STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL MENGGUNAKAN MEDIA LIMBAH CAIR TAHU.

(1)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL MENGGUNAKAN MEDIA LIMBAH CAIR TAHU

SKRIPSI

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

Devi Anastasya M 0905686

PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA


(2)

Devi Anastasya, 2014

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL MENGGUNAKAN MEDIA LIMBAH CAIR TAHU

Oleh Devi Anastasya M

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

Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

© Devi Anastasya M di 2014 Universitas Pendidikan Indonesia

April 2014

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

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


(3)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Devi Anastasya M

SKRIPSI

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL MENGGUNAKAN MEDIA LIMBAH CAIR

TAHU

Disetujui dan disahkan oleh Pembimbing I

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

Pembimbing II

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

Mengetahui,

Ketua Jurusan Pendidikan Kimia

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


(4)

STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA BAKTERIAL MENGGUNAKAN MEDIA LIMBAH CAIR TAHU

Devi Anastasya Mantouw, Budiman Anwar, Yayan Sunarya Program Studi Kimia

Jurusan Pendidikan Kimia

Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia

Bandung 40154, Indonesia Email : anastadevi@gmail.com

ABSTRAK

Nanokristalin selulosa merupakan nanomaterial yang dapat berkelanjutan, ramah lingkungan, dan mempunyai kinerja tinggi. Nanokristalin selulosa digunakan pada berbagai aplikasi seperti dalam bidang kesehatan, kimia, makanan, farmasi, dan sebagainya. Nanokristalin selulosa dapat dipreparasi dari tanaman, hewan laut, dan bakteri melalui metode hidrolisis asam. Pada penelitian ini selulosa bakterial yang diperoleh dari limbah cair tahu digunakan sebagai bahan baku alternatif pengganti selulosa yang berasal dari tumbuhan. Preparasi nanokristalin selulosa dipengaruhi oleh 4 faktor yaitu, suhu, waktu, konsentrasi asam, dan ratio natta- asam. Pada penelitian ini upaya untuk mendapatkan nanokristal selulosa ini dilakukan dengan cara hidrolisis ( H2SO4 34%, 22mL/g, 45˚C) dengan variasi waktu 30 menit dan 45 menit.

Karakterisasi morfologi dilakukan dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan kristalinitas diukur dengan X-Ray Difraction (XRD), sedangkan gugus fungsi diukur menggunakan Fourier Tranform Infrared Spectroscopy (FTIR). Analisis FTIR membuktikan bahwa hilangnya gugus C-H pada partikel yang telah dihidrolisis, kemungkinan terjadi proses eliminasi pada selulosa, hal ini diperkuat dengan munculnya puncak pada panjang gelombang, 1641,3 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus C=C. Sedangkan gugus- gugus lain khas penyusun selulosa masih tetap ada. Derajat kristalinitas yang didapatkan dari hasil XRD adalah 11,58% yang berarti terjadi penurunan derajat kristalinitas yang signifikan, hal ini menunjukkn bahwa hidrolisis terjadi pula pada bagian kristalin. Analisis SEM membuktikan bahwa diameter partikel yang dihasilkan sudah mencapai ukuran nano, ukuran yang didapat pada variasi waktu 30 menit adalah 31,6 nm, sedangkan pada 45 menit dihasilkan ukuran 523,3nm. Sedangkan panjang partikel kristal selulosa masih berukuran mikro. Kata kunci: Nanokristalin selulosa, hidrolisis asam, limbah cair tahu


(5)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

THE INTRODUCTION STUDY IN GETTING BACTERIAL NANOCRYSTALLINE CELLULOSE USING MEDIA OF TOFU WASTEWATER

Devi Anastasya Mantouw, Budiman Anwar, Yayan Sunarya

Chemical Studies Program Chemistry Education Programs Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Indonesia University of Education Bandung 40154, Indonesia Email: anastadevi@gmail.com

ABSTRACT

Nanocrystalline cellulose is a nanomaterial that can be sustainable, environmentally friendly, and has high performance. Nanocrystalline cellulose has been used in various applications such as in healthcare, chemical, food, pharmaceutical, and other fields. Nanocrystalline cellulose can be prepared from plants, marine animals, and bacteria through acid hydrolysis method. In this study bacterial cellulose obtained from tofu wastewater is used as an alternative raw material derived from plant cellulose. Preparation of nanocrystalline cellulose is influenced by four factors, namely, temperature, time, acid concentration, and natta-acid ratio. In this research the effort to obtain cellulose nanocrystal has been done by hydrolysis (H2SO4 34%, 22ml / g, 45 ˚ C) with a variation time of 30 minutes and 45 minutes. Morphological characterization was performed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and crystallinity was measured by X-Ray Difraction (XRD), while the functional groups measured using a Fourier Tranform Infrared Spectroscopy (FTIR). FTIR analysis proved that the loss of the CH on particles had been hydrolyzed, the possibility was that there was a process of elimination to cellulose, this was confirmed by the appearance of peaks at a wavelength, 1641.3 cm-1 indicating the presence of group C = C. While other groups typical constituent of cellulose still existed. The degree of crystallinity obtained from XRD results is 11.58%, which means that there is a significant decrease in the degree of crystallinity, it is also signify that the hydrolysis occurs in the crystalline. SEM analysis proved that the diameter of the resulting particles had already reached the nano size, size variation obtained at the time of 30 minutes was 31.6 nm, whereas at 45 minutes produced 523.3 nm size. Meanwhile the length of the cellulose particles were still in micro-sized crystals.


