BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.2 Plastik

2.2.1 Pengertian Plastik

Plastik adalah bahan yang mempunyai derajat kekristalan lebih rendah dari pada serat.

Plastik dapat dicetak (dicetak ulang) sesuai dengan bentuk yang diinginkan dan

dibutuhkan dengan menggunakan proses injection molding dan ekstrusi.

Komponen utama plastik sebelum membentuk polimer adalah monomer, yakni

rantai yang paling pendek. Polimer merupakan gabungan dari beberapa monomer

yang akan membentuk rantai yang sangat panjang. Bila rantai tersebut dikelompokkan

bersama-sama dalam suatu pola acak, menyerupai tumpukan jerami maka disebut

amorf, jika teratur hampir sejajar disebut kristalin dengan sifat yang lebih keras dan

tegar.

Berdasarkan ketahanan plastik terhadap perubahan suhu, maka plastik dibagi menjadi

dua, yaitu:

1. Termoplastik, bila plastik meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti

perubahan suhu, bersifat reversible (dapat kembali ke bentuk semula atau

mengeras bila didinginkan).

2. Termoset atau termodursisabel, jenis plastik ini tidak dapat mengikuti

perubahan suhu (non-reversible). Sehingga bila pengerasan telah terjadi maka

bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan dengan suhu tinggi tidak

akan melunakkan jenis plastik ini melainkan akan membentuk arang dan

terurai.

Universitas Sumatera Utara

Plastik merupakan suatu bahan yang tidak mudah terdekomposisi oleh

mikroorganisme pengurai karena sifat khusus yang dimilikinya yaitu suatu polimer

rantai panjang sehingga bobot molekulnya tinggi dimana atom-atom penyusunnya

saling mengikat satu sama lain. Hampir setiap produk seperti makanan dan minuman,

menggunakan plastik sebagai kemasan. Sedangkan produk rumah tangga banyak yang

menggunakan bahan dasar plastik karena plastik mempunyai keunggulan seperti

ringan, kuat, transparan, tahan air serta harganya relatif murah dan terjangkau oleh

semua kalangan masyarakat.

Plastik merupakan produk polimer sintetis yang terbuat dari bahan-bahan

petrokimia yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbahurui. Struktur

kimiawinya yang mempunyai bobot molekul tinggi dan pada umumnya memiliki

rantai ikatan yang kuat sehingga plastik membutuhkan waktu yang lama terurai di

alam.

Penggunaan plastik sintetik sebagai bahan pengemas memang memiliki

berbagai keunggulan seperti mempunyai sifat mekanik dan barrier yang baik,

harganya yang murah serta kemudahannya dalam proses pembuatan dan aplikasinya.

Plastik sintetik mempunyai kestabilan fisiko-kimia yang terlalu kuat sehingga plastik

sangat sukar terdegradasi secara alami dan telah menimbulkan masalah dalam

penanganan limbahnya. Permasalahan tersebut tidak dapat terselesaikan melalui

pelarangan atau pengurangan penggunaan plastik.

Diantara bahan kemasan tersebut, plastik merupakan bahan kemasan yang

paling populer dan sangat luas penggunaannya. Plastik tidak hanya dipakai untuk

kemasan pangan (food grade), tetapi juga banyak diaplikasikan sebagai bahan

pelindung, pewadahan produk elekronika, komponen/suku cadang dan zat kimia untuk

industri. Bahan kemasan ini memiliki berbagai keunggulan yakni, fleksibel (dapat

mengikuti bentuk produk), transparan (tembus pandang), tidak mudah pecah, bentuk

laminasi (dapat dikombinasikan dengan bahan kemasan lain), tidak korosif dan

harganya relatif murah.

Universitas Sumatera Utara

Disamping memiliki berbagai kelebihan yang tidak dimiliki oleh bahan

kemasan lainnya, plastik juga mempunyai kelemahan yakni: tidak tahan panas, dapat

mencemari produk (migrasi komponen monomer), sehingga mengandung resiko

keamanan dan kesehatan konsumen dan plastik termasuk bahan yang tidak dapat

dihancurkan dengan cepat dan secara alami (non-biodegradable).

2.2.2 Sampah Plastik

Abad ini, masyarakat dunia disibukkan dengan maraknya isu mengenai pemanasan

global (global warming) dan lingkungan. Pengaruh memburuknya kondisi lingkungan,

tentunya akan mempengaruhi pemanasan global dan juga ekosistem yang terdapat di

dalamnya. Salah satu permasalahan mengenai lingkungan di dunia ataupun di

Indonesia khususnya mengenai limbah plastik. Penggunaan plastik semakin populer di

kalangan masyarakat Indonesia, karena memiliki banyak kegunaan dan praktis.

Jakarta sebagai ibukota negara, mengalami masalah yang juga dialami oleh sebagian

besar kota-kota lainnya, yaitu masalah penanganan limbah kota. Limbah plastik tidak

hanya menjadi masalah di kalangan masyarakat umum tetapi juga menjadi masalah

bagi perindustrian di Indonesia.

Polimer plastik yang tidak mudah terurai secara alami mengakibatkan

terjadinya penumpukan limbah dan menjadi penyebab pencemaran dan kerusakan

lingkungan hidup. Selain itu, plastik dalam proses pembuatannya menggunakan

minyak bumi yang ketersediannya semakin berkurang dan sulit untuk diperbaharui

(non-renewable). Kondisi demikian menyebabkan bahan kemasan plastik tidak dapat

dipertahankan penggunaannya secara meluas, karena dapat menambah persoalan

lingkungan dan kesehatan di waktu mendatang.

Sampah plastik merupakan suatu permasalahan global karena plastik sulit

terdegradasi oleh mikroorganisme dalam lingkungan juga cuaca, sehingga

menyebabkan masalah lingkungan yang sangat serius. Plastik yang berbentuk film ini

akan menutup permukaan tanah, sehingga aerasi tidak bisa berjalan semestinya

(Sumari, 1995).

Universitas Sumatera Utara

Ratusan juta plastik yang digunakan di bumi ini, maka ratusan juta ton juga

sampah plastik dan menjadi polutan utama dunia. Karena bahan utama pembuatan

plastik adalah phthalat ester di(ethylhexyl) phthalat (DEHP) yang bersifat stabil dan

sukar diuraikan oleh mikroorganisme sehingga kita terus-menerus memerlukan area

untuk pembuangan sampah. (Koswara S, 2006).

Plastik mudah terbakar, ancaman terjadinya kebakaranpun semakin meningkat.

Asap hasil pembakaran bahan plastik sangat berbahaya karena mengandung gas-gas

beracun seperti hidrogen sianida (HCN) dan karbon monoksida (CO). Hidrogen

sianida berasal dari polimer berbahan dasar akrilonitril, sedangkan karbon monoksida

sebagai hasil pembakaran tidak sempurna yang menyebabkan sampah plastik sebagai

salah satu penyebab pencemaran udara dan menyebabkan efek jangka panjang berupa

pemanasan secara global pada atmosfer bumi.

Sampah plastik yang berada di dalam tanah dan tidak bisa diuraikan oleh

mikroorganisme menyebabkan mineral-mineral dalam tanah baik organik maupun

anorganik semakin berkurang. Hal ini menyebabkan jarangnya fauna tanah, seperti

cacing dan fauna tanah yang hidup pada area tanah tersebut dikarenakan sulitnya

memperoleh makanan dan tempat berlindung. Selain itu, kadar O2 dalam tanah

semakin sedikit, sehingga fauna tanah sulit untuk bernapas dan akhirnya mati. Ini

berdampak langsung pada tumbuhan yang hidup di area tersebut. Tumbuhan

memerlukan mikroorganisme tanah sebagai perantara dalam kelangsungan hidupnya

(Ahmad D, dan Dorgan J R, 2007).

2.2.3 Penanggulangannya

Penggunaan plastik ramah lingkungan yang dapat didegradasi dalam waktu yang

relatif singkat (plastik biodegradabel) sebagai substitusi plastik berbahan baku

petrokimia merupakan salah satu solusi pemecahan masalah lingkungan akibat limbah

plastik. Kebutuhan dunia akan plastik biodegradabel semakin meningkat dari tahun ke

tahun. Potensi pasar plastik biodegradable saat ini cukup besar, yaitu mencapai 1,2

juta ton pada tahun 2010. Industri plastik biodegradabel akan berkembang menjadi

industri besar di masa yang akan datang (Pranamuda, 2001).

Universitas Sumatera Utara

Menurut Ir. Sah Johan Ali Nasiri,Ph.D, Senior Advisor Sentra Teknologi

Polimer, BPPT, kehidupan modern ini tidak bisa terlepas dari plastik. Pertumbuhan

penggunaan plastik di negara maju diperkirakan mencapai 4%, sedangkan di

Indonesia kemungkinan lebih tinggi lagi karena kebutuhan masih sekitar 10 kg/orang

per tahun sementara di negara maju mencapai 50 kg/hari per tahun. Hal tersebut,

memberikan gambaran mengenai potensi pengembangan kemasan plastik

biodegradabel. Penggunaan kemasan biodegradabel diharapkan dapat menjadi

alternatif solusi bagi permasalahan limbah plastik, lingkungan, dan pemanasan global.

Dari berbagai masalah yang ditimbulkan oleh plastik sintetik, terdapat sebuah

konsep yang merupakan solusi dari masalah tersebut, yaitu pembuatan plastik

biodegradabel. Namun, Hasil dari pembuatan plastik biodegradabel masih terdapat

kekurangan, plastik biodegradabel yang dihasilkan masih memiliki kekuatan dan

elastisitas yang rendah sehingga perlu adanya optimasi hasil pembuatan plastik

biodegradabel.

Kemasan ramah lingkungan merupakan sebuah konsep mengenai pengemas

produk, baik produk pangan atau non pangan yang tidak mengganggu kestabilan

lingkungan apabila mengalami kontak dengan unsur-unsur lingkungan, seperti air,

udara, dan tanah (Bastioli, 2005). Kemasan yang dimaksud adalah kemasan dari

plastik. Pada awalnya plastik kebanyakan dibuat dari minyak bumi dan bersifat non-

biogradable. Plastik sintetik mempunyai kestabilan fisiko-kimia yang sangat kuat

sehingga plastik sangat sukar terdegradasi secara alami (Suyatma, 2007). Oleh karena

itu plastik dianggap tidak ramah lingkungan karena sifatnya yang tidak bisa

didegradasi secara biologi ditanah dan tentunya akan mencemari tanah (Bastioli,

2005). Jika plastik ini dihancurkan dengan cara yang lain misalnya pembakaran, maka

akan menghasilkan gas CO2 yang akan semakin memperparah pamanasan global.

Berdasarkan fakta dan kajian ilmiah yang ada serta meningkatnya kesadaran

masyarakat akan pentingnya kesehatan dan lingkungan lestari, mendorong

dilakukannya penelitian dan pengembangan teknologi bahan kemasan yang

biodegradabel. Saat ini penelitian dan pengembangan teknologi bahan kemasan

biodegradabel terarah pada usaha membuat pengemas yang mempunyai sifat seperti

plastik yang berbasiskan bahan alami dan mudah terurai.

Universitas Sumatera Utara

Penggunaan pati sebagai bahan baku pembuatan plastik biodegradabel ini

ternyata menimbulkan masalah baru, yaitu krisis pangan. Hal ini disebabkan pati,

selain sebagai bahan baku plastik biodegradabel, juga berfungsi sebagai sumber

pangan bagi manusia. Dengan demikian, pemanfaatan pati sebagai bahan baku

pembuatan plastik biodegradabel akan berkompetisi dengan penggunaan pati sebagai

sumber pangan bagi manusia. Oleh karena itu, untuk mengatasi munculnya

permasalahan krisis bahan pangan akibat terbatasnya suplai sumber pati, diperlukan

sumber daya lain yang dapat dijadikan bahan baku pembuatan plastik biodegradabel

salah satunya dengan memanfaatkan selulosa enceng gondok. Dan dibutuhkan adanya

alternatif bahan plastik yang diperoleh dari bahan yang mudah didapat dan tersedia di

alam dalam jumlah besar dan murah tetapi mampu menghasilkan produk dengan

kekuatan yang sama atau bahkan lebih baik.

2.4 Biodegradabel

2.4.3 2.2.1 Pengertian Biodegradabel

Secara umum, kemasan biodegradabel diartikan sebagai film kemasan yang dapat

didaur ulang dan dapat dihancurkan secara alami. Stevens (2001), plastik

biodegradabel disebut juga bioplastik yaitu plastik yang seluruh atau hampir seluruh

komponennya berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui.

Griffin (1994), plastik biodegradable adalah suatu bahan dalam kondisi

tertentu, waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur kimianya, yang

mempengaruhi sifat-sifat yang dimilikinya karena pengaruh mikroorganisme (bakteri,

jamur, alga). Sedangkan Seal (1994), kemasan plastik biodegradabel adalah suatu

material polimer yang merubah pada senyawa yang berat molekul rendah dimana

paling sedikit satu tahap pada proses degradasinya melalui metabolisme organisme

secara alami.

Pranamuda (2001), plastik biodegradabel adalah plastik yang dapat digunakan

layaknya seperti plastik konvensional, namun akan hancur terurai oleh aktivitas

Universitas Sumatera Utara

mikroorganisme menjadi hasil akhir air dan gas karbondioksida setelah habis terpakai

dan dibuang ke lingkungan. Plastik biodegradabel merupakan bahan plastik yang

ramah terhadap lingkungan karena sifatnya yang dapat kembali ke alam. Secara

umum, kemasan biodegradabel diartikan sebagai film kemasan yang dapat didaur

ulang dan dapat dihancurkan secara alami.

Berdasarkan sumber atau cara memperolehnya, Tharanathan (2003)

mengklasifikasikan biopolimer sebagai bahan baku bio-kemasan menjadi empat

kelompok dan dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut ini. Kelompok 1 yaitu :

biopolimer yang berasal dari sumber hewan yaitu; collagen gelatin, kelompok 2

adalah biopolimer yang berasal dari limbah industri pengolahan ikan yaitu

chitin/chitosan, kelompok 3 berasal dari pertanian yaitu diklasifikasikan menjadi 2

bagian yaitu lemak dan hydrocelloid.

Yang berasal dari lemak terdiri dari : bees wax, camauba wax, asam lemak;

sedangkan dari hydrocolloid dibagi menjadi 2 bagaian yaitu: protein dan

polysacharida. hydrocolloid yang berasal dari protein adalah: zein (protein jagung),

kedelai, whey susu, glutera gandum sedangkan hydrocolloid yang berasal dari

polysacharida adalah : cellulosa, serat, pati, pektin, garns. Selain dari polimer alami,

ada beberapa zat sintetis yang merupakan campuran antara zat petrokimia dengan

biopolimer dan atau biopolimer yang telah mengalami perlakuan yang kompleks tetapi

tetap memiliki sifat biodegradable, contohnya adalah poly alkilene esters, poly lactic

acid, poly amid esters, poly vinil esters, poly vinil alcohol, dan poly anhidrides.

