PENGEMBANGAN BIONANOKOMPOSIT
FILM
BERBASIS
PATI TAPIOKA DAN NANOPARTIKEL ZnO DENGAN
PLASTICIZER
GLISEROL
MUHAMAD WAHYU PAMUJI
ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Bionanokomposit Film Berbasis Pati Tapioka dan Nanopartikel ZnO dengan Plasticizer Gliserol adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Oktober 2014
ABSTRAK
MUHAMAD WAHYU PAMUJI. Pengembangan Bionanokomposit Film Berbasis Pati Tapioka dan Nanopartikel ZnO dengan Plasticizer Gliserol. Dibimbing oleh NUGRAHA EDHI SUYATMA.
Pati tapioka mampu membentuk lapisan transparan dan film yang fleksibel tanpa menggunakan bahan kimia tambahan. Namun, film yang dibuat dari pati tapioka masih memiliki berbagai macam kelemahan dalam hal sifat fungsional kemasan. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan sifat fungsional kemasan film pati tapioka dengan menggunakan nanopartikel seng oksida (ZnO-NP) sebagai agen perbaikan dan gliserol sebagai pemlastis (plasticizer). Pati tapioka / ZnO film nanokomposit dibuat pada 4 tingkat konsentrasi ZnO-NP (0,25, 0,5, 1,0, 3,0 % berat pati) dan 20% gliserol berat padat (pati singkong + ZnO-NP). Dalam penelitian ini, film nanokomposit pati-ZnO dibuat melalui teknik nanodispersi yang diikuti dengan metode perbaikan dan dianalisis untuk menentukan sifat mekaniknya melalui uji kuat tarik, suhu transisi-gelas (Tg) oleh differential scanning calorimetri (DSC) dan sifat antimikroba terhadap tiga strain bakteri yang sering mencemari produk makanan, yaitu Escerichia coli, Bacillus cereus dan Staphylococcus aureus. Peningkatan sifat mekanik dapat dicapai dengan plastisisasi dan penggunaan komposit ZnO-NP. Penggunaan ZnO-NP 3 % ternyata berpengaruh signifikan terhadap sifat antibakteri dari film pati tapioka terhadap Escherichia coli, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus. Selain itu, suhu transisi-gelas dari pati singkong meningkat dengan konsentrasi ZnO-NP meningkat. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa film pati tapioka yang mengandung ZnO-NP dapat digunakan sebagai bahan kemasan makanan dengan sifat antibakteri.
ABSTRACT
MUHAMAD WAHYU PAMUJI. Development of Bionanocomposite Film Based From Cassava Starch and Nanoparticle ZnO with Gliserol as Platicizer. Supervised by NUGRAHA EDHI SUYATMA.
Cassava starch is able to form transparent coatings and flexible films without using any chemical additives. However, films made from cassava starch only is poor in functional packaging properties. The main objective of this study was to enhance functional packaging properties of casava starch films by using zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) as reinforcing agent, and glycerol as plasticizer. Cassava starch/ZnO nanocomposite films were prepared at 4 levels of ZnO-NPs (0.25, 0.5, 1.0, 3.0 % by weight of starch) and 15 % of glycerol by weight of solid (cassava starch + ZnO-NPs). In this study, plasticized starch-ZnO nano-composite filmss were prepared by nanodispersion technique followed by solution casting method, and were analysed to determine its mechanical properties by tensile tests, the glass-transition temperature (Tg) by differential scanning calorimetry (DSC)
and antimicrobial properties against three bacterial strains that commonly contaminate food products, e.g. Escerichia coli, Bacillus cereus and Staphylococcus aureus. The improvement in mechanical properties could be achieved with plasticization and ZnO-NPs incorporation. The incorporation of ZnO-NPs 3 % significantly induced antibacterial activities of the cassava starch films against Escherichia coli, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus. Moreover, the glass-transition temperature of cassava starch increased with the increasing ZnO-NPs concentrations. Our results suggest that cassava starch films containing ZnO-NPs could be used as antibacterial food packaging material.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan
MUHAMAD WAHYU PAMUJI
ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2014
PENGEMBANGAN BIONANOKOMPOSIT
FILM
BERBASIS
PATI TAPIOKA DAN NANOPARTIKEL ZnO DENGAN
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga skripsi tugas akhir ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2014 ini ialah inovasi pengguanan nanopartikel pada komponen bionanokomposit film dengan judul Pengembangan Bionanokomposit Film Berbasis Pati Tapioka dan ZnO Nanopartikel dengan Plasticizer Gliserol. Atas terselesaikannya kegiatan penelitian dan penulisan skripsi ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr. Nugraha Edhi Suyatma, S.TP, DEA, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan gagasan, ide, saran, pengarahan serta bimbingan selama kuliah, penelitian dan hingga tersusunnya skripsi ini. Ibu Dr. Nancy Dewi Y, S.TP, M.Sc dan Ibu Dr. Siti Nurjanah S.TP, M.Si selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan masukan kepada penulis. Bapak Suratno, Ibu Fathonah, Maratun S dan M Farhan D selaku keluarga yang selalu memberi semangat, dukungan, nasehat dan doa bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan studi pada tingkat sarjana.
