PEMBUATAN BIOFILM BERBAHAN DASAR POLISAKARIDA DARI KARAGINAN DAN TEPUNG

TAPIOKA

DAMENTA GINTING

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2013

2

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Biofilm

Berbahan Dasar Polisakarida dari Karaginan dan Tepung Tapioka 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, Mei 2013

Damenta Ginting

NIM G44086040

3

ABSTRAK

DAMENTA GINTING. Pembuatan Biofilm Berbahan Dasar Polisakarida dari Karaginan dan Tepung Tapioka. Dibimbing oleh AHMAD SJAHRIZA dan MUHAMAD FARID.

Karaginan merupakan hidrokoloid polisakarida hasil ekstraksi dari rumput laut merah. Karaginan dengan penambahan tepung tapioka dan gliserol dapat menghasilkan biofilm. Biofilm merupakan bahan yang ramah lingkungan dan berpotensi digunakan sebagai bahan pengemas makanan. Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan biofilm dari karaginan dan tepung tapioka serta mengkaji nilai kuat tarik dan elongasi serta sifat permeabilitas film terhadap uap air. Konsentrasi tepung yang ditambahkan ialah 1, 2.5, 5, dan 10% (b/v). Film dengan konsentrasi tepung 10% memiliki nilai kuat tarik dan elongasi yang paling tinggi dibandingkan dengan film lainnya, yaitu 1024 MPa dan 38.4%. Sifat permeabilitas uap air yang paling rendah ditunjukkan oleh film dengan konsentrasi 1%, yaitu (ng m/ s m2 Pa). Keberadaan karaginan dalam film ditunjukkan oleh serapan inframerah pada bilangan gelombang 925.83 cm-1 yang merupakan ciri khas gugus fungsi 3,6-anhidro-D-galaktosa pada karaginan.

Kata kunci: biofilm, karaginan, permeabilitas uap air, tepung tapioka

ABSTRACT

DAMENTA GINTING. Polysaccharide-Based Biofilm from Carrageenan and Tapioca Flour. Supervised by AHMAD SJAHRIZA and MUHAMAD FARID.

Carrageenan is a hydrocolloid extracted from Eucheuma cottonii seaweed which is a polysaccharide. Carrageenan with tapioca flour and glycerol can produce biofilm. Biofilm is an environmentally friendly material potencial as a food packaging material. The aims of this research ware to produce a biofilm from carrageenan and tapioca flour and to assess the tensile strength and elongation values as well as the water vapor permeability property. The concentration of flour added were 1, 2.5, 5, and 10% (w/v). Film with 10% concentration of flour had the highest tensile strength and elongation values compared with the other films, which were 1024 MPa and 38.4%. The lowest water vapor permeability was showed by film with 1% concentration of flour that was (ng m/ s m2 Pa). The presence of carrageenan in this film was showed by the infrared absorption in 925.83 cm-1 wavenumber which is characteristic of 3,6-anhydro-D-galactose functional group in carrageenan. Key words: biofilm, carrageenan, cassava flour, water vapor permeability

4

PEMBUATAN BIOFILM BERBAHAN DASAR POLISAKARIDA DARI KARAGINAN DAN TEPUNG

TAPIOKA

DAMENTA GINTING

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2013

Judu1 Skripsi : Pembuatan Biofilm Berbahan Dasar Po1isakarida dari Karaginan dan Tepung Tapioka

Nama : Damenta Ginting NIM : G44086040

Disetujui

Pembimbing I, Pembimbing II,

~,t Drs Ahmad Sjahriza Drs amad Farid, MSi

NIP 19620406 198903 1 002 NIP 19640525 199203 1 003

Diketahui

Ketua Departemen,

PrQfDr}r.ntil'Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002

Tangga1 hIlus:

5

Judul Skripsi : Pembuatan Biofilm Berbahan Dasar Polisakarida dari Karaginan dan Tepung Tapioka

Nama : Damenta Ginting NIM : G44086040

Disetujui

Pembimbing I, Pembimbing II,

Drs Ahmad Sjahriza Drs Muhamad Farid, MSi NIP 19620406 198903 1 002 NIP 19640525 199203 1 003

Diketahui Ketua Departemen,

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002

Tanggal lulus:

6

PRAKATA

Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan kasih dan berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah berjudul “Pembuatan Biofilm Berbahan Dasar Polisakarida dari Karaginan dan Tepung Tapioka” hasil penelitian yang dilaksanakan sejak bulan September 2012 di Laboratorium Kimia Fisik dan Laboratorium Terpadu, IPB.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Drs Ahmad Sjahriza dan Bapak Drs Muhamad Farid, MSi selaku pembimbing, serta Bapak Ismail dan Ibu Ai selaku tenaga kependidikan di Bagian Kimia Fisik dan Lingkungan yang telah banyak membantu penulis dalam melaksanakan penelitian. Di samping itu, ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Mas Sujono dan Mas Maksudin selaku analis di Laboratotium Terpadu IPB yang telah membantu penulis dalam pengumpulan data. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Papa dan Mama atas nasihat, semangat, bantuan materi, dan doa-doanya, saudara terkasih (Riama, Dumar, Dreamer dan Eduard) dan teman-teman (Retno, Amar, Mba Lia,Mba Richa dan Mba Fajar).

