PENCIRIAN FILM BIOPLASTIK DARI TEPUNG TAPIOKA ... · Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari...
Transcript of PENCIRIAN FILM BIOPLASTIK DARI TEPUNG TAPIOKA ... · Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari...
PENCIRIAN FILM BIOPLASTIK DARI TEPUNG TAPIOKA TERPLASTISASI GLISEROL DENGAN PENAMBAHAN
KITOSAN
FINA RIANI PRAWIRA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pencirian Film
Bioplastik dari Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol Dengan Penambahan Kitosan adalah 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, Desember 2012
Fina Riani Prawira NIM G44104035
ABSTRAK
FINA RIANI PRAWIRA. Pencirian Film Bioplastik dari Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan Penambahan Kitosan. Dibimbing oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA.
Plastik sintetik non-biodegradabel banyak digunakan sebagai kemasan. Namun, limbah plastik tersebut dapat mencemari lingkungan sehingga dibuat bioplastik yang mudah terdegradasi. Dalam penelitian ini, film kemasan paduan tepung tapioka dan gliserol telah dibuat dengan nisbah komposisi 8:2 dan 7:3 serta variasi konsentrasi kitosan 1, 2, dan 3%. Plastik yang dihasilkan dianalisis sifat mekanik dengan uji kuat tarik, bobot jenis, gugus fungsi dengan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier, morfologi permukaan dengan mikroskop elektron pemayaran, dan sifat termal dengan kalorimeter pemayaran diferensial. Penambahan pemlastis didapati menurunkan bobot jenis. Paduan dengan komposisi 8:2 pada penambahan kitosan 3% menghasilkan kuat tarik 304 MPa dan elongasi 37%. Analisis gugus fungsi menunjukkan bahwa film merupakan hasil pencampuran secara fisik. Permukaannya cukup homogen dan titik lelehnya meningkat dengan penambahan kitosan. Penambahan kitosan terbukti dapat meningkatkan sifat mekanik plastik dan diharapkan dapat terurai cepat di lingkungan. Kata kunci: bioplastik, kitosan, tepung tapioka
ABSTRACT
FINA RIANI PRAWIRA. Characterization of Bioplastic Films from Glycerol Plasticized Tapioca Starch with Addition of Chitosan. Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA.
Non-biodegradable synthetic plastic is widely used as packaging. However, the plastic waste can pollute the environment so that bioplastics are developed, which are easily degraded. In this research, packaging films have been made from glycerol and tapioca starch blends with composition ratio of 8:2 and 7:3 as well as various concentrations of chitosan 1, 2, and 3%. The plastics produced were analyzed for the mechanical properties by using tensile strength test, density, functional groups based on Fourier transform infrared spectrophotometer, surface morfology with scanning electron microscope, and thermal properties from differential scanning calorimeter. Addition of plasticizer was found to lower the density. Plastic with 8:2 ratio and addition of 2% chitosan yielded tensile strength 304 MPa and elongation 37%. Functional groups analysis showed that the film was a result of physical mixing. The plastic’s surface was quite homogenous and the melting point was increased with addition of chitosan. Addition of chitosan could increase the mechanical properties and was expected to be easily degradated in the environment.
Key words: bioplastic, chitosan, tapioca starch
PENCIRIAN FILM BIOPLASTIK DARI TEPUNG TAPIOKA TERPLASTISASI GLISEROL DENGAN PENAMBAHAN
KITOSAN
FINA RIANI PRAWIRA
Skripsi
sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2013
Judul Skripsi : Pencirian Film Bioplastik dari Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan Penambahan Kitosan
Nama : Fina Riani Prawira NIM : G44104035
Disetujui oleh
Dr Tetty Kemala, MSi Drs Ahmad Sjahriza Pembimbing I Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen Kimia
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kepada Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul “Pencirian Film Bioplastik dari Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan Penambahan Kitosan”. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr Tetty Kemala, MSi dan Bapak Drs Achmad Sjahriza selaku pembimbing yang senantiasa memberikan saran dan kritik yang membangun kepada penulis selama melakukan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ayahanda tersayang Johan Arifin Prawira, SH dan Ibunda terkasih Sri Dulaida atas doa dan kasih sayangnya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada seluruh staf laboran Kimia Anorganik, yaitu Pak Syawal, Pak Caca, Pak Mul, dan Ibu Nurul, staf Laboratorium Kimia Fisik, staf Laboratorium Terpadu, serta Ibu Aah dan Mas Eko dari Komisi Pendidikan Departemen Kimia atas fasilitas, bantuan, serta saran yang diberikan selama melakukan penelitian.
Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih khususnya kepada Arie Sulistyono Putro dan teman-teman yang sedang melakukan penelitian di Laboratorium Kimia Anorganik. Apresiasi juga disampaikan bagi rekan-rekan Alih Jenis Kimia angkatan 4 atas bantuan dan dorongannya selama penelitian. Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Desember 2012
Fina Riani Prawira
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR vii DAFTAR LAMPIRAN vii PENDAHULUAN 1 METODE 1
Alat dan Bahan 1 Lingkup Penelitian 2 Penentuan Bobot Jenis Plastik 2 Analisis Sifat Mekanik 3 Analisis FTIR 3 Pengamatan Morfologi dengan Mikroskop dan SEM 3 Analisis Termal dengan DSC 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4 Film Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan Penambahan Kitosan 4 Bobot Jenis 5 Sifat Mekanik 6 Perubahan Gugus Fungsi 7 Morfologi Permukaan 7 Sifat Termal 9
SIMPULAN DAN SARAN 10 Simpulan 10 Saran 10
DAFTAR PUSTAKA 11 RIWAYAT HIDUP 17
DAFTAR GAMBAR
1 Bentuk dumbbell 3 2 Film tepung tapioka dengan penambahan gliserol 7:3 (a) dan 8:2 (b) 4 3 Film tepung tapioka-gliserol 7:3 dengan penambahan kitosan 1% (a) 2% (b),
dan 3% (c) 5 4 Film tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 1% (a) 2% (b),
dan 3% (c) 5 5 Hubungan konsentrasi kitosan (%) dengan bobot jenis (g/mL): komposisi
tepung tapioka-gliserol 7:3 ( )dan 8:2 ( ) 6 6 Hubungan konsentrasi kitosan (%) dengan kuat tarik (MPa): komposisi tepung
tapioka-gliserol 7:3 ( ) dan 8:2 ( ) 6 7 Hubungan konsentrasi kitosan (%) dengan % elongasi film dengan komposisi
tepung tapioka-gliserol 7:3 ( ) dan 8:2 ( ) 7 8 Film tepung tapioka-gliserol komposisi 7:3 dengan penambahan kitosan 1% (a)
2% (b), dan 3% (c) (perbesaran 400×) 8 9 Film tepung tapioka-gliserol komposisi 8:2 dengan penambahan kitosan 1% (a)
2% (b), dan 3% (c) (perbesaran 400×) 8 10 Foto permukaan tepung tapioka-gliserol nisbah 8:2 dengan konsentrasi kitosan
2% (perbesaran 5000×) 9 11 Termogram tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 1% 9 12 Termogram tepung tapioka:gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 2% 10
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir penelitian 12 2 Hasil analisis bobot jenis film 13 3 Analisis kuat tarik dan elongasi 14 4 Spektrum FTIR 15 5 Hasil analisis gugus fungsi menggunakan FTIR 17
PENDAHULUAN
Penumpukan plastik sintetik non-biodegradabel yang tidak dapat diurai dapat mencemari lingkungan sehingga dibuat plastik biodegradabel yang mudah terurai oleh mikroorganisme di alam. Plastik biodegradabel adalah suatu material polimer yang mengalami penurunan bobot molekul akibat proses penguraian melalui metabolisme mikrob secara alami (Seal dan Griffin 1994). Penyusun plastik biodegradabel di antaranya ialah hidrokoloid (polisakarida, protein), lipid (lilin lebah, asam lemak), atau campuran keduanya (Zhong dan Xia 2008).
