ii
ABSTRAK
WIDIYANTO. Superabsorben Hasil Pencangkokan dan Penautan-silang Fraksi
Nonpati Onggok dengan Akrilamida. Dibimbing oleh M ANWAR NUR dan
MUHAMMAD KHOTIB.
Karbohidrat onggok terdiri atas pati dan selulosa. Kedua fraksi tersebut
berpotensi untuk dimodifikasi menjadi superabsorben dengan menggunakan
amonium persulfat sebagai inisiator, akrilamida sebagai monomer, dan
N
,
N
-metilena-bis-akrilamida sebagai penaut-silang. Aktivasi dilakukan menggunakan
60% H
2SO
4pada suhu 60
oC selama 1 jam sedangkan saponifikasi menggunakan
1M NaOH at 90
oC selama 2 jam. Onggok:air terbaik didapat pada nisbah 1:30
dan suhu optimum pada 70
oC untuk mendapat daya serap air tertinggi. Daya
serap air dari superabsorban fraksi nonpati, teraktivasi,
nonpati-saponifikasi, dan nonpati-aktivasi-saponifikasi berturut-turut ialah 25.21, 53.37,
273.3, dan 262,07 g/g. Aktivasi tidak meningkatkan daya serap air secara
signifikan dibandingkan saponifikasi. Butiran pati yang tidak tampak lagi pada
hasil SEM fraksi nonpati menandakan proses hidrolisis telah berhasil dengan baik.
Pencirian Spektrofotometer inframerah transformasi Fourier pada bilangan
gelombang 1600 cm
-1menunjukkan terbentuknya gugus amida yang menandakan
sintesis berhasil dilakukan dan pada 3300 cm
-1menunjukkan semakin rampingnya
puncak serapan mengindikasikan bahwa proses aktivasi telah berhasil.
ABSTRACT
WIDIYANTO. Superabsorbent Obtained from Grafting-crosslinking of Non-starch
Fraction of Onggok with Acrylamide. Supervised by M ANWAR NUR and
MUHAMMAD KHOTIB.
Carbohydrates of onggok consist mostly of starch and cellulose fractions.
Both fractions have high potential for modification to a superabsorbent. Onggok
with Ammonium persulfate serves as an initiator, acrylamide serves as a
monomer, and
N,N-
methylenebisacrylamide as a cross-linker. Onggok was
activated using 60% H
2SO
4at 60
oC for 1 hour and saponified using with 1M
1
PENDAHULUAN
Ketela pohon memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Ketela pohon dapat diproses menjadi produk tapioka olahan. Pembuatan tepung tapioka di industri kecil meliputi tahapan pengupasan kulit, pencucian, pemarutan, pengekstrakan (pemerasan dan pengeringan), pengendapan pati, dan pengeringan. Limbah padat seperti kulit ketela pohon dimanfaatkan untuk pakan ternak dan pupuk, sedangkan onggok (ampas) yang merupakan hasil samping tahap pemerasan digunakan sebagai bahan baku pada industri pembuatan saus, campuran kerupuk, obat nyamuk bakar, dan pakan ternak. Onggok merupakan limbah pertanian yang sering menimbulkan masalah lingkungan yang berpotensi sebagai polutan di daerah sekitar pabrik karena onggok relatif cepat membusuk sehingga menyebabkan bau tidak sedap (Pakpahan et al. 1993).
Onggok mengandung karbohidrat sangat tinggi. Karbohidrat onggok terdiri dari fraksi pati dan fraksi selulosa. Kedua fraksi ini sangat potensial untuk dimodifikasi, di antaranya menjadi superabsorben, karena banyak mengandung gugus hidroksil. Meskipun memiliki struktur dasar yang sama, keduanya memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Rantai-rantai selulosa tersusun sejajar membentuk mikrofibril yang diikat-satukan oleh ikatan hidrogen (Gambar 1). Mikrofibril diikat-satukan lagi menjadi bundel yang lebih besar, disebut makrofibril. Mikrofibril selulosa sangat keras dan tidak lentur, memiliki sifat kristal relatif lebih besar daripada bagian yang berbentuk amorf. Sementara molekul pati terikat sedemikian rupa sehingga berstruktur heliks yang lebih lentur dan lebih mudah terbengkakkan, ditambah lagi adanya struktur bercabang pada komponen amilopektin (Gambar 2). Secara termodinamika, percabangan menyebabkan kandungan energi molekul lebih tinggi sehingga menjadi lebih reaktif (Achmadi 1990).
Selulosa telah banyak dimodifikasi melalui modifikasi kimia seperti karboksimetilasi, sulfonasi, atau fosforilasi. Selulosa yang dimodifikasi dengan akrilamida melalui proses kopolimerisasi dapat meningkatkan daya serap air.
Gambar 1 Struktur selulosa dalam mikrofibril (Farabee 2007).
Gambar 2 Struktur pati; (a) Filamen pati yang fleksibel, dan (b) Tubular heliks pati (Farabee 2007).
Daya serap air produk meningkat beberapa kali lipat dari bobot awalnya sehingga modifikasi ini akan menghasilkan suatu polimer superabsorben. Polimer superabsorben dapat dimanfaatkan dalam banyak bidang di antaranya popok bayi, pembungkus makanan, teknik konstruksi, industri kimia, pengolahan limbah, bahan pembuat sensor, dan pelembap tanah (Swantono et al. 2008)
Polimer superabsorben adalah suatu bahan yang dapat mengabsorpsi dan atau menyimpan air lebih dari bobot asalnya dan tidak melepasnya dalam waktu singkat, atau melepasnya secara perlahan. Uji superabsorben untuk aplikasi bidang pertanian telah menunjukkan hasil yang diharapkan, yaitu dapat mempertahankan ketersediaan sumber daya air bagi tanaman, menurunkan tingkat kematian tanaman, dan meningkatkan retensi pupuk di dalam tanah (Swantono et al.
2008). Bahan utama superabsorben umumnya adalah poliakrilamida atau poliakrilat, suatu bahan sintetik. Penggunaan bahan ini dalam polimer superabsorben memiliki beberapa kelemahan, yaitu tidak terbarukan (bahan berasal dari petrokimia), non-biodegradabel, harganya mahal, dan tidak cocok untuk air yang mengandung garam dan tanah (Liang et al. 2009). Pemanfaatan biomaterial dan bahan lain dalam usaha memperbaiki kelemahan polimer superabsorben sintetik telah dilakukan, misalnya dengan pencangkokan
selulosa
a b
Mikrofibril selulosa Molekul
individu
2 dan penautan-silang tapioka dengan
akrilamida dan komposit tanah liat dengan pati (Hua & Aiqin 2009).
Hasil penelusuran pustaka menunjukkan bahwa informasi pemanfaatan onggok sebagai superabsorben sangat jarang. Tercatat dua informasi penelitian mengenai masalah ini, yaitu Kurniadi (2010) melakukan kopolimerisasi onggok dengan asam akrilat dan Ramadhani (2009) melakukan sulfonasi pada onggok. Daya serap air dari produk yang dihasilkan kedua peneliti tersebut masih relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan metode yang mampu menghasilkan polimer superabsorben dengan daya serap air tinggi dan berbahan baku biomaterial. Penelitian ini bertujuan mengkaji kopolimerisasi melalui pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati onggok dengan akrilamida untuk memperoleh superabsorben berdaya serap air tinggi.
TINJAUAN PUSTAKA
Ketela Pohon
Ketela pohon (Manihot esculenta) disebut juga ubi kayu atau singkong pahit. Ketela pohon termasuk tumbuhan berbatang pohon lunak atau getas (mudah patah), berbatang bulat dan bergerigi yang terjadi dari bekas pangkal tangkai daun dan bagian tengahnya bergabus, ketinggian 1¬4 meter, daun tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan, dan tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3¬8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau, atau merah. Ketela pohon dapat tumbuh subur di daerah yang berketinggian 1200 m di atas permukaan air laut dan merupakan tumbuhan yang produktif. Ketela pohon memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Di masa lalu, umbi ketela pohon diekspor ke Eropa untuk bahan baku wiski kualitas rendah. Disamping sebagai bahan makanan, singkong juga dapat digunakan sebagai pakan ternak dan bahan baku industri pembuatan tepung tapioka (Pakpahan et al. 1993).
Onggok
Onggok adalah hasil samping (limbah padat utama) dari proses pengolahan ketela pohon menjadi tepung tapioka. Limbah padat yang dihasilkan oleh industri tapioka yang sudah maju terutama berupa selulosa. Sebaliknya, kandungan pati dalam limbah
padat yang dihasilkan oleh pengrajin tapioka (industri kecil) jauh lebih tinggi daripada kadar selulosanya (Rinaldy 1987). Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia onggok. Komposisi kimia onggok dipengaruhi oleh perbedaan varietas ketela pohon, perbedaan kandungan mineral, serta kadar air media tanam dan cara ekstraksi pati. Kandungan karbohidrat dan air yang tinggi dari onggok mempermudah aktivitas mikrob pengurai menghasilkan senyawa amonia (NH3 dan
H2O) yang menimbulkan bau tidak sedap
(Pudjiastuti et al. 1999). Onggok dapat mengeluarkan bau tidak sedap yang muncul akibat terjadinya proses pembusukan onggok yang amat cepat (Jenie & Fachda 1989). Oleh karena itu, onggok perlu segera diolah lebih lanjut sebelum mengalami pembusukan. Karbohidrat onggok terdiri atas selulosa, pati, dan gula sederhana lainnya.