Terimakasih kepada drh. Ratih Pangestika yang banyak memberikan masukan, saran serta semangat untuk penulis. Gunawan Sanjaya sebagai rekan mahasiswa satu bimbingan penelitian, laboran ITP dan staf UPT serta Staff Departemen yang telah banyak membantu dalam berbagai hal. Zeviara, Emilia, Novandra, Arya, Doni, Haridil, Tomi, Dandi, Qobul, Norman, Dani, Rizki, Dimas, Blas, Bach, Asad dan teman–teman ITP 47 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu penelitian penulis.
Ucapan terima kasih kepada Dayat, Oli, Nanda, Rian, Zian, Arif dan Nirwan selaku teman satu Kontrakan DR D 37 serta Wawan dan Fitrian selaku teman INPA TOURS yang selalu memberikan semangat serta dukungan kepada penulis.
Bogor, Oktober 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR DAFTAR DIAGRAM DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 1
TINJAUAN PUSTAKA 2
Pati Tapioka 2
Edible Pati Tapioka 2
Nanopartikel ZnO 3
Plastisisasi 4
Film Antimikroba 5
METODOLOGI PENELITIAN 7
Pembuatan Film 7
Alat dan Bahan 8
Analisis 8
HASIL DAN PEMBAHASAN 12
SIMPULAN DAN SARAN 26
Simpulan 26
Saran 26
DAFTAR PUSTAKA 27
LAMPIRAN 30
RIWAYAT HIDUP 41
DAFTAR TABEL
1 Penelitian mengenai ZnO nanopartikel 4
2 Perbandingan kelemahan dan kelebihan antra gliserol dan sorbitol 5 3 Nilai ΔE film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 15 4 Nilai tebal film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 15 5 Suhu titik leleh, kristalisasi dan transisi gelas film 21
DAFTAR GAMBAR
1 Pati Tapioka 2
2 Edible Film 3
3 ZnO nanopartikel 4
4 Mekanisme sifat barrier dengan penambahan ZnO nanopartikel 4 5 Perbedaan Mekanisme film antimikroba dan food additive 6
6 Diagram alir proses pembuatan film 7
7 Diagram alir uji antibakteri film 11
8 Nilai viskositas film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 12 9 Nilai aw film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 13
10 Visualisasi film konsentrasi 0 % dan 3 % 14
11 Visualisasi film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 14 12 Nilai kuat tarik film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 16 13 Nilai elongasi film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 17 14 Nilai water absorption film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 18 15 Nilai Water Vapour Transmition Rate film pada berbagai konsentrasi
ZnO nanopartikel 19
16 Hasil uji DSC pada berbagai macam konsentrasi ZnO nanopartikel 20 17 Hasil uji DSC kristalisasi dan transisi gelas pada berbagai konsentrasi
ZnO nanopartikel 21
18 Hasil SEM konsentrasi 0 % ZnO nanopartikel 22
19 Hasil SEM konsentrasi 1 % ZnO nanopartikel 22
20 Hasil uji FTIR pada film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel 23 21 Nilai aktivitas antibakteri film pada berbagai konsentrasi ZnO
nanopartikel 24
22 Visualisasi aktivitas antibakteri film pada konsentrasi 0,25 % ZnO
nanopartikel 25
DAFTAR LAMPIRAN
1 Hasil pengolahan data nilai viskositas 30
2 Hasil pengolahan data nilai aktifitas air 31
3 Hasil pengolahan data nilai intensitas warna 32
4 Hasil pengolahan data nilai tebal film 33
5 Hasil pengolahan data nilai kuat tarik 34
6 Hasil pengolahan data nilai elongasi 35
7 Hasil pengolahan data nilai WVTR 36
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini isu tentang lingkungan merupakan isu yang sangat penting, salah satunya mengenai penggunaan pengemas berupa plastik. Penggunaan plastik masyarakat Indonesia mencapai 4,3 juta ton pada tahun 2009 (Yusmarlela 2009). Akan tetapi, kebanyakan plastik yang beredar merupakan plastik yang berasal dari polimer sintetik pengolahan minyak bumi. Plastik jenis ini tidak dapat diurai dengan mudah oleh alam, sehingga perlu adanya pengembangan plastik biodegradabel yang bersifat ramah lingkungan. Plastik biodegradabel ini dapat dihancurkan secara alami serta dibuat dari bahan baku yang terbarukan (Yusmarlela 2009).
