PADA KAIN KATUN TERHADAP AKTIVITAS BAKTERI PADA KAIN KATUN DAYA HAMBAT KOMPOSIT KITOSAN.Ag DENGAN LAPISAN SiO2 TERHADAP AKTIVITAS BAKTERI Escherichia coli PADA KAIN KATUN TERHADAP AKTIVITAS BAKTERI

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DAYA HAMBAT KOMPOS

PADA KAIN KATUN

DES

Diajukan persyaratan men

J

FAKULTAS MATEMATI

UNIVERSI

i

OSIT KITOSAN/Ag DENGAN LAPISA

UN TERHADAP AKTIVITAS BAKTER

Escherichia coli

Disusun Oleh :

ESWITA ARISTIANTI

M 0306005

SKRIPSI

kan untuk memenuhi sebagian

endapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

JURUSAN KIMIA

TIKA DAN ILMU PENGETAHUAN A

ERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

SAN SiO

2

ERI

(2)

commit to user

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini dibimbing oleh:

Pembimbing I

Candra Purnawan, M. Sc

NIP. 19781228 200501 1001

Pembimbing II

Dra. Tri Martini, M. Si

NIP. 19581029 198503 2002

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :

Hari : Selasa

Tanggal : 8 Februari 2011

Anggota Tim Penguji :

1. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M. Si

NIP. 19711211 199702 2001

1………..

2. Ahmad Ainurofiq, M. Si., Apt

NIP. 19780319 200501 1003

2………..

Disahkan oleh

Ketua Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas SebelasMaret Surakarta

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D

(3)

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “DAYA HAMBAT

KOMPOSIT KITOSAN/Ag DENGAN LAPISAN SiO2 PADA KAIN KATUN TERHADAP

AKTIVITAS BAKTERI Escherichia coli” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar

kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah

ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, 8 Februari 2011

(4)

commit to user

iv

DAYA HAMBAT KOMPOSIT KITOSAN/Ag DENGAN LAPISAN SiO2 PADA KAIN

KATUN TERHADAP AKTIVITAS BAKTERI Escherichia coli

DESWITA ARISTIANTI

Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang studi penambahan sifat antibakteri komposit kitosan/Ag dengan SiO2 pada kain katun. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu adsorpsi logam Ag oleh kitosan, mengetahui pengaruh lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag pada kain katun, dan untuk mengetahui daya hambat komposit kitosan/Ag dengan SiO2 pada kain katun sebelum dan setelah pencucian terhadap aktivitas

pertumbuhan bakteri E.coli. Adsorpsi logam Ag oleh kitosan dilakukan dengan

memvariasikan dengan waktu shaker. Lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag pada kain katun dapat dilihat dari hasil analisa XRD, SEM dan uji kekakuan. Daya hambat komposit kitosan/Ag dengan SiO2 pada kain katun sebelum dan setelah pencucian terhadap aktivitas pertumbuhan bakteri E.coli di uji dengan shake flash method dan turbidimetri.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama waktu adsorpsi logam Ag oleh kitosan maka semakin banyak Ag yang teradsorp. Waktu optimum adsorpsi logam Ag oleh kitosan pada saat 5 jam (jam ke-5). Adanya lapisan SiO2 menyebabkan kain katun semakin tidak kaku dan komposit kitosan/Ag pada kain katun menyebabkan kain kaku. Komposit kitosan/Ag dengan SiO2 pada kain katun mampu menghambat aktivitas pertumbuhan bakteri

E.coli optimum pada konsentrasi komposit kitosan/Ag 0.1 % (b/v) baik sebelum maupun setelah pencucian, selain itu daya hambat komposit kitosan/Ag dengan SiO2 sebelum pencucian lebih besar daripada setelah pencucian terhadap aktivitas pertumbuhan bakteri

E.coli.

(5)

commit to user

v

THE INHIBITION CHITOSAN/AgCOMPOSITE WITH SiO2 LAYER ON THE

COTTON FOR BACTERIAL ACTIVITY OF Escherichia coli

DESWITA ARIATIANTI

Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Sciences

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The study of additional antibacterial characteristic chitosan/Ag composite with SiO2 on the cotton was has been conducted. The purpose of this research had studied the time of adsorpsion Ag metal by chitosan, the influence of SiO2 layer and chitosan/Ag composite on the cotton, and inhibition of chitosan/Ag composite with the SiO2 on the cotton before and after laundering for the growth activity of E.coli. Adsorption of the Ag metal by chitosan was conducted with variation of the shaker time. SiO2 layer and chitosan/Ag composite on the cotton could be analyzed from XRD, SEM and stiffness tester. The inhibition of chitosan/Ag composite with SiO2 on the cotton before and after the laundering for the growth activity of E.coli with shake flash method and turbidimetry.

The results showed that longer time of adsorption so more Ag metal adsorped by chitosan. The optimum time of adsorption was at five hours (to at 5 hours). SiO2 layer made cotton not stiff and chitosan/Ag composite on the cotton made cotton stiff. The optimum consentration of chitosan/Ag composite was 0.1 % (b/v) as bacterial agent before and after laundering. And inhibition of chitosan/Ag composit with SiO2 before laundering was higher than after laundering for the growth activity of E.coli.

(6)

commit to user

vi

MOTTO

Setiap orang membutuhkan tiga hal yang akan membuat

kita bahagia di dunia ini, yaitu; seseorang untuk dicintai,

sesuatu untuk dilakukan, dan sesuatu untuk diharapkan

Cara untuk menjadi di depan adalah memulai sekarang.

Jika memulai sekarang, tahun depan Anda akan tahu

banyak hal yang sekarang tidak diketahui, dan Anda tak

akan mengetahui masa depan jika Anda menunggu-nunggu

(William Feather)

Jenius adalah 1 % inspirasi dan 99 % keringat. Tidak ada

yang dapat menggantikan kerja keras. Keberuntungan

adalah sesuatu yang terjadi ketika kesempatan bertemu

(7)

commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karyaku ini untuk:

Allah SWT yang begitu luar biasa atas karunia dan kasih sayangNya untukku.

Bapak dan Ibuku tercinta yang senantiasa mendoakan dan mendukungku.

Adik- adikku tersatang, Nensi dan Chiara.

Kisworo yang senantiasa memberikan motifasinya.

(8)

commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-Nya, sehingga

penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Shalawat dan salam senantiasa penulis

haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia.

Skripsi yang berjudul ”Daya Hambat Komposit Kitosan/Ag Dengan Lapisan SiO2 Pada

Kain Katun Terhadap Aktivitas Bakteri E.coli” ini disusun atas dukungan dari berbagai

pihak, untuk itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada :

1. Prof. Drs. Sutarno, M. Sc. Ph. D, selaku Dekan FMIPA Universitas Sebelas Maret.

2. Prof. Drs. Sentot Budi Raharjo, Ph. D, selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA Universitas

Sebelas Maret.

3. Candra Purnawan, M. Sc. selaku pembimbing I, atas bimbingan, dorongan, arahan dan

ilmu yang telah diberikan.

4. Dra. Tri Martini, M. Si. selaku pembimbing II, atas bimbingan dan ilmu yang diberikan.

5. IF. Nurcahyo, M. Si. selaku Ketua Lab. Kimia Dasar, FMIPA, Universitas Sebelas Maret,

beserta laboran mbak Nanik dan mas Anang atas bantuannya selama di laboratorium

kimia.

6. Dr. rer. nat. Atmanto Heruwibowo, M. Si selaku Ketua Sub Lab. Kimia Pusat MIPA

Universitas Sebelas Maret, beserta laboran dan satpam, mbak retno, mbak hastuti, mbak

wati, pak ken, pak bas, pak wanto, pak gito, pak wening, pak anjar, pak yusak, pak toni,

dan pak basuki.

7. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, atas ilmu yang telah diberikan.

8. Staf Laboratorium Mikrobiologi PAU UGM Yogyakarta.

9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan

dengan balasan yang lebih baik. Amin.