Pati merupakan polisakarida yang terdiri atas amilosa dan amilopektin. Amilosa merupakan polimer rantai linear dari unit-unit glukosa yang ditautkan dengan ikatan α-1,4-glikosidik. Amilopektin merupakan amilosa dengan percabangan α-1,6-glikosidik (Beninca et al. 2008). Sumber pati yang digunakan dalam penelitian ini ialah tepung tapioka yang berasal dari ubi kayu. Penelitian terkait plastik tapioka telah banyak dikembangkan, antara lain tepung tapioka dan lilin lebah (Irianto et al. 2006), pati-polistirena (Kemala et al. 2010), serta pati tapioka dengan pemlastis gliserol (Hasanah 2012).
Pati murni memiliki beberapa kelemahan untuk menggantikan plastik sintetik. Pati larut dalam air dan rapuh apabila dijadikan bioplastik sehingga perlu pemlastis (Yu et al. 2006). Pemlastis seperti gliserol diharapkan mampu menghasilkan plastik yang kuat dan fleksibel. Menurut Hasanah (2012), pati terplastisasi gliserol menghasilkan plastik yang homogen, elastis, dan tidak rapuh, namun sifat mekaniknya masih rendah. Pembuatan film berbahan dasar kitosan, pati tapioka, dan gelatin dengan penambahan gliserol telah dilakukan oleh Zhong dan Xia (2008) yang menghasilkan sifat mekanik yang rendah, yaitu kuat tarik berkisar antara 10 dan 40 MPa.
Penelitian modifikasi Zhong dan Xia (2008) tanpa penambahan gelatin dan modifikasi Hasanah (2012) dengan penambahan kitosan perlu dilakukan untuk meningkatkan sifat mekanik film yang dihasilkan dan bersifat ramah lingkungan. Kitosan mudah didapatkan dari limbah cangkang udang, kepiting, rajungan, dan krustasea lainnya. Selama ini, limbah udang di Indonesia hanya dimanfaatkan sebagai pakan ternak (Sugita et al. 2009). Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi alternatif pengemas makanan yang aman bagi kesehatan manusia dan mampu terdegradasi oleh mikrob di lingkungan serta dapat mengurangi penggunaan plastik sintetik non-biodegradabel.
METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah peralatan kaca, neraca analitik, oven, piknometer, alat uji tarik Tenso lab-MEY, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) IR Prestige-21 Shimadzu, mikroskop elektron pemayaran (SEM) JEOL JSM-6360LA, mikroskop cahaya (Kruss optical Germany), dan kalorimetri pemayaran diferensial (DSC) Perkin Elmer Precisely.
2
Bahan-bahan yang digunakan adalah tepung tapioka (teknis), gliserol (Merck®), kitosan dari Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan IPB Bogor, asam asetat glasial, dan akuades.
Lingkup Penelitian
Tahapan penelitian meliputi penelitian pendahuluan untuk mencari komposisi terbaik tepung tapioka-gliserol dan penelitian utama, yaitu variasi penambahan kitosan untuk mendapatkan konsentrasi terbaik. Film yang dihasilkan dianalisis, meliputi bobot jenis, sifat mekanik, perubahan gugus fungsi dengan spektrofotometer FTIR, sifat termal dengan DSC, serta morfologi permukaan dengan SEM dan mikroskop cahaya. Diagram alir penelitian disajikan dalam Lampiran 1.
Pembuatan Plastik Polipaduan Pati Tapioka-Kitosan (modifikasi Zhong dan Xia 2008, Hasanah 2012)
Campuran tepung tapioka dan gliserol disiapkan dengan nisbah 7:3 dan 8:2.
Tepung tapioka yang sudah ditimbang ditambahkan akuades dan diaduk sampai homogen, lalu ditambahkan gliserol dan diaduk kembali hingga homogen sambil dipanaskan sampai suhu 40 oC. Kitosan dengan konsentrasi 1, 2, dan 3% dalam asam asetat 1% dimasukkan ke dalam campuran tepung tapioka-gliserol, kemudian diaduk sampai homogen dan mengental pada suhu 70 °C. Paduan yang terbentuk didiamkan selama kira-kira 4 jam agar terbebas dari gelembung udara, selanjutnya dicetak di atas pelat kaca dengan ukuran tertentu dan dikeringkan dalam oven pada suhu 70 °C selama 4−5 jam sebelum dibiarkan pada suhu kamar selama 24 jam. Setelah kering film dilepaskan dari pelat kaca.
