Penggunaan Poliester Amida Pada Bioplastik Protein Kedelai Dari Limbah Padat Industri Tahu dengan Gliserol sebagai Bahan Pemlastis

PENGGUNAAN POLIESTER AMIDA PADA BIOPLASTIK PROTEIN KEDELAI DARI LIMBAH PADAT

PENGGUNAAN POLIESTER AMIDA PADA BIOPLASTIK PROTEIN KEDELAI DARI LIMBAH PADAT

  Untuk memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Kimia

  Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

OLEH RENA NOVAYANTY 097022004/TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

  PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc Anggota : Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS

  Dr. Ir. Taslim, M.Si Dr. Halimatuddahliana, ST., M. Sc Dr. Ir. Iriany, M.Si

RIWAYAT HIDUP

  Nama : Rena Novayanty Tempat/Tgl. Lahir : Medan, 29 Nopember 1982 Alamat : Jln. Nusa Indah VI LK. XX No. 75 Blok 13 Helvetia – Medan

  Pendidikan 1.

  Tamatan SD Swasta ST. Thomas 1 Medan Tahun 1989-1995 2. Tamatan SMP Swasta ST. Thomas 1 Medan Tahun 1995-1998 3. Tamatan SMU Negeri 1 Surabaya Tahun 1998-2001 4. Tamat Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia, Universitas

  Sumatera Utara (USU) Medan Tahun 2002-2007 Penulis menikah pada tahun 2012 dengan Junius Frans Kennedy Tampubolon, ST dan dikarunia seorang putri bernama Gadita Isabel Hilda Tampubolon.

  ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter film bioplastik protein kedelai – gliserol dan film bioplastik protein kedelai - gliserol - poliester amida, serta perbandingan yang optimum antara protein kedelai - gliserol - poliester amida yang digunakan pada film bioplastik dari limbah padat industri tahu. Penelitian meliputi proses ekstraksi protein kedelai dari ampas tahu, pembentukan film bioplastik menggunakan metode solution casting dengan variasi gliserol dan poliester amida sebesar 10%, 15%, 30% dan 10%, 30%, 50% dari protein kedelai, kemudian dilakukan analisis dan karakterisasi. Konsentrasi gliserol optimum yang digunakan pada pembuatan film bioplastik protein kedelai – gliserol – poliester amida adalah pada presentase gliserol 15% dari protein kedelai. Hasil pengujian sifat mekanik seperti uji kekuatan tarik dan % kemuluran film bioplastik optimum pada film bioplastik protein kedelai – gliserol – poliester amida 30%, sebesar 8,886 MPa dan 170,588%. Hal ini disebabkan karena molekul komponen penyusun film bioplastik berada pada titik kesetimbangan. Perbandingan komposisi ester dan amida pada polister amida mempengaruhi kadar protein film bioplastik. Hasil uji kadar protein film bioplastik menunjukkan bahwa kadar protein film bioplastik nilainya semakin kecil dengan penambahan konsentrasi poliester amida. Hasil pengujian daya tahan panas film bioplastik protein kedelai – gliserol – poliester amida menggunakan

  

Thermogravimetric Analysis (TGA) menunjukkan bahwa masih tersisa residu film

  bioplastik sebesar 24,31%. Nilai tersebut mengindikasikan bahwa film bioplastik protein kedelai – gliserol – poliester amida memiliki sifat termal dan ketahanan panas yang baik. Derajat kristalisasi poliester amida yang lebih kecil dibanding dengan derajat kristalisasi protein kedelai menyebabkan hasil uji biodegradasi film bioplastik dengan laju biodegradai tercepat terdapat pada film bioplastik protein kedelai – gliserol – poliester amida 50%. Hasil analisis permukaan dengan mikroskop pemindai elektron (SEM) menunjukkan bahwa morfologi permukaan protein kedelai memiliki struktur globular. Hasil analisis spektroskopi infra merah ( FTIR) menunjukkan bahwa terdapat interaksi fisik (blending) yang dipengaruhi oleh adanya ikatan hidrogen (O-

  H) dari komponen protein kedelai – gliserol – poliester amida sehingga tidak ada ditemukan gugus fungsi yang baru pada film bioplastik.