Penulis Menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam rangka untuk menyempurnakan

skripsi ini. Akhir kata, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu

(9)

commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN ... iii

HALAMAN ABSTRAK ... iv

HALAMAN MOTO ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Perumusan Masalah ... 3

1. Identifikasi masalah ... 3

2. Batasan masalah ... 5

3. Rumusan masalah ... 6

C. Tujuan Penelitian ... 6

D. Manfaat Penelitian ... 6

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka ... 7

1. Kitin dan kitosan ... 7

2. Silika ... 9

3. Bakteri ... 10

4. Escherichia coli ... 12

5. Aktivitas kain antibakteri ... 13

(10)

commit to user

x

C. Hipotesis ... 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian ... 16

B. Tempat dan Waktu Penelitian ... 16

C. Alat dan Bahan Penelitian ... 16

D. Prosedur Penelitian ... 17

1. Isolasi kitin dan sintesis kitosan dari cangkang udang ... 17

2. Pembuatan komposit kitosan/Ag ... 18

3. Pelapisan kain dengan SiO2 ... 18

4. Pelapisan kain dengan kitosan/Ag variasi berat ... 18

5. Uji aktivitas antibakteri kain sebelum pencucian (laundering) ... 18

6. Uji aktivitas antibakteri kain setelah pencucian (laundering) ... 19

7. Karakterisasi Gugus Fungsi, Uji kekakuan kain, dan Analisa Difraksi Sinar X (XRD) pada kain, kain terlapisi SiO2 dan kain terlapisi SiO2 dan komposit kitosan/Ag, Analisis permukaan kain, kain terlapisi SiO2 dan kain terlapisi SiO2 dan komposit kitosan/Ag dengan SEM ... 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Isolasi Kitin dan Sintesis Kitosan ... 23

1. Karakterisasi kitin dan kitosan dengan spektroskopi IR ... 24

2. Analisis X-Ray Diffractometer (difraksi sinar-X) ... 26

B. Penentuan Konsentrasi Optimum Adsorpsi Logam Ag oleh Kitosan ... 28

1. Karakterisasi FTIR kitosan setelah adsorpsi logam Ag ... 29

2. Karakterisasi XRD kitosan setelah adsorpsi logam Ag ... 31

3. Karakterisasi DTA/TGA kitosan setelah adsorpsi logam Ag ... 32

C. Penentuan Kondisi Optimum Pelapisan Kain katun dengan SiO2 dan Komposit Kitosan/Ag ... 34

1. Pelapisan kain katun dengan SiO2 ... 34

2. Pelapisan kain katun terlapisi SiO2dengan komposit kitosan/Ag .. 36

(11)

commit to user

xi BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan ... 47

B. Saran ... 47

Daftar Pustaka ... 48

(12)

commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Gugus fungsi spektra IR kitin dan kitosan ... 24

Tabel 2. Hasil uji kekakuan kain terlapisi SiO2 ... 35

Tabel 3. Hasil Uji Kekakuan Kain terlapisi SiO2 dan komposit kitosan/Ag 37

(13)

commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur kitin, kitosan dan selulosa ... 7

Gambar 2. Reaksi hidrolisis pada proses deasetilasi kitin oleh basa kuat ... 8

Gambar 3. Bakteri Escherichia coli ... 12

Gambar 4. Spektra IR kitin dan kitosan cangkang udang ... 24

Gambar 5. Difraktogram kitin dan kitosan ... 26

Gambar 6. Interaksi intermolekuler kitin atau kitosan ... 27

Gambar 7. Ikatan hidrogen dari kitin ... 27

Gambar 8. Ikatan hidrogen dari kitosan ... 27

Gambar 9. Kurva standar logam Ag menggunakan AAS ... 28

Gambar 10. Adsorpsi logam Ag oleh kitosan ... 29

Gambar 11. Perubahan spektra IR kitosan sebelum dan setelah proses adsorpsi ... 30

Gambar 12. Perubahan difraktogram kitosan ... 31

Gambar 13. Berkurangnya ikatan hidrogen intramolekuler dan intermolekuler kitosan ... 32

Gambar 14. Perubahan Termogram TGA Kitosan ... 33

Gambar 15. Perubahan Termogram DTA Kitosan ... 33

Gambar 16. Hubungan antara waktu pencelupan kain dengan berat lapisan SiO2 ... 35

Gambar 17. Hubungan antara konsentrasi komposit kitosan/Ag dengan berat lapisan komposit kitosan/Ag ... 36

Gambar 18. Perubahan difraktogram kain yang terlapisi SiO2 dan terlapisi komposit kitosan/Ag ... 37

Gambar 19. Tekstur permukaan kain tanpa perlakuan ... 38

Gambar 20. Tekstur permukaan kain yang dilapisi SiO2 ... 39

(14)

commit to user

xiv

Gambar 22. Kurva standar hubungan antara absorbansi atau optical density

dan jumlah koloni sel bakteri Escherichia coli (CFU/mL) ... 42

Gambar 23. Perbandingan persentase daya hambat komposit kitosan/Ag dengan

lapisan SiO2 pada kain katun terhadap bakteri E.coli sebelum dan setelah pencucian.

(a : Data percobaan ke – 1 dan b : Data percobaan ke – 2) ... 44

Gambar 24. Perbandingan persentase efektivitas komposit kitosan/Ag dengan

lapisan SiO2 pada kain katun terhadap bakteri E.coli sebelum dan

setelah pencucian.

(15)

commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Penentuan Derajad Deasetilasi (DD) berdasarkan baseline b .... 51

Lampiran 2. Data pembuatan kurva standar adsorbsi logam Ag menggunakan AAS ... 52

Lampiran 3. Data persentase (%) adsorbsi logam Ag oleh kitosan ... 52

Lampiran 4. Penentuan kondisi optimum % adsorbsi ... 53

Lampiran 5. Uji Duncan kondisi optimum % adsorbsi ... 53

Lampiran 6. Data uji Duncan kekakuan kain terlapisi SiO2 ... 54

Lampiran 7. Data kurva standar hubungan antara absorbansi atau optical density dan jumlah koloni sel bakteri E.coli (CFU/mL) ... 54

Lampiran 8. Data ke-1 persentase daya hambat lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag sebelum pencucian terhadap bakteri E.coli ... 55

Lampiran 9. Data ke-1 persentase daya hambat lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag setelah pencucian terhadap bakteri E.coli ... 55

Lampiran 10. Data ke-2 persentase daya hambat lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag sebelum pencucian terhadap bakteri E.coli ... 56

(16)

commit to user

1

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Tekstil merupakan material yang penting dan merupakan kebutuhan pokok

manusia terutama sebagai pakaian pelindung tubuh. Kain yang baik adalah kain

yang aman bagi kesehatan dan lingkungan. Pakaian yang tidak higienis akan dapat

menimbulkan masalah kesehatan, misalnya penyakit infeksi saluran kencing yang

dapat disebabkan tidak higienisnya pakaian dalam atau seringnya iritasi pada bayi

karena penggunaan popok (pampers) dan pakaian yang tidak higienis

(http://gresnews.com/ch/Health/cluster/Dokter, 2010). Salah satu penyebab

pakaian tidak higienis karena banyak bakteri yang tumbuh pada pakaian tersebut.

Untuk manghambat dan mencegah pertumbuhan bakteri perlu adanya bahan

antibakteri didalam pakaian tersebut.

Dekade terakhir ini, fenomena permintaan pasar terhadap produk tekstil

mulai bergeser dari tekstil konvensional menuju tekstil multifungsi yaitu tekstil

yang menghasilkan nilai tambah fungsional baru dengan adanya proses

penambahan menggunakan teknologi (Wong et al., 2006; Mahlting et al., 2005).

Sebagai ilustrasi, perkembangan pasar produk tekstil multifungsional di Jerman

pada tahun 2002 saja sudah mencapai penjualan sekitar 24,3% (Mahlting et al.,

2005). Tekstil multifungsi harus mampu memenuhi permintaan konsumen dalam

hal perawatannya, memenuhi syarat kesehatan dan kebersihan, serta memiliki

ketahanan terhadap serangan mekanis, termal, kimia dan biologis. Salah satu nilai

tambah fungsional dari tekstil multifungsi adalah tekstil yang bersifat anti bakteri.

Ramachandran (2003) dan Vigo dalam Lee et al. (1999) menyebutkan bahwa

salah satu bahan antibakteri yang digunakan untuk memberikan sifat antibakteri

pada kain adalah senyawa ammonium kuartener yang menunjukkan sifat

polikationik.

Kitosan (2-amino-deoksi-β-D-glukosa) merupakan polimer kationik alami

yang bersifat nontoksik, dapat mengalami biodegradasi dan bersifat

(17)

commit to user

2

misalnya sebagai adsorben limbah logam berat dan zat warna, anti jamur,

kosmetik, farmasi, flokulan, antikanker, dan antibakteri (Prashanth and

Tharanathan 2007; Liu et al., 2006). Kitosan dapat aktif dan berinteraksi dengan

sel, enzim atau matrik polimer yang bermuatan negatif (Stephen, 2005). Seperti

diketahui kitosan memiliki gugus amino (NH2) yang akan menjadi ammonium (NH3+) dalam medium asam. Muatan positif ion ini yang akan berinteraksi dengan dinding sel bakteri yang bermuatan negatif, sehingga mampu menghambat

pertumbuhan bakteri, baik gram positif maupun gram negatif (Zhang et al., 2003).

Oleh karena itu, kitosan dapat dijadikan salah satu alternatif bahan antibakteri

yang ramah lingkungan dan tidak berbahaya dalam pembuatan kain antibakteri.