Terdapat berbagai macam sumber bahan baku untuk membuat plastik biodegradabel, salah satu alternatif yang bisa digunakan adalah penggunaan pati tapioka. Pati tapioka mengandung 83 % amilopektin dan 17 % amilosa (Liu et al 2005). Penelitian mengenai pembuatan edible film yang berbahan baku pati tapioka telah banyak dilakukan sebelumnya. Dalam pembuatan edible film, perlu adanya penambahan plasticizer karena edible film dari pati tapioka bersifat rapuh. Salah satu jenis plasticizer yang dapat digunakan adalah gliserol. Edible film yang dibuat dari pati tapioka dengan plasticizer gliserol memiliki sifat higroskopis yang tinggi (Harris 2001). Sifat higroskopis ini menyebabkan film yang dihasilkan menjadi kurang baik dari sifat mekanis serta sifat barrier kemasan.
Untuk memperbaiki berbagai kelemahan yang terdapat pada edible film, maka diperlukan adanya penambahan bahan aditif. Salah satu alternatif bahan aditif yang dapat digunakan adalah ZnO nanopartikel. Penambahan ZnO nanopartikel sebagai filler dalam film berbahan baku pati tapioka disebut nanokomposit. Nanokomposit sendiri merupakan merupakan suatu material yang menyisipkan komponen nanopartikel kedalamnya yang berfungsi sebagai filler dalam sebuah matriks. Pati digunakan sebagai suatu material sedangkan nanopartikel ZnO sebagai filler. Nanokomposit memperlihatkan sifat-sifat baru yang lebih unggul dibandingkan dengan material asal (Park et al 2003). Pasalnya, komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik dengan bahan yang lebih tinggi dari bahan konvensional. ZnO merupakan salah satu senyawa golongan oksida yang banyak dimanfaatkan sebagai sumber unsur nanopartikel. Senyawa ini dapat memperbaiki sifat fungsional dan sifat mekanis dari edible film serta merupakan sumber fortifikasi Zn dan juga memiliki sifat antibakteri (Brayner et al 2006).
1.2 Tujuan Penelitian
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pati Tapioka
Tapioka merupakan pati yang diperoleh dari singkong. Singkong memiliki kandungan pati tertinggi dibandingkan dengan sumber pati lainnya yaitu mencapai 90 % (Liu et al 2005). Kandungan amilopektin pati tapioka adalah 83 % dan 17 % adalah amilosa. Pati adalah salah satu jenis polisakarida yang mempunyai ikatan glikosidik. Ikatan glikosidik ini dapat terurai dengan adanya air panas yang memisahkan dua fraksi yaitu fraksi tidak larut yaitu amilopektin dan fraksi terlarut yaitu amilosa. Fraksi amilosa memiliki struktur lurus ikatan α -(1,4)-D-glukosa. Amilopektin terdiri dari struktur bercabang dengan ikatan α -(1,4)-D-glukosa. Perbedaan diantara keduanya adalah amilopektin memiliki titik percabangan berupa ikatan α-(1,6), sedangkan amilosa tidak memiliki titik percabangan.
Gambar 1. Pati Tapioka
Data FAO terbaru tahun 2007 yang dikeluarkan pada bulan Desember 2009 menunjukkan bahwa Indonesia berada pada ranking keempat sebagai penghasil pati tapioka yang mencapai 20.834.241 ton. Proses pembuatan pati tapioka diperoleh dari proses pengolahan singkong. Singkong segar yang telah dibersihkan kemudian diparut atau digiling halus. Setelah itu singkong yang telah halus ditambahkan air lalu disaring serta dipres sehingga diperoleh air serta ampas. Komponen air diendapkan sedangkan ampasnya dibuang ataupun dapat dimanfaatkan sebagai pakan ternak. Setelah mengendap, air dibuang dan pati yang berada di bawah kemudian ditiriskan. Komponen pati lalu dikeringkan dengan penjemuran ataupun dapat menggunakan dryer.
