Post on 22-Feb-2018
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
1/18
KARAKTERISTIK NANOSERAT SELULOSA DARI AMPAS TAPIOKA DAN
APLIKASINYA SEBAGAI PENGUAT FILM TAPIOKA
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
2/18
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Tuhan yang telah menolong Kami menyelesaikan makalah ini dengan penuh
kemudahan. Tanpa pertolongan-Nya mungkin kami (penyusun) tidak akan sanggup menyelesaikandengan baik.
Makalah ini disusun guna melengkapi tugas mata kuliah TPB!. Makalah ini disusun oleh
penyusun dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari diri penyusun maupun yang datang
dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan terutama pertolongan dari Tuhan akhirnya makalah
ini dapat terselesaikan.
Makalah yang Kami buat ini akan membahas mengenai Karakteristik Nanoserat Selulosa dariampas Tapioka dan aplikasinya sebagai penguat "ilm Tapioka. Kami mengu#apkan terima kasih
kepada $bu Tiah %ahmatiah selaku dosen& yang telah membimbing kami dalam membuat makalah
ini.
Semoga makalah ini dapat memberikan 'a'asan yang lebih luas kepada pemba#a. alaupun
makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun mohon untuk saran dan kritiknya.
Terima kasih.
akarta& Mei *+,
Penulis
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
3/18
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR........................................................................................*
DAFTAR ISI......................................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
,., /atar Belakang ..............................................................................................0,.* Tujuan ..........................................................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
*., Tanaman 1bi Kayu........................................................................................2*.* Nanoserat Selulosa........................................................................................2
BAB III PEMBAHASAN..................................................................................3
., /atar belakang Penelitian..............................................................................3
.* Metode Penelitian..........................................................................................3
. 4asil Penelitian............................................................................................,+
BAB IV PENUTUP
0., Kesimpulan..................................................................................................,5
0.* Saran ........................................................................................................,5
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................,3
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
4/18
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakan
Teknologi bukanlah sesuatu hal yang baru dalam kehidupan masyarakat dunia. Bahkan& teknologi
sudah menjadi hal yang sangat 6ital untuk kelangsungan hidup manusia. Perkembangan teknologi di
berbagai bidang sangat memudahkan untuk melakukan berbagai hal dan memberikan banyak
keuntungan. 4al inilah yang menyebabkan eksplorasi dan pengembangan di bidang teknologi sedang
menjadi pusat perhatian dunia. 7alam periode tahun *+,+ sampai *+*+ akan terjadi per#epatan luar
biasa dalam penerapan nanoteknologi di dunia industri dan ini menandakan bah'a sekarang ini dunia
sedang mengarah pada re6olusi nanoteknologi. Negara-negara seperti merika Serikat& epang&
ustralia& Kanada dan negara-negara 8ropa& serta beberapa negara sia& seperti Singapura& 9ina& dan
Korea tengah giatgiatnya
mengembangkan suatu #abang baru teknologi yang populer disebut nanoteknologi. Penguasaan
nanoteknologi akan memungkinkan berbagai penemuan baru yang bukan sekadar memberikan nilai
tambah terhadap suatu produk& bahkan men#iptakan nilai bagi suatu produk. Pengembangan
teknologi nano di $ndonesia dalam berbagai aplikasinya telah menumbuhkan bidang usaha baru
instrumentasi yang mampu menembus pasar dunia. Nanoteknologi merupakan ilmu yangmempelajari partikel dalam rentang ukuran , -,+++ nm.
Nanopartikel merupakan bagian dari nanoteknologi yang sangat popular dan semakin pesat
perkembangannya sejak a'al tahun *+++. Penelitian nanopartikel sedang berkembang pesat karena
dapat diaplikasikan se#ara luas seperti dalam Pengembangan $no6asi (%osniyati& dkk) urnal Teknik
$ndustri $SSN: ,0,,-20+ ,+ bidang pertanian& lingkungan& elektronik& optis& dan biomedis.
Nanopartikel dapat diklasi"ikasikan menjadi lima ma#am berdasarkan jenis materi partikel yaitu
kuantum dot& nanokristal& lipopartikel& nanopartikel magnetik& dan nanopartikel polimer. Bahan bakupembuatan nanopartikel dapat bersumber dari sumber daya alam lokal yang melimpah di $ndonesia.
