Adapun karakteristik selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan tanpa penambahan kitosan yaitu berbentuk lembaran tebal, berwarna putih, transparan, tekstur halus dan licin dengan ketebalan sekitar 5 mm. Sifat fisik selulosa setelah direndam dalam larutan kitosan 0,5%; 1,0%; dan 1,5% selama ± 6 jam menunjukkan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Sifat Fisik Selulosa - Kitosan
No Sifat Fisik Hasil Pengamatan Selulosa – Kitosan dengan Larutan Kitosan
0,5% 1,0% 1,5%
1. Bentuk Lembaran kenyal
dan licin Lembaran kenyal dan licin Lembaran kenyal dan licin 2. Warna Putih kekuningan Putih kekuningan Putih kekuningan 3. Transparan/tidak Transparan Transparan Transparan 4. Tekstur Kenyal dan licin Kenyal dan licin Kenyal dan licin
5. Ketebalan ± 3 mm ± 3 mm ± 3 mm
Beberapa hal yang dapat mempengaruhi kualitas selulosa yang dihasilkan antara lain: keasaman larutan, suhu lingkungan, tempat fermentasi, dan bahan tambahan. Pembuatan nata memanfaatkan aktivitas bakteri Acetobacter xylinum sehingga diperlukan kondisi nyaman untuk bakteri tersebut
Eli Rohaeti / Gugus Fungsi dan …
berkembang. Acetobacter xylinum dapat berkembang biak dengan baik pada pH 3-4. Oleh karena itu dalam proses fermentasi sedapat mungkin pH larutan dibuat 3-4 dengan menambahkan asam asetat glasial. Selain itu ada cara lain untuk menambah keasaman larutan pada pembuatan selulosa yaitu dengan mendiamkan air rendaman singkong sebagai bahan dasar pembuatan selulosa dalam suatu wadah selama 2-3 malam, dengan demikian air rendaman singkong tersebut akan menghasikan asam dengan sendirinya.
Suhu optimum unrtuk pertumbuhan bakteri adalah sekitar 35ºC. Pada suhu ini bakteri dapat
berkembang biak dengan baik. Untuk itu pada proses fermentasi, nampan harus ditempatkan dalam ruangan yang suhu dan kelembabannya terjaga. Perubahan suhu secara ekstrim akibat perubahan cuaca (pancaroba) menyebabkan kualitas nata yang dihasilkan kurang baik, selain itu proses pembentukan nata menjadi sedikit lambat. Tempat fermentasi berkaitan dengan adanya gangguan atau goncangan pada saat proses fermentasi. Adanya goncangan tersebut dapat menyebabkan nata yang terbentuk menjadi berlapis-lapis dan bergelambir sehingga selulosa akan megelupas dan rapuh. Selulosa dapat berhasil disintesis akibat aktivitas bakteri Acetobacter Xylinum, bakteri tersebut menggunakan unsur-unsur N, H, O, dan C untuk menyusun lapisan nata. Proses pembuatan nata harus memperhatikan bahan dasar apakah sudah mengandung unsur hara tersebut dalam jumlah yang cukup. Air singkong sebagai bahan dasar pembuatan nata sudah mengandung unsur-unsur tersebut akan tetapi untuk mempercepat proses pembentukan lapisan nata ke dalam air singkong ditambahkan urea sebagai sumber N, dan gula sebagai sumber C, H, dan O.
Sifat Mekanik Selulosa Hasil Modifikasi
Berdasarkan data pada Tabel 2, data nilai uji tarik menunjukan sifat kuat tarik saat putus (Tensile Strength at Break) tertinggi dimiliki film selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% dengan kekuatan tarik rata-rata sebesar 10,7657 MPa. Film selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 0,5% memiliki kekuatan tarik sebesar 8,7826 MPa, selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% memiliki kekuatan tarik sebesar 9,9507 MPa dan selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% yaitu 3,8462 MPa. Berdasarkan data terlihat bahwa semakin banyak jumlah kitosan yang ditambahkan pada selulosa maka kekuatan tariknya semakin besar. Perpanjangan saat putus tertinggi dimiliki film selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dengan perpanjangan saat putus sebesar 10,8789%. Film dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 0,5% memiliki perpanjangan saat putus sebesar 3,6895%, penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% memiliki perpanjangan saat putus sebesar 6,2218% sedangkan selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% memiliki perpanjangan saat putus sebesar 4,6962%. Pengaruh kitosan terhadap sifat mekanik selulosa dari limbah cair singkong dapat diketahui bahwa dengan penambahan kitosan menyebabkan perpanjangan saat putus selulosa berkurang.
