Penelitian ini dilakukan dalam empat tahapan yaitu (1) Karakterisasi bahan baku pembuatan biofoam, (2) Pengembangan produk biofoam berbahan baku tapioka dan ampok, (3) Perbaikan karakteristik biofoam dan (4) Analisis nilai tambah tapioka dan ampok sebagai bahan baku biofoam, sebagaimana tersaji pada Gambar 2.
3.4.1. Karakterisasi sifat fisikokimia dan fungsional bahan baku.
Tahapan awal penelitian ini adalah melakukan karakterisasi bahan baku utama yang digunakan dalam penelitian yaitu ampok, tapioka, pati hidrofobik dan pati asetat. Karakterisasi yang dilakukan meliputi analisis komposisi kimia bahan yang terdiri dari kadar air, abu, protein, lemak, serat kasar dan karbohidrat (by difference), kadar pati serta rasio amilosa dan amilopektin. Analisis sifat termal meliputi suhu gelatinisasi, suhu maksimum, viskositas maksimum, viskositas
Viscoamylograph Analyzer. Selain itu juga dilakukan pengukuran titik transisi gelas dan titik leleh (melting point) dengan menggunakan alat Differential Scanning Calorymeter (DSC). Analisis sifat fungsional meliputi daya serap air dari masing-masing sumber pati serta pengamatan terhadap struktur morfologi dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Polarized microscope. Prosedur evaluasi karakteristik bahan baku disajikan pada Lampiran 1.
Gambar 2 . Tahapan Penelitian Biofoam Berbahan Baku Campuran Tapioka dan Ampok
Karakterisasi Bahan Baku Pengembangan Produk Biofoam Penambahan Serat Penambahan Polimer Sintetik
Penambahan Pati Asetat,
Sizing Agent dan Gliserol Penambahan Pati Hidrofobik Analisis Nilai TambahTapioka dan Ampok, Biofoam Perbaikan Karakteristik Biofoam Karakterisasi Biofoam
3.4.2. Pengembangan Produk Biofoam 3.4.2.1. Penentuan Kondisi Proses
Pengembangan produk biofoam diawali dengan penentuan kondisi proses
thermopressing yang meliputi penentuan suhu proses dan lama waktu proses serta volume adonan yang digunakan pada pembuatan biofoam. Adapun selang suhu yang diujikan pada tahapan ini berkisar 140-1800C, sedangkan lama waktu proses diujikan 2-4 menit. Jumlah adonan yang dimasukkan ke dalam cetakan dilakukan dengan variasi 50-80. Karakterisasi biofoam pada tahapan ini dilakukan secara visual dengan melihat warna dan penampakan biofoam yang dihasilkan. Diagram alir selengkapnya seperti tersaji pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram Alir Pembuatan Biofoam
Air (1 : 1)
Bahan Baku Tapioka:Ampok
(3 : 1)
Pencampuran bahan kering menggunakan mixer selama 5 menit
Pembuatan adonan menggunakan
mixer selama 5 menit
Pendinginan 30 menit Pencetakan menggunakan
thermopressing machine
Biofoam
Karakterisasi melalui Penampakan Visual
3.4.2.2. Pembuatan Biofoam dengan Penambahan Ampok sebagai Sumber Serat
Sebagaimana telah disebutkan pada beberapa literatur bahwa pembuatan biofoam dengan hanya menggunakan bahan baku pati akan menghasilkan produk yang sensitif terhadap kelembaban, rapuh dan kaku sehingga pada tahapan awal ini dilakukan penambahan serat yang bersumber dari ampok untuk menutupi kelemahan tersebut. Sumber serat tersebut diperoleh dari penambahan ampok yang memiliki kandungan serat sekitar 25%. Adapun perlakuan yang digunakan dalam tahapan ini adalah rasio tapioka:ampok terdiri dari empat taraf yaitu (4:0); (3:1); (2:2) dan (1:3). Perlakuan lain adalah konsentrasi penambahan PVOH yang terdiri atas dua taraf yaitu 0% dan 30% sebagai kelompok. Penelitian dilakukan menggunakan Rancangan Acak Kelompok dengan tiga kali yang dilanjutkan dengan uji Duncan. Model matematik rancangan percobaan tersebut adalah sebagai berikut :