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Mei 2013

Damenta Ginting

7

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Kabanjahe pada tanggal 22 Mei 1987 sebagai anak pertama dari 4 bersaudara, putri dari Piktor Ginting dan Cerdas Sembiring. Tahun 2005 penulis lulus dari SMU Negeri I Sidikalang dan memperoleh kesempatan melanjutkan studi di Direktorat Program Diploma IPB pada Program Keahlian Analisis Kimia melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis melakukan praktik lapangan pada tahun 2008 di PT Pharos Indonesia dan menulis laporan tugas akhir dengan judul “Penetapan Kadar Parasetamol secara Spektrofotometri UV”. Pada tahun yang sama penulis memperoleh kesempatan untuk melanjutkan studi di Program S1 Penyelenggaraan Khusus, Departemen Kimia, IPB.

8

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR TABEL........................................................................................... . vii

DAFTAR GAMBAR......................................................................... .............. vii

DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ ........ vii

PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

BAHAN DAN METODE ................................................................................ 1

Alat dan Bahan ....................................................................................... 1 Metode Penelitian .................................................................................. 1 Kadar Air ................................................................................................ 1 Kadar Abu ............................................................................................... 2 Kadar Protein .......................................................................................... 2 Ekstraksi Karaginan ................................................................................ 2 Pembuatan Film ...................................................................................... 2 Kuat Tarik dan Persen Pemanjangan ...................................................... 2 Permeabilitas Uap Air............................................................................ 2 Analisis dengan Spektrofotometri .......................................................... 2 Analisis Termal dengan DTA-TGA ....................................................... 2

HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................ 3

Kadar Air, Abu, dan Protein ................................................................... 3 Hasil Ekstraksi Karaginan dan Pembuatan Film .................................... 3 Kuat Tarik dan Persen Pemanjangan ...................................................... 4 Permeabilitas Uap Air ............................................................................ 5 Spektrum FTIR.......................................................................................5 Hasil Analisis Termal............................................................................. 5

SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 8

Simpulan............................................................................................. .... 8 Saran ....................................................................................................... 8

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 8

LAMPIRAN ..................................................................................................... 9

9

DAFTAR TABEL Halaman

1 Ragam konsentrasi tepung tapioka dalam film ............................................ …..2 2 Nilai kuat tarik dan elongasi film karaginan-tepung tapioka…………… ... … ..4

3 Perbandingan bilangan gelombang serapan film karaginan-tepung tapioka …..6

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1 Skema reaksi perlakuan basa pada karaginan… ………………………………...42 Film karaginan-tepung tapioka ………………………………………………….53 Kurva hilang massa air terhadap waktu …………………………………………54 Permeabilitas uap air film karaginan-tepung tapioka ……………………………55 Kurva TGA-DTA film karaginan (a) dan film karaginan-tepung tapioka 1% (b)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

7

1 Diagram alir penelitian....................................................................................... 10

2 Contoh perhitungan kadar air rumput laut ......................................................... 11

3 Contoh perhitungan kadar air tepung tapioka ………………………………….114 Contoh perhitungan kadar abu rumput laut .........................................................125 Contoh perhitungan kadar abu tepung tapioka …………………………………126 Contoh perhitungan kadar protein rumput laut ………………………………...137 Contoh perhitungan kadar protein tepung tapioka ……………………………..138 Contoh perhitungan kuat tarik film……………………………………………. 149 Contoh perhitungan permeabilitas uap air.................................. 10 Spektrum FTIR film karaginan-tepung tapioka 1%..........................................17

........................16

2

PENDAHULUAN

Rumput laut merupakan salah satu devisa negara dan sumber pendapatan bagi masyarakat pesisir. Salah satu jenis rumput laut yang cukup potensial dan banyak dijumpai di perairan Indonesia adalah Eucheuma spinosum (termasuk alga merah) yang dapat menghasilkan karaginan. Kementerian Kelautan dan Perikanan Indonesia memperkirakan areal strategis yang dapat digunakan untuk budi daya rumput laut di Indonesia ada seluas 21500 ha, tetapi belum diusahakan secara optimal. Produksi rumput laut setiap tahunnya meningkat, dari 2.3 juta ton pada tahun 2000 menjadi 4.3 juta ton pada tahun 2011. Potensi lahan yang cukup luas dan peningkatan kebutuhan setiap tahunnya perlu diimbangi dengan industri pengolahan rumput laut menjadi karaginan. Karaginan merupakan polisakarida linear yang tersusun atas molekul galaktan dengan unit-unit utamanya adalah galaktosa (Bae et al. 2007).