(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

UCAPAN TERIMA KASIH ... iii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR LAMPIRAN………...ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Hipotesis Penelitian ... 4

1.6 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Selulosa ... 5

2.1.2Reaktifitas dan Aksesbilitas Selulosa ... 6

2.1.2 Nanokristalin Selulosa ... 6

2.2 Selulosa Bakterial ... 11

2.3 Limbah Cair Tahu ... 12

2.4 Nata de Soya ... 15

2.5 Spektroskopi Inframerah... 17

2.6 Scanning Electron Microscopy (SEM) ... 18

2.7 X-ray Diffraction (XRD) ... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 21


(7)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

3.2.1 Alat ... 21

3.2.2 Bahan ... 21

3.3 Tahapan Penelitian ... 22

3.4 Bagan Alir Penelitian ... 22

3.5 Cara Kerja ... 25

3.5.1 Tahap Preparasi Limbah Cair Tahu ... 25

3.5.1.1 Pemurnian Selulosa Bakterial ... 25

3.5.2 Isolasi Nanokristalin Selulosa ... 25

3.5.2.1 Hidrolisis Asam ... 25

3.5.2.2 Pemisahan ... 26

3.5.2.3 Dialisis ... 26

3.5.2.4 Sonikasi ... 26

3.5.2.5 Freeze Drying ... 26

3.5.3 Analisis Gugus Fungsi ... 27

3.5.4 Analisis Morfologi Permukaan ... 28

3.5.5 Uji Kristalinitas ... 28

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Nata de Soya ... 28

4.2 Isolasi Nanokristal Selulosa ... 30

4.3 Analisis Struktur Permukaan dengan menggunakan SEM ... 34

4.3.1 Hasil SEM Pelikel BC ... 34

4.3.2 Hasil SEM Pelikel BC yang sudah dihidolisis selama 30 menit dan 45 menit ... 35

4.4 Analisis Gugus Fungsi dengan Menggunakan FTIR ... 36

4.5 Uji Kristalinitas dengan Menggunakan XRD ... 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 42

DAFTAR PUSTAKA ... 43


(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur Molekul Selulosa ... 5

Gambar 2.2. Skema dari Hidrolisis Asam Terhadap Selulosa Menjadi Selulosa Nanokristalin ... 10

Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian ... 23

Gambar 4.1. Nata de Soya yang Terbentuk ... 29

Gambar 4.2. Serbuk BC ... 30

Gambar 4.3. Setelah Dihidrolisis dan Dicuci Menggunakan Aquabidest ... 30

Gambar 4.4. Proses Dialisis ... 32

Gambar 4.5. Hasil Freeze Drying dari Hidrolisis 45 Menit ... 33

Gambar 4.6. Hasil Freeze Drying dari Hidrolisis 30 Menit ... 33

Gambar 4.7. Foto SEM dari Pelikel BC ... 34

Gambar 4.8. Foto SEM dari BC yang Telah Dihidrolisis Selama 30 Menit ... 35

Gambar 4.9. Foto SEM dari BC yang Telah Dihidrolisis Selama 45 Menit ... 36

Gambar 4.10. Spektrum FTIR dari Pelikel BC ... 37

Gambar 4.11. Spektrum FTIR dari Pelikel BC yang Sudah Dihidrolisis ... 38

Gambar 4.12. Difraktogram Serbuk BC yang sebelum hidrolisis ... 39


(9)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu DAFTAR TABEL


(10)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Spektrum FTIR Selulosa Bakterial Sebelum Dihidrolisis... 46

Lampiran 2. Spektrum FTIR Selulosa Bakterial Sesudah Dihidrolisis ... 47

Lampiran 3. Difraktogram Selulosa Bakterial Sebelum Dihidolisis ... 48

Lampiran 4. Difraktogram Selulosa Bakterial Sesudah Dihidrolisis ... 50


(11)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Serat selulosa sebagai matriks polimer telah berkembang dengan pesat dalam kurun waktu satu dekade terakhir (Nothingher, 2006). Hal ini disebabkan karena keunggulan-keunggulan yang dimilikinya seperti sifat mekanik yang baik, densitas yang rendah, ramah lingkungan, kelimpahan yang banyak, tidak mahal, tidak beracun, mudah didegradasi, dan termasuk kedalam sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Serat selulosa dapat dihasilkan dari tanaman, hewan laut dan bakteri. Penggunaan tanaman hutan untuk produksi serat selulosa secara kontinyu telah secara nyata menurunkan luas dan jumlah sumber daya hutan di Indonesia. Hal ini mengakibatkan kerusakan hutan, erosi tanah, bencana banjir, tanah longsor, serta pemanasan global. Untuk mengurangi dampak negatif yang ditimbulkan oleh produksi selulosa tanaman tersebut, maka perlu ditemukan alternative penghasil serat selulosa.