Yijk = µ + Ai + Bj + Ɛijk Dimana :
i = 1,2,3,4 (taraf rasio tapioka:ampok) j = 1,2 ( kelompok)
k = 1,2,3 (taraf ulangan) Keterangan
Yijk= Hasil pengamatan karena pengaruh taraf ke-i dari rasio tapioka:ampok, pada kelompok ke-j dari konsentrasi PVOH serta taraf ke-k dari ulangan
Ai = Pengaruh rasio tapioka:ampok ke-i
Bj = Pengaruh kelompok konsentrasi PVOH ke-j
Ɛijk = Galat percobaan pada ulangan ke-k
Formula untuk pembuatan biofoam pada tahapan pertama ini adalah seperti tersaji pada Tabel 2. Penambahan air dilakukan dengan perbandingan 1:1 terhadap bahan kering. Pada pembuatan biofoam, selain penambahan tapioka, ampok dan PVOH, juga dilakukan penambahan bahan lain seperti air dan Mg stearat dalam jumlah yang sama.
Pengamatan yang dilakukan terhadap kadar air, densitas, warna, daya serap air, struktur morfologi, sifat termal, kuat tarik, kuat tekan dan biodegradabilitas baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Adapun prosedur karakterisasi produk biofoam sebagaimana tersaji pada Lampiran 1. Dua hasil terbaik berdasarkan sifat hidrofobisitas, sifat mekanis dan biodegradabilitasnya akan digunakan pada tahapan selanjutnya untuk menentukan formula pembuatan biofoam.
Tabel 2. Formula Pembuatan Biofoam dengan Penambahan Ampok dalam 100 g Bahan Kering Rasio Tapioka Ampok Kelompok (Konsentrasi PVOH) Tapioka (%) Ampok (%) PVOH (%) (4 : 0) 0 % 100 0 0 (3 : 1) 75 25 0 (2 : 2) 50 50 0 (1 ; 3) 25 75 0 (4 : 0) 30 % 70 0 30 (3 : 1) 52,5 17,5 30 (2 : 2) 35 35 30 (1 ; 3) 17,5 52,5 30
3.4.2.3. Pembuatan Biofoam dengan Penambahan PVOH Sebagai Sumber
Polimer Sintetik
Biofoam yang terbuat hanya dari polimer alami (pati dan serat), umumnya memiliki sifat mekanis yang rendah sehingga harus diperbaiki dengan penambahan polimer sintetik antara lain dengan penambahan PVOH. Perlakuan yang digunakan pada tahapan ini adalah konsentrasi PVOH yang bervariasi dari 0-50 % dari bobot bahan kering yang digunakan. Sebagai kelompok, dipilih dua perlakuan terbaik dari tahapan sebelumnya. Penelitian dilakukan dengan Rancangan Acak Kelompok dengan tiga kali ulangan yang dilanjutkan dengan uji Duncan. Model matematik rancangan percobaan tersebut adalah sebagai berikut :
Dimana
i = 1,2 (kelompok)
j = 1,2,3,4,5,6 (taraf konsentrasi PVOH) k = 1,2,3 (taraf ulangan)
Keterangan
Yijk = Hasil pengamatan karena pengaruh kelompok ke-i dari rasio tapioka:ampok, taraf ke-j dari konsentrasi PVOH serta taraf ke-k dari ulangan
Pi = Pengaruh kelompok rasio tapioka:ampok ke-i Kj = Pengaruh konsentrasi PVOH ke-j
Ɛijk = Galat percobaan pada ulangan ke-k
Untuk memudahkan pengeluaran produk biofoam dari cetakan maka dilakukan penambahan Mg stearat dengan jumlah 1,5% dari berat bahan kering. Penambahan air pada pembuatan adonan dilakukan dengan rasio 1:1 terhadap bahan kering. Hasil terbaik pada tahapan ini akan digunakan sebagai formula pembuatan biofoam.
