deasetilasi

5/12/2018 deasetilasi - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/deasetilasi 1/5

Vol. 5 (1), 2010, h. 17-21

Dapat dibaca di journal.kimiawan.org/jki

JurnalK imiaIndonesia

Deasetilasi Kitin secara Bertahap dan Pengaruhnya terhadap Derajat

Deasetilasi serta Massa molekul KitosanL.O.A.N. Ramadhan,1,2 C. L. Radiman,1 D.Wahyuningrum,1

V. Suendo,1 L. O. Ahmad,2 S. Valiyaveetiil3

1 Kelompok Penelitian Kimia Fisik dan Anorganik, Institut Teknologi Bandung 2 Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Haluoleo

3Material Research Laboratory, Department of Chemistry, National University of Singapore

E-mail: [email protected]

Abstrak . Polimer alam saat ini menjadi perhatian peneliti untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku

berbagai keperluan industri. Kitosan merupakan suatu senyawa poli ( N -amino-2 deoksi β-D-

glukopiranosa) yang banyak terdapat di alam. Preparasi kitosan secara bertahap telah dilakukan.

Tujuan penelitian adalah untuk mempelajari pengaruh proses deasetilasi kitin secara

bertahap terhadap derajat deasetilasi dan massa molekul kitosan. Kitosan dikarakterisasiuntuk mengetahui gugus fungsi dan derajat deasetilasi secara spektroskopi Fourier

Transform Infrared (FTIR) dan N uclear Magnetic Resonance (NMR 1H), massa molekul

dengan kromatografi permeasi gel (GPC). Hasil analisis menunjukan bahwa kitin mengalamideasetilasi menjadi kitosan secara bertahap. Kitosan dengan derajat deasetilasi dan massa

molekul yang berbeda dihasilkan dari proses deasetilasi kitin secara bertahap. Peningkatan waktu

deasetilasi kitin selama 3 x 3 jam dengan penghilangan warna menggunakan aseton menghasilkan

kitosan dengan derajat deasetilasi (DD = 99%) dan massa molekul 407,38 kDa. Peningkatan waktu

deasetilasi kitin selama 3 x 3 jam dengan penghilangan warna menggunakan natrium hipoklorit

menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi (DD = 100%), namun demikian menurunkan massamolekul sebesar 161,99 kDa. Kitosan hasil deasetilasi kitin secara bertahap dari limbah kulit udang

putih ( Litopenaeus vannamei) berpotensi untuk berbagai aplikasi yang memerlukan bahan dasar

kitosan dengan derajat deasetilasi dan massa molekul yang tinggi.

Kata kunci: Kitosan, deasetilasi bertahap, derajat deasetilasi, massa molekul.

Pendahuluan

Polimer alam saat ini menjadi perhatian penelitiuntuk dimanfaatkan sebagai bahan baku berbagai

keperluan industri. Kitosan adalah polisakaridayang banyak terdapat di alam setelah selulosa.

Kitosan merupakan suatu senyawa poli ( N -amino-2deoksi β-D-glukopiranosa) atau glukosamin hasil

deasetilasi kitin/poli ( N -asetil-2 amino-2-deoksi β-D-glukopiranosa) yang diproduksi dalam jumlah

besar di alam, yaitu terdapat pada limbah udang

dan kepiting yang cukup banyak terdapat diIndonesia. Pemanfaatan limbah kulit udang sebagai

kitosan selain dapat mengatasi masalah lingkungan juga dapat menaikan nilai tambah bagi petani

udang.

Hasil isolasi kulit udang akan menghasilkansenyawa kitin yang merupakan polimer dariglukosamin yaitu polisakarida yang mengandung

gugus asetatamida, sedangkan kitosan merupakanhasil proses hidrolisa kitin dengan alkali sehingga

terjadi proses deasetilasi dari gugus asetamidamenjadi gugus amina. Pada prinsipnya, proses

transformasi kitin menjadi kitosan dapat melaluihidrolisis dengan asam dan basa.5 Hidrolisis dalamsuasana basa terdiri atas dua metode, secara

homogen dan heterogen. Perlakuan secara

heterogen dalam suasana basa kuat merupakanmetode yang umum dilakukan dalam proses

deasetilasi kitin menjadi kitosan dan menghasilkan

kitosan dengan derajat deasetilasi dan massamolekul yang bervariasi, namun sampai saat ini

belum ada metode baku untuk proses deasetilasikitin.