2.2 Edible Film dari Pati Tapioka
produk yang dikemas. Edible coating yang dikeringkan dan dibuat sebagai lembaran disebut edible film. Fungsi dari edible film adalah sebagai pengemas dan pelapis makanan yang dapat dimakan bersama produk yang dikemas. Edible film dapat dibuat dari tiga komponen utama yaitu hidrokoloid, lipid dan kombinasi hidrokoloid lipid (komposit) (Prihatiningsih 2000).
Salah satu komponen yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan utama pembuatan edible film adalah pati tapioka. Penelitian yang dilakukan oleh Harris tahun 2001 menunjukan bahwa pati tapioka mampu dibuat sebagai edible film yang baik serta dapat diaplikasikan pada dodol durian. Pati tapioka memiliki keunggulan yaitu bahan yang mudah diperoleh serta harga yang murah, sehingga memiliki prospek yang baik apabila nantinya akan dilakukan produksi dalam skala industri (Matsui et al 2004). Keunggulan lain yang dimilki pati tapioka adalah dapat digunakan sebagai termoplastik yang bersifat aman dan mudah didegradasi sehingga bersifat ramah lingkungan (Ma et al 2004). Pembentukan film berasal dari pati tapioka memiliki sifat tidak berbau, tidak berasa, tidak berwarna, tidak beracun, dan dapat diurai secara biologi dan memiliki tingkat kejernihan yang tinggi (Krochta 1992).
Gambar 2. Edible film
Karakteristik edible film yang dibuat dari pati tapioka sangat dipengaruhi oleh kandungan amilopektin dan amilosa. Pati yang memiliki kadar amilosa tinggi akan membentuk edible film yang kuat, karena struktur amilosa memungkinkan pembentukan ikatan hidrogen antar molekul glukosa penyusun. Pemanasan pati tapioka akan membentuk jaringan tiga dimensi yang dapat memerangkap air sehingga menghasilkan gel yang kuat. Sedangkan pati yang memiliki kadar amilopektin yang tinggi akan menghasilkan edible film yang bening serta elastis (Thirathumthavorn 2007).
2.3 Nanopartikel ZnO
seng oksida. Seng oksida (ZnO) merupakan senyawa dalam bentuk nanopartikel yang paling banyak diproduksi dan digunakan oleh berbagai industri pangan.
Gambar 3. ZnO nanopartikel Tabel 1. Penelitian mengenai ZnO nanopartikel
Sitasi Penjelasan
Nebukina et al 2010
Pengamatan terhadap struktur dan karakteristik spektral dari ZnO nanopartikel
Cae dan Kim 2005 Pengamatan terhadap karakteristik nanokomposit dari Polistirena dan ZnO nanopartikel
Singh 2011 Karakteristik biologi struktur ZnO nanopartikel
Seng Oksida (ZnO) banyak diaplikasikan pada bidang pangan karena sifatnya yang aman dimakan (GRASS) dan mudah terurai menjadi ion-ion setelah masuk kedalam tubuh. Selain itu, ZnO merupakan sumber fortifikasi Zn yang banyak diaplikasikan pada produk tepung terigu. ZnO nanopartikel memiliki kemampuan antibakteri. Mekanisme antibakteri pada ZnO nanopartikel adalah dengan menghancurkan membran sel bakteri sehingga sitoplasma dan berbagai organ sel keluar dari sel (Brayner et al 2006). ZnO nanopartikel bila diaplikasikan pada edible film ternyata dapat memperbaiki sifat barrier dan mekanis dari film dengan cara menghambat laju transmisi uap serta memberi struktur padatan pada film sehingga akan meningkatkan kuat tarik. Beberapa penelitian terdahulu mengenai struktur dan karakteristik ZnO nanopartikel dapat dilihat pada tabel 1.