Penentuan Bobot Jenis Plastik (Kemala et al. 2010)
Piknometer ditimbang bobot kosongnya, W0. Piknometer kosong dimasukkan contoh dan ditimbang bobotnya, W1, lalu ditambahkan akuades dan ditimbang kembali bobotnya, W2. Bobot piknometer berisi akuades juga ditimbang, W3. Bobot jenis contoh ditentukan dengan menggunakan persamaan 1.
Keterangan: D : bobot jenis contoh (g/mL)
D1 : bobot jenis air (g/mL) Da : bobot jenis pada suhu percobaan (g/mL)
3
Analisis Sifat Mekanik (ASTM D 638 2005)
Film yang akan dianalisis dipotong dengan ukuran panjang 30 mm dan lebar 10 mm, dibuat dalam bentuk dumbbell (Gambar 1).
Gambar 1 Bentuk dumbbell
Spesimen dijepit pada alat uji tarik universal dan ditarik dengan kecepatan konstan. Panjang awal dicatat dan ujung tinta pencatat diletakkan pada posisi 0 pada grafik. Tombol start dinyalakan dan alat akan menarik contoh uji sampai putus. Elongasi (perpanjangan) diukur dengan cara yang sama dengan kuat tarik. Besarnya kuat tarik dan elongasi dihitung dengan menggunakan persamaan 2 dan 3.
τ ..... (2) Keterangan: τ = kuat tarik (MPa) Fmaks = tegangan maksimum (N) A = luas penampang lintang (mm2)
…. (3) Keterangan: %E = perpanjangan putus (%) ∆L = pertambahan panjang spesimen (mm) L0 = panjang spesimen awal (mm)
Analisis FTIR (Averous 2004)
Sampel ditempatkan dalam tempat contoh, kemudian dibuat spektrum hubungan bilangan gelombang dengan persen transmitans. Spektrum FTIR dari paduan tepung tapioka-kitosan direkam dengan menggunakan spektrofotometer pada suhu 20 °C.
Pengamatan Morfologi dengan Mikroskop dan SEM
Permukaan sampel diamati menggunakan mikroskop cahaya. Sampel diletakkan pada tempat objek, kemudian diatur cahaya, fokus, dan perbesarannya hingga permukaan sampel dapat teramati dengan baik. Pengamatan morfologi juga dilakukan dengan menggunakan SEM. Sampel yang berupa film diletakkan
4
pada tempat sampel dengan perekat ganda dan dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel diamati dengan tegangan 10 kV kemudian gambar yang diperoleh dicetak.
Analisis Termal dengan DSC
Sampel sebanyak 8−10 mg ditempatkan di dalam krus kuarsa yang terletak di dalam tungku pemanas (furnace) pada alat DSC. Pengukuran dilakukan pada rentang suhu 50−350 ºC dengan kecepatan 20 ºC/menit. Data yang dihasilkan berbentuk termogram.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Film Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan Penambahan Kitosan
Film dari tepung tapioka terplastisasi gliserol tanpa penambahan kitosan (Gambar 2) secara visual (dengan menggunakan kamera digital) memiliki permukaan yang halus, homogen dan transparan. Hasil ini sesuai dengan hasil penelitian Hasanah (2012): film pati tapioka dengan pemlastis menunjukkan film yang homogen, elastis, dan tidak rapuh.
(a) (b)
Gambar 2 Film tepung tapioka dengan penambahan gliserol 7:3 (a) dan 8:2 (b)
Film dari tepung tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan kitosan ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4. Komposisi tepung tapioka-gliserol 7:3 menghasilkan film yang terlihat transparan (Gambar 3). Namun, film dengan penambahan kitosan 2% (Gambar 3b) terlihat lebih transparan dibandingkan dengan penambahan kitosan 1% dan 3% (Gambar 3a dan 3c). Film pada Gambar 3a terasa lebih elastis dibandingkan dengan Gambar 3b dan 3c. Hal ini disebabkan penambahan kitosan yang lebih sedikit.
