5. Aplikasi dari Pati Nanopartikel 5.1 Aplikasi sebagai komposit

Komposit merupakan material yang tersusun atas 2 jenis komponen, dimana salah pati nanopartikel dimanfaatkan untuk penguat dalam pembentukan nanokomposit. Nanokomposit merupakan komposit polimer yang berisi partikel dengan ukuran nano. Kelebihan dari material nanokomposit dibandingkan dengan komposit konvensional adalah kelebihan mekanik, penghalang, dan sifat termal yang tinggi pada tingkat rendah, demikian juga dengan kemudahan untuk di daur ulang, transparansinya, dan berat molekul yang lebih rendah.

Pati secara luas sudah digunakan sebagai polimer non toksik yang dapat didaur ulang secara alami, pemanfaatannya dibidang non pangan meliputi kertas, bahan sandang, plastik, kosmetik, dan obat-obatan. Pemanfaatan Starch Nanoparticles (SNP) sebagai bahan penguat dalam nanokomposit terus disarankan dalam banyak hasil penelitian. Penggunaan secara luas matriks polimernya merupakan gabungan dari polimer alam dan sintesis. Polimer sintesis saat ini sedang banyak dikembangkan oleh industri karena kelebihan properti fisik dan ketahannya terhadap bahan kimia. Tetapi sayangnya, kebanyakan polimer sintetis merupakan bahan yang sangat sulit didegradasi secara alami. Karena alasan itulah penelitian saat ini difokuskan pada penggunaan polimer yang ramah lingkunngan, misalnya jenis polimer alam seperti : pati, pullulan, poliaktida, dan protein kedelai. Dengan menggabungkan nanopartikel pati dengan matriks dari polimer sintetis akan menghasilkan komposit yang tidak hanya memiliki kelebihan pada properti fisik tetapi juga ramah lingkungan.

Beberapa penelitian menekankan seberapa pentingnya matriks polimer yang memiliki bahan penguat dalam membentuk formasi dari komposit. Terlebih jika komponen dari mareti penguat ditingkatkan diatas 40% maka akan menghasilkan nanokristal yang mampu menurunkan area permukaan untuk interaksi dengan polimer sejenis yang dapat menyebabkan menurunnya tingkat kekuatan dan elastisitasnnya.

Untuk mempersiapkan komponen komposit antara SNP dan polimer dapat dengan menggunakan beberapa metode dan teknik yang bervariasi misalnya: casting and solvent evaporation, hot-pressing,compression molding, dan extruding. Kecuali pada metode casting and solvent evaporation pada prosesnya komponen komposit diperlakukan pada tekanan dan temperatur yang tinggi. Metode casting adn solvent evaporation merupakan metode yang paling direkombinasikan dibanding metode termal lainnya, karena pada metode tersebut akan terbentuk lelehan substansi dari SNP dan dimana pada lelehan tersebut terdapat komposisi air, sehingga evaporasi merupakan metode yang sesuai.

Untuk mengetahui propertis mekanik dari nano komposit yang mengandung SNP dapat dilihat dari Table 2.

Berdasarkan pemelitian dari produk nanokomposit terbukti bahwa SNP menyebabkan meningkatnya gaya tarik dan modulus elastisitas tetapi mengalami penurunan apabila terjadi pemutusan pada tahap elongasi. Berdasarkan data dari Tabel 2 maka dapat disimpulkan bahwa SNP tidak lebih baik daripada nanopartikel dari selulosa. Karena selulosa memiliki rasio yang lebih besar dalam pemberian efek memperkuat dari komposit yang terbentuk.

5.2 Penstabil pada emulsi

Terdapat partikel yang banyak digunakan sebagai penstabil, misalnya : silika hidropobik, karbon nanotube, lateks, selulosamikrofibril, dan nanokristal selulosa bakteri. Berdasarkan beberapa data dari penelitian SNP ternyata dapat digunakan sebagai penstabil untuk jenis emulsi minyak dalam air. Emulsi dipersiapkan dengan menentukan volume yang sama antara air dan parafin kemudian distabikan dengan penambahan SNP. Dan hasilnya penambahan SNP lebih dari 0,02 wt% dapat menstabilkan emulsi lebih dari 2 bulan masa penyimpanan tanpa menghasilkan tetesan/droplet minyak. Tetapi emulsi dapat dengan mudah dipisahkan apabila dilakukan pemanasan pada suhu 80oC dalam rentang waktu 2 jam. SNP dapat digunakan dalam berbagai emulsi tidak hanya dibidang pangan tetapi juga kosmetik dan obat-obatan.

5.3 Pengganti Lemak

Aplikasi spesifik lain dari penggunaan SNP yaitu sebagai pengganti lemak pada makanan. Substansi pengganti lemak mampu mengimitasi propeti fisik dari organo oleptik dan trigliserida, tetapi tidak dapat mengganti lemak dengan bais gram per gram. Pati alami ataupun pati modifikasi biasa dimanfaatkan sebagai pengganti lemak. Dimana ukuran partikel dari pati memegang peran penting dalam menghasilkan rasa seperti lemak di mulut. Kebanyakan dari modifikasi pati yang digunakan sebagai pengganti lemak diperoleh melalui reaksi depolimerisasi kimia (misalnya : hidrolisis asam atau enzim) atau pembentukan secara mekanik menghasilkan pati granul. SNP dinilai sangat menjanjikan sebagai substansi pengganti lemak disebabkan ukurannya yang sesuai.Sehingga mudah bagi SNP untuk menyatu dengan komponen lain, membentuk campuran seragam seperti krim dan properti lain yang menyerupai lemak. Selain itu penggunaan SNP dapat menurunkan kadar kalori dari karbohidrat dan lemak. Tetapi sampai saat ini masih belum cukup data untuk penggunaan SNP sebagai pengganti lemak.

5.4 Komponen pengemasan makanan

SNP menarik perhatian untuk diaplikasikan dalam pengemasan makanan. Dimana batasan dari karakteristik pengemasan difokuskan pada kemudahan transmisi uap air dan permeabiliti terhadap oksigen. Penelitian melaporkan bahwa dengan penambahan SNP dapat menurunkan kadar uap air dan permeabilitasnya terhadap oksigen.

5.5 Substansi pembawa obat dan material implant Kelebihan dari polimer pati yang tidak beracun, mudah terurai dan ramah lingkungan menyebabakan pati dapat dimanfaatkan sebagai materi pembawa obat yang baik. Saat ini SNP juga diaplikasikan dimana dengan memanfaatkan kelebihan dari nanopartikel itu sendiri sehingga mampu menjangkau lokasi spesifik pada tubuh dalam waktu yang relatif lebih singkat. Dimana nanopartikel mampu menjangkau jaringan tissu dari mahluk hidup dan kelebihan dalam mobilitas karena ukurannya.Pati sudah digunakan sebagai substansi pembawa obat untuk mentarget tumor, dan mentarget jaringan dermal. Tetapi beberapa penelitian menunjukan hasil bahwa nanopartikel dapat menimbulkan efek toksik pada tubuh. Sifatnya yang mudah menyatu dengan mahluk hidup menjadikan SNP sebagai kandidat untuk menggantikan peran logam sebagai material implan, misalnya pada penyambungan tulang.

5.6 Absorben pada pengolahan limbah air

SNP yang sudah dimodifikasi secara kimia dapat digunakan sebagai absorben untuk menghilangkan polutan aromatik organik dari air, dimana biasa digunakan oleh karbon aktif untuk menghilangkan meterial berbahaya dari air. Tetapi penggunaan kabon aktif cenderung terlalu mahal. Polimer sintetis juga digunakan, tetapi saat ini sedang dikembangkan alternatif yang dapat diperbaharui dan ekonomis. Material biopolimer dapat dimanfaatkan sebagai absorben dalam pengolahan limbah air. Penelitian menunjukan hasil yang baik yaitu pada campuran polistiren dengan selulosa dan pati nanopartikel yang dimodifikasi dengan stearat terbukti dapat menghilangkan molekul organik aromatik yang terdapat pada air.

5.7 Thermo responsive conducting

Valodkar melakukan sintesis antar SNP dengan 1,4 hexamethylene diisicyanate yang bersifat tidak larut dan reaktif dalam pembentukan nanokomposit. Dimana pada penggabungan tersebut SNP berperilaku sebagai penguat dan penyilang yang digunakan adalah (PU) polyurethane. Tingginya ikatan anatara crosslinked dengan matriks pengisi yaitu sistem polimer, cenderung menunjukan konduktivitas listrik yang baik dengan sifat yang kaku/keras. Efek tersebut kemudian ditingkatkan dengan efek plasticizing internal nanopartikel. Selain itu, pengaruh besar dari suhu pada konduktivitas menunjukkan bahwa nanocomposit yang dihasilkan memiliki perilaku responsif terhadap perubahan temperatur.

5.8 Komponen pengikat dalam pembuatan dan pelapisan kertas

SNP juga digunakan dalam komponen pengikat dalam pembuatan dan pelapisan kertas. Pati yang telah dipanaskan dapat digunakan sebagai bahan aditif dalam industri kertas. Penyimpanan komponen pati yang telah dimasak pada matriks kertas terjadi berdasarkan sifat absorpsi dari pati. Dimana jumlah absorpsi pati dibatasi oleh keberadaan selulosa.Selain itu masalah juga terkait pada besarnya viskositas dari pati setelah dilakukan pematangan, tetapi dengan penambahan SNP dapat menurunkan viskositas pati sehingga kemapuan mengikat dari pati dapat meningkat.

Berikut adalah tabel yang merangkum contoh lain dalam aplikasi SNP Tabel 3

Kesimpulan

Selama beberapa dekade terakhir nanopartikel yang berasal dari polisakarida ( pati, kitin, selulosa,dll) telah diteliti terkait proses persiapannya dan manfaatnya.Terkait dengan besarnya potensial dari pati nanopartikel untuk berbagai aplikasi dalam industri, penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk memproduksi nanopartikel dalam skala industri. Proses yang mudah, ekonomis, dan menghasilkan yield yang besar dari proses hidrolisis masih menjadi fokus utama. Selain itu pati nanopartikel memiliki kecenderungan untuk teragregasi, sehingga produk dalam bentuk bubuk sulit dihasilkan. Sifat alamiah dari SNP yang hidrofilik menyebabkan SNP memiliki reaktivitas yang tinggi dan dapat bercampur dengan polimer lain membentuk komposit dalam ukuran mikro dan menghasilkan nanokomposit dengan sifat yang kuat. Sifat lainnya yang potensial yaitu mudah terurai dan diperbaharui menjadikan SNP tidak hanya bermanfaat untuk menunjang sifat mekanis. Meskipun penelitian terkait aplikasi dari SNP cenderung difokuskan pada nanokomposit, dan komponen dalam penghantar obat. Pada industri makanan, SNP juga dapat digunakan sebagai bahan untuk mengontrol properti reologi dan tekstur. SNP juga berpotensi sebagai substansi pengganti lemak.