Selulosa, selain berasal dari tumbuhan juga dapat dihasilkan oleh bakteri (Acetobacter, Agrobacterium, Rhizobium, Sarcina) yang dikenal sebagai cellulose bacterial (BC) atau biasa juga disebut sebagai mikrobial. BC merupakan polimer ekstraseluler yang diproduksi dari monosakarida atau glukosa. Glukosa berperan sebagai subtrat atau sumber karbon. Keunggulan menggunakan selulosa bakterial adalah memiliki kemurnian yang tinggi dibandingkan dengan serat selulosa dari tumbuhan, waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh selulosa bakterial lebih singkat, mudah terdegradasi, dapat didaur ulang, nontoksik, nonalergenik dan secara tidak langsung produksi selulosa bakterial lebih ekonomis dibanding dengan produksi serat selulosa tumbuhan. BC sangat mahal apabila menggunakan media Hestrin dan Schramm (Shoda, 2005). Limbah biasanya mengandung glukosa dalam jumlah kecil, sehingga dapat digunakan sebagai substrat. Menggunakan limbah sebagai substrat tidak hanya dapat mengurangi jumlah


(12)

Devi Anastasya, 2014

limbah yang dihasilkan dari produksi tetapi juga dapat mengurangi biaya dalam pembuatan BC. Nata de Soya merupakan suatu BC dengan memanfaatkan limbah cair tahu sebagai medium fermentasi (Rachmadetin, 2007).

Tahu merupakan salah satu makanan yang umum dikonsumsi oleh penduduk Indonesia karena harganya yang relatif murah. Tahu dibuat dengan bahan dasar kedelai yang memiliki kandungan protein tinggi, yaitu sebesar 35% atau bahkan mencapai 40-43% pada varietas unggul (IPTEKnet 2002).

Limbah yang dihasilkan dari produksi tahu sangat melimpah. Setiap 100 kg kedelai akan menghasilkan 1500-2000 L air limbah. Limbah cair yang dihasilkan mengandung padatan tersuspensi maupun terlarut, akan mengalami perubahan fisika, kimia, dan hayati yang akan menghasilkan zat beracun atau menciptakan media untuk tumbuhnya kuman. Air limbah akan berubah warnanya menjadi coklat kehitaman dan berbau busuk. Jika air limbah ini merembes ke dalam tanah yang dekat dengan sumur atau dialirkan ke sungai, maka air sumur atau sungai tersebut tidak dapat dimanfaatkan lagi karena dapat menimbulkan penyakit gatal, diare, dan penyakit lainnya (KLH 2001).

Pemanfaatan limbah tahu di antaranya sebagai bahan pembuatan makanan ternak, nata de soya, makanan kecil (kastengel, stik tahu) (KLH 2001). Akan tetapi, produk tersebut tidak bernilai komersial tinggi. Oleh karena itu, diperlukan pengolahan lebih lanjut untuk memperoleh produk yang lebih bernilai, salah satunya dengan menggunakannya menjadi nanokristalin selulosa.

Nanokristalin selulosa memiliki banyak kelebihan, seperti dimensi dengan skala nano, kekuatan tinggi yang spesifik dan modulus, daerah permukaan yang tinggi, dan lain-lain. Serat berukuran nano ini merupakan material baru yang dapat digunakan sebagai bahan penguat pada matriks polimer (Suryanegara et al., 2009). Aplikasinya dapat ditambahkan pada polimer untuk membuat komposit untuk otomotif (Marsh, 2003, Suddell dan Evans, 2005), elektronik, bahan bangunan, serta alat-alat rumah tangga. Sampai saat ini proses pembuatan nanokristalin selulosa masih terus diteliti di dunia untuk mendapatkan proses yang lebih cepat, hemat energi, murah, dan bisa menghasilkan nanokristalin dalam jumlah yang besar sehingga layak untuk dibuat dalam bidang industrinya.


(13)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

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

Preparasi mendapatkan nanokristalin selulosa dipengaruhi oleh 4 faktor yakni suhu, waktu, konsentrasi asam dan rasio selulosa:asam untuk mengetahui pengaruh waktu hidrolisis asam terhadap keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa maka dalam penelitian ini dilakukan variabel waktu hidrolisis selama 30 dan 45 menit.

