PRODUKSI NANOKRISTALIN SELULOSA DARI

LIMBAH KUBIS (Brassica oleracea L.) DENGAN

METODE HIDROLISIS ASAM

SELVA NATSIR

N111 13 319

PROGRAM STUDI FARMASI

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

PRODUKSI NANOKRISTALIN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS

(Brassica oleracea L.) DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM

SKRIPSI

Untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat-syarat untuk

mencapai gelar sarjana

SELVA NATSIR

N111 13 319

PROGRAM STUDI FARMASI

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

PERSETUJUAN

PRODUKSI NANOKRISTALIN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS

(Brassica oleracea L.) DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM

SELVA NATSIR

N111 13 319

Disetujui oleh:

Pembimbing Utama, Pembimbing Pertama,

Dr. Risfah Yulianty, S.Si., M.Si., Apt. Andi Arjuna, S.Si., M.Na.Sc.T.,Apt.

NIP. 19780716 200312 2 001 NIP. 19850404 201012 1 005

Pada tanggal, 23 Mei 2017

PENGESAHAN

PRODUKSI NANOKRISTALIN SELULOSA DARI LIMBAH KUBIS

(Brassica oleracea L.) DENGAN METODE HIDROLISIS ASAM

Oleh:

SELVA NASTIR

N111 13 319

Dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Farmasi

Universitas Hasanuddin

Pada Tanggal 23 Mei 2017

Panitia Penguji Skripsi

1. Dr. Aliyah, M.S., Apt. : .............................

(Ketua)

2. Muh. Aswad, S.Si., M.Si., Ph.D., Apt. : .............................

(Sekretaris)

3. Dr. Risfah Yulianty, S.Si., M.Si., Apt. : .............................

(Ex.Officio)

4. Andi Arjuna, S.Si., M.Na.Sc.T., Apt. : .............................

(Ex.Officio)

5. Dr. Herlina Rante, S.Si., M.Si., Apt. : .............................

(Anggota)

Mengetahui,

Dekan Fakultas Farmasi

Universitas Hasanuddin

Prof. Gemini Alam, M.Si., Apt.

NIP. 19641231 199002 1 005

v

PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Selva Natsir

NIM : N111 13 319

Judul Skripsi : Produksi Nanokristalin Selulosa dari Limbah

Kubis (Brassica oleracea L.) Dengan Metode

Hidrolisis Asam

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah karya saya

sendiri, tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar

kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya

juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan

disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila dikemudian hari terbukti bahwa pernyataan saya ini tidak

benar, maka skripsi dan gelar yang diperoleh, batal demi hukum.

Makassar, 23 Mei 2017

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Alhamdulillahirobbil ‘alamin. Segala puji hanya milik Allah subhanahu

wata’ala yang telah memberi limpahan rahmatNya kepada penulis dan

hamba Allah di langit dan bumi. Salam dan Shalawat juga kepada panutan

Muhammad Shallallahu ‘alayhi wa sallam, beserta para pengikut beliau.

Kata syukur tak pernah habis penulis ucapkan atas semua anugerah yang

diberikan Allah subhanahu wata’ala hingga dapat menyelesaikan skripsi ini

sebagai salah satu persyaratan menyelesaikan studi di Fakultas Farmasi

Universitas Hasanuddin ini.

Penyelesaian skripsi penulis ini, penulis secara khusus juga ingin

menyampaikan rasa terima kasih sebesar-besarnya atas penyelesaian

skripsi ini kepada:

1. Ibu Dr. Risfah Yulianty, S.Si., M.Si., Apt. sebagai pembimbing utama

dan Bapak Andi Arjuna, S.Si., M.Na.Sc.T., Apt. sebagai pembimbing

pertama yang senantiasa membimbing dan membina penulis,

memberikan arahan hingga akhir, dorongan motivasi dan semangat

yang selalu diberikan kepada penulis.

2. Ibu Dr. Aliyah, M.S., Apt., Bapak Muh.Aswad, S.Si., M.Si., Ph.D., Apt.,

dan Ibu Dr. Herlina Rante, S.Si., M.Si., Apt. selaku tim penguji ujian

skripsi yang telah memberikan kritikan dan saran yang sangat

membangun skripsi ini.

3. Bapak Prof. Dr. Gemini Alam, M.Si., Apt. selaku dekan Fakultas

Farmasi Universitas Hasanuddin dan penasehat akademik selama

vii

masa studi penulis yang telah memberikan bimbingannya dan arahan

dalam menjalani kuliah di Farmasi.

4. Wakil dekan, dosen pengajar, serta staf Fakultas Farmasi Universitas

Hasanuddin atas bantuannya kepada penulis hingga akhir studi penulis.