Penelitian Purnawan dkk. (2008) menyebutkan bahwa aktivitas antibakteri

kitosan pada kain katun hanya sekitar 67% sebelum pencucian dan jauh menurun

menjadi sekitar 43% setelah pencucian kain dalam waktu kontak 3 jam. Aktivitas

antibakteri kitosan yang relatif kecil ini disebabkan karena interaksi kitosan

dengan kain yang masih lemah dan besarnya berat molekul kitosan. Lemahnya

interaksi kitosan dangan kain menyebabkan kitosan mudah lepas, sedangkan

besarnya berat molekul kitosan menyebabkan interaksi ammonium kuartener

kitosan yang bermuatan positif dengan bakteri menjadi kurang efektif.

Upaya peningkatan sifat antibakteri dalam pembuatan kain antibakteri

dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain: 1) Penambahan senyawa

pengemban yang dapat memperkuat interaksi dengan kain, seperti penambahan

SiO2. Adanya gugus aktif silanol (Si-OH) pada SiO2 yang berfungsi sebagai pengemban kitosan dapat memperkuat interaksi dengan kain sehingga kitosan

tidak mudah lepas (Li et al., 2007). 2) Penambahan suatu logam yang dapat

menghambat bakteri seperti (Cd, Ag, Cu) (Ramachandran, 2003). Adanya ion

logam Ag dalam polietilen dapat meningkatkan sifat antibakteri secara signifikan

(Zhang et al., 2008). Ahmad et al. (2009) dalam penelitiannya menyatakan bahwa

hasil sintesis bionanokomposit Ag/Lempung/kitosan cocok diaplikasikan sebagai

bahan antibakteri dan dunia kesehatan meskipun penelitian ini belum menguji

sifat antibakteri hasil sintesis tersebut. Hal ini diharapkan dengan penambahan ion

(18)

commit to user

3

Keberhasilan penelitian ini akan memberikan peningkatan dalam

menciptakan pakaian yang memiliki daya hambat dan daya tahan terhadap

aktivitas bakteri dikulit manusia sehingga kesehatan lebih terjaga. Selain itu,

keberhasilan metode penelitian ini dapat memberikan informasi tentang

pembuatan tekstil antibakteri terhadap masyarakat luas maupun kalangan industri

sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat.

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Jenis tekstil yang ada di Indonesia adalah katun, nilon, wool. Tetapi pada

umumnya yang sering digunakan sebagai bahan pakaian adalah katun. Hal ini

disebabkan oleh banyaknya keunggulan katun dibandingkan dengan jenis tekstil

yang lain karena katun terbuat dari kapas sehingga enak dipakai dan lembut. Saat

ini, fenomena permintaan pasar terhadap produk tekstil mulai bergeser dari tekstil

konvensional menuju tekstil multifungsi yaitu tekstil yang menghasilkan nilai

tambah fungsional baru dengan adanya proses penambahan menggunakan

teknologi (Wong et al., 2006; Mahlting et al., 2005).

Adanya penambahan bahan-bahan aditif banyak dilakukan dalam upaya

peningkatan fungsi dan kualitas kain katun. Sebagai contohnya kain harus mampu

memenuhi permintaan konsumen dalam hal perawatannya, memenuhi syarat

kesehatan dan kebersihan serta memiliki ketahanan terhadap serangan mekanis,

termal, kimia dan biologis. Salah satu nilai tambah fungsional dari tekstil adalah

tekstil yang bersifat anti bakteri.

Fungsi dan kualitas kain juga dapat ditingkatkan dengan penambahan

senyawa antibakteri dalam proses pembuatannya. Beberapa jenis senyawa yang

mempunyai aktivitas antibakteri adalah sodium benzoat, senyawa fenol,

asam-asam organik, asam-asam lemak rantai medium dan esternya, sulfur dioksida dan sulfit,

nitrit, senyawa-senyawa kolagen dan surfaktan, dimetil karbonat dan metil

askorbat. Ramachandran (2003) merekomendasikan beberapa senyawa yang dapat

(19)

commit to user

4

halogen), produk triklosan yang berfungsi sebagai disinfektan, senyawa

ammonium kuaterner, senyawa kompleks logam, kitosan sebagai bahan

antibakteri alami.

Kitosan banyak terdapat pada biota laut terutama dari hewan golongan

crustacea dan arthropoda sepeti udang dan kepiting. Kitosan merupakan polimer

kationik yang melimpah setelah selulosa bersifat nontoksik, dapat mengalami

biodegradabel dan bersifat kompatibel. Kitosan mempunyai aktivitas antibakteri

dimana gugus amina terprotonasi dapat menghambat pertumbuhan bakteri dengan

menahan muatan ion negatif mikroorganisme. Aktivitas antibakteri kitosan akan

berbeda terhadap bakteri yang berbeda. Sifat dan karakter kitosan tersebut sangat

dipengaruhi oleh derajat deasetilasi (DD). Besarnya derajat deasetilasi

dipengaruhi oleh konsentrasi, basa, temperatur, waktu dan banyaknya

pengulangan proses deasetilasi.

Penambahan kitosan dalam proses pembuatan kain diharapkan mampu

memberikan sifat antibakteri. Pembuatan komposit dapat dilakukan dengan

metode larutan dan leburan (Kim et al., 2005). Sifat antibakteri kain dapat

ditingkatkan dengan penambahan logam yang memiliki sifat antibakteri ke dalam

kitosan membentuk komposit logam-kitosan seperti perak (Ag), tembaga (Cu),

cadmium (Cd), timbal (Pb) dan nikel (Ni). Kemampuan kitosan dalam menyerap

logam sangat dipengaruhi oleh pH, suhu, waktu kontak dan konsentrasi. Komposit

logam-kitosan diimpregnasikan secara reaktif terhadap kain. Untuk lebih

meningkatkan daya impreg komposit terhadap kain maka perlu ditambah suatu

senyawa pengemban yaitu SiO2, dimana sifat dari SiO2 amorf, mempunyai daya serap tinggi, serta sebagian berada dalam bentuk terhidrat, sehingga dapat

meningkatkan ikatan yang terjadi pada komposit ke kain.

Analisa besarnya DD pada kitosan dapat dilakukan dengan menggunakan

spektroskopi FTIR, spektroskopi UV-VIS, 13C-NMR, XRD, HPLC. Selama

proses deasetilasi kitin dapat mengalami perubahan sifat dan karakter.

Karakterisasi kitin dan kitosan dapat dilakukan dengan menggunakan

spektroskopi infrared (IR) dan spektroskopi difraksi sinar-x (XRD). Karakterisasi

(20)

commit to user

5

atom (AAS) atau spektofotometer UV-Vis. Karakterisasi komposit yang

dihasilkan dapat dilakukan dengan berbagai analisa yaitu analisis kimia, analisis

spektroskopi dengan inframerah, analisis permukaan polimer dengan SEM dan

TEM, analisis termal dengan analisis termal diferensial (DTA), pengukuran

diferensial kalorimetri (DSC) dan analisis termogravimetri (TGA).

Analisa aktivitas antibakteri bisa dilakukan terhadap bakteri gram negatif

ataupun gram positif. Metode yang bisa digunakan untuk melakukan pengujian

aktivitas antibakteri antara lain turbidimetri dan shake flash, diameter daya

hambat dan viable count. Media pembiakan bakteri yang dapat digunakan antara

lain nutrient broth (NB), nutrient agar (NA), tripthone soya agar (TSA) dan

lain-lain. Penggunaan media yang berbeda akan memberikan tingkat pertumbuhan.

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka masalah dalam penelitian

ini dibatasi oleh :

a. Kain katun yang digunakan adalah jenis primisima.

b. Senyawa antibakteri yang digunakan adalah kitosan dengan DD ≥ 90% yang

diperoleh dari proses deasetilasi kitin limbah cangkang udang dalam 60%

NaOH pada suhu 120 oC selama 1 jam, kemudian didiamkan beberapa saat sampai sedikit dingin lalu dipanaskan kembali sebanyak 3 x.

c. Adsorpsi logam Ag oleh kitosan dilakukan pada variasi waktu shaker 1, 2, 3,

4, 5, 6 dan 7 jam, dengan 20 ml larutan Ag 1000 ppm dan menggunakan

kitosan sebanyak 0,2 g serta Ag dianalisis dengan AAS.

d. Karakterisasi komposit kitosan/Ag menggunakan IR, XRD dan DTA-TGA.

e. Pelapisan kain dilakukan dengan mencelupkan kain kedalam larutan SiO2,

kemudian pada larutan komposit kitosan/Ag. Pelarut untuk SiO2

menggunakan NaOH 5% (b/v) dan dipanaskan pada suhu ≥ 80 0C dan untuk

komposit menggunakan asetat 1% (b/v).

f. Konsentrasi SiO2 yang digunakan 0,20% (b/v), sedangkan konsentrasi komposit kitosan/Ag yang digunakan adalah 0; 0,05; 0,10; 0,50; 1,00; 1,50

(21)

commit to user

6

g. Analisis kain meliputi Uji kekakuan, XRD dan SEM.

h. Metode yang digunakan pada uji aktivitas antibakteri kain adalah shake flask

method dan turbidimetri menggunakan UV-Vis pada λ = 610 nm. Analisis

bakteri dilakukan pada waktu kontak jam ke 0, 2, 4, 6 dan 8.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi dan batasan masalah tersebut, maka rumusan

masalah dalam penelitian ini adalah:

a. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu adsorpsi logam Ag oleh kitosan?

b. Bagaimanakah pengaruh lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag pada kain

katun?

c. Bagaimana daya hambat komposit kitosan/Ag dengan pengemban SiO2 pada

kain katun sebelum dan setelah pencucian terhadap aktivitas pertumbuhan

bakteri E.coli?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh variasi waktu adsorpsi logam Ag oleh kitosan.