1.2Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana keberhasilan isolasi material nanokristal selulosa berbahan baku selulosa bakterial limbah cair tahu ?

2. Bagaimana pengaruh variasi waktu dalam proses hidrolisis terhadap keberhasilan isolasi nanokristal selulosa berbahan baku limbah cair tahu? 3. Bagaimana hasil karakterisasi struktur dan ukuran selulosa nanokristalin,

gugus fungsi, dan juga kristalinitas dari selulosa nanokristalin?

1.3 Batasan Masalah Penelitian

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

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

2. Sintesis nanokristalin selulosa dilakukan dengan metode hidrolisis asam kuat yakni H2SO4 dengan konsentrasi asam 34%, rasio selulosa:asam 1:60


(14)

Devi Anastasya, 2014

yang diikuti suhu pemanasan 45°C di atas stirermagnetik dengan kecepatan 450 rpm.

1.4Hipotesis Penelitian

Hipotesis yang terdapat dalam penelitian ini adalah :

1. Keberhasilan hidrolisis bagian amorf dari selulosa untuk menghasilkan nanokristalin selulosa dipengaruhi oleh waktu proses hidrolisis dan konsentrasi asam sulfat yang digunakan

2. Nanokristalin selulosa dapat dihasilkan dari sumber selulosa bakterial dengan menggunakan media limbah cair tahu yang relatif lebih ekonomis

1.5Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini antara lain :

1. Mendapatkan material nanokristalin selulosa dari selulosa bakterial limbah cair tahu

2. Mengetahui pengaruh waktu dari proses hidrolisis dengan menggunakan asam sulfat terhadap keberhasilan mendapatkan material nanokristal selulosa

3. Mengetahui karakteristik dari partikel selulosa dari selulosa bakterial limbah cair tahu.

1.6Manfaat Penelitian

Hasil yang didapatkan diharapkan dari penelitian ini adalah mampu memberikan informasi tentang proses pembuatan material nanokristalin selulosa berbahan baku selulosa bakterial limbah cair tahu serta karakteristiknya. Serta informasi pengaruh waktu pada saat proses hidrolisis dengan menggunakan asam sulfat. Selain itu, pemanfaatan limbah cair tahu sebagai media pembuatan selulosa bakterial ini merupakan salah satu alternatif pengolahan limbah cair tahu menjadi material yang mempunyai nilai lebih tinggi.


(15)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dari bulan Februari sampai dengan bulan Oktober 2013 di Laboratorium Kimia Riset Material dan Makanan serta di Laboratorium Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia. Uji karakterisasi bentuk dan morfologi kristal di Laboratorium Pengujian Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (tekMIRA) Bandung dan uji kristalinitas dilakukan di Laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG) Bandung.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini meliputi alat-alat gelas, panci aluminium, kompor, neraca analitik, wadah fermentasi, corong buchner, oven, buret 50 mL, pemanas listrik, pengaduk magnetik, kaca arloji, sentrifugator, Fourier Tranform Infrared (FTIR) Spectroscopy Shimadzu, X-Ray Diffraction (XRD), dan Scanning Electron Microscope (SEM).

3.2.2 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair tahu yang didapat dari pabrik tahu yang berlokasi di Cimahi, Jawa Barat. Bahan lainnya yang digunakan adalah gula pasir (gulaku), air, Ammonium Sufat (NH2SO4) (E. Merck), alkohol 70%, Natrium hidroksida (NaOH) 1% (E.Merck), Asam asetat (CH3COOH) (E. Merck), Asam Sulfat (H2SO4) 98% (E.Merck), indikator universal, kertas saring whatman, kertas koran, karet pengikat, dan membran semipermiabel (Cellu-Sep; MWCO 12.000-14.000) yang didapatkan dari Membrane Filtration Products, Inc. ( TXS, USA).


(16)

Devi Anastasya, 2014 3.3 Tahapan Penelitian

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

a. Tahap sintesis selulosa bakterial b. Tahap pemurnian selulosa bakterial 2. Tahap isolasi nanokristalin selulosa

a. Hidrolisis asam b. Pemisahan c. Dialisis d. Sonikasi e. Freeze drying

3. Tahap karakterisasi meliputi analisis gugus fungsi menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy, Tahap uji morfologi dengan menggunakan Scanning Elecron Microscopy (SEM), Tahap uji kristalinitas dengan menggunakan X-Ray Difraction (XRD)

3.4 Bagan Alir Penelitian

Penelitian yang dilakukan meliputi tiga tahapan dimulai dari tahap preparasi sampel selulosa yang terdiri sintesis selulosa bakterial dan pemurnian selulosa bakterial. Tahap kedua yaitu isolasi nanokristalin selulosa yang terdiri dari hidrolisis dengan menggunakan asam kuat, pemisahan, dialisis, sonikasi, dan freeze drying. Kemudian tahapan karakterisasi meliputi analisis gugus fungsi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), uji morfologi menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), dan uji kristalinitas dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Bagan Alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1