Tabel 1 Komposisi kimia onggok ketela pohon
Komposisi Kadar (%)
Air 12.7
Abu 9.1
Protein 2.5
Lemak 1.0
Karbohidrat 74.7
Sumber: Rinaldy (1987).
Onggok segar mengandung air cukup tinggi (10¬20%) sehingga perlu dilakukan pengeringan terlebih dahulu untuk menghindari pembusukan. Kadar protein dan lemak onggok yang rendah memungkinkan onggok dimodifikasi tanpa perlu menghilangkan lemak dan proteinnya terlebih dahulu.
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60% komponen penyusun struktur tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
2 dan penautan-silang tapioka dengan
akrilamida dan komposit tanah liat dengan pati (Hua & Aiqin 2009).
Hasil penelusuran pustaka menunjukkan bahwa informasi pemanfaatan onggok sebagai superabsorben sangat jarang. Tercatat dua informasi penelitian mengenai masalah ini, yaitu Kurniadi (2010) melakukan kopolimerisasi onggok dengan asam akrilat dan Ramadhani (2009) melakukan sulfonasi pada onggok. Daya serap air dari produk yang dihasilkan kedua peneliti tersebut masih relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan metode yang mampu menghasilkan polimer superabsorben dengan daya serap air tinggi dan berbahan baku biomaterial. Penelitian ini bertujuan mengkaji kopolimerisasi melalui pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati onggok dengan akrilamida untuk memperoleh superabsorben berdaya serap air tinggi.
TINJAUAN PUSTAKA
Ketela Pohon
Ketela pohon (Manihot esculenta) disebut juga ubi kayu atau singkong pahit. Ketela pohon termasuk tumbuhan berbatang pohon lunak atau getas (mudah patah), berbatang bulat dan bergerigi yang terjadi dari bekas pangkal tangkai daun dan bagian tengahnya bergabus, ketinggian 1¬4 meter, daun tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan, dan tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3¬8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau, atau merah. Ketela pohon dapat tumbuh subur di daerah yang berketinggian 1200 m di atas permukaan air laut dan merupakan tumbuhan yang produktif. Ketela pohon memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Di masa lalu, umbi ketela pohon diekspor ke Eropa untuk bahan baku wiski kualitas rendah. Disamping sebagai bahan makanan, singkong juga dapat digunakan sebagai pakan ternak dan bahan baku industri pembuatan tepung tapioka (Pakpahan et al. 1993).
Onggok
Onggok adalah hasil samping (limbah padat utama) dari proses pengolahan ketela pohon menjadi tepung tapioka. Limbah padat yang dihasilkan oleh industri tapioka yang sudah maju terutama berupa selulosa. Sebaliknya, kandungan pati dalam limbah
padat yang dihasilkan oleh pengrajin tapioka (industri kecil) jauh lebih tinggi daripada kadar selulosanya (Rinaldy 1987). Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia onggok. Komposisi kimia onggok dipengaruhi oleh perbedaan varietas ketela pohon, perbedaan kandungan mineral, serta kadar air media tanam dan cara ekstraksi pati. Kandungan karbohidrat dan air yang tinggi dari onggok mempermudah aktivitas mikrob pengurai menghasilkan senyawa amonia (NH3 dan
H2O) yang menimbulkan bau tidak sedap
(Pudjiastuti et al. 1999). Onggok dapat mengeluarkan bau tidak sedap yang muncul akibat terjadinya proses pembusukan onggok yang amat cepat (Jenie & Fachda 1989). Oleh karena itu, onggok perlu segera diolah lebih lanjut sebelum mengalami pembusukan. Karbohidrat onggok terdiri atas selulosa, pati, dan gula sederhana lainnya.
Tabel 1 Komposisi kimia onggok ketela pohon
Komposisi Kadar (%)
Air 12.7
Abu 9.1
Protein 2.5
Lemak 1.0
Karbohidrat 74.7
Sumber: Rinaldy (1987).
Onggok segar mengandung air cukup tinggi (10¬20%) sehingga perlu dilakukan pengeringan terlebih dahulu untuk menghindari pembusukan. Kadar protein dan lemak onggok yang rendah memungkinkan onggok dimodifikasi tanpa perlu menghilangkan lemak dan proteinnya terlebih dahulu.
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60% komponen penyusun struktur tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
3 penjerap air. Banyaknya gugus OH, pada
selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada absorben tersebut.
Gambar 3 Struktur selulosa dan interaksi hidrogen.
Polimer Superabsorben
Pada awalnya polimer superabsorben dibuat dari selulosa atau polivinil alkohol yang mempunyai gugus hidrofilik dan mempunyai daya afinitas tinggi terhadap air. Polimer superabsorben jenis ini mempunyai beberapa kelemahan di antaranya kapasitas absorpsi relatif kecil, kurang stabil terhadap perubahan pH, suhu dan sifat fisiknya tidak baik. Dewasa ini sedang dikembangkan polimer superabsorben dari polimer organik yang dimodifikasi dengan mineral alam seperti bentonit, kuarsa, dan silika. Polimer superabsorben hasil modifikasi ini mempunyai sifat fisik dan kimia yang jauh lebih baik. Polimer superabsorben dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis. Berdasarkan morfologinya, diklasifikasikan menjadi polimer serbuk, partikel, bola, serat, membran, dan emulsi (Elliot 1997).
Ditinjau dari jenis bahan penyusunnya ada polimer superabsorben makromolekul alam, semipolimer sintetis, dan polimer sintetis, sedangkan dilihat dari proses pembuatannya dapat dibedakan menjadi polimer cangkok dan polimer taut-silang. Gugus utama polimer superabsorben adalah gugus hidrofilik misalnya gugus karboksilat (-COOH) yang mudah menyerap air. Ketika polimer superabsorben dimasukkan dalam air atau pelarut akan terjadi interaksi antara polimer dan molekul air. Modifikasi selulosa menjadi superabsorben terjadi pada gugus hidroksil. Tautan silang akan menyebabkan superabsorben berbentuk 3 dimensi yang menciptakan ruang untuk memerangkap molekul air. Tautan silang juga mencegah pembengkakan tak terbatas yang terjadi bila superabsoben sudah memerangkap air
(Gambar 4). Interaksi yang dominan terjadi adalah hidrasi (Elliot 1997).
Gambar 4 Diagram representasi dari jaringan polimer.
Aktivasi dan Saponifikasi
Aktivasi pada selulosa merupakan upaya memutuskan ikatan hidrogen antarrantai polisakarida sehingga struktur lebih terbuka. Putusnya ikatan hidrogen ini menyebabkan rantai polimer glukosa dalam mikrofibril menjadi lebih longgar sehingga ikatan antarrantai selulosa semakin terbuka. Terbukanya struktur selulosa ini akan menyebabkan selulosa lebih mudah diserang oleh inisiator. Aktivasi dilakukan dengan mereaksikan selulosa dengan suatu asam kuat disertai pemanasan.
Saponifikasi adalah hidrolisis suatu asam lemak oleh suatu basa (contoh NaOH). Superabsorben yang disintesis dengan akrilamida (monomer nonionik) perlu disaponifikasi untuk meningkatkan daya serap air. Saponifikasi pada superabsorben onggok-akrilamida akan mengubah gugus –CONH2
menjadi COO- atau COOH (Li & Aiqin 2006).
Pencangkokan dan Penautan-silang
Pencangkokan merupakan salah satu teknik kopolimerisasi yang sering digunakan untuk memodifikasi polimer (Gambar 5). Proses pencangkokan pada pembuatan polimer superabsorben harus memenuhi syarat antara lain bersifat hidrofilik dan mempunyai gugus fungsi yang bersifat ionik. Bahan polimer superabsorben yang paling sering digunakan antara lain poliakrilat dan poliakrilamida karena mempunyai afinitas yang baik terhadap air.
4 dengan suatu penaut silang. Suatu penaut
silang biasanya merupakan molekul organik yang mengandung 2 atau lebih gugus aktif. Beberapa faktor yang memengaruhi ikatan silang pada polimer adalah nisbah reaktivitas (Elliot 1997). Contoh reaksi pencangkokan dan penautan-silang terjadi pada karbohidrat yang mempunyai gugus hidrofilik dengan suatu monomer akrilamida, inisiator APS, dan penaut-silang MBA sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Reaksi pencangkokan dan penautan-silang.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Alat-alat yang digunakan adalah mesin pengaduk, peralatan kaca, neraca analitik, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan mikroskop elektron payaran (SEM).