$ndonesia sebagai Negara tropis memiliki keunggulan dalam keragaman sumber pati. Pati merupakan
polimer alam& terbarukan& dan biodegradable diproduksi oleh banyak tanaman sebagai sumber energi
yang tersimpan. $ni adalah bahan biomassa paling melimpah kedua di alam. 4al ini ditemukan dalam
akar tanaman& batang& bibit tanaman& dan tanaman pokok seperti beras& jagung& gandum& tapioka& dan
potato. Polisakarida adalah kandidat yang baik untuk nano"illers terbarukan karena memiliki bagian
struktur si"at kristalin yang menarik. 4asil penelitian yang telah dipublikasikan adalah selulosa untuk
nanokristal& dan polisakarida yang paling banyak diteliti untuk nanopartikel.
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
5/18
7engan nanoteknologi& kekayaan sumber daya alam $ndonesia dapat diberi nilai tambah& guna
memenangi persaingan global. 7engan nanoteknologi pula& kekayaan alam menjadi tak berarti karena
si"at-si"at ;at bisa di#iptakan sesuai dengan keinginan. $nilah peluang besar untuk $ndonesia agar bias
turut bersaing dalam pengembangan nanoteknologi. Sumber daya alam yang melimpah dan 6ariati"
akan menjadi modal yang sangat berarti untuk pengembangan nanoteknologi saat ini.
1.! T"#"an Pen"l$%an
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah mengkaji pengembangan si"at "isik nanoserat selulosa
dari ampas tapio#a untuk mengetahui pengaruh aplikasinya sebagai bahan pengisi terhadap si"at
mekanis "ilm tapio#a yang dihasilkan.
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
6/18
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
!.1 Tana&an U'$ Ka("
$ndonesia merupakan negara tropis yang memiliki potensi produksi ubi kayu #ukup besar.
Produksi ubi kayu $ndonesia terus meningkat dari ,2&+< juta ton pada tahun *+++ menjadi *+&3 juta
ton pada tahun *++
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
7/18
mpas tapioka merupakan sisa ekstraksi industri tapioka. 8kstraksi tapioka dari ,++ kg ubi kayu
menghasilkan tapioka kasar sekitar ** kg dan limbah padat berupa ampas sebanyak 0& kg (!au;i et
al.& *+,+). mpas tapioka hasil samping industri tapioka di $ndonesia di tahun *+,, men#apai
,,.*3. basis
kering) dan serat (=,3 > basis kering) (%attana#homsri et al.& *++
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
8/18
BAB III
PEMBAHASAN
*.1 Latar Belakan Penel$t$an
Nanoserat selulosa telah diisolasi dari ampas tapioka dengan tujuan untuk mempelajari si"at
"isiknya dan untuk mengetahui pengaruh aplikasinya sebagai bahan pengisi terhadap si"at mekanis
"ilm tapioka yang dihasilkan. Nanoserat selulosa diperoleh melalui serangkaian metode kimia'i
(perlakuan alkali dan pemu#atan) dan mekanis (mixer berke#epatan tinggi). 7iameter nanoserat
selulosa yang diperoleh berukuran *+-+ nm dan panjangnya diperkirakan beberapa mikrometer.
Pengukuranzeta potential menunjukkan bah'a suspensi nanoserat selulosa memiliki kestabilan yang
baik. Pengamatan menggunakan spektroskopi Fourier Transform Infrared (!T$%) menunjukkanbah'a perlakuan kimia menyebabkan penghilangan sebagian hemiselulosa dan lignin dari struktur
serat. 4asil @%7 mengungkapkan bah'a perlakuan kimia juga meningkatkan kristalinitas serat& yaitu
menjadi &*>. Penambahan nanoserat selulosa dapat meningkatkan kuat tarik "ilm tapioka. Kuat
tarik tertinggi "ilm di#apai pada penambahan nanoserat selulosa > (**&0, MPa). Penggunaan
nanoserat selulosa sampai > tidak berpengaruh terhadap pemanjangan putus "ilm.
*.! Met)+e Penel$t$an
1. Ba,an +an Alat
Bahan yang digunakan meliputi tapioka dan ampas tapioka yang diperoleh dari industri
tapioka di Kabupaten Purbalingga& a'a Tengah& natrium klorit (Na9l?*)& kalium hidroksida
(K?4)& sorbitol& dan akuades. $nstrumen pengujian yang digunakan meliputi Scanning
Electron Microscope (S8M) Aeiss 8?C +& Transmission Electron Microscope (T8M)
8?/ 8M-,0++& 7elsa Nano 9 Be#kman 9oulter, Fourier Transform Infrared (!T$%)
spectrometer Bruker Tensor 5& X-ray diffractometer @%7-5+++ Shimad;u& dan Zic!