  Kata kunci: Bioplastik, Limbah Padat Industri Tahu, Poliester Amida

  

ABSTRACT

The objective of the research was to find out the characteristics bio-plastic film of soy protein – glycerol and bio-plastic film of soy protein– glycerol - polyester amide, and optimum comparison of soy protein – glycerol and polyester amide which are used in bio-plastic film from solid waste of tofu industry. The research includes the process of extraction of soy protein from tofu waste, the formation of bio-plastic film by using

solution casting method with the variation of glycerol and polyester amide of 10%,

15%, 30% and 10%, 30%, 50% from soy protein and they were analyzed and

characterized. Optimum of glycerol concentration used in making bio-plastic film of

soy protein – glycerol – polyester amide is in the glycerol percentage of 15% from

soy protein. The optimum result of its mechanical characteristic testing such as

tensile strength and the percentage of elongation of soy protein – glycerol – polyester amide of 30% is 8.886 MPa and 170.588%. This is because the molecule component

of bio-plastic film composer is on the balance point. The comparison of ester

composition and amide in polyester amide influences bio-plastic film of protein

content. The testing result of bio-plastic film of protein content indicates that the

value of bio-plastic of protein content is decreasing by the addition of polyester

amide concentration. The testing result of thermal property of bio-plastic film of soy

protein – glycerol – polyester amide, using Thermogravimetric Analysis (TGA)

indicates that there is still the residue of bio-plastic film of 24.31%. This value

indicates that bio-plastic film of soy protein – glycerol – polyester amide has good

thermal property and heat resistance. The crystallization degree of the smaller

polyester amide than the crystallization degree of soy protein has caused the

biodegradation testing result of bio-plastic film with the fastest rate of

biodegradation to be found in bio-plastic film of soy protein – glycerol – polyester

amide of 50%. The surface result with Scan Electronic Microscope (SEM) indicates

that the morphology of soy protein surface has globular structure. The Fourier

Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis indicates that there is physical

interaction (blending) which is influenced hydrogen bond (O-H) from component soy protein – glycerol – polyester amide so that the new functional cluster is not found in bio-plastic film.

  Keywords: Bio-plastic, Solid Waste of Tofu Industry, Polyester Amide

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang selalu melimpahkan karunia dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini yang berjudul “ Penggunaan Poliester Amida Pada Bioplastik

  

Protein Kedelai Dari Limbah Padat Industri Tahu dengan Gliserol sebagai

Bahan Pemlastis “.

  Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan tesis ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Program Magister Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Kimia, seluruh staff pengajar dan pegawai administrasi Magister Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Begitu pula ucapan terima kasih kepada kedua Orang tua, Mertua, Suami, anakku Gadita, seluruh keluarga dan teman-teman di Magister Teknik Kimia, serta semua pihak yang telah berjasa dalam kehidupan saya yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu. Semoga Tuhan Yang Maha Esa melimpahkan rahmat dan kasih-Nya sehingga tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

  Akhirnya penulis mengharapkan saran dari berbagai pihak yang membaca tesis ini sehingga dapat memberikan hasil yang baik dan maksimal dalam perbaikan isi tesis pada masa yang akan datang.