(17)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu  saring

 ukur 1000 mL  panaskan

 tambahkan gula pasir 100 g  tambahkan NH2SO4 5 g

 pindahkan ke wadah fermentasi  atur pH sampai 4 dengan

menggunakan CH3COOH  tutup dan didiamkan selama 24

jam

tambahkan starter Acetobacter xylinum 100 mL

 diamkan selama 10 hari

 potong-potong  rebus

 rendam dalam NaOH 1% selama 24 jam

 rendam dalam CH3COOH 1% selama 24 jam

 rendam dalam aquadest

 keringkan dalam oven pada suhu 40˚C

 hancurkan dengan blender  saring 100 mesh

Limbah Cair Tahu

Selulosa Bakterial (BC)

Lembaran BC

Karakterisasi FTIR dan SEM


(18)

Devi Anastasya, 2014

Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian • timbang 1 g

• tambahkan aquadest 40 mL • tambahkan H2SO4 22 mL

• aduk dengan stirrer selama 45 menit dan 30 menit dengan kecepatan 350 rpm suhu 45˚C

• masukkan kedalam aquabidest 500 mL

• simpan dalam lemari pendingin selama 24 jam • sentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm • dekantasi dan ditampung supernatannya Serbuk BC

BC yang sudah dihidrolisis

Supernatan

• dialisis selama 48 jam • sonikasi selama 20 menit

freeze drying

Nanokristalin Selulosa


(19)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 3.5 Cara Kerja

3.5.1 Tahap Preparasi Limbah Cair Tahu

Limbah cair tahu direbus sampai mendidih, kemudian ditambahkan gula pasir 7,5 % (b/v) sebagai sumber karbon dan ammonium sulfat (NH2SO4) 0,5 % (b/v) sebagai sumber nitrogen. Larutan kemudian dipindahkan ke dalam wadah fermentasi dan diatur pH-nya menjadi 4 dengan penambahan asam asetat glasial (CH3COOH). Wadah ditutup dengan kertas koran yang sudah disterilisasi dan diikat, lalu didiamkan selama 24 jam pada suhu kamar. Setelah 24 jam, ditambahkan starter sebanyak 10% (v/v) dan didiamkan selama 10 hari.

3.5.1.1 Pemurnian Selulosa Bakterial

Selulosa bakterial dipotong-potong sekitar 4x5 cm dan direbus dalam air mendidih selama 20 menit. Kemudian direndam dalam larutan NaOH 1% (v/v) selama 24 jam pada suhu kamar. Setelah itu, direndam dengan larutan CH3COOH 1% (v/v) selama 24 jam.

Selulosa bakterial dicuci beberapa kali dengan menggunakan aquades. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 40˚C. Lembar BC yang telah kering dihancurkan menggunakan blender dan disaring menggunakan saringan 100 mesh. Serbuk BC yang diperoleh diuji gugus fungsinya menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).

3.5.2 Isolasi Nanokristal Selulosa

Isolasi nanokristalin selulosa dengan bahan baku selulosa bakterial, dilakukan dengan 5 tahap, yaitu tahap hidrolisis asam, pemisahan, dialisis, sonikasi, dan freeze drying.

3.5.2.1 Hidrolisis Asam

Aquadest 40 mL ditambahkan kedalam 1 gram serbuk selulosa, kemudian diaduk dengan kecepatan 350 rpm dan suhu 45 ˚C. Setelah 10 menit, H2SO4 pekat


(20)

Devi Anastasya, 2014

ditambahkan tetes demi tetes dengan suhu dan kecepatan yang tetap. Campuran diaduk selama 45 menit dan 30 menit dihitung mulai dari tetes H2SO4 terakhir. 3.5.5.2 Pemisahan

Tahapan pemisahan dilakukan melalui proses sentrifugasi. Hasil hidrolisis dimasukkan ke dalam aquabidest 500 mL dan dimasukkan ke dalam lemari pendingin selama 24 jam. Hasil hidrolisis disentrifugasi dengan kecepatan 5000 rpm dan dilakukan pencucian endapan hasil sentrifugasi secara berulang- ulang dengan menggunakan aquadest. Supernatan yang diperoleh ditampung ke dalam gelas kimia.

3.5.5.3 Dialisis

Supernatan yang didapatkan dari hasil sentrifugasi dibiarkan selama 24 jam. Supernatan didekantasi dan kemudian dimasukkan ke dalam membran semipermiabel dan direndam dalam air deionisasi selama 48 jam, kemudian disonikasi selama 20 menit.