2.4 Plastisisasi
Pembuatan edible film dari pati tapioka bersifat rapuh dan mudah retak. Untuk mengatasi hal ini maka perlu adanya penambahan bahan aditif yang dapat meningkatkan sifat mekanis edible film sehingga menjadi lunak, ulet dan kuat. Proses peningkatan sifat plastis dari edible film disebut dengan plastisisasi, sedangkan bahan aditif yang ditambahkan disebut pemlastis atau plasticizer. Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi jika ditambahkan pada material lain dapat merubah sifat material tersebut. Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekuler, meningkatkan fleksibilitas film dan menurunkan sifat barrier film. Edible film yang memiliki tingkat elastisitas yang cukup akan memilki sifat tidak mudah sobek. Mekanisme proses plastisasi polimer sebagai akibat penambahan plasticizer berdasarkan Guilbert et al 1999 diawali dengan pembasahan dan adsorpsi dari polimer kemudian penetrasi molekul pada permukaan. Selanjutnya terjadi absorpsi serta difusi pada bagian dalam polimer dan pemutusan pada bagian amorf serta pemotongan struktur yang menyebabkan elastisitas meningkat.
Tabel 2. Perbandingan kelemahan dan kelebihan antara gliserol dan sorbitol Jenis
Plasticizer Kelemahan Kelebihan Sorbitol
(Wijaya 2013)
Laju transmisi uap tinggi Elongasi tinggi
Kuat tarik kurang Kuat tarik
Ketahanan kurang Gliserol
(Amalina 2013)
Kurang homogen Kuat tarik tinggi
Kuat Tarik Rendah Transparan
Elongasi
Bahan untuk plasticizer dapat berupa senyawa organik maupun anorganik yang mempunyai berat molekul rendah. Plasticizer yang banyak diaplikasikan berupa gliserol dan sorbitol. Perbandingan kelemahan dan kelebihan sorbitol dapat dilihat pada tabel 2. Gliserol sendiri merupakan senyawa golongan alkohol polihidrat yang memiliki 3 buah gugus hidroksil. Rumus kimia gliserol adalah C H₈O , dengan nama kimia 1,2,3 propanatriol. Berat molekul gliserol adalah 92,1 massa jenis 1,23 g/cm² titik didihnya 209 °C kelarutan tinggi, yaitu 71 g/100 g air pada suhu 25 °C (Winarno 1997). Gliserol memiliki sifat mudah larut dalam air, meningkatkan viskositas larutan, mengikat air, dan menurunkan aw.
2.5 Film Antimikroba
Kemampuan antimikroba adalah kemampuan yang dimiliki senyawa biologis maupun kimia yang bersifat menghambat pertumbuhan atau membunuh bakteri atau kapang. Kemampuan menghambat pertumbuhan disebut kemampuan bakteriostatik untuk bakteri dan fungiostatik untuk fungi. Kemampuan membunuh disebut bakteriosidal untuk bakteri dan fungisidal untuk fungi. Senyawa antimikroba memiliki kemampuan menghambat berbagai jenis mikroba yang berbeda-beda tergantung jenis maupun spesiesnya. Aktivitas antimikroba suatu senyawa kimia tidak dapat ditentukan secara absolut karena dipengaruhi oleh sifat-sifat serta mekanismenya sendiri serta konsentrasi senyawa yang terkandung (Fardiaz 1988). Terdapat beberapa mekanisme kerja dari senyawa antimikroba seperti merusak dinding sel, mengubah permeabilitas membran, denaturasi protein di dalam sel dan menghambat kinerja enzim di dalam sel (Pelczar 1986).
Gambar 5. Perbedaan mekanisme film antimikroba dan food additive (Suyatma 2014)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Pembuatan Film
Tahap pertama dari penelitian ini adalah pembuatan film menggunakan bahan pati tapioka dengan penambahan ZnO nanopartikel dan gliserol sebagai pemlastis atau plasticizer. Selanjutnya dilakukan pengamatan terhadap sifat fisik, sifat mekanis serta permeabilitas uap air dan pengujian aktivitas antibakteri.