Instrument. lat pembantu yang digunakan dalam isolasi nanoserat selulosa dan pembuatan
"ilm meliputi "ea!er glass& #ot plate stirrer& termometer& #etakan "ilm& dan ca"inet dryer.
!. I%)la%$ Nan)%erat Sel"l)%a
Sebanyak ,+ g ampas tapioka lolos ayak ,++ mesh direndam dan diaduk dalam larutan K?4
0> pada suhu 3+o9 satu jam. Selanjutnya bahan dipu#atkan ("leac#ing) sebanyak dua kali
dengan Na9l?* > pada suhu 5+o9 masing-masing selama , jam sambil diaduk. Bahan
setelah di#u#i kembali diberi perlakuan alkali dengan K?4 0> pada suhu 3+o9 selama
selama satu jam& kemudian di#u#i untuk menghilangkan residu alkali. Tahap akhir berupa
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
9/18
selama ,+ menit. Pembuatan !ilm !ilm dibuat dengan metode casting& yaitu pen#etakan pada
pelat #etakan dan dikeringkan& sehingga terbentuk lembaran "ilm. Tapioka sebanyak > (basis
kering) dipanaskan dalam akuades pada suhu 3+o9 sambil diaduk selama , menit. Nanoserat
selulosa ditambahkan sebanyak +>& ,>& *>& dan > dari berat kering tapioka. Sorbitol
ditambahkan sebanyak ,> dari total larutan "ilm. /arutan "ilm dituangkan ke permukaan
#etakan dengan ketebalan = mm. Pengeringan dilakukan pada suhu +o9 selama ,* jam
menggunakan ca"inet dryer. !ilm yang terbentuk selanjutnya dilepas dari #etakan dan
disimpan dalam 'adah kedap udara. !ilm dengan bahan pengisi ampas tapioka juga dibuat
sebagai pembanding. mpas tapioka lolos ayak ,++ mesh digunakan sebanyak ,>& *>& dan
> dari berat kering tapioka.
*. Karakter$%a%$ Nan)%erat Sel"l)%a +an F$l& Ta-$)ka
Si"at "isik ampas tapioka dan nanoserat selulosa yang diamati meliputi mor"ologi serat& nilai
zeta potential& spektra in"ramerah& dan di"raksi sinar @. Si"at mekanis "ilm yang diamati
meliputi kuat tarik dan pemanjangan putus "ilm.
. Pena&atan M$kr)%k)-$%
Mor"ologi ampas tapioka diamati menggunakan S8M dengan 6oltase akselerasi elektron , k&
sedangkan mor"ologi nanoserat selulosa diamati dengan menggunakan T8M dengan 6oltase
akselerasi elektron ,++ k. /arutan amonium molibdat ,> ditambahkan pada sampel
pengamatan menggunakan T8M untuk memperjelas gambar yang dihasilkan.
/. Pen"k"ranZeta Potential
Sampel berupa suspensi nanoserat selulosa diukur dalam 'adah berupa flo cell. $nstrumen
mengukur mobilitas nanoserat selulosa dalam medan listrik dan dikon6ersi menjadi nilaizeta
potential.
0. S-ektr)%k)-$ FTIR
Sampel dibentuk pellet dengan penambahan KBr. Pemindaian dilakukan pada bilangan
gelombang 0+++-0++ #m-,.
. D$2rak%$ %$nar 3
Pola di"raksi sinar-@ sampel diamati pada posisi statis menggunakan radiasi 9u KD (E F
,&0,3 G) pada 0+ k& + m. Pemindaian dilakukan pada kisaran * $ F -0+o dengan
ke#epatan *oHmenit. 7erajat kristalisasi diperoleh dengan membandingkan luas pun#ak kristal
terhadap luas kur6a total.