3.5.5.4Sonikasi

Setelah dialisis, kemudian disonikasi selama 20 menit 3.5.5.5Freeze Drying

Selanjutnya digunakan alat freeze dry untuk mendapatkan serbuk nanokristalin selulosa.

3.5.3 Analisis Gugus Fungsi

Analisis awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah karakterisasi serbuk selulosa bakterial dengan menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Analisis ini bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat di dalam suatu senyawa. Pada penelitian ini, FTIR digunakan untuk membandingkan spektra sebelum dan sesudah proses isolasi nanokristalin selulosa. Uji gugus fungsi menggunakan FTIR dilakukan di laboratorium instrument Universitas Pendidikan Indonesia.


(21)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 3.5.4 Analisis Morfologi dan Ukuran Partikel Selulosa

Analisis ukuran partikel selulosa dilakukan dengan menggunakan instrument Scanning Electron Microscopy (SEM). Analisis SEM dilakukan untuk mengetahui gambaran morfologi suatu contoh. Dalam penelitian ini, analisis SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi permukaan dan ukuran partikel selulosa setelah dihidrolisis. Uji morfologi permukaan dilakukan pada sample selulosa bakterial dan partikel selulosa setelah dilakukan hidrolisis pada waktu 30 dan 45 menit. Uji SEM ini dilakukan di laboratorium pengujian Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (tekMira).

3.5.5 Uji Kristalinitas

Uji kristalinitas nanokristalin selulosa menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Analisis ini dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas nanokristalin selulosa yang diperoleh. Uji kristalinitas ini dilakukan di laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG) Bandung.


(22)

Devi Anastasya, 2014

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

1. Lebar partikel selulosa yang didapat sudah mencapai ukuran nano, tetapi panjang partikel selulosa yang didapat masih berukuran mikro 2. Pada penelitian ini, hidrolisis selama 30 menit lebih baik dibandingkan

dengan 45 menit, karena partikel yang dihasilkan berukuran yang lebih kecil

3. Limbah cair tahu dapat digunakan sebagai bahan baku alternatif yang murah untuk mendapatkan nanokristalin selulosa

5.2 Saran

1. Disarankan agar tidak melakukan perlakuan freeze drying

2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk memvariasikan suhu, ratio selulosa bakterial - asam, dan konsentrasi


(23)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu DAFTAR PUSTAKA

Achmadi, S. S. (1990). Kimia Kayu. Departemen Pendidikan dan Kebudayan Direktorat Jenderal pendidikan Tinggi Pusat Universitas Ilmu Hayat IPB :Bogor.

Anonim, (1997). Nata De Soya. http:www// Warintek. Progressio. Or. Id./. by. Rans.

Berglund et al(2010). “Review: Current International Research Into Cellulose Nanofibres and Nanocomposites”. SpringerLink, Journal of Material Sciece. 45. 1-33

Brown, R.M., ( 2004). “Cellulose Structure and Biosynthesis: What is on the store for the 21st Century? ”. Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 42.3. 487-495.

Budiyanto, M.A.K. (2002). Mikrobiologi Terapan. Universitas Muhammadiyah. Malang.8-19

Bydson, J.A, (1995). Plastic Materials. Butterworth-Heinemann: London

Dimaguila, L.S.,( 1976). “The Nata de Coco- Chemical Nature and Properties of nata”. The Philippines Agriculturiest, 51.6. 475-484

Fengel, D., G. Wegener. (1995). Kayu Kimia dan Ultrastruktur dan Reaksi-reaksi. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta (Terjemahan).

Giwangkara S, EG. (2006), Aplikasi Logika Syaraf Fuzzy Pada Analisis Sidik Jari Minyak Bumi Menggunakan Spetrofotometer Infra Merah - Transformasi Fourier (FT-IR). Sekolah Tinggi Energi dan Mineral: Jawa Tengah Herlambang, A.(2002). Teknologi Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu.Pusat

Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan (BPPT) dan Bapedal.Samarinda.

Klem et al , (2001). “Bacterial Synthesized Cellulose Artifitial Blood Vessels for Microsurgery”. Prog. Polymer. Science . 26. 1561-1603.

Krystynowicz. (2001). Biosynthesis of Bacterial Cellulose and its Potential Application in The Different Industries, http://www.biotecnology.pl.com/science/krystynomcz.htm.


(24)

Devi Anastasya, 2014

Lapuz, et al (1967) “The Natta Organism Cultural Requirements, Characteristics

and Identity”. Philipp J Sci. 96. 291–108

Marsh, G (2003). “Next Step for Automotive Materials”. Elsevier Science .1. 36- 43.

