Analisis Aktivitas Antibakteri dan Antifungal

BAB 2 TINJAUN PUSTAKA

3.4. Karakterisasi

3.4.19. Analisis Aktivitas Antibakteri dan Antifungal

Analisis antagonis isolat bakteri dan fungi menggunakan media NA (nutrient agar). Pengujian antagonis isolat dilakukan dengan metode difusi cakram metode Kirby-Bauer (Lay, 1994). Dicelupkan cotton bud steril ke dalam suspensi mikroorganisme patogen dengan kerapatan sel 10⁸. Kemudian dioleskan pada permukaan media uji steril yang sudah memadat di cawan petri. Kemudian, sampel penelitian yang sudah dibuat dengan konsentrasi 25, 50, 75 dan 100%

masing – masing diteteskan pada kertas cakram kosong (blank disc) sebanyak 10 μl. Cawan uji yang sudah dioles dengan mikoorganisme seperti diatas dibagi menjadi 4 kuadran, agar memudahkan peletakan disc berisi cairan sampel dengan konsentrasi masing – masing. Cawan uji diinkubasi pada suhu 25⁰ – 30⁰ C selama 24 jam. Aktivitas antagonis sampel ditunjukkan dengan terbentuknya zona hambat. Zona hambat yang terbentuk selanjutnya diukur dengan menggunakan jangka sorong dan dicatat.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Karakterisasi Serat dari Limbah Kulit Durian

Kulit durian adalah biomassa lignoselulosa dari limbah pertanian. 10 kg kulit durian dapat menghasilkan sekitar ± 2 kg serat kering (b/b) atau 20% dari bobot kulit durian basah. Serat dari kulit durian berbentuk serabut seperti serabut dari kelapa. Serat yang dihasilkan berwarna coklat kekuning-kuningan, kaku (stiffness) dan kasar. Gambar 4.1 menunjukkan proses pemisahan serat dari limbah kulit durian.

Gambar 4.1. (a) kulit durian; (b) pencucian kulit durian; (c) alat pemarut kulit durian (d) perendaman kulit durian setelah pemarutan; dan (e) serat kulit durian yang telah kering

4.1.1. Komposisi Kimia

Komposisi kimia dari serat yang dianalisa dalam penelitian ini terdiri selulosa, hemiselulosa, lignin, kadar air, dan kadar abu. Kadar selulosa, hemiselulosa, lignin, kadar air, dan kadar abu dari serat adalah 57,4%, 22%, 13,6%, 3,3%, dan 3,9%. Persentasi ini menunjukkan bahwa selulosa, hemiselulosa, dan lignin adalah senyawa utama dari serat kulit durian. Molekul hemiselulosa dengan selulosa berikatan hidrogen dan berfungsi sebagai matriks

semen (cementing matrix) antara mikrofibril selulosa membentuk jaringan selulosa/hemiselulosa dan menjadi komponen struktur dari sel serat. Lignin hidrofobik bersifat sebagai cementing agent dan meningkatkan karakter kaku dari komposit selulosa dan hemiselulosa. (Baxter et al., 2008). Serat kulit durian yang kaku dan keras disebabkan adanya kadar lignin yang tinggi 13,6%. (Tabel 1). Jika dibandingkan dengan serat dari sabut kelapa dengan kadar lignin 40-45%, serat dari sabut kelapa secara fisik lebih keras dan kaku dibandingakn dengan serat dari kulit durian.

Komposisi kimia untuk selulosa, hemiselulosa, dan lignin dari serat tanaman bergantung kepada sumbernya. Sumber serat tanaman terdiri dari serat batang, tangkai, daun, buah, biji, dan rumput. (Baxter et al., 2008). Serat kulit durian yang merupakan serat buah memilki komposisi kimia yang hampir mendekati dengan serat batang pisang (Tabel 4.1).

.Tabel 4. 1. Sifat - sifat serat tanaman

Sumber : (Indran and Raj, 2015), (Jabli et al., 2018), (Madurwar, Ralegaonkar and Mandavgane, 2013)

4.1.2. Analisis Kekuatan Tarik

Kekuatan tarikadalah satu bentuk sifat mekanik dari serat alam. Serat kulit durian sebagai salah satu bentuk serat alam maka analisis sifat mekaniknya diukur dengan pengukuran sifat kekuatan tarik (MPa), dan modulus elastisitas (MPa).

Tabel 4.2 menunjukkan nilai pengukuran dari kekuatan tarik dan modulus elastisitas dari serat kulit durian. Kekuatan tarik dan modulus elastisitas dari serat kulit durian masing-masing adalah : 111,9 MPa – 298,791 MPa dan 5,7-5,9 GPa.

Nilai ini menunjukkan bahwa serat kulit durian memiliki kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang rendah, bila dibandingakan dengan serat alam lainnya, misalnya serat kapas, rami, dan lain lain (Tabel 4.1). Nilai kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang rendah pada serat kulit durian menyebabkan serat kulit durian menjadi kaku dan keras atau bersifat rigid (Baxter et al., 2008). Secara harfiyah Kekuatan tarik (tensile strength,) adalah tegangan maksimum yang bisa ditahan oleh sebuah bahan ketika diregangkan atau ditarik, sebelum bahan tersebut patah.

Tabel 4.2. Sifat Mekanik dari Serat Kulit Durian Nama

Analisa FT-IR dari serat kulit durian digunakan untuk mengidentifikasi struktur molekul dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin (Gambar 4.3) sebagai komponen utama dari serat kulit durian. Spektrum FT-IR (gambar 4.2.) untuk serat kulit durian didominasi dengan pita serapan : 3316.14 cm^-1, 2901.5 cm^-1, 1722.94 cm^-1, 1616.81 cm^-1, 1431.04 cm^-1, 1325.15 cm^-1, 1241.85 cm^-1, dan 1025.09 cm^-1. Pita lebar (broad) pada daerah 3500-3000 cm^-1dinyatakan sebagai vibrasi regangan gugus OH dari interaksi selulosa dengan molekul air. Serapan

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

1616.81 cm^-1 adalah serapan untuk C=C aromatik, yang mengindikasikan adanya lignin (Penjumras, Abdul, et al., 2014). Pita serapan pada daerah 2901.51 cm^-1 merupakan vibrasi regangan dari hidrokarbon alifatik jenuh yaitu C-H dari gugus metilen pada selulosa. Pita serapan 1722.94 cm^-1 merupakan vibrasi regangan gugus C=O dari asam karboksilat dari hemiselulosa. Pita serapan 1431.04 cm^-1 adalah serapan untuk regangan gugus CH2. Pita serapan 1325.15 cm^-1 adalah serapan untuk regangan gugus CH3. Pita serapan pada 1241,85 cm^-1 merupakan vibrasi gugus C-O-C untuk gugus aryl-alkyl ether. Pita serapan ini menunjukkan bahwa pada serat kulit durian terdapat lignin. Pita serapan 1025.09 cm^-1 adalah pita serapan untuk vibrasi ikatan dari gugus C-O (Indran and Raj, 2015), (Charoenvai, 2014), (B and I, 2012), dan (Penjumras, Abdul, et al., 2014)

Gambar 4.2. Spektrum FT-IR Serat Kulit Durian

Gambar 4. 3. Struktur molekul : A. Selulosa, B. Hemiselulosa, dan C. Lignin (Sumber : (Suryanto, 2016)

4.1.4. Analisis Morfologi Serat Kulit Durian

Morfologi permukaan dari serat kulit durian dianalisa menggunakan Scanning electron microscopy (SEM) dengan pembesaran 500x, 1000x, dan 2000x. Micrograph (Gambar 4.4.) menunjukkan permukaan serat kasar dan berpori-pori. Permukaan serat yang kasar dan tampak bersisik mengindikasikan adanya lignin pada serat. Keberadaan lignin menyebabkan bentuk yang kaku dan kasar. (Baxter et al., 2008). Pada permukaan serat juga tampak adanya celah (lumen). Lumen tersebut mampu menampung air hingga 27 kali bobot seratnya

dan dapat meningkatkan luas permukaan untuk berinteraksi dengan bahan kimia lainnya. (Baxter et al., 2008)

4.1.5. Analisis Thermal Serat

Analisa thermal differential scanning calorimetry (DSC) merupakan analisa thermal untuk menentukan kestabilan thermal dari serat kulit durian.

(Gambar.4.5.). Dekomposisi bahan selulosa terjadi melalui kombinasi proses dehidrasi, dekarboksilasi, dan dekarborasi/dekarbonisasi. Thermogram dari DSC menghasilkan 2 peak. Peak pertama terjadi pada suhu 99,19^oC. Pembentukan peak

ini dimulai dari suhu 57,69^oC (onset) - 134,05^oC (endset) dengan kalor pembakaran – 1,75 J / -273.87 J/g / -418.72 mcal dan reaksi bersifat eksotherm.

Peak pertama ini mengindikasikan terjadinya pelepasan molekul H2O dari serat, karena hampir mendekati titik didih air (100ôC). Peak tersebut menunjukkan terjadinya reaksi dehidrasi pada molekul serat. Selanjutnya puncak peak kedua teramati pada suhu 379.21ôC. Pembentukan peak kedua terjadi pada suhu 367.46ôC (onset) s.d 389.17ôC (endset). Kalor pembakaran yang dihasilkan 353,96 mJ / 55,31 J/g / 84,56 mcal. Reaksi yang terjadi bersifat endotherm. Peak ini mengindikasikan terjadinya dekomposisi thermal hemiselulosa dan ikatan glikosida dari selulosa serat kulit durian. Pada suhu rendah, degradasi selulosa sangat lambat, tetapi pada suhu tinggi, selulosa dengan cepat mengalami depolimerisasi molekul dengan terjadinya pemecahan gugus glikosida dan pembentukan levoglukosan. (Indran and Raj, 2015). Analisa thermal ini menunjukkan bahwa serat kulit durian stabil terhadap panas hingga suhu 367ôC.

Kestabilan thermal serat kulit durian hampir mendekati kestabilan thermal untuk serat bambu, hemp, jute dan kenaf dengan suhu thermal 321^oC, 308,2^oC, 298,2

oC, dan 307,2^oC. (Indran and Raj, 2015)

Gambar 4. 5. Spektrum Diffrential Scanning Calorimetry dari serat kulit durian

4.2. Karakterisasi Selulosa 4.2.1. Isolasi Selulosa

Selulosa merupakan biomolekul alam yang dapat diisolasi dari serat alam berlignoselulosa. Keberadaan selulosa dialam dalam bentuk matrik jaringan cross-link Polisakarida. Komponen utama dari matriks tersebut terdiri selulosa, hemiselulosa, dan lignin. (Vismara et al., 2009). Isolasi selulosa tujuannya adalah untuk menguraikan jaringan cross-link antara selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Pada penelitian ini, Isolasi selulosa menggunakan metode hidrolisis asam dan hidrolisis basa (Gambar 4.6.). Teknik isolasi menggunakan metode ledak uap (steam).

Hidrolisis asam dilakukan dengan menggunakan asam nitrat 3,5%. Tujuan proses hidrolisis asam adalah untuk memisahkankan hemiselulos , pati, wax, dan lemak yang terdapat pada bahan. (Morán et al., 2008). Hidrolisis basa menggunakan larutan natrium hidroksida, NaOH dengan tujuan untuk memisahkan lignin (delignifikasi).

Persentase selulosa yang diperoleh sekitar 40-45%. Hasil berbeda diperoleh oleh Penjumras, et,al, (Penjumras, Rahman, et al., 2014) bahwa persentase selulosa yang diperoleh dari ekstraksi selulosa kulit durian sebesar 33,12 %. Selulosa dicetak menjadi lembaran menggunakan Handsheet. (Gambar 4.6e).

Gambar 4.6. Isolasi selulosa ; (a) hidrolisis dengan HNO3 3,5%, (b) alkalisasi dengan NaOH 2%, (c) bleaching NaOCl dengan 1,75%, (d) selulosa sebelum pencetakan dan (e) selulosa setelah pencetakan

4.2.1. Analisa Sifat Fisik Selulosa A. Pengukuran Panjang Serat Selulosa

Pengukuran panjang serat dari selulosa menggunakan Persyaratan Mutu SNI 0698:2010 Pulp kraft putih kayu jarum/Needle Bleached Kraft Pulp (NBKP).

Hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Tabel 4. 3. Hasil Analisis Panjang Serat Pulp Putih Kulit Durian

NBKP adalah pulp yang dihasilkan dari kayu serat panjang, persyaratan mutunya dibatasi memiliki panjang serat minimal 2,1 mm. Selulosa (Pulp putih) kulit durian panjang seratnya 0,67 mm, lebih kecil dari 2,1 mm, dengan demikian pulp putih kulit durian termasuk pulp serat pendek atau disebut sebagai Pulp kraft putih kayu daun/Leaf Bleached Kraft Pulp (LBKP).

B. Analisa Sifat Fisik

Analisa Sifat fisik dari selulosa kulit durian menggunakan Persyaratan Mutu SNI 6107 LBKP, Hasl analisa dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4. Hasil Analisis Mutu Pulp Putih Kulit Durian No Parameter Uji Satuan Hasil

Pulp putih kulit durian untuk parameter derajat giling sudah memenuhi persyaratan mutu SNI 6107 LBKP. Derajat cerahnya tinggi, jauh di atas persyaratan mutu SNI 6107 LBKP, akibat proses pemutihan ini kompensasinya kekuatan pulp putih kulit durian menjadi rendah, indeks sobek, retak dan tariknya di bawah persayaratan mutu SNI 6107 LBKP. Walaupun derajat cerahnya tinggi, noda pulp putih kulit durian masih tinggi (89 mm²/m²), di atas batas maksimal yang dipersyaratkan (maks. 5 mm²/m²), hal ini disebabkan pulp putih yang dihasilkan tidak bersih, masih ada titik noda, seperti nampak pada Gambar 4.7.

Penampakan titik noda tersebut, kemungkinan berasal dari air sumur yang digunakan saat pencucian bubur kertas. Pasir atau butiran-butiran dari air pencucian menempel pada bubur kertas.

Gambar 4. 7. Pulp putih dari kulit durian dan sebagian noda yang tampak (ditandai lingkaran merah)

4.2.2. Analisa Spektrum FT-IR

Spektrum FT-IR dari selulosa yang diisolasi dari serat limbah kulit durian ditunjukkan pada Gambar 4.8. Spektrum dari selulosa memiliki perbedaan signifikan dengan spektrum dari serat kulit durian. Spektrum selulosa tersebut mengkonfirmasi bahwa lignin dan hemiselulosa telah berhasil dipisahkan selama proses isolasi selulosa. Umumnya keberadaan lignin dan hemiselulosa pada

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 mengindikasikan adanya serapan molekul air dari interaksi ikatan hidrogen antara selulosa dan air. Data ini, sesuai dengan data analisis kuantitatif yang menyatakan bahwa selulosa kulit durian memiliki kadar air (b/b : 7%)

Gambar 4. 8. Spektra FT-IR dari Serat dan Selulosa Kulit Durian

Analisa FT-IR dari serat dan selulosa kulit durian bersifat kualitatif.

Perbedaan tajam dari serapan didaerah 3700-3000 cm^-1 untuk serapan gugus OH dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Spektroskopi inframerah adalah sebuah metode analisis instrumentasi pada senyawa kimia yang menggunakan radiasi sinar infra merah. Spektroskopi infra merah berguna untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada

senyawa organik. Bila suatu senyawa diradiasi menggunakan sinar inframerah, maka sebagian sinar akan diserap oleh senyawa, sedangkan yang lainnya akan diteruskan. Penyerapan sinar oleh senyawa dipengaruhi oleh ketebalan dari plat (kuvet). Hal ini sesuai dengan Hukum Lambeert-Beer menyatakan bahwa : A= a . b . c

Dimana : A : Absorbansi

a : tetapan absorptivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm)

b : tebal kuvet

c : konsentrasi larutan yang diukur

Dari persamaan diatas menyatakan bahwa : Jumlah radiasi cahaya tampak (ultraviolet, inframerah dan sebagainya) yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu fungsi eksponen dari konsentrasi zat uji dan tebal kuvet yang digunakan, bukan merujuk kepada konsentrasi komposisi senyawa uji.

2. Serat dari kulit durian merupakan biomassa yang terdiri dari lignin, hemiselulosa, dan selulosa. Ketiga senyawa tersebut, lignin, hemiselulosa, dan selulosa merupakan biomolekul yang memilki gugus fungsi OH tinggi.

Frekuensi gugus OH yang tinggi didalam struktur molekul menyebabkan derajat pembentukan ikatan hidrogen juga akan tinggi. Puncak serapan pada daerah 3700-3100 cm^-1merupakan serapan untuk vibrasi ulur dari O-H. Ikatan hidrogen menyebabkan puncak melebar dan terjadi pergeseran kearah bilangan gelombang yang lebih pendek. Oleh karena itu pada spektrum FT-IR untuk serapan OH dari serat kulit durian lebih melebar dengan intensitas serapan terjadi pada bilangan gelombang 3316 cm^-1, dibandingkan dengan serapan OH untuk selulosa. Bentuk serapan tajam dan intensitas intensitas serapan terjadi pada bilangan gelombang 3280 cm^-1. Hal ini menunjukkan bahwa serapan gugus OH pada serat kulit durian terjadi pergeseran serapan kearah bilangan gelombang yang lebih kecil.

4.2.3. Analisis Morfologi Selulosa

Serat selulosa dari tanaman memiliki ukuran makroskopis. Secara alami, serat selulosa memiliki bagian daerah kristalin dan amorf. Hidrolisis asam dan basa yang dilakukan bertujuan untuk mengelimasi bagian amorf. Bagian amorf ditunjukkan dengan permukaan selulosa yang kasar dan berpori-pori besar akibat adanya lignin dan hemiselulosa. Gambar 4.9 menunjukkan perbedaan antara mikrograf dari selulosa dan serat dari kulit durian. Spektrum Mikrograf untuk selulosa kulit durian (gambar 4.9a) berbentuk serat dengan untaian pita panjang dan masih terdapat pori-pori kecil pada permukaan selulosa. Berbeda dengan permukaan pada serat kulit durian (gambar 4.9b) permukaaan terlihat bergelombang dengan pori-pori yang besar, sehingga permukaan serat tampak kasar bila dibandingkan dengan permukaan selulosa. Hal ini mengindikasikan bahwa proses isolasi menggunakan metode hidrolisis asam dengan HNO3, alkalisasi dengan NaOH dan pemutihan dengan NaOCl mampu memutuskan ikatan hemiselulosa dan lignin dari selulosa. Terputusnya ikatan tersebut mengurangi bagian amorphs dari selulosa, sehingga permukaan selulosa pulp tampak lebih halus dan kompatible.

Perbedaan pencitraan Mikrograf antara selulosa dengan serat kulit durian menunjukan bahwa hidrolisis hemiselulosa dan lignin dari serat berhasil dilakukan. Hal ini juga didukung oleh spektrum FT-IR. Spektrum FT-IR antara serat dengan selulosa kulit durian juga menunjukkan perbedaan signifikan.

Perbedaan tajam terjadi untuk serapan OH pada daerah bilangan gelombang 3700-3100 cm^-1. Perubahan Peak Serapan lainnya terjadi pada bilangan gelombang 1722,94 cm^-1dari C=O karbosilat untuk hemiselulosa tidak tampak lagi pada serapan FT-IR untuk selulosa. Hal yang sama juga terjadi untuk serapan bilangan gelombang 1616 cm^-1dari C=C aromatik dari lignin tidak ditemukan lagi pada selulosa. Terhidrolisisnya hemiselulosa dan lignin dari serat yang menyebabkan morfologi permukaan dari selulosa lebih halus dan rata.

Gambar 4.9. Secanning elektron micrograph 500 x ; (a) selulosa; (b) serat dari kulit durian

4.2.4. Analisis X-ray Diffraction (XRD)

XRD digunakan untuk analisis indeks atau derajat kristalinitas dari selulosa kulit durian. Derajat kristalinitas dapat digunakan sebagai acuan untuk menentukan tingkat kemurnian selulosa yang diperoleh. Selulosa dengan tingkat kemurnian tinggi akan memiliki derajat kristalinitas tinggi. Menurut Morán et al., 2008, titik (counter reading) dengan intensitas pada sudut 2θ dan titik koordinat 26ô merupakan titik yang reprensentatif untuk daerah material kristalin. Titik dengan intensitas sudut 2θ = 18ô adalah titik yang representatif untuk daerah amorph. Gambar 4.10 untuk diffragtogram dari selulosa dan serat kulit durian menunjukkan perbedaan signifikan. Diffragtogram dari selulosa menunjukkan intensitas kristalin terjadi pada 2θ : 22,3ô =774, dan intensitas Amorph 2θ : 14,16ô=268. Pada serat kulit

durian, intensitas kristalin terjadi pada sudut 2θ : 21,82^o=2624 dan intenstias amorph 2θ : 17,93^o = 1550. Dengan menggunakan persamaan 3.7, indeks kristalinitas dari selulosa dan serat kulit durian dapat dihitung sebagai berikut :

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa indeks kristalinitas selulosa (65,37%) lebih tinggi dari serat kulit durian (40,93%). Hal ini menunjukkan bahwa terjadi pelepasan bagian amorph (hemiselulosa dan lignin) dari serat, sehingga nilai kristalinitas mengalami peningkatan. Data Analisis X-ray Diffraction (XRD) memperkuat data FT-IR dan SEM yang menyatakan proses hidrolisis asam dan basa pada serat berhasil memisahkan bagian amorph serat, yaitu hemiselulosa dan lignin. Proses hidrolisis menyebabkan pemecahan hidrolitik ikatan glikosidik antara unit-unit anhidroglukosa. Proses alkalisasi mampu memecah ikatan ester dan eter antara selulosa dengan lignin. Pemecahan ikatan-ikatan tersebut menyebabkan bagian amorphous, hemiselulosa dan lignin akan terlarut.

terlarutnya bagian amorphous tersebut mengubah kristalinitas dari selulosa.

X-ray diffragtogram (Gambar 4.10) untuk peak intensitas serat dan selulosa kulit durian berbeda nyata. Peak selulosa memiliki intensitas yang tajam untuk struktur kristalin. Berbeda dengan serat kulit durian, peak yang terbentuk lemah. Peak intensitas untuk daerah amorphous berbentuk peak doublet, sehingga puncaknya tidak terlihat. Menurut Morán et al., 2008, peak intensitas berbentuk doublet tidak akan ditemukan pada serat selulosa. Hasil analisa X-ray diffragtogram menunjukkan bahwa proses hidrolisis yang dilakukan mampu memutus ikatan senyawa berstruktur amorphous hemiselulosa dan lignin dari matrik yang mengikat selulosa. Terputusnya ikatan amorphous tersebut, meningkatkan derajat kristalinitas selulosa, sehingga spektrum untuk peak

10 20 30 40 50 60 70

intensity Count

(^)

Selulosa kulit durian

Serat Kulit Durian

intensitas untuk daerah kristalin akan muncul dalam bentuk peak intensitas yang tajam.

Peningkatan indeks kristalisasi disebabkan oleh pengaruh reduksi daerah amorph oleh proses hidrolisis asam dan hidrolisis basa. Reduksi daerah amorph tersebut berhubungan dengan pemutusan ikatan glikosidik antara unit-unit anhidroglukosa dan pemutusan ikatan ester dan eter antara selulosa dengan lignin.

Pemutusan ikatan tersebut menyebabkan bagian amorph, hemiselulosa dan lignin akan terlarut. terlarutnya bagian amorph tersebut mengubah kristalinitas dari selulosa. (Morán et al., 2008)

Gambar 4. 10. X-ray diffragtogram dari selulosa dan serat kulit durian 4.2.5. Analisis Thermal Selulosa

Analisis thermal selulosa menggunakan metode TGA (Thermogravimetric Analysis). Termogram dari hasil analisa Thermal TGA menunjukkan terjadinya perubahan senyawa selulosa akibat adanya thermal yang diberikan. Reaksi thermal yang terjadi terdiri dari 2 (dua) bentuk reaksi, dehidrasi dan dekomposisi. Metode TGA merupakan bentuk analisa thermal yang menyatakan hubungan dekomposisi bobot serat sebagai fungsi temperatur. Dekomposisi bobot selulosa terjadi melalui proses dehidrasi dan degradasi. Proses dehidrasi disebut juga sebagai proses evaporasi

0 100 200 300 400 500 600 700

yaitu proses dimana terjadi pelepasan molekul air dari molekul selulosa. Gambar 4.11, menunujukkan untuk tahap awal, selulosa mengalami evaporasi air. Dekomposisi awal selulosa terjadi pada suhu 220,49⁰C dan mengalami dekomposisi maksimum pada suhu 353,2 ⁰C. (Tabel 4.5.). Dekomposisi berlanjut hingga ke suhu 550^oC dengan persentase penurunan bobot mencapai 97,8%.

Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilaporkan oleh (Kargarzadeh et al., 2012) bahwa degradasi selulosa terjadi pada suhu maksimum 350⁰C. Hemiselulosa dapat terdegradasi pada suhu dibawah suhu degradasi selulosa dan lignin. hal ini disebabkan adanya gugus asetil pada hemiselulosa. Gugus tersebut memilki sifat elektronegatifitas tinggi, sehingga mudah mengalami degradasi. Faktor lain, hemiselulosa terdegradasi pada suhu rendah dibandingkan selulosa, adalah derajat kristalinitas yang rendah. Struktur amorphous hemiselulosa menyebabkannya mudah mengalami degradasi. Perbedaaan Struktur kimia selulosa, hemiselulosa, dan lignin akan menyebabkan perbedaan suhu dekomposisi (Kargarzadeh et al., 2012).

Tabel 4. 5. Data Analisis Thermal Selulosa Suhu untuk perubahan bobot material

Gambar 4. 11. Kurva TGA dan DTG dari Selulosa

4.3. Karakterisasi Selulosa Teroksidasi

Pada penelitian ini, reaksi oksidasi dilakukan pada suhu kamar. Selulosa didispersikan dalam pelarut air (b/v = 5%) dan selanjutnya ditambahkan garam periodate dalam bentuk NaIO4 dan dihomogenisasi. Larutan hasil homogenisasi didiamkan pada suhu kamar selama 12 jam. Selanjutnya difiltrasi dan dikeringkan pada suhu kamar. Optimalisasi reaksi oksidasi dilakukan dengan variasi rasio garam NaIO4 dengan selulosa dan waktu homogenisasi. Variasi rasio terdiri dari 0,2, 0,4, dan 0,6. Variasi waktu homogenisasi 60, 120, 180, dan 240 menit. Gambar 4.12, menunjukkan bentuk fisik selulosa sebelum dan sesudah oksidasi. Bentuk fisik selulosa sebelum oksidasi berbentuk granula dan mudah terdispersi didalam pelarut air. Perlakuan oksidasi mengubah bentuk granula menjadi agregat.

Gambar 4. 12. Bentuk fisik selulosa sebelum dan sesudah oksidasi; a. selulosa sebelum oksidasi, b dan c selulosa sesudah oksidasi

4.3.1. Analisis Gugus Karbonil Aldehid

Analisis gugus karbonil bertujuan untuk menentukan derajat oksidasi. Derajat oksidasi dapat didefinisikan sebagai jumlah ikatan C2-C3 dari cincin β-D-anhidroglukopiranosa pada struktur selulosa yang dapat dikonversikan menjadi dialdehida. Metode yang digunakan adalah metode Titrimetri. Indikator yang digunakan adalah Indikator Phenolptalein. Kesetimbangan reaksi tercapai dengan terjadinya perubahan warna larutan titrasi dari bening kekuning-kuningan menjadi merah lembayung. (Gambar 4.13). Jumlah gugus karbonil dihitung dengan menggunakan persamaan 3.8. Pembentukan warna merah lembayung terjadi karena terjadinya reaksi antara dialdehida selulosa dengan hidroksilamina hidroklorida.

(Gambar 4.14)

Gambar 4. 13. larutan selulosa teroksidasi sebelum dititrasi, (b) larutan selulosa teroksidasi setelah dititrasi.

Gambar 4. 14. Reaksi antara dialdehida selulosa and hidroksilamina hidroklorida (Scott et al., 1993)

Tabel 4.6, menunjukkan bahwa waktu homogenisasi memberikan pengaruh signifikan terhadap pembentukan gugus karbonil aldehid. waktu homogenisasi dapat meningkatkan jumlah gugus karbonil yang terbentuk. Hal ini sesuai dengan pernyataan yang dikemukaan oleh (Errokh et al., 2018) yang menyatakan bahwa reaksi oksidasi dipengaruhi oleh faktor suhu, pH, konsentrasi garam periodat, dan waktu reaksi. Merujuk kepada teori kinetika kimia (Dogra, 1990) bahwa laju reaksi didefinisikan sebagai perubahan konsentrasi persatuan waktu. Teori ini menjelaskan bahwa waktu reaksi signifikat mempengaruhi reaksi kimia. Range waktu reaksi oksidasi yang panjang, memungkinkan kontak molekul reaktan intens terjadi.

Peningkatan intensitas tabrakan antar molekul reaktan dengan molekul oksidator dapat menyebabkan reaktan NaIO4 akan terionisasi menjadi IO4

dalam konsentrasi tinggi. Elektronegatifitas yang tinggi dari ion IO4

dapat memudahkan pemutusan

ikatan C2-C3 dari cincin β-D-anhidroglukopiranosa pada struktur selulosa.

ikatan C2-C3 yang putus akan membentuk gugus dialdehida. Selain itu, lama homogenisasi yang dilakukan dapat memperkecil ukuran partikel dari reaktan.

Menurut teori kinetika reaksi, ukuran partikel yang kecil akan memiliki luas permukaan yang besar. Luas permukaan yang besar maka frekuensi tumbukan antar molekul yang terjadi tinggi sehingga laju reaksi semakin tinggi.

Tabel 4. 6. Jumlah Gugus karbonil aldehid dari selulosa teroksidasi

No. Rasio Selulosa/NaIO4 Waktu Reaksi (menit) Nilai Ac (mmol/g selulosa)

1 0,2 60 0,3801

Reaksi oksidasi selulosa dengan garam periodate NaIO4 merupakan reaksi pemecahan ikatan karbon-karbon pada rantai karbohidrat. Pemecahan ikatan C – C pada rantai karbohidrat bersifat kemoselektif. Kemoselektif terjadi pada C2 dan C3 dari cincin β-D-anhidroglukopiranosa. NaIO4 mula-mula membentuk ion iodat, IO4

-. Ion IO4

memecah ikatan C-C dari cincin β-D-anhidroglukopiranosa selulosa pada posisi C2 dan C3 dan mengoksidasi gugus OH sekunder dari selulosa membentuk

Dalam dokumen DISERTASI ROSLIANA LUBIS NIM : (Halaman 79-0)