Polimer mikrobiologi (polyester) : biopolimer ini dihasilkan secara

bioteknologi atau fermentasi dengan mikroba genus Alcaligenes . Biopolimer jenis ini

diantaranya polihidroksi butirat (PHB), polihidroksi valerat (PHV), asam polilaktat

(polylactic acid) dan asam poliglikolat (polyglycolic acid). Bahan ini dapat

terdegradasi secara penuh oleh bakteri, jamur dan alga. Namun oleh karena proses

produksi bahan dasarnya yang rumit mengakibatkan harga kemasan biodegradable ini

relatif mahal. Berikut ini Gambar 2.3 Polimer biodegradabel sebagai bahan

biokemasan.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.4 Polimer biodegradabel sebagai bahan biokemasan

(Tharanathan, 2003)

Berdasarkan bahan baku yang digunakan plastik biodegradabel dikelompokkan

menjadi 2, yaitu kelompok dengan bahan baku petrokimia (non-renewable resources)

dengan bahan aditif dari senyawa bio-aktif yang bersifat biodegradabel dan kelompok

kedua dari semua bahan bakunya berasal dari sumber daya alam terbarukan

(renewable resources), seperti dari bahan tanaman pati dan selulosa serta hewan

seperti cangkang atau mikroorganisme yang dimanfaatkan untuk mengakumulasi

plastik yang berasal dari sumber tertentu misalnya lumpur aktif dan limbah cair yang

kaya akan bahan-bahan organik sebagai sumber makanan bagi mikroorganisme

tersebut (Wilkipedia, 2009; Adam et al, 2009).

Averous (2008), mengelompokkan polimer biodegradabel ke dalam dua

kelompok dan empat keluarga berbeda berikut ini klasifikasi polimer biodegradabel

yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2 Klasifikasi Polimer Biodegradabel (Averous, 2008)

Pada Gambar 2.2 Klasifikasi Polimer Biodegradabel, Averous (2008),

mengelompokkan polimer biodegradabel ke dalam dua kelompok dan empat keluarga

berbeda. Kelompok utama adalah: (1) agro-polymer yang terdiri dari polisakarida,

protein dan sebagainya; dan (2) biopoliester (biodegradable polyesters) seperti poli

asam laktat (PLA), poly hydroxy alkanoate (PHA), aromatik and alifatik kopoliester.

Biopolimer yang tergolong agro-polymer adalah produk-produk biomassa yang

diperoleh dari bahan-bahan pertanian. seperti polisakarida, protein dan lemak.

Biopoliester dibagi lagi berdasarkan sumbernya. Kelompok Polyhydroxy-alkanoate

(PHA) didapatkan dari aktivitas mikroorganisme yang didapatkan dengan cara

ekstraksi. Contoh PHA diantaranya Poly (hydroxybutyrate) (PHB) dan Poly (hydroxy

butyrate co-hydroxy valerate) (PHBV). Kelompok lain adalah biopoliester yang

diperoleh dari aplikasi bioteknologi, yaitu dengan sintesa secara konvensional

monomer-monomer yang diperoleh secara biologi, yang disebut kelompok polilaktida.

Contoh polilaktida adalah poli asam laktat. Kelompok terakhir diperoleh dari produk-

produk petrokimia yang disintesa secara konvensional dari monomer-monomer

sintetis. Kelompok ini terdiri dari poly capro lactones (PCL), polyester amides,

aliphatic co-polyesters dan aromatic co-polyesters.

Universitas Sumatera Utara

2.3 Poly Lactic Acid (PLA)

2.3.3 2.3.1 Pengertian

Asam laktat (lactic acid) adalah salah satu asam organik yang penting di industri,

terutama di industri makanan. Di samping itu, penggunaannya sekarang lebih luas

karena bisa dipakai sebagai bahan baku pembuatan poly lactic acid, biodegradabel

plastik yang merupakan polimer dari asam laktat (Datta et al. 1995; Hofvendahl

and Hahn-Hagerdal 2000).

Pengolahan bahan baku pati cukup mudah dilakukan dengan melibatkan proses

fermentasi asam laktat menjadi Poly Lactic Acid (PLA). PLA memiliki sifat mirip

dengan plastik konvensional (Pranamuda, 2001).

Salah satu jenis biodegradabel poliester adalah Poli asam laktat (poly lactic

acid). Poli asam laktat (PLA) ditemukan pada tahun 1932 oleh Carothers (DuPont)

yang memproduksi PLA dengan berat molekul rendah dengan memanaskan asam

laktat pada kondisi vakum. Pada tahap selanjutnya, DuPont dan Ethicon memfokuskan

pembuatan aplikasi medical grade satures, implan dan kemasan obat. Baru-baru ini,

beberapa perusahaan seperti Shimadzu dan Mitsui Tuatsu di Jepang telah

memproduksi sejumlah PLA untuk aplikasi plastik. Poli asam laktat atau Poli laktida

(PLA) dengan rumus kimia (CH3CHOHCOOH)n adalah sejenis polimer atau plastik

yang bersifat biodegradabel, termoplastik dan merupakan poliester alifatik yang

terbuat dari bahan-bahan terbarukan seperti pati jagung, pati ubi dan sebagainya.

Walaupun PLA sudah dikenal sejak abad yang lalu, namun baru diproduksi secara

komersial dalam beberapa tahun terakhir dengan keunggulannya yaitu memiliki

kemampuan untuk terdegradasi secara biologi.

Gambar 2.3 Rumus Struktur Poly Asam Laktat

Universitas Sumatera Utara

(http://en.wikipedia.org/wiki/Lactic_acid).

Pada Gambar 2.3 terdapat rumus struktur Poly Asam Laktat, yang secara

struktur Poly asam laktat adalah asam karboksilat dengan satu gugus (hidroksil) yang

menempel pada gugus karboksil. Asam laktat larut dalam air dan etanol serta bersifat

higroskopik. Dalam air, ia terlarut lemah dan melepas proton (H+), membentuk ion

laktat. Asam ini juga larut dalam alkohol dan bersifat menyerap air (higroskopik).

Langkah pertama dalam sintesa PLA adalah produksi asam laktat. Asam laktat

(IUPAC: 2-hydroxy propanoic acid) yang biasa disebut sebagai asam susu adalah

salah satu bahan kimia yang berperan penting dalam industri biokimia. Asam laktat

pertama kali berhasil diisolasi oleh ahli kimia Swedia, Carl Wilhelm Scheele pada

tahun 1780. Asam laktat mempunyai rumus kimia C3H6O3, termasuk keluarga asam

hidroksi propionat dengan rumus molekul CH3CHOHCOOH. Pada Gambar 2.4 adalah

struktur molekul asam laktat. Asam laktat dalam larutan akan kehilangan satu proton

dari gugus asam dan menghasilkan ion laktat CH3CH(OH)COO-. Berikut ini adalah

gambar struktur molekul asam asetat.

Gambar 2.4 Struktur molekul asam laktat

(http://en.wikipedia.org/wiki/Lactic_acid).

Asam laktat adalah cairan pekat tak berwarna, tak berbau, larut di dalam air dalam

berbagai perbandingan, alkohol dan eter tetapi tidak larut dalam kloroform. Senyawa

ini termasuk asam lemah dengan daya penguapan yang rendah. Menurut Botelho et al

(2004), kelebihan PLA dibandingkan dengan plastik yang terbuat dari minyak bumi

adalah:

2 Biodegradable artinya PLA dapat diuraikan secara alami di lingkungan oleh

mikroorganisme.

3 Biocompatible dimana pada kondisi normal, jenis plastik ini dapat diterima oleh

sel atau jaringan biologi.

Universitas Sumatera Utara

4 Dihasilkan dari bahan yang dapat diperbaharui (termasuk sisa industri) dan bukan

dari minyak bumi.

5 100% recyclable melalui proses hidrolisis asam laktat dan digunakan kembali

untuk aplikasi yang berbeda atau bisa digabungkan untuk menghasilkan produk

lain.

6 Tidak menggunakan pelarut organik/bersifat racun dalam memproduksi PLA.

7 Dapat dibakar sempurna dan menghasilkan gas CO2 dan air.

Saat ini, PLA sudah digunakan untuk beragam aplikasi, diantaranya dibidang

medis, kemasan dan tekstil. Dibidang medis, PLA sudah lama digunakan sebagai

benang jahit pada saat operasi serta bahan pembungkus kapsul. Selain itu, pada

dasawarsa terakhir PLA juga dikembangkan dalam upaya perbaikan jaringan tubuh

manusia. PLA juga telah dikembangkan untuk pembuatan kantong plastik (retail

bags), kontainer, bahkan edible film untuk sayuran dan buah. Dalam bentuk film dan

bentuk foam digunakan untuk pengemas daging, produk susu, atau roti. Dapat juga

digunakan dalam bentuk botol dan cangkir sekali pakai untuk kemasan air, susu, jus

dan minuman lainnya. Piring, mangkok, nampan, tas, film pertanian merupakan

penggunaan lain dari jenis plastik ini. Selain itu dibidang tekstil PLA juga telah

diaplikasikan untuk pembuatan kaos dan tas. Di Jepang, PLA bahkan sudah

dikembangkan sebagai bahan dasar pembuatan Compact Disc (CD) oleh Sanyo.

2.3.4 2.3.2 Prospek Perkembangan PLA di Indonesia

Upaya pengembangan teknologi kemasan plastik biodegrdabel dewasa ini

berkembang sangat pesat. Berbagai riset telah dilakukan di negara maju (Jerman,

Prancis, Jepang, Korea, Amerika Serikat, Inggris dan Swiss) ditujukan untuk menggali

berbagai potensi bahan baku biopolimer. Di Jerman, pengembangan untuk

mendapatkan polimer biodegradabel pada poly hydroxy butiyrat (PHB), Jepang (chitin

dari kulit Crustaceae, zein dari jagung). Aktivitas penelitian lain yang dilakukan

adalah bagaimana mendapatkan kemasan termoplastik degradabel yang mempunyai

masa pakai (life times) yang relatif lebih lama dengan harga yang lebih murah.

Pengembangan lain yang sangat penting adalah perbaikan sifat-sifat fisik dan

penggunaan bahan pemlastis.

Universitas Sumatera Utara

Kendala utama yang dihadapi dalam pemasaran kemasan ini adalah harganya

yang relatif tinggi dibandingkan film kemasan PE. Biaya produksi yang tinggi berasal

dari komponen bahan baku (sumber karbon), proses fermentasi (isolasi dan purifikasi

polimer) dan investasi modal.

Sebenarnya prospek pengembangan biopolimer untuk kemasan plastik

biodegradabel di Indonesia sangat potensial. Alasan ini didukung oleh adanya sumber

daya alam, khususnya hasil pertanian yang melimpah dan dapat diperoleh sepanjang

tahun. Berbagai hasil pertanian yang potensial untuk dikembangkan menjadi

biopolimer adalah jagung, sagu, kacang kedelai, kentang, tepung tapioka, ubi kayu

(nabati) dan kitin dari kulit udang (hewani) dan lain sebagainya. Kekayaan akan

sumber bahan dasar seperti tersebut di atas, justru sebaliknya menjadi persoalan

potensial yang serius pada negara-negara yang telah maju dan menguasai ilmu dan

teknologi kemasan biodegrdabel, khususnya di Jerman. Negara tersebut dengan

penguasaan IPTEK yang tinggi di bidang teknologi kemasan, merasa khawatir

kekurangan sumber bahan dasar (raw materials) dan akan menjadi sangat tergantung

pada negara yang kaya akan sumber daya alam.

Pada tahun 2005 Liesbetini Hartono, dkk melakukan penelitian, yaitu

Rekayasa proses produksi poli asam laktat (PLA) dari pati sagu sebagai bahan baku

plastik biodegradabel dengan menggunakan variasi jenis bakteri dan kondisi operasi

proses fermentasi untuk menghasilkan asam laktat dan dengan proses polimerisasi

kondensasi langsung dapat dihasilkan PLA.

Pada tahun 2006, Hanny Widjaja, dkk melakukan penelitian mengenai sintesa

PLA dari Limbah Pembuatan Indigenous Starch untuk Pembuatan Plastik Ramah

Lingkungan, dimana pada penelitian ini variasi yang dipakai adalah jenis bakteri

untuk fermentasi, dimana nantinya diperoleh bakteri yang terbaik untuk menghasilkan

Asam Laktat, dengan proses polikondensasi azeotropik dapat dihasilkan PLA. Ery

Susiany Retnoningtyas, dkk melakukan penelitian mengenai pembuatan plastik

biodegradabel dari kulit pisang.

Universitas Sumatera Utara

Pada tahun 2009, Yusmarlela melakukan penelitian dengan judul Studi

Pemanfaatan Plastiser Gliserol Dalam Film Pati Ubi Dengan Pengisi Serbuk Batang

Ubi Kayu. Sifat Mekanik Campuran Pati Ubi Kayu dengan Pemlastis pada berbagai

komposisi dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil Uji Sifat Mekanik Campuran Pati Ubi Kayu dengan Pemlastis

Gliserol pada Berbagai Komposisi

Komposisi

No Pati ubi (gram) Gliserol (gram) Kekuatan tarik (MPa) Kemuluran (%)

1 10 0 5,833 2,895

2 10 1 7,667 18,516

3 10 2 3,000 26,547

4 10 3 2,500 20,922

5 10 4 1,300 16,094

6 10 5 1,000 13,793

Hasil uji sifat mekanik pada Tabel 4.1 memperlihatkan bahwa penggunaan gliserol

pada kadar 10% memberikan kekuatan tarik lebih tinggi dibandingkan dengan kadar

0%. Hal ini terjadi karena pada kadar 10 % dari 10 gram campuran berada pada titik

jenuh yang menyebabkan molekul-molekul pemlastis hanya terdispersi dan

berinteraksi diantara stuktur rantai pati yang menyebabkan rantai-rantai pati lebih sulit

bergerak akibat halangan sterik. Sementara itu yang menyebabkan kekuatan tarik

meningkat dikarena adanya gaya intermolekuler antar rantai pati tersebut. Apabila

kadar gliserol ditingkatkan 20%-50% akan menyebabkan kekuatan tarik menurun. Hal

ini disebabkan karena titik jenuh telah terlampaui, sehingga molekul pemlastis yang

berlebih berada pada fase tersendiri di luar fase pati dan akan menurunkan gaya

intermolekuler antar rantai yang menyebabkan gerakan rantai lebih bebas dan

akibatnya gaya intermolekuler antar rantai menurun. Berdasarkan penjelasan di atas

dapat dikatakan bahwa campuran pati ubi kayu dengan gliserol mencapai

kompatibilitas tertinggi pada kadar 10%.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.2. Hasil Uji Sifat Mekanik Campuran Pati Ubi Kayu dengan Pemlastis

Gliserol dan Penambahan Serbuk Batang Ubi Kayu pada Berbagai Komposisi

Komposisi

No Pati ubi

(gram)

Gliserol

(gram) Serbuk(gram)

Kekuatan

tarik (Mpa)

Kemuluran

(%)

1 10 1 0,5 9,333 18,531

2 10 2 0,5 4,167 17, 656

3 10 2 1 7,583 13,000

4 10 3 0,5 3,250 15,406

5 10 3 1 2,750 10,313

6 10 4 0,5 2,250 16,670

7 10 4 1 2,167 9,453

Hasil uji sifat mekanik pada Tabel 4.2 menunjukan peningkatan sifat mekanik

uji tarik pada campuran antara 10 gram pati dengan 1 gram gliserol dan 0,5 gram

serbuk batang ubi kayu yang dapat meningkatkan sifat mekanik uji tarik bahan

dibandingkan tanpa gliserol. Hal ini disebabkan serbuk dapat memperkuat bahan

tersebut.