2. Mengetahui pengaruh lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag pada kain katun.

3. Mengetahui daya hambat komposit kitosan/Ag dengan pengemban SiO2 pada

bakteri E.coli.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Secara teoritis, diharapkan dapat memberikan bahan masukan bagi

pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama yang berkaitan

dengan sifat antibakteri lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag pada kain. 2. Secara praktis, dapat digunakan untuk menciptakan kain yang mempunyai

(22)

Kitin disebut juga sebagai poli (1,4)-2-asetamida-2-deoksi-β-D-glukosa

atau poli-(β-1,4-N-asetilglukosamin) merupakan polimer alami yang

kelimpahannya terbesar setelah selulosa. Kitosan adalah derivatif dari kitin

melalui proses deasetilasi kitin disebut juga poli (1,4)-2-amina-2-deoksi-β

-D-glukosa atau poli-(β-1,4-glukosamin). Kedua macam polimer terkandung dalam

semua hewan berbuku-buku seperti serangga, udang dan kepiting. Struktur kitin,

kitosan dan selulosa memiliki kemiripan seperti yang terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur kitin, kitosan dan selulosa.

Kitin dan kitosan memiliki struktur yang hampir sama tapi sifat kimia dan

fisika keduanya sangat berbeda. Kitosan memiliki gugus amina primer yang lebih

banyak daripada kitin sehingga membuat kitosan lebih basa dan nukleofilik. Pada

saat pemanasan, kitosan cenderung terdekomposisi daripada meleleh sehingga

polimer ini tidak memiliki titik leleh. Kitosan tidak larut dalam larutan netral atau

(23)

commit to user

8

dan asam glutamat. Ketika kitosan dilarutkan dalam larutan asam, gugus amina

primer dalam kitosan akan terprotonasi dan bermuatan positif. Oleh karena itu,

molekul kitosan yang tersolvasi merupakan polikationik dan dapat terkoagulasi

jika ditambahkan partikel atau molekul yang membawa muatan negatif seperti

sodium alginat, anion sulfat dan phosphat. Namun kitosan juga rentan terhadap

hidrolisis dengan katalis asam atau basa sehingga terjadi proses depolimerisasi

dengan pemutusan ikatan β-glikosidik (Shepherd, 1997). Kitin dan kitosan

mempunyai sifat dapat terbiodegradasi, biokompabilitas, tidak berbau, tidak

beracun, secara umum tidak larut dalam pelarut organik tetapi larut dalam asam

atau basa encer. Oligomer dari kitin dan kitosan secara biologis dapat aktif dan

berinteraksi dengan sel maupun jaringan hewan dan tumbuhan, dapat membentuk

jaringan atau matrik dengan polimer yang bermuatan negatif. Kitin dan kitosan

juga berikatan dengan lemak, protein dan substansi kimia lain dalam tubuh, sesuai

dan berhubungan dengan karbohidrat yang dimiliki manusia (Prashanth et al.,

2007).

Pembentukan kitosan dari kitin dilakukan dengan pemutusan gugus asetil

menggunakan nukleofil kuat. Mekanisme pemutusan asetil pada Gambar 2.

H

Dalam hidrolisis basa terhadap kitin dan kitosan, adanya oksigen dan ion

hidroksil tidak menginisiasi putusnya ikatan glikosida. Kemungkinan disebabkan

oleh adanya air yang berlebih dalam larutan. Adanya nukleofilik dari NaOH,

KOH, NaCl, NaI, dan KI dalam kondisi atmosfer udara bebas, O2, N2 tidak

(24)

commit to user

9

tersebut adalah sama. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi-kondisi tersebut

memiliki pengaruh yang sama terhadap putusnya ikatan glikosida (Chebotok et

al., 2006).

Performance sifat-sifat kitosan sangat dipengaruhi oleh 2 parameter

penting yaitu: derajat deasetilasi (DD) dan berat molekul (BM). Variasi BM

kitosan dengan DD tetap diperoleh melalui metode hidrolisis asam asetat (Liu et

al., 2006). Nilai DD dan BM ini sangat dipengaruhi oleh konsentrasi basa,

temperatur, waktu dan pengulangan proses selama pembentukan kitosan.

Tretenichenko et al. (2006) melaporkan tentang karakteristik kitosan yang

dihasilkan dari berbagai variasi kondisi perlakuan dalam proses isolasi kitin

maupun deasetilasi kitin menjadi kitosan. Kitosan tersebut mempunyai derajat

dasetilasi 70-87%, berat molekul 270.000-660.000 g/mol. Sementara, kitosan

hasil isolasi Tolaimate et al. (2003) mempunyai karakteristik dengan harga derajat

deasetilasi 95,5-99%, berat molekul 174.000-590.000 g/mol dan. Kitosan hasil

isolasi mempunyai karakteristik dengan harga derajat deasetilasi 86-89%, berat

molekul 290.000-305.000 g/mol. Kitosan komersial, umumnya bersifat heterogen

dengan derajat deasetilasi 60-90% dan berat molekul 50.000-200.000 g/mol (Rege

dan Lawrence., 1999).

Pengukuran DD kitosan dapat dihitung melalui beberapa metode antara

lain: metode spektrofotometer IR yang diusulkan oleh Domzy dan Robert (base

line a) dan yang diusulkan oleh Baxter (base line b) serta pengembangannya

(Brugnerotto et al., 2001; Khan et al., 2002), XRD (Zhang et al., 2005), first

derivative UV-Spectrophotometry, HBr titrimetry (Khan et al., 2002), high

intensity ultrasonicated (Baxter et al., 2005), dan titrasi potensiometri (Balazs et

al., 2007).

2. Silika (SiO2)

Silikon jarang ditemukan secara alami dalam bentuk murninya. Silikon

murni yang terkandung kerak bumi sekitar 25,7%. Silikon berikatan kuat dengan

oksigen dan hampir selalu ditemukan sebagai silikon oksida, SiO2 (quartz) atau

(25)

commit to user

10

pernafasan vulkanis dan kandungan kecil dalam emas. Silika adalah suatu istilah

yang digunakan dalam geologi untuk SiO2 atau silikon dioksida dalam bentuk quartz atau sebagai segmen kimia dari silikat atau silikon dioksida yang larut

dalam air.

Unit dasar kimia dari silikat adalah SiO44- bentuk tetrahedron. Ion pusat silikon mempunyai muatan positif empat dimana oksigen mempunyai muatan

negatif dua (2-) dari energi ikatan total oksigen. Kondisi ini memungkinkan

oksigen mengikat ion silikon sehingga menghubungkan satu (SiO44-) tetrahedron dengan yang lain. Struktur tetrahedron silikat ini sungguh mengagumkan karena

dapat membentuk unit tunggal, unit ganda, rantai, lembaran, cincin dan struktur

kerangka (Berry et al., 1983).

Scott (1993) menyatakan bahwa silika bersifat amorf, mempunyai daya

serap tinggi, serta sebagian berada dalam bentuk terhidrat. Silika amorf memiliki

densitas yang rendah, luas permukaan yang besar dan porositas yang tinggi

sehingga dapat digunakan sebagai katalis. Silika memiliki gugus aktif pada

permukaannya yaitu gugus silanol (Si-OH) dan gugus siloksan (Si-O-Si) (Oscik,

1982). Silika dipilih sebagai host/inang material agar dapat berfungsi sebagai

pembatas pertumbuhan kristal oksida yang berada didalamnya sehingga ukuran

partikel menjadi sangat kecil. Efektivitas dari suatu semikonduktor dapat

meningkat jika memiliki ukuran partikel relatif kecil atau dalam skala nanometer

(Ekimov et al., 1985).

3. Bakteri

Organisme prokariotik secara garis besar dikelompokkan menjadi 2

kelompok besar yaitu Eubakteri yang merupakan bakteri sejati dan Archaea.

