METODOLOGI PENELITIAN
B. Metode Penelitian
Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap penyiapan bahan biji bioplastik dan tahap penelitian utama. Tahap penelitian utama terdiri dari pembuatan bioplastik dan pengujian karakteristik bioplastik yang dihasilkan.
1. Persiapan Bahan Biji Bioplastik
Secara umum tahap persiapan bahan biji plastik terdiri dari dua tahapan utama, yaitu; (1) persiapan kultur dan media kultivasi, (2) kultivasi PHA, dan (3) Proses hilir PHA.
a. Persiapan kultur dan media kultivasi (Atifah, 2006)
Kultur R. eutropha yang digunakan dipelihara dalam bentuk
kering-beku. Kultur disegarkan setiap 2 minggu pada media cair Nutrient Broth pada suhu 34oC. Media yang digunakan adalah hidrolisat pati sagu sebagai sumber karbon, (NH4)2HPO4 sebagai sumber nitrogen, K2HPO4
dan KH2PO4 sebagai sumber fosfat, serta mikroelemen yang terdiri dari
FeSO4.7H2O, MnCl2.4H2O, CoSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, CuCl2.2H2O, dan
ZnSO4.7H2O.
Sebelum dilakukan proses kultivasi pada bioreaktor, terlebih dahulu kultur R. eutropha ditumbuhkan pada media propagasi (volume 10
17
b. Kultivasi PHA secara fed-batch (Atifah, 2006)
Kultivasi fed-batch dilakukan pada bioreaktor skala 13 liter, volume kerja 10 liter, pH 6.9, agitasi 150 rpm, suhu 34oC dan aerasi 0.2 vvm. Kultivasi dilakukan selama 96 jam. Metode pengumpanan dilakukan pada saat mikroba memasuki fase pertumbuhan stationer yaitu pada jam ke-48. Umpan berupa hidrolisat pati sagu yang setara dengan 20 gram per liter kultur dengan kecepatan pengumpanan konstan 1.7 ml/menit.
c. Proses Hilir PHA (Atifah, 2006; Imamura et al., 2001 dan Lee, 1996)
Setelah proses kultivasi selesai, cairan kultivasi disentrifugasi pada kecepatan 13000 rpm selama 10 menit. Proses sentrifugasi terdiri dari empat tahap, yaitu; (i) pemisahan biomassa dari fase cair, (ii) pencucian endapan biomassa yang diperoleh dengan aquades, (iii) digest dengan NaOCl 0.2% selama 1 jam, (iv) pencucian endapan biomassa yang telah di
digest dengan aquades. Endapan biomassa yang diperoleh dikering dalam oven pada suhu ± 50oC selama 24 jam.
PHA kering yang diperoleh dari hasil sentrifugasi terlebih dahulu dihaluskan dan kemudian dilarutkan dalam kloroform dengan perbandingan 1 gram PHA kering banding 50 ml kloroform. Larutan kemudian diaduk dan dipanaskan pada suhu ± 50oC selama 24 jam. Untuk mencegah penguapan pelarut, maka dipasang pendingin tegak. Setelah itu, larutan disaring dengan menggunakan kertas saring whatman 42 pada penyaring vakum. Filtrat hasil saringan yang mengandung PHA yang terlarut dalam kloroform diuapkan pada lemari asam untuk memperoleh PHA kering yang lebih murni.
2. Pembuatan Bioplastik PHA
a. Motode pembuatan bioplastik (modifikasi Akmaliah, 2003)
Proses pembuatan bioplastik dilakukan dengan teknik solution casting. Proses pembuatan bioplastik dimulai dengan pencampuran PHA, kloroform, dan isopropil palmitat. Pencampuran dilakukan dengan
pengadukan biasa sampai terbentuk larutan PHA-kloroform-isopropil palmitat yang homogen. Kemudian larutan yang telah homogen dituang pada cetakan (plat kaca). Diagram alir proses pembuatan bioplastik dapat dilihat pada Lampiran 1.
b. Penentuan jumlah kloroform
Menurut Lee (1996), untuk melarutkan satu bagian PHA diperlukan 20 bagian pelarut. Jumlah pelarut yang optimal akan ditentukan dengan cara melarutkan PHA pada kloroform dengan perbandingan PHA-kloroform 1:5, 1:10, 1:15 dan 1:20.
c. Penentuan jumlah PHA
Jumlah PHA yang digunakan disesuaikan dengan ketebalan bioplastik yang akan dihasilkan. Jumlah PHA yang optimal adalah jumlah PHA yang mampu menutupi seluruh permukaan cetakan dan memenuhi ketebalan yang ditentukan yaitu ± 0.05 mm.
d. Penentuan jumlah Isopropil Palmitat
Jumlah isopropil palmitat yang ditambahkan tergantung pada jumlah PHA yang akan digunakan. Pada penelitian ini akan diujikan konsentrasi isopropil palmitat mulai dari 0% (kontrol), 10%, 15%, dan 20% (b/b) dari jumlah PHA.