3.4.3. Perbaikan Karakteristik Biofoam
3.4.3.1. Peningkatan Hidrofobisitas Biofoam dengan Penambahan Pati Hidrofobik
Biofoam yang terbuat hanya dari bahan berpati, selain memiliki sifat mekanis yang rendah tetapi juga bersifat hidrofilik yang memang berasal dari sifat polimer alami yang sensitif terhadap kelembaban. Pada tahapan ini dilakukan upaya perbaikan sifat hidrofilik agar biofoam yang dihasilkan mampu menggantikan fungsi kemasan styrofoam sebagai wadah kemasan siap saji termasuk pangan dengan kadar air tinggi. Upaya perbaikan yang dilakukan pada tahapan ini adalah dengan menggantikan sebagian atau seluruh proporsi tapioka dengan pati hidrofobik. Adapun perlakuan yang digunakan pada tahapan ini hanya satu faktor yaitu rasio tapioka:pati hidrofobik yang terdiri dari lima taraf yaitu : (4:0), (3:1), (2:2), (1:3) dan (0:4). Untuk formulasi lainnya seperti ampok, PVOH, air dan Mg stearat adalah tetap sesuai dengan hasil terbaik pada tahapan sebelumnya. Penelitian dilakukan dengan Rancangan Acak Lengkap dengan tiga
kali ulangan yang dilanjutkan dengan uji Duncan. Model matematik rancangan percobaan tersebut adalah sebagai berikut :
Yij = µ + Xi + Ɛij Dimana
i = 1,2,3,4,5 (taraf rasio tapioka:pati hidrofobik) j = 1,2,3 (taraf ulangan)
Keterangan
Yijk = Hasil pengamatan karena pengaruh taraf ke-i dari rasio tapioka:pati hidrofobik serta taraf ke-j dari ulangan
Xi = Pengaruh rasio tapioka:pati hidrofobik ke-i
Ɛij = Galat percobaan pada ulangan ke-j
Pengamatan yang dilakukan terhadap biofoam yang dihasilkan meliputi kadar air, densitas, warna, daya serap air, struktur morfologi, sifat termal, kuat tarik, kuat tekan dan biodegradabilitas baik secara kualitatif maupun kuantitatif. 3.4.3.2. Peningkatan Hidrofobisitas dan Viskoelastisitas Biofoam dengan
Penambahan Pati Asetat, Sizing Agent dan Plastisizer
Peningkatan sifat hidrofobik biofoam juga dapat dilakukan dengan penambahan pati asetat maupun penambahan sizing agent. Sizing agent
umumnya digunakan pada industri kertas atau tekstil untuk meningkatkan hidrofobisitas pada permukaan bahan. Adapun jenis sizing agent yang digunakan adalah dari jenis alkyl ketene dimer (AKD) dan produk coating yang merupakan hasil penelitian Kasetsart University berupa campuran pati hidrofobik dengan bahan aktif carvacrol.
Pada tahapan ini juga dilakukan upaya peningkatan viskoelastisitas biofoam dengan penambahan gliserol yang berfungsi sebagai plastisizer. Selain itu, juga dilakukan beberapa tambahan seperti NaOH untuk membantu proses pelunakan serat serta agar yang berfungsi sebagai perekat.