Karaginan dapat diekstraksi dari rumput laut merah Rhodophyceae menggunakan pemanasan dengan pelarut air atau larutan basa (KOH). Senyawa polisakarida mudah terhidrolisis dalam larutan yang bersifat asam dan stabil dalam suasana basa. Karaginan terdiri atas garam kalium, natrium, magnesium, dan kalium ester sulfat dengan kopolimer galaktosa dan 3,6-anhidro-galaktosa. Karaginan banyak digunakan dalam industri pangan dan nonpangan. Industri pangan menggunakan senyawa ini sebagai penstabil, pengental, pembentuk gel, dan pengemulsi. Karaginan menstabilkan protein susu karena memiliki gugus ester sulfat (Sandersen 1981), memperbaiki struktur keju, menjaga nilai viskositas dan tekstur puding, serta menjadi pengikat atau penstabil dalam pengolahan daging pada pembuatan sosis. Industri nonpangan menggunakan senyawa ini sebagai pengental pada pasta gigi, conditioner pada sampo, dan pelapis obat karena kemampuannya membentuk gel.

Beberapa polisakarida penghasil biofilm ialah tepung dari umbi akar dan sereal, pektin, alginat dan karaginan dari rumput laut, dan selulosa. Penambahan karaginan ke dalam konsentrat protein kacang-kacangan dapat meningkatkan kekuatan serta kekentalan gel. Penambahan tepung kedelai dan tepung kacang hijau menghasilkan biofilm yang lebih kuat.

Biofilm banyak diaplikasikan pada bidang pangan dan nonpangan seperti untuk bahan pengemas makanan dan industri farmasi. Sifat

bahan yang ramah lingkungan membuat biofilm berpotensi digunakan sebagai bahan pengemas makanan pengganti film sintetis (Lopez et al. 2008). Biofilm ramah lingkungan karena terbuat dari bahan-bahan biopolimer, antara lain polisakarida, protein, dan lemak. Lemak membuat biofilm mudah rusak secara alami, tetapi memiliki sifat kuat tarik dan elongasi yang cukup baik serta permeabilitas terhadap uap air dan oksigen yang baik. Biofilm larut baik di dalam air dan HCl sehingga dapat diaplikasikan pada industri farmasi sebagai cangkang kapsul (Bae et al. 2007).

Penelitian ini bertujuan menghasilkan biofilm berbahan dasar polisakarida karaginan dan tepung tapioka. Nilai kuat tarik dan elongasi serta permeabilitas film terhadap uap air dikaji untuk mendapatkan komposisi terbaik. Diagram alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah

microwave oven (Panasonic NN-SM320M), alat pengukur ketebalan film, alat uji kuat tarik dan elongasi (tensile strength COMTEN), alat uji termal analisis termal diferensial-analisis termogravimetri (DTA-TGA) (Shimadzu DTGG0-H TA-60WS FC-60A), spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) (Shimadzu IR Prestige-21), dan alat-alat kaca lainnya. Bahan-bahan yang digunakan antara lain rumput laut jenis Eucheuma cottonii, KOH, tepung tapioka, dan gliserol.

Kadar Air (AOAC 2007)

Cawan porselen dikeringkan kira-kira 15

menit di dalam oven pada suhu 105–110 ˚C, lalu didinginkan dalam desikator selama 15 menit dan ditimbang bobotnya (A). Sampel rumput laut ditimbang sebanyak 2 g (B) dalam cawan tersebut, kemudian dikeringkan dalam oven selama 5 jam pada suhu 105–110 ˚C. Cawan yang berisi sampel didinginkan dalam desikator selama 15 menit lalu ditimbang bobotnya (C). Kadar air dihitung mengguna-kan rumus sebagai berikut:

3

Keterangan: A = Bobot cawan kosong (g) B = Bobot cawan + sampel sebelum

dikeringkan (g) C = Bobot cawan + sampel setelah

dikeringkan (g)

Kadar Abu (AOAC 2007)

Cawan porselen dikeringkan selama 30 menit di dalam oven pada suhu 100–105 ˚C kemudian didinginkan selama 15 menit di dalam desikator dan ditimbang bobotnya (A). Sampel rumput laut ditimbang sebanyak 2 g (B) dalam cawan tersebut, lalu cawan berisi sampel dibakar selama ±10 menit dengan nyala bunsen sebelum dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 600 ˚C sampai terabukan sempurna. Sampel yang telah diabukan didinginkan selama 30 menit di dalam desikator dan ditimbang bobotnya (C). Kadar abu dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

Keterangan: A = Bobot cawan kosong (g) B = Bobot cawan + sampel (g) C = Bobot cawan + abu (g)

Kadar Protein (AOAC 2007) Penentuan kadar protein dilakukan dengan

metode Kjeldahl. Sampel sebanyak 0.1 g dimasukkan ke dalam labu kjeldahl, ditambahkan 2 sudip katalis selen dan 10 mL H2SO4 pekat, lalu dididihkan. Setelah tidak berwarna, cairan dipindahkan ke labu distilasi dan dibilas dengan 150 mL akuades. Larutan NaOH 4% sebanyak 50 mL ditambahkan ke dalam labu dan distilasi dimulai. Distilat ditampung dengan erlenmeyer 125 mL yang berisi larutan H3BO3 dan 3 tetes indikator (campuran merah metil 0.2% dalam alkohol dan biru metilena 0.2% dalam alkohol dengan nisbah 2:1). Distilasi dilakukan sampai diperoleh kira-kira 150 mL distilat yang bercampur dengan H3BO3 dan indikator dalam erlenmeyer, kemudian distilat dititrasi dengan HCl 0.1 N. Titrasi dilakukan sampai warna berubah dari hijau menjadi merah. Volume titran dibaca dan dicatat. Persentase kadar protein dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

Ekstraksi Karaginan (Pratiwi et al. 2011)

Rumput laut E. cottonii dikeringkan

dengan sinar matahari, lalu ditimbang sebanyak 5 g dan direndam dengan akuades selama 24 jam. Rumput laut disaring, lalu dihancurkan dengan blender dan diekstraksi dalam wadah yang dipanaskan dengan microwave oven menggunakan pelarut basa (KOH 0.1%). Nisbah rumput laut kering dan pelarut (% b/v) adalah 1:20. Ekstraksi dilakukan selama 20 menit dengan daya defrost, kemudian suspensi disaring dengan kain blacu untuk memisahkan filtrat dari ampas rumput laut.