Kesimpulan dari penelitian ini adalah :

1. Penambahan gliserol dalam film pati ubi kayu dapat meningkatkan kelarutan pati

dalam air dan juga dapat menambah kuat tarik film pati dibandingkan tanpa

gliserol, perbandingan yang baik antara gliserol dan pati yaitu 10 : 1.

2. Hasil analisa uji tarik pada film pati ubi kayu dengan campuran gliserol dan sebuk

batang ubi kayu rasio (1 : 0,5) memperlihatkan naiknya nilai kuat tarik dari 7,667

Mpa sebelum penambahan serbuk menjadi 9,333 Mpa sesudah penambahan

serbuk.

3. Hasil analisa uji tarik, uji DTA dan uji-FTIR menunjukkan bahwa film pati ubi

kayu yang mengandung gliserol dan serbuk batang ubi kayu menunjukkan adanya

interaksi fisik (ikatan hidrogen) antara pati, gliserol dan serbuk batang ubi kayu.

Universitas Sumatera Utara

Masih dengan menggunakan variasi kondisi operasi fermentasi untuk

menghasilkan PLA. Kebanyakan penelitian yang dilakukan di Indonesia adalah

dengan variasi bahan baku untuk memperoleh bahan alam apa yang paling sesuai

untuk membuat PLA dan juga proses fermentasi bukan dengan variasi katalis.

Penelitian yang pernah dilakukan yaitu sintesis PLA dengan bahan baku yang berasal

dari pati sagu, limbah indigenous pati, kulit pisang, pati singkong, pati jagung, kulit

udang, talas, dan lain sebagainya.

PLA memiliki sifat properties yang cukup baik jika digunakan sebagai aplikasi

pengganti plastik konvensional. Aplikasi PLA yang telah dikembangkan saat ini

diantaranya di bidang medis, pengemasan makanan, edible film, tekstil bahkan casing

barang elektronik ringan. Perkembangan plastik biodegradabel di Indonesia,

khususnya PLA masih terkendala masalah teknologi dan investasi, sementara tersedia

bahan baku yang melimpah.

2.4 Kemasan makanan

Pengertian umum dari kemasan adalah suatu benda yang digunakan sebagai wadah

atau tempat yang dikemas dan dapat memberikan perlindungan sesuai dengan

tujuannya. Adanya kemasan yang dapat membantu mencegah atau mengurangi

kerusakan, melindungi bahan yang ada di dalamnya dari pencemaran serta gangguan

fisik seperti gesekan, benturan dan getaran. Dari promosi kemasan berfungsi sebagai

perangsang atau daya tarik pembeli. Bahan kemasan yang umum untuk pengemasan

produk hasil pertanian untuk tujuan pengangkutan atau distribusi adalah kayu, serat

goni, plastik, kertas dan gelombang karton.

Melindungi bahan pangan dari kontaminasi berarti melindunginya terhadap

mikroorganisme dan kotoran serta terhadap gigitan serangga atau binatang pengerat

lainnya. Melindungi kandungan airnya berarti makanan di dalamnya tidak boleh

menyerap air dari atmosfer dan juga tidak boleh berkurang kadar airnya. Jadi,

wadahnya harus kedap air. Perlindungan terhadap bau dan gas dimaksudkan supaya

bau atau gas yang tidak diinginkan tidak dapat masuk melalui wadah tersebut dan

Universitas Sumatera Utara

jangan sampai merembes keluar melalui wadah. Wadah yang rusak karena tekanan

atau benturan dapat menyebabkan makanan di dalamnya juga rusak dalam arti

berubah bentuknya (Winarno, 1983).

Untuk itu perlu adanya inovasi dalam pembuatan plastik yang ramah

lingkungan. Menurut Syarief (1988) ada lima syarat yang dibutuhkan kemasan yaitu

penampilan, perlindungan, fungsi, bahan dan biaya, serta penanganan limbah

kemasan.

Pengemasan komoditi hortikultura adalah suatu usaha menempatkan komoditi

segar ke dalam suatu wadah yang memenuhi syarat sehingga mutunya tetap atau

hanya mengalami sedikit penurunan pada saat diterima oleh konsumen akhir dengan

nilai pasar yang tetap tinggi. Dengan pengemasan, komoditi dapat dilindungi dari

kerusakan, benturan mekanis, fisik, kimia dan mikrobiologis selama pengangkutan,

penyimpanan dan pemasaran (Sacharow dan Griffin, 1980).

Menurut Erliza dan Sutedja (1987) bahan kemasan harus mempunyai syarat-

syarat, yaitu : tidak toksik, harus cocok dengan bahan yang dikemas, harus menjamin

sanitasi dan syarat-syarat kesehatan, dapat mencegah kepalsuan, kemudahan

membuka dan menutup, kemudahan dan keamanan dalam mengeluarkan isi,

kemudahan pembuangan kemasan bekas, ukuran, bentuk dan berat harus sesuai, serta

harus memenuhi syarat-syarat yaitu kemasan yang ditujukan untuk daerah tropis

mempunyai syarat yang berbeda dari kemasan yang ditujukan untuk daerah subtropis

atau daerah dingin. Demikian juga untuk daerah yang kelembaban tinggi dan daerah

kering.

Berdasarkan fungsinya pengemasan dibagi menjadi dua, yaitu pengemasan

untuk pengangkutan dan distribusi (shiping/delivery package) dan pengemasan untuk

perdagangan eceran atau supermarket (retail package). Pemakaian material dan

pemilihan rancangan kemasan untuk pengangkutan dan distribusi akan berbeda

dengan kemasan untuk perdagangan eceran. Kemasan untuk pengangkutan atau

distribusi akan mengutamakan material dan rancangan yang dapat melindungi

kerusakan selama pengangkutan dan distribusi, sedangkan kemasan untuk eceran

Universitas Sumatera Utara

diutamakan material dan rancangan yang dapat memikat konsumen untuk membeli

(Peleg, 1985).

Menurut Winarno, et al. (1986) makanan yang dikemas mempunyai tujuan

untuk diawetkan, yaitu : mempertahankan mutu kesegaran, warnanya yang tetap untuk

menarik konsumen, memberikan kemudahan penyimpanan dan distribusi serta yang

lebih penting lagi dapat menekan peluang terjadinya kontaminasi dari udara, air dan

tanah, baik oleh mikroorganisme pembusuk, mikroorganisme yang dapat

membahayakan kesehatan manusia, maupun bahan kimia yang bersifat merusak atau

racun.

Beberapa faktor yang penting diperhatikan dalam pengemasan bahan pangan

adalah sifat bahan pangan tersebut, keadaan lingkungan dan sifat bahan pengemas.

Sifat bahan pangan antara lain adalah adanya kecendrungan untuk mengeras dalam

kadar air dan suhu yang berbeda-beda, daya tahan terhadap cahaya, oksigen dan

mikroorganis. Winarno dan Jennie (1982) mengemukakan bahan pengemas harus

tahan serangan hama atau binatang pengerat dan bagian dalam yang berhubungan

langsung dengan bahan pangan harus tidak berbau, tidak mempunyai rasa serta tidak

beracun serta tidak boleh bereaksi dengan komoditi.

Adanya pengemasan dapat membantu mencegah atau mengurangi terjadinya

kerusakan-kerusakan. Menurut Brody (1972) kerusakan terjadi karena pengaruh

lingkungan luar dan pengaruh kemasan yang digunakan. Faktor-faktor yang

mempengaruhi kerusakan bahan pangan sehubungan dengan kemasan yang

digunakan. Winarno dan Jenie (1983) kerusakan dapat digolongkan menjadi dua

golongan, yaitu : golongan pertama kerusakan ditentukan oleh sifat alamiah dari

produk dan tidak dapat dicegah dengan pengemasan, misalnya : perubahan kimia,

biokimia, fisik serta mirobiologi sedangkan golongan kedua, kerusakan yang

ditentukan oleh lingkungan dan hampir seluruhnya dapat dikontrol dengan kemasan

yang dapat digunakan, misalnya kerusakan mekanis, perubahan kadar air bahan,

absorpsi dan interaksi dengan oksigen. Berbagai jenis bahan digunakan untuk

keperluan kemasan, diantaranya adalah bahan-bahan dari logam, kayu, gelas, kertas,

papan, kertas.

Universitas Sumatera Utara

2.5 Enceng Gondok

2.5.3 2.5.1 Ketersediaan Enceng gondok

Enceng gondok merupakan tumbuhan air tawar yang dikenal sebagai gulma.

Tumbuhan ini banyak ditemukan di Indonesia khususnya di perairan. Enceng gondok

menghasilkan bahan organik yang mempercepat proses pendangkalan, juga

mengurangi produksi ikan karena kerapatan tumbuhan menghalangi masuknya sinar

matahari kedalam air dan menghambat proses aerasi. Pertumbuhannya sangat cepat

dan menimbulkan berbagai masalah. Enceng gondok dapat dimanfaatkan sebagai

bahan pembuat kertas, dan apabila diproses lebih lanjut bisa dibuat etanol.

Gambar 2.5 Enceng gondok (Eichornia Crassipes)

(Sumber : www.ahmadfauzibratasena.wordpress.com)

Gambar 2.5 adalah gambar enceng gondok. Enceng gondok termasuk dalam

genus Eichornia, famili Pontederiaceae, kelas monocotyledonae dan divisi

phanerogamae. Enceng gondok merupakan tanaman yang hidup mengapung di air dan

kadang-kadang berakar dalam tanah. Tingginya sekitar 0,4 – 0,8 meter. Tidak

mempunyai batang, daunnya tunggal dan berbentuk oval. Ujung dan pangkalnya

meruncing, pangkal tangkai daun menggelembung. Permukaan daunnya licin dan

berwarna hijau. Bunganya termasuk bunga majemuk berbentuk bulir, kelopaknya

berbentuk tabung. Bijinya berbentuk bulat dan berwarna hitam. Buahnya kotak

Universitas Sumatera Utara

beruang tiga dan berwarna hijau. Akarnya merupakan akar serabut. Pada umumnya

enceng gondok tumbuh dengan cara vegetatif yaitu dengan menggunakan stolon.

Kondisi optimum bagi perkembangannya memerlukan kisaran waktu antara 11-18

hari.

Enceng gondok merupakan gulma yang tumbuh di wilayah perairan yang

hidup terapung pada air yang dalam atau mengembangkan perakaran di dalam lumpur

pada air yang dangkal (Pasaribu 2007). Gulma air tersebut juga banyak terdapat di

waduk-waduk (Artati 2006).

Enceng gondok berkembang biak dengan sangat cepat, baik secara vegetatif

maupun generatif. Perkembangbiakan dengan cara vegetatif dapat melipat ganda

dalam waktu 7-10 hari. Enceng gondok merupakan tanaman asli Brazil yang

didatangkan ke indonesia tahun 1894 untuk melengkapi koleksi tanaman di Kebun

Raya Bogor. Tanaman ini telah menyebar ke seluruh perairan yang ada, baik waduk,

rawa, maupun sungai di perairan Jawa, sumatera, Kalimantan dan daerah lainnya

(Suprapti, 2008).

Tumbuhan enceng gondok tumbuh dengan sangat pesat karena tumbuh

mengapung di air, maka dengan mudah tumbuhan ini menutupi permukaan air.

Pemanfaatan enceng gondok belum bisa menanggulangi laju pertumbuhannya yang

sangat pesat. Pemanfaatan enceng gondok yang telah dilakukan adalah pemanfaatan

sebagai pejernih air, karena sifatnya yang mampu mengabsorpsi logam berbahaya

yang terkandung dalam air. Selain itu protein yang terdapat pada enceng gondok

mampu dijadikan sebagai pakan ternak.

Kandungan serat pada enceng gondok mencapai 20% dari berat keringnya.

Dengan kondisi seperti itu, maka serat enceng gondok berpotensi untuk dimanfaatkan

sebagai bahan komposit tekstil. Pertumbuhan tekstil di Indonesia sangat baik. Bahkan

industri tekstil merupakan komoditi ekspor terbesar non migas.

Enceng gondok yang tumbuh sangat cepat menjadi masalah bagi para petani.

Namun dengan telah ditemukannya manfaat dari enceng gondok, banyak yang

mencoba untuk memanfaatkannya sekaligus sebagai salah satu upaya pengendalian

tumbuhan gulma tersebut. Dengan teknologi sederhana, tumbuhan ini dapat digunakan

Universitas Sumatera Utara

untuk pembuatan karton kasar. Sejak tahun 1981 kota San Diego telah memanfaatkan

kemampuan enceng gondok yang mampu mengabsorpsi logam-logam berbahaya yang

terdapat pada air. Selain itu eceng gondok telah dimanfaatkan di Tegal sebagai bahan

kerajinan seperti tas (Republika, 1997). Namun dari berbagai macam pemanfaatan

tersebut belum dapat mengoptimalkan pengendalian enceng gondok dengan laju

pertumbuhannya yang cepat.

Hasil penelitian Badan Pengendalian Dampak Lingkungan Sumatera Utara di

Danau Toba (2003) melaporkan bahwa satu batang enceng gondok dalam waktu 52

hari mampu berkembang seluas 1 ha, atau dalam waktu 1 tahun mampu menutup area

seluas 7 ha. Heyne (1987) menyatakan bahwa dalam waktu 6 bulan pertumbuhan

enceng gondok pada areal 1 ha dapat mencapai bobot basah sebesar 125 ton.

Secara fisiologis, enceng gondok dapat berkembang biak secara cepat, baik

secara vegetatif maupun secara generatif. Perkembangan dengan cara vegetatif dapat

melipat ganda dua kali dalam waktu 7-10 hari (Pasaribu 2007).