Kelompok Archaea meliputi organisme prokariotik yang tidak memiliki

peptidoglikon pada dinding selnya. Eubakteri dibagi 4 kategori utama berdasarkan

ciri khas dinding selnya yaitu: eubakteri gram-negatif yang memiliki dinding sel,

eubakteri gram-positif yang memiliki dinding sel, eubakteri yang tidak memiliki

dinding sel, dan arkeobakteri (Pratiwi, 2005). Sel bakteri memiliki struktur

(26)

commit to user

11

sel sedangkan salah satu struktur internal sel bakteri adalah membran plasma atau

membran sitoplasma.

Dinding sel bakteri merupakan struktur komplek dan berfungsi sebagai

penentu bentuk sel, pelindung dari kemungkinan pecahnya sel, pelindung isi sel

dari perubahan lingkungan luar sel. Dinding sel terdiri dari atas peptidoglikan atau

murein yang menyebabkan kakunya dinding sel. Peptidoglikan merupakan

polimer yang tersusun atas perulangan disakarida yang tersusun atas

monosakarida N-asetilglikosamin (NAG) dan N-asam asetilmuramid (NAM) yang

melekat pada suatu peptida yang terdiri dari 4 atau 5 asam amino yaitu L-alanin,

D-alanin, asam D-glutamat, dan lisin atau asam diaminopimelat membentuk

selubung mengelilingi sel. Asam amino dalam kondisi lingkungan tertentu (netral)

berada dalam bentuk ion dipolar (switter ion) dengan memiliki ion negatif dan

positif sekaligus. Asam-asam amino lisin memiliki rantai cabang yang dapat

bermuatan positif maupun negatif. Asam-asam glutamat memiliki rantai cabang

berupa asam dan bermuatan negatif (Brooks et al., 1996).

Dinding sel bakteri gram positif mengandung banyak lapis peptidoglikan

membentuk struktur yang tebal dan kaku, serta mengandung asam teikoat yang

terdiri dari alkohol dan fosfat sehingga sel bakteri cenderung bermuatan negatif

dan memiliki gugus hidrofilik. Dinding sel bakteri gram negatif mengandung satu

atau beberapa lapis peptidoglikan dan membran luar. Peptidoglikan terikat pada

lipoprotein pada membran luar. Selain itu, terdapat daerah periplasma yaitu

daerah yang terdapat diantara plasma membran dan membran luar. Dinding sel

bakteri gram negatif tidak mengandung asam teikoat dan hanya mengandung

sejumlah kecil peptidoglikan sehingga dinding sel gram negatif relatif tidak kaku

dan relatif lebih tahan terhadap kerusakan mekanis (Pratiwi, 2005).

Membran plasma (inner membran atau membran sitoplasma) adalah

struktur tipis yang terdapat di sebelah dalam dinding sel dan menutup sitoplasma

sel. Membran plasma tersusun atas fosfolipid dua lapis dan protein. Fosfolipid

merupakan ester asam lemak dan gliserol yang mengandung ion fosfat yang

bermuatan negatif. Membran plasma berfungsi sebagai sekat selektif

(27)

commit to user

12

nutrien dan produksi energi. Golongan bakteri garam negatif antara lain:

Treponema, Helicobacter, Pseudomonas, Escherichia, Salmonella, Bacteriodes

sedangkan golongan bakteri garam positif antara lain: Staphylococcus,

Streptococcus, Bacillus, Listeria, Mycobacterium, Streptomyces.

4. Escherichia coli

Bakteri Escherichia coli adalah salah satu jenis bakteri yang sering

dibicarakan. Cukup banyak masyarakat yang tahu E. coli namun hanya sebatas

bakteri ini adalah penyebab infeksi saluran pencernaan. Namun banyak

sebenarnya yang patut diketahui dari bakteri ini (Liu et al., 2008).

Gambar 3. Bakteri Escherichia coli

Klasifikasi

Kingdom : Bacteria

Phylum : Proteobacteria

Class : Gamma proteobacteria

Order : Enterobacteriales

Family : Enterobacteri aceae

Genus : Escherichia

Species : Escherichia coli

Bakteri ini berbentuk batang dengan panjang sekitar 2 micrometer dan

diamater 0,5 micrometer. Volume sel E. coli berkisar 0,6 - 0,7 micrometer kubik

dan umumnya hidup pada rentang 20 - 40 oC, optimum pada 37 oC .

Bakteri Esherichia coli merupakan bakteri gram negatif tahan hidup dalam

media yang kekurangan zat gizi (Yalun, 2008). Esherichia coli merupakan bakteri

(28)

commit to user

13

bersifat sebagai patogen. Dinding selnya mengandung peptidoglikan dan asam

teikhoat, selalu berpasangan membentuk rantai pendek atau seperti anggur,

biasanya ada di kulit dan bersifat sebagai pathogen.

5. Aktivitas Kain Antibakteri

Kain merupakan material yang penting dan menjadi kebutuhan pokok

manusia sebagai pelindung badan. Kain yang baik adalah kain yang aman bagi

kesehatan dan lingkungan. Ancaman terhadap kesehatan didasarkan pada sifat

kain berpori dan kasar sehingga kondusif untuk pertumbuhan mikroorganisme

seperti bakteri dan jamur. Bakteri akan menyerang kain dan berdampak pada

kesehatan tubuh seperti menimbulkan bau dan infeksi serta menurunkan kualitas

kain. Sifat antibakteri tersebut dapat diperoleh melalui dua metode umum, yaitu

penambahan bahan antibakteri pada polimer sebelum proses ekstrusi (fibre

chemistry) dan pemberian perlakuan akhir (post-treatment) pada serat atau kain

pada tahap finishing (Anonim, 2005).

Proses akhir pada produksi kain dengan pemberian nilai tambah bahan

antibakteri menjadi penting untuk menghasilkan kain yang aman dan sehat. Pada

umumnya, tujuan perlakuan kain dengan bahan antibakteri (Ramachandran, 2003)

adalah : 1) untuk mencegah infeksi silang oleh mikroorganisme patogen, 2) untuk

mengontrol penyebaran mikroba, 3) untuk menghambat metabolisme mikroba

sehingga mengurangi bau yang tidak mengenakkan, 4) untuk melindungi produk

kain dari noda dan perusakan warna serta menurunnya kualitas kain.

Kain sebagai produk garment semestinya memenuhi syarat dalam hal

kemudahan pembasahan sekaligus tahan terhadap proses pencucian yang aman

dan nyaman digunakan sebagai bahan pakaian. Oleh karena itu, sangat penting

memperhitungkan efek bahan yang digunakan sebagai nilai tambah pada proses

akhir produksi kain terhadap kekuatan kain serta daya tahan termal dan mekanis.

Beberapa syarat yang harus dipenuhi untuk mendapatkan manfaat yang maksimal

dari proses pemberian nilai tambah antibakteri pada kain adalah : 1) ketahanan

terhadap pencucian basah maupun kering serta pencucian dengan panas, 2)

(29)

commit to user

14

memberikan kontrol efektif terhadap bakteri dan jamur, 3) tidak memberikan efek

berbahaya bagi produsen, pengguna maupun lingkungan, 4) metode mudah

diaplikasikan dalam proses tekstil secara umum, 5) tidak mengurangi kualitas kain

(Anonim, 2003).

Bahan antibakteri dapat digunakan pada kain dengan berbagai cara, seperti

teknik penguapan, penambahan bahan pengisi secara kering, pelapisan,

penyemprotan dan teknik pembusaan. Ramachandran (2003) merekomendasikan

beberapa senyawa yang dapat digunakan sebagai bahan antibakteri pada kain,

yaitu: 1) oksidator, seperti aldehida dan halogen yang dapat menyerang membran

sel, 2) koagulan, 3) produk triklosan yang berfungsi sebagai disinfektan, 4)

senyawa amonium kuartener, amina dan glukoperotamin yang menunjukkan sifat

polikationik, 5) senyawa komplek logam (Cd, Ag, Cu), 6) kitosan sebagai bahan

antibakteri alami.

Aktifitas antibakteri dapat melalui cara membunuh mikroorganisme

(bakteriosidal) dan atau penghambat pertumbuhan mikroorganisme

(bakteriostatik) dengan jalan menghancurkan atau menggangu dinding sel,

menghambat sintesis dinning sel, menghambat sintesisi protein dan asam nukleat,

merusak DNA, denaturasi protein, menghambat aktifitas enzim.

B. Kerangka Pemikiran

Kitosan merupakan senyawa polikationik alam unik yang memilki

aktivitas antibakteri. Adanya gugus amina terprotonasi dapat menghambat

pertumbuhan bakteri melalui interaksi dengan muatan ion negatif

mikroorganisme. Semakin besar derajad deasetilasi (DD) kitosan, daya hambat

kitosan terhadap bakteri semakin besar. Semakin besar konsentrasi kitosan,

diharapkan dapat meningkatkan sifat antibakteri pada kain.