Kitosan mempunyai sifat spesifik yaitu adanyasifat bioaktif, biokompatibel, pengkelat, anti

bakteri dan dapat terbiodegrasi.2,4

Kualitas kitosandapat dilihat dari sifat intrinsiknya, yaitukemurniannya, massa molekul, dan derajat

deasetilasi. Umumnya kitosan mempunyai derajat

deasetilasi 75-100%.1

Massa molekul kitosan dan



L.O.A.N. Ramadhan, C. L. Radiman, D. Wahyuningrum, V. Suendo, L. O. Ahmad, S. Valiyaveetiil

Jurnal Kimia Indonesia Vol. 5(1), 201018

distribusinya berpengaruh terhadap sifat-sifatfisiko-kimia polisakarida, seperti sifat reologi

kitosan, fleksibilitas rantai.1

Derajat deasetilasi danmassa molekul kitosan hasil deasetilasi kitin pada

dasarnya dipengaruhi oleh konsentrasi alkali/basa,rasio larutan terhadap padatan, suhu dan waktu

reaksi, lingkungan/kondisi reaksi selamadeasetilasi.7 Konsentrasi alkali, rasio padatan danlarutan yang tinggi dapat menfasilitasi proses

deasetilasi menghasilkan kitosan yang memilikisifat fisiko-kimia yang memenuhi syarat untuk

berbagai aplikasi.Oleh karena itu, untuk memperoleh informasi

tentang metode deasetilasi kitin menjadi kitosan,telah dilakukan studi tentang proses deasetilasi

kitin menjadi kitosan secara bertahap dan pengaruhnya terhadap derajat deasetilasi dan

massa molekul kitosan. Tujuan penelitian adalah

mendapatkan informasi yang berguna tentang pengaruh proses deasetilasi kitin secara bertahap

terhadap derajat deasetilasi dan massa molekul

kitosan hasil deasetilasi.

Metode Penelitian

Bahan. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : kulit udang putih

( Litopenaeus vannamei), natrium hidroksida teknis,asam klorida, asam asetat, natrium asetat, kalium bromida, deuterium oksida, asam trifluoroasetat,

dekstran standar.

Metode. Preparasi kitosan dari kulit udangdilakukan melalui beberapa proses antara lain

penghilangan protein, penghilangan mineral, dan

deasetilasi merujuk pada metode No dkk danTolaimate dkk dengan sedikit modifikasi.3,6 Kitin

diisolasi dari kulit udang ( Litopenaeus vannamei)dengan proses deproteinasi dalam NaOH 3,5%(b/v) dengan rasio massa kulit uang terhadaplarutan 1: 10 selama 2 jam pada suhu 650C,

kemudian dilanjutkan demineralisasi dengan HCl1 N (rasio 1:15 b/v) selama 1 jam pada suhu kamar.Proses deasetilasi kitin menjadi kitosan dilakukan

dengan pengerjaan secara bertahap dalam larutan

NaOH 50% tingkat spesifikasi teknik (technical

grade) rasio massa kitin dan larutan 1:20 (b/v), pada suhu 1200C, dengan variasi waktu deasetilasi

2 x 3 jam, 3 x 3 jam (penghilangan warna dengannatrium hipoklorit/NaOCl), dan 3 x 3 jam

(penghilangan warna dengan aseton).

Karakterisasi. Untuk memastikan hasiltransformasi kitin menjadi kitosan, hasil deasetilasi

dikarakterisasi melalui analisis gugus fungsi secara

spektrometri infra merah (FTIR) dan resonansimagnetik inti (RMI) atau nuclear magnetic

resonance (1H-NMR), penentuan derajatdeasetilasi (DD) dengan metode 1H-NMR, serta

penentuan massa molekul dengan KromatografiPermeasi Gel (GPC).

Analisis struktur dengan FTIR dan NMR-1H. Spektrofotometer FTIR Shimadzu 8400

digunakan untuk merekam spektra FTIR kitosanuntuk menentukan struktur kimia. Cuplikan padat berbentuk butiran diukur spektranya dengan cara

dibuat dalam bentuk pellet KBr. Pengukuranspektra 1H-NMR dilakukan dengan

spektrofotometer NMR Bruker 300 MHz untuk analisis struktur kimia dan penentuan derajat

deasetilasi kitosan.

Penentuan massa molekul polimer kitosan.Massa molekul dihitung berdasarkan data hasilanalisis dengan kromatografi permeasi gel (GPC)

dengan dekstran sebagai senyawa standar

menggunakan alat instrumentasi kromatografi cair tekanan tinggi (HPLC) 515 Water®, detektor

indeks refraktif 2414 Water®. Suhu detektor 330C,

sensitivitas 128, tekanan 1035 Psi, laju alir 1ml/menit, running time 42 menit. Kolom yangdigunakan adalah PL-Aquagel 30, PL-Aquagel 40,

PL-Aquagel 50.

Hasil dan Pembahasan

Preparasi dan Identifikasi Kitosan dariLimbah Kulit Udang. Untuk ketersediaan kitosan,

telah dilakukan isolasi kitin dan preparasi 3 (tiga)

jenis kitosan dengan sifat fisiko-kimia yang berbeda. Rerata kulit udang sebanyak 600 g

menghasilkan 95,32 g kitosan, rincian berat tiap proses dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Rincian Berat Tiap Proses Pembuatan Kitosan*

Material ProsesBerat

(gram)Rendemen

Hasil

Pengamatan

Visual

Kulit

udang

Penghilang

an Protein260,00 43,33%

Kuning

Kecoklatan

KitinPenghilang

an Mineral110,40 18,40%

Putih

Kecoklatan

Kitosan Deasetilasi 95,32 15,88%

Putih

kekuningan

(off-white)

*Berat limbah udang : 600 g

Proses transformasi kitin menjadi kitosan

dilakukan dengan proses penghilangan gugus asetil

dari kitin menjadi amina pada kitosan yang dikenaldengan proses deasetilasi. Proses ini dilakukan

dengan cara hidrolisis gugus asetoamida oleh basakuat yaitu NaOH 50% spesifikasi teknis. Kitosanyang dihasilkan mempunyai warna putih



Deasetilasi Kitin secara Bertahap dan Pengaruhnya terhadap Derajat Deasetilasi serta Massa Molekul Kitosan

19

kekuningan (off-white). Struktur kimia kitosanterlihat pada Gambar 1.

HO

O O

OO

NHCOCH3

O HO

HOH2C

NH2CH2OHn

(a)

O

CH2OH

OH

NH2

OH

n

(b)

Gambar 1 Struktur molekul (a) kitosan terasetilasi parsial dan (b) kitosan unit pengulangan poli D-

glukosamin

Identifikasi struktur kimia kitosan dilakukan

menggunakan FTIR dan1H-NMR. Hasil

pembacaan dari kitosan tersebut ditunjukan dalamGambar 2 Spektrum infra merah kitosan

menunjukkan adanya gugus OH, NH2, C=O amida,dan CH3.

Pada spektrum FTIR dapat dilihat adanya puncak pada daerah 3000-3500 cm-1 yang

menunjukkan adanya gugus OH dan NH2. Puncak lainnya adalah CO amida yang terdapat pada 1656

cm-1 (Amida I) , vibrasi C-N-H (Amida II) pada1566 cm-1, deformasi NH2 pada 1195 cm-1, vibrasiC-O-C pada 1159 cm

-1, deformasi CH3 simetri

pada 1379 cm-1, dan vibrasi regang C-H pada 2920cm-1.

Spektrum FTIR hasil deasetilasi kitinmenunjukan perubahan selama proses deasetilasi

yang ditunjukan oleh variasi serapan inframerahkitosan. Pada daerah bilangan gelombang 1566 cm-

1 yang merupakan daerah serapan amina yangmeningkat ketika waktu proses deasetilasi

ditingkatkan.selama 3 x 3 jam. Perubahan serapan

pada bilangan gelombang 1665 cm-1 yang semakinlemah. Spektra FTIR menunjukan bahwa

deasetilasi kitosan secara bertahap dengan waktu 2

x 3 jam dan 3 x 3 jam dapat menghasilkan kitosandengan spektrum serapan infra merah yang berbeda.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

(d)

(c)

(b)

(a)

% T

r a n s m i t a n s

Bilangan gelombang (cm-1

)

Gambar 2 Spektrum Infra Merah (a) Kitin (b) Kitosan hasil deasetilasi 3 x 3 jam penghilangan warna dengan

NaOCl, (c) Kitosan hasil deasetilasi 2 x 3 jam (d) Kitosan hasil deasetilasi 3 x 3 jam penghilangan warna dengan

aseton



L.O.A.N. Ramadhan, C. L. Radiman, D. Wahyuningrum, V. Suendo, L. O. Ahmad, S. Valiyaveetiil

Jurnal Kimia Indonesia Vol. 5(1), 201020

Bruker

4

. 0

4

8

8

2

7

. 0

0

5

6

. 0

6

1

6

0

. 1

0

8

2

0

. 0

4

5

3

I n

t e

g

r a

l

6

. 0

8

7

5

6

. 0

2

0

6

5

. 9

5

3

2

5

. 8

8

7

5

4

. 7

6

3

3

3

. 7

9

4

2

3

. 6

0

5

7

3

. 0

8

0

3

0

. 0

1

9

5

(ppm)0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0

*** Current Data Parameters ***

NAME : ma27dp

EXPNO : 1

PROCNO : 1

*** Acquisition Parameter s ***

DATE_t : 23:53:06DATE_d : Mar 26 20 09

NS : 8

SFO1 : 3 00.1318534 M Hz

SOLVENT : D2O

*** Processing Parameters ***

SF : 300.1297360 M Hz

XDIM : 8192

*** 1D NMR Plot Parameters ***

Start : 7.50 ppm

Stop : -0.50 ppm

YScale : 100.00 %

SR : -264.47 Hz

Hz_cm : 115.44

1H NMR CS

Gambar 3 Spektrum1H-NMR Kitosan (pelarut D2O+trifluoroasetat)

Karakterisasi Kitosan dengan NMR.Sebagai pendukung hasil yang sudah ditunjukan

oleh data-data FTIR, juga dilakukan pengukuranspektra 1H-NMR Hasil karakterisasi kitosan

secara spektrometri resonansi magnetik inti proton (1H-NMR) terlihat pada Gambar 2.

Spektrum 1H-NMR menunjukkan pergeserankimia (δ) proton gugus fungsi yang terdapat

pada kitosan hasil sintesis adalah sebagai

berikut: δ = 1,9 ppm merupakan spektra asetil, δ= 3,0 ppm, spektra H-2 dari unit GlcN

(glukosamin), δ = 3,5-4,0 ppm spektra H-3,H-4,H-5,H-6 dari unit GlcN, δ = 4,8 ppm spektra

H-1 dari unit GlcN. Spektrum 1H-NMR jugadigunakan untuk menentukan derajat deasetilasi

kitosan.

Derajat Deasetilasi dan Massa molekulKitosan. Derajat deasetilasi (DD) kitosan hasilsintesa variasi waktu deasetilasi dihitung melalui

perbandingan nilai integral/jumlah proton pada

pergeseran kimia δ = 1,9 ppm (gugus asetil) danδ = 3,5-4,0 ppm spektra H-3,H-4,H-5,H-6 dari

unit glukosamin. Massa molekul kitosandianalisis menggunakan kromatografi permeasi

gel dengan larutan standar polimer dekstran.Hasil penentuan derajat deasetilasi dan massa

molekul pada waktu deasetilasi yang berbedaterlihat pada Tabel 2.

Berdasarkan Tabel 2, terlihat bahwa padawaktu deasetilasi kitin yang lebih lama

dihasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi dan

massa molekul yang bervariasi. Hal inimenunjukan bahwa peningkatan waktu

deasetilasi secara bertahap berpengaruh terhadapsifat fisiko-kimia kitosan. Waktu deasetilasi

kitin selama 2 x 3 jam dengan penghilanganwarna menggunakan natrium hipoklorit

menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi(DD = 88 %) dan massa molekul 501,19 kDa.

Peningkatan waktu deasetilasi kitin selama 3 x 3

jam dengan penghilangan warna menggunakanaseton menghasilkan kitosan dengan derajat

deasetilasi (DD = 99%) dan massa molekul407,38 kDa. Peningkatan waktu deasetilasi kitin

selama 3 x 3 jam dengan penghilangan warnamenggunakan natrium hipoklorit menghasilkan

kitosan dengan derajat deasetilasi (DD = 100%),namun demikian menurunkan massa molekul

yang cukup berarti sebesar 161,99 kDa.Penurunan massa molekul kitosan ini diduga

disebabkan kitosan mengalami degradasi padasaat penghilangan warna dengan natrium

hipoklorit.

Dari proses deasetilasi kitin secara bertahap,faktor pendorong terjadinya peningkatan derajat

deasetilasi kitosan adalah faktor morfologi rantaikitin yang gugus asetamidanya semakin

berkurang pada saat waktu deasetilasi meningkat.Pada setiap tahap perlakuan deasetilasi, kitin

dengan gugus asetamida yang berkurangmengalami perubahan morfologi, sehingga

memungkinkan proses hidrolisis oleh basa kuat.



Deasetilasi Kitin secara Bertahap dan Pengaruhnya terhadap Derajat Deasetilasi serta Massa Molekul Kitosan

Jurnal Kimia Indonesia Vol. 5(1), 2010 21

Selain itu, proses pencucian secara bertahapdapat mempengaruhi sifat penggembungan kitin

dengan alkali, oleh karena itu efektivitas proseshidrolisis basa terhadap gusus asetamida pada

rantai kitin semakin baik.6

Tabel 2 Derajat deasetilasi dan Massa molekulKitosan

Kode

Kitosan

Waktu

Deasetilasi

Derajat

Deasetilasi

(%DD)

Massa

molekul

(kDa)

CS-23 2x3 jam 88 501,19

CS-33 3x3 jam 100 161,99

CS-33A 3x3 jam 99 407,38

Keterangan: CS-23 dan CS33 = kitosan hasil

deasetilasi kitin dengan penghilangan warnamenggunakan NaOCl, CS-33a= kitosan hasil

deasetilasi kitin dengan penghilangan warna

menggunakan aseton

Keunggulan dari penelitian ini adalah hanya

dengan natrium hidroksida 50% spesifikasiteknis yang harganya relatif murah, dapat

menghasilkan kitosan dengan DD yang cukup

tinggi, tanpa mengalami penurunan massamolekul yang cukup berarti. Kitosan hasil

deasetilasi kitin bertahap secara heterogen dalamsuasana basah kuat dari limbah kulit udang putih

( Litopenaeus vannamei) pada penelitian ini berpotensi untuk berbagai aplikasi yang

memerlukan bahan dasar kitosan dengan derajatdeasetilasi dan massa molekul yang tinggi.

KesimpulanKitosan dengan derajat deasetilasi dan massa

molekul yang berbeda telah dihasilkan dari

proses deasetilasi kitin secara bertahap. Prosesdeasetilasi selama 2 x 3 jam menghasilkanderajat deasetilsasi sebesar 88% dan massa

molekul sebesar 501,19 kDa. Peningkatanwaktu deasetilasi kitin selama 3 x 3 jam dengan penghilangan warna menggunakan aseton

menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi

(DD = 99%) dan massa molekul 407,38 kDa.Peningkatan waktu deasetilasi kitin selama 3 x 3

jam dengan penghilangan warna menggunakannatrium hipoklorit menghasilkan kitosan denganderajat deasetilasi (DD = 100%), namun

demikian menurunkan massa molekul sebesar

161,99 kDa.Penghargaan. Terima kasih kepada pihak

Islamic Development Bank-Universitas

Haluoleo (IDB-UNHALU) atas beasiswa S3 danDirjen DIKTI atas dana Hibah Bersaing.

Pustaka

1. Kurita, K., Controlled Functionalization of

Polysaccharides Chitin, Progress in Polymer

Science, 2001, 26 , 1921-19715.

2. Muzzarelli, R. A. A., Chitin and Its Derivatives:

New Trends of Applied Research, Carbohydrate

Polymers, 1983, 3, 53-75.3. No, H. K., Meyers, S. P., Lee, K. S., Isolation and

Characterization of Chitin from Crawfish Shell

Waste, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1989, 37(3), 575-579.

4. Ravi Kumar, M. N. V., A Review of Chitin and

Chitosan Application, Reactive and Functional

Polymers, 2000, 46 , 1-27.

5. Rinaudo, M., Chitin and Chitosan: Properties and

Application, Progress in Polymer Science, 2006,

31, 603-632.

6. Tolaimate, A., Desbrieres, J., Rhazi, M., Alagui,

A., Contribution to the Preparation of Chitins and

Chitosans with Controlled Physico-chemical

Properties, Polymer , 2003, 44, 7939-7952.7. Tolamaite, A., Desbrieres, J., Rhazi, M., Alagui,

A., Vincendon, M., Vottero, P., On Influence of

Deacetilation Process on Physicochemical

Characteristics of Chitosan from Squid Chitin,

Polymer , 2000, 41, 2463-2469.

deasetilasi

Documents

Transcript of deasetilasi