Menurut Sastroutomo (1977), enceng gondok tiap tahunnya berbunga dan

setelah 20 hari terjadi penyerbukan, buah masak, lepas dan pecah kemudian biji

masuk ke dalam air. Enceng gondok merupakan gulma lingkungan perairan dan

merupakan jenis tumbuhan agresif. Tanaman ini bukan tanaman asli daerah indonesia

yang mampu menguasai vegetasi alami dan menghambat jenis-jenis asli bahkan

memusnahkan.

Danau dan waduk yang telah ditumbuhi enceng gondok semakin banyak,

misalnya : Danau Rawa Pening, Danau Toba, Danau Kerinci, Danau Limboto, Danau

Tempe, Danau Tondano, Danau Sentani, Waduk Saguling, waduk dan bendung Curug

(ketiganya di DAS Citarum). Demikian juga enceng gondok di Sungai Rokan, Siak,

Musi serta sungai lainnya di Kalimantan dan sungai lainnya di Indonesia. Beberapa

faktor lingkungan ternyata sangat mempengaruhi kelimpahan dan penyebaran enceng

gondok di perairan tersebut, diantaranya kecepatan arus dan kedalaman air.

Menurut Zerrudo dkk, (1979), tangkai daun (petioules) enceng gondok

mengandung 34,6% fiber berdasarkan berat kering oven, dengan panjang fiber rata-

Universitas Sumatera Utara

rata 1,53 mm dan berdinding tipis, mengandung sedikit lignin, holoseluosa, pentosa

yang tinggi tetapi mengandung sedikit silika, ekstraktif cukup larut dalam alkohol –

benzena tetapi larut banyak dalam NaOH 1%.

Menurut Gopal dan Sharma (1981), enceng gondok mengandung 11,3% lignin,

13,3% pentosan, 26,9% - 50% selulosa dan hanya 0,018% pati. Kadar selulosa

dilaporkan ditemukan dalam jumlah yang besar yaitu 26,1%; 32%, 42% dan 40-50%.

Selulosa yang dihasilkan sebaik kapas dengan karakteristik serat sebagai berikut :

panjang 1,53 mm, lebar 0,023 mm, tebal dinding sel 3,5 µm dengan kadar abu yang

tinggi.

Banyak peneliti melaporkan bahwa enceng gondok dapat menyerap zat

pencemar dalam air dan dapat dimanfaatkan untuk mengurangi beban pencemaran

lingkungan. Tercatat bahwa dalam waktu 24 jam enceng gondok mampu menyerap

logam Cd, Hg dan Ni sebesar 1,35 mg/g; 1,77 mg/g dan 1,16 mg/g bila logam itu

berada dalam keadaan tidak tercampur dan menyerap Cd 1,23 mg/g, 1,88 mg/g dan Ni

0,35 mg/g berat kering apabila logam-logam itu berada dalam keadaan tercampur

dengan logam lain dalam air (Aningsih, 1991).

Kandungan selulosa Cross and Bevan enceng gondok sebesar 64,51% dari

berat total (Joedodibroto, 1983) memungkinkan enceng gondok dapat dipakai sebagai

bahan baku pembuatan papan partikel. Pemanfaatan enceng gondok sebagai bahan

baku pembuatan papan partikel merupakan salah satu alternatif manfaat yang

memberikan nilai tambah eceng gondok bagi masyarakat. Dengan bertambahnya cara

pemanfaatan eceng gondok maka populasinya diharapkan dapat dikontrol, sehingga

permasalahan yang timbul sebagaimana yang dipaparkan sebelumnya dapat diatasi

(Saputra dan Prasetyo, 2005).

Salah satu upaya yang cukup prospektif untuk menanggulangi gulma enceng

gondok di kawasan perairan danau adalah dengan memanfaatkan tanaman enceng

gondok untuk kerajinan kertas seni. Enceng gondok dapat dimanfaatkan sebagai bahan

baku kertas karena mengandung serat/selulosa (Joedodibroto, 1983). Pulp enceng

gondok yang dihasilkan berwarna coklat namun dapat diputihkan dengan proses

pemutihan (bleaching). Pulp juga dapat menyerap zat pewarna yang diberikan dengan

Universitas Sumatera Utara

cukup baik, sehingga berbagai variasi warna kertas dapat dihasilkan melalui proses

ini.

Pengaruh enceng gondok yang menyebabkan lingkungan kekurangan oksigen

merangsang anaerob untuk produksi etilen, sehingga aktifitas selulosa meningkat. Hal

ini menyebabkan peleburan parenkim membentuk aerenkim. Dengan populasi yang

begitu melimpah dan pengendaliannya yang kurang maksimal maka, enceng gondok

harus dimanfaatkan khususnya serat pada enceng gondok. Hal tersebut diharapkan

dapat mengendalikan pertumbuhannya yang begitu pesat serta mengkomersialisasikan

enceng gondok.

Upaya mengendalikan pertumbuhan enceng gondok pada perairan danau yang

sering dilakukan dengan cara mengangkat dan membuangnya ke media lingkungan

menjadi sampah. Namun, beberapa tahun ini enceng gondok dimanfaatkan dan

dikembangkan potensinya sebagai bahan pupuk organik yang sangat berguna bagi

tanaman yang sekaligus dapat meningkatkan pendapatan masyarakat di daerah

tangkapan air danau maupun masyarakat sekitar danau.

Pupuk organik dari bahan baku enceng gondok ini dapat pula digunakan

sebagai media tumbuh persemaian, pembibitan maupun pertumbuhan tanaman wadah

(pot). Dengan tersedianya pupuk organik tersebut, diharapkan dapat membantu upaya

pemulihan kualitas air danau dan mempercepat upaya pemulihan lahan kritis di daerah

tangkapan air danau.

Dengan banyaknya dampak negatif yang dapat ditimbulkan oleh enceng

gondok, maka penanganan atau pengelolaan tanaman ini harus dilaksanakan dengan

lebih serius. Biaya pengawasan dan penanggulangan masalah enceng gondok ini

memang tidak sedikit, karena itu maka partisipasi masyarakat untuk menjaga kondisi

lingkungan perairan agar tetap bersih dengan misalnya, tidak membuang sampah ke

dalam sungai, secara bergotong-royong mengangkat enceng gondok dari permukaan

air, sangat diperlukan untuk mengurangi penyebaran tanaman tersebut, sekaligus dapat

membantu pemerintah mengurangi beban dana yang harus dikeluarkan bagi

pengelolanya.

Universitas Sumatera Utara

Akibat-akibat negatif yang ditimbulkan enceng gondok antara lain:

Meningkatnya evapotranspirasi (penguapan dan hilangnya air melalui daun-daun

tanaman), karena daun-daunnya yang lebar dan serta pertumbuhannya yang cepat.

Menurunnya jumlah cahaya yang masuk kedalam perairan sehingga menyebabkan

menurunnya tingkat kelarutan oksigen dalam air (DO: Dissolved Oxygens).

Tumbuhan enceng gondok yang sudah mati akan turun ke dasar perairan sehingga

mempercepat terjadinya proses pendangkalan.

Mengganggu lalu lintas (transportasi) air, khususnya bagi masyarakat yang

kehidupannya masih tergantung dari sungai seperti di pedalaman Kalimantan dan

beberapa daerah lainnya.

Meningkatnya habitat bagi vektor penyakit pada manusia.

Menurunkan nilai estetika lingkungan perairan.

Penyebaran tanaman ini dengan cepat telah menimbulkan kerugian ekonomi,

sosial dan lingkungan yaitu menutupi jalannya air, mempengaruhi transportasi air

untuk pertanian dan pariwisata, menutupi danau dan sungai, menurunkan oksigen

yang terlarut (dissolved oxygen) pada badan air dan menurunkan produksi perairan

(Ding et al., 2000). Keberadaan enceng gondok sebagai gulma yang sulit diberantas

menimbulkan berbagai masalah bukan hanya di Indonesia, tetapi juga di beberapa

negara lain di belahan dunia yang sejak lama mendapatkan permasalahan baik sosial,

ekonomi maupun lingkungan oleh keberadaan enceng gondok (Kurniawan, 2002).

Berbagai upaya pengendalian telah banyak dilakukan, namun hasilnya kurang

memuaskan. Sebagai contoh, upaya pengendalian yang telah dilakukan oleh Perum

Otorita Jatiluhur di Bendungan Curug, PT Indonesia Power di Saguling serta

dilakukan juga di Cirata, Departemen Pekerjaan Umum di Danau Kerinci dan Rawa

Pening, dan KLH di Danau Limboto, Danau Tempe dan Danau Tondano. Banyak

biaya yang telah dikeluarkan oleh instansi tersebut di atas, namun hasilnya kurang

optimal.

Karena enceng gondok dianggap sebagai gulma yang mengganggu, maka

berbagai cara dilakukan untuk menanggulanginya. Tindakan-tindakan yang dilakukan

untuk mengatasinya antara lain:

Universitas Sumatera Utara

Menggunakan herbisida

Mengangkat enceng gondok tersebut secara langsung dari lingkungan perairan

Menggunakan predator (hewan sebagai pemakan enceng gondok), salah

satunya adalah dengan menggunakan ikan grass carp (Ctenopharyngodon

idella) atau ikan koan. Ikan grass carp memakan akar enceng gondok, sehingga

keseimbangan gulma di permukaan air hilang, daunnya menyentuh permukaan

air sehingga terjadi dekomposisi dan kemudian dimakan ikan. Cara ini pernah

dilakukan di danau Kerinci dan berhasil mengatasi enceng gondok di danau

tersebut.

Memanfaatkan enceng gondok tersebut, misalnya sebagai bahan pembuatan

kertas, kompos, biogas, perabotan, kerajinan tangan sebagai media

pertumbuhan bagi jamur merang, dsb.

Ketersediaan bahan baku mutlak diperlukan dalam mengembangkan suatu

bidang usaha. Dari segi bahan baku, dirasakan masih akan terus melimpah sampai

waktu yang masih lama. Jadi, belum dirasakan masalah akan pengadaan bahan baku

enceng gondok ini.

Selulosa termasuk dalam serat yang panjang, yang memiliki kekuatan yang

lebih dari serat lainnya karena serat panjang mempunyai struktur yang lebih sempurna

disebabkan struktur kristal tersusun sepanjang sumbu serat dan cacat internal pada

serat lebih sedikit dari pada material.

2.5.2 Selulosa dan Lignin

Selulosa dan lignin merupakan salah satu kriteria yang menunjukkan kekuatan serat.

Sifat mekanik yang luar biasa dari selulosa adalah regangan, kekuatan, ketahanan

terhadap tekanan, mengembang dan sifat permeabilitasnya bertambah terus selama

proses pembentukan dinding.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.6 skema ringkasan faktor yang membatasi hidrolisis selulosa

(Sumber : Jorgensen 2007)

Pada gambar 2.6 adalah Berikut ini skema tentang mekanisme pemisahan

selulosa dari lignin dan unsur-unsur yang terdapat di dalam serat. (1) merupakan

proses terpisahnya cellobiose dan β-glucosidase dari cellobiohydrolase, (2) proses

lepasnya cellobiohydrolase dari serat tumbuhan, (3) proses penguraian hemiselulosa

dari zat yang lain pada serat tumbuhan, (4) proses penguraian lignin dari zat yang lain

yang terpadat pada serat, (5) proses terlepasnya lignin, cellobiohydrolase dan

endoglucanase dari ikatan ke udara sehingga yang dihasilkan dari hidrolisis ini ada

selulosa dan (6) proses terpisahnya cellobiohydrolase dan endoglucanase dari lignin .

Di bawah tekanan komprehensif, fibril-fibril selulosa itu membengkok.

Perbedaan struktur dapat disebabkan karena perbedaan arah dan kerapatan mikrofibril

selulosa, perbedaan kandungan lignin dan lain-lain. Lignin menambah ketahanan

dinding terhadap tekanan dan mencegah melipatnya mikrofibril selulosa. Arah

mikrofibril yang berbeda-beda pada dinding sel merupakan faktor penting penentu

kekuatan dinding (Fahn, 1991). Wickens (2001) menyatakan bahwa besarnya kadar

selulosa, lignin dan pektin pada serat mempengaruhi kualitas serat.

Universitas Sumatera Utara

2.5.2.1 Selulosa

Selulosa memiliki struktur yang kuat dan berat molekul yang tinggi. Hal ini

menyebabkan selulosa memiliki kelarutan yang rendah di dalam air, sehingga sulit

untuk diserap oleh mikroorganisme selulotik melalui dinding selnya. Mikroorganisme

baru dapat memanfaatkan energi sumber dan sumber karbon dari selulosa, jika

selulosa telah dihidrolisis menjadi bentuk yang sederhana dengan berat molekul yang

lebih rendah. Berikut ini adalah struktur polimer selulosa yang dapat dilihat pada

Gambar 2.7 .

Gambar 2.7 Struktur polimer selulosa

(Sumber : http://id.wikipedia.org)

Gambar 2.7 menunjukkan struktur selulosa yang merupakan polimer tak bercabang

dari unit anhidroglukosa yang dihubungkan oleh ikatan glukosidik β-1,4. Serat

selulosa adalah sangat halus dan fleksibel. Hidrolisis lengkap dalam HCl 40% dalam

air hanya menghasilkan D-glukosa. Disakarida yang terisolasi dari selulosa yang

terhidrolisis sebagian adalah selobiosa, yang dapat dihidrolisis lebih lanjut menjadi D-

glukosa dengan suatu katalis asam dengan emulsin enzim. Selulosa sendiri tidak

mempunyai karbon hemiasetal, selulosa tidak dapat mengalami mitarotasi atau

dioksidasi oleh reagensia seperti reagensia Tollens. (Mungkin terdapat suatu

hemiasetal pada satu ujung dari tiap molekul selulosa, tetapi ujung ini hanya sebagian

kecil dari keseluruhan dan tidak menyerah ke reaksi yang dapat diamati).

Dilihat dari strukturnya, selulosa mempunyai potensi yang cukup besar untuk

dijadikan sebagai penyerap karena gugus OH yang terikat dapat berinteraksi dengan

komponen adsorbat. Adanya gugus OH, pada selulosa menyebabkan terjadinya sifat

polar pada adsorben tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa lebih kuat

Universitas Sumatera Utara

menyerap zat yang bersifat polar dari pada zat yang kurang polar. Mekanisme

penyerapan yang terjadi antara gugus -OH yang terikat pada permukaan dengan ion

logam yang bermuatan positif (kation) merupakan mekanisme pertukaran ion.

Dalam sistem pencernaan hewan herbivora terdapat beberapa bakteri yang

memiliki enzim β-glikosida sehingga hewan jenis ini dapat menghidrolisis selulosa.

Contoh hewan yang memiliki bakteri tersebut adalah rayap, sehingga dapat

menjadikan kayu sebagai makanan utamanya. Selulosa sering digunakan dalam

pembuatan plastik. Selulosa nitrat digunakan sebagai bahan peledak, campurannya

dengan kamper menghasilkan lapisan film (seluloid).