3. Pengujian Karakteristik Bioplastik
Pengujian karakteristik yang dilakukan terhadap bioplastik pada penelitian ini meliputi pengujian sifat fisik dan mekanis bioplastik. Analisa sifat mekanis bioplastik yang dilakukan adalah kuat tarik dan perpanjangan putus, sedangkan analisa sifat fisik bioplastik yang dilakukan adalah gugus fungsi, sifat termal, derajat kristalinitas, dan densitas.
a. Sifat Mekanis (ASTM D 638 M-III, 1998)
19 Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Bandung. Alat yang digunakan untuk pengujian adalah Universal Testing Machine (UTM) yang dibuat oleh Orientec Co. Ltd dengan model UCT-
5T. Lembaran sampel dipotong menjadi dumbbell ASTM D638 M-III.
Kondisi pengujian dilakukan pada temperatur ruang uji dengan suhu 27oC, kelembaban ruang uji 65%, kecepatan tarik 1 mm/menit, skala load cell
10% dari 50 N, dan pengukuran ketebalan sampel yang akan diuji menggunakan Digital Micrometer.
Kekuatan tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : (Sutiani, 1997) A Fmaks = τ Keterangan :
τ : kekuatan tarik (MPa) Fmaks : gaya kuat tarik (N)
A : luas permukaan contoh (mm2)
Perpanjangan putus dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : (Sutiani, 1997)
% 100 % 0 0 × − = L L L E Keterangan : % E : perpanjangan (%)
L0 : panjang sampel mula-mula
L : panjang sampel setelah diberi beban hingga putus
Elastic modulus dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : (ASTM D 638 M-III)
strain ing correspond in difference stress in difference Modulus Elastic =
b. Gugus Fungsi (ASTM E 1252-88, 1998)
Gugus fungsi PHA dapat dideteksi dengan menggunakan alat
Fourier Transform Infra-Red Spectrometer (FTIR). Pengujian dilakukan di Laboratorium Uji Polimer, Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Bandung. Tipe alat FTIR yang digunakan dalam penelitian ini adalah FTIR-4300. Metode pengujian berdasarkan
ASTM E 1252-88 yaitu dengan menggunakan metode KBr (Kalium Bromida) yang dipadatkan. Metode ini digunakan pada selang bilangan gelombang antara 5000 – 400 cm-1 (2 – 25 µm).
Metode pengujian sebagai berikut; sampel dihaluskan terlebih dahulu dengan menggunakan Cryogenic crusher, kemudian sampel yang telah halus dicampurkan dengan pelet KBr sebanyak ±100 mg. Kemudian campuran tersebut dikompresi, dan terakhir tablet hasil pengompresan diletakkan di tempat sel spektrofotometer infra merah dengan lubang mengarah ke sumber radiasi.
c. Sifat Termal (ASTM D 3418, 1998)
Pengujian sifat termal dilakukan di Laboratorium Uji Polimer, Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Bandung. Alat yang digunakan adalah Differential Scanning Calorimetry
(DSC) dengan tipe Seiko Instruments Inc.. Analisa sifat termal meliputi pengukuran suhu pelelehan (melting point, Tm), suhu transisi kaca (glass transition temperature, Tg), dan perubahan entalpi sampel selama proses tersebut. Sampel ditimbang ±5 mg kemudian dimasukkan kedalam
crucible 40 µl. Analisa dilakukan dengan pemanasan sampel dari
temperatur kamar hingga 200oC. Kecepatan pemanasan adalah
10oC/menit. Nitrogen cair digunakan untuk pendinginan dengan kecepatan aliran 50 ml/menit.
d. Derajat Kristalinitas (Hahn et al. 1994)
Pengukuran derajat kristalinitas dilakukan dengan metode pendekatan. Metode ini didasarkan pada perubahan entalpi yang terjadi pada saat tercapainya suhu pelelehan yang terukur pada saat pengukuran suhu pelelahan dengan DSC. PHA dengan derajat kristalinitas 100% akan mempunyai perubahan entalpi sebesar 146 J/g. Dengan melakukan perbandingan perubahan entalpi sampel uji dan PHA dengan kristalinitas 100% maka akan dapat diketahui derajat kristalinitas sampel uji.
21 Kristalinitas sampel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
% 100 0 × Δ Δ = H H Xc f Keterangan : Xc = kristalinitas (%),
ΔHf = entalpi pelelehan sampel (J/g),
ΔH0 = entalpi pelelehan PHB 100% kristalin (146 J/g)
e. Densitas (Rabek, 1983)
Penentuan densitas dilakukan dengan cara menghitung massa dan volume sampel. Densitas bioplastik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
v
m
ρ=
Keterangan : ρ : densitas (g/cm3) m : massa bahan (g) v : volume bahan (cm3) C. Analisa DataAnalisa data yang digunakan adalah statistika deskriptif. Statistika deskriptif adalah metode-metode yang berkaitan dengan pengumpulan dan penyajian suatu gugus data sehingga memberikan informasi yang berguna. Penyusunan tabel, diagram, grafik, dan besaran-besaran lain termasuk ke dalam kategori statistika deskriptif ini (Sudjana 1994 dan Walpole 1995).