Gambar 6. Diagaram alir proses pembuatan film
Film nanokomposit pati tapioka dan ZnO nanopartikel dibuat dengan cara mendispersikan nanopartikel ZnO dengan 300 ml akuades. Langkah selanjutnya, larutan ZnO tersebut dihomogenisasi selama 3 menit dengan kecepatan maksimum pada homoginizer. Pati tapioka ditimbang sebanyak 8 gram kemudian ditambahkan 500 ml akuades. Larutan pati tapioka ini kemudian dipanaskan dan
Zno : akuades ((0 : 0,02 : 0,04 : 0,08 :
0,24 gr) : 300 ml)
Pati : akuades (8gr : 500ml)
Pengadukan, Homoginizer 14.000rpm
Pemanasan dan pengadukan, steerer
Gliserol 1,6 ml Larutan Coating,
suhu 70 ºC
Pencetakan
Pengeringan, 45 ºC, 24 jam
Film
diaduk menggunakan magnetic stirrer. Gliserol ditambahkan pada larutan film sebanyak 20 % dari berat pati dan ZnO (v/b), kemudian ditambahkan larutan ZnO nanopartikel. Selanjutnya, larutan dipanaskan sampai berwarna jernih dengan suhu berkisar 70 ºC. Suspensi ini dituang kedalam cetakan akrilik yang telah disemprotkan etanol 95 % untuk selanjutnya dimasukan kedalam oven selama 24 jam pada suhu 45 ºC. Film yang sudah kering kemudian dilepas dari cetakan, dibungkus dengan alumunium foil dan dimasukkan ke dalam desikator agar terjaga kelembabannya untuk kemudian dilakukan pengamatan.
Film yang dihasilkan selanjutnya diamati viskositas larutan, Aw, warna, kuat
tarik, elongasi, WVTR, water absorbtion dan ketebalan film. Pengamatan aktivitas antibakteri dilakukan menggunakan larutan edible coating melalui metode difusi sumur dengan bakteri uji yang digunakan adalah Bacillus cereus, Eschericia coli dan Staphylococcus aureus.
3.2 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam pembuatan film adalah gelas piala 400 ml, labu erlenmeyer 1000 ml, gelas ukur 1000 ml, sudip, neraca analitik, magnetic stirrer, hot plate, cetakan acrilic, oven dan desikator. Sedangkan alat-alat yang digunakan untuk analisis adalah aw meter, micrometer skrup, Tensile Strengthth and Elongation Tester, Desikator, kaleng WVTR, JEOL Model JSM 5310 LV Scanning Microscope, Differential Scanning Calorimetri, Fourrier Transorm Infra Red, Brokefield Model DV III, Minolta chromatometer 300, refrigator, cawan petri, ose, tabung reaksi, gunting, penggaris, erlenmeyer, pipet, botol semprot, inkubator 37 oC, dan oven 45 oC.
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah ZnO nanopartikel dan pati tapioka dengan merek “Cap Gunung Mas”. Bahan kimia yang digunakan antara lain akuades, gliserol, 2� 4, ����2, etanol 95% dan alumunium foil. Bahan-bahan yang digunakan untuk uji aktivitas antimikroba, yaitu Plate Count Agar, Nutrient Broth, alkohol 70% dan kultur uji yang merupakan koleksi SEAFAST CENTER IPB yaitu Bacillus cereus (ATCC 11778), Eschericia coli (ATCC 25922) dan Staphylococcus aureus (ATCC 25923).
3.3 Pengamatan 3.3.1 Viskositas
Viskositas diukur menggunakan viskometer brokfield model DV III. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menuangkan larutan coating ke dalam gelas viskometer sampai mendekati bagian atas gelas kemudian diukur menggunakan kecepatan 60. Spindel yang digunakan adalah spindel nomor 601 yang memiliki luas permukaan paling luas serta ditujukan untuk larutan yang memiliki viskositas rendah.
3.3.2 Aktivitas Air
Aktivitas air dari film diukur dengan menggunakan Aw-meter Shibaura
WA-360. Sebelum dilakukan pengukuran, chamber Aw-meter terlebih dahulu
3.3.3 Warna
Warna film diamati menggunakan alat Minolta CR 300 Chromatometer yang bekerja berdasarkan prinsip pengukuran warna yang dipantulkan oleh permukaan sampel. Hasil pengukuran chromatometer dikonversi dalam sistem CIE LAB yang mempunyai lambang L*, a*, dan b*. Nilai skala L* a* b* ini dapat dirubah menjadi nilai ∆E dengan rumus ∆E = (L*² + a*² + b*²)½.
3.3.4 Tebal
Tebal dari setiap film yang dihasilkan akan diukur menggunakan mikrometer skrup. Cara pengukurannya adalah dengan memasukan lembaran film kedalam celah diantara 2 ruas batang, kemudian ulir digerakan sampai tidak bisa bergerak kembali.