5
(a) (b) (c)
Gambar 3 Film tepung tapioka-gliserol 7:3 dengan penambahan kitosan 1% (a), 2% (b), dan 3% (c)
Komposisi tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan juga menghasilkan film yang transparan (Gambar 4). Film yang dihasilkan dengan penambahan kitosan 1% (Gambar 4a) lebih transparan dibandingkan dengan penambahan kitosan 2% dan 3% (Gambar 4b dan 4c). Film pada Gambar 4b lebih homogen daripada Gambar 4a dan 4c.
(a) (b) (c)
Gambar 4 Film tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 1% (a), 2% (b), dan 3% (c)
Bobot Jenis
Bobot jenis paduan bioplastik yang dihasilkan berhubungan dengan sifat mekaniknya. Bobot jenis film tepung tapioka-gliserol 8:2 lebih tinggi dibandingkan dengan film tepung tapioka-gliserol 7:3 (Gambar 5). Bobot jenis film tertinggi dimiliki film tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 3%, yaitu 1.8917 g/mL (Lampiran 2). Penambahan kitosan sangat meningkatkan bobot jenis film. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya keteraturan susunan molekul dalam paduan. Akan tetapi, meningkatkan konsentrasi kitosan tidak secara signifikan meningkatkan bobot jenis film.
Penambahan pemlastis juga sedikit meningkatkan bobot jenis film. Pemlastis dapat menurunkan gaya tarik-menarik antarrantai polimer sehingga kerapatannya berkurang. Bobot jenis suatu polimer akan meningkat apabila kuat tarik, kekerasan, dan kekakuannya meningkat (Kemala et al. 2010). Semakin tinggi bobot jenis suatu bahan, struktur molekul bahan tersebut semakin rapat, maka semakin kuat bahan yang dihasilkan (Syamsu et al. 2008).
6
Gambar 5 Hubungan konsentrasi kitosan (%) dengan bobot jenis (g/mL): komposisi
tepung tapioka-gliserol 7:3 ( ) dan 8:2 ( )
Sifat Mekanik
Analisis sifat mekanik dilakukan dengan mengukur kuat tarik dan elongasi. Kuat tarik merupakan salah satu sifat mekanik suatu bahan polimer, yaitu besarnya gaya yang diberikan sebelum putus, sedangkan elongasi merupakan pertambahan panjang suatu polimer sebelum akhirnya putus akibat menerima gaya regangan. Kuat tarik diukur bersamaan dengan elongasi. Hasil kuat tarik ditunjukkan pada Gambar 6 dan Lampiran 3. Nilai kuat tarik tertinggi dihasilkan oleh paduan tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan konsentrasi kitosan 3%, yaitu 304 MPa.
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3
Kuat tarik (M
Pa)
Konsentrasi kitosan (%)
Gambar 6 Hubungan konsentrasi kitosan (%) dengan kuat tarik (MPa): komposisi
tepung tapioka-gliserol 7:3 ( ) dan 8:2 ( )
7
Berdasarkan Gambar 6, semakin banyak kitosan yang ditambahkan, kuat tarik yang dihasilkan semakin besar. Hal ini disebabkan keteraturan struktur polimer yang dihasilkan semakin meningkat. Penambahan pemlastis juga didapati menurunkan kuat tarik bioplastik karena jarak antarikatan polimer menjadi berjauhan (Harris 1999).
Hasil elongasi dapat dilihat pada Gambar 7 dan Lampiran 3. Elongasi tertinggi diperoleh pada paduan tepung tapioka-gliserol 7:3 dengan konsentrasi kitosan 1%, yaitu 37%. Penambahan kitosan menurunkan elongasi dan hal ini seiring dengan meningkatnya kuat tarik. Penurunan elongasi juga disebabkan penambahan kitosan membuat kerapatan paduan semakin meningkat. Penambahan jumlah pemlastis juga berpengaruh meningkatkan hasil elongasi. Peningkatan akan terjadi selama masih ada interaksi molekular dengan pemlastis yang ditunjukkan dengan semakin elastisnya suatu bahan polimer (Syamsu et al. 2008).