5. Tim Ar-Research Group yang terdiri dari Evi Lauw, A.Amelia Khumaera,

Winda S.Pratama, Irfan Kurniawan, Rupianus Lebang dan Wahyu

Dirgantara serta Bapak Andi Arjuna, S.Si., M.Na.Sc.T., Apt. selaku

pembina grup yang telah menemani melalui masa-masa sulit bersama,

memberikan dorongan, saran serta kritik yang sangat membangun.

6. Keluarga Theobromine 2013 yang telah bersama-sama melewati pahit

manisnya hidup di dunia Farmasi terkhusus kepada Mukarramah,

Ernawati, Desi Ambarwati, Emilia Utomo, A.Amelia Khumaera, Fitri

Wahyuni, Evi Lauw, Novitasari Hasir Putri, Winda S.Pratama, Halima,

Nuur Aanisah, Irmawati, Hardiyanti, Regina P.A, atas perhatiannya

kepada penulis, yang selalu menerima keluh kesah penulis.

7. Seluruh laboran di laboratorium farkultas farmasi terkhusus Ibu Sumiati,

Ibu Haslia dan Ibu Adriana yang sangat sabar menemani penulis dan

menjawab pertanyaan-pertanyaan penulis selama menjalani kehidupan

di Farmasi dan dalam penyelesaian skripsi ini.

8. Keluarga asisten Farmaseutika dan Mikrobiologi terkhusus kepada Kak

Andi Dian Permana, S.Si., M.Si., Apt., Kak Rangga Meidianto Asri,

S.Si., Apt., Kak Achmad Himawan, S.Si., Apt., dan Kak Nana Juniarti

Natsir Djide, S.Si., M.Si.,Apt., dan teman-teman asisten yang

viii

memberikan semangat dalam menapaki setiap kesulitan yang dihadapi

penulis.

9. Pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu atas

sumbangsih dan dukungannya terhadap penulis.

Rasa terima kasih mungkin tidak cukup untuk membalas peran kedua

orang tua penulis yang tercinta, Ayahanda H. Natsir dan Ibunda Hj.Muhalli

yang selalu memberikan do’a, motivasi serta dukungan moril, cinta, dan

kasih sayang tulus yang tak terhingga kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini sangat jauh dari

kesempurnaan, sehingga diharapkan kritikan dan saran yang membangun

yang dapat menjadikan karya penulis menjadi lebih baik dan semoga

skripsi ini dapat bermanfaat bagi masyarakat dan pengembangan ilmu

pengetahuan.

Makassar, 23 Mei 2017

Penulis

ix

ABSTRAK

Kubis (Brassica oleracea L.) merupakan tanaman yang bagian luarnya selalu menjadi limbah perkebunan dengan kandungan selulosa 18,80%, berpeluang dimodifikasi menjadi nanokristalin selulosa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah limbah kubis tersebut dapat dijadikan sumber produksi nanokristalin selulosa sehingga dapat menjadi salah satu sumber baru bahan tambahan obat. Penelitian ini menggunakan metode hidrolisis asam (asam sulfat 65%) dan dihasilkan selulosa berwarna kekuningan dan nanokristalin selulosa berwarna kecoklatan dengan rendamen masing-masing sebesar 10,06% dan 31,16%. Spektra FT-IR pada sampel raw serbuk kubis, hasil bleaching (selulosa) dan hasil hidrolisis asam (NCC) menunjukkan adanya gugus-gugus spesifik yaitu gugus C-O (1232,16 cm-1); C=O (1743,65 cm-1); -OH (1625,99 cm-1); C-H (2920,23 cm-1); O-H (3414 cm-1). Indeks kristal berdasarkan hasil XRD pada raw serbuk kubis, hasil bleaching (selulosa), dan hasil hidrolisis asam (NCC) masing-masing sebesar 7,41, 69,68, dan 78,01% dengan estimasi ukuran partikel hasil aplikasi Match® sebesar, 1379,07, 719,15 dan 58,91 nm. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa limbah kubis berpeluang sebagai sumber utama produksi nanokristalin selulosa menjadi kandidat bahan tambahan farmasetika.

Kata kunci : Limbah Kubis, Selulosa, Nanokristalin selulosa, Hidrolisis

asam, FTIR, XRD

x

ABSTRACT

The outer-part of Cabbage (Brassica oleracea L.) is one of under-utilized, waste materials which has infact contained 18,80% cellulose that have potentially transformed in to nanocrystalline cellulose. Therefore, this research aimed to produce nanocrystalline cellulose from the cabbage waste through acid hidrolysis. Cellulose had been prepared via mixing with sulfuric acid 65% that generally yellow in to brown nanocrystaline cellulose with yield percentage 10,06%, and 31.16%, respectively. FT-IR spectra of raw cabbage powder, cellulose, and nanocrystaline cellulose showed specific groups, including C-O (1232.16 cm-1), C=O (1743.65 cm-1), -OH group (1625.99 cm-1), C-H (2920.23 cm-1), O-H (3414 cm-1). Crystal index based on XRD result from raw cabbage powder, cellulose, and nanocrystaline cellulose were 7.41, 69.68, and 78.01%, respectively and estimated particle size according to Match® software were 1379,07, 719,15, and 58,91 nm, each. The results showed that cabbage waste could be potentially as the main source of nanokristalin cellulose production.

Keyword : Cabbage waste, Cellulose, Nanocrystalline cellulose, Acid

Hydrolisis, FTIR, XRD

xi

DAFTAR ISI

Halaman

UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................... vi

ABSTRAK ........................................................................................... ix

ABSTRACT .......................................................................................... x

DAFTAR ISI ........................................................................................ xi

DAFTAR TABEL ................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................... xvi

BAB I PENDAHALUAN ........................................................................ 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................... 4

II.1 Uraian Tanaman Kubis ........................................................ 4

II.1.1 Klasifikasi ........................................................................ 4

II.2. Selulosa .............................................................................. 5

II.3. Nanokristaline Selulosa ...................................................... 7

II.4. Metode Pembuatan Nanokristalin Selulosa ........................ 9

II.4.1. Metode Kimia .................................................................. 9

III.4.1.1. Metode Asam (Hidrolisis Asam) .................................. 9

III.4.1.2. Metode Pelarut Akali ................................................. 10

III.4.1.3. Metode Oksidasi ........................................................ 11

III.4.1.4. Metode Organosolv ................................................... 11

III.4.1.5. Metode Cairan Ionik .................................................. 11

xii

II.4.2. Metode Mekanik ............................................................ 11

III.4.3. Metode Biologi .............................................................. 12

BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................... 13

III.1 Penyiapan Alat dan Bahan ............................................... 13

III.2 Metode Kerja .................................................................... 13

III.2.1 Penyiapan Sampel Penelitian ........................................ 13

III.2.1.1 Pengambilan dan Pengolahan Sampel ...................... 13

III.2.2 Delignifikasi, Penghilangan Hemiselulosa Bleaching .... 14

III.2.3 Produksi Nanokristal Selulosa ....................................... 14

II.2.4 Penentuan Kualitas Selulosa .......................................... 15

II.2.4.1 Pemeriksaan Organoleptis .......................................... 15

III.2.4.2 Identifikasi Pati (non-Selulosa) ................................... 15

III.2.4.3 Kelarutan Dalam Air ................................................... 15

III.2.4.4 Identifikasi Selulosa Dengan Uji Warna ...................... 16

III.2.5. Karakterisasi Nanokristalin Seluosa ............................. 16

III.2.5.1 Penentuan dengan Fourier Transform Infra Red ........ 16

II.2.5.2 Penentuan dengan X-ray Diffractometer (X-RD) ......... 16

III.3. Analisis Data, Pembahasan, Pengambilan Kesimpulan .. 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 18

IV.1. Hasil Penghilangan Lignin, Hemiselulosa dan Bleaching 18

IV.2. Hasil Bleaching ............................................................... 18

VI.3. Hasil Uji Pendahuluan ..................................................... 20

xiii

VI.4. Hasil Hidrolisis Asam ...................................................... 22

VI.5. Hasil Identifikasi Nanokristalin Selulosa ......................... 23

BAB V PENUTUP .............................................................................. 28

V.1 KESIMPULAN ................................................................... 28

V.2. SARAN ............................................................................. 28

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................... 29

LAMPIRAN......................................................................................... 33

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel halaman

1. Pemeriksaan organoleptis ........................................................ 20

2. Hasil uji pendahuluan ............................................................... 22

3. Hasil uji kelarutan ..................................................................... 22

4. Hasil evaluasi FT-IR ................................................................. 25

5. Hasil perhitungan indeks kristal ................................................. 25

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Skema Hidrolisis asam pada selulosa ...................................... 3

2. Tanaman kubis dan limbah kubis (Brassica oleracea L.) .......... 4

3. Struktur rantai selulosa ............................................................. 5

4. Mekanisme hidrolisis asam ..................................................... 10

5. Produksi nanoselulosa dengan ultrasonifikasi ........................ 12

6. Hasil bleaching dan hasil pengulangan bleaching ................... 19

7. Hasil uji pendahuluan selulosa ................................................. 20

8. Hasil hidrolisis asam ................................................................ 23

9. Hasil pengujian dengan instrumen FT-IR ................................. 24

10. Hasil analisis dengan intrumen XRD dengan aplikasi Match ... 26

11. Hasil Penelitian ....................................................................... 54

12. Uji kualitatif selulosa ............................................................... 54

13. Alat-alat penelitian .................................................................. 55

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Skema kerja penelitian ........................................................... 33

2. Skema kerja identifikasi dan karakterisasi nanokristalin selulosa ............................................................. 34

3. Perhitungan persen rendamen selulosa dan Nanokristalin selulosa ............................................................ 35

4. Hasil Evaluasi FT-IR ............................................................... 36

5. Hasil Identifikasi XR-Diffratometer .......................................... 40

6. Perhitungan indeks kristal ...................................................... 52

7. Dokumentasi penelitian .......................................................... 54

1

BAB I

PENDAHULUAN

Pemanfaatan limbah lingkungan diolah menjadi bahan yang lebih

bermanfaat menjadi tren terbaru dalam pengembangan sumber bahan

baku. Apalagi jika pengolahan hanya membutuhkan energi dan biaya

yang minimal, limbah tersebut dapat menjadi sumber baru dalam produksi

berbagai bahan termasuk bahan farmasetika seperti selulosa (1). Limbah

pertanian terus dihasilkan namun kurang dimanfaatkan dan bernilai

ekonomi, seperti limbah kubis yang dihasilkan sebesar 438

ton/0,25ha/tahun. Limbah organik seperti serat kelapa, tandan aren, serat

bambu, serta sekam padi telah dimanfaatkan sebagai sumber produksi

bahan tambahan obat (excipient) termasuk nanokristalin selulosa dengan

nilai ekonomi dan keunggulan dalam sediaan farmasi (2,3,4,5).

Tanaman kubis atau yang lebih dikenal dengan nama kembang kol

yang telah dipanen hanya dimanfaatkan bagian dalamnya saja, dan

bagian daun terluarnya hanya menjadi limbah yang kurang dimanfaatkan.

Setelah melalui proses pengeringan, kubis diketahui mengandung 18,37%

protein, 2,16% lemak, 38,37% karbohidrat serta 18,80% serat yang

merupakan sumber selulosa (6,7).

Penggunaan serat selulosa memiliki beberapa keuntungan

dibandingkan dengan selulosa sintetik, seperti, terdegradasi secara

biologi, biocompatibel, dan harga bahan jadi yang lebih murah, serta tidak

membutuhkan banyak energi untuk diproduksi (8).

2

Selulosa, mikrokristalin selulosa maupun nanokristal selulosa

merupakan polimer yang umumnya digunakan dalam semua sediaan

farmasi seperti pada tablet yang berfungsi sebagai bahan pengisi

(diluent), bahan pengikat (binder), bahan penghancur, dan sebagai bahan

peningkat viskositas (9). Nanokristalin selulosa juga telah dimanfaatkan

sebagai agen pembawa obat (carriers) (10).

Terdapat berbagai metode untuk mengubah kristal selulosa

menjadi nanokristal selulosa, melalui (a) metode mekanik yang

menggunakan tekanan tinggi (High Pressure Homogenizer) dan

ultrasonikasi, (b) biologi, menggunakan digesti enzimatik dan (c) kimia,

menggunakan metode organolosv, pelarut basa (alkali), metode oksidasi

menggunakan cairan ionik serta metode asam menggunakan hidrolisis

asam (11).

Zain, N.F.M., dkk. (2009) telah melakukan produksi nanokristalin

selulosa dari limbah kulit jeruk (Citrus grandis) dengan metode hidrolisis

asam menggunakan asam sulfat 65%. Produksi nanokristal selulosa

dengan metode asam tersebut dilakukan dengan tahapan penghilangan

hemiselulosa dan delignifikasi, bleaching serta hidrolisis asam. Pemisahan

cairan asam dengan nanokristal selulosa dilakukan dengan sentrifugasi

menggunakan air suling hingga pH netral konstan (12).

Selulosa diubah menjadi nanokristalin selulosa dengan bentuk

kristal datar dan panjang dengan ukuran nanometer, dihasilkan dari

3

hidrolisis asam sulfat pada bagian amorf (gambar 1) sehingga terbentuk

nanokristal selulosa (11).

Mekanisme manipulasi fisika tersebut secara skematis ditampilkan

pada gambar 1.

Gambar 1. Skema Hidrolisis asam pada selulosa (11)

Berdasarkan uraian tersebut, maka telah dilakukan studi produksi

nanokristalin selulosa dengan memodifikasi selulosa dari biomassa kubis

menggunakan metode hidrolisis asam. Nanokristalin selulosa dari limbah

kubis ini diharapkan menjadi sumber alternatif bahan tambahan (excipient)

dalam sediaan farmasi seperti pengisi (diluent), pengikat (binder),

pengancur (desintegrant) serta bahan pensuspensi.

Amorf Amorf Kristalin

Nanokristalin

Hid

rolis

is

A

sa

m