Selain memiliki sifat antibakteri, kitosan juga dapat berfungsi sebagai

adsorben logam. Adanya penambahan logam Ag dalam kitosan diharapkan

mampu meningkatkan sifat antibakteri kain. Menurut Ramachandran (2003)

merekomendasikan beberapa senyawa yang dapat digunakan sebagai bahan

(30)

commit to user

15

logam Ag. Logam Ag yang terabsorb oleh kitosan diharapkan dapat

meningkatkan sifat antibakteri pada kain.

Silika merupakan senyawa kimia yang bersifat amorf, mempunyai

dayaserap tinggi dan berada dalam bentuk terhidrat. Adanya gugus aktif silanol

pada silika dapat digunakan sebagai pengemban kitosan, sehingga dapat

memperkuat interaksi dengan kain, sehingga kitosan tidak mudah lepas.

Pembuatan komposit kitosan/Ag dilakukan dengan cara pencampurkan

larutan Ag dan kitosan kemudian dishaker pada kondisi tertentu. Terjadinya

ikatan antara kitosan/Ag dapat dianalisa dengan menggunakan spektrofotometer

infra merah (FTIR). Kristanilitas komposit yang terbentuk baik tanpa maupun

dengan Ag dianalisa dengan menggunakan difraksi sinar-X (XRD).

Pelapisan kain dilakukan dengan mencelupkan kain kedalam larutan SiO2,

kemudian pada larutan komposit kitosan/Ag. Pelarut untuk SiO2 menggunakan

NaOH 5% dan untuk komposit kitosan/Ag menggunakan asetat 1%. Adanya

NaOH sebagai pelarut SiO2 secara tidak langsung dapat mendegradasi selulosa

kain sehingga membuat kain katun yang dilapisi oleh SiO2 menjadi tidak kaku dan

adanya komposit kitosan/Ag pada kain katun membuat kain menjadi kaku.

Analisis kain meliputi Uji kekakuan, XRD dan SEM.

Diharapkan kain yang dilapisi oleh SiO2 dan komposit kitosan/Ag dapat menghambat aktivitas bakteri E.coli.

C. Hipotesis

Berdasarkan kerangka pemikiran di atas dapat diambil hipotesis:

1. Semakin lama waktu adsorpsi logam Ag oleh kitosan maka semakin banyak

logam Ag yang teradsorb.

2. Adanya lapisan SiO2 menyebabkan kain katun semakin tidak kaku dan komposit kitosan/Ag pada kain katun membuat kain menjadi kaku.

3. Adanya daya hambat komposit kitosan/Ag dengan pengemban SiO2 pada

(31)

commit to user

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metodologi Penelitian

Penelitian tentang daya hambat komposit kitosan/Ag dengan lapisan SiO2 pada kain katun terhadap aktivitas bakteri menggunakan metode eksperimen

laboratorium dan data yang didapatkan merupadan data duplo. Pembuatan kitosan

dilakukan melalui proses deproteinasi, demineralisasi dan deasetilasi dari serbuk

cangkang udang. Pembuatan komposit kitosan/Ag dilakukan dengan cara

pencampurkan larutan Ag dan kitosan kemudian dishaker pada kondisi tertentu.

Sedangkan karakterisasi dan analisa daya hambat lapisan SiO2 dan komposit kitosan/Ag pada kain katun dilakukan dengan FTIR, XRD, DTA-TGA, uji

kekakuan kain serta uji aktivitas antibakteri dilakukan terhadap bakteri E.coli.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS,

Laboratorium Pusat MIPA Sub Laboratorium Kimia Pusat UNS, Laboratorium

Mikrobiologi PAU UGM. Waktu penelitian dari bulan Juli 2010 sampai Oktober

2010.

C. Alat dan Bahan yang digunakan

1. Alat

Peralatan laboratorium yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut: spektrofotometer infra merah (FTIR, Shimdzu Prestige 21),

spektrometer serapan atom (AAS, AA-6650 Shimadzu manufactured by

mitorika.co.Hitaci.Ltd), spektrometer UV-Vis (UV, 1601 UV-Visible

Spectrophotometer Shimadzu), internal mixer (haake polydrive with rheomix

R600-610), alat difraksi sinar-x (Shimadzu XRD 7000 X-Ray difractometer

maxima), alat penguji kekakuan kain, autoclave (Hirayama), seperangkat alat

refluks, peralatan gelas, ayakan stainless steel ukuran 100 mesh, incubator, oven,

(32)

commit to user

17

buchner, pengaduk magnet dan hotplate, pH indicator, neraca analitis,

mikropipet, bunsen.

2. Bahan

Kain katun jenis Primisima, serbuk cangkang udang yang lolos ayakan

100 mesh, NaOH (Merck), SiO2 (Merck), asam asetat p.a (Merck), AgNO3

(Merck), H2SO4 (Merck), HNO3 (Merck), minyak goreng, kertas saring whatman 41, bakteri Escherichia Coli, spirtus, kapas, etanol 70%, nutrien broth, aquades

produksi laboratorium FMIPA UNS.

D. Prosedur Penelitian

1. Isolasi kitin dan sintesis kitosan dari cangkang udang

Cangkang udang yang telah dibersihkan, dikeringkan dan diblender

kemudian disaring menggunakan ayakan 100 mesh.

Proses deproteinasi. Serbuk cangkang udang yang lolos ayakan 100 mesh sebanyak 25 g dimasukkan ke dalam labu alas bulat 500 mL ditambah 250 mL

larutan NaOH 4% (b/v), dipanaskan sambil diaduk pada suhu 80 ºC selama 1 jam.

Padatan yang diperoleh kemudian dicuci dengan akuades sampai netral dan

dikeringkan pada suhu 60 ºC sampai kering (Purnawan dkk., 2008).

Proses demineralisasi. Serbuk cangkang udang sebanyak 10 g hasil deproteinasi dimasukkan ke dalam gelas beaker 500 mL ditambah 150 mL larutan

HCl 1 M, diaduk pada suhu kamar selama 3 jam. Serbuk yang diperoleh

kemudian dicuci sampai netral dengan akuades dan dikeringkan pada suhu 60 ºC

sampai kering (Purnawan dkk., 2008).

Proses Deasetilasi Kitin. Sebanyak 10 g kitin dimasukkan ke dalam labu leher dua 500 mL ditambah 150 mL larutan NaOH 60% (b/v), direfluks pada suhu

120 °C selama 3 jam. Hasil deasetilasi disaring dengan kertas saring biasa dan

dicuci menggunakan akuades sampai netral. Residu hasil deasetilasi dikeringkan

pada suhu 60 °C sampai kering (±8 jam) (Purnawan dkk., 2008). Kemudian kitin

dan kitosan yang diproleh dikarakterisasi menggunakan spektrometer IR dan

(33)

commit to user

18

2. Pembuatan komposit kitosan/Ag

Sebanyak 200 mg adsorben (kitosan hasil deasetilasi) diinteraksikan

dengan Ag pada konsentrasi 1000 mg/L, diambil sebanyak 20 ml pada 7 gelas

beker dan masing-masing dishaker dengan variasi waktu shaker 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

jam. Kemudian filtrat dan residu dipisahkan dengan disaring. Residu dikeringkan

dengan dioven selama 3 jam. Filtrat diukur kadar Ag yang tersisa dalam larutan

dengan spektrofotometer serapan atom untuk mengetahui kondisi optimum proses

adsorpsi kitosan terhadap logam Ag sedangkan residu yang berupa komposit

kitosan/Ag dikarakterisasi IR, DTA/TGA dan XRD.

3. Pelapisan kain dengan SiO2

Kain katun dengan ukuran 12 x 3 cm2 yang sudah ditimbang beratnya dicelupkan kedalam larutan SiO2 (0.2 gram SiO2 yang dilarutkan dalam NaOH 5% (b/v)) dengan variasi waktu pencelupan 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 menit. Kain

dikeringkan pada suhu 60 oC selama 30 menit. Kemudian kain ditimbang beratnya hingga konstan. Kekakuan kain diuji dengan uji kekakuan.

4. Pelapisan kain dengan kitosan/Ag variasi berat

Kain katun yang sudah terlapisi SiO2 dicelupkan kedalam variasi larutan

komposit 0, 0.01, 0.05, 0.10, 0.50, 1.00, 1.50 dan 2.00 % (b/v) selama 10 menit.

Kain dikeringkan pada suhu 60 oC selama 30 menit dan dimantapkan pada suhu

150 oC selama 3 menit. Kemudian kain ditimbang beratnya hingga konstan. Kekakuan kain diuji dengan uji kekakuan dan karakterisasi kain dianalisis

menggunakan XRD dan SEM.

5. Uji aktivitas antibakteri kain sebelum pencucian (laundering)

Metode yang digunakan adalah shake flash method dan turbidimetri.