Pembuatan Film (Bae et al. 2007)

Film dibuat 2 kali ulangan dengan kontrol

tanpa penambahan tepung tapioka. Sebanyak 12.5 g gliserol dilarutkan dalam 450 mL akuades bersuhu 50 ˚C dan diaduk selama 30 menit pada suhu (50 ± 5) ˚C. Kemudian 50 mL ekstrak karaginan ditambahkan dan diaduk kembali selama 30 menit pada suhu (50 ± 5) ˚C. Tepung tapioka selanjutnya ditambahkan dengan konsentrasi yang beragam (Tabel 1) dan pengadukan dilanjutkan selama 60 menit dengan suhu dinaikkan perlahan-lahan hingga (90 ± 5) ⁰C. Larutan film yang diperoleh dicetak di atas pelat kaca dan dikeringkan selama 1 malam.

Tabel 1 Ragam konsentrasi tepung tapioka

dalam film Konsentrasi (%) Bobot (g)

0.0 0.0000 1.0 0.3000 2.5 0.7500 5.0 1.5000

10.0 3.0000

Kuat Tarik dan Elongasi (Bae et al. 2007) Film yang telah dikeringkan dipotong

dengan ukuran panjang 30 mm dan lebar 25 mm. Kemudian film dijepitkan pada alat uji tarik dengan kecepatan konstan. Data yang dihasilkan dicetak. Kuat tarik dan persen pemanjangan dihitung menggunakan persama-an sebagai berikut:

4

Permeabilitas Uap Air (Hu et al. 2000)

Permeabilitas uap air diukur dengan menggunakan metode cawan. Sebanyak 30 mL akuades dimasukkan ke dalam cawan petri kemudian cawan ditutup dengan kertas aluminium yang dilubangi dengan luas lubang sebesar 10% dari luas cawan. Film dilekatkan di atas lubang tersebut menggunakan epoksi. Batas ketinggian antara permukaan air dalam cawan dan film sebesar 6 mm. Cawan dipanaskan di dalam oven selama 5–6 jam pada suhu (37± 0.5) oC dan kelembapan relatif (19±1.5)%, kemudian massa air yang hilang setiap jamnya diukur. Laju transmisi uap air dihitung menggunakan persamaan berikut:

Analisis dengan Spektrofotometer FTIR

Film yang telah dikeringkan dipotong

sesuai ukuran cell holder dan ditempatkan di dalamnya. Alat diatur agar diperoleh spektrum hubungan antara bilangan gelombang dan intensitas puncak yang menunjukkan gugus fungsi. Spektrum FTIR direkam pada suhu ruang.

Analisis Termal dengan DTA-TGA

Sampel ditimbang sebanyak 23 mg,

kemudian digerus. Sampel dicetak pada pelat platinum dan dianalisis termal. Alat uji DTA-TGA dioperasikan dengan laju pemanasan 20 ˚C per menit pada suhu 0-400 ˚C.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kadar Air, Abu, dan Protein

Rumput laut dan tepung tapioka yang digunakan ditentukan kadar air, abu, dan proteinnya. Kadar air dapat memengaruhi penampakan, tekstur, mutu, dan daya simpan. Bahan berkadar air tinggi lebih cepat ditumbuhi jamur atau mikrob. Diperoleh kadar air rumput laut 13.55% dan tepung tapioka 9.30% (Lampiran 2 dan 3). Hasil ini tidak berbeda jauh dengan penelitian sebelumnya (Purnama 2003).

Kadar abu menunjukkan komponen anorganik atau mineral sisa pembakaran bahan organik. Semakin banyak kandungan mineral, maka kadar abu menjadi semakin

besar, demikian pula sebaliknya. Lampiran 4 dan 5 memperlihatkan kadar abu rumput laut sebesar 37.99% dan tepung tapioka 3.78%. Kadar abu rumput laut yang cukup tinggi sebagian besar berasal dari garam dan mineral yang menempel pada rumput laut seperti K, Mg, Ca, dan Na (Sudarmadji et al. 1996).

Cara kjeldahl digunakan untuk meng-analisis kadar protein kasar dalam rumput laut dan tepung tapioka. Cara ini merupakan cara tidak langsung karena yang dianalisis adalah kadar nitrogennya, yang kemudian dikalikan dengan angka konversi 6.25 untuk mendapat-kan kadar protein dalam bahan (Winarno 2008). Kadar protein rumput laut diperoleh sebesar 4.81% (Lampiran 6) dan kadar protein tepung tapioka sebesar 1.05% (Lampiran 7).