Tabel 2. Hasil Uji Sifat Mekanik Selulosa dan Selulosa-Kitosan No. Selulosa ulang-an ke- FMax N Strength Tensile
(MPa) Elongation at break % modulus Young (MPa) 1. penambahan gliserol 1,5% 1 1,9196 3,1994 9,9823 0,3205 2 3,8886 5,9825 17,7761 0,3364 3 1,5318 2,3567 4,8783 0,4831 x 2,4467 3,8462 10,8789 0,3535 2. penambaha n gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% 1 2,1178 8,4714 4,4877 1,8877 2 2,5811 10,3245 3,1152 3,3142 3 3,3753 13,5013 6,4856 2,0817 x 2,8227 8,7826 3,6895 2,3804
Adapun kekakuan selulosa dapat ditentukan melalui perhitungan modulus Young, perbandingan antara Tensile Strength at Break Tensile dan Elongation at break. Jika Harga modulus Young semakin tinggi, maka semakin kaku sampel tersebut. Dengan melihat harga modulus Young dari keempat selulosa, maka selulosa yang paling kaku adalah selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 0,5% dengan harga modulus Young sebesar 2,3804 MPa, disusul selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% sebesar 2,2924 MPa, kemudian selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% sebesar 1,5993 MPa dan yang paling tidak kaku yaitu selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% tanpa penambahan kitosan yaitu sebesar 0,3535 MPa.
Dengan demikian bila diurutkan kekuatan tarik pada saat putus adalah selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% > selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% > selulosa dengan panambahan gliserol 1,5% dan kitosan 0,5% > selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% tanpa penambahan kitosan. Urutan perpanjangan saat putus adalah selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% tanpa penambahan kitosan > selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% > selulosa dengan panambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% > selulosa dengan penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 0,5%. Urutan kekakuan selulosa yaitu selulosa penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 0,5% > selulosa penambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,5% > selulosa panambahan gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% > selulosa penambahan gliserol 1,5% tanpa penambahan kitosan. Perbandingan kuat putus, perpanjangan saat putus, dan modulus Young terlihat jelas pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Perbandingan Sifat Mekanik Selulosa dari Limbah Cair Singkong Peningkatan tensile strength atau kekuatan tarik dapat terjadi karena adanya penambahan gliserol dan kitosan menyebabkan penggabungan molekul gliserol dan kitosan dengan rantai polimer selulosa melalui interaksi hidrogen. Peningkatan interaksi hidrogen dan Van der Walls dalam rantai polimer akan terjadi, sehingga mengakibatkan peningkatan kekuatan mekanik material terhadap gaya dari luar. Korelasi antara peningkatan hydrogen bonding dengan tensile strength pernah dibuktikan
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 tanpa
Kitosan G + K 0.5 gram G + K 1,0 gram G + K 1,5 gram perpanjangan tarik (%) kekuatan tarik (MPa) kekakuan (MPa) 3. penambaha n gliserol 1,5% dan kitosan 1,0% 1 2,0424 6,8082 4,1683 1,6332 2 4,1033 13,6778 6,2853 2,1762 3 2,8098 9,3661 8,2120 1,1425 x 2,9852 9,9507 6,2218 1,5993 4. penambaha n gliserol 1,5% dan kitosan 0,5% 1 2,2703 7,5677 3,2661 2,3170 2 2,2519 7,5063 4,5294 1,6572 3 3,9458 11,2738 3,2729 3,4446 x 2,6914 10,7657 4,6962 2,2924
Eli Rohaeti / Gugus Fungsi dan …
oleh Liu et. al. (2009) dalam penelitiannya, selain itu secara in siliko melalui software 3D juga dibuktikan oleh Tien (2010) menggunakan ChemBio3D Ultra yang membuktikan bahwa semakin banyaknya ikatan hidrogen akan meningkatkan tensile strength. Kemungkinan lain disebabkan karena massa molekul selulosa mengalami peningkatan akibat penambahan kitosan. Smith, Lemstra, dan Pijpers (1982) membuktikan pada suatu plastik polietilen, persebaran massa molekul yang semakin tinggi menimbulkan peningkatan tensile strength. Hal ini dapat menjadi suatu kemungkinan bahwa ketika kitosan ditambahkan, terjadi peningkatan massa molekul dalam selulosa sehingga tensile strength lebih tinggi dari kontrol selulosa dengan gliserol. Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, dapat diungkapkan bahwa penambahan gliserol dan kitosan menyebabkan terjadi interaksi berupa ikatan hidrogen lebih banyak sehingga dapat meningkatkan kemampuan selulosa dalam menahan beban lebih tinggi.