4. K"at Tar$k +an Pe&an#anan P"t"%
Pengujian dilakukan pada sampel berbentuk dayung (dum""ell) dengan ke#epatan penarikan
,+ mmHmenit. Nilai kuat tarik dihitung dengan membagi gaya maksimum saat bahan uji putus
(N t ) dib i d l b h ji ( *) it
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
10/18
Pemanjangan putus dihitung dengan rumus (7a6is& *++0):
'emanangan putus &/( ) panang a!#ir saat putus 0 panang mula-mula x 122/
&+( panang mula - mula
*.* Ha%$l Penel$t$an
*.*.1 S$2at F$%$k Nan)%erat Sel"l)%a
Metode isolasi dengan perlakuan kimia'i dan mekanis yang diterapkan pada ampas tapioka
diarahkan untuk membentuk serat berukuran nano atau nanoserat selulosa. Pengamatan si"at "isik
nanoserat selulosa dilakukan dengan menggunakan S8M dan T8M untuk melihat mor"ologi
nanoserat selulosa& pengukuran zeta potential untuk mengetahui kestabilan suspensi nanoserat
selulosa& pemindaian spektra in"ramerah untuk mengidenti"ikasi gugus "ungsi pada nanoserat
selulosa& dan di"raksi sinar @ untuk mengetahui kristalinitas nanoserat selulosa.
*.*.! M)r2)l)$ Nan)%erat Sel"l)%a
Pengamatan mor"ologi ampas tapioka dengan menggunakan mikroskop elektron sebelum dan
setelah perlakuan pembentukan nanoserat selulosa dapat dilihat pada Iambar ,. 7iameter serat
ampas tapioka tampak sekitar + Jm dan tampak granula yang berasal dari umbi ubi kayu dengan
diameter sekitar *5+-*
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
11/18
Iambar ,. Pengamatan mor"ologi ampas tapioka perbesaran ,++ L dengan menggunakan
S8M ()& nanoserat selulosa perbesaran *+.+++ L (B)& dan ,++.+++ L (9) dengan menggunakan T8M
7iameter nanoserat selulosa yang diperoleh TeiLeira et al. (*++
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
12/18
*.*. S-ektra In2ra&era, Nan)%erat Sel"l)%a
nalisis in"ramerah dilakukan untuk mengetahui keberadaan gugus "ungsional tertentu dalam
bahan terkait dengan senya'a lignin& hemiselulosa& dan selulosa& serta perubahannya setelah
perlakuan yang diberikan. 4asil pengamatan spektroskopi in"ramerah menggunakan spektrometer
!T$% dapat dilihat pada Iambar *.
Spektrum !T-$% ampas tapioka memperlihatkan adanya absorpsi in"ramerah pada bilangan
gelombang ,50&5 #m-,yang diduga berasal dari 6ibrasi regangan 9F?. 7aerah ,52-,5, #m-,
pada spektrum !T-$% merupakan daerah 6ibrasi regangan 9F? dari gugus asetil dan gugus ester
uronat dari pektin& hemiselulosa atau ikatan ester gugus karboksilat asam "erulat (ferulic) dan p-
kumarat (p-coumaric) dari lignin danHatau hemiselulosa (braham et al.& *+,,O Mandal dan
9hakrabarty& *+,,O Sundari dan %amesh& *+,*).
Iambar *. Spektrum !T-$% ampas tapioka sebelum perlakuan () dan setelah perlakuan kimia'i (B)
mpas tapioka juga menunjukkan absorpsi in"ramerah pada bilangan gelombang ,0*&2 #m-
, yang diduga berasal dari 6ibrasi regangan 9F9 pada #in#in aromatik lignin (lemdar dan Sain&
*++3) dan pada bilangan gelombang ,*00&2 #m-, yang diduga berasal dari 6ibrasi #in#in aromatik
pada lignin khususnya berasal dari gugus aryl (braham et al.& *+,,O Mandal dan 9hakrabarty& *+,,O
%osa et al.& *+,*). Pita absopsi tersebut tampak melemah bahkan ada yang tidak mun#ul lagi pada
spektrum nanoserat selulosa. Kondisi tersebut menunjukkan bah'a terdapat de"ormasi struktur lignin
dan hemiselulosa akibat perlakuan kimia'i yang diberikan.
Keberadaan selulosa juga dapat diduga dari mun#ulnya sinyal pada bilangan gelombang
sekitar 3
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
13/18
Pola di"raksi sinar @ ampas tapioka sebelum proses kimia'i dan setelah proses kimia'i untuk
menghasilkan nanoserat selulosa dapat dilihat pada Iambar . 7i"raktogram ampas tapioka
memperlihatkan dua pun#ak utama pada *Q F ,5o dan *Q F **& dan &*>. Peningkatan kristalinitas ini disebabkan oleh
penurunan komposisi serat yang bersi"at amor" akibat perlakuan kimia'i.
Perlakuan kimia'i diarahkan untuk menghilangkan hemiselulosa& lignin& pektin& yang
merupakan komponen serat yang berkontribusi terhadap bagian amor" serat (MorRn et al.& *++3).
Bagian amor" lebih mudah terhidrolisis dibandingkan dengan bagian kristalin& sehingga perlakuanhidrolisis menyebabkan serat menjadi lebih kristalin (8lanthikkal et al.& *+,+). Perlakuan dengan
alkali& dalam hal ini K?4& dapat menghilangkan residu pati& hemiselulosa& dan pektin& sedangkan
"leac#ing dengan Na9l?* dapat mereduksi lignin& sehingga lebih mudah larut dalam larutan alkali
(be dan ano& *++
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
14/18
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
15/18
Penambahan nanoserat selulosa menghasilkan peningkatan kuat tarik "ilm tapioka yang
lebih besar dibandingkan dengan ampas tapioka. Penambahan serat dari ampas tapioka sebanyak
> baru dapat menyamai penambahan nanoserat selulosa ,>. Si"at penguatan tersebut
dipengaruhi oleh si"at distribusi dan kristalinitas serat yang digunakan.
Nanoserat selulosa yang jauh lebih ke#il dibandingkan serat ampas tapioka& seperti yang
ditunjukkan dari hasil pengamatan T8M& dapat meningkatkan luas permukaan totalnya& sehingga
memperbesar kontak permukaan antara serat dan matriks "ilm. Peningkatan kontak permukaan
memungkinkan peningkatan ikatan hidrogen antara matriks dan serat& sehingga memudahkan
peralihan beban dari matriks ke serat (Bilbao-Sain; et al.& *+,,).
Kuat tarik yang lebih rendah pada ampas tapioka juga disebabkan oleh si"atnya yang
lebih mudah mengalami aglomerasi dibandingkan dalam bentuk nanoserat selulosa& sehingga
mengurangi kee"ekti"an penguatan. Pen#ampuran bahan pengisi yang tidak rata dapat
menghasilkan matriks "ilm yang tidak sinambung& sehingga menurunkan si"at mekanisnya atau
mengurangi kee"ekti"an penguatannya (ttarian et al.& *++2O Bahri dan %ashidi& *++
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
16/18
dan keras (MUller et al.& *++ dan &*>. 4al ini menyebabkan kristalinitas "ilm tapioka
dengan nanoserat selulosa diduga lebih tinggi daripada kristalinitas "ilm dengan ampas tapioka.
Penambahan serat pada umumnya meningkatkan kuat tarik& namun menurunkan kapasitas
pemanjangan (MUller et al.& *++
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
17/18
BAB IV
PENUTUP
.1 Ke%$&-"lan
Metode isolasi nanoserat selulosa dengan perlakuan kimia'i dan mekanis dalam
penelitian ini yang diterapkan pada ampas tapioka dapat menghasilkan nanoserat selulosa dengan
diameter *+ + nm dan dengan panjang ,.+++ nm. Suspensi nanoserat selulosa memiliki
kestabilan baik dengan nilaizeta potential 02&05 m. Penghilangan bahan non-selulosa& seperti
hemiselulosa dan lignin dapat meningkatkan kristalinitas serat. Kristalinitas nanoserat selulosa
sebesar &*>. Penggunaan nanoserat selulosa dapat meningkatkan si"at kuat tarik "ilm tapioka.
Kuat tarik tertinggi dalam penelitian ini di#apai pada penambahan nanoserat selulosa > (**&0,
MPa). Penggunaan nanoserat selulosa sampai > tidak berpengaruh terhadap pemanjangan
putus "ilm.
.* Saran
Perlu di#oba penambahan nanoserat selulosa lebih dari >& mengingat belum ter#apai kuat
tarik maksimumnya. !ilm yang dihasilkan masih kurang lentur& sehingga perlu penambahankonsentrasi bahan pemlastis.
17
7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi
18/18
DAFTAR PUSTAKA
3urnal te!nologi industry pertanian 4&1( + 45-67 &214(
3urnal te!nologi proses produ!si food ingredient dari tapioca termodifi!asi
3urnal 'emanfaatan *anote!nologi dalam pengem"angan industry pestisida
18