Ekstraksi Karaginan dan Pembuatan Film

Karaginan terdapat dalam dinding sel atau

matriks intraselular rumput laut dan merupakan penyusun terbesar bobot kering rumput laut. Karaginan merupakan hasil ekstraksi rumput laut dengan menggunakan air panas atau larutan basa pada suhu tinggi. Metode ekstraksi karaginan dalam penelitian ini menggunakan mikrogelombang dengan pelarut basa, yaitu KOH 0.1%. Perlakuan basa membantu ekstraksi polisakarida dengan membentuk 3,6-anhidrogalaktosa. Skema reaksi antara pelarut basa dan karaginan disajikan pada Gambar 1.

κ-Karaginan mengandung gugus 3,6-anhidro dan ikatan α-1,4 D-galaktopiranosa (Gambar 1). Gugus 6-sulfat pada µ- karaginan dapat tereliminasi oleh basa sehingga jumlah 3,6-anhidro-D-galaktosa pada κ-karaginan bertambah, yang meningkatkan kepekaan terhadap ion kalium dan pada akhirnya meningkatkan kekuatan gel karaginan (Syamsuar 2007). κ-Karaginan sangat sensitif terhadap ion kalium dan kalsium.

Ekstrak karaginan ditambahkan tepung tapioka dan gliserol untuk menghasilkan biofilm. Gliserol berfungsi sebagai pemlastis yang meningkatkan sifat kelenturan dan kemuluran pada film. Film dicetak dengan metode gel casting. Dalam metode ini, pelarut diuapkan melalui pengeringan sehingga menurunkan kelarutan polimer dan rantai polimer menyesuaikan diri untuk membentuk film. Film dicetak selama 24 jam dengan ketebalan basah 0.790 mm. Gambar 2 menunjukkan film karaginan-tepung tapioka, yang dibuat dengan ragam konsentrasi tepung tapioka, 1%, 2.5%, 5%, dan 10%.

5

Gambar 1 Skema reaksi perlakuan basa pada karaginan.

Film-film yang dihasilkan homogen,

bening, dan lentur, tetapi mudah robek. Film terbentuk oleh adanya interaksi ikatan hidrogen antara polisakarida dan tepung tapioka. Karaginan merupakan polisakarida yang bermuatan negatif pada gugus sulfat. Muatan negatif ini memengaruhi kelarutannya di dalam air. Karaginan dapat membentuk film karena kemampuan untuk terhidrasi dan membentuk gel yang baik. Pemlastis gliserol menyebabkan film menjadi lentur, sementara penambahan tepung tapioka diharapkan dapat memperbaiki nilai kuat tarik dan persen pemanjangan serta permeabilitas uap air.

Kuat Tarik dan Persen Pemanjangan

Sifat fisik film yang diuji meliputi kuat

tarik, persen pemanjangan, ketebalan, dan laju permeabilitas uap air. Kuat tarik meng-gambarkan tegangan maksimum film dalam menahan gaya yang diberikan. Kuat tarik merupakan tarikan maksimum yang dapat ditahan oleh film sebelum putus atau sobek. Nilai kuat tarik dan persen pemanjangan menggambarkan sifat mekanik film dan berhubungan dengan struktur kimianya (Bae et al. 2007).

Nilai kuat tarik dan persen pemanjangan pada Tabel 2 diperoleh melalui perhitungan pada Lampiran 8. Gaya yang dapat ditahan oleh film semakin besar dengan meningkatnya konsentrasi tepung dalam film. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya ketebalan film.

Secara keseluruhan, film-film tersebut memiliki ketebalan sekitar 0.01–0.03 mm, berdasarkan hasil pengukuran di 10 titik berbeda. Film berbahan dasar polisakarida dan protein lebih unggul dalam hal stabilitas mekanik, melalui interaksi elektrostatis, ikatan hidrogen, gaya van der Waals, ikatan kovalen, dan jembatan disulfida. Tabel 2 Nilai kuat tarik dan persen

pemanjangan film karaginan-tepung tapioka

Konsentrasi tepung (%)

Kuat tarik (MPa)

Persen pemanjangan

(%) 0.0 163.4442 18.27 1.0 261.5107 23.92 2.5 336.2280 15.50 5.0 804.1453 25.92

10.0 1024.2511 38.42

Permeabilitas Uap Air

Permeabilitas uap air (water vapor permeability) merupakan kemampuan film menahan laju uap air yang menembusnya. Metode cawan digunakan pada penelitian ini. Laju permeabilitas uap air menunjukkan jumlah air yang hilang per satuan waktu dibagi dengan luas film. Permeabilitas uap air dapat digunakan untuk memperkirakan interaksi polimer terlarut di dalam film dan mekanisme transfer massa. Penambahan atau hilang massa dialurkan terhadap waktu dan ditunjukkan oleh Gambar 3. Terlihat bahwa

Gambar 2 Film karaginan-tepung tapioka 1% (a), 2.5% (b), 5% (c), dan 10% (d).