Selulosa adalah bahan kristalin untuk membangun dinding-dinding sel atau

merupakan komponen kayu terbesar yang dalam kayu lunak dan kayu keras

jumlahnya mencapai hampir setengahnya. Bahan dasar selulosa adalah glukosa

dengan rumus C6H12O6.

Molekul-molekul glukosa disambung menjadi molekul-molekul besar, panjang

dan berbentuk rantai dalam susunan menjadi selulosa. Selulosa merupakan bahan

dasar yang penting bagi industri-industri yang memakai selulosa sebagai bahan baku,

misalnya pabrik kertas, pabrik sutera tiruan dan lain sebagainya (J.F. Dumanauw,

1990).

Mekanisme pemecahan selulosa oleh mikroorganisme selulotik dihambat oleh

adanya lignin yang membungkus molekul selulosa dan sangat dipengaruhi oleh derajat

polimerisasi dan derajat kristalisasi. Selama derajat polimerisasi, derajat kristalisasi

dan kandungan lignin tinggi, selulosa akan sulit untuk dihidrolisis. Pada kondisi

demikian, produktivitas mikroorganisme sulit dalam menghasilkan enzim selulosa

akan rendah.

Pengecilan ukuran enceng gondok menjadi 100 mesh dan perlakuan

delignifikasi dalam suasana basa merupakan salah satu upaya untuk meningkatkan

efektivitas hidrolisis selulosa oleh mikroorganisme. Pengecilan ukuran dan

delignifikasi menyebabkan terputusnya rantai polimer yang panjang menjadi rantai

Universitas Sumatera Utara

polimer yang lebih pendek dan memisahkan lignin dan hemiselulosa dari selulosa

serta meningkatkan daerah amorf (menurunkan derajat kristalisasi).

Selulosa mempunyai sifat seperti kristalin dan tidak mudah larut dalam air

walaupun polimer ini sangat hidrofilik. Hal ini disebabkan oleh sifat kristalinitas dan

ikatan hidrogen intermolekuler antara gugus hidroksil (Mulder, 1996). Selulosa asetat

adalah suatu senyawa kimia buatan yang digunakan dalam film fotografi. Secara

kimia, selulosa asetat adalah ester dari asam asetat dan selulosa. Senyawa ini pertama

kali dibuat pada tahun 1865. Selain pada film fotografi, senyawa ini juga digunakan

sebagai komponen dalam bahan perekat, serta sebagai serat sintetik.

2.5.2.2 Lignin

Lignin merupakan zat yang tidak berbentuk yang bersama-sama dengan selulosa

membentuk dinding sel dari pohon kayu. Lignin berfungsi sebagai bahan perekat

antara sel-sel selulosa dari pohon kayu. Struktur molekul lignin sangat berbeda bila

dibandingkan dengan polisakarida karena terdiri atas sistem aromatik yang tersusun

atas unit-unit fenilpropana (Anonim. 2001).

Meskipun tersusun atas karbon, hidrogen dan oksigen, lignin bukanlah suatu

karbohidrat, sebaliknya lignin pada dasarnya adalah suatu fenol. Lignin sangat stabil

dan sukar dipisahkan dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam karenanya

susunan lignin yang di dalam kayu tetap tidak menentu. Lignin terletak terutama

dalam lamella tengah dan dinding primer. Di dalam kayu lignin merupakan bahan

yang tidak berwarna. Apabila lignin bersentuhan dengan udara, terutama dengan

adanya sinar matahari, maka (bersama-sama dengan karbohidart-karbohidrat tertentu)

lama kelamaan lignin cenderung menjadi kuning.

Lignin merupakan bagian terbesar dari selulosa. Penyerapan sinar (warna) oleh

pulp terutama berkaitan dengan komponen ligninnya. Untuk mencapai derajat

keputihan yang tinggi, lignin tersisa harus dihilangkan dari pulp, dibebaskan dari

gugus yang menyerap sinar kuat sesempurna mungkin. Lignin akan mengikat serat

selulosa yang kecil menjadi serat-serat panjang. Lignin tidak akan larut dalam larutan

Universitas Sumatera Utara

asam tetapi mudah larut dalam alkali encer dan mudah diserang oleh zat-zat oksida

lainnya.

Penelitian Mission et al (2009) yang menyatakan bahwa 99% lebih lignin

TKKS terdegradasi setelah perlakuan NaOH dan H2O2. NaOH secara teoritis dapat

mendegradasi lignin dengan cara memecah ikatan silang ester pada lignin dan hasilnya

porositas biomasa limbah agroindustri meningkat (Rebeca et al., 2007).

Proses delignifikasi ialah proses penghilangan lignin, pada proses delignifikasi

ini ada berbagai cara antara lain proses mekanik, proses kraft, dan proses organosolv.

Proses mekanik kurang diminati karena dianggap terlalu sulit dan memerlukan tenaga

yang banyak. Proses delignifikasi yang banyak digunakan adalah proses kraft padahal

proses ini berdampak buruk bagi lingkungan karena bahan-bahan yang digunakan

tidak ramah lingkungan.

2.6 Proses Pemisahan Lignin

Pemisahan serat selulosa dari bahan-bahan yang bukan serat didalam kayu dapat

dilakukan dengan berbagai macam cara / proses, yaitu :

1. Proses pemisahan lignin secara mekanik

2. Proses pemisahan lignin secara semikimia

3. Proses pemisahan lignin secara kimia

2.6.4 Proses Pemisahan Lignin Secara Mekanik

Dalam proses pembuatan pulp secara mekanik, pemisahan serat dilakukan dengan cara

menggunakan tenaga mekanik. Proses ini dilakukan dengan menggerinda kayu

menjadi serat pulp dan menghasilkan rendemen sebesar 90-95 %, tetapi menyebabkan

kerusakan pada serat. Penggunaan pulp yang dihasilkan pada proses mekanik ini

nilainya kecil sekali, juga pulp itu masih mengandung banyak lignin dan serat-

seratnya tidak murni sebagai serat. (Anonim. 2001).

Universitas Sumatera Utara

2.6.2 Proses Pemisahan Lignin Secara Semikimia

Proses semikimia meliputi pengolahan cara kimia yang diikuti dengan perbaikan

secara mekanik dan beroperasi pada rendemen yang tingginya dibawah proses

mekanik. Biasanya bahan kimia yang digunakan pada proses ini adalah natrium sulfit

(Anonim.2001).

2.6.3 Proses Pemisahan Lignin Secara Kimia

Pada proses kimia, bahan-bahan yang terdapat ditengah lapisan kayu akan dilarutkan

agar serat dapat terlepas dari zat-zat yang mengikatnya. Hal yang merugikan pada

proses ini adalah rendemen yang rendah yaitu 45-55%. Proses kimia dibagi menjadi

tiga kategori :

1. Proses soda

2. Proses sulfit

3. Proses sulfat

4. Proses organosolv

Dalam proses soda, kayu dimasak dengan larutan natrium hidroksida. Larutan

sisa pemasakan dipekatkan dan kemudian dibakar, yang akan menghasilkan natrium

karbonat, dan apabila diolah dengan menambahkan batu kapur akan menghasilkan

natrium hidroksida. Nama proses “soda” karena bahan kimia yang ditambahkan

kedalam prosesnya berupa natrium karbonat. Proses ini sekarang tidak dipakai lagi.

Pada proses sulfit, larutan pemasak yang dipakai adalah asam-asam yang

mengandung sulfur dari logam alkali, atau alkali tanah berupa bisulfit. Proses

pembuatan pulp yang paling banyak digunakan saat ini adalah proses sulfat atau

disebut juga proses kraft. Kekuatan proses kraft ini dikarenakan adanya bahan kimia

yang terkandung dalam larutan pemasak yang disebut “sulfidity”. Keuntungan-

keuntungan dari proses sulfat ini adalah sebagai berikut :

1. Pulp yang dihasilkan mempunyai kekuatan yang tinggi.

2. Dapat dipakai untuk proses pembuatan pulp dari bahan baku kayu

Universitas Sumatera Utara

dari spesies yang berbeda.

3. Tersedianya bahan kimia pengganti dengan berbagai alternatif dan

harganya terjangkau.

4. Tersedianya peralatan-peralatan operasi yang standar.

5. Banyak pilihan yang dipakai untuk proses pemucatan.

6. Dampak pencemarannya dapat dikatakan sangat rendah.

7. Proses daur ulang panas yang efisien.

8. Proses daur ulang bahan kimia sangat efisien

9. Masalah getah (pitch) dari kayu yang mengandung resin sangat berkurang.

10. Dapat dihasilkan berbagai jenis pulp.

Tujuan pembuatan pulp dengan proses kraft adalah untuk memisahkan serat-

serat yang terdapat dalam kayu secara kimia dan melarutkan sebanyak mungkin lignin

yang terdapat pada dinding-dinding serat. Pemisahan serat terjadi karena larutnya

lignin yang ada diantara / ditengah-tengah “lamella” yang berfungsi sebagai pengikat

serat. Bahan kimia yang terdapat dalam larutan pemasak juga merembes / terserap ke

dinding serat dan melarutkan lignin yang ada (Anonim. 2001).

2.7 Proses Pemutihan Pulp

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pemutihan pulp sangat berbeda, tetapi

semua proses mempunyai kondisi penting yang sama, yaitu jumlah bahan kimia,

konsistensi pemutihan, waktu dan suhu pemutihan (D. Fengel dan G. Wegener. 1995).

Proses pemutihan pulp dapat dianggap sebagai suatu lanjutan proses

pemasakan yang dimaksudkan untuk memperbaiki brightness dan kemurnian dari

pulp. Tujuan utama proses pemutihan pulp secara umum dapat diringkaskan sebagai

berikut :

1) Memperbaiki brightness

2) Memperbaiki kemurnian

3) Degradasi serat selulosa seminimum mungkin (Anonim. 2001).

Universitas Sumatera Utara

2.7.1 Teori Pemutihan Pulp

Tujuan dari pemutihan pulp kimia adalah untuk menghilangkan sisa lignin setelah

proses pemasakan serta memperoleh pulp yang diputihkan penuh dengan derajat putih

di atas 90% atau untuk memperoleh kualitas semi pengelantangan dengan derajat

putih berkisar 60-70% (D. Fengel dan G. Wegener. 1995).

Warna pada pulp yang belum diputihkan umumnya disebabkan lignin yang

tersisa. Lignin bisa dihilangkan dalam jumlah banyak pada proses pemasakan, tetapi

hal ini akan mengurangi hasil yang banyak dan merusak serat, sehingga menghasilkan

kualitas pulp rendah. Oleh karena itu, maka proses pemasakan dihentikan dan

melanjutkan proses penghilangan lignin dengan bahan kimia. Pada normalnya dalam

proses pemutihan lignin adalah melarutkan pulp kebentuk yang larut dengan air.

Lignin pada pulp kelihatan dalam berbagai macam bentuk tergantung kepada kondisi-

kondisi proses pulp yang berlangsung.

Lignin ini sangat reaktif yang berarti bahwa ini mudah dipengaruhi oleh bahan

kimia seperti Klorin, Hipo Klorit, Hidrogen Peroksida, dan lain-lain. Kemudian

molekul lignin terurai menjadi partikel-partikel yang lebih kecil, yang larut dalam air,

dan dapat dihilangkan dari pulp. Pencucian pulp pada pabrik pemutihan dikerjakan

pada alat pencuci dengan cara pengenceran yang bergantian dan penebalan pulp dan

dengan cara pembilasan. Variabel-variabel dasar pada proses pemutihan adalah bahan

kimia, kekuatan, waktu, tempertur, dan pH (Anonim. 2001).

2.7.2 Bahan Kimia Proses Pemutihan

2.7.2.1 Klor Dioksida

Pemutihan dengan klor dioksida (ClO2) secara komersial dimulai tahun 1946 di

Kanada dan Swedia. Perkembangan penggunaan klor dioksida ini mula-mula sangat

lambat karena adanya efek-efek negatif. Tetapi dalam dua puluh tahun terakhir ini

hamper tidak ada pabrik pulp sulfat putih yang tidak menggunakan klor dioksida. Klor

dioksida adalah cairan mudah menguap menjadi gas yang sangat beracun dan

Universitas Sumatera Utara

menimbulkan korosi. Uapnya dalam udara dengan konsentrasi 12-15 % sangat mudah

meledak bila terkena panas atau cahaya sehingga sangat berbahaya bila menggunakan

gas klor dioksida pada suhu tinggi.

2.7.2.2 Oksigen (O2)

Gas oksigen digunakan sebagai suatu zat pemutih bersama-sama dengan alkali pada

tahap ekstraksi. Gas oksigen memperkuat sifat-sifat pulp yang diputihkan. Hal ini

mungkin membuat berkurangnya emisi yang dapat menggangu terhadap lingkungan.

(Suhunan. Sirait. 2003).

2.7.2.3 Natrium Hipoklorit (NaOCl)

Larutan natrium hipoklorit dibuat dengan memasukkan gas klor ke dalam larutan

berair natrium hidroksida :

2NaOH + Cl2 → NaOCl + NaCl + H2O

Hipoklorit adalah persenyawaan klorin yang pertama digunakan untuk proses

pemutihan (biasanya disebut hypo). Natrium hipoklorit dibuat dari klorin dan natrium

hidroksida. Senyawa ini merupakan larutan yang sangat tidak stabil dan cenderung

terurai yang meningkat dengan kenaikan konsentrasi dan temperatur serta

berkurangnya sifat alkali. Hipoklorit biasanya dibuat dengan konsentrasi alkali yang

berlebih (kira-kira 4g/l) untuk menjaga kestabilan larutan. Kandungan klorin pada

larutan hipoklorit diperkirakan sebesar 40-44 gr/l. Tujuan utama perlakuan dengan

menggunakan hipoklorit adalah untuk meningkatkan brightness pada pulp.

2.8 Kitin dan Kitosan

Kitin adalah salah satu sumber alam polysaccharide yang terbesar disamping selulosa.

Di alam, kitin selalu berhubungan dengan jenis polysaccharide lain terutama yang

Universitas Sumatera Utara

berasal dari dinding sel fungi. Sedangkan yang berasal dari binatang, kitin selalu

berhubungan dengan protein.

Sedangkan kitosan dengan struktur poly (β-(1,4)-2-amino-2-deoksi-D-

glukopiranosa) merupakan turunan dari kitin. Pembuatan kitosan dari kitin diperoleh

dengan jalan melakukan proses pemasakan dengan alkali kuat (NaOH). Keuntungan

kitosan, derivatif dari kitin ini adalah mudah larut dalam suasana asam terutama

dengan asam asetat, sedangkan kitin tidak larut dalam suasana asam. Dengan

demikian pada penggunaannya lebih mudah menggunakan kitosan dari pada kitin.

