TINJAUAN PUSTAKA 2.1 BIOPLASTIK
2.1.2 Metode Pembuatan Bioplastik
Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara yaitu:
1. Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati, dimana pati yang digunakan dapat berupa pati mentah berbentuk granular maupun pati yang sudah tergelatinisasi, dan plastik yang digunakan adalah PCL, PBS, atau PLA maupun plastik konvensional (polietilen). Pencampuran dilakukan dengan menggunakan extruder atau dalam mixer berkecepatan tinggi (high speed
mixer) yang dilengkapi pemanas untuk melelehkan polimer plastik.
2. Modifikasi kimiawi pati, dimana untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering digunakan. Sifat biodegradabilitas dari produk plastik yang dihasilkan tergantung daripada jenis polimer yang dicangkokkan pada pati.
3. Penggunaan pati sebagai bahan baku fermentasi menghasilkan monomer/polimer plastik biodegradabel [26].
Metode yang dilakukan dalam pembuatan bioplastik pada penelitian ini merujuk pada metode Weiping Band (2005). Proses pencampuran antara pati, pengisi dan plasticizer dilakukan bertahap sambil dipanaskan dan diaduk. Pencampuran yang dilakukan dapat menggunakan stirrer dengan pemanasan menggunakan water batch. Dapat juga menggunakan alat hot plate magnetic
stirrer. Campuran yang sudah homogen membentuk larutan bioplastik yang
kemudian dicetak dan dikeringkan. Pengeringan menggunakan oven dengan temperatur 60oC. Pengeringan dilakukan hingga plastik mengeras dan dapat dikeluarkan dari cetakan, waktu yang digunakan yaitu ±24 jam [27].
2.2 PATI
Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa, dan terdiri atas amilosa dan amilopektin. Amilosa merupakan bagian polimer linier dengan ikatan
α-(1→4) unit glukosa. Derajat polimerisasi amilosa berkisar antara 500−6.000
unit glukosa, bergantung pada sumbernya. Amilopektin merupakan polimer α-
(1→4) unit glukosa dengan rantai samping α-(1→6) unit glukosa. Dalam suatu
molekul pati, ikatan α-(1→6) unit glukosa ini jumlahnya sangat sedikit, berkisar
antara 4−5%. Namun, jumlah molekul dengan rantai yang bercabang, yaitu
amilopektin, sangat banyak dengan derajat polimerisasi 105– 3 x 106 unit glukosa [28]. Struktur molekul dari amilosa dan amilopektin ditunjukkan pada gambar 2.1. Sejumlah besar pati terakumulasi sebagai granula (butiran) yang tidak larut dalam air. Bentuk dan diameter granula ini tergantung pada asal tumbuhan [29]. Granula pati tersebut terdiri atas daerah amorf dan kristal. Di dalam pati yang terdapat pada umbi dan akar, daerah kristalin terdiri dari amilopektin, sedangkan amilosa terdapat di daerah amorf. Di dalam pati sereal, amilopektin juga merupakan komponen yang paling penting dari daerah kristalin. Amilosa dalam pati sereal bergabung dengan lipid dari struktur kristal yang lemah dan memperkuat granula tersebut. Sementara amilopektin larut dalam air, amilosa dan granula pati sendiri tidak larut dalam air dingin. Hal ini meyebabkan relatif mudah untuk mengekstrak granula pati dari sumber tanaman. Ketika suspensi pati dalam air dipanaskan, butiran pertama membengkak sampai tercapai suatu titik di mana pembengkakan ireversibel. Proses pembengkakan ini disebut gelatinisasi. Selama proses ini, amilosa terekstrak keluar dari granul dan menyebabkan peningkatan viskositas suspensi. Peningkatan suhu lebih lanjut kemudian menyebabkan pembengkakan maksimum butiran dan meningkatkan viskositas. Akhirnya, butiran pecah menghasilkan dispersi koloid kental. Pendinginan selanjutnya koloid hasil dispersi pati tersebut menghasilkan bentuk gel yang elastik [30].