  Medan, Januari 2015 Penulis,

  Rena Novayanty

  

DAFTAR ISI

  Halaman ABSTRAK/ABSTRACT ……………………………………………………………. i KATA PENGANTAR ..…………………………………………………………….. ii DAFTAR ISI ...…………………………………………………………………….. iv DAFTAR GAMBAR …...………………………………………………………… viii DAFTAR TABEL …………………………………………………………………... x

  BAB I. PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang …………………………………………………………. 1

  1.2. Perumusan Masalah …………………………………………………….. 6

  1.3. Tujuan Penelitian …………………………………………………….... 6

  1.4. Manfaat Penelitian …………………………………………………….... 6

  1.5. Lingkup Penelitian …………………………………………………….... 7

  BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

  2.1. Kedelai ...……………………………………………………………….. 9

  2.2. Protein Kedelai ..........................................................…………………. 10

  2.3. Limbah Industri Tahu ……………………………………….………… 11

  2.4. Bioplastik ……………………….....…………………………………... 14

  2.5. Metode Pembuatan Bioplastik …………….…………………………... 18

  2.6. Mekanisme Pembentukan Film ……………………………………….. 19

  3.4.2. Diagram Alir Pembentukan Film Bioplastik …………………... 36

  3.3. Prosedur Penelitian ……………………………………………………. 31

  3.4.1. Diagram Alir Proses Isolasi Protein Kedelai dari Ampas Tahu ... 35

  3.4. Diagram Alir Prosedur Penelitian ...………………………………….. 35

  3.3.3.2. Pembentukan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol

  3.3.3.1. Pembentukan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol ………………………………………………………... 32

  3.3.3. Pembentukan Film Bioplastik ………………………………….. 32

  3.3.2. Proses Isolasi Protein Kedelai dari Ampas Tahu .…………….... 31

  3.3.1. Penyiapan Ampas Tahu ………………………………………… 31

  3.2. Alat dan Bahan ………………………………………………………... 30

  2.7. Gliserol ………………………………………………………………... 21

  3.1. Tempat dan Waktu ……………………………………………………. 30

  BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

  2.10 Penelitian Pendahuluan Yang Pernah Dicapai ………………………... 27

  2.9.3. Mikroskop Pemindai Elektron (SEM) ………………………….. 27

  2.9.2. Pengujian Sifat Mekanis ………………………………………... 26

  2.9.1. Spektroskopi Infra merah Fourier-Transform (FTIR) ………….. 25

  2.9. Analisis dan Karakterisasi Bahan Polimer …………………………….. 25

  2.8. Poliester amida ……………………………………………………….... 23

• Poliester Amida …………….………………………. 34

  3.4.2.1. Pembentukan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol ………………………………………………………... 36

  3.4.2.2. Pembentukan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol

• Poliester Amida ………………………………………. 37

  3.5. Analisis dan Karakterisasi Film Bioplastik ………………………….... 38

  3.5.1. Pengujian Sifat Mekanik dengan Uji Kekuatan Tarik …………. 38

  3.5.2. Pengujian Kadar Protein ……………………………………….. 39

  3.5.3. Pengujian Daya Tahan Panas (TGA) …………………………... 41

  3.5.4. Pengujian Biodegradasi (Masa Urai) ……………………........... 41

  3.5.5. Analisis Permukaan dengan Mikroskop Pemindai Elektron (SEM) …………………………………………………………….... 42

  3.5.6. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FTIR) …………………….. 44

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1. Pembuatan Protein Kedelai dari Limbah Padat Industri Tahu ………… 47

  4.2. Karakterisasi Serbuk Protein Kedelai ………………………………... 47

  4.2.1. Analisis FTIR ………………………………………………...... 47

  4.2.2 Analisis Permukaan dengan Mikroskop Pemindai Elektron (SEM) …………………………………………………………………. 49

  4.3. Pembuatan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol dan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida …………….. 50

  4.3.1 Pembuatan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol ………. 50

  4.3.2 Pembuatan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida ……………………………………………................... 53

  4.4 Karakterisasi Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida …………………………………………………………………. 54

  4.4.1 Pengujian Sifat Mekanik (Uji Kekuatan Tarik) ……………….. 54

  4.4.2 Pengujian Kadar Protein ………………………………………. 58

  4.4.3 Pengujian Daya Tahan Panas (TGA) ..………………………... 59

  4.4.4 Pengujian Biodegradasi (Masa Urai) ………………………….. 62

  4.4.5 Analisis Permukaan dengan Mikroskop Pemindai Elektron (SEM) …………………………………………………………………. 65

  4.4.6 Analisis Spektroskopi Infra Merah (FTIR) …………………… 67

  BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1. Kesimpulan ……………………………………………………………. 72