Media NB 3% (b/v) 25 ml dimasukkan ke dalam erlenmeyer 50 ml yang sudah

steril. Kain masing - masing berukuran 2 x 3 cm2 sebanyak 6 potong yang telah dilapisi komposit dimasukkan kedalam 6 erlenmeyer, lalu dimasukkan dan

dipanaskan didalam autoclave pada suhu 121 oC selama 15 menit. Setelah dingin sebanyak 1 ml bakteri E.coli hasil inkubasi selama 24 jam dimasukkan ke dalam

(34)

gelombang 610 nm. Percobaan dilakukan duplo. Dari data tersebut, dihitung

persentase daya hambat pada kain berlapiskan SiO2 dan kitosan/Ag terhadap

pertumbuhan bakteri E.coli.

inhibisi (%) = (A - A ) ( ) 100%

A0 = jumlah koloni bakteri kontrol jam ke-nol At = jumlah koloni bakteri kontrol jam ke-t

Bt = jumlah koloni bakteri sampel jam ke-t

6. Uji aktivitas antibakteri kain setelah pencucian (laundering)

Metode yang digunakan adalah shake flash method dan turbidimetri.

Media NB 3% (b/v) 25 ml dimasukkan ke dalam erlenmeyer 50 ml yang sudah

steril. Kain masing - masing berukuran 2 x 3 cm2 sebanyak 6 potong yang telah dilapisi komposit dan dicuci dengan 0.2% (v/v) surfaktan tween-20 selama 5

menit dan dibilas dengan aquades selama 2 menit menggunakan sonic washer.

Kemudian kain dikeringkan, setelah kering kain dimasukkan kedalam 6

erlenmeyer, lalu dimasukkan dan dipanaskan didalam autoclave pada suhu 121 oC selama 15 menit. Setelah dingin sebanyak 1 ml bakteri E.coli hasil inkubasi

selama 24 jam dimasukkan ke dalam sampel larutan media (sebagai kontrol),

larutan media dan kain tanpa perlakuan, larutan media dan kain dilapisi SiO2,

larutan media dan kain dilapisi komposit (0.01, 0.05, 0.10, 0.50 % (b/v)).

Pengukuran absorbansi sampel dilakukan pada jam ke-0, 2, 4, 6 dan 8

menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 610 nm.

Percobaan dilakukan duplo. Dari data tersebut, dihitung persentase daya hambat

pada kain berlapiskan SiO2 dan kitosan/Ag dengan konsentrasi bervariasi terhadap

(35)

commit to user

20

Dengan:

A0 = jumlah koloni bakteri kontrol jam ke-nol

At = jumlah koloni bakteri kontrol jam ke-t

Bt = jumlah koloni bakteri sampel jam ke-t

7. Karakterisasi Gugus Fungsi, Uji kekakuan kain, dan Analisa Difraksi Sinar X

(XRD) pada kain, kain terlapisi SiO2 dan kain terlapisi SiO2 dan komposit kitosan/Ag, Analisis permukaan kain, kain terlapisi SiO2 dan kain terlapisi

SiO2 dan komposit kitosan/Ag dengan SEM

a. Analisis Gugus Fungsi

Spesimen dengan ketebalan 0,4 mm dimasukkan dalam spektrofotometer

Infra Merah (FTIR, Shimdzu Prestige 21). Hasil diperoleh dalam bentuk spektra

IR yang menginformasikan adanya serapan gugus fungsi pada frekuensi tertentu.

Analisis IR dilakukan pada kitin, kitosan dan komposit kitosan/Ag optimum.

b. Analisis kekakuan kain

Kekakuan kain dianalisis menggunakan stiffness tester. Kain yang sudah

ditimbang beratnya dan diukur luasnya (2 x 3 cm2) diletakkan diatas alat kemudian digeser menggunakan penggaris kearah bidang miring hingga ujing

kain menyentuh bidang miring yang bersudut 41,5o. Panjang pita yang menggantung dari kain tersebut dicatat dan besarnya kekakuan kain didapatkan.

c. Analisa Difraksi Sinar X (XRD)

Sampel ditempatkan pada sample holder yang ketebalannya 2 mm alat

XRD pada posisi rata atau sejajar dengan Ganiometer dan luas penyinaran antara

0,5 x 2 cm sampai 1 x 2 cm, kemudian dilakukan scanning pada kondisi: X-ray

tube X-ray tube (target = Cu, voltage = 40.0 (kV), current = 30.0 (mA)); Slits

(divergence slit = 1.00000 (deg), scatter slit = 1.00000 (deg), receiving slit =

0.15000 (mm)); Scanning (drive axis = Theta-2Theta, scan range = 5.000 -

89.980), scan mode = Continuous Scan, scan speed = 2.0000 (deg/min),

(36)

commit to user

21

d. Analisis Permukaan dengan SEM

Kain dengan ketebalan sekitar 0,5 mm diletakkan di bawah mikroskop elektron

dengan perbesaran 2500x dan diatur sedemikian rupa sehingga terlihat gambar

yang jelas. Gambar kain difoto dengan kamera digital melalui mikroskop.

E. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data

1. Penetuan derajat deasetilasi (DD)

Derajat deasetilasi kitosan ditentukan berdasarkan karakter spektra IR.

Derajat deasetilasi (DD) kitosan diperoleh dari perbandingan absorbansi puncak

pada daerah serapan sekitar 1650 cm-1 yang merupakan serapan gugus karbonil dan absorbansi puncak serapan sekitar 3450 cm-1 yang merupakan serapan hidroksil sebagai standar internal atau puncak referensi dari metode spektroskopi

IR. Semakin besar derajat deasetilasi kitosan, intensitas serapan pada daerah

sekitar 1650 cm-1 yang menunjukkan C=O stretching semakin menurun, sedangkan intensitas serapan pada daerah sekitar 1596 cm-1 yang menunjukkan amina primer (-NH2) semakin meningkat.

2. Penentuan kondisi optimum adsorpsi logam Ag oleh kitosan

Dengan menggunakan spektroskopi serapan atom (AAS) dengan teknik

analisa menggunakan metode kurva kalibrasi. Dari AAS diperoleh data absorbansi

dan konsentrasi. Kondisi optimum adsorpsi ditentukan dari grafik % adsorpsi

terhadap perbandingan kitosan dan Ag. Kondisi optimum adsorpsi ditunjukkan

oleh penurunan % abdsorbsi secara signifikan dengan naiknya perbandingan

kitosan/Ag hingga mencapai maksimum dan penurunan secara tajam % absorbsi.

Penentuan kondisi optimum juga didukung dengan perhitungan secara statistik

kimia melalui uji anova satu faktor.

3. Penentuan kekakuan kain

Dengan menggunakan stiffness tester yang akan diperoleh data berupa

kekakuan kain (g.cm). Sehingga diperoleh data kekakuan kain tanpa perlakuan,

(37)

commit to user

22

tidak terlalu kaku ditentukan dari besarnya kekakuan yang dihasilkan. Data yang

terbaik menunjukkan kekakuan kain yang tidak terlalu kaku.

4. Analisa interaksi antara senyawa penyusun komposit kitosan/Ag

Dapat dipelajari dari data spektra IR menggunakan FTIR dan kristalinitas

menggunakan XRD. Adanya penurunan intensitas pada serapan tertentu dan

munculnya serapan baru mengindikasikan adanya ikatan baru. Hal serupa

ditunjukkan oleh difraktogram XRD, munculnya pola difraktogram baru

mengindikasikan adanya pembentukan serapan baru dengan pola kristal yang

berbeda.

5. Penentuan kristalinitas kain terlapisi SiO2 dan komposit kitosan/Ag Dengan menggunakan XRD yang akan diperoleh data berupa difraktogram

yang menunjukkan pola difraksi 2θ. Terbentuknya ikatan antara kain, kain terlapisi SiO2 dan kain terlapisi SiO2 dan komposit kitosan/Ag ditandai dengan ternjadinya pergeseran pola difraksi utama pada posisi 2θ disekitar 10o dan 20o serta jarak antar puncak utama. Selain itu adanya perubahan pola difraksi dan

intensitas puncak ini menunjukkan pola kristal kristalinitas kain terlapisi SiO2 dan

komposit kitosan/Ag dibandingkan senyawa-senyawa pembentuknya.

6. Homogenitas permukaan komposit SiO2/kitosan/Ag

Dianalisis dengan scanning mikroskop elektron (SEM). Data foto

mikrografi berupa gambar dengan perbesaran tertentu yang menunjukkan

homogenitas permukaan kain, kain terlapisi SiO2 dan kain terlapisi SiO2 dan

komposit kitosan/Ag. Semakin homogen pencampuran bahan, persebaran lapisan

SiO2 dan komposit kitosan/Ag dalam kain semakin merata.