Masaoka, S., T. Ohe dan N. Sakota, (1993). “Production of cellulose from glucose by Acetobacter xylinum:. J. Ferment. Bioeng. 75. 18-22

Mendoza, (1961). “Philippines Foods, Their Processing and Manufacture”. Published in the Philippines by the author

Nevell TP dan Zeronian SH. (1985). Cellulose chemistry and its applications. Ellis Horwood :Chichester York

Palungkun, R. (1999). Aneka Produk Olahan Kelapa .Penebar Swadaya: Jakarta. Pambayun,R. (2002).Teknologi Pengolahan Nata de Coco.Kanisius:Yogyakarta

Rachmadetin, Jaka (2007). “Pencirian Membran Komposit Selulosa Asetat Berbahan Dasar Limbah Tahu Menggunakan Polistirena

Sarwono, B dan Y.P Saragih. (2001). Membuat Aneka Tahu. Penebar Swadaya :Jakarta

Sjostrom, E (1981). “Wood Chemistry : Fundamentals and Application”, Academic Press, New York. 169-189

Suddell, B.C. dan W.J. Evans. (2005). “Natural Fiber Composites in Automotive

Applications”. Natural fibers, biopolymers, and biocomposites. CRC Press. pp. 231-260.

Suryanegara, lisman et al ( 2009) “The effect of crystallization of PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-reinforced PLA composites”. Elsevier composites science and technologi. 69, 1187-1192

Suryani,A., E. Hambali,dan P. Suryadarma. (2005). Membuat Aneka Nata. Penebar Swadaya. Jakarta

Toyosaki, et al (1995).” The characterization of an acetic acid bacterium useful for producing bacterial cellulose in agitation cultures: the proposal of Acetobacter xylinum subsp. Sucrofermentans subsp”. J Gen Appl Microbiol. 41. 307–314.


(25)

Devi Anastasya, 2014

Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Menggunakan Media Limbah Cair Tahu

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

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

Yamanaka, et al. (1989). “The Structure and Mechanical Properties of Sheets Prepared From Bacterial Cellulose”. Journal of Materials Science. 24. 3141-3145.

Yoshinaga J et al. (1996) .”Stable carbon and nitrogen isotopic composition of diet and hair of Gidra-speaking Papuans”. Am. J. Phys. Anthropol. 100.23–34

Zhang, J.et al. (2010). “Microfibrillated Cellulose from Bamboo Pulp and Its Properties”. Biomass and Bioenergy.


(1)

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

3.5.5.2 Pemisahan

Tahapan pemisahan dilakukan melalui proses sentrifugasi. Hasil hidrolisis dimasukkan ke dalam aquabidest 500 mL dan dimasukkan ke dalam lemari pendingin selama 24 jam. Hasil hidrolisis disentrifugasi dengan kecepatan 5000 rpm dan dilakukan pencucian endapan hasil sentrifugasi secara berulang- ulang dengan menggunakan aquadest. Supernatan yang diperoleh ditampung ke dalam gelas kimia.

3.5.5.3 Dialisis

Supernatan yang didapatkan dari hasil sentrifugasi dibiarkan selama 24 jam. Supernatan didekantasi dan kemudian dimasukkan ke dalam membran semipermiabel dan direndam dalam air deionisasi selama 48 jam, kemudian disonikasi selama 20 menit.

3.5.5.4Sonikasi

Setelah dialisis, kemudian disonikasi selama 20 menit

3.5.5.5Freeze Drying

Selanjutnya digunakan alat freeze dry untuk mendapatkan serbuk nanokristalin selulosa.

3.5.3 Analisis Gugus Fungsi

Analisis awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah karakterisasi serbuk selulosa bakterial dengan menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Analisis ini bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat di dalam suatu senyawa. Pada penelitian ini, FTIR digunakan untuk membandingkan spektra sebelum dan sesudah proses isolasi nanokristalin selulosa. Uji gugus fungsi menggunakan FTIR dilakukan di laboratorium instrument Universitas Pendidikan Indonesia.


(2)

3.5.4 Analisis Morfologi dan Ukuran Partikel Selulosa

Analisis ukuran partikel selulosa dilakukan dengan menggunakan instrument Scanning Electron Microscopy (SEM). Analisis SEM dilakukan untuk mengetahui gambaran morfologi suatu contoh. Dalam penelitian ini, analisis SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi permukaan dan ukuran partikel selulosa setelah dihidrolisis. Uji morfologi permukaan dilakukan pada sample selulosa bakterial dan partikel selulosa setelah dilakukan hidrolisis pada waktu 30 dan 45 menit. Uji SEM ini dilakukan di laboratorium pengujian Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (tekMira).

3.5.5 Uji Kristalinitas

Uji kristalinitas nanokristalin selulosa menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Analisis ini dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas nanokristalin selulosa yang diperoleh. Uji kristalinitas ini dilakukan di laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG) Bandung.