Bahan-bahan yang digunakan adalah onggok yang diperoleh dari industri tapioka rakyat di daerah Bogor, akuades, gas nitrogen, akrilamida, amonium persulfat (APS), N,N -metilena-bis-akrilamida (MBA), metanol, etanol 95%, aseton, NaOH, H2SO4, HCl, dan
indikator pH universal.
Metode
Hidrolisis Onggok
Ke dalam 150 g onggok ditambahkan 750 mL HCl 3% lalu dipanaskan hingga suhu 80
o
C selama 1 jam. Sebagian onggok diuji dengan menggunakan pereaksi iodium (larutan I2 dalam KI) pada lempeng tetes
hingga tidak lagi mengalami perubahan
warna. Tidak terjadinya perubahan warna menandakan bahwa onggok telah bebas pati.
Aktivasi Onggok
Ke dalam 5 g onggok bebas pati ditambahkan 100 mL H2SO4 60% kemudian
dipanaskan hingga suhu 60 oC selama 1 jam. Larutan kemudian disaring dengan penyaring vakum dan dicuci dengan akuades hingga mencapai pH netral.
Pencangkokan dan Penautan-silang Polimer Superabsoben (Liang et al. 2009)
Sebanyak masing-masing 5 g onggok bebas pati tanpa aktivasi dan yang telah diaktivasi diberi akuades dengan berbagai nisbah (1:10, 1:20, 1:30, dan 1:40) lalu diaduk hungga terbentuk bubur. Masing-masing bubur dimasukkan ke dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan kondensor, aliran gas nitrogen, penutup asah labu, dan mesin pengaduk. Kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas penangas air dan dipanaskan pada suhu 95 oC selama 30 menit dengan dialiri gas nitrogen sampai tergelatinisasi. Setelah itu, suhu diturunkan menjadi 60¬65 oC, lalu ditambahkan inisiator APS sebanyak 250 mg yang telah dilarutkan dalam 12.5 mL akuades sambil diaduk selama 15 menit. Kemudian ke dalamnya ditambahkan secara perlahan campuran 25 g akrilamida dan 0.250 g MBA yang telah di larutkan dalam 200 mL akuades dan direaksikan selama 3 jam pada suhu 45, 70, dan 80 oC. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, etanol, lalu aseton. Selanjutnya dikeringkan pada suhu 60 oC hingga bobot produk tetap. Produk kering digiling hingga halus.
Saponifikasi (Nakason et al. 2009)
Sebanyak 5 g produk pencangkokan dan penautan-silang ditambah 12.5 mL NaOH 1M dan 12.5 mL akuades kemudian dipanaskan sampai suhu 90 oC selama 2 jam. Setelah dinetralkan dengan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan diendapkan dengan metanol. Hasil saponifikasi dikeringkan pada suhu 60
o
C dan digiling hingga halus (100¬200 mesh).
Pengukuran Daya Serap Air
4 dengan suatu penaut silang. Suatu penaut
silang biasanya merupakan molekul organik yang mengandung 2 atau lebih gugus aktif. Beberapa faktor yang memengaruhi ikatan silang pada polimer adalah nisbah reaktivitas (Elliot 1997). Contoh reaksi pencangkokan dan penautan-silang terjadi pada karbohidrat yang mempunyai gugus hidrofilik dengan suatu monomer akrilamida, inisiator APS, dan penaut-silang MBA sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Reaksi pencangkokan dan penautan-silang.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Alat-alat yang digunakan adalah mesin pengaduk, peralatan kaca, neraca analitik, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan mikroskop elektron payaran (SEM).
Bahan-bahan yang digunakan adalah onggok yang diperoleh dari industri tapioka rakyat di daerah Bogor, akuades, gas nitrogen, akrilamida, amonium persulfat (APS), N,N -metilena-bis-akrilamida (MBA), metanol, etanol 95%, aseton, NaOH, H2SO4, HCl, dan
indikator pH universal.
Metode
Hidrolisis Onggok
Ke dalam 150 g onggok ditambahkan 750 mL HCl 3% lalu dipanaskan hingga suhu 80
o
C selama 1 jam. Sebagian onggok diuji dengan menggunakan pereaksi iodium (larutan I2 dalam KI) pada lempeng tetes
hingga tidak lagi mengalami perubahan
warna. Tidak terjadinya perubahan warna menandakan bahwa onggok telah bebas pati.
Aktivasi Onggok
Ke dalam 5 g onggok bebas pati ditambahkan 100 mL H2SO4 60% kemudian
dipanaskan hingga suhu 60 oC selama 1 jam. Larutan kemudian disaring dengan penyaring vakum dan dicuci dengan akuades hingga mencapai pH netral.
Pencangkokan dan Penautan-silang Polimer Superabsoben (Liang et al. 2009)
Sebanyak masing-masing 5 g onggok bebas pati tanpa aktivasi dan yang telah diaktivasi diberi akuades dengan berbagai nisbah (1:10, 1:20, 1:30, dan 1:40) lalu diaduk hungga terbentuk bubur. Masing-masing bubur dimasukkan ke dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan kondensor, aliran gas nitrogen, penutup asah labu, dan mesin pengaduk. Kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas penangas air dan dipanaskan pada suhu 95 oC selama 30 menit dengan dialiri gas nitrogen sampai tergelatinisasi. Setelah itu, suhu diturunkan menjadi 60¬65 oC, lalu ditambahkan inisiator APS sebanyak 250 mg yang telah dilarutkan dalam 12.5 mL akuades sambil diaduk selama 15 menit. Kemudian ke dalamnya ditambahkan secara perlahan campuran 25 g akrilamida dan 0.250 g MBA yang telah di larutkan dalam 200 mL akuades dan direaksikan selama 3 jam pada suhu 45, 70, dan 80 oC. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, etanol, lalu aseton. Selanjutnya dikeringkan pada suhu 60 oC hingga bobot produk tetap. Produk kering digiling hingga halus.
Saponifikasi (Nakason et al. 2009)
Sebanyak 5 g produk pencangkokan dan penautan-silang ditambah 12.5 mL NaOH 1M dan 12.5 mL akuades kemudian dipanaskan sampai suhu 90 oC selama 2 jam. Setelah dinetralkan dengan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan diendapkan dengan metanol. Hasil saponifikasi dikeringkan pada suhu 60
o
C dan digiling hingga halus (100¬200 mesh).
Pengukuran Daya Serap Air
5 menggunakan saringan 100 mesh dan
ditimbang bobotnya (m2). Kapasitas absorpsi air (Qeq) ditentukan dengan menimbang sampel yang telah mengembang dan dihitung menggunakan persamaan.
Qeq = m2-m1
m1
Pencirian
Pencirian dengan SEM dan FTIR dilakukan terhadap onggok awal, setelah aktivasi, dan produk pencangkokan dan penautan-silang sebelum dan sesudah saponifikasi. Baganalir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Proksimat, Selulosa, dan Pati
Analisis proksimat merupakan analisis pendahuluan terhadap bahan uji. Analisis yang dilakukan antara lain penentuan kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, dan kadar karbohidrat. Hasil analisis proksimat ditunjukkan oleh Tabel 2. Metode yang dilakukan dan perhitungan terdapat pada Lampiran 2.
Tabel 2 Hasil analisis proksimat, selulosa dan pati
Analisis Kadar (%)
Air 11.3
Abu 0.55
Protein 4.56
Lemak 0.21
Karbohidrat 82.70
Selulosa 11.51
Pati 71.88
Perlakuan deproteinasi, penghilangan lemak, dan demineralisasi tidak dilakukan terhadap onggok karena kadar komponen-komponen tersebut sangat rendah. Kemudian pati dalam onggok perlu dihilangkan, karena fokus penelitian ini adalah sintesis superabsorben dari fraksi karbohidrat nonpati onggok.
Penghilangan Pati dan Aktivasi
Pati dihilangkan dari onggok dengan menggunakan metode hidrolisis (HCl 3%, 1 jam). Aktivasi bertujuan mempermudah proses pencangkokan dan penautan-silang karena diharapkan struktur onggok akan
semakin terbuka sehingga lebih banyak tapak aktif untuk reaksi pencangkokan. Hal ini dapat dilihat dari morfologi permukaan hasil SEM (Gambar 6).
Permukaan onggok tanpa perlakuan tampak tertutupi butiran-butiran yang menjadi ciri khas pati (Liang 2009). Setelah dihidrolisis butiran-butiran pati sudah tidak terlihat lagi yang mengindikasikan bahwa proses hidrolisis atau penghilangan pati telah berlangsung.Keberlangsungan proses aktivasi terhadap onggok yang telah dihidrolisis ditunjukan Gambar 6 (b) dan 6 (c), yaitu semakin terbukanya struktur permukaan onggok sehingga tapak untuk pencangkokan dan penautan-silang menjadi lebih banyak.