7. Analisis kemampuan aktivitas antibakteri pada kain

Dilakukan terhadap bakteri Escherichia Coli. Dari uji antibakteri ini akan

diperoleh data jumlah koloni bakteri pada masing-masing sempel. Komposit yang

memiliki jumlah koloni paling sedikit, berarti memiliki daya hambat terhadap

(38)

commit to user

23

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan diuraikan pembahasan tentang isolasi kitin dan sintesis

kitosan cangkang udang, penentuan konsentrasi optimum adsorpsi logam Ag oleh

kitosan, penentuan kondisi optimum pelapisan kain katun dengan SiO2 dan komposit kitosan/Ag dan karakterisasinya serta uji aktivitas bakteri Escherichia

coli pada kain.

A. Isolasi kitin dan sintesis kitosan

Isolasi kitin dan sintesis kitosan dari cangkang udang melalui beberapa tahap

yaitu pembuatan serbuk cangkang udang lolos ayakan 100 mesh, proses

deproteinasi, proses demineralisasi dan proses deasetilasi.

Proses deproteinasi bertujuan untuk menghilangkan sisa-sisa protein dan

lemak pada cangkang udang. Pada cangkang udang, keberadaan kitin disertai

dengan adanya protein dan fraksi anorganik yang kebanyakan disusun oleh

garam-garam kalsium karbonat (CaCO3) dan kalsium fosfat (Ca3(PO4)2). Untuk

memperoleh kitin diperlukan proses demineralisasi yang bertujuan untuk

menghilangkan mineral-mineral yang terdapat dalam kulit udang. Adapun reaksi

demineralisasi dalam pelarut asam adalah sebagai berikut:

Ca3(PO4)2(s) + 6 HCl (aq) 3 CaCl2 (aq) + 2 H3PO4 (aq) CaCO3(s) + 2 HCl (aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O (l)

Adanya CO2yang dihasilkan dapat terlihat dari buih yang terbentuk pada

proses demineralisasi. Pemutusan gugus asetil dari gugus N-asetil pada kitin

untuk menghasilkan kitosan disebut proses deasetilasi. Reaksi hidrolisis dengan

basa kuat yang terjadi antara kitin dengan NaOH yang terjadi seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2. Proses isolasi kitin dari cangkang udang yang telah

dilakukan sebanyak 25 g serbuk cangkang udang (berat kering) menghasilkan

kitin rata- rata sebanyak 4,526 g (18,10% dari cangkang udang) yang kemudian

sintesis kitin menjadi kitosan rata-rata menghasilkan sebanyak 3,005 g (12,02%

(39)

commit to user

24

1. Karakterisasi kitin dan kitosan dengan spektroskopi IR

Kitin dan kitosan yang dihasilkan dari cangkang udang dikarakterisasi

dengan spektroskopi infra merah untuk mengidentifikasi gugus-gugus

fungsionalnya selain itu derajat deasetilasi kitosan juga dapat ditentukan.

Serapan dan gugus fungsi yang terdapat pada kitin dan kitosan disajikan

pada Tabel 1 (Brugnerotto et al., 2001; Ming et al., 2001; Khan et al., 2002;

Tretenichenko et al., 2006; Liu et al., 2006)

Tabel 1. Gugus fungsi spektra IR kitin dan kitosan

Bil. Gelombang (cm-1) sekitar Gugus fungsi kitin dan kitosan

3448,5 O-H stretching dan N-H (-NH2)Amina

3271,0 & 3109,0 N-H (NHCOCH3) Amida II

2931,6 & 2885,3 (doublet) C-H stretching (C-H ring, -CH3 dan –CH2-) 1658,7 & 1630,0 (doublet-singlet) C=O stretching (NHCOCH3) Amida I

1596,0 N-H bending (-NH2)

1419,0 & 1377,0 C-H bending (C-Hring;-CH2;-CH3)dan C-C

1558,4 & 1311,5 N-H & C-N (NHCOCH3) AmidaII & III

1157,2 Brigde-O-stretching (C-OC)

1072,3 & 1026,1 C-O asym & C-O sym stretching

894,9 Ring stretching (C-H siklo atau ring)

Spektra kitin dan kitosan hasil isolasi ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Spektra IR kitin dan kitosan cangkang udang 3271 & 3109

-C=O

1596 cm-1, -NH2

3271 & 3109 -NH Amida II

1658,7 & 1630 -C=O str

1311,5 -C-N Amida III

(40)

commit to user

25

Berdasarkan Gambar 4, spektra IR kitin muncul serapan sekitar 3271 dan

3109 cm-1 yang menunjukkan gugus N-H (NHCOCH3, Amida II); 2931,6 dan 2885,3 cm-1 yang menunjukkan gugus C-H stretching; 1658,7 dan 1630 cm-1 yang

menunjukkan gugus C=O stretching (NHCOCH3, Amida I); 1558,4 dan

1311,5 cm-1 menunjukkan gugus N-H dan C-N (NHCOCH3, Amida II dan III). Terbentuknya kitosan dari proses deasetilasi kitin ditandai dengan

perubahan serapan sekitar 3448,5 cm-1 menjadi lebih lebar. Intensitas puncak serapan sekitar 3271,0 dan 3109,0 cm-1 yang menunjukkan gugus N-H (Amida II) semakin rendah dan hilang. Hal ini kemungkinan disebabkan terjadi tumpang

tindih dengan serapan -NH2 dan -OH. Serapan gugus amina lebih kecil daripada

serapan gugus hidroksida karena ikatannya lebih lemah. Semakin besarnya gugus

asetil pada kitin yang tersubstitusi dengan atom H menjadi gugus amina (-NH2),

kemampuan kitosan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air semakin

besar, sehingga menyebabkan pelebaran puncak serapan sekitar 3448,5 cm-1 dan

menyebabkan puncak serapan sekitar 3271,0 dan 3109,0 cm-1 semakin tidak kelihatan.

Perubahan juga terjadi pada puncak serapan sekitar 1658,7 dan 1630 cm-1 yang menunjukkan gugus C=O stretching (NHCOCH3, Amida I). Intensitas

puncak serapan ini menjadi lebih kecil dan muncul serapan baru yang lebih kecil

yaitu serapan pada bilangan gelombang 1596 cm-1 yang menunjukkan gugus amina primer. Hal ini menunjukkan banyaknya gugus asetil yang lepas,

membentuk gugus amina (-NH2). Kekuatan ikatan C=O dari gugus asetil lebih besar dari kekuatan ikatan N-H dari gugus amina, sehingga energi vibrasi yang

dibutuhkan dan bilangan gelombang yang disebabkan oleh adanya gugus asetil

lebih besar daripada energi vibrasi dan bilangan gelombang yang disebabkan oleh

adanya gugus amina (hukum Hooke). Serapan 1558,4 cm-1 yang menunjukkan gugus N-H (NHCOCH3, Amida II) bergeser ke bilangan gelombang yang lebih

besar yaitu ke arah 1596 cm-1 yang menunjukkan gugus N-H amina. Hal ini disebabkan karena kekuatan ikatan N-H dalam amina (-NH2) lebih kuat daripada

(41)

commit to user

26

Karakterisasi kitosan dengan spektrofotometer IR selain untuk mengetahui

gugus-gugus fungsi dari kitosan hasil isolasi, dapat juga digunakan untuk

menghitung derajat deasetilasi kitosan hasil isolasi yang didasarkan pada

absorbansi gugus amina, hidroksi dan karbonil. Untuk menghitung derajat

deasetilasi kitosan dapat digunakan baseline b yang diusulkan oleh Baxter (Khan et

al., 2002). Dari penelitian ini derajat deasetilasi yang diperoleh adalah 95,15%

berdasarkan baseline b. Adapun cara penentuan DD dapat dilihat pada Lampiran 1.

2. Analisis X-Ray Diffractometer (difraksi sinar-X)

Karakterisasi kedua dari kitin dan kitosan dilakukan dengan menggunakan

teknik difraksi sinar-X yang umumnya digunakan untuk karakterisasi padatan

sehingga diketahui kristalinitasnya. Difraktogram kitin dan kitosan disajikan pada

Gambar 5.

Gambar 5. Difraktogram kitin dan kitosan

Pola difraksi sinar-X kitin dan kitosan menunjukkan pola puncak difraksi

yang memiliki posisi 2θ yang relatif sama, namun pada kitosan mempunyai

intensitas yang lebih lemah dan melebar. Pola difraksi kitin dan kitosan terdiri dari

puncak utama pada 2θ sekitar 10o dan 20o. Pelebaran puncak menunjukkan ketidakteraturan pengaturan bidang kristal setelah deasetilasi. Tingginya

kristalinitas pada kitin disebabkan adanya ikatan hidrogen intramolekul dan

intermolekul. Struktur kristalinitas kitin dan kitosan dapat terlihat seperti pada