6

massa air yang hilang pada setiap konsentrasi film hampir sama. Selain itu, semakin banyak massa air yang hilang seiring dengan waktu. Hu et al. (2001) menyatakan bahwa hilang massa air dari setiap film yang diuji meningkat setiap jamnya dan mendatar setelah 5 jam.

Gambar 3 Kurva hilang massa air terhadap

waktu ( 1% 2.5% 5% 10%).

Permeabilitas berkaitan dengan gugus

hidrofilik pada film. Film pada penelitian ini mengandung gliserol, pemlastis yang bersifat hidrofilik sehingga menyerap air dan dapat meningkatkan permeabilitas. Permeabilitas uap air pada setiap film yang diukur pada suhu 37 ⁰C ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Permeabilitas uap air film

karaginan-tepung tapioka. Nilai permeabilitas semakin besar dengan

semakin besarnya konsentrasi tepung tapioka dalam film (Lampiran 9). Permeabilitas paling rendah dimiliki olah film karaginan-tepung tapioka 1%, yaitu 4.5463 ng m/ s m2 Pa. Nilai permeabilitas uap air yang rendah merupakan kriteria film yang dapat menahan migrasi uap air. Nilai permeabilitas ini

dipengaruhi oleh konsentrasi tepung dalam film dan tebal film. Konsentrasi tepung yang semakin besar dalam film menunjukkan transfer massa yang semakin cepat sehingga nilai permeabilitasnya semakin besar (Gambar 4).

Spektrum FTIR

Spektrum FTIR akan menunjukkan gugus

fungsi yang dimiliki oleh suatu senyawa organik dan polimer. Spektrum FTIR dari film karaginan-pati tepung tapioka 1% (Lampiran 10) menunjukkan pita lebar pada bilangan gelombang 3410.15 cm-1 yang merupakan ulur OH, 2958.80 cm-1 (ulur C-H), 1639.49 cm-1

(pita-pita absorpsi utama yang sesuai untuk pengikatan air), dan 1373.32 cm-1 (ikatan C-H). Pita-pita yang terasosiasi dengan C-O, C-C, dan C-O-H diperoleh pada bilangan gelombang 1200–900 cm-1, sedangkan pita 1161.15 cm-1 menunjukkan ikatan glikosida (Tabel 3).

Pita-pita khas dalam karaginan ditunjuk-kan pada bilangan gelombang 1230.58 cm-1 yang merupakan pita serapan gugus ester sulfat (S=O), 1072.42 cm-1 (ikatan glikosida), 925.83 cm-1 (ester sulfat), dan 848.68 cm-1 (D-galaktosa-4-sulfat). Hasil-hasil tersebut menunjukkan kesesuaian dengan penelitian sebelumnya (Tabel 3).

Hasil Analisis Termal

Analisis termal merupakan pengukuran sifat fisik bahan sebagai fungsi suhu. Metode analisis termal meliputi analisis termal diferensial (DTA), kalorimetri pemayaran diferensial (DSC), termogravimetri (TGA), termokanometri (TMA), dan analisis mekanis dinamik (DMA) (Hatekayama dan Hatekayama 2004). Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah DTA dan TGA.

Kurva DTA dapat digunakan untuk menentukan proses degradasi berlangsung secara eksotermik atau endotermik. Proses eksotermik akan menghasilkan puncak, sedangkan proses endotermik akan menghasilkan lembah. Kurva DTA film karaginan tanpa tepung tapioka menunjukkan degradasi endotermik pada suhu 130.35 oC dengan energi (perubahan entalpi) yang dilepaskan 87.40 µV, eksotermik pada suhu 256.30 oC dengan energi 66.31 µV. Film karaginan dengan penambahan tepung tapioka 1% mengalami proses endotermik pada suhu

0,000,200,400,600,801,001,20

1 2 3 4 5

Hla

ng M

assa

Air

(g)

Waktu (jam)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

1.0 2.5 5.0 10.0

Perm

eabi

litas

uap

air

(ng

m/s

m2

Pa)

Konsentrasi tepung (%)

7

Tabel 3 Perbandingan bilangan gelombang serapan film karaginan-tepung tapioka 1% dengan penelitian sebelumnya

134.82 ⁰C dengan melepas energi 95.28 µV, eksotermik terjadi pada suhu 263.35 ˚C dengan energi 87.79 µV. Analisis termogravimetri di dalam penelitian polimer digunakan pada kondisi yang sedang supaya diperoleh beberapa informasi, antara lain suhu dekomposisi (Td), puncak kurva turunan TG (∆Tdp), residu massa, hilang massa karena penguapan senyawa dengan bobot molekul rendah, energi aktivasi dekomposisi, dan laju dekomposisi (Rabek 2004).

Perubahan massa sampel diukur secara kontinu dengan kecepatan tetap. Hasil pengukuran dinyatakan sebagai kurva hubungan antara massa yang hilang dan suhu yang disebut termogram. Berdasarkan Gambar

6, kedua kurva baik kurva TGA-DTA film karaginan maupun film karaginan-tepung tapioka 1% menunjukkan suhu transisi yang tajam. Massa film karaginan yang hilang sekitar 17.976 mg atau 64.66% (Gambar 6a), sedangkan massa film karaginan-tepung tapioka 1% yang hilang sekitar 16.004 mg atau 59.52% (Gambar 6b). Massa film karaginan-tepung tapioka yang hilang lebih kecil dibandingkan dengan bobot massa film karaginan. Hal ini berarti bahwa tepung tapioka di dalam film dapat memperlambat proses dekomposisi. Massa masih tersisa 35.34% dari massa awal sampel, maka masih diperlukan pengujian TGA dengan suhu yang lebih besar dari 400 oC.