Gambar 6 Citra SEM permukaan (a) onggok awal (tanpa perlakuan), (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi, dan (c) fraksi nonpati dengan aktivasi. Keberlangsungan proses penghilangan pati dan aktivasi juga ditunjukkan oleh spektrum FTIR. Onggok awal dan fraksi nonpati mempunyai perbedaan yang cukup signifikan pada bilangan gelombang 1650 cm-1 yang merupakan kisaran gugus karbonil. Pada spektrum FTIR onggok awal, tampak puncak yang menandakan serapan gugus karbonil dari protein. Setelah proses hidrolisis, pada serapan bilangan gelombang tersebut tidak terlalu kuat. Perbedaan spektrum FTIR dari fraksi nonpati tanpa aktivasi dengan yang diaktivasi adalah kerampingan pita serapan pada bilangan gelombang 3300 cm-1 yang diduga berasal dari berkurangnya ikatan hidrogen antarmolekul akibat proses aktivasi (Gambar 7).
Gambar 7 Spektrum FTIR (a) onggok awal (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi (c) fraksi nonpati dengan aktivasi
c
b
5 menggunakan saringan 100 mesh dan
ditimbang bobotnya (m2). Kapasitas absorpsi air (Qeq) ditentukan dengan menimbang sampel yang telah mengembang dan dihitung menggunakan persamaan.
Qeq = m2-m1
m1
Pencirian
Pencirian dengan SEM dan FTIR dilakukan terhadap onggok awal, setelah aktivasi, dan produk pencangkokan dan penautan-silang sebelum dan sesudah saponifikasi. Baganalir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Proksimat, Selulosa, dan Pati
Analisis proksimat merupakan analisis pendahuluan terhadap bahan uji. Analisis yang dilakukan antara lain penentuan kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, dan kadar karbohidrat. Hasil analisis proksimat ditunjukkan oleh Tabel 2. Metode yang dilakukan dan perhitungan terdapat pada Lampiran 2.
Tabel 2 Hasil analisis proksimat, selulosa dan pati
Analisis Kadar (%)
Air 11.3
Abu 0.55
Protein 4.56
Lemak 0.21
Karbohidrat 82.70
Selulosa 11.51
Pati 71.88
Perlakuan deproteinasi, penghilangan lemak, dan demineralisasi tidak dilakukan terhadap onggok karena kadar komponen-komponen tersebut sangat rendah. Kemudian pati dalam onggok perlu dihilangkan, karena fokus penelitian ini adalah sintesis superabsorben dari fraksi karbohidrat nonpati onggok.
Penghilangan Pati dan Aktivasi
Pati dihilangkan dari onggok dengan menggunakan metode hidrolisis (HCl 3%, 1 jam). Aktivasi bertujuan mempermudah proses pencangkokan dan penautan-silang karena diharapkan struktur onggok akan
semakin terbuka sehingga lebih banyak tapak aktif untuk reaksi pencangkokan. Hal ini dapat dilihat dari morfologi permukaan hasil SEM (Gambar 6).
Permukaan onggok tanpa perlakuan tampak tertutupi butiran-butiran yang menjadi ciri khas pati (Liang 2009). Setelah dihidrolisis butiran-butiran pati sudah tidak terlihat lagi yang mengindikasikan bahwa proses hidrolisis atau penghilangan pati telah berlangsung.Keberlangsungan proses aktivasi terhadap onggok yang telah dihidrolisis ditunjukan Gambar 6 (b) dan 6 (c), yaitu semakin terbukanya struktur permukaan onggok sehingga tapak untuk pencangkokan dan penautan-silang menjadi lebih banyak.
Gambar 6 Citra SEM permukaan (a) onggok awal (tanpa perlakuan), (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi, dan (c) fraksi nonpati dengan aktivasi. Keberlangsungan proses penghilangan pati dan aktivasi juga ditunjukkan oleh spektrum FTIR. Onggok awal dan fraksi nonpati mempunyai perbedaan yang cukup signifikan pada bilangan gelombang 1650 cm-1 yang merupakan kisaran gugus karbonil. Pada spektrum FTIR onggok awal, tampak puncak yang menandakan serapan gugus karbonil dari protein. Setelah proses hidrolisis, pada serapan bilangan gelombang tersebut tidak terlalu kuat. Perbedaan spektrum FTIR dari fraksi nonpati tanpa aktivasi dengan yang diaktivasi adalah kerampingan pita serapan pada bilangan gelombang 3300 cm-1 yang diduga berasal dari berkurangnya ikatan hidrogen antarmolekul akibat proses aktivasi (Gambar 7).
Gambar 7 Spektrum FTIR (a) onggok awal (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi (c) fraksi nonpati dengan aktivasi
c
b
6
Sintesis Polimer Superabsorben
Penentuan Parameter Awal
Polimer superabsorben disintesis melalui pencangkokan dan penautan-silang onggok dengan monomer akrilamida, APS sebagai inisiator, dan MBA sebagai penaut silang. Penetapan nisbah onggok dan air untuk pembentukan bubur dilakukan pada berbagai nisbah yang ditunjukkan pada Tabel 3. Pada nisbah 1:10 dan 1:20 reaksi tidak berlangsung secara sempurna karena bubur sangat kental sehingga proses pengadukan tidak berjalan baik. Sementara pada nisbah 1:40 bubur sangat encer sehingga proses pencangkokan dan penautan-silang berlangsung lambat atau sama sekali tidak terjadi. Pengaruh suhu pada proses pencangkokan dan penautan-silang dilakukan pada 45, 70, dan 80 oC menggunakan nisbah onggok air 1:30. Proses pencangkokan dan penautan-silang terbaik diperoleh pada suhu 70 oC dengan daya serap air 25 kali dari bobot awal (Tabel 4). Penambahan monomer juga memengaruhi keberhasilan proses pencangkokan dan penautan-silang yang ditunjukkan oleh perbedaan daya serap air. Cara penambahan monomer tetes demi tetes menghasilkan daya serap air yang lebih besar (53 kali) dibandingkan dengan penambahan sekaligus (25 kali).
Tabel 3 Daya serap air produk sintesis dengan variasi nisbah onggok:air dari bubur
No Nisbah onggok:air
Daya serap terhadap air
1 1:10
-2 1:20 -
3 1:30 25 kali
4 1:40 -
Tabel 4 Daya serap air produk sintesis dengan variasi suhu
No Suhu (oC) Daya serap air
1 45 18 kali
2 70 25 kali
3 80 15 kali
Ukuran partikel onggok nonpati untuk proses sintesis sangat memengaruhi tingkat keberhasilan sintesisnya. Semakin kecil ukuran partikel, rendemen hasil pencangkokan dan penautan-silang akan meningkat. Produk yang dihasilkan oleh partikel onggok yang berukuran kecil membentuk gel yang homogen, sedangkan bila digunakan partikel
lebih besar, gel tidak terbentuk, reaksi tidak berlangsung, dan terbentuk 2 fase seperti semula.
Pencangkokan pada onggok dilakukan melalui polimerisasi radikal bebas dengan inisiasi kimia menggunakan inisiator APS dalam kondisi lembam, menggunakan gas nitrogen. Gas nitrogen berfungsi menghilangkan dan menangkal masuknya oksigen ke dalam sistem reaksi. Selain itu, dimaksudkan untuk meminimumkan radikal peroksida yang dapat menghambat proses pencangkokan sehingga homopolimer tidak terbentuk. Interaksi gugus hidroksil pada onggok dengan inisiator APS menyebabkan pembentukan radikal RO. atau ROH. dari OH selulosa sebagai pusat aktif terjadinya pencangkokan monomer.
Keberlangsungan proses pencangkokan dan penautan-silang ditunjukkan oleh spektrum FTIR dari bahan awal tanpa perlakuan dan setelah. Pita serapan dengan bilangan gelombang 1650 cm-1 yang mencirikan gugus amida dari unit monomer dan penaut silang yang telah terikat secara kimia pada tulang punggung fraksi nonpati teraktivasi (Gambar 8).
Gambar 8 Spektrum FTIR sebelum dan sesudah proses pencangkokan dan penautan-silang.
Akrilamida digunakan sebagai monomer untuk pencangkokan karena memiliki ikatan rangkap yang memungkinkan terjadinya reaksi pencangkokan. Mekanisme reaksi kopolimerisasi pencangkokan mirip dengan reaksi polimerisasi adisi karena akrilamida memiliki gugus vinil. Radikal yang terbentuk dalam unit glukosa oleh APS selanjutnya akan menginduksi monomer.
7
Pengaruh Aktivasi Fraksi Nonpati dan Saponifikasi terhadap Daya Serap Air Produk Pencangkokan dan Penautan-silang
Uji daya serap air dilakukan untuk mengetahui kinerja dari sifat hidrofilisitas. Onggok pada dasarnya memiliki 3 gugus hidroksil pada setiap satuan glukosa penyusunnya sehingga sifat polaritasnya tinggi dan mampu menyerap air. Kopolimer pencangkokan dan penautan-silang onggok dengan akrilamida memiliki kinerja absorpsi yang berbeda. Kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang menyebabkan peningkatan daya serap air dibandingkan dengan onggok awalnya (Padmanabha et al.