Perbedaan kitin dan kitosan hanya terdapat pada perbandingan gugus amina

primer dan amida pada atom C-1 unit polimer. Jika gugus amina primer lebih banyak

(>50 %) daripada gugus mida maka polimer disebut kitosan. Besarnya jumlah gugus

amina primer dapat dilihat derajat deaetilasi (DD) kitosan. Semakin besar derajat

deasetilasi (DD) maka gugus amina primer dalam rantai polimer semakin banyak.

Walaupun kitin dan kitosan memiliki struktur yang hampir sama tapi sifat

kimia dan fisika keduanya sangat berbeda. Kitosan memiliki gugus amina primer yang

lebih tinggi daripada kitin sehingga membuat kitosan lebih basa dan nukleofilik. Pada

saat pemanasan, kitosan cenderung terdekomposisi dari pada meleleh sehinga polimer

ini tidak memiliki titik leleh. Kitosan tidak larut dalam larutan netral atau basa tetapi

larut dalam larutan asam seperti asam asetat, asam format dan asam glutamat. Ketika

kitosan dilarutkan dalam larutan asam, gugus amina primer dalam kitosan akan

terprotonasi dan bermuatan positif. Oleh karena itu, molekul kitosan yang tersolvasi

merupakan polikationik dan dapat terkoagulasi jika ditambahkan partikel atau molekul

yang membawa muatan negatif seperti sodium alginat, anion sulfat dan phospat.

2.8.1 Kitin

Kitin merupakan salah satu material organik yang melimpah di alam kedua setelah

selulosa yang dihasilkan melalui biosintesis. Kitin termasuk golongan polisakarida

yang mempunyai berat molekul yang tinggi dan merupakan molekul polimer berantai

Universitas Sumatera Utara

lurus. Kitin mempunyai rumus molekul (C8H13NO5)n. Adapun struktur kitin dapat di

lihat pada Gambar 2.8 :

Gambar 2.8 Struktur Polimer Kitin

(Sumber : http://id.wikipedia.org)

Pada Gambar 2.8 Struktur polimer kitin berupa poly (β-(1,4)-2-asetamida-2-deoksi-

D-glukosa)(N-Asetil-D-glukosamin) unit, maka kitin dapat disebut sebagai derivatif

selulosa dengan hidroksil grup (-OH) pada selulosa (C-2) di ganti dengan gugus

acetamido (NHCOCH3).

2.8.1.1 Sumber Kitin

Kitin banyak terdapat dalam kulit luar hewan seperti crustacea, molusca, dan jamur

dari genus mucor, saccharomyces. Sebagian besar kelompok crustacea seperti

kepiting, udang dan lobster, merupakan sumber utama kitin komersial. Di dunia, kitin

diproduksi secara komersial 120 ribu ton per tahun. Kitin yang berasal dari kepiting

dan udang 32,5% dan dari jamur 26,7%.

2.8.1.2 Karakteristik kitin

Kitin mempunyai komposisi 47% C, 6% H, 7% N dan 40% O. Kitin merupakan

padatan yang amorf, tidak larut dalam air, asam encer, alkohol dan pelarut-pelarut

organik lainnya. Tetapi kitin dapat larut dalam HCl dan H2SO4 pekat, H3PO4 78-97%

dan anhidrida asam format ( Sugita, dkk.2009).

Universitas Sumatera Utara

2.8.2 Kitosan

Kitosan dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari deasetilasi

kitin. Dengan struktur dapat dilihat pada Gambar 2.9 :

Gambar 2.9 Struktur Polimer Kitosan

(Sumber : http://id.wikipedia.org)

Pada Gambar 2.9 terlihat struktur poly (β-(1,4)-2-amino-2-deoksi-D-glukopiranosa)

merupakan turunan dari kitin. Pembuatan kitosan dari kitin diperoleh dengan jalan

melakukan proses pemasakan dengan alkali kuat (NaOH).

Proses diasetilasi kitin dapat dilakukan dengan cara kimiawi atau enzimatik.

Ternyata penghilangan gugus asetil kitin meningkatkan kelarutannya, sehingga

kitosan lebih banyak digunakan dari pada kitin, antara lain di industri kertas, pangan,

farmasi, fotografi, kosmetika. Selain itu kitosan juga bersifat non-toksik,

biokompatibel,dan biodegradabel sehingga aman digunakan.

Kitosan sangat berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan antimikroba, karena

mengandung enzim lysosim dan gugus aminopolysacharida yang dapat menghambat

pertumbuhan mikroba dan efisiensi daya hambat kitosan terhadap bakteri tergantung

dari konsentrasi pelarutan kitosan. Kemampuan dalam menekan pertumbuhan bakteri

Universitas Sumatera Utara

disebabkan kitosan memiliki polikation bermuatan positif yang mampu menghambat

pertumbuhan bakteri dan kapang.

Salah satu mekanisme yang mungkin terjadi dalam pengawetan makanan yaitu

molekul kitosan memiliki kemampuan untuk berinteraksi dengan senyawa pada

permukaan sel bakteri kemudian terabsorbi membentuk semacam layer (lapisan) yang

menghambat saluran transportasi sel sehingga sel mengalami kekurangan substansi

untuk berkembang dan mengakibatkan matinya sel. Selain telah memenuhi standard

secara mikrobiologi ditinjau dari segi kimiawi juga aman karena dalam prosesnya

chitosan cukup dilarutkan dengan asam asetat encer (1%) hingga membentuk larutan

chitosan homogen yang relatif lebih aman.

2.8.2.1. Karakteristik kitosan

Kitosan merupakan padatan putih yang tidak larut dalam air, pelarut organik, alkali

dan asam mineral dalam berbagai kondisi. Kitosan larut dalam asam formiat, asam

asetat dan asam organik lainnya dalam keadaan dipanaskan sambil diaduk. Pelarut

yang sering digunakan adalah CH3COOH 1%. Kelarutan kitosan dalam pelarut asam

anorganik adalah terbatas. Kitosan dapat larut dalam HCl 1% tetapi tidak larut dalam

asam sulfat dan asam folmiat (Nadarajah, 2005)

2.8.2.3 Sifat-Sifat Kitosan

Secara umum, kitosan mengandung dua tipe unit molekul yaitu gugus glukosamine

(struktur I) dan N-acetyleglukosamine satu sama lain melalui rantai (β-(1,4)

glukosidic). Semakin tinggi kandungan amina (struktur I) maka semakin tinggi derajat

diasetilasinya. Perbedaan kandungan amina adalah sebagai patokan untuk menentukan

apakah polimer ini dalam bentuk kitin atau kitosan. Kitosan mengandung gugus amina

lebih besar 60 % dari pada kitin.

Universitas Sumatera Utara

2.8.2.3 Reaksi Kimia

Kitosan dalam pH asam bersifat linier polyelectrolyte, mempunyai muatan listrik yang

relaif tinggi dimana satu muatan per glukosamine unit. Muatan positif kitosan bereaksi

sangat kuat dengan permukaan negatif dari serat. Kitosan tidak hanya berupa selulosa,

tetapi juga dengan kandungan amino grup pada unit molekul kitosan secara kimia

menyerupai wol dan nilon.

Untuk melarutkan kitosan dibutuhkan asam untuk mengubah –NH2 grup tidak

larut menjadi –NH3+ yang larut dalam air. Asam yang banyak digunakan adalah asam

asetat dengan jumlah 1,4% (w/v) tergantung dari banyak polimer yang digunakan.

Dalam bentuk amina yang bebas, kitosan tidak larut dalam air pada pH netral.

Pada pH asam (3-4), amino yang bebas (-NH2) terprotonasi membentuk amino grup

dengan muatan kationik (–NH3+). Kelarutannya juga tergantung pada distribusi acetyl

grup dalam molekul. Biasanya kelarutannya dicapai pada pH lebih rendah dari 5,5.

2.8.3.4 Hidrolisa Kitosan

Kitosan dapat dihidrolisa menggunakan asam, alkali, enzim,dan lain-lain. Kitosan

lebih tahan terhadap hidrolisa dengan menggunakan asam dari pada kitin, hal ini

disebabkan efek stabilisasi dari amino grup pada rantai glikosidik.

2.8.3.5 Pemanfaatan Kitosan

Sejak penemuan kitin dan derivatifnya (kitosan), pemanfaatannya yanng luas di

bidang industri dan pertanian meningkat pesat bahkan digunakan dalam bidang medis

sebagai aditif untuk obat-obatan dan juga untuk pembuatan benang operasi. Kitin dan

kitosan termasuk biokompatible, biodegradabel, tidak beracun (non-toxic), digunakan

sebagai aktivator untuk sel-sel binatang dan tumbuhan. Dengan demikian, kitin dan

kitosan dapat digunakan sebagai serat. Kitosan juga memiliki kegunaan yang sangat

luas dalam kehidupan sehari-hari misalnya sebagai absorben limbah logam berat dan

Universitas Sumatera Utara

zat warna, pengawet, anti jamur, kosmetik, farmasi, flokulan, anti kanker, dan anti

bakteri.

Di bidang industri, digunakan sebagai chelting agents untuk menyerap metal

ion, sebagai aditif dan finishing agent di industri tekstil dan kertas, sebagai koagulant

untuk larutan koloid. Pada pembuatan serat, poly vynil alkohol dan kitosan dapat

dipintal menghasilkan serat dengan peningkatan amino grup dan menghasilkan

beberapa sifat yang unggul.

2.8.3 Beberapa Manfaat Kitin dan Kitosan

a. Dalam Bidang Pengobatan

Kitin dan kitosan telah digunakan sebagai bahan baku benang jahitan pada

proses pembedahan. Kitin dan kitosan sangat tahan terhadap oksigen

sehingga dapat digunakan untuk membuat lensa kontak.

b. Kosmetik

Untuk aplikasi kosmetik pada umumnya sebagai pelarut yang baik adalah

asam. Apabila dinetralkan dengan asam maka kitosan menjadi kental bahan

ini digunakan sebagai pembalut dan bahan tambahan pada industi kosmetik.

c. Pakan ternak

Kitin dan kitosan yang dimasukkan dalam makanan ternak dapat berfungsi

sebagai pemacu pertambahan berat ternak dan pemacu laktose susu. Jepang

telah memproduksi makanan biji-bijian yang diperkaya dengan kitin sebagai

sumber gizi dan kalsium.

d. Bidang Pertanian

Kitin dan kitosan dipergunakan sebagai bahan pelapis biji-bijian untuk

menghindari dari gangguan serangga dan mengurangi kerusakan tanah yang

disebabkan oleh hama dan serangga.

Universitas Sumatera Utara

e. Polimer

Pencangkokan antara kitosan dan polimetilmetakrilat dipergunakan sebagai

adsorpsivitas yang lebih baik, baik untuk zat warna sintetik maupun limbah

industi tekstil.

f. Kertas

Pembuatan kertas dan tekstil oleh kitosan menyebabkan beberapa sifat seperti

sulit robek, ketahanan terhadap air, tahan pengkerutan dan sebagainya.

2.9 Tepung Beras

Beras adalah bagian bulir padi (gabah) yang telah dipisah dari sekam. Sekam (Jawa

merang) secara anatomi disebut palea (bagian yang ditutupi) dan lemma (bagian yang

menutupi). Pada salah satu tahap pemrosesan hasil panen padi, gabah ditumbuk

dengan lesung atau digiling sehingga bagian luarnya (kulit gabah) terlepas dari isinya.

Bagian isi inilah, yang berwarna putih, kemerahan, ungu, atau bahkan hitam, yang

disebut beras.

2.9.1 Anatomi beras

Beras sendiri secara biologi adalah bagian biji padi yang terdiri dari

aleuron adalah lapis terluar yang sering kali ikut terbuang dalam proses

pemisahan kulit.

endosperma merupakan tempat sebagian besar pati dan protein beras berada.

embrio merupakan calon tanaman baru (dalam beras tidak dapat tumbuh lagi,

kecuali dengan bantuan teknik kultur jaringan). Dalam bahasa sehari-hari,

embrio disebut sebagai mata beras.

Universitas Sumatera Utara

2.9.2 Kandungan beras

Sebagaimana bulir serealia lain, bagian terbesar beras didominasi oleh pati (sekitar 80-

85%). Beras juga mengandung protein, vitamin (terutama pada bagian aleuron),

mineral, dan air.

Pati beras tersusun dari dua polimer karbohidrat:

amilosa adalah pati dengan struktur tidak bercabang

amilopektin adalah pati dengan struktur bercabang dan cenderung bersifat

lengket

Perbandingan komposisi kedua golongan pati ini sangat menentukan warna

(transparan atau tidak) dan tekstur nasi (lengket, lunak, keras, atau pera). Ketan

hampir sepenuhnya didominasi oleh amilopektin sehingga sangat lekat, sementara

beras pera memiliki kandungan amilosa melebihi 20% yang membuat butiran nasinya

terpencar-pencar (tidak berlekatan) dan keras.

2.9.3 Macam dan warna beras

Warna beras yang berbeda-beda diatur secara genetik, akibat perbedaan gen yang

mengatur warna aleuron, warna endospermia, dan komposisi pati pada endospermia.

Berikut ini adalah gambar 2.10 berbagai macam beras di Indonesia.

Gambar 2.10 Berbagai macam beras di Indonesia.

(Sumber : http://id.wikipedia.org)

Universitas Sumatera Utara

Pada Gambar 2.10 terlihat Di Indonesia beras terbagi atas beberapa jenis beras yang

ada di Indonesia yaitu :

1 Beras biasa yang berwarna putih agak transparan karena hanya memiliki sedikit

aleuron dan kandungan amilosa umumnya sekitar 20%. Beras ini mendominasi

pasar beras.

2 Beras merah akibat aleuronnya mengandung gen yang memproduksi antosianin

yang merupakan sumber warna merah atau ungu.

3 Beras hitam sangat langka, disebabkan aleuron dan endospermia memproduksi

antosianin dengan intensitas tinggi sehingga berwarna ungu pekat mendekati

hitam.

4 Ketan (atau beras ketan), berwarna putih, tidak transparan, seluruh atau hampir

seluruh patinya merupakan amilopektin.

Beberapa jenis beras mengeluarkan aroma wangi bila ditanak (misalnya

'Cianjur Pandanwangi' atau 'Rajalele'). Bau ini disebabkan beras melepaskan senyawa

aromatik yang memberikan efek wangi. Sifat ini diatur secara genetik dan menjadi

objek rekayasa genetika beras.

2.9.4 Aspek pangan

Beras dimanfaatkan terutama untuk diolah menjadi nasi, makanan pokok terpenting

warga dunia. Beras juga digunakan sebagai bahan pembuat berbagai macam panganan

dan kue-kue, terutama yang berasal dari ketan, termasuk pula untuk dijadikan tapai.

Selain itu, beras merupakan komponen penting bagi jamu beras kencur dan param.

Minuman yang populer dari olahan beras adalah arak dan air tajin.