3.3.5 Kuat Tarik dan Elongasi
Nilai kuat tarik dan elongasi dari film diukur menggunakan tensile strength tester dari Comten Industries. Persiapan sampel dilakukan dengan menyiapkan film selebar 2 cm dan panjang 8 cm kemudian dipotong dan dimasukan ke grip pengunci. Alat kemudian dijalankan dan hentikan ketika film tepat putus dan dapat diketahui gaya tarik ketika film putus. Nilai elongasi dapat dicari dengan membagi panjang akhir dengan panjang awal lalu dikalikan seratus persen. Nilai kuat tarik dari film dapat dihitung dengan membagi nilai gaya tarik yang dihasilkan memang bersifat higroskopis sehingga akan mudah menyerap air. Film terlebih dahulu dipersiapkan dengan luas 6 x 6 cm. Kemudian ditimbang pada pukul 08.00 – 16.00 dengan interval waktu 2 jam selam 4 hari untuk mengetahui jumlah air yang dapat terserap.
3.3.7 Water Vapour Transmition Rate
perbedaan berat kaleng yang telah diisi CaCl₂ pada kondisi RH tinggi seperti desikator yang telah diberi 2� 4. CaCl₂ yang bersifat higroskopis akan mampu menyerap uap air dari luar sehingga beratnya akan bertambah. Semakin rapat film maka penambahan beratnya akan semakin sedikit. Adapun rumus untuk mencari WVTR adalah
WVTR =24
� x Slope
WVTR = water vapour transmition rate (gram/jam/m²) Slope = fungsi linier penambahan berat dan waktu
(gram/jam)
A = luas Edible film (m²)
3.3.8 Analisis Sifat Termal menggunakan Differential Scanning Calorimetri
(DSC)
Sampel ditimbang sebesar 10 mg kemudian dimasukan kedalam pen tempat sampel kemudian dilakukan pengepresan lalu dimasukan kedalam tempat pen. Analisis dilakukan pada suhu -30 ºC sampai dengan 230 ºC dengan percepatan suhu 10 ºC per menit. Analisis sifat termal ini menggunakan DSC yang dimiliki oleh Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan IPB, Dramaga, Bogor.
3.3.9 Pengamatan Mikrostruktur menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM)
Scanning Electron Mikroscope (SEM) adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambarkan profil permukaan benda. Sampel beberapa miligram yang telah disiapkan terlebih dahulu dilakukan coating dengan emas agar lebih tahan terhadap panas lalu diamati permukaannya. Adapun energi yang digunakan dalam pengamatan adalah 10 kV. Pengamatan dilakukan menggunakan SEM yang terdapat pada Balai Penelitan Kehutanan, Gunung Batu, Bogor.
3.3.10 Pengamatan Spektra Infrared menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR)
Sampel berupa film ditempatkan di dalam tempat sampel kemudian spektrum hubungan bilangan gelombang dengan persen transmitan ditentukan pada panjang gelombang 4000-650 cm ¹. Pengamatan dilakukan menggunakan FTIR yang berada di Laboratorium Biofarmaka IPB, Taman Kencana, Bogor. 3.3.11 Uji Antibakteri Metode Difusi Sumur
aktivitas antibakterinya. Inkubasi dilakukan selama 24 jam pada suhu 37 ºC, langkah selanjutnya dilakukan pengamatan untuk melihat aktivitas antibakteri.
Bakteri yang digunakan telah dihitung terlebih dahulu jumlah awal yaitu Bacillus cereus 4,7 x 10 CFU/ml (ATCC 11778), Eschericia coli 1,2 x 10 CFU/ml (ATCC 25922) dan Staphylococcus aureus 9,2 x 10 CFU/ml (ATCC 25923). Perhitungan zona hambat diukur berdasarkan jari-jari penghambatan berupa area bening di sekeliling sumur uji. Pengukuran dilakukan menggunakan jangka sorong pada beberapa sisi sumur uji lalu diambil rata-ratanya. Adapun rumus yang digunakan adalah
r′=r1+ r2+. . . +rn
r’ = jari-jari rata-rata r1 = jari-jari sisi ke 1
r2 = jari-jari sisi ke 2
rn = jari-jari sisi ke n
n = banyaknya pengukuran
Gambar 7. Diagram alir uji antibakteri film Inokulasi pada 10 ml NB
Inkubasi 37 °C, 24 jam
Inokulasi pada 300 ml PCA Kultur Bakteri
Kultur Uji
Penuangan pada cawan, 15 mL
Pendinginan
Pembuatan dan penuangan 0,1 mL pada sumur
Inkubasi 37 °C, 24 jam
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Viskositas
Viskositas larutan coating diukur untuk mengetahui tingkat kekentalan dari masing-masing larutan coating. Hasil pengukuran menunjukan, kenaikan viskositas ternyata seiring dengan naiknya konsentrasi ZnO nanopartikel pada larutan coating. Hasil pengukuran viskositas dapat dilihat pada gambar 8. Viskositas larutan coating yang dihasilkan berkisar pada angka 3–6 CpA. Larutan yang terlalu encer akan menghasilkan coating yang terlalu tipis sedangakan larutan yang terlalu kental akan menghasilkan coating yang terlalu tebal. Nilai viskositas ini juga akan mempengaruhi nilai aktivitas air dari film yang dibuat, karena semakin besar viskositas maka jumlah air yang terikat akan semakin banyak yang menyebabkan aktivitas air menurun.