2004). Pengujian absorpsi dilakukan pada fraksi nonpati tanpa aktivasi dan yang diaktivasi. Setelah proses pencangkokan dan penautan-silang, dilakukan proses saponifikasi yang kemudian dibandingkan pula daya serapnya. Pengaruh aktivasi dan saponifikasi ditunjukan oleh Tabel 5. Tabel 5 memperlihatkan daya serap air kopolimer hasil pencangkokan dan penautan-silang onggok-akrilamida meningkat dengan perlakuan aktivasi. Aktivasi menyebabkan putusnya ikatan hidrogen antarrantai polisakarida sehingga struktur lebih terbuka (Mohana 2006). Karena itu, tapak aktif pencangkokan meningkat seperti yang ditunjukkan oleh hasil SEM (Gambar 6). Perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 3. Tabel 5 Daya serap air produk pencangkokan
dan penautan-silang fraksi non pati Perlakuan Daya serap air
(g/g)
Tanpa perlakuan 25.21
Saponifikasi 273.30
Aktivasi 55.37
Aktivasi dan saponifikasi 262.07 Daya serap meningkat secara drastis akibat proses saponifikasi. Peningkatan daya serap ini disebabkan oleh peningkatan muatan dalam sistem polimer akibat adanya konversi gugus fungsi –NH2 menjadi COO
-(Li & Aiqin 2006). Peningkatan daya serap yang disebabkan oleh saponifikasi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan peningkatan oleh aktivasi. Hal ini mungkin disebabkan perlakuan aktivasi hanya mampu memutuskan sedikit ikatan hidrogen. Hasil SEM (Gambar 9¬12) memperlihatkan bahwa saponifikasi mengubah morfologi permukaan produk
pencangkokan dan penautan-silang dari fraksi nonpati menjadi lebih kasar dan berlapis. Aktivasi yang dilanjutkan dengan saponifikasi menyebabkan perubahan yang lebih nyata, yaitu permukaan menjadi lebih kasar, berongga, dan berlapis.
Gambar 9 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati.
Gambar 10 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati setelah saponifikasi.
Gambar 11 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati setelah aktivasi.
8
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Fraksi nonpati onggok yang dimodifikasi melalui pencangkokan dan penautan-silang menggunakan akrilamida sebagai monomer dengan bantuan inisiator APS dan penaut silang MBA dan kemudian disaponifikasi berpotensi sebagai superabsorben dengan daya serap air mencapai lebih 200 kali dari bobot awalnya. Proses pencangkokan dan penautan-silang optimum ketika dilakukan dengan nisbah air-onggok 1:30, dan suhu 70
o
C. Proses aktivasi fraksi nonpati onggok dan saponifikasi produk pencangkokan dan penautan-silang mampu meningkatkan daya serap air superabsorban tetapi peningkatan akibat saponifikasi jauh lebih tinggi daripada peningkatan akibat aktivasi. Oleh karena itu proses aktivasi masih memerlukan penelitian lebih lanjut.
Saran
Perlunya dikaji lebih lanjut kondisi aktivasi untuk mempermudah pembukaan struktur selulosa onggok yang lebih baik untuk memungkinkan gugus OH-nya bereaksi lebih intensif dengan inisiator dalam menghasilkan radikal. Parameter reaksi pencangkokan dan penautan-silang seperti konsentrasi dan jenis monomer, konsentrasi penaut silang, konsentrasi inisiator, dan ukuran partikel optimum juga perlu diteliti lebih lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
Achmadi SS. 1990. Kimia Kayu. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
[AOAC] Association of Official Analytical Chemists. 1999. AOAC Peer – Verified Method Program. USA: AOAC International
Elliot M. 1997. Superabsorbent Polymers. New York: BASF Product Development Scientist.
Farabee MJ. 2007. Chemistry II: Water and Organic Molecule [terhubung berkala]. http://www2.estrellamountain.edu/faculty /farabee/biobk/BioBookCHEM2.html (3 Mar 2011].
Hua S, Aiqin W. 2009. Synthesis, characterization and swelling behaviors of sodium alginate-g-poly(acrylic acid)/sodium humate superabsorbent.
Carbohydr Polym 75:79-84.
Jenie BSL, Fachda.1991. Pemanfaatan Onggok Singkong dan Dedak Padi Untuk Produksi Pigmen Angkak oleh Monascus Purpureus. Pertemuan Ilmiah Tahunan Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia. Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting
monomer asam akrilat pada onggok singkong dan karakteristiknya [tesis]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Li A, Aiqin W. 2006. Superabsorbent composite. X. Effects of saponification on properties of polyacrylamide/attapulgite.
Polym Eng Sci 32:1762-1767.
Liang R et al. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic acid) superabsorbent composit and release of urea from it.
Carbohydr Polym 77:181-187.
Mohana R et al. 2006. Synthesis and swelling behavior of acrylamide-potassium methacrylate superabsorbent copolymers.
Int J Polym Mat 55:1-23.
Nakason C, Wofmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong. 2010. Preparations of cassava starch-graft-polyacrylamide superabsorbent and associated composites by reactive blending. Carbohydr Polym
81:348-357.
Padmanabha RMK. Mohana R, Morali P. 2004. Synthesis and swelling behavior of superabsorbent polymeric materials. Int J Polym Anal Charact 8:245-253.
Ramadhani P. 2009. Pembuatan produk sulfonasi onggok singkong sebagai absorben [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
i
SUPERABSORBEN HASIL PENCANGKOKAN DAN
PENAUTAN-SILANG FRAKSI NONPATI ONGGOK DENGAN
AKRILAMIDA
WIDIYANTO
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
8
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Fraksi nonpati onggok yang dimodifikasi melalui pencangkokan dan penautan-silang menggunakan akrilamida sebagai monomer dengan bantuan inisiator APS dan penaut silang MBA dan kemudian disaponifikasi berpotensi sebagai superabsorben dengan daya serap air mencapai lebih 200 kali dari bobot awalnya. Proses pencangkokan dan penautan-silang optimum ketika dilakukan dengan nisbah air-onggok 1:30, dan suhu 70
o
C. Proses aktivasi fraksi nonpati onggok dan saponifikasi produk pencangkokan dan penautan-silang mampu meningkatkan daya serap air superabsorban tetapi peningkatan akibat saponifikasi jauh lebih tinggi daripada peningkatan akibat aktivasi. Oleh karena itu proses aktivasi masih memerlukan penelitian lebih lanjut.
Saran
Perlunya dikaji lebih lanjut kondisi aktivasi untuk mempermudah pembukaan struktur selulosa onggok yang lebih baik untuk memungkinkan gugus OH-nya bereaksi lebih intensif dengan inisiator dalam menghasilkan radikal. Parameter reaksi pencangkokan dan penautan-silang seperti konsentrasi dan jenis monomer, konsentrasi penaut silang, konsentrasi inisiator, dan ukuran partikel optimum juga perlu diteliti lebih lanjut.
DAFTAR PUSTAKA
Achmadi SS. 1990. Kimia Kayu. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
[AOAC] Association of Official Analytical Chemists. 1999. AOAC Peer – Verified Method Program. USA: AOAC International
Elliot M. 1997. Superabsorbent Polymers. New York: BASF Product Development Scientist.
Farabee MJ. 2007. Chemistry II: Water and Organic Molecule [terhubung berkala]. http://www2.estrellamountain.edu/faculty /farabee/biobk/BioBookCHEM2.html (3 Mar 2011].
Hua S, Aiqin W. 2009. Synthesis, characterization and swelling behaviors of sodium alginate-g-poly(acrylic acid)/sodium humate superabsorbent.
Carbohydr Polym 75:79-84.
Jenie BSL, Fachda.1991. Pemanfaatan Onggok Singkong dan Dedak Padi Untuk Produksi Pigmen Angkak oleh Monascus Purpureus. Pertemuan Ilmiah Tahunan Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia. Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting
monomer asam akrilat pada onggok singkong dan karakteristiknya [tesis]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Li A, Aiqin W. 2006. Superabsorbent composite. X. Effects of saponification on properties of polyacrylamide/attapulgite.
Polym Eng Sci 32:1762-1767.
Liang R et al. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic acid) superabsorbent composit and release of urea from it.
Carbohydr Polym 77:181-187.
Mohana R et al. 2006. Synthesis and swelling behavior of acrylamide-potassium methacrylate superabsorbent copolymers.
Int J Polym Mat 55:1-23.
Nakason C, Wofmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong. 2010. Preparations of cassava starch-graft-polyacrylamide superabsorbent and associated composites by reactive blending. Carbohydr Polym
81:348-357.
Padmanabha RMK. Mohana R, Morali P. 2004. Synthesis and swelling behavior of superabsorbent polymeric materials. Int J Polym Anal Charact 8:245-253.
Ramadhani P. 2009. Pembuatan produk sulfonasi onggok singkong sebagai absorben [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
9 Pakpahan A, Pasaribu SM, Djauhari A,
Nasution A. 1993. Cassava marketing system in Indonesia. IARD-J 15:52-59. Pudjiastuti L, Suwarno N, Nurhatika S. 1999.