Pati adalah bahan baku yang paling menarik untuk pengembangan dan produksi bioplastik. Pati tersimpan dalam berbagai tanaman dalam bentuk butiran mikroskopis. Pati benar-benar bersifat biodegradable dalam berbagai kondisi lingkungan. Pati dapat dihidrolisis menjadi glukosa oleh mikroorganisme atau enzim, dan kemudian dimetabolisme menjadi karbon dioksida dan air [31]. Perlu
dicatat bahwa karbon dioksida akan didaur ulang menjadi pati lagi oleh tanaman dan sinar matahari [32]. Karena kemampuannya terdegradasi secara alami ini pati mulai banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioplastik yang ramah lingkungan.
Gambar 2.1 Struktur Molekul Amilosa dan Amilopektin [19] 2.2.1 Gelatinisasi Pati
Gelatinisasi dalam arti sempit adalah suatu gangguan termal struktur kristal dalam granula pati asli, tetapi dalam arti yang lebih luas itu mencakup peristiwa yang berhubungan dengan pembengkakan butiran dan pelarutan polisakarida yang dapat larut [33]. Suhu gelatinisasi dianggap sebagai suhu di mana transisi fase granula pati dari keadaan yang teratur menjadi tidak teratur. Suhu gelatinisasi pati tergantung pada jenis tanaman dan jumlah air yang tersedia, pH, jenis dan konsentrasi garam, gula, lemak dan protein dalam campuran, derajat ikatan sambung silang dari amilopektin, jumlah butiran pati yang rusak juga sebagai teknologi yang digunakan [34]. Mekanisme pembentukan gel dimulai jika
larutan pati dipanaskan. Butir-butir pati akan mengembang sehingga ikatan hidrogen pada unit amorphous akan rusak dan pada suhu tertentu granula akan pecah [35]. Dalam proses gelatinisasi perlu diperhatikan komposisi air, dimana jika larutan pati terlalu pekat maka akan terjadi pengendapan partikel-partikel pati [36].
Jumlah fraksi amilosa-amilopektin sangat berpengaruh pada profil gelatinisasi pati. Amilosa memiliki ukuran yang lebih kecil dengan struktur tidak bercabang. Sementara amilopektin merupakan molekul berukuran besar dengan struktur bercabang banyak dan membentuk double helix. Saat pati dipanaskan, beberapa double helix fraksi amilopektin merenggang dan terlepas saat ada ikatan hidrogen yang terputus. Jika suhu yang lebih tinggi diberikan, ikatan hidrogen akan semakin banyak yang terputus, menyebabkan air terserap masuk ke dalam granula pati. Pada proses ini, molekul amilosa terlepas ke fase air yang menyelimuti granula, sehingga struktur dari granula pati menjadi lebih terbuka, dan lebih banyak air yang masuk ke dalam granula, menyebabkan granula membengkak dan volumenya meningkat. Molekul air kemudian membentuk ikatan hidrogen dengan gugus hidroksil gula dari molekul amilosa dan amilopektin. Di bagian luar granula, jumlah air bebas menjadi berkurang, sedangkan jumlah amilosa yang terlepas meningkat. Molekul amilosa cenderung untuk meninggalkan granula karena strukturnya lebih pendek dan mudah larut. Mekanisme ini yang menjelaskan bahwa larutan pati yang dipanaskan akan lebih kental [37].
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah pati biji durian, dimana akan dilakukan analisis profil gelatinisasi terhadap pati tersebut. Analisis ini dilakukan untuk mengetahui data-data pada saat pati tergelatinisasi, diantaranya temperatur gelatinisasi dan viskositas maksimum pati biji durian, serta mempelajari sifat-sifat pasta pati yaitu kestabilan viskositas pasta pati terhadap panas dan kemampuan pasta pati mengalami retrogradasi pada saat terjadi penurunan temperatur. Hasil penelitian Soebagio dkk., (2009) terhadap uji temperatur gelatinisasi dan viskositas pati biji durian dengan menggunakan alat Viskoamilograp Brabender menunjukkan bahwa temperatur gelatinisasi pati biji durian amalmi adalah 91,5 oC, kemudian tidak terdapat temperatur puncak dan
viskositas puncaknya. Dengan kenaikan temperatur dan dengan adanya pengadukan, nilai viskositas pati biji durian adalah 35 BU, dan pada saat penurunan temperatur dan dengan adanya pengadukan viskositas pati biji durian meningkat menjadi 120 BU. Diperoleh pula data bahwa kestabilan pati biji durian berada pada temperatur 50 oC [38].