(3)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

1. Lebar partikel selulosa yang didapat sudah mencapai ukuran nano, tetapi panjang partikel selulosa yang didapat masih berukuran mikro 2. Pada penelitian ini, hidrolisis selama 30 menit lebih baik dibandingkan

dengan 45 menit, karena partikel yang dihasilkan berukuran yang lebih kecil

3. Limbah cair tahu dapat digunakan sebagai bahan baku alternatif yang murah untuk mendapatkan nanokristalin selulosa

5.2 Saran

1. Disarankan agar tidak melakukan perlakuan freeze drying

2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk memvariasikan suhu, ratio selulosa bakterial - asam, dan konsentrasi


(4)

DAFTAR PUSTAKA

Achmadi, S. S. (1990). Kimia Kayu. Departemen Pendidikan dan Kebudayan Direktorat Jenderal pendidikan Tinggi Pusat Universitas Ilmu Hayat IPB :Bogor.

Anonim, (1997). Nata De Soya. http:www// Warintek. Progressio. Or. Id./. by. Rans.

Berglund et al(2010). “Review: Current International Research Into Cellulose Nanofibres and Nanocomposites”. SpringerLink, Journal of Material Sciece. 45. 1-33

Brown, R.M., ( 2004). “Cellulose Structure and Biosynthesis: What is on the store for the 21st Century? ”. Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 42.3. 487-495.

Budiyanto, M.A.K. (2002). Mikrobiologi Terapan. Universitas Muhammadiyah. Malang.8-19

Bydson, J.A, (1995). Plastic Materials. Butterworth-Heinemann: London

Dimaguila, L.S.,( 1976). “The Nata de Coco- Chemical Nature and Properties of nata”. The Philippines Agriculturiest, 51.6. 475-484

Fengel, D., G. Wegener. (1995). Kayu Kimia dan Ultrastruktur dan Reaksi-reaksi. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta (Terjemahan).

Giwangkara S, EG. (2006), Aplikasi Logika Syaraf Fuzzy Pada Analisis Sidik Jari Minyak Bumi Menggunakan Spetrofotometer Infra Merah - Transformasi Fourier (FT-IR). Sekolah Tinggi Energi dan Mineral: Jawa Tengah Herlambang, A.(2002). Teknologi Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu.Pusat

Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan (BPPT) dan Bapedal.Samarinda.

Klem et al , (2001). “Bacterial Synthesized Cellulose Artifitial Blood Vessels for Microsurgery”. Prog. Polymer. Science . 26. 1561-1603.

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

Application in The Different Industries,


(5)

Lapuz, et al (1967) “The Natta Organism Cultural Requirements, Characteristics

and Identity”. Philipp J Sci. 96. 291–108

Marsh, G (2003). “Next Step for Automotive Materials”. Elsevier Science .1. 36- 43.

Masaoka, S., T. Ohe dan N. Sakota, (1993). “Production of cellulose from glucose by Acetobacter xylinum:. J. Ferment. Bioeng. 75. 18-22

Mendoza, (1961). “Philippines Foods, Their Processing and Manufacture”. Published in the Philippines by the author

Nevell TP dan Zeronian SH. (1985). Cellulose chemistry and its applications. Ellis Horwood :Chichester York

Palungkun, R. (1999). Aneka Produk Olahan Kelapa .Penebar Swadaya: Jakarta. Pambayun,R. (2002).Teknologi Pengolahan Nata de Coco.Kanisius:Yogyakarta

Rachmadetin, Jaka (2007). “Pencirian Membran Komposit Selulosa Asetat

Berbahan Dasar Limbah Tahu Menggunakan Polistirena

Sarwono, B dan Y.P Saragih. (2001). Membuat Aneka Tahu. Penebar Swadaya :Jakarta

Sjostrom, E (1981). “Wood Chemistry : Fundamentals and Application”, Academic Press, New York. 169-189

Suddell, B.C. dan W.J. Evans. (2005). “Natural Fiber Composites in Automotive

Applications”. Natural fibers, biopolymers, and biocomposites. CRC Press. pp. 231-260.

Suryanegara, lisman et al ( 2009) “The effect of crystallization of PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-reinforced PLA composites”. Elsevier composites science and technologi. 69, 1187-1192

Suryani,A., E. Hambali,dan P. Suryadarma. (2005). Membuat Aneka Nata. Penebar Swadaya. Jakarta

Toyosaki, et al (1995).” The characterization of an acetic acid bacterium useful for producing bacterial cellulose in agitation cultures: the proposal of Acetobacter xylinum subsp. Sucrofermentans subsp”. J Gen Appl


(6)

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

Yamanaka, et al. (1989). “The Structure and Mechanical Properties of Sheets Prepared From Bacterial Cellulose”. Journal of Materials Science. 24. 3141-3145.

Yoshinaga J et al. (1996) .”Stable carbon and nitrogen isotopic composition of diet and hair of Gidra-speaking Papuans”. Am. J. Phys. Anthropol. 100.23–34

Zhang, J.et al. (2010). “Microfibrillated Cellulose from Bamboo Pulp and Its Properties”. Biomass and Bioenergy.