Gambar 8. Nilai viskositas larutan coating pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Hasil uji sidik ragam menggunakan SPSS dengan uji lanjut Duncan dapat dilihat pada lampiran 1. Hasil yang diperoleh ternyata viskositas dipengaruhi secara nyata oleh konsentrasi. Peningkatan viskositas disebabkan adanya penambahan komponen solid terlarut yang ada pada larutan coating, yaitu berupa serbuk ZnO nanopartikel. Penambahan komponen solid ini akan menghambat gaya puntir dari spindel viskometer sehingga nilai viskositas akan naik. Selain itu, reaksi kimia juga terjadi akibat molekul air akan terikat secara kimia dengan ZnO yang akan membentuk gugus OH menjadi Zn(OH)₂ (Baurmenn dan Bill 2006).
4.2 Aktivitas Air
Aktivitas air atau aw adalah jumlah air bebas yang tersedia dan dapat
digunakan untuk pertumbuhan mikroorganisme dalam pangan. Setiap mikroba
memiliki jumlah aw minimum yang dapat digunakan untuk hidup, seperti kapang
mampu tumbuh pada aw 0,7 khamir pada aw 0,8-0,9 dan bakteri pada aw 0,9.
Menurut Wianarno (1997) suatu bahan pangan yang memilki aw diatas 0,7 akan
dapat ditumbuhi mikroorganisme yang bersifat berbahaya sehingga menjadikan produk rusak, busuk atau bahkan beracun. Nilai aw film sangat menentukan
kualitas dari bahan pengemas yang nantinya akan diaplikasikan. Nilai aw yang
dibawah 0,7 akan mampu menghambat pertumbuhan jumlah mikroba sehingga mempunyai potensi yang baik dalam melindungi makanan yang nanti akan dikemas.
Gambar 9. Nilai awfilm pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Aktivitas air yang terukur pada sampel film mengalami penurunan dengan bertambahnya jumlah konsentrasi ZnO nanopartikel yang digunakan. Dapat dilihat pada gambar 9, pada konsentrasi 0 % aktivitas air yang terukur sebesar 0,72 ± 0,00, lalu menurun sampai 0,67 ± 0,01 pada konsentrasi 1 % dan 3 %. Hasil pengolahan uji sidik ragam menggunakan SPSS dilanjutkan uji lanjut Duncan dapat dilihat pada Lampiran 2. Hasil yang diperoleh nilai aktivitas air dipengaruhi secara nyata oleh nilai konsentrasi ZnO nanopartikel. Penurunan nilai aw ini diakibatkan adanya reaksi kimia yang terjadi antara pati yang terglatinisasi
dengan ZnO nanopartikel. Reaksi kimia yang terjadi menghasilkan senyawa baru yaitu Zn(OH)₂ yang mengikat air secara kimia sehingga menurunkan nilai aw (Ma et al 2013). Proses glatinisasi selain menghasilkan pH yang rendah serta bertambahnya nilai viskositas, ternyata juga mampu menurunkan nilai aw akibat
Gambar 10. Visualisasi film konsentrasi ZnO nanopartikel 0 % dan 3 % 4.3 Warna
Pengukuran terhadap komponen warna menggunakan sistem CIE yang dinyatakan dalam notasi L*a*b. Notasi ini menggunakan 3 dimensi ruang dalam menentukan arah perubahan warna (Suyatma dalam Handayani 2010). Sistem CIE ini dapat dikonversi menjadi ∆E yang merupakan nilai toleransi perbedaan warna. Nilai ∆E ini merupakan cerminan dari warna yang sesungguhnya. Perbedaan nilai ