KARAKTERISASI BIONANOKOMPOSIT SERAT DAUN

NANAS SEBAGAI BAHAN PLASTIK KEMASAN MAKANAN

JERRY RIZKY RUDWIYANTI

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakterisasi

bionanokomposit serat daun nanas sebagai bahan plastik kemasan makanan adalah

benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan

dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang

berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari

penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di

bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, September 2014

Jerry Rizky Rudwiyanti

NIM G74100076

ABSTRAK

JERRY RIZKY RUDWIYANTI. Karakterisasi Bionanokomposit Serat Daun

Nanas sebagai Bahan Plastik Kemasan Makanan. Dibimbing oleh SITI

NIKMATIN dan KURNIA WIJI PRASETIYO.

Bionankomposit yang berasal dari serat daun nanas sebagai filler dan pati

tapioka terplastisasi gliserol sebagai matriks dapat digunakan sebagai bahan baku

pembuatan plastik dan dapat mengurangi penggunakan plastik dari minyak bumi.

Perlu dilakukan pengembangan biokomposit ini karena ketersedian minyak bumi

yang terbatas, selain itu plastik yang dihasilkan ramah lingkungan dan dapat

dimakan. Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi biokomposit plastik kemasan

berbasis pati tapioka dengan plastisizer gliserol menggunakan metode cetak

dengan variasi konsentrasi filler 3%, 4% dan 5%. Hasil pengujian mekanik

optimum dihasilkan pada konsentrasi serat daun nanas sebanyak 5% sebesar

4.6320 Mpa untuk kuat tarik dan untuk elongasi 24.87 %. Permeabilitas uap air

terbaik untuk kemasan terdapat pada konsentrasi serat 5% yaitu sebesar

2,5226 ×10-9

gs-1

m-1

Pa-1

. Penambahan serat daun nanas menyebabkan penurunan

massa jenis komposit, permeabilitas uap air dan penyerapan cahaya UV-Vis. Dari

hasil pengujian menunjukkan bahwa serat daun nanas layak digunakan sebagai

pengisi pada plastik.

Kata kunci: bionanokomposit, pati tapioka, serat daun nanas, sifat mekanik

JERRY RIZKY RUDWIYANTI. Characterization of Pineapple Leaf Fiber

Bionanokomposit as Material Plastic Food Packaging. Supervised by SITI

NIKMATIN and KURNIA WIJI PRASETYO.

Bionanocomposites from pineapple leaf fibers as filler and tapioca starch

plastisizer glycerol as a matrix can be used as raw material for making plastic and

the use of plastic from oil soil can be decreased. This is necessary to develop

biocomposites because of limited availability of oil soil, potensial alternative as

biodegredeble plastic and can be eaten. Synthesis and characterization of

bionanocomposites tapioca starch plastic packaging with using glycerol plasticizer

has been perfomed with filler concentration variation at 3%, 4% and 5%. Results

of mechanical testing produced the optimum concentration of pineapple leaf fiber

as much as 5% at 4.6320 MPa for the highest tensile strength and elongation at

break to 24.87%. Water vapor permeability are best for packing on the fiber

concentration of 5% at 2,5226 ×10-9

gs-1

m-1

Pa-1

. The addition of pineapple leaf

fiber compositescould increase density, water vapor permeability and absoban UV-

Vis. The test result showed that the pineapple leaf fiber is reliable to use as the

filling material for plastic packaging

Keywords: biocomposites, mechanical properties, pineapple leaf fibers, tapioca

starch

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

KARAKTERISASI BIONANOKOMPOSIT SERAT DAUN

NANAS SEBAGAI BAHAN PLASTIK KEMASAN MAKANAN

JERRY RIZKY RUDWIYANTI

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Skripsi : Karakterisasi Bionanokomposit Serat Daun Nanas sebagai Bahan

Plastik Kemasan Makanan

Nama : Jerry Rizky Rudwiyanti

NIM : G74100076

Disetujui oleh

Dr Siti Nikmatin, MSi

Pembimbing I

Kurnia Wiji Prasetiyo, S.Hut, MSi

Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Akhiruddin Maddu

Ketua Departemen Fisika

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Alhamdulillahirabbil'alamin. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah

SWT, karena berkat rahmat, hidayah dan karunia-Nya penulis dapat

menyelesaikan penelitian dengan judul ”Karakterisasi Bionanokomposit Serat

Daun Nanas sebagai Bahan Plastik kemasan Makanan” sebagai salah satu syarat

kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematikadan Ilmu

Pengetahuan Alam Institut Pertanian.

Dalam penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena

itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu Dr. Siti Nikmatin, M.Si dan Bapak Kurnia Wiji Prasetiyo,S.Hut,M. Si

selaku pembimbing skripsi, Bapak Ardian Arief, M.Si dan Bapak Dr.

Agus Kartono selaku dosen penguji serta semua dosen dan staff

Departemen Fisika IPB.

2. Kedua orang tua Mama, Bapak, kakak dan adik-adik tersayang yang telah

mendoakan, memberikan motivasi dan kasih sayangnya kepada penulis.

3. Tim peneliti komposit Hani monavita, Ade Mulyawan dan Setiawan Hari

Santoso.

4. Sahabat seperjuangan Nindya Khoirunisa, Hani Monavita, Handra

Havisko, Ardiyanto, Febri Dwi Irawati, Siska Clara Sari, Ratih

Widyaningtias, Demos Wira Arjuna, Ade Mulyawan, Risal Fauzi dan

juga teman – teman angkatan 47 lainnya yang telah banyak memberi

motivasi bagi penulis.

5. Teman-teman TPB dan teman asrama A3 lorong 2.

6. Sahabat tersayang Muhammad Yaritsal Firdaus yang telah memotivasi.

7. Bapak Wanto, Bapak Rahman, Bapak Ismadi, Bapak Asep dan Kak Ruzy

yang telah membantu selama proses penelitian.

Selanjutnya, penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari

sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan

demi kemajuan penelitian ini.

Bogor, September 2014

Jerry Rizky Rudwiyanti

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

METODE 3

Waktu dan Tempat Penelitian 3

Alat dan Bahan 3

Prosedur Penelitian 3

Karakterisasi bionanokomposit 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 6

Kadar Kandungan Serat dengan metode Van Soest 6

Bionanokomposit 6

Uji Mekanik Bionanokomposit 7

Morfologi Bionanokomposit 9

Uji Optik Bionanokomposit 11

Permeabilitas Bionanokomposit Terhadap Uap Air 13

Massa Jenis 13

SIMPULAN DAN SARAN 14

Simpulan 14

Saran 15

DAFTAR PUSTAKA 15

LAMPIRAN 17

DAFTAR TABEL

1 Produksi nanas di beberapa provinsi di Indonesia tahun 2012 1 2 Absorbansi bionanokomposit dengan variasi konsentrasi filler 11

DAFTAR GAMBAR

1 Bionanokomposit dengan variasi komposisi filler 3, 4 dan 5% 7 2 Hubungan Stroke (%) dengan Stress (N/mm

2) pada variasi konsntrasi

filler (a), Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan kuat tarik (b),

dan Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan % elongasi (c) 9

3 Hasil pencitraan SEM (Scanning Elektron Microscopy) serat daun

nanas perbesaran 2500 x 10

4 Hasil pencitraan SEM (Scanning Elektron Microscopy) biokomposit

perbesaran 2500 x 10 5 Hubungan absorbansi dengan panjang gelombang 12

6 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan permeabilitas uap air 13 7 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan massa jenis 14

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram Alir Penelitian 17 2 Hasil Pengujian Mekanik 18

3 Hasil Pengujian SEM 22 4 Hasil Pengujian Optik 23

5 Hasil Pengujian Permabilitas Bionanokomposit Terhadap Uap Air 27 6 Hasil Pengujian Massa Jenis 29

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Nanas (Ananas comosus MERR) pada umumnya hanya dimanfaatkan

buahnya sebagai sumber bahan pangan. Penyebaran tanaman nanas di Indonesia

hampir merata terdapat di seluruh daerah, dikarenakan wilayah Indonesia

memiliki keragaman agroklimat yang memungkinkan pengembangan berbagai

jenis tanaman. Buah nanas dikonsumsi dalam bentuk segar maupun olahan berupa

jus, selai, dan buah kaleng, sedangkan daun nanas selama ini tidak dimanfaatkan.

Sebenarnya tanaman nanas dapat dimanfaatkan sebagai salah satu tanaman

alternatif penghasil serat dengan ekstraksi dari daunnya. Tanaman nanas dapat

dimanfaatkan secara maksimal dengan mengolah daun nanas yang belum banyak

dimanfaatkan menjadi sebuah bahan baku pengemas makanan yang dapat

digunakan membungkus olahan tanaman nanas seperti buah, kue dan selai.

Serat daun nanas mempunyai banyak kelebihan bila dibandingkan dengan

serat sintetis. Kelebihan serat daun nanas adalah dapat terdegradasi secara alami

(biodegradable), mempunyai karakteristik yang dapat diperbaharui, ramah

terhadap lingkungan, memiliki massa jenis yang rendah, dan mempunyai kekuatan

spesifik dan kekakuan yang tinggi.1

Penggunaan serta pemilihan biokomposit

dalam rekayasa material disebabkan oleh issue dampak mengenai lingkungan

serta keberlanjutan dari sumber serat. Keberadaan serat daun nanas sebagai serat

alternatif pengganti serat sintetik, memberi harapan untuk menurunkan tingkat

CO2 di udara, kemampuan serat untuk dapat terurai oleh bakteri (biodegradable)

dan sifat mekanik yang dapat disandingkan dengan serat gelas. Dengan berbagai

perlakuan terhadap serat daun nanas, menyebabkan serat daun nanas dapat

digunakan untuk memperkuat berbagai jenis polimer, menjadi jenis material

komposit yang dikenal sebagai eco-composites atau biocomposites.2

Pada Tabel 1 dapat terlihat penyebaran tanaman nanas di berbagai wilayah

Indonesia. Lampung, Sumatera Utara, Jawa Timur dan Jawa Barat merupakan

wilayah yang memiliki tingkat penghasil nanas terbanyak di Indonesia yaitu

secara berurutan sekitar 585.608 ton, 262.090 ton, 196.581 ton dan 174.451 ton

pada tahun 2012. Selain buah, limbah daun nanas yang dihasilkan akan melimpah,

pengolahan limbah daun nanas menjadi serat alami merukapan solusi dalam

menyelesaikan permasalahan lingkungan akan penumpukan limbah.

Tabel 1 Produksi nanas di beberapa provinsi di Indonesia tahun 2012.3

Provinsi Nanas (ton)

Sumatera Utara 262.090

Jawa Barat 174.451

Lampung 585.608

Kaltim 21.074

Jambi 144.896

Jawa Timur 196.581

Papua 331

Indonesia 1.781.899

2

Saat ini serat daun nanas di Indonesia digunakan sebagai bahan baku

pembuatan beberapa produk seperti tikar, tas, sandal dan tekstil. Penggunaan daun

nanas sebagai filler bionanokomposit kemasan dapat meningkatkan efisiensi

pemanfaatan daun nanas dan juga menghasilkan produk inovatif sebagai alternatif

plastik kemasan sintetis. Pengemasan makanan memiliki fungsi untuk menjaga

bahan pangan dari kerusakan fisik, kimia, biologis dan lingkungan. Bahan baku

plastik saat ini umumnya menggunakan polyethylene bersumber dari minyak

bumi yang membutuhkan waktu sangat lama untuk memperbaharui sumber daya

alam tersebut. Telah dikembangkan kemasan makanan bersumber dari polimer

alam yang ramah lingkungan dan banyak tersedia, seperti selulosa, pati, kitin dan

kitosan. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan bahan bionanokomposit

berbasis pati tapioka terplastis gliserol sebagai matriks dan nanofiber serat daun

nanas sebagai bahan filler. Bionanokomposit yang biodegradable diharapkan

merupakan salah satu penyelesaian dalam mengatasi keterbatasan sumber daya

alam yang tidak terbaharui.

Perumusan Masalah

1. Bagaimana memanfaatkan serat daun nanas menjadi suatu produk yang lebih

bermanfaat?

2. Bagaimana serat nanas dapat memperkuat polimer alami sebagai kemasan

makanan yang tidak berancun dan tidak menimbulkan sampah ?

3. Bagaimana mendapatkan optimasi parameter sintesa bionanokomposit sebagai

kemasan makanan ?

Tujuan Penelitian

1. Mensintesa dan karakterisasi biokomposit filler serat daun nanas.

2. Mendapatkan optimasi parameter proses sintesa biokomposit bermatriks

tepung tapioka, plastisizer gliserol dengan konsentrasi filler maksimal dan

didukung sifat fisis-mekanis serta struktur mikro.

Manfaat Penelitian

1. Mengembangkan penelitian tentang sintesa biokomposit plastik yang saat ini

sudah banyak diteliti oleh para peneliti sebelumnya.

2. Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat diaplikasikan untuk produksi

skala kecil dengan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik dari plastik

kemasan yang ada sekarang.

3. Hasil penelitian ini dapat dijadikan sumber informasi dan referensi bagi

penelitian dan pengembangan bahan daun nanas dan pati, serta dapat

dikembangkan lebih lanjut dengan menggunakan parameter-parameter atau

bahan yang berbeda.

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesa biokomposit filler serat daun

nanas dengan matrik pati singkong dan plastisizer gliserol pada aplikasi plastik

kemasan makanan dengan parameter konsentrasi fiber optimum dan ekonomis

serta sifat fisik dan mekanik yang lebih baik Hasil dari penelitian ini diharapkan

3

dapat mengembangkan penelitian sintesa biokomposit plastik kemasan makanan

yang dapat dimakan.

METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan selama 6 bulan dari Februari sampai Juli 2014.

Tempat pelaksanaan penelitian ini di Laboratorium Fisika Terapan dan Biofisika

FMIPA IPB, Laboratorium Biomaterial LIPI, Laboratorium Bioteknologi LIPI,

Laboratorium Biologi LIPI,Laboratorium Ilmu dan Teknologi Pakan Fapet IPB,

dan Puslitbang Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan.

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan antara lain Labsonic® P (The high-performance

ultrasonic homogenizer), disc refiner, kontainer, piknometer,plat kaca, cawan

petri, selotip, timbangan (neraca analitik),hot plate magnetic stirer, stiring, oven,

Scanning Electron Microscopy (SEM), dan UTM (Universal Test Machine).

Bahan-bahan yang digunakan serat daun nanas, tepung pati, gliserol, aseton,

alumunium foil, dan akuades.

Prosedur Penelitian

Preparasi sampel

Bahan yang digunakan dalam pembuatan plastik ini adalah serat daun nanas

yang berasal dari Subang. Daun nanas di dekortikasi untuk menghasilkan serat

kemudian proses selanjutnya hidrolisis menggunakan digester untuk mengurangi

lignin. Untuk mendapatkan serat berukuran mikro dilakukan fibrilasi dengan

menggunakan dics refiner sebanyak 30 kali. Kemudian dilakukan uji Van Soest di

laboratorium Ilmu dan Teknologi Pakan Fakultas Peternakan IPB dengan metode

ADF dan NDF. Tujuan dari pengujian Van Soest selain pengecekan kadungan

selulosa untuk mengetahui pula lignin dan hemiselulosa, jika kandungan lignin

lebih sedikit dari selulosamaka serat daun nanas dapat digunakan sebagai filler.

Serat daun nanas dianalisis menggunakan metode Van Soest dan Robertson

agar didapatkan data yang lebih akurat mengenai fraksi kandungan serat seperti

selulosa, lignin dan hemiseulosa berdasarkan atas keterikatan dengan anion atau

kation detergen.3 Metode detergen netral merupakan sistem netral untuk mengukur

jumlah total serat atau serat yang tidak larut dalam detergen netral. Neutral

Detergent Fiber (NDF) menggambarkan semua komponen karbohidrat struktural

dalam dinding sel tanaman yang meliputi selulosa, hemiselulosa dan lignin. Acid

Detergent Fiber atau ADF dapat didefinisikan sebagai banyaknya fraksi yang

tidak terlarut setelah melalui proses pelarutan pada larutan detergen asam (Acid

Detergent Solution). Selulosa dan lignin merupakan komponen penyusun dari

ADF.4

Setelah berukuran mikro serat daun nanas disonikasi menggunakan

Labsonic® P (The high-performance ultrasonic homogenizer) untuk memperoleh

serat daun nanas yang berukuran nano. Besar frekuensi Labsonic® P mencapai 24

KHz. Metode sonikasi ini menggunakan efek energi kavitasi pada suatu media

4

(1)

cairan. Serat daun nanas sebanyak 10 gram dimasukan kedalam gelas kaca dengan

dicampur akuades sebanyak 1000 ml. Sonikasi dilakukan selama 120 menit secara

bertahap.

Sintesa binanokomposit

Persiapkan bahan dan alat pembuatan film. Metode pembuatan plastik

menggunakan tepung pati tapioka dan gliserol dengan konsentrasi yang tetap yaitu

tepung pati sebanyak 7 gram dan gliserol 3 gram, yang ditambahkan serat daun

nanas dengan konsentrasi 3%, 4% dan 5% (b/v). Gliserol dan serat daun nanas

dicampurkan dengan akuades sebanyak 99 ml kedalam gelas kaca. Campuran

diaduk dengan hot plate magnetik stirrer pada temperatur 60˚C dengan kecepatan

putar 20 rpm selama 10 menit. Lalu masukan tepung pati tapioka, aduk hingga

larutan mengental selama 10 menit. Setelah mengental aduk dengan electronic

overhead stirrer pada kecepatan putar 800 rpm selama 5 menit hingga homogen.

Cetak dengan plat kaca lalu dikeringkan dengan oven suhu 40˚C selama 2-3 hari

lalu di diamkan pada suhu ruang hingga mengering dan terlepas dari plat kaca.

Karakterisasi bionanokomposit

a. Karakterisasi sifat mekanik

Bionanokomposit yang dihasilkan diukur ketebalannya menggunakan

jangka sorong digital dengan ketelitian alat 0,01 mm. Bionanokomposit yang akan

dianalisis dipotong berdasarkan ASTMD882-02,6 dengan ukuran lebar 10 mm dan

panjang 60 mm. Setelah itu, spesimen diuji tarik (tensile strength) menggunakan

UTM. Hasil yang diperoleh berupa data kuat tarik dan persentase elongasi yang

diolah menggunakan Persamaan 1 dan 2.

𝜎 = 𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠

𝐴

Keterangan:

𝜎 = kuat tarik (MPa)

𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠 = tegangan maksimum (N)

𝐴 = luas penampang lintang (mm2)

% ɛ = ∆𝐿

𝐿0 × 100 %

Keterangan:

% ɛ = elongasi (regangan) (%)

∆𝐿 = pertambahan panjang spesimen (mm)

𝐿0 = panjang spesimen awal (mm)

b. Karakterisasi dengan SEM

Uji SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi serta ukuran serat dari

sampel. Sampel yang diuji merupakan sampel dengan nilai hasil pengujian

mekanik yang tertinggi. Sebelum dikarakterisasi sampel terlebih dahulu melalui

proses coating menggunakan emas selanjutnya diletakkan pada plat alumunium 4

sisi, setting SEM pada tegangan 20 kV dengan perbesaran 2500 kali.

(2)

5

(3)

(4)

c. Karakterisasi optik

Karakterisasi optik dilakukan menggunakan monokromator, sensor dan

interface yang terhubung dengan seperangkat komputer. Sumber cahaya

polikromatis akan dilewatkan pada plastik, kemudian cahaya ditangkap yang

ditransmisikan dengan serat optik untuk kemudian diteruskan dan diolah oleh

spektrofotometer Ocean Optik 4000. Spektrofotometer terhubung langsung

dengan software yang terdapat pada komputer, yang selanjutnya data dapat diolah

menggunakan Microsoft Office Excell. Prosedur untuk pengambilan data diawali

dengan merekam data intensitas referensi (I0), yang dalam hal ini adalah kaca

objek, selanjutnya menentukan data intensitas gelap (background) (ID) yaitu

intensitas ketika jalur cahaya dari sumber ke monokromator ditutup dalam

keadaan lampu sumber cahaya menyala. Kemudian mengambil data intensitas

transmisi sampel (I) dengan cara meletakan plastik ke tempat sampel dan data

absorbansi dapat diperoleh oleh software.

d. Karakterisasi permeabilitas uap air

Untuk karakterisasi uap air dilakukan dengan mengukur laju transmisi uap

air menggunakan metode wet cup berdasarkan ASTM E 96-95.7 Masing-masing

bionanokomposit diukur ketebalannya. Cawan petri diukur luas dan diisi akuades

sebanyak 30 mL kemudian ditutup menggunakan alumunium foil. Alumunium

foil diberi lubang yang besarnya 10% luas permuakaan akuades.

Bionanokomposit yang akan diuji dijadikan penutup lubang pada alumunium foil

yang telah terisi akuades yang direkatkan menggunakan lem epoksi. Cawan petri

yang telah ditutup didiamkan selama 10 menit agar merekat sempurna. Cawan

petri ditimbang kemudian dimasukan ke dalam oven pada suhu 37 ± 0.5 °C.

Sampel diambil dan ditimbang setiap 1 jam selama 5 jam. Nilai Laju Transmisi

Uap Air (WVTR) dan Permeabilitas Uap Air (Water Vapor permeability) masing-

masing diperoleh menggunakan Persamaan 3 dan 4.

𝑊𝑉𝑇𝑅 =𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑎𝑖𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔 (𝑔)

𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢(𝑠) × 𝑙𝑢𝑎𝑠(𝑚2)

Keterangan:

WVTR = Laju transmisi uap air (g s-1m

-2)

𝑊𝑉𝑃 =𝑊𝑉𝑇𝑅

𝑆 × (𝑅1 − 𝑅2)× 𝑑

Keterangan:

d = ketebalan film (m)

S = tekanan uap jenuh pada suhu 37˚C (6266.134 Pa)

R1 = RH di dalam cawan (100%)

R2 = RH pada suhu 37˚ C (81%)

WVP = Permeabilitas uap air (g s-1

m-1

Pa-1

)

e. Karakterisasi massa jenis (densitas)

Densitas atau kerapatan didefinisikan sebagai rasio antara massa dan

volume material. Bahan yang diuji adalah masing-masing sampel

bionanokomposit. Sampel dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan

pembolong kertas. Kemudian masing-masing sampel ditentukan besar W0,

6

(5)

W1,W2, dan W3 dengan menggunakan neraca analitik. Besar kerapatannya

ditentukan dengan persamaan 5.

𝐷 =(𝑊1−𝑊0 )

(𝑊3−𝑊0 )−(𝑊2−𝑊1 )× [𝐷𝐼 − 𝐷𝑎 ] + 𝐷𝑎

Keterangan:

𝐷 = massajenis contoh (g cm-3

)

𝐷𝐼 = massajenis air (g cm-3

)

𝐷𝑎 = massajenis udara pada suhu percobaan (g cm-3

)

𝑊1 = massapiknometer + contoh(g)

𝑊2 = massapiknometer + contoh + akuades (g)

𝑊3 = massapiknometer + akuades (g)

𝑊0 = massapiknometer kosong (g)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kadar Kandungan Serat dengan Metode Van Soest

Hasil pengukuran kadar selulosa, lignin dan hemiselulosa dengan metode

Van Soest diperoleh kandungan hemiselulosa sebesar 22.41%, selulosa 19.62 %

dan lignin sebesr 2.32%. Berdasarkan literatur kandungan serat daun nanas

sebelum proses hidrolisis pada digester (pulping) memiliki kadar alpha selulosa

69.5-71.5% dan kandungan lignin sebanyak. 4.4-4.7%. Kandungan lignin yang

lebih kecil akan menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik, karena lignin

memiliki sifat hidrofobik (menolak air) dan kaku sehingga dapat menyulitkan

proses penguraian serat.8

Hidrolisis pada digester menghasilkan serat yang terurai

secara kimia. Proses hidrolisis dilakukan dengan melarutkan serat dan larutan

alkali NaOH. Selulosa bersifat tidak larut dalam alkali sedangkan lignin,

hemiselulosa, pektin dan komponen serat lainnya dapat larut dalam larutan alkali

NaOH. Proses pulping serat daun nanas dengan menggunakan larutan alkali

NaOH belum optimal karena larutan alkali dapat melarutkan lignin juga dapat

merusak selulosa pada serat non kayu. Kerusakan selulosa pada serat daun nanas

terjadi ketika putusnya rantai molekul diakibatkan reaksi hidrolisis yang terjadi

pada jembatan glukosida, sehingga nilai kandungan selulosa serat daun nanas

mengalami penurunan.9

Bionanokomposit

Bionanokomposit dibuat terlebih dahulu menggunakan larutan pati terplastis

gliserol yang dicampurkan dengan serat daun nanas pada konsentrasi 0%, 3%,

4%, dan 5% (b/v), diperlihatkan pada Gambar 1. Proses plastisasi pada prinsipnya

adalah dispersi molekul pemlastis ke dalam fase polimer. Apabila adanya gaya

interaksi antara pemlatis dan polimer, dapat terjadi proses dispersi dan terbentuk

larutan polimer terplastisisasi yang kompatibel. Kompatibel komposit dapat

diamati secara visual dan dianalisis secara kualitatif. Komposit yang dihasilkan

akan semakin homogen ketika larutan semakin kompatibel.10

Komposit yang

dihasilkan merupakan edible film. Edible film adalah sebuah kemasan primer yang

biodegradable dan ramah lingkungan. Berfungsi untuk mengemas dan melindungi

bahan pangan serta dapat menampakkan produk pangan.

7

Hasil pengamatan pada Gambar 1 diperoleh dengan menggunakan kamera

digital. Pada Gambar 1 menunjukan proses coating serta aplikasi sebagai

pembungkus buah. Dengan tujuan untuk memperlambat proses pembusukan. Dari

hasil pengamatan secara visual dapat terlihat semua bonanokomposit yang

dihasilkan tidak berwarna dan cenderung transparan. Ketika disentuh permukaan

bionanokomposit terasa licin. Pembuatan plastik dengan pati membentuk plastik

yang rapuh dan tidak dapat digunakan sebagai pengemas pangan. Untuk

mengatasinya ditambahkan plasticizer pada bionanokomposit. Gliserol memiliki

sifat mudah larut dalam air, meningkatkan viskositas larutan dan mengikat air

sehingga cocok digunakan sebagai plasticizer.11

Penambahan serat daun nanas

pada komposit dapat memperbaiki sifat mekanik material. Dengan bertambahnya

konsentrasi serat dapat meningkatkan kekuatan dari suatu material.

Sifat Mekanik Bionanokomposit

Pengujian mekanik yang dilakukan yaitu pengujian tarik pada material

komposit. Pengujian tarik pada komposit bertujuan untuk mengetahui respon

material ketika dikenakan beban atau deformasi dari luar. Pengujian tarik dapat

memberikan informasi representatif dari prilaku mekanis material. Mekanisme

dari pengujian tarik suatu material berdasarkan bentuk dan ukuran tertentu ditarik

(b)

(c) (d)

Gambar 1 Bionanokomposit dengan variasi komposisi filler 0% (a), 3%

(b), 4% (c) dan 5% (d)

Uji tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu

(a)

8

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 5 10 15 20 25 30

Str

ess

(N/m

m2)

Stroke Strain (%)

3%

4%

5%

serat

0%

pada beban kontinyu dengan diukur pertambahan panjangnya. Data yang

dihasilkan berupa perubahan panjang dan gaya.12

Berdasarkan hasil pengukuran penambahan konsentrasi serat daun nanas

berhubungan positif dengan kuat tarik komposit dan presentase elongasi, data

pengukuran dapat dilihat pada Lampiran 2. Proses penambahan panjang hingga

terjadinya patahan pada komposit menunjukan keliatan (ductility) dapat dilihat

pada Gambar 2 (a). Berdasarkan gambar dapat terlihat serat daun nanas memiliki

kuat tarik yang sangat tinggi dan pati terplastisasi gliserol memiliki kuat tarik

yang relatif rendah.

Masing-masing Gambar 2 (a) dan Gambar 2 (b) menunjukan nilai rata-rata

untuk kuat tarik dan elongasi bionanokomposit. Bionanokomposit tanpa filler

memiliki kuat tarik rata-rata sebesar 0.53 MPa dengan elongasi sebesar 3.32%.

Penambahan filler dapat memperbesar sifat mekanik dari suatu komposit dengan

diperoleh data pada konsentrasi 3% diperoleh kuat tarik rata-rata sebesar 1.2979

MPa dan elongasi sebesar 21,56% . Pada peningkatan konsentrasi filler 4% terjadi

kuat tarik rata-rata yaitu sebesar 2.1565 MPa dan elongasi sebesar 22.77% . Rata-

rata kuat tarik pada konsentrasi 5% adalah yang tertinggi yaitu sebesar 4.6320

MPa dan elongasi 24.87 MPa. Pada daerah kristalin serat daun nanas memiliki

molekul-molekul yang tersusun lebih kuat dengan ikatan hidrogen, sehingga serat

daun nanas memiliki kekuatan relatif tinggi.13

Serat daun nanas sebagai pengisi

pada bionanokomposit dapat meningkatkan kuat tarik sehingga dapat dikatakan

selain sebagai pengisi serat daun nanas dapat berfungsi sebagai penguat material.

Serat berdifusi dengan rantai polimer yang mengakibatkan semakin besarnya

interaksi antarmolekul komposit.14

Menurut Nakagaito et al15

luas permukaan

nanofiber selulosa dapat memperkuat komposit dengan meningkatnya kerapatan

pada komposit. Penambahan serat daun nanas sebagai filler meninggakatkan sifat

mekanik pati terplastisasi gliserol. Bertambahnya konsentrasi serat daun nanas

dapat menghasilkankan komposit dengan sifat mekanik yang lebih besar.

(a)

U

ji

tari

k

me

mb

erik

an

9

(c)

Morfologi Bionanokomposit

Hasil yang diamati pada SEM dibentuk dengan menggunakan berkas-berkas

elektron pada energi kinetik 1-25 kV mengenai sampel. Energi yang terpakai pada

perbesaran 2500 kali sebersar 10kV. Setelah mengenai sampel elektron akan

direfleksikan sebagai elektron sekunder yang akan muncul dan menentukan

gambar yang teramati pada layar micrograph pada alat SEM. Lembaran

bionanokomposit plastik bersifat non-konduktif sehingga akan mudah terbakar

ketika dikenai energi yang sangat tinggi. Diperlukan pelapisan logam yang sangat

tipis pada material non-kondukif sehingga dilakukan coating permukaan dengan

lapisan emas pada material. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk,

ukuran, dan susunan serat. Serat daun nanas yang telah melalui proses

ultrasonikasi dianalisis morfologi dan ukuran dengan SEM yang hasilnya dapat

dilihat pada Gambar 3 dengan perbesaran 2500 kali. Dengan metode ultrasonikasi

(b)

3,31

21,5623,89 24,87

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0% 3% 4% 5%Pre

sen

tasi

elo

ngasi

(%

)

Konsentrasi

Gambar 2 Hubungan stroke strain (%) dengan stress (N/mm2) pada variasi

konsentrasi filler (a), Hubungan konsentrasi serat daun nanas

dengan kuat tarik (b), dan Hubungan konsentrasi serat daun nanas

dengan % elongasi (c)

Uji tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu

0,53

1,30

2,42

4,63

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

0% 3% 4% 5%

Ku

at

tari

k (

MP

a)

Konsentrasi

10

(a)

Gambar 4 Hasil pencitraan SEM bionanokomposit filler 5% perbesaran 2500

kali

dapat menimbulkan efek kavitasi untuk memperkecil ukuran serat daun nanas,

pada Gambar 3 dapat terlihat penyebaran ukuran serat yang tidak homogen. Besar

serat daun nanas rata-rata adalah sebesar 281.7 nm berdasarkan data pada

Lampiran 3 dari hasil pengukuran sebelas titik. Metode ultrasonikasi masih belum

tepat untuk memperoleh ukuran nanometer yang homogen pada serat daun nanas.

Ukuran serat daun nanas yang diperoleh tidak homogen dengan masih terdapatnya

serat daun nanas yang berukuran mikro.

Morfologi bionanokomposit dengan hasil sifat mekanik tertinggi dapat

dilihat pada Gambar 4. Berdasarkan pada hasil citra SEM terlihat serat daun nanas

tersebar di seluruh permuakan relatif homogen. Pada gambar dapat terlihat adanya

gumpalan pati yang tidak terlarut dengan gliserol secara homogen yang

merupakan penyusun matriks. Citra hasil SEM menunjukan adanya gabungan

antara matriks dan filler yang terjadi adalah ikatan antar fasa difusi mekanik yang

tidak saling melarutkan dimana serat daun nanas berfungsi sebagai penguat dan

matrik pati terplastisasi gliserol sebagai pengikat.

Gambar 3 Hasil pencitraan SEM serat daun nanas perbesaran 2500 kali

11

Uji Optik Bionanokomposit

Absorbansi terjadi pada saat foton bertumbukan langsung dengan atom-

atom pada material dan kehilangan energi pada elektron foton. Pengukuran

absorbansi bionanokomposit menggunakan spektofotometer UV-Vis. Daerah UV

berada dalam rentang panjang gelombang 200-400 nm sedangkan rentang cahaya

visibel berada pada panjang gelombang 400-800 nm.

Hubungan absorbansi dan panjang gelombang dengan variasi konsentrasi

filler dapat dilihat pada Gambar 5 berdasarkan data pada Lampiran 4. Menurut

Leceta et al16

nilai absorbansi meningkat tajam pada daerah panjang gelombang

200-400 nm untuk penambahan gliserol pada bionanokomposit.

Tabel 2

menjelaskan besar nilai aborbansi cahaya yang dapat diserap. Bionanokomposit

dengan konsentrasi filler 0% menyerap sinar UV sebesar 0.8% pada rentang

panjang gelombang 200 nm, kemudian cahaya pada rentang panjang gelombang

210 nm hingga 800 nm diteruskan oleh material. Semakin meningkatnya

konsentrasi filler menurukan nilai absorbansi. Bionanokomposit dengan filler 3 %

memiliki daerah puncak pada panjang gelombang 255 nm dengan absorbansi

sebesar 0.228 %, Penambahan filler sebanyak 4% menghasilkan beberapa puncak

dengan nilai absorbansi yang lebih kecil dari penambahan filler 3% sebesar 0.199

% pada puncak pertama dengan panjang gelombang 236.73 nm. Puncak kedua

terdapat pada daerah panjang gelombang 303.1 nm dengan absorbansi 0.129 %.

Penambahan filler sebanyak 5% menghasilkan beberapa puncak. Puncak pertama

berada di daerah panjang gelombang 253.37 nm dengan absorbansi sebesar

0.131%, puncak kedua dengan absorbansi sebesar 0.087 % berada pada panjang

gelombang 343.89 nm. Menurut Riswoko17

berbagai jenis selulosa memiliki

persentasi penetrasi cahaya pada berbagai panjang gelombang di daerah near infra

red, visible dan ultra violet.

Cahaya pada daerah viseble yang ditransmisikan oleh bionanokomposit

berperan dalam proses fotosintesis tumbuhan. Klorofil akan mengabsorbansi

cahaya pada panjang gelombang 470-500 nm dan 650-750 nm, sedangkan cahaya

UV yang tidak diperlukan oleh proses fotosintesis akan diabsorbansi oleh

bionanokomposit. Terdapat beberapa puncak di daerah UV pada penambahan

filler hal tersebut menunjukan bahwa gelombang cahaya dihamburkan.

Berdasarkan gagasan Compton cahaya dapat bersifat gelombang dan juga dapat

bersifat sebagai partikel yang memiliki energi diskrit dan momentum linier.

Dalam bionanokomposit dibutuhkan penyerapan cahaya yang rendah agar energi

cahaya yang terserap tidak merusak atau mendegradasi bionanokomposit.

Semakin kecil nilai absorbansi dapat menunjukan kualitas bionanokomposit yang

semakin baik. Selain itu peningkatkan absorbansi cahaya suatu komposit dapat

meningkatkan kandungan oksigen. Kandungan oksigen yang meningkat dapat

menimbulkan mikroorganisme yang berkembang pada komposit.

Tabel 2 Absorbansi biokomposit dengan variasi konsentrasi filler

Konsentrasi

(%)

Absorbansi (%)

(190-300) nm (300-400) nm (400-800) nm

0 0.8 - -

3 0.228 - -

4 0.199 0.129 -

5 0.131 0.087 -

12

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

200 300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

an

si (

%)

λ (nm)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

200 300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

an

si (

%)

λ (nm)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

200 300 400 500 600 700 800

Ab

sorb

an

si (

%)

λ (nm)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

190 290 390 490 590 690 790

Ab

sorb

an

si (

%)

λ (nm)

(b)

(a)

(c)

(d)

Gambar 5 Hubungan aborbansi dengan panjang gelombang pada konsentrasi

filler 0% (a), konsentrasi filler 3% (b), konsentrasi filler 4% (c)

dan konsentrasi filler 5% (d).

13

6,12795,743

3,614

2,52268

0

1

2

3

4

5

6

7

0% 3% 4% 5%

WV

P (

g s-1

m-1

Pa

-1x1

0-9

)

Konsentrasi

Permeabilitas Bionanokomposit Terhadap Uap Air

WVP (Water Vapor Permeability) adalah kemampuan plastik untuk

menjaga kandungn air dalam produk pangan agar tidak mudah menguap.

Permeabilitas uap material dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu rasio hidrofilik-

hidrofobik, rantai polimer dan struktur kristal. Hubungan antara konsentrasi serat

dengan WVP dapat dilihat pada Gambar 6 berdasarkan dengan data pada

Lampiran 5. Menurut Laxmeshwar et al18

selulosa termodifikasi dapat bekerja

efektif sebagai penghalang oksigen. Semakin meningkatkan konsentrasi serat

daun nanas pada bionanokomposit, nilai WVP semakin menurun. Permeabilitas

tertinggi terdapat pada konsentrasi filler 3% dan terjadi penurunan dengan

penambahan filler 4%. Pada konsentrasi 5 % memiliki permeabilitas terendah

sebesar 2,52268×10-9

g s-1

m-1

Pa-1

. Penambahan filler pada bionanokomposit akan

memperkuat ikatan molekulnya sehingga permeabilitas uap air akan menurun

dengan bertambahnya konsentrasi filler. WVP merupakan kemampuan material

untuk menahan uap air. Semakin kecil nilai WVP maka material akan semakin

baik untuk digunakan sebagai pengemas makanan.19

Peningkatan nilai WVP akan

mengakibatkan kandungan uap air pada pangan yang dikemas akan semakin

meningkat sehingga dapat menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme semakin

semakin cepat. Bionanokomposit dengan konsentrasi 5% memiliki nilai WVP

terendah sehingga dapat menghambat perpindahan uap air dan baik digunakan

dalam aplikasi kemasan.

Massa jenis

Pengujian densitas biokomposit menggunakan piknometer agar didapatkan

hasil yang baik. Dengan mempertimbangankan berbagai parameter terkait,

bionanokomposit terlebih dahulu dipotong-potong dengan ukuran yang sama

menggunakan pembolong kertas. Material yang memiliki kerapat rendah akan

menempati volume yang lebih besar dengan massa tertentu, sehingga dapat

dihasilkan komposit yang lebih ringan.8

Gambar 6 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan WVP

Uji tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu

14

0,0259

0,0485

0,0770

0,1291

0,0000

0,0200

0,0400

0,0600

0,0800

0,1000

0,1200

0,1400

0% 3% 4% 5%

Mass

a J

enis

(g c

m-3

)

Konsentrasi

Hasil pengujian densitas ditunjukan dengan Gambar 7 berdasarkan data

pada Lampiran 6. Diperoleh hasil kecenderungan peningkatan massa jenis seiring

dengan bertambahnya konsetrasi filler pada bionanokomposit. Berdasarkan

penelitian Vinod et al9 diketahui densitas serat daun nanas sebesar 1.526 g cm

-3.9

Bionanokomposit tanpa penambahan filler memiliki massa jenis yang rendah

sebesar 0,0259 g cm-3

. Penambahan konsentrasi filler mengakibatkatnya semakin

besarnya massa jenis. Massa jenis terbesar berada pada bionanokomposit dengan

konsentrasi filler 5% yaitu sebesar 0,1291 g cm-3

. Untuk bionanokomposit dengan

konsentrasi 4% memiliki massa jenis sebesar 0,0770 g cm-3

. Konsentrasi filler 3%

pada bionanokomposit memiliki massa jenis yaitu 0,0485 g cm-3

. Serat daun

nanas berfungsi sebagai pengisi pada komposit sehingga dapat menaikan densitas

dengan fungsi serat daun nanas sebagai mengisi dari struktur makromolekul.

Gambar 7 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan massa jenis

Uji tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu

15

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Hasil analisa kadar selulosa dengan menggunakan metode Van Soest dan

Robertson menunjukkan bahwa kadar selulosa yang terdapat pada serat daun

nanas sebesar selulosa 19.62%, hemiselulosa sebesar 22.41% dan lignin sebesar

2.32%.

Konsentrasi filler optimum bionanokomposit pati tapioka terplastisasi

gliserol dengan panambahan serat daun nanas sebanyak 5% dapat digunakan

sebagai pembungkus buah yang memiliki besar kuat tarik sebesar 4.6320 MPa dan

elongasi sebesar 24.87 %.

Dengan metode ultrasonikasi dihasilkan serat daun nanas berukuran 281.7

nm. Hasil morfologi SEM menunjukkan penyebaran filler serat daun nanas di

seluruh permuakan relatif homogen dan terjadi penggumpalan.

Hasil pengujian optik terendah diperoleh bionanokomposit pada konsentrasi

filler 5% yang menghasilkan beberapa puncak. Puncak pertama berada pada

daerah panjang gelombang 253.37 nm dengan absorbansi sebesar 0.131%. Puncak

kedua pada daerh panjang gelombang 343.89 memiliki absorbansi sebesar

0.087%. Panjang gelombang 400 nm hingga 800 nm akan ditransmisikan, yang

artinya tidak ada spektrum warna yang diserap oleh bionanokomposit.

Hasil pengujian permeabilitas uap air tertinggi diperoleh bionanokomposit

dengan penambahan filler 3% sebesar 5.743×10-9

g s-1

m-1

Pa-1

dan terendah pada

bionanokomposit dengan penambahan filler 5% sebesar 2.522×10-9

g s-1

m-1

Pa-1

.

Optimasi bionanokomposit dengan penambahan filler 5% dapat dengan baik

menahan uap air sehingga dapat digunakan sebagai pembungkus makanan.

Hasil pengujian densitas tertinggi pada bionanokomposit terdapat pada

penambahan filler sebanyak 5% dengan densitas sebesar 0.1291 g cm-3

dan

terendah pada bionanokomposit dengan penambahan filler 3% sebesar 0.0485 g

cm-3

. Optimasi bionanokomposit dengan penambahan filler 5% dapat dengan

baim digunakan karna memiliki tingkat kerapat yang lebih besar.

Saran

Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mendapatkan hasil yang lebih

maksimal sehingga memenuhi syarat standar nasional untuk diaplikasikan ke

pasaran. Perlu adanya pengujian anti toksis untuk mengetahui kadar zat yang

berbahaya bagi tubuh dan jumlah molekul yang dapat diserap tubuh. Perlu adanya

uji orgonoleptikuntuk mengetahui perubahan rasa yang terjadi ketika bahan

pangan dilapisi edible film.

16

DAFTAR PUSTAKA

1. A Rizki. Sifat Biokomposit Serat Rami (Boehmeria Nivea L.) dengan

Matriks Polipropillen[Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013.

2. Rohaeti, Eli. Mujiyono. Rochmadi. Biokomposit dari Matriks Alam Hasil

Modifikasi Sekresi Kutu lak dengan Reinforcement Serat Rami. Universitas

Negeri Yogyakarta : Yogyakarta. 2013.

3. Anonim. Tanaman Nanas. [terhubung berkala] http://bps.go.id [28 September

2013]. 2012.

4. F Vina. Optimasi Serat Kenaf Sebagai Filler Biokomposit dengan Aditif

Serbuk Daun Tembakau pada Aplikasi Papan Gipsum Plafon. [Skripsi].

Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013.

5. Nursiam I. Pendugaan Kadar Neutral Devergent dan Acid Detergent Fier

pada Pakan Berdasarkan Hasil Analisis Proksimat [Skripsi]. Institut Pertanian

Bogor : Bogor. 2012.

6. ASTM D882-02. Standard Test Methods for Tensile Properties of Thin

Plastics Sheeting. American National Standard. 2002.

7. ASTM E 96-95. Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of

materials. American National Standard. 1995.

8. M Eka. Pembuatan dan Karaktersasi Membran Nanofilter untuk Pengolahan

Air [Thesis]. Universitas Brawijaya : Semarang. 2012.

9. B Vinod. J Sudev L. Effect of Fiber Orientation on The Flexural Properties of

PLAF Reinforced Bisphenol Composite. International Journal of Science and

Engineering Applications. 2:166-169. 2013.

10. Ulfiah. Pencirian Edible Film Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan

Penambahan Natrium Alginat [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor.

2013.

11. Ardiansyah R. Pemanfaatan Pati Umbi Garut untuk Pembuatan Plastik

Biodgradable [Skripsi]. Universitas Indonesia : Depok. 2011

12. N Siti. Bionanokomposit filler nanopartikel serat kulit kenaf sebagai material

pengganti komposit sintetis fiber glass pada komponen kendaraan bermotor

[disertasi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2012.

13. M Eka. Pembuatan dan Karaktersasi Membran Nanofilter untuk Pengolahan

Air [Thesis]. Universitas Brawijaya : Semarang. 2012.

14. Sogiana M. Pencirian Bioplastik Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol

denganPenambahan Karanginan [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor.

2013.

15. Nakagaito AN, Takagi H, Pandey JK. 2011. The Processing and Mechanical

Performance of Cellulose Nanofiber Based Composites. International

Journal of Ocean System Engineering. 1(4):180-184.

16. I. Leceta, P. Guerrero, I. Ibarburu, M.T. Dueñas, K. de la Caba.

Characterization and antimicrobial analysis of chitosan-based films. Journal

of Food Engineering. 166:889-899. 2013.

17. Riswoko Asep. Pengaruh Perubahan Struktur Kimia Selulosa Ester Film

Terhadap Sifat Transmisi Cahaya. Prosiding Simposium Nasional Polimer.

5:95-98. 2005.

17

18. Laxmeshwar S S, Kumar D J M, Vivka S, Nagaraja G K. Preparation and

Properties of Biodegradable Film Composite Using Modified Cellulose Fibre-

Reinforced with PVA. International Scholarly Research Network Polymer

Science. 2012:1-8. 2012.

19. Wijaya D. Pencirian Edible Film Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol dengan

Penambahan Natrium Alginat [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor.

2013.

20. Kurniawan D. Sintesa Nanopartikel Serat Rami dengan metode Ultrasoikasi

[Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013.

18

Mulai

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian

Preparasi sampel

dekortikasi dan digester

Karakterisasi

Ultrasonikasi

Sintesa bionanokomposit

Pembelian daun nanas

Disk refiner

Karakterisasi

SEM dan Van

Soest

Uji mekanik

(tarik, elongasi)

Pati tapioka +

gliserol

Uji permeabilitas uap air, optik,

SEM, densitas

Nanofiber daun nanas

Perhitungan & analisa

data

Penyusunan Laporan

19

Lampiran 2 Hasil Pengujian Mekanik

Komposisi

Filler (%)

Ketebalan

(mm)

Panjang

awal

(mm)

Panjang

akhir

(mm)

F

maks

(N)

Elongasi

(%)

Kuat

tarik

(MPa)

0%

0.04 11.18 16.169 0.339 4.989 0.75888

0.04 13.06 17.169 0.299 4.109 0.57247

0.04 13.49 16.046 0.246 2.556 0.45521

0.04 10.69 13.874 0.221 3.184 0.5167

0.04 12.83 14.523 0.187 1.693 0.36352

Rata-rata 0.04 12.25 15.56 0.26 3.31 0.53

Komposisi

Filler (%)

Ketebalan

(mm)

Panjang

awal

(mm)

Panjang

akhir

(mm)

F

maks

(N)

Elongasi

(%)

Kuat

tarik

(MPa)

3

0.02 10.23 11.86 0.34 16.31 1.6801

0.04 9.97 12,60 0,74 26,30 1,8572

0.04 10.04 11.56 0.24 15.16 0.5992

0.05 10.16 12.56 0.56 23.95 1.1073

0.06 9.95 12.56 0.74 26.08 1.2458

Rata-rata 0.04 10.07 12.23 0.58 21.56 1.2979

Komposisi

Filler (%)

Ketebalan

(mm)

Panjang

awal

(mm)

Panjang

akhir

(mm)

F

maks

(N)

Elongasi

(%)

Kuat

tarik

(MPa)

4

0.01 10.32 12.64 0.46 23.20 4.4816

0.04 9.61 12.35 0.50 27.38 1.3089

0.02 10.11 12.18 0.44 20.70 2.1792

0.03 9.62 11.78 0.43 21.62 1.4943

0.02 10.76 13.42 0.56 26.58 2.6139

Rata-rata 0.02 10.08 12.47 0.58 23.89 2.4156

Komposisi

Filler (%)

Ketebalan

(mm)

Panjang

awal

(mm)

Panjang

akhir

(mm)

F

maks

(N)

Elongasi

(%)

Kuat

tarik

(MPa)

5

0.01 10.74 13.04 0.33 23.05 3.0552

0.01 10.07 12.69 0.54 26.22 5.3811

0.01 9.96 12.74 0.53 27.81 5.2711

0.01 10.50 12.82 0.50 23.21 4.7649

0.01 10.04 12.45 0.47 24.05 4.6876

Rata-rata 0.01 10.26 12.75 0.58 24.87 4.6320

20

Lanjutan Lampiran 2

Komposisi

Filler (%)

Ketebalan

(mm)

Panjang

awal

(mm)

Panjang

akhir

(mm)

F

maks

(N)

Elongasi

(%)

Kuat tarik

(MPa)

0%

0.04 11.18 16.169 0.339 4.989 0.75888

0.04 13.06 17.169 0.299 4.109 0.57247

0.04 13.49 16.046 0.246 2.556 0.45521

0.04 10.69 13.874 0.221 3.184 0.5167

0.04 12.83 14.523 0.187 1.693 0.36352

Rata-rata 0.04 12.25 15.56 0.26 3.31 0.53

Contoh perhitungan

Kuat tarik = 𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠

𝐴 =

0.33 𝑁

0.01 𝑚𝑚 × 10.74 𝑚𝑚 = 3.0552 MPa

% Elongasi = ∆𝐿

𝐿0 × 100 % =

13.04 𝑚𝑚− 10.74 𝑚𝑚

10.74 𝑚𝑚 × 100% = 23.05 %

-0.5

6

0

0.7

1.4

2.1

2.8

3.5

4.2

4.9

5.6

Str

ess

(N/m

m2

)

0 404 8 12 16 20 24 28 32 36

Stroke Strain(%)

Konsentrasi filler 0%

21

Lanjutan lampiran 2

-0.5

6

0

0.7

1.4

2.1

2.8

3.5

4.2

4.9

5.6

Str

ess

(N/m

m2

)

0 404 8 12 16 20 24 28 32 36

Stroke Strain(%)

-0.5

6

0

0.7

1.4

2.1

2.8

3.5

4.2

4.9

5.6

Str

ess

(N/m

m2

)

0 404 8 12 16 20 24 28 32 36

Stroke Strain(%)

Konsentrasi filler 4%

Konsentrasi filler 5%

22

Lanjutan lampiran 2

-0.15

0.8

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Str

ess

(N/m

m2

)

0 81 2 3 4 5 6 7

Stroke Strain(%)

Serat daun nanas

-57

215

-30

0

30

60

90

120

150

180

Str

ess

(N/m

m2

)

0 25.43 6 9 12 15 18 21 24

Stroke Strain(%)

Konsentrasi filler 3%

23

Lampiran 3 Hasil Pengujian SEM

a = 363.6 nm b = 258.1 nm

c = 225.4 nm d = 109.0 nm

e = 338.2 nm f = 378.1 nm

g = 443.6 nm h = 334.5 nm

i = 225.4 nm j = 200.0 nm

La1 = 223.4 nm Rata-Rata = 281.7 nm

a

b c

d

e f

g

h

i

j

24

Lampiran 4 Hasil Pengujian Optik

Tabel 3 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 0%

No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A) No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A)

1 190 0.454 36 534.73 0.53

2 200.03 0.801 37 552.16 0.527

3 201.32 0.453 38 552.35 0.527

4 205.42 0.473 39 554.5 0.526

5 210.15 0.491 40 558.2 0.525

6 212.3 0.497 41 559.76 0.525

7 214.66 0.517 42 561.51 0.525

8 216.81 0.516 43 564.62 0.524

9 218.31 0.518 44 569.09 0.523

10 225.39 0.512 45 573.74 0.521

11 242.07 0.478 46 575.49 0.521

12 252.73 0.474 47 578.2 0.52

13 273.54 0.473 48 582.26 0.518

14 283.07 0.47 49 586.69 0.517

15 294.67 0.469 50 591.7 0.516

16 302.25 0.465 51 598.43 0.514

17 314.44 0.469 52 602.08 0.512

18 327 0.495 53 603.04 0.512

19 342.22 0.511 54 614.51 0.507

20 357.8 0.529 55 618.71 0.505

21 371.25 0.544 56 620.23 0.505

22 382.8 0.548 57 622.7 0.504

23 391.85 0.548 58 635.99 0.498

24 402.71 0.545 59 638.45 0.497

25 408.24 0.543 60 697.85 0.477

26 413.34 0.543 61 698.4 0.477

27 423.13 0.544 62 703.93 0.475

28 429.63 0.544 63 714.21 0.473

29 440.18 0.543 64 736.26 0.465

30 454.92 0.543 65 745.31 0.462

31 471.61 0.541 66 753.61 0.458

32 483.02 0.54 67 761.69 0.454

33 492.99 0.538 68 770.09 0.451

34 504.92 0.536 69 782.91 0.448

35 521.34 0.533 70 801.45 0.437

25

Lanjutan Lampiran 4

Tabel 4 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 3%

No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A) No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A)

1 220.89 0.125 36 481.02 0.047

2 231.39 0.13 37 482.82 0.048

3 240.36 0.153 38 490 0.048

4 241 0.159 39 502.54 0.051

5 250.18 0.203 40 503.53 0.051

6 255 0.228 41 510.27 0.052

7 255.5 0.222 42 522.72 0.054

8 255.71 0.22 43 530.21 0.055

9 255.92 0.215 44 541.99 0.057

10 256.14 0.212 45 550.2 0.058

11 256.35 0.214 46 560.15 0.059

12 260.39 0.177 47 570.64 0.062

13 270.79 0.162 48 580.71 0.063

14 280.32 0.12 49 582.06 0.063

15 283.91 0.141 50 592.67 0.065

16 290.25 0.125 51 601.69 0.066

17 300.78 0.142 52 604.95 0.066

18 303.1 0.13 53 612.79 0.067

19 310.87 0.12 54 622.32 0.068

20 320.72 0.097 55 623.08 0.068

21 330.55 0.087 56 632.58 0.07

22 340.14 0.086 57 642.04 0.071

23 342.64 0.082 58 644.68 0.071

24 350.33 0.084 59 653.15 0.071

25 359.46 0.074 60 672.06 0.073

26 370.22 0.063 61 680.81 0.073

27 380.54 0.052 62 682.11 0.074

28 392.67 0.043 63 693.23 0.075

29 400.05 0.041 64 702.64 0.075

30 411.71 0.042 65 707.6 0.076

31 423.94 0.043 66 724.81 0.077

32 430.24 0.041 67 742.6 0.079

33 439.16 0.044 68 762.94 0.079

34 458.75 0.045 69 787.16 0.079

35 470.21 0.047 70 802.68 0.081

26

Lanjutan Lampiran 4

Tabel 5 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 4%

No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A) No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A)

1 223.25 0.123 36 461.37 0.07

2 227.1 0.119 37 469.4 0.071

3 227.53 0.116 38 482.62 0.072

4 236.52 0.19 39 483.22 0.072

5 236.73 0.199 40 490.6 0.072

6 237.16 0.203 41 501.35 0.073

7 237.37 0.195 42 502.74 0.073

8 238.23 0.186 43 512.05 0.074

9 238.65 0.188 44 520.75 0.075

10 245.06 0.172 45 531.98 0.075

11 252.73 0.182 46 536.69 0.076

12 264.21 0.115 47 545.71 0.077

13 266.97 0.112 48 552.35 0.077

14 282.86 0.111 49 552.94 0.077

15 290.04 0.11 50 571.81 0.078

16 301.62 0.12 51 582.84 0.079

17 303.1 0.129 52 583.41 0.079

18 310.66 0.139 53 599.78 0.081

19 320.93 0.104 54 603.99 0.08

20 323.65 0.103 55 622.51 0.082

21 340.56 0.122 56 635.04 0.082

22 343.89 0.122 57 642.04 0.082

23 351.58 0.109 58 643.73 0.082

24 362.98 0.089 59 650.89 0.082

25 374.97 0.074 60 663.09 0.083

26 384.45 0.077 61 673.74 0.083

27 400.67 0.07 62 686.01 0.082

28 403.33 0.067 63 694.34 0.083

29 410.49 0.068 64 703.19 0.082

30 422.72 0.069 65 722.25 0.083

31 424.55 0.07 66 733.54 0.083

32 430.24 0.069 67 753.07 0.08

33 432.27 0.071 68 764.37 0.079

34 443.41 0.071 69 783.62 0.077

35 451.7 0.071 70 803.91 0.076

27

Lanjutan Lampiran 4

Tabel 6 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 5%

No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A) No

Panjang

Gelombang

(nm)

Absorbansi

(A)

1 219.81 0.054 36 423.13 0.047

2 220.03 0.056 37 423.53 0.047

3 220.24 0.052 38 431.26 0.049

4 223.25 0.043 39 436.53 0.048

5 240.36 0.1 40 444.83 0.05

6 242.5 0.102 41 452.3 0.051

7 253.37 0.131 42 453.31 0.051

8 253.58 0.126 43 472.61 0.054

9 253.8 0.127 44 475.22 0.055

10 254.43 0.128 45 482.42 0.056

11 254.65 0.122 46 489.61 0.056

12 262.94 0.069 47 502.94 0.059

13 264.64 0.079 48 503.53 0.059

14 270.79 0.062 49 510.67 0.061

15 282.86 0.055 50 523.91 0.063

16 293.62 0.052 51 525.88 0.063

17 294.46 0.057 52 538.26 0.065

18 302.46 0.072 53 543.55 0.066

19 308.77 0.083 54 564.24 0.07

20 320.51 0.042 55 580.71 0.072

21 321.35 0.04 56 598.62 0.076

22 330.55 0.074 57 603.61 0.077

23 334.93 0.086 58 625.56 0.08

24 343.89 0.087 59 645.05 0.082

25 352.62 0.061 60 666.65 0.084

26 354.69 0.061 61 673.74 0.085

27 362.98 0.053 62 684.15 0.086

28 373.73 0.047 63 698.03 0.087

29 381.15 0.041 64 705.77 0.088

30 383.21 0.039 65 722.98 0.09

31 393.29 0.039 66 743.69 0.091

32 402.92 0.041 67 763.3 0.09

33 403.33 0.041 68 782.73 0.091

34 410.69 0.043 69 802.86 0.091

35 414.57 0.045 70 822.95 0.091

28

Lampiran 5 Hasil Pengujian Permeabilitas Bionanokomposit Tehadap Uap Air

0%

Waktu

(s) Luas (m²) Tebal (m)

Bobot yang

hilang (g)

WVTR

(g s-1

m-2

)

WVP

(g s-1

m-1

Pa-1

)

3600 0.0004979 0.00004 0.2197 0.1225704 4.11805E-09

7200 0.0004979 0.00004 0.6176 0.1722791 5.78814E-09

10800 0.0004979 0.00004 0.9978 0.1855571 6.23425E-09

14400 0.0004979 0.00004 1.3752 0.1918056 6.44418E-09

18000 0.0004979 0.00004 2.1487 0.2397514 8.05504E-09

3%

Waktu

(s) Luas (m²) Tebal (m)

Bobot yang

hilang (g)

WVTR

(g s-1

m-2

)

WVP

(g s-1

m-1

Pa-1

)

3600 0.0004979 0.00004 0.1955 0.1090692 3.66445E-09

7200 0.0004979 0.00004 0.5376 0.1499632 5.03838E-09

10800 0.0004979 0.00004 0.9234 0.1717212 5.7694E-09

14400 0.0004979 0.00004 1.4082 0.1964082 6.59882E-09

18000 0.0004979 0.00004 2.0396 0.2275781 7.64605E-09

4%

Waktu

(s) Luas (m²) Tebal (m)

Bobot yang

hilang (g)

WVTR

(g s-1

m-2

)

WVP

(g s-1

m-1

Pa-1

)

3600 0.0004979 0.00003 0.1769 0.0986923 2.48686E-09

7200 0.0004979 0.00003 0.4466 0.1245788 3.13915E-09

10800 0.0004979 0.00003 0.7255 0.1349185 3.39969E-09

14400 0.0004979 0.00003 1.1309 0.1577319 3.97455E-09

18000 0.0004979 0.00003 1.8042 0.2013122 5.07269E-09

5%

Waktu

(s) Luas (m²) Tebal (m)

Bobot yang

hilang (g)

WVTR

(g s-1

m-2

)

WVP

(g s-1

m-1

Pa-1

)

3600 0.0004979 0.00003 0.2036 0.1135882 2.86221E-09

7200 0.0004979 0.00003 0.3625 0.1011191 2.54801E-09

10800 0.0004979 0.00003 0.5225 0.0971674 2.44843E-09

14400 0.0004979 0.00003 0.6825 0.0951915 2.39865E-09

18000 0.0004979 0.00003 0.838 0.0935038 2.35612E-09

Contoh perhitungan:

Laju transmisi uap =bobot air yang hilang g

waktu s × luas m2

29

Lanjutan Lampiran 5

=0.1955 g

3600 s × 0.0004979 m2

= 0.1090692 gs-1

m-2

Permabilitas uap air =Laju transmisi uap(g s

-1m

-2)

S × (R1 − R2)× d

=0.1090692(g s-1

m-2

)

6266.134 Pa × (1 − 0.81)× 0.00004 (𝑚)

= 3.66445×10-9

g s-1

m-1

Pa-1

30

Lampiran 6 Hasil Pengujian Densitas

Komposisi Bobot (gram) Massa jenis

(g cm3)

Rata-rata w0 w1 w2 w3

0%

9.9595 9.9623 20.1492 20.2505 0.02768

0.025854 9.9764 9.9785 20.1755 20.2505 0.027984

9.9583 9.9603 20.1585 20.2505 0.021898

3%

9.9731 9.9749 20.1838 20.2318 0.03708

0.048511 9.976 9.9779 20.1514 20.2318 0.023677

9.9778 9.9799 20.2085 20.2318 0.084777

4%

9.9796 9.9844 20.1923 20.2393 0.095071

0.076967 10.0183 10.0205 20.2033 20.2393 0.058864

9.9845 9.9873 20.2119 20.2393 0.095078

5%

9.9811 9.985 20.2000 20.2436 0.084261

0.129105 9.9806 9.9856 20.2191 20.2436 0.173949

9.9803 9.9836 20.1775 20.2436 0.048802

`

31

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 4

Januari 1993 dari pasangan Drs. Rudi Katriyudo. dan

Elly Haryati. Penulis adalah anak kedua dari enam

bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri

2 Bogor dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi

masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur

Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di

Departemen Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA).

Selama menempuh pendidikan. penulis menjadi asisten praktikum Fisika

pada tahun ajaran 2013/2014. Penulis juga pernah aktif di beberapa kegiatan

kepanitian organisasi. yaitu aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika

sebagai anggota Divisi Komunikasi dan informasi (Kominfo) tahun ajaran

2011/2012. Penulis juga mendapatkan beasiswa Bantuan Belajar Mahasiswa

(BBM) selama kuliah di IPB. Penulis juga aktif menulis paper dengan judul

“Mechanical and Optical Characterization of Bio-nanocomposite from Pineapple

Leaf Fiber Material for Food Packaging” yang di publis dalam “The International

Seminar on Photonics Optics and its Application (ISPHOA 2014)”.