Gambar 7 Hubungan konsentrasi kitosan (%) dengan % elongasi film dengan komposisi
tepung tapioka-gliserol 7:3 ( ) dan 8:2 ( )
Perubahan Gugus Fungsi
Gugus fungsi pada bioplastik yang dihasilkan dibandingkan dengan setiap komponen penyusunnya. Pembandingan dilakukan berdasarkan spektrum FTIR pada Lampiran 4 dan hasilnya ditunjukkan pada Lampiran 5. Berdasarkan Lampiran 5, spektrum FTIR polipaduan tepung tapioka-kitosan terplastisasi gliserol tidak menunjukkan adanya gugus fungsi baru setelah penambahan kitosan, maka film yang dihasilkan merupakan hasil pencampuran secara fisik.
Morfologi Permukaan
Morfologi permukaan dianalisis dengan mikroskop cahaya dan SEM. Foto mikroskop film paduan tepung tapioka-kitosan ditunjukkan pada Gambar 8 dan 9.
8
Film dengan komposisi tepung tapioka-gliserol 7:3 secara keseluruhan terlihat transparan/lebih jernih (Gambar 8). Film dengan penambahan kitosan 2% (Gambar 8b) tampak lebih jernih, transparan, dan tidak ditemukan adanya gelembung udara dibandingkan dengan penambahan kitosan 1 dan 3% (Gambar 8a dan 8c). Gambar 8a dan 8c masih memperlihatkan serpihan-serpihan kitosan yang belum larut sempurna. Film dikatakan homogen jika tidak terlihat lagi perbedaan antara komponen-komponen penyusunnya, baik dalam bentuk, ukuran, maupun warna karena semua komponennya telah tercampur secara merata (Rosida 2007).
(a) (b) (c)
Gambar 8 Film tepung tapioka-gliserol komposisi 7:3 dengan penambahan kitosan 1% (a), 2% (b), dan 3% (c) (perbesaran 400×)
(a) (b) (c) Gambar 9 Film tepung tapioka-gliserol komposisi 8:2 dengan penambahan kitosan 1%
(a), 2% (b), dan 3% (c) (perbesaran 400×)
Film dengan komposisi tepung tapioka-gliserol 8:2 secara keseluruhan juga terlihat transparan (Gambar 9), dengan penambahan kitosan 2% menghasilkan film yang terlihat lebih homogen (Gambar 9b). Film dengan komposisi 8:2 lebih keras dan kaku dibandingkan dengan komposisi 7:3. Hal ini sesuai dengan hasil kuat tarik yang meningkat dengan semakin banyaknya penambahan kitosan. Selain penambahan kitosan, penambahan pemlastis harus disesuaikan dengan karakteristik fisikokimia bahan utama lainnya yang terlibat dalam pembentukan film. Semakin sedikit pemlastis yang ditambahkan, film yang dihasilkan akan semakin kaku dan retak (Mustika 1999).
Analisis morfologi dengan SEM bertujuan menentukan homogenitas film, struktur permukaan, retakan dan kehalusan permukaan hasil paduan. Hasil analisis SEM dengan perbesaran 5000× dapat dilihat pada Gambar 10 untuk film dengan komposisi tepung tapioka-gliserol 8:2 dan penambahan kitosan 2%. Gambar 10 menunjukkan bahwa paduan yang dihasilkan sudah homogen. Hal ini ditunjukkan dengan distribusi kitosan dalam bentuk granul yang sudah seragam dan tersebar merata di semua bagian permukaan.
9
Gambar 10 Foto permukaan tepung tapioka-gliserol nisbah 8:2 dengan konsentrasi kitosan 2% (perbesaran 5000×)
Sifat Termal
Termogram DSC pada nisbah tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 1% (Gambar 11) dan 2% (Gambar 12) menunjukkan titik leleh berturut-turut pada suhu 113.03 dan 141.96 °C. Kenaikan titik leleh disebabkan penambahan konsentrasi kitosan dapat meningkatkan keteraturan molekul film paduan. Hal ini sejalan dengan hasil analisis bobot jenis dan kuat tarik yang meningkat dengan penambahan kitosan. Pemlastis dapat menurunkan interaksi antarmolekul pada rantai polimer (Kemala et al. 2010).
Gambar 11 Termogram tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 1%
10
Gambar 12 Termogram tepung tapioka:gliserol 8:2 dengan penambahan kitosan 2%
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Bobot jenis dan kuat tarik film paduan tepung tapioka-kitosan terplastisasi
gliserol meningkat seiring bertambahnya jumlah kitosan, dengan nilai tertinggi diperoleh pada komposisi tepung tapioka-gliserol 8:2 dengan konsentrasi kitosan 3%, berturut-turut 1.8917 g/mL dan 304 MPa. Seiring dengan meningkatnya kuat tarik, elongasi bioplastik menurun. Analisis spektrum FTIR menunjukkan bahwa pencampuran terjadi secara fisik. Foto SEM menunjukkan morfologi permukaan yang merata dan homogen. Hasil analisis termal menunjukkan kenaikan titik leleh dengan penambahan kitosan. Penelitian ini mengindikasikan penambahan kitosan dapat meningkatkan sifat mekanik bioplastik yang dihasilkan dan berpotensi dijadikan sebagai plastik biodegradabel setelah melalui uji biodegrabilitas.
Saran
Penelitian dilanjutkan dengan uji biodegradabilitas dalam skala laboratorium untuk mengukur keteruraian film bioplastik oleh mikroorganisme. Selain itu, perlu dilakukan uji permeabilitas untuk mengetahui ketahanan bioplastik terhadap air dan analisis XRD untuk mengetahui kristalinitas bioplastik.
DAFTAR PUSTAKA
[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2005. ASTM D638 2005. Standard Test Methods For Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. Philadelphia (US): ASTM.
Averous L. 2004. Biodegradable multiphase systems based on plasticized starch: review. Macromol Sci. 12(2):123-130.
Beninca C, Demiate IM, Lacerda LG, Carvalho-Filho MAS, Ionashiro M, Schnitzler E. 2008. Thermal behavior of corn starch granules modified by acid treatment at 30 and 50 °C. Eclet Quim. 33:1-3.
Harris H. 1999. Kajian teknik formulasi terhadap karakteristik edible film dari pati ubi kayu, aren, dan sagu untuk pengemas produk pangan semi basah [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hasanah N. 2012. Pembuatan dan pencirian plastik pati tapioka dengan pemlastis gliserol [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian polipaduan polistirena-pati. Indones J Mat Sci. 12(1): 30-35.
Mustika T. 1999. Kajian awal proses polimerisasi film bioplastic dengan bahan dasar khitosan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2001. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-3. Washington (US): Thomson Learning.
Sugita P, Wukirsari T, Sjahriza A, Wahyono D. 2009. Kitosan Sumber Biomaterial Masa Depan. Bogor (ID): IPB.
Rosida A. 2007. Pencirian polipaduan poli(asam laktat) dengan polikaprolakton [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Seal KJ, Griffin GJL. 1994. Test Methods and Standards for Biodegradable Plastic. Di dalam: Chemistry and Technology of Biodegradable Polymer. London (UK): Blackie Academic and Proffesional.
Syamsu K, Pandji C, Waldi J. 2008. Karakterisasi bioplastik poli-β-hidroksialkanoat yang dihasilkan oleh Ralstonia eutropha pada substrat hidrolisat pati sagu dengan pemlastis isopropil palmitat. J Teknol Pertan. 3(2):68-78.
Yu L, Dean K, Li L. 2006. Polymer blends and composites from renewable resources. Prog Polym Sci. 31:476-602.
Zhong QP, Xia WS. 2008. Physicochemical properties of edible and preservative film from chitosan/cassava startch/gelatin blend plasticized with glyserol. Food Technol Biotechnol. 46(3):262-269.
12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Kitosan
Dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 1% (b/v) konsentrasi 1, 2, 3%
Diaduk sampai homogen
Polipaduan
Penambahan pati-gliserol (8:2 ; 7:3)
Penghilangan gelembung udara
Pencetakan pada pelat kaca
Pengeringan oven 70 °C, 4−5 jam
Pengeringan suhu ruang
Pelepasan film
Film tipis
Analisis morfologi
Analisis termal Analisis gugus fungsi Analisis kuat tarik
Analisis bobot jenis
13
Lampiran 2 Hasil analisis bobot jenis film
a. Sebelum penambahan kitosan Komposisi W0 W1 W2 W3 Densitas
film (g) (g) (g) (g) (g/mL) 7:3 11.4845 11.4969 21.4489 21.4994 0.1974 8:2 11.4845 11.4972 21.4483 21.4994 0.1993
b. Setelah penambahan kitosan
Komposisi film
Konsentrasi kitosan
(%)
W0 (g)
W1 (g)
W2 (g)
W3 (g)
Densitas (g/mL)
7:3
1 11.4845 11.4870 21.5005 21.4994 1.7779 2 11.4845 11.4872 21.5006 21.4994 1.7922 3 11.4845 11.4876 21.5008 21.4994 1.8155
8:2 1 11.4845 11.4880 21.5010 21.4994 1.8341 2 11.4845 11.4881 21.5011 21.4994 1.8864 3 11.4845 11.4883 21.5012 21.4994 1.8917
Contoh perhitungan: Suhu pada saat percobaan 28 °C W0 = 11.4845 g D1 = 0.99623 g/mL Da = 0.00125 g/mL
D = 1.7779 g/mL
14
Lampiran 3 Analisis kuat tarik dan elongasi
Komposisi film
Kitosan (%)
Ketebalan (mm)
Panjang awal (mm)
Panjang akhir (mm)
Gaya (N)
Kuat tarik
(MPa)
% elongasi
7:3
- 0.11 30 48.65 35 30.90 62.17 1 0.11 30 41.10 108 98.20 37.00 2 0.08 30 38.75 120 150.00 29.17 3 0.09 30 38.25 169 187.78 27.50
8:2
- 0.11 30 49.05 52 45.90 63.50 1 0.06 30 37.90 130 216.67 26.33 2 0.05 30 36.85 143 286.00 22.83 3 0.05 30 35.85 152 304.00 19.50
Keterangan: Panjang : 30 mm Lebar : 10 mm Contoh Perhitungan:
τ
30.8914 MPa
17
lanjutan Lampiran 4 Tepung tapioka:gliserol (8:2) dengan penambahan kitosan 2%
Lampiran 5 Hasil analisis gugus fungsi menggunakan FTIR
Sampel Bilangan gelombang (cm-1) Gugus fungsi
Pustaka
(pavia et al 2001)
Tepung Tapioka
3375,43 O−H 3200−3400 2931,8 regangan C−H 3000−2850 1334,74 tekuk C−H 1375−1450 1010,7 C−O−C 1000−1300
Gliserol 3452,48 O−H 3200−3400
2941,44 regangan CH 2850−3000
Tepung tapioka dengan gliserol
3363,86 O−H 3200−3400 2931,8 regangan CH 2850−3000
1153,43 regangan C−O−C 1000−1300
Kitosan
3289,76 regangan N−H 3100−3500 2925,28 regangan CH 2850−3000 1560,1 tekuk N−H 1550−1640 1412,54 tekuk C−H 1375−1450
Tepung tapioka-gliserol-kitosan
3387 O−H 3200−3400 2927,94 regangan CH 2850−3000 1597,06 tekuk N−H 1550−1640
1242,16 regangan C−O−C 1000−1300
18
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 7 September 1989 dari Bapak Johan Arifin Prawira dan Ibunda Sri Dulaida. Penulis adalah putri kedua dari lima bersaudara. Tahun 2007 penulis lulus dari SMA Wiyata Dharama Medan dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi penerimaan mahasiswa Diploma 3 Analis Kimia di Universitas Sumatera Utara (USU) Medan. Penulis pernah mengikuti praktik kerja lapangan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan dengan judul Analisa Unsur Hara Besi (Fe) yang Terkandung di dalam Sampel Tanah Kelapa Sawit. Pada tahun 2010, penulis lulus D3 dan pada tahun yang sama masuk ke Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru Alih Jenis dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.