Pemanfaatan limbah padat industri tepung tapioka menjadi etanol dalam usaha minimasi pencemaran lingkungan [laporan penelitian]. Surabaya: Pusat Penelitian Kementrian Lingkungan Hidup, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Swantono D, Kartini M, Rany S. 2008.
i
SUPERABSORBEN HASIL PENCANGKOKAN DAN
PENAUTAN-SILANG FRAKSI NONPATI ONGGOK DENGAN
AKRILAMIDA
WIDIYANTO
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ii
ABSTRAK
WIDIYANTO. Superabsorben Hasil Pencangkokan dan Penautan-silang Fraksi
Nonpati Onggok dengan Akrilamida. Dibimbing oleh M ANWAR NUR dan
MUHAMMAD KHOTIB.
Karbohidrat onggok terdiri atas pati dan selulosa. Kedua fraksi tersebut
berpotensi untuk dimodifikasi menjadi superabsorben dengan menggunakan
amonium persulfat sebagai inisiator, akrilamida sebagai monomer, dan
N
,
N
-metilena-bis-akrilamida sebagai penaut-silang. Aktivasi dilakukan menggunakan
60% H
2SO
4pada suhu 60
oC selama 1 jam sedangkan saponifikasi menggunakan
1M NaOH at 90
oC selama 2 jam. Onggok:air terbaik didapat pada nisbah 1:30
dan suhu optimum pada 70
oC untuk mendapat daya serap air tertinggi. Daya
serap air dari superabsorban fraksi nonpati, teraktivasi,
nonpati-saponifikasi, dan nonpati-aktivasi-saponifikasi berturut-turut ialah 25.21, 53.37,
273.3, dan 262,07 g/g. Aktivasi tidak meningkatkan daya serap air secara
signifikan dibandingkan saponifikasi. Butiran pati yang tidak tampak lagi pada
hasil SEM fraksi nonpati menandakan proses hidrolisis telah berhasil dengan baik.
Pencirian Spektrofotometer inframerah transformasi Fourier pada bilangan
gelombang 1600 cm
-1menunjukkan terbentuknya gugus amida yang menandakan
sintesis berhasil dilakukan dan pada 3300 cm
-1menunjukkan semakin rampingnya
puncak serapan mengindikasikan bahwa proses aktivasi telah berhasil.
ABSTRACT
WIDIYANTO. Superabsorbent Obtained from Grafting-crosslinking of Non-starch
Fraction of Onggok with Acrylamide. Supervised by M ANWAR NUR and
MUHAMMAD KHOTIB.
Carbohydrates of onggok consist mostly of starch and cellulose fractions.
Both fractions have high potential for modification to a superabsorbent. Onggok
with Ammonium persulfate serves as an initiator, acrylamide serves as a
monomer, and
N,N-
methylenebisacrylamide as a cross-linker. Onggok was
activated using 60% H
2SO
4at 60
oC for 1 hour and saponified using with 1M
iii
SUPERABSORBEN HASIL PENCANGKOKAN DAN
PENAUTAN-SILANG FRAKSI NONPATI ONGGOK DENGAN
AKRILAMIDA
WIDIYANTO
Skripsi
Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Program Studi Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
4
Judul : Superabsorben Hasil Pencangkokan dan Penautan-silang Fraksi Nonpati
Onggok dengan Akrilamida
Nama : Widiyanto
NIM
: G44204081
Menyetujui
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. (em)Dr. Ir. H. M. Anwar Nur, MSc
M. Khotib, SSi, MSi
NIP 19781018 200701 1 002
Mengetahui
Ketua Departemen,
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 19501227 197603 2 002
5
PRAKATA
Dengan menyebut Asma Allah yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang.
Alhamdulillah, segala puji syukur hanya bagi Allah SWT yang senantiasa
melimpahkan rahmat-Nya yang tak pernah terputus sehingga penulis dapat
menyelesaikan karya ilmiah yang diberi judul Superabsorben Hasil Pencangkokan
dan Penautan-silang Onggok Fraksi Nonpati Onggok dengan Akrilamida.
Shalawat serta salam semoga selalu tercurah kepada teladan umat manusia Nabi
Muhammad SAW.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. (em)Dr. Ir. H. M.
Anwar Nur, MSc selaku pembimbing I dan Bapak M. Khotib, SSi, MSi
selaku
pembimbing II yang telah memberikan masukan dan arahan yang begitu berharga
bagi penulis. Penulis juga ingin menyampaikan terima kasih kepada keluarga
tercinta atas kasih sayang dan doa yang senantiasa diberikan selama penulis
menjalani pendidikan hingga selesainya karya ilmiah ini. Ucapan terima kasih
juga disampaikan kepada Yono, Rony, Muti, Icham, Ipank, dan teman-teman lab
penelitian dan analis Laboratorium Terpadu yang telah banyak membantu penulis
dalam menyelesaikan penelitian ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2011
6
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tangerang pada tanggal 24 Desember 1985 dari ayah
Widodo dan ibu Sri Sundariyah. Penulis merupakan anak pertama dari dua
bersaudara. Penulis lulus dari SMU Negeri 106 Jakarta pada tahun 2004 dan pada
tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan
Mahasiswa Baru (SPMB) pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
7
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR LAMPIRAN ... vi
PENDAHULUAN ... 1
TINJAUAN PUSTAKA
Ketela Pohon ... 2
Onggok ... 2
Selulosa ... 2
Polimer Superabsorben ... 3
Aktivasi dan Saponifikasi ... 3
Pencangkokan dan Penautan-silang ... 3
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ... 4
Metode... 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Proksimat, Selulosa, dan Pati ... 5
Penghilangan Pati dan Aktivasi ... 5
Sintesis Polimer Superabsorben ... 6
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ... 8
Saran ... 8
8
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Struktur selulosa dalam mikrofibril . ... 1
2 Struktur pati; (a) Filamen pati yang fleksibel, dan (b) Tubular heliks pati. ... 1
3 Struktur selulosa dan interaksi hidrogen. ... 3
4 Diagram representasi dari jaringan polimer ... 3
5 Reaksi pencangkokan dan penautan-silang ... 4
6 Citra SEM permukaan (a) onggok awal (tanpa perlakuan), (b) fraksi nonpati
tanpa aktivasi, dan (c) fraksi nonpati dengan aktivasi. ... 5
7 Spektrum FTIR (a) onggok awal (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi (c) fraksi
nonpati dengan aktivasi ... 5
8 Spektrum FTIR sebelum dan sesudah proses pencangkokan dan
penautan-silang
.
... 6
9 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati. ... 7
10 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati setelah
saponifikasi. ... 7
11 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati setelah
aktivasi. ... 7
12 Citra produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati setelah
aktivasi dan saponifikasi. ... 7
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi kimia onggok ketela pohon ... 2
2 Hasil analisis proksimat, selulosa dan pati ... 5
3 Daya serap air produk sintesis dengan variasi nisbah onggok:air dari bubur ... 6
4 Daya serap air produk sintesis dengan variasi suhu ... 6
5 Daya serap air produk pencangkokan dan penautan-silang fraksi non pati ... 7
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Bagan alir penelitian ... 11
2 Metode analisis proksimat... 12
1
PENDAHULUAN
Ketela pohon memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Ketela pohon dapat diproses menjadi produk tapioka olahan. Pembuatan tepung tapioka di industri kecil meliputi tahapan pengupasan kulit, pencucian, pemarutan, pengekstrakan (pemerasan dan pengeringan), pengendapan pati, dan pengeringan. Limbah padat seperti kulit ketela pohon dimanfaatkan untuk pakan ternak dan pupuk, sedangkan onggok (ampas) yang merupakan hasil samping tahap pemerasan digunakan sebagai bahan baku pada industri pembuatan saus, campuran kerupuk, obat nyamuk bakar, dan pakan ternak. Onggok merupakan limbah pertanian yang sering menimbulkan masalah lingkungan yang berpotensi sebagai polutan di daerah sekitar pabrik karena onggok relatif cepat membusuk sehingga menyebabkan bau tidak sedap (Pakpahan et al. 1993).
Onggok mengandung karbohidrat sangat tinggi. Karbohidrat onggok terdiri dari fraksi pati dan fraksi selulosa. Kedua fraksi ini sangat potensial untuk dimodifikasi, di antaranya menjadi superabsorben, karena banyak mengandung gugus hidroksil. Meskipun memiliki struktur dasar yang sama, keduanya memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Rantai-rantai selulosa tersusun sejajar membentuk mikrofibril yang diikat-satukan oleh ikatan hidrogen (Gambar 1). Mikrofibril diikat-satukan lagi menjadi bundel yang lebih besar, disebut makrofibril. Mikrofibril selulosa sangat keras dan tidak lentur, memiliki sifat kristal relatif lebih besar daripada bagian yang berbentuk amorf. Sementara molekul pati terikat sedemikian rupa sehingga berstruktur heliks yang lebih lentur dan lebih mudah terbengkakkan, ditambah lagi adanya struktur bercabang pada komponen amilopektin (Gambar 2). Secara termodinamika, percabangan menyebabkan kandungan energi molekul lebih tinggi sehingga menjadi lebih reaktif (Achmadi 1990).
Selulosa telah banyak dimodifikasi melalui modifikasi kimia seperti karboksimetilasi, sulfonasi, atau fosforilasi. Selulosa yang dimodifikasi dengan akrilamida melalui proses kopolimerisasi dapat meningkatkan daya serap air.
Gambar 1 Struktur selulosa dalam mikrofibril (Farabee 2007).
Gambar 2 Struktur pati; (a) Filamen pati yang fleksibel, dan (b) Tubular heliks pati (Farabee 2007).
Daya serap air produk meningkat beberapa kali lipat dari bobot awalnya sehingga modifikasi ini akan menghasilkan suatu polimer superabsorben. Polimer superabsorben dapat dimanfaatkan dalam banyak bidang di antaranya popok bayi, pembungkus makanan, teknik konstruksi, industri kimia, pengolahan limbah, bahan pembuat sensor, dan pelembap tanah (Swantono et al. 2008)
Polimer superabsorben adalah suatu bahan yang dapat mengabsorpsi dan atau menyimpan air lebih dari bobot asalnya dan tidak melepasnya dalam waktu singkat, atau melepasnya secara perlahan. Uji superabsorben untuk aplikasi bidang pertanian telah menunjukkan hasil yang diharapkan, yaitu dapat mempertahankan ketersediaan sumber daya air bagi tanaman, menurunkan tingkat kematian tanaman, dan meningkatkan retensi pupuk di dalam tanah (Swantono et al.
2008). Bahan utama superabsorben umumnya adalah poliakrilamida atau poliakrilat, suatu bahan sintetik. Penggunaan bahan ini dalam polimer superabsorben memiliki beberapa kelemahan, yaitu tidak terbarukan (bahan berasal dari petrokimia), non-biodegradabel, harganya mahal, dan tidak cocok untuk air yang mengandung garam dan tanah (Liang et al. 2009). Pemanfaatan biomaterial dan bahan lain dalam usaha memperbaiki kelemahan polimer superabsorben sintetik telah dilakukan, misalnya dengan pencangkokan
selulosa
a b
Mikrofibril selulosa Molekul
individu
2 dan penautan-silang tapioka dengan
akrilamida dan komposit tanah liat dengan pati (Hua & Aiqin 2009).
Hasil penelusuran pustaka menunjukkan bahwa informasi pemanfaatan onggok sebagai superabsorben sangat jarang. Tercatat dua informasi penelitian mengenai masalah ini, yaitu Kurniadi (2010) melakukan kopolimerisasi onggok dengan asam akrilat dan Ramadhani (2009) melakukan sulfonasi pada onggok. Daya serap air dari produk yang dihasilkan kedua peneliti tersebut masih relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan metode yang mampu menghasilkan polimer superabsorben dengan daya serap air tinggi dan berbahan baku biomaterial. Penelitian ini bertujuan mengkaji kopolimerisasi melalui pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati onggok dengan akrilamida untuk memperoleh superabsorben berdaya serap air tinggi.
TINJAUAN PUSTAKA
Ketela Pohon
Ketela pohon (Manihot esculenta) disebut juga ubi kayu atau singkong pahit. Ketela pohon termasuk tumbuhan berbatang pohon lunak atau getas (mudah patah), berbatang bulat dan bergerigi yang terjadi dari bekas pangkal tangkai daun dan bagian tengahnya bergabus, ketinggian 1¬4 meter, daun tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan, dan tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3¬8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau, atau merah. Ketela pohon dapat tumbuh subur di daerah yang berketinggian 1200 m di atas permukaan air laut dan merupakan tumbuhan yang produktif. Ketela pohon memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Di masa lalu, umbi ketela pohon diekspor ke Eropa untuk bahan baku wiski kualitas rendah. Disamping sebagai bahan makanan, singkong juga dapat digunakan sebagai pakan ternak dan bahan baku industri pembuatan tepung tapioka (Pakpahan et al. 1993).
Onggok
Onggok adalah hasil samping (limbah padat utama) dari proses pengolahan ketela pohon menjadi tepung tapioka. Limbah padat yang dihasilkan oleh industri tapioka yang sudah maju terutama berupa selulosa. Sebaliknya, kandungan pati dalam limbah
padat yang dihasilkan oleh pengrajin tapioka (industri kecil) jauh lebih tinggi daripada kadar selulosanya (Rinaldy 1987). Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia onggok. Komposisi kimia onggok dipengaruhi oleh perbedaan varietas ketela pohon, perbedaan kandungan mineral, serta kadar air media tanam dan cara ekstraksi pati. Kandungan karbohidrat dan air yang tinggi dari onggok mempermudah aktivitas mikrob pengurai menghasilkan senyawa amonia (NH3 dan
H2O) yang menimbulkan bau tidak sedap
(Pudjiastuti et al. 1999). Onggok dapat mengeluarkan bau tidak sedap yang muncul akibat terjadinya proses pembusukan onggok yang amat cepat (Jenie & Fachda 1989). Oleh karena itu, onggok perlu segera diolah lebih lanjut sebelum mengalami pembusukan. Karbohidrat onggok terdiri atas selulosa, pati, dan gula sederhana lainnya.
Tabel 1 Komposisi kimia onggok ketela pohon
Komposisi Kadar (%)
Air 12.7
Abu 9.1
Protein 2.5
Lemak 1.0
Karbohidrat 74.7
Sumber: Rinaldy (1987).
Onggok segar mengandung air cukup tinggi (10¬20%) sehingga perlu dilakukan pengeringan terlebih dahulu untuk menghindari pembusukan. Kadar protein dan lemak onggok yang rendah memungkinkan onggok dimodifikasi tanpa perlu menghilangkan lemak dan proteinnya terlebih dahulu.
Selulosa
Selulosa merupakan karbohidrat utama yang disintesis oleh tanaman dan menempati hampir 60% komponen penyusun struktur tanaman. Selulosa terdiri atas rantai lurus homopolisakarida yang disusun oleh unit-unit
3 penjerap air. Banyaknya gugus OH, pada
selulosa dan hemiselulosa menyebabkan terjadinya sifat polar pada absorben tersebut.
Gambar 3 Struktur selulosa dan interaksi hidrogen.
Polimer Superabsorben
Pada awalnya polimer superabsorben dibuat dari selulosa atau polivinil alkohol yang mempunyai gugus hidrofilik dan mempunyai daya afinitas tinggi terhadap air. Polimer superabsorben jenis ini mempunyai beberapa kelemahan di antaranya kapasitas absorpsi relatif kecil, kurang stabil terhadap perubahan pH, suhu dan sifat fisiknya tidak baik. Dewasa ini sedang dikembangkan polimer superabsorben dari polimer organik yang dimodifikasi dengan mineral alam seperti bentonit, kuarsa, dan silika. Polimer superabsorben hasil modifikasi ini mempunyai sifat fisik dan kimia yang jauh lebih baik. Polimer superabsorben dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis. Berdasarkan morfologinya, diklasifikasikan menjadi polimer serbuk, partikel, bola, serat, membran, dan emulsi (Elliot 1997).
Ditinjau dari jenis bahan penyusunnya ada polimer superabsorben makromolekul alam, semipolimer sintetis, dan polimer sintetis, sedangkan dilihat dari proses pembuatannya dapat dibedakan menjadi polimer cangkok dan polimer taut-silang. Gugus utama polimer superabsorben adalah gugus hidrofilik misalnya gugus karboksilat (-COOH) yang mudah menyerap air. Ketika polimer superabsorben dimasukkan dalam air atau pelarut akan terjadi interaksi antara polimer dan molekul air. Modifikasi selulosa menjadi superabsorben terjadi pada gugus hidroksil. Tautan silang akan menyebabkan superabsorben berbentuk 3 dimensi yang menciptakan ruang untuk memerangkap molekul air. Tautan silang juga mencegah pembengkakan tak terbatas yang terjadi bila superabsoben sudah memerangkap air
(Gambar 4). Interaksi yang dominan terjadi adalah hidrasi (Elliot 1997).
Gambar 4 Diagram representasi dari jaringan polimer.
Aktivasi dan Saponifikasi
Aktivasi pada selulosa merupakan upaya memutuskan ikatan hidrogen antarrantai polisakarida sehingga struktur lebih terbuka. Putusnya ikatan hidrogen ini menyebabkan rantai polimer glukosa dalam mikrofibril menjadi lebih longgar sehingga ikatan antarrantai selulosa semakin terbuka. Terbukanya struktur selulosa ini akan menyebabkan selulosa lebih mudah diserang oleh inisiator. Aktivasi dilakukan dengan mereaksikan selulosa dengan suatu asam kuat disertai pemanasan.
Saponifikasi adalah hidrolisis suatu asam lemak oleh suatu basa (contoh NaOH). Superabsorben yang disintesis dengan akrilamida (monomer nonionik) perlu disaponifikasi untuk meningkatkan daya serap air. Saponifikasi pada superabsorben onggok-akrilamida akan mengubah gugus –CONH2
menjadi COO- atau COOH (Li & Aiqin 2006).