Dalam bidang industri pangan, beras diolah menjadi tepung beras. Sosohan

beras (lapisan aleuron) yang memiliki kandungan gizi tinggi, diolah menjadi tepung

bekatul (rice bran). Bagian embrio juga diolah menjadi suplemen makanan dengan

sebutan tepung mata beras.

Untuk kepentingan diet, beras dijadikan sebagai salah satu sumber pangan

bebas gluten dalam bentuk berondong. Di antara berbagai jenis beras yang ada di

Universitas Sumatera Utara

Indonesia, beras yang berwarna merah atau beras merah diyakini memiliki khasiat

sebagai obat. Beras merah yang telah dikenal sejak tahun 2.800 SM ini, oleh para

tabib saat itu dipercaya memiliki nilai nilai medis yang dapat memulihkan kembali

rasa tenang dan damai. Meski, dibandingkan dengan beras putih, kandungan

karbohidrat beras merah lebih rendah (78,9 gr : 75,7 gr), tetapi hasil analisis Nio

(1992) menunjukkan nilai energi yang dihasilkan beras merah justru di atas beras

putih (349 kal : 353 kal). Selain lebih kaya protein (6,8 gr : 8,2 gr), hal tersebut

mungkin disebabkan kandungan tiaminnya yang lebih tinggi (0,12 mg : 0,31 mg).

2.9.5 Aspek budaya dan bahasa

Beras merupakan bagian integral, dapat dikatakan menjadi penciri dari budaya

Austronesia, khususnya Austronesia bagian barat. Istilah Austronesia lebih merupakan

istilah yang mengacu pada aspek kebahasaan (linguistik).

Pembedaan padi, gabah, merang, jerami, beras, nasi, atau ketan, merupakan

salah satu ciri melekatnya "budaya padi" pada masyarakat pengguna keluarga bahasa

Austronesia, dan dengan demikian juga bagian dari budaya Austronesia. Sejumlah

relief pada candi-candi di Jawa juga memperlihatkan aspek "budaya padi" pada

masyarakat setempat pada masa itu.

Karbohidrat atau Hidrat Arang adalah suatu zat gizi yang fungsi utamanya

sebagai penghasil energi, dimana setiap gramnya menghasilkan 4 kalori. Walaupun

lemak menghasilkan energi lebih besar, namun karbohidrat lebih banyak di konsumsi

sehari-hari sebagai bahan makanan pokok, terutama pada negara sedang berkembang.

Di negara sedang berkembang karbohidrat dikonsumsi sekitar 70-80% dari total

kalori, bahkan pada daerah-daerah miskin bisa mencapai 90%. Sedangkan pada negara

maju karbohidrat dikonsumsi hanya sekitar 40-60%. Hal ini disebabkan sumber bahan

makanan yang mengandung karbohidrat lebih murah harganya dibandingkan sumber

bahan makanan kaya lemak maupun protein. Karbohidrat banyak ditemukan pada

serealia (beras, gandum, jagung, kentang dan sebagainya), serta pada biji-bijian yang

tersebar luas di alam.

Universitas Sumatera Utara

2.9.6 Karbohidrat

2.9.6.1 Definisi

Secara umum definisi karbohidrat adalah senyawa organik yang mengandung atom

Karbon, Hidrogen dan Oksigen, dan pada umumnya unsur Hidrogen dan oksigen

dalam komposisi menghasilkan H2O. Di dalam tubuh karbohidrat dapat dibentuk dari

beberapa asam amino dan sebagian dari gliserol lemak. Akan tetapi sebagian besar

karbohidrat diperoleh dari bahan makanan yang dikonsumsi sehari-hari, terutama

sumber bahan makan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan.

Sumber karbohidrat nabati dalam glikogen bentuk glikogen, hanya dijumpai

pada otot dan hati dan karbohidrat dalam bentuk laktosa hanya dijumpai di dalam

susu. Pada tumbuh-tumbuhan, karbohidrat di bentuk dari basil reaksi CO2

dan H2O

melalui proses foto sintese di dalam sel-sel tumbuh-tumbuhan yang mengandung hijau

daun (klorofil). Matahari merupakan sumber dari seluruh kehidupan, tanpa matahari

tanda-tanda dari kehidupan tidak akan dijumpai.

2.9.6.2 Klasifikasi

Karbohidrat yang terdapat pada makanan dapat dikelompokkan:

1. Available Carbohydrate

Karbohidrat yang tersedia), yaitu karbohidrat yang dapat dicerna, diserap serta

dimetabolisme sebagai karbohidrat.

2. Unvailable Carbohydrate (Karbohidrat yang tidak tersedia)

Yaitu karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisa oleh enzim-enzim pencernaan

manusia, sehingga tidak dapat diabsorpsi.

Penggolongan karbohidrat yang paling sering dipakai dalam ilmu gizi berdasarkan

jumlah molekulnya.

1. Monosakarida

- Heksosa (mengandung 6 buah karbon)

- Glukosa

Universitas Sumatera Utara

- Fruktosa

- Galaktosa

- Pentosa (mengandung 5 buah karbon)

- Ribosa

- Arabinosa

- Xylosa

2. Disakarida

- Sukrosa

- Maltosa

- Laktosa

3. Polisakarida

- Amilum

- Dekstrin

- Glikogen

- Selulosa

2.9.6.2.1 Monosakarida

Karbohidrat yang paling sederhana (simple sugar), oleh karena tidak bisa lagi

dihidrolisa. Monosakarida larut di dalam air dan rasanya manis, sehingga secara

umum disebut juga gula. Penamaan kimianya selalu berakhiran -osa. Dalam Ilmu Gizi

hanya ada tiga jenis monosakarida yang penting yaitu, glukosa, fruktosa dan

galaktosa.

2.9.6.2.1.1 Glukosa

Terkadang orang menyebutnya gula anggur ataupun dekstrosa. Banyak dijumpai di

alam, terutama pada buah-buahan, sayur-sayuran, madu, sirup jagung dan tetes tebu.

Di dalam tubuh glukosa didapat dari hasil akhir pencemaan amilum, sukrosa, maltosa

dan laktosa.

Universitas Sumatera Utara

Glukosa dijumpai di dalam aliran darah (disebut Kadar Gula Darah) dan

berfungsi sebagai penyedia enersi bagi seluruh sel-sel dan jaringan tubuh. Pada

keadaan fisiologis Kadar Gula Darah sekitar 80-120 mg %. Kadar gula darah dapat

meningkat melebihi normal disebut hiperglikemia, keadaan ini dijumpai pada

penderita Diabetes Mellitus.

2.9.6.2.1.2 Fruktosa

Disebut juga gula buah ataupun levulosa. Merupakan jenis sakarida yang paling

manis, banyak dijjumpai pada mahkota bunga, madu dan hasil hidrolisa dari gula tebu.

Di dalam tubuh fruktosa didapat dari hasil pemecahan sukrosa.

2.9.6.2.1.3 Galaktosa

Tidak dijumpai dalam bentuk bebas di alam, galaktosa yang ada di dalam tubuh

merupakan hasil hidrolisa dari laktosa.

2.9.6.2.2 Disakarida

Merupakan gabungan antara 2 (dua) monosakarida, pada bahan makanan disakarida

terdapat 3 jenis yaitu sukrosa, maltosa dan laktosa.

2.9.6.2.2.1 Sukrosa

Adalah gula yang kita pergunakan sehari-hari, sehingga lebih sering disebut gula meja

(table sugar) atau gula pasir dan disebut juga gula invert. Mempunyai 2 (dua) molekul

monosakarida yang terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa.

Sumber: tebu (100% mengandung sukrosa), bit, gula nira (50%), jam, jelly.

2.9.6.2.2.2 Maltosa

Mempunyai 2 (dua) molekul monosakarida yang terdiri dari dua molekul glukosa. Di

dalam tubuh maltosa didapat dari hasil pemecahan amilum, lebih mudah dicema dan

Universitas Sumatera Utara

rasanya lebih enak dan nikmat. Dengan Jodium amilum akan berubah menjadi warna

biru.

Amilum terdiri dari 2 fraksi (dapat dipisah kan dengan air panas):

1. Amilosa

- Larut dengan air panas

- Mempunyai struktur rantai lurus

2. Amilopektin

- Tidak larut dengan air panas

- Mempunyai sruktur rantai bercabang

Peranan perbandingan amilosa dan amilopektin terlihat pada serelia; Contohnya beras,

semakin kecil kandungan amilosa atau semakin tinggi kandungan amilopektinnya,

semakin lekat nasi tersebut. Pulut sedikit sekali amilosanya (1-2%), beras

mengandung amilosa >2%. Berdasarkan kandungan amilosanya, beras dapat dibagi

menjadi 4 golongan:

- Amilosa tinggi 25-33%

- Amilosa menengah 20-25%

- Amilosa rendah 0,9-20%

- Amilosa sangat rendah < 9%

Secara umum penduduk di negara-negara Asean, khususnya Flipina, Malaysia,

Thailand dan Indonesia menyenangi nasi dengan kandungan amilosa medium,

sedangkan Jepang dan Korea menyenangi nasi dengan amilosa rendah.

2.9.6.2.2.3 Loktosa

Mempunyai 2 (dua) molekul monosakarida yang terdiri dari satu molekul glukosa dan

satu molekul galaktosa. Laktosa kurang larut di dalam air. Sumber : hanya terdapat

pada susu sehingga disebut juga gula susu.

- Susu sapi 4 - 5%

- Asi 4 - 7%

Universitas Sumatera Utara

2.9.7 PATI

Dalam bahasa sehari-hari (bahkan kadang-kadang di khazanah ilmiah), istilah pati

kerap dicampuradukkan dengan tepung serta kanji. Pati (bahasa Inggris starch) adalah

penyusun (utama) tepung. Tepung bisa jadi tidak murni hanya mengandung pati,

karena ter-/dicampur dengan protein, pengawet, dan sebagainya. Tepung beras

mengandung pati beras, protein, vitamin, dan lain-lain bahan yang terkandung pada

butir beras. Orang bisa juga mendapatkan tepung yang merupakan campuran dua atau

lebih pati. Pati terdiri atas dua komponen yang dapat dipisahkan yaitu amilosa dan

amilopektin (Harborne 1987).

Starch atau pati merupakan polisakarida hasil sintesis dari tanaman hijau

melalui proses fotosintesis. Pati memiliki bentuk kristal bergranula yang tidak larut

dalam air pada temperatur ruangan yang memiliki ukuran dan bentuk tergantung pada

jenis tanamannya. Pati digunakan sebagai pengental dan penstabil dalam makanan.

Pati alami (native) menyebabkan beberapa permasalahan yang berhubungan dengan

retrogradasi, kestabilan rendah, dan ketahanan pasta yang rendah. Hal tersebut

menjadi alasan dilakukan modifikasi pati (Fortuna, Juszczak, and Palansinski, 2001).

Pati adalah polisakarida alami dengan bobot molekul tinggi yang terdiri dari

unit-unit glukosa. Umumnya pati mengandung dua tipe polimer glukosa, yaitu amilosa

dan amilopektin. Perbandingan amilosa dan amilopektin secara umum adalah 20% dan

80% dari jumlah pati total. Kedua jenis pati ini mudah dibedakan berdasarkan

reaksinya terhadap iodium, yaitu amilosa berwarna biru dan amilopektin berwarna

kemerahan.

Polisakarida seperti pati dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan

edible film. Pati sering digunakan dalam industri pangan sebagai biodegradable film

untuk menggantikan polimer plastik karena ekonomis, dapat diperbaharui, dan

memberikan karakteristik fisik yang baik (Bourtoom, 2007). Ubi-ubian, serealia, dan

biji polong-polongan merupakan sumber pati yang paling penting. Ubi-ubian yang

sering dijadikan sumber pati antara lain ubi jalar, kentang, dan singkong (Liu, 2005

dalam Cui, 2005). Pati singkong sering digunakan sebagai bahan tambahan dalam

Universitas Sumatera Utara

industri makanan dan industri yang berbasis pati karena kandungan patinya yang

cukup tinggi (Niba, 2006 dalam Hui, 2006).

Amilosa merupakan bagian polimer linier dengan ikatan α-(1−> 4) unit

glukosa. Derajat polimerisasi amilosa berkisar antara 500−6.000 unit glukosa,

bergantung pada sumbernya. Amilopektin merupakan polimer α-(1−> 4) unit glukosa

dengan rantai samping α-(1−> 6) unit glukosa. Dalam suatu molekul pati, ikatan α-

(1−> 6) unit glukosa ini jumlahnya sangat sedikit, berkisar antara 4−5%. Namun,

jumlah molekul dengan rantai yang bercabang, yaitu amilopektin, sangat banyak

dengan derajat polimerisasi 105 − 3x106 unit glukosa (Jacobs dan Delcour 1998).

Amilosa adalah polimer rantai lurus mengandung lebih dari 6000 unit glukosa

yang dihubungkan dengan ikatan α-1,4. Amilosa bersifat tidak larut dalam air dingin

tetapi menyerap sejumlah besar air dan mengembang. Amilopektin memiliki struktur

bercabang dimana molekul-molekul glukosa dihubungkan dengan ikatan α-1,6

glikosidik. Amilopektin memiliki daya ikat yang baik, yang bisa memperlambat

disolusi zat aktif .

Gambar 2.11 Stuktur kimia amilosa (www.polisakarida.html)

Gambar 2.12 Struktur kimia amilopektin (www.polisakarida.html)

Universitas Sumatera Utara

Pada Gambar 2.11 merupakan struktur kimia amilosa. Amilosa adalah polimer linier

dari α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan 1,4-α. Dalam satu molekul amilosa

terdapat 250 satuan glukosa atau lebih. Amilosa membentuk senyawa kompleks

berwarna biru dengan iodium. Warna ini merupakan uji untuk mengidentifikasi

adanya pati.

Amilosa merupakan bagian dari rantai lurus yang dapat memutar dan

membentuk daerah sulur ganda. Pada permukaan luar amilosa yang bersulur tunggal

terdapat hidrogen yang berikatan dengan atom O-2 dan O-6. Rantai lurus amilosa

yang membentuk sulur ganda kristal tersebut tahan terhadap amilase. Ikatan hidrogen

inter dan intra sulur mengakibatkan terbentuknya struktur hidrofobik dengan kelarutan

yang rendah. Oleh karena itu, sulur tunggal amilosa mirip dengan siklodekstrin yang

bersifat hidrofobik pada permukaan dalamnya (Chaplin 2002). Pada struktur granula

pati, amilosa dan amilopektin tersusun dalam suatu cincincincin. Jumlah cincin dalam

suatu granula pati kurang lebih 16 buah, yang terdiri atas cincin lapisan amorf dan

cincin lapisan semikristal (Hustiany 2006).

Pada Gambar 2.12 struktur kimia amilopektin. Molekul amilopektin lebih

besar dari amilosa. Strukturnya bercabang. Rantai utama mengandung α-D-glukosa

yang dihubungkan oleh ikatan 1,4-α. Tiap molekul glukosa pada titik percabangan

dihubungkan oleh ikatan 1,6-α.

