebagai
bahan pemlastis menghasilkan nilai densitas cenderung meningkat. Nilai densitas
tertinggi diperoleh pada biokomposit dengan penambahan pengisi hybrid ZnO 3% dan
clay 6% serta konsentrasi gliserol 25% dengan nilai densitas 1,338 gram/cm3 .
Sedangkan nilai densitas terendah diperoleh pada biokomposit dengan tanpa
penambahan pengis dan gliserol 35% sebesar 0,362 gram/cm3 . Densitas berbanding
lurus dengan massa suatu bahan, sehingga semakin besar massa suatu bahan maka nilai
densitas semakin besar. Penambahan pengisi anorganik zinc oxide dan organik clay
mampu meningkatkan rapat massa plastik, namun pada titik tertentu mengakibatkan
molekul antar komponen penyusun biokomposit tidak rapat [64]. Penurunan densitas

57
Universitas Sumatera Utara

biokomposit juga dapat diakibatkan peningkatan konsentrasi pemlastis karena molekul
pemlastis dapat meningkatkan mobilitas molekul polimer. Selain itu penambahan
pemlastis dapat menghasilkan struktur molekul po limer menjadi lebih amorf dimana
struktur molekul amorf memiliki kerapatan yang lebih rendah. Penurunan kerapatan
molekul menyebabkan densitas dari molekul tersebut menjadi lebih rendah [22].
Penambahan clay menunjukkan pengaruh yang lebih besar terhadap peningkatan
tebal dan densitas meskipun tidak terlalu tinggi jika dibandingkan dengan penambahan
ZnO. Penambahan pengisi hybrid memberikan nilai densitas tertinggi dibandingkan
dengan bioplastik lainnya. Hal tersebut dikarenakan clay yang merupakan pengisi
organik bergabung dengan ZnO yang memiliki ukuran nanopartikel membentuk struktur
film yang lebih kompak. Kekompakkan struktur film terkait dengan pengisian molekul
kecil ke dalam film yang dapat meningkatkan densitas. Dengan demikian, ketebalan
dapat diperkirakan dengan densitas. Nilai densitas yang lebih tinggi menunjukkan film
yang semakin tebal [62].
4.6.3 Pengaruh Penambahan Pengisi Hybrid dan Plasticizer Gliserol Terhadap
Sifat Kekuatan Tarik Biokomposit
Berikut ini gambar 4.6 yang menunjukkan pengaruh penambahan pengisi
Hybrid ZnO dan clay dengan plasticizer gliserol terhadap sifat kekuatan tarik
biokomposit dari pati biji mangga.

Kekuatan Tarik (MPa)

7,0
6,0
5,0
4,0

Tanpa Pengisi

3,0

ZnO 3%

2,0

Clay 6%
Pengisi Hybrid

1,0

ZnO 3%, Clay 6%

0,0
0

20

25

30

35

Konsentrasi Gliserol (%)

Gambar 4.6 Pengaruh Penambahan Pengisi ZnO, Clay, Hybrid dan Plasticizer Gliserol
terhadap Sifat Kekuatan Tarik Biokomposit

58
Universitas Sumatera Utara

Pada gambar 4.6 dapat dilihat pengaruh penambahan pengisi hybrid dan
platicizer gliserol terhadap kekuatan tarik biokomposit yang dibuat dengan
menggunakan pati biji mangga. Pada gambar diatas terlihat bahwa penambahan
konsentrasi gliserol terhadap kekuatan tarik cenderung meningkat kemudian menurun
pada saat penambahan konsentrasi gliserol sebesar 30%. Nilai kekuatan tarik tertinggi
diperoleh pada biokomposit dengan penambahan pengisi hybrid ZnO 3% dan clay 6%
serta konsentrasi gliserol 25% dengan nilai 6,052 MPa. Sedangkan nilai kekuatan tarik
terendah diperoleh pada biokomposit tanpa penambahan pengisi dan tanpa gliserol
dengan nilai 1,158 MPa. Nilai kekuatan tarik pada biokomposit yang menggunakan
pengisi hybrid lebih rendah jika dibandingkan dengan penambahan pengisi ZnO atau
clay saja, tetapi pada saat konsentrasi gliserol yang ditambahkan sebesar 25%, kekuatan
tarik biokomposit pengisi hybrid lebih tinggi daripada biokomposit lainnya. Dari hasil
pengujian ini, menunjukkan bahwa penambahan pengisi ZnO dan clay konsentrasi
gliserol pada biokomposit memberikan pengaruh yang berbeda pada kekuatan tarik dari
biokomposit yang dihasilkan [47].
Adanya penambahan pengisi ZnO dan clay, maka nilai kekuatan tarik
biokomposit yang dihasilkan semakin tinggi. Hal ini disebabkan karena semakin banyak
bahan pengisi ZnO dan clay akan mempengaruhi struktur dari biokomposit tersebut
[63]. Penambahan pengisi ZnO lebih meningkatkan nilai kekutan tarik jika dibandingan
dengan penambahan pengisi clay. Pada penelitian Azizi et al. (2014) dengan
penambahan ZnO, nilai tensile strength secara signifikan meningkat hal ini
mengindikasikan bahwa penambahan nanopartikel ZnO ke dalam matriks menghasilkan
interaksi yang kuat antara matriks dan filler, sehingga membatasi pergerakan dari
matriks dan menjadikannya lebih kaku. Meningkatnya respon kekuatan tarik dari film
disebabkan oleh ZnO yang berukuran nanopartikel menyebabkan terdispersi secara
lebih homogen dan mampu berikatan dengan lebih kuat bersama molekul matriks
polimernya [28]. Menurut Okamoto semakin kecil ukuran partikel bahan pengisi maka
semakin merata persebarannya di dalam matriks polimer. Pro