Pencangkokan dan Penautan-silang
Pencangkokan merupakan salah satu teknik kopolimerisasi yang sering digunakan untuk memodifikasi polimer (Gambar 5). Proses pencangkokan pada pembuatan polimer superabsorben harus memenuhi syarat antara lain bersifat hidrofilik dan mempunyai gugus fungsi yang bersifat ionik. Bahan polimer superabsorben yang paling sering digunakan antara lain poliakrilat dan poliakrilamida karena mempunyai afinitas yang baik terhadap air.
4 dengan suatu penaut silang. Suatu penaut
silang biasanya merupakan molekul organik yang mengandung 2 atau lebih gugus aktif. Beberapa faktor yang memengaruhi ikatan silang pada polimer adalah nisbah reaktivitas (Elliot 1997). Contoh reaksi pencangkokan dan penautan-silang terjadi pada karbohidrat yang mempunyai gugus hidrofilik dengan suatu monomer akrilamida, inisiator APS, dan penaut-silang MBA sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Reaksi pencangkokan dan penautan-silang.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Alat-alat yang digunakan adalah mesin pengaduk, peralatan kaca, neraca analitik, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan mikroskop elektron payaran (SEM).
Bahan-bahan yang digunakan adalah onggok yang diperoleh dari industri tapioka rakyat di daerah Bogor, akuades, gas nitrogen, akrilamida, amonium persulfat (APS), N,N -metilena-bis-akrilamida (MBA), metanol, etanol 95%, aseton, NaOH, H2SO4, HCl, dan
indikator pH universal.
Metode
Hidrolisis Onggok
Ke dalam 150 g onggok ditambahkan 750 mL HCl 3% lalu dipanaskan hingga suhu 80
o
C selama 1 jam. Sebagian onggok diuji dengan menggunakan pereaksi iodium (larutan I2 dalam KI) pada lempeng tetes
hingga tidak lagi mengalami perubahan
warna. Tidak terjadinya perubahan warna menandakan bahwa onggok telah bebas pati.
Aktivasi Onggok
Ke dalam 5 g onggok bebas pati ditambahkan 100 mL H2SO4 60% kemudian
dipanaskan hingga suhu 60 oC selama 1 jam. Larutan kemudian disaring dengan penyaring vakum dan dicuci dengan akuades hingga mencapai pH netral.
Pencangkokan dan Penautan-silang Polimer Superabsoben (Liang et al. 2009)
Sebanyak masing-masing 5 g onggok bebas pati tanpa aktivasi dan yang telah diaktivasi diberi akuades dengan berbagai nisbah (1:10, 1:20, 1:30, dan 1:40) lalu diaduk hungga terbentuk bubur. Masing-masing bubur dimasukkan ke dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan kondensor, aliran gas nitrogen, penutup asah labu, dan mesin pengaduk. Kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas penangas air dan dipanaskan pada suhu 95 oC selama 30 menit dengan dialiri gas nitrogen sampai tergelatinisasi. Setelah itu, suhu diturunkan menjadi 60¬65 oC, lalu ditambahkan inisiator APS sebanyak 250 mg yang telah dilarutkan dalam 12.5 mL akuades sambil diaduk selama 15 menit. Kemudian ke dalamnya ditambahkan secara perlahan campuran 25 g akrilamida dan 0.250 g MBA yang telah di larutkan dalam 200 mL akuades dan direaksikan selama 3 jam pada suhu 45, 70, dan 80 oC. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, etanol, lalu aseton. Selanjutnya dikeringkan pada suhu 60 oC hingga bobot produk tetap. Produk kering digiling hingga halus.
Saponifikasi (Nakason et al. 2009)
Sebanyak 5 g produk pencangkokan dan penautan-silang ditambah 12.5 mL NaOH 1M dan 12.5 mL akuades kemudian dipanaskan sampai suhu 90 oC selama 2 jam. Setelah dinetralkan dengan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan diendapkan dengan metanol. Hasil saponifikasi dikeringkan pada suhu 60
o
C dan digiling hingga halus (100¬200 mesh).
Pengukuran Daya Serap Air
5 menggunakan saringan 100 mesh dan
ditimbang bobotnya (m2). Kapasitas absorpsi air (Qeq) ditentukan dengan menimbang sampel yang telah mengembang dan dihitung menggunakan persamaan.
Qeq = m2-m1
m1
Pencirian
Pencirian dengan SEM dan FTIR dilakukan terhadap onggok awal, setelah aktivasi, dan produk pencangkokan dan penautan-silang sebelum dan sesudah saponifikasi. Baganalir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Proksimat, Selulosa, dan Pati
Analisis proksimat merupakan analisis pendahuluan terhadap bahan uji. Analisis yang dilakukan antara lain penentuan kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein, dan kadar karbohidrat. Hasil analisis proksimat ditunjukkan oleh Tabel 2. Metode yang dilakukan dan perhitungan terdapat pada Lampiran 2.
Tabel 2 Hasil analisis proksimat, selulosa dan pati
Analisis Kadar (%)
Air 11.3
Abu 0.55
Protein 4.56
Lemak 0.21
Karbohidrat 82.70
Selulosa 11.51
Pati 71.88
Perlakuan deproteinasi, penghilangan lemak, dan demineralisasi tidak dilakukan terhadap onggok karena kadar komponen-komponen tersebut sangat rendah. Kemudian pati dalam onggok perlu dihilangkan, karena fokus penelitian ini adalah sintesis superabsorben dari fraksi karbohidrat nonpati onggok.
Penghilangan Pati dan Aktivasi
Pati dihilangkan dari onggok dengan menggunakan metode hidrolisis (HCl 3%, 1 jam). Aktivasi bertujuan mempermudah proses pencangkokan dan penautan-silang karena diharapkan struktur onggok akan
semakin terbuka sehingga lebih banyak tapak aktif untuk reaksi pencangkokan. Hal ini dapat dilihat dari morfologi permukaan hasil SEM (Gambar 6).
Permukaan onggok tanpa perlakuan tampak tertutupi butiran-butiran yang menjadi ciri khas pati (Liang 2009). Setelah dihidrolisis butiran-butiran pati sudah tidak terlihat lagi yang mengindikasikan bahwa proses hidrolisis atau penghilangan pati telah berlangsung.Keberlangsungan proses aktivasi terhadap onggok yang telah dihidrolisis ditunjukan Gambar 6 (b) dan 6 (c), yaitu semakin terbukanya struktur permukaan onggok sehingga tapak untuk pencangkokan dan penautan-silang menjadi lebih banyak.
Gambar 6 Citra SEM permukaan (a) onggok awal (tanpa perlakuan), (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi, dan (c) fraksi nonpati dengan aktivasi. Keberlangsungan proses penghilangan pati dan aktivasi juga ditunjukkan oleh spektrum FTIR. Onggok awal dan fraksi nonpati mempunyai perbedaan yang cukup signifikan pada bilangan gelombang 1650 cm-1 yang merupakan kisaran gugus karbonil. Pada spektrum FTIR onggok awal, tampak puncak yang menandakan serapan gugus karbonil dari protein. Setelah proses hidrolisis, pada serapan bilangan gelombang tersebut tidak terlalu kuat. Perbedaan spektrum FTIR dari fraksi nonpati tanpa aktivasi dengan yang diaktivasi adalah kerampingan pita serapan pada bilangan gelombang 3300 cm-1 yang diduga berasal dari berkurangnya ikatan hidrogen antarmolekul akibat proses aktivasi (Gambar 7).
Gambar 7 Spektrum FTIR (a) onggok awal (b) fraksi nonpati tanpa aktivasi (c) fraksi nonpati dengan aktivasi
c
b
6
Sintesis Polimer Superabsorben
Penentuan Parameter Awal
Polimer superabsorben disintesis melalui pencangkokan dan penautan-silang onggok dengan monomer akrilamida, APS sebagai inisiator, dan MBA sebagai penaut silang. Penetapan nisbah onggok dan air untuk pembentukan bubur dilakukan pada berbagai nisbah yang ditunjukkan pada Tabel 3. Pada nisbah 1:10 dan 1:20 reaksi tidak berlangsung secara sempurna karena bubur sangat kental sehingga proses pengadukan tidak berjalan baik. Sementara pada nisbah 1:40 bubur sangat encer sehingga proses pencangkokan dan penautan-silang berlangsung lambat atau sama sekali tidak terjadi. Pengaruh suhu pada proses pencangkokan dan penautan-silang dilakukan pada 45, 70, dan 80 oC menggunakan nisbah onggok air 1:30. Proses pencangkokan dan penautan-silang terbaik diperoleh pada suhu 70 oC dengan daya serap air 25 kali dari bobot awal (Tabel 4). Penambahan monomer juga memengaruhi keberhasilan proses pencangkokan dan penautan-silang yang ditunjukkan oleh perbedaan daya serap air. Cara penambahan monomer tetes demi tetes menghasilkan daya serap air yang lebih besar (53 kali) dibandingkan dengan penambahan sekaligus (25 kali).
Tabel 3 Daya serap air produk sintesis dengan variasi nisbah onggok:air dari bubur
No Nisbah onggok:air
Daya serap terhadap air