Amilosa merupakan fraksi gerak, yang artinya dalam granula pati letaknya

tidak pada satu tempat, tetapi bergantung pada jenis pati. Umumnya amilosa terletak

di antara molekul-molekul amilopektin dan secara acak berada selang-seling di antara

daerah amorf dan kristal (Oates 1997). Pada Ketika dipanaskan dalam air, amilopektin

akan membentuk lapisan yang transparan, yaitu larutan dengan viskositas tinggi dan

berbentuk lapisan-lapisan seperti untaian tali. Pada amilopektin cenderung tidak

terjadi retrogradasi dan tidak membentuk gel, kecuali pada konsentrasi tinggi (Belitz

dan Grosch 1999).

Universitas Sumatera Utara

Di dalam Ilmu Gizi ada 3 (tiga) jenis yang ada hubungannya yaitu amilum,

dekstrin, glikogen dan selulosa. Amilum merupakan sumber energi utama bagi orang

dewasa di seluruh penduduk dunia, terutama di negara sedang berkembang, karena di

konsumsi sebagai bahan makanan pokok. Disamping bahan pangan kaya akan amilum

juga mengandung protein, vitamin, serat dan beberapa zat gizi penting lainnya.

Amilum merupakan karbohidrat dalam bentuk simpanan bagi tumbuh-tumbuhan

dalam bentuk granul yang dijumpai pada umbi dan akarnya. Umbi-umbian, serealia

dan biji-bijian merupakan sumber amilum yang berlimpah ruah karena mudah didapat

untuk di konsumsi. Jagung, beras dan gandum kandungan amilumnya lebih dari 70%,

sedangkan pada kacang-kacangan sekitar 40%. Amilum tidak larut di dalam air

dingin, tetapi larut di dalam air panas membentuk cairan yang sangat pekat seperti

pasta, peristiwa ini disebut gelatinisasi.

2.10 Bahan Aditif

Bahan aditif adalah bahan yang digunakan untuk ditambahkan pada bahan polimer

untuk meningkatkan sifat-sifat dan kemampuan pemrosesan atau untuk mengurangi

biaya. Banyak bahan aditif anorganik atau organik yang sengaja dicampurkan dalam

suatu bahan polimer untuk membentuk plastik yang berperan dalam meningkatkan

dispersi permukaan matriks polimer serta dapat memperbaiki sifat mekanis dari bahan

polimer, sehingga memiliki sifat-sifat mekanis yang lebih unggul. Pemilihan bahan

pengisi yang sesuai dengan matriks bahan polimer menjadi suatu ketentuan yang

diharuskan untuk mendapatkan suatu bahan polimer baru yang mempunyai sifat

mekanis yang unggul (Wirjosentono,1996).

Bahan pengisi secara luas dapat menghasilkan perubahan berikut dari sifat-sifat

termoplastik suatu matriks polimer antara lain :

1. Bertambahnya densitas

2. Bertambahnya modulus elastisitas, pemadatan dan pengerasan bahan

3. Berkurangnya penyusutan bahan

Pembuatan film layak makan dari pati (starch) memerlukan campuran bahan

aditif untuk mendapatkan sifat mekanis yang lunak, ulet dan kuat. Untuk itu perlu

Universitas Sumatera Utara

ditambahkan suatu zat cair/padat agar meningkatkan sifat plastisitasnya. Proses ini

dikenal dengan plastisasi, sedang zat yang ditambah disebut pemlastis. Di samping itu

pemlastis dapat pula meningkatkan elastisitas bahan, membuat lebih tahan beku dan

menurunkan suhu alir, sehingga pemlastis kadang-kadang disebut juga dengan

ekastikator antibeku atau pelembut. Plastisasi akan mempengaruhi semua sifat fisik

dan mekanisme film seperti kekuatan tarik, elastisitas kekerasan, sifat listrik, suhu

alir, suhu transisi kaca dan sebagainya.

Adapun pemlastis yang digunakan adalah gliserol, karena gliserol merupakan

bahan yang murah, sumbernya mudah diperoleh, dapat diperbaharui dan juga akrab

dengan lingkungan karena mudah terdegradasi dalam alam.

Proses plastisasi pada prinsipnya adalah dispersi molekul pemlastis kedalam

fase polimer. Jika pemlastis mempunyai gaya interaksi dengan polimer, proses

dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan polimer

pemlastis yang disebut dengan kompatibel.

Sifat fisik dan mekanis polimer terplastisasi yang kompatibel ini akan

merupakan fungsi distribusi dari sifat komposisi pemlastis yang masing-masing

komponen dalam sistem. Bila antara pemlastis dengan polimer dan pemlastis tidak

kompatibel dan menghasilkan sifat fisik polimer yang berkulitas rendah. Karena itu,

karakteristik polimer yang terplastisasi dapat dilakukan dengan variasi komposisi

pemlastis.

2.10.1. Mekanisme Plastisasi

Interaksi antara polimer dengan pemlastis dipengaruhi oleh sifat affinitas kedua

komponen, jika affinitas polimer pemlastis tidak terlalu kuat maka akan terjadi

plastisasi antara struktur (molekul pemlastis hanya terdistribusi diantara struktur).

Plastisasi ini hanya mempengaruhi gerakan dan mobilitas struktur.

Universitas Sumatera Utara

Jika terjadi interaksi polimer-polimer cukup kuat, maka molekul pemlastis

akan terdifusi kedalam rantai polimer (rantai polimer amorf membentuk satuan

struktur globular yang disebut bundle) menghasilkan plastisasi infrastruktur intra

bundle. Dalam hal ini molekul pemlastis akan berada diantara rantai polimer dan

mempengaruhi mobilitas rantai yang dapat meningkatkan plastisasi sampai batas

kompatibilitas rantai yang dapat terdispersi (terlarut) dalam polimer. Jika jumlah

pemlastis melebihi batas ini, maka akan terjadi sistem yang heterogen dan plastisasi

berlebihan, sehingga plastisasi tidak efisien lagi (Wirjosentono, 1995).

2.10.2 Gliserol

Plastisizer menurunkan kekuatan inter dan intra molekular dan meningkatkan

mobilitas dan fleksibilatas film (Sanchez et al., 1998). Semakin banyak penggunaan

plastisizer maka akan meningkatkan kelarutan. Begitu pula dengan penggunaan

plastisizer yang bersifat hidrofilik juga akan meningkatkan kelarutannya dalam air.

Gliserol memberikan kelarutan yang lebih tinggi dibandingkan sorbitol pada edible

film berbasis pati (Bourtoom, 2007).

Gliserol adalah salah satu senyawa alkil trihidroksi (Propra -1, 2, 3- triol)

CH2OHCHOHCH2OH. Banyak ditemui hampir di semua lemak hewani dan minyak

nabati sebagai ester gliserin dari asam palmitat, oleat, stearat dan asam lemak lainnya

(Austin, 1985). Gliserol banyak dihasilkan dari indusrti kelapa sawit di Sumatera

Utara, selama ini gliserol diperoleh dari residu kelapa sawit dan merupakan salah satu

bahan baku yang memiliki potensi untuk dikembangkan menjadi produk yang

memiliki nilai ekonomi tinggi.

Residu gliserol dari biodisel berbahan baku minyak kelapa sawit mentah

(CPO) selama ini belum dapat dimanfaatkan secara optimal karena masih

mengandung air dan bahan pengotor lainnya sampai 30%. Proses pemurnian gliserol

residu tersebut telah diteliti Pusat Peneliti Kelapa Sawit (PPKS) di Medan dan

menghasilkan gliserol komersial dengan kandungan gliserol mencapai 88% (Herawan,

dkk, 2006). Akan tetapi nilai ekonomis gliserol komersial tersebut juga masih rendah

Universitas Sumatera Utara

karena pemanfaatannya sebagai bahan baku industri masih terbatas, yang berakibat

pada rendahnya kelayakan ekonomis pabrik biodisel.

2.10.2.1 Pengertian Gliserol

Gliserol adalah senyawa yang netral, dengan rasa manis tidak berwarna, cairan

kental dengan titik lebur 20°C dan memiliki titik didih yang tinggi yaitu 290°C

gliserol dapat larut sempurna dalam air dan alkohol, tetapi tidak dalam minyak.

Sebaliknya banyak zat dapat lebih mudah larut dalam gliserol dibanding dalam air

maupun alkohol. Oleh karena itu gliserol merupakan pelarut yang baik (Anonymous,

11, 2006).

Senyawa ini bermanfaat sebagai anti beku (anti freeze) dan juga merupakan

senyawa yang higroskopis sehingga banyak digunakan untuk mencegah kekeringan

pada tembakau, pembuatan parfum, tinta, kosmetik, makanan dan minuman lainnya

(Austin, 1985).

Gliserol banyak dihasilkan dari industri di Sumatera Utara, merupakan bahan

baku yang sangat potensial untuk dikembangkan menjadi produk yang bernilai

ekonomis tinggi. Gliserol dapat diperoleh dari pemecahan ester asam lemak dari

minyak dan lemak industri oleokimia (Bhat, 1990).

2.10.2.2 Pemanfaatan gliserol dan Turunannya

Dewasa ini, sumber utama gliserol komersil diperoleh dari pengolahan minyak nabati,

sebagai produk samping industri oleokimia dan juga dari industri pertokimia. Gliserol

yang diperoleh ini hanya sebagai bahan baku industri dan masih merupakan sumber

komoditas yang melimpah. Gliserol umumnya digunakan pada pembuatan bahan

peledak, bahan pembasah atau pengemulsi produk kosmetik dan sebagai bahan anti

beku. Sehubungan dengan terbatasnya diversifikasi produk olahan berbasis gliserol,

maka harga jual komoditas gliserol masih tetap rendah, kecuali bila kebutuhan bahan

peledak meningkat.

Universitas Sumatera Utara

Dalam hal lain, sehubungan dengan stuktur gliserol yang mempunyai gugus

alkohol primer dan gugus alkohol sekunder, maka akan memberikan banyak

kemungkinan terjadinya reaksi untuk mengembangkan senyawa turunan alkohol ini

(Finar, 1980). Misalnya, dengan menambahkan gugus asetal pada stuktur gliserol akan

dihasilkan senyawa surfaktan yang dapat terdegradasi oleh pengaruh bahan kimia atau

dalam air dan oleh kegiatan mikroba (Piasecki, 2000).

Secara umum senyawa poliol (polihidroksi termasuk gliserol) dari berbagai

sumber banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan industi seperti dalam industri

polimer, senyawa poliol banyak digunakan sebagai plastisizer. Senyawa poliol ini

dapat diperoleh dari hasil industri petrokimia, maupun langsung dari transformasi

minyak nabati dan olahan industri oleokimia. Dibandingkan dengan hasil industri

petrokimia, senyawa poliol dari minyak nabati dan industri oleokimia dapat

diperbaharui, sumber mudah diperoleh, dan juga akrab dengan lingkungan karena

mudah terdegradasi dalam alam (Goudung, dkk, 2004).

Jenis dan konsentrasi dari plasticizer akan berpengaruh terhadap kelarutan dari

film berbasis pati. Semakin banyak penggunaan plasticizer, maka akan meningkatkan

kelarutan. Begitu pula dengan penggunaan plasticizer yang bersifat hidrofilik juga

akan meningkatkan kelarutannya dalam air.

Suhu pemanasan yang digunakan ditentukan berdasarkan bahan dasar yang

digunakan dan akan berpengaruh terhadap elastisitas, persentase pemanjangan,

permeabilitas terhadap uap air, dan kelarutan edible film atau coating. Edible film dari

pati singkong menggunakan suhu pemanasan 95oC selama 5 menit akan menghasilkan

kuat tarik (tensile strength) yang maksimum. Peningkatan suhu pemanasan juga akan

menurunkan perentase pemanjangan dari edible film. Permeabilitas terhadap uap air

dan kelarutan akan cenderung menurun seiring dengan naiknya suhu pemanasan

(Bourtoom, 2007).

Universitas Sumatera Utara

2.10.2.3 Kompatibilitas Polimer

Kompatibilitas didefenisikan sebagai besaran untuk menjelaskan pencampuran

polimer dengan bahan adiktif. Bila suatu bahan pengisi dengan kompatibilitas tinggi

terhadap bahan polimer maka menunjukkan terjadinya pencampuran yang sempurna

antara kedua bahan yang bercampur. Kompatibilitas suatu campuran polimer akan

meningkat oleh zat yang ditambahkan pada proses pengolahan (Wirjosentono, 1997).

Bila sepasang polimer dikatakan secara teknologi kompatibel, itu berarti

bahwa campuran bahan polimer tersebut secara teknologi dapat digunakan.

Kompatibilitas secara teknologi merupakan beberapa proses yang mempertinggi sifat-

sifat campuran agar lebih berguna.

Jadi, kompatibilitas suatu bahan polimer dengan polimer lain juga dipengaruhi

oleh komposisi masing-masing komponen dalam campuran. Untuk mendapatkan

bahan dengan kekerasan tertentu rancangan struktur kimia rantai akan sulit dilakukan

dan memerlukan biaya yang cukup besar. Untuk itu dalam pengolahan membentuk

bahan setengah jadi atau barang jadi, kedalam bahan polimer murni biasanya

ditambahkan suatu zat misalnya asam stearat untuk meningkatkan sifat

kompatibilitasnya.

2.10.2.4 Proses Pembuatan Campuran Polimer

Proses pencampuran dalam polimer dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu :

1. Blending fisika yaitu terjadi pencampuran secara fisik antara dua jenis polimer

atau lebih yang memiliki struktur yang berbeda, tidak membentuk ikatan

kovalen antara komponen-komponennya.

2. Blending kimia yaitu menghasilkan kopolimer yang ditandai dengan terjadinya

ikatan-ikatan kovalen antara polimer-polimer penyusunnya. Interaksi yang

terjadi di dalam poliblen antara ikatan Van Der Walls, ikatan hydrogen atau

interaksi dipol-dipol (Wirjosentono,1997).

Universitas Sumatera Utara

Pencampuran dilakukan untuk mendapatkan sifat-sifat material yang

diinginkan dengan berbagai variasi seperti komposisi bahan, temperatur pencampuran

lainnya. Ada tiga jenis poliblen polimer komersial yaitu polimer sintetik dengan

polimer sintetik, polimer sintetik dengan polimer alam, polimer alam dengan polimer

alam.

Material-material ini dapat meningkatkan kekuatan stabilitas bentuk atau

struktur polimer, tahan terhadap abrasi dan material yang stabil terhadap panas. Secara

prinsipil aditif yang dipakai dalam polimer dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu

partikulat dan fibrus. Bahan aditif partikulat biasanya merupakan produk silika.

Sedangkan bahan aditif fibrus biasanya selulosa, poliester, akrilat, polivinil alkohol

dan karbon.

Universitas Sumatera Utara