  5.2. Saran ………………………………………………………………....... 74 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………. 75 LAMPIRAN 1: Penentuan dan Perhitungan Kadar Protein Film Bioplastik ……… 78 LAMPIRAN 2: Perhitungan Hasil Uji Biodegradasi Film Bioplastik …………….. 81 LAMPIRAN 3: Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Film Bioplastik .................... 84 LAMPIRAN 4: Hasil Uji Kekuatan Tarik Film Bioplastik ....................................... 99

  DAFTAR GAMBAR

  Nomor Judul Halaman

  2.1 Struktur Kimia Asam Amino Protein Kedelai ……………………... 10

  2.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Tahu ……………………………... 13

  2.3 Rumus Struktur Gliserol ……...……………………………………. 23

  2.4 Rumus Struktur Poliester amida …………………………………… 24

  3.1 Diagram Alir Proses Isolasi Protein Kedelai dari Ampas Tahu …… 35

  3.2 Diagram Alir Pembentukan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol ………………………………………………………………………. 36

  3.3 Diagram Alir Pembentukan Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol

• – Poliester Amida …………………………………………………... 37

  3.4 Spesimen Film untuk Uji Tarik …………………………………….. 38

  3.5 Mikroskop Pemindai Elektron (SEM) Model JSM 6260 LE JOEL .. 44

  3.6 Spektra FTIR Model Perkin Elmer ………………………………... 46

  4.1 Serbuk Protein Kedelai Hasil Limbah Padat Industri Tahu ………... 47

  4.2 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Serbuk Protein Kedelai dari Limbah Padat Industri Tahu dengan FTIR ……..…………………... 48

  4.3 Foto SEM Protein Kedelai dari Limbah Padat Industri Tahu …….... 49

  4.4 Foto Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol …………………... 51 4.5 Foto Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida ..

  53

  4.6 Grafik Nilai Kekuatan Tarik Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida …………………………………………. 55

  4.7 Grafik Nilai % Kemuluran Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol

• – Poliester Amida …………………………………………………... 55

  4.8 Hasil Analisis TGA Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida …………………………………………………….. 60

  4.9 Grafik Persentase Berat Sisa Film Bioplastik selama Penguburan di dalam Tanah ………………………………………………………... 64

  4.10 Foto SEM Film Bioplastik dengan (a) Protein Kedelai – Gliserol 15% (kontrol), (b) Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida 30% …………......................................................................... 65

  4.11 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol 15% (kontrol) ....................................................................... 67

  4.12 Spektra Hasil Analisis Gugus Fungsi Film Bioplastik dengan (a) Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida 10%, (b) Protein Kedelai

• – Gliserol – Poliester Amida 30%, (c) Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida 50% ……………………………………………… 68

  

DAFTAR TABEL

  Nomor Judul Halaman

  2.1 Komposisi Gizi Tiap 100 gram Berat Kedelai ……………………... 10

  2.2 Kandungan Nilai GIzi Ampas Tahu ……………………………….. 14

  2.3 Sifat-sifat Poliester Amida …………………………………………. 24 4.1 Data Hasil Analisis FTIR Serbuk Protein Kedelai dari Ampas Tahu ..

  48

  4.2 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida …………………………………………. 54

  4.3 Hasil Uji Kadar Protein Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida …………………………………………………….. 58

  4.4 Persentase Berat Sisa Film Bioplastik Selama Penguburan di dalam Tanah ……………………………………………………………….. 63

  4.5 Data Hasil Analisis Gugus Fungsi Film Bioplastik Protein Kedelai – Gliserol – Poliester Amida dengan Spektroskopi FTIR ……………. 71