Adapun perlakuan yang digunakan pada tahapan ini ada tiga faktor yaitu: rasio tapioka:pati asetat dengan 2 taraf (4:1) dan (3:2); jenis sizing agent yang digunakan dengan dua taraf yaitu sizing agent A (AKD) dan sizing agent B (pati
hidrofobik dan carvacrol) serta konsentrasi gliserol dengan tiga taraf yaitu 0; 5 dan 10%. Sementara itu, penambahan ampok, PVOH, NaOH, agar dan air dilakukan dalam jumlah yang tetap untuk semua perlakuan. Penelitian dilakukan dengan menggunakan Rancangan Acak Lengkap Faktorial dengan tiga kali ulangan yang diikuti dengan uji Duncan. Adapun pengamatan yang dilakukan sama seperti tahapan sebelumnya namun ditambahkan pengamatan sifat termal dengan menggunakan Dynamic Mechanical Thermal Analyisis (DMTA) untuk mengetahui viskoelastisitasnya serta pengamatan terhadap contact angle untuk mengetahui tingkat hidrofobisitas permukaan biofoam.
Model matematik rancangan percobaan tersebut adalah sebagai berikut : Yijkl = µ + Pi + Sj + Gk + (PS)ij + (PG)ik + (SG)jk + (PSG)ijk + Ɛijkl
Dimana
i = 1,2 (taraf rasio tapioka:pati asetat) j = 1,2 (taraf jenis sizing agent) k = 1,2,3 (taraf konsentrasi gliserol) l = 1,2,3 (taraf ulangan)
Keterangan
Yijkl = Hasil pengamatan karena pengaruh taraf ke-i dari rasio tapioka:pati asetat, tarah ke-j dari jenis sizing agent, taraf ke-k dari konsentrasi gliserol serta taraf ke-l dari ulangan
Pi = Pengaruh rasio tapioka:pati asetat ke-i Sj = Pengaruh jenis sizing agent ke-j Gk = Pengaruh konsentrasi gliserol ke-k
(PS)ij = Interaksi pengaruh rasio tapioka:pati asetat ke-i dengan jenis sizing agent
ke-j
(PG)ik= Interaksi pengaruh rasio tapioka:pati asetat ke-i dengan konsentrasi gliserol ke-k
(SG)jk= Interaksi pengaruh jenis sizing agent ke-j dengan konsentrasi gliserol ke- k
(PSG)ijk= Interaksi pengaruh rasio tapioka:pati asetat ke-i dengan jenis sizing agent ke-j serta konsentrasi gliserol ke-k
Formula bahan yang dilakukan pada tahapan ini tersaji pada Tabel 3 Sementara itu, pada tahapan ini, jumlah cairan yang ditambahkan adalah sekitar 44% dari total adonan. Bahan cair ini meliputi gliserol, NaOH, sizing agent dan Air.
Tabel 3. Formula Pembuatan Biofoam dengan Penambahan Pati Asetat, Sizing Agent dan Gliserol
Perlakuan Tapioka (%) PA (%) Ampok (%) PVOH (%) Agar (%) SA (%) NaOH (%) Gliserol (%) Air (%) P1S1G0 28 7 12 8 3 0,4 0,1 0 41,5 P2S1G0 21 14 12 8 3 0,4 0,1 0 41,5 P1S1G1 28 7 12 8 3 0,4 0,1 5 36,5 P2S1G1 21 14 12 8 3 0,4 0,1 5 36,5 P1S1G2 28 7 12 8 3 0,4 0,1 10 31,5 P2S1G2 21 14 12 8 3 0,4 0,1 10 31,5 P1S2G0 28 7 12 8 3 0,4 0,1 0 41,5 P2S2G0 21 14 12 8 3 0,4 0,1 0 41,5 P1S2G1 28 7 12 8 3 0,4 0,1 5 36,5 P2S2G1 21 14 12 8 3 0,4 0,1 5 36,5 P1S2G2 28 7 12 8 3 0,4 0,1 10 31,5 P2S2G2 21 14 12 8 3 0,4 0,1 10 31,5 Keterangan : PA : Pati Asetat SA : Sizing Agent
P : Rasio Tapioka:Pati Asetat; P1(4:1) dan P2 (3:2) S : Jenis Sizing Agent; S1 (AKD); S2(Carvacrol)
G : Konsentrasi gliserol; G0(0%); G1(5%) dan G2(10%)
3.5. Analisis Nilai Tambah Tapioka dan Ampok Sebagai Bahan Baku