Bilangan gelombang (cm-1) Dugaan gugus

fungsi Film karaginan-tepung tapioka

Pustaka (Distantina et al. 2011)

Pustaka (Ummi-Shafiqah et

al.2012) 3410.15 3293.65–3325.39 - Ulur OH 2958.8 2928.57 - Ulur C-H

1639.49 1645.15–1653.08 - Pita-pita absorpsi yang mengikat air

1373.32 1411.23 - Ikatan C-H

1200–900 1200-900 - Pita-pita yang terasosiasi dengan C-O, C-C, C-O-H

1161.15 1153.52–1002.86 - Ikatan glikosida 1230.58 - 1210–1260 S=O 1072.42 - 1010–1080 Ikatan glikosida

925.83 - 928–933 3,6-Anhidro-D-galaktosa

848.68 - 840–850 D-Galaktosa-4-sulfat

8

Gambar 6 Kurva TGA-DTA film karaginan (a) film karaginan-tepung tapioka 1% (b)

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Biofilm berbahan dasar polisakarida dari karaginan dan tepung tapioka berhasil dibuat dengan mencampurkan ekstrak rumput laut dan tepung tapioka serta gliserol sebagai pemlastis. Nilai kuat tarik dan persen pemanjangan yang paling tinggi diperoleh pada film karaginan-tepung tapioka 10%, yaitu 1024.2511 MPa dan 38.42%. Nilai permeabilitas uap air yang paling baik

ditunjukkan oleh film karaginan-tepung tapioka 1%, yaitu 4.5463 (ng m/ s m2 Pa).

Saran

Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan menambahkan bahan pengisi lain atau menguji beberapa polisakarida lain untuk memperbaiki sifat permeabilitas uap air dari film karaginan dan tepung tapioka.

9

DAFTAR PUSTAKA [AOAC] Association of Official Analytical

Chemists. 2007. Official Method of Analysis. Ed ke-18. Maryland: AOAC Int.

Bae HJ, Cha DS, Whiteside WS, Park HJ. 2007. Film and pharmaceutical hard capsule formation properties of mungbean, water chestnut, and sweet potao flours. Food Chem 106:96-105.

Distantina S, Wiranti, Fachrurrozi M, Rochmadi. 2011. Carrageenan properties extracted from Eucheuma cottonii, Indonesia. Engine & Technol 78:738-742

Hu Y, Topolkaraev V, Hiltner A, Baer E. 2001. Measurement of water vapor transmission rate in highly permeable films. J Appl Polym Sci 81:1624-1633.

Larotonda FDS. 2007. Biodegradable films and coatings obtained from Mastocarpus stellatus and flour from Quercus suber [tesis]. Porto: Faculty of Engineering, University of Porto.

Lopez OV, Garcia MA, Zaritzky NE. 2008. Film forming capacity of chemically modified corn flours. Carbohydr Polym 73:573-581.

Pratiwi N. 2011. Optimasi ekstraksi karaginan kappa dari rumput laut Eucheuma cottonii [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Purnama RC. 2003. Optimasi proses pembuatan karaginan dari rumput laut Eucheuma cottonii [skripsi]. Bogor: Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.

Rabek JF. 2004. Experimental Methods of Polymer Chemistry. New York: J Wiley.

Sandersen GR. 1981. Polysaccaharides in foods. J Food Technol 7:50-59.

Sudarmadji S, Haryono B, Suhardi. 1996. Analisa Bahan Makanan dan Pertanian. Yogyakarta: Liberty bekerja sama dengan PAU Pangan dan Gizi UGM.

Syamsuar. 2007. Karateristik karaginan rumput laut Eucheuma cottonii pada berbagai umur panen, konsentrasi KOH, dan lama ekstraksi [tesis]. Bogor: Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.

Ummi-Shafiqah MS, Fazilah A, Karim AA, Kaur B, Yusup Y. 2012. The effect of UV treatment on the properties of sago and mungbean films. Int Food Res 19:265-270.

Winarno FG. 2008. Kimia Pangan dan Gizi. Bogor: M-Brio Pr.

10

LAMPIRAN

11

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Ekstraksi karaginan

Pembuatan film

Analisis

Permeabilitas uap air

TGA-DTA FTIR Kuat tarik dan persen pemanjangan

Preparasi alat dan bahan

12

Lampiran 2 Contoh perhitungan kadar air rumput laut

Ulangan Bobot sampel (g)

Bobot setelah pengeringan (g) Kadar Air (%)

1 2.0068 1.7307 13.76 2 2.0024 1.7365 13.28 3 1.9999 1.7279 13.60

Rerata 13.55 Ulangan 1:

Lampiran 3 Contoh perhitungan kadar air tepung tapioka

Ulangan Bobot sampel (g)

Bobot setelah pengeringan (g) Kadar Air (%)

1 2.0054 1.8156 9.46 2 2.0041 1.8227 9.05 3 2.0060 1.8177 9.39

Rerata 9.30 Ulangan 1:

13

Lampiran 4 Contoh perhitungan kadar abu rumput laut

Ulangan Bobot sampel (g) Bobot abu (g) Kadar Abu (%)

1 2.0013 0.7623 38.09 2 2.0025 0.7589 37.90 3 2.0021 0.7601 37.97

Rerata 37.99 Ulangan 1:

Lampiran 5 Contoh perhitungan kadar abu tepung tapioka

Ulangan Bobot sampel (g) Bobot abu (g) Kadar Abu (%) 1 2.0012 0.0766 3.83 2 2.0009 0.0722 3.61 3 2.0023 0.0781 3.90

Rerata 3.78 Ulangan 1:

14

Lampiran 6 Contoh perhitungan kadar protein rumput laut

Ulangan Bobot sampel (mg)

Volume HCl terpakai (mL)

Kadar protein (%)

1 218.7 1.20 4.81

2 219.0 1.20 4.81

Rerata 4.81

Ulangan 1:

Lampiran 7 Contoh perhitungan kadar protein tepung tapioka

Ulangan Bobot sampel (mg)

Volume HCl terpakai (mL)

Kadar protein (%)

1 166.5 0.20 1.05

2 167.7 0.20 1.05

Rerata 1.05

Ulangan 1:

15

Lampiran 8 Contoh perhitungan kuat tarik film

Konsentrasi film (%)

Ketebalan (mm)

Gaya (kgf)

Panjang awal (mm)

Panjang akhir (mm)

Elongasi (%)

Kuat tarik (MPa)

0.015

0.017

0.015

0.015

1 0.015 10 30.00 37.15 23.92 261.5107

0.015

0.015

0.012

0.015

0.015

Rerata 0.015

0.020

0.020

0.020

0.015

2.5 0.017 18 30.00 34.65 15.50 336.2280

0.023

0.027

0.030

0.020

0.020

Rerata 0.021

0.020

0.020

0.020

0.020

5 0.021 41 30.00 37.78 25.92 804.1453

0.020

0.022

0.020

0.020

0.020

Rerata 0.020

16

Lanjutan Lampiran 8 Contoh perhitungan kuat tarik film

Konsentrasi film (%)

Ketebalan (mm)

Gaya (kgf)

Panjang awal (mm)

Panjang akhir (mm)

Elongasi (%)

Kuat tarik (MPa)

0.015

0.017

0.015

0.015

1 0.015 10 30.00 37.15 23.92 261.5107

0.015

0.015

0.012

0.015

0.015

Rerata 0.015

Tebal film = 0.015 mm Panjang film = 30 mm lebar film = 25 mm 1 Kgf = 9.80665 N

Kuat tarik film 1 %:

17

Lampiran 9 Contoh perhitungan permeabilitas uap air 1%

Massa air yang hilang (g) Waktu (s) Luas (m2) Ketebalan

(m) ∆P (Pa) WVP (ng m / s m2 Pa)

0.1410 3600 0.000636 0.000015 203.1833 4.5463 0.2650 7200 0.000636 0.000015 203.1833 4.2723 0.4510 10800 0.000636 0.000015 203.1833 4.8473 0.5981 14400 0.000636 0.000015 203.1833 4.8212 0.7129 18000 0.000636 0.000015 203.1833 4.5973

2.5%

Massa air yang hilang (g) Waktu (s) Luas (m2) Ketebalan

(m) ∆P (Pa) WVP (ng m / s m2 Pa)

0.2258 3600 0.000636 0.000021 203.1833 10.1928 0.3620 7200 0.000636 0.000021 203.1833 8.1705 0.6042 10800 0.000636 0.000021 203.1833 9.0914 0.7806 14400 0.000636 0.000021 203.1833 8.8093 0.9117 18000 0.000636 0.000021 203.1833 8.2310

5%

Massa air yang hilang (g)

Waktu (s) Luas (m2) Ketebalan (m)

∆P (Pa) WVP (ng m /s m2 Pa)

0.2501 3600 0.000636 0.000020 203.1833 10.7522 0.4016 7200 0.000636 0.000020 203.1833 8.6327 0.6631 10800 0.000636 0.000020 203.1833 9.5025 0.8733 14400 0.000636 0.000020 203.1833 9.3861 1.0288 18000 0.000636 0.000020 203.1833 8.8459

10%

Massa air yang hilang (g)

Waktu (s) Luas (m2) Ketebalan (m)

∆P (Pa) WVP (ng m / s m2 Pa)

0.2365 3600 0.000636 0.000027 203.1833 13.7261 0.3842 7200 0.000636 0.000027 203.1833 11.1492 0.6603 10800 0.000636 0.000027 203.1833 12.7743 0.8628 14400 0.000636 0.000027 203.1833 12.5189 1.0179 18000 0.000636 0.000027 203.1833 11.8155

Permeabilitas uap air film karaginan dan tepung tapioka 1% waktu 1 jam

(ng m/ m2 s Pa)

18

Lampiran 10 Spektrum FTIR film karaginan-tepung tapioka 1%

19