Komposit selulosa gliserol kitosan menujukkan penurunan elongasi. Penurunan elongasi dapat terjadi karena adanya interaksi antara gugus amina (-NH) kitosan dengan gugus hidroksil (-OH) bebas selulosa bakteri melalui interaksi hidrogen. Adanya interaksi ini menyebabkan konformasi 2 rantai polimer yang berikatan (selulosa dan kitosan) menjadi lebih rigid dan kaku, sehingga menurunkan elongasi (pemulurannya). Rechia et. al. (2010) melaporkan bahwa pada film menggunakan corn starch terjadi ikatan intermolekuler berupa ikatan hidrogen. Ikatan ini meningkatkan tensile strength namun menurunkan elongasi.
Gugus Fungsi Selulosa Hasil Modifikasi
Menurut Anicuta et. al. (2010), pita absorbsi karakterisitik selulosa muncul pada daerah bilangan gelombang 3350 cm-1 (stretching OH) dan 2916,81 cm-1 (stretching CH), hal ini sesuai
dengan peak pada bilangan gelombang 3448,72 (stretching O-H) dan 2931,80 (stretching CH). Interaksi lainnya untuk selulosa gliserol tanpa dan dengan penambahan kitosan dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Interaksi yang Terlibat pada Kelompok Selulosa Gliserol (SG) dan Selulosa Gliserol Kitosan (SGK)
No. Sampel Bilangan
Gelombang Gugus Fungsi
1 Selulosa
Gliserol 3464,15 2931,80 -CH Alifatik -OH
1635,64 adsorbed water in the amorphous region 1573,91 &
1465,90 –CH2 bending vibrations pyran ring
1064,71 β-1,4-Glikosidik
2 Selulosa Gliserol Kitosan
3425,58 -OH and –NH stretching
2931,80 -CH Alifatik
1566,20 –NH bending (amide II)
1411,89 –CH2 bending vibrations pyran ring
1064,71 β-1,4-Glikosidik
Spektrum FT – IR kelompok selulosa gliserol menunjukkan adanya kemiripan spektrum antara kelompok SG dengan kelompok selulosa (S), namun terjadi perbedaan pada intensitasnya. Selain itu muncul peak berbeda pada lokasi tertentu. Salah satu contohnya adalah munculnya peak absorpsi pada daerah 1573,91 cm-1 di samping pita abosrpsi 1635,64 cm-1 (adsorbed water). Peak ini
kemungkinan besar mengindikasikan adanya cincin aromatik piranosa selulosa, namun intensitasnya relatif kecil. Hal ini dipertegas dengan adanya peningkatan intensitas pada daerah 848,68 yang juga menunjukkan intensitas O piranosa.
Anicuta et. al. (2010) menyatakan bahwa ketika dilakukan pembuatan material komposit dari selulosa bakteri yang diberi kitosan, akan terjadi pergeseran pita stretching O-H dari 3350,71 cm-1
menjadi 3349,72 cm-1 dan terjadi pelebaran peak pada bilangan gelombang tersebut. Hasil penelitian
menunjukkan pergeseran pita absorbsi menjadi 3425,58 cm-1 dan muncul pita yang lebih lebar, yang
K-61
Gugus fungsi amida kitosan muncul pada daerah 1566,20 cm-1 dengan intensitas kuat sesuai
dengan yang telah dilaporkan Ciechanska, et al., (2004), yaitu gugus amida I muncul pada 1650 cm-1
dan amida II pada 1560 cm-1sebagai gugus amida karakteristik kitosan. Namun pada spektrum SGK,
tidak dapat terbaca peak pada daerah 1600 cm-1, hal ini diperkirakan karena intensitasnya tidak begitu
kuat tertutupi oleh peak pada 1566,20 cm-1.
Pada pita serapan daerah 1635,64 (C=O berikatan dengan H) ditemukan penurunan intensitas pada sampel SG bila dibandingkan dengan sampel S, tetapi sampel SG juga menunjukkan pita serapan pada daerah yang berdekatan yaitu bilangan gelombang 1573,91 cm-1 yang mengindikasikan adanya
cincin aromatik piran dari selulosa bakteri. Sampel SGK tidak menunjukkan adanya pita absorpsi pada daerah 1600 tetapi menunjukkan pita dengan intensitas kuat pada daerah 1566,20 cm-1 yang
menunjukkan adanya gugus amina kitosan yang juga memiliki kemungkinan overlapping dengan absorpsi cincin aromatik. Adanya peningkatan intesitas ikatan gugus NH2 (daerah 1566,20 cm-1) dan
melebarnya peak NH2 (daerah 3425,58 cm-1) pada kelompok SGK dapat dikaitkan dengan penurunan
elongasi pada analisis mekanik biomaterial SGK. Peningkatan intensitas ikatan menyebabkan konformasi rantai polimer menjadi lebih rigid, sehingga ketika terjadi suatu gaya rantai polimer tidak dapat mengalami mobilisasi dengan bebas dan terjadi penurunan nilai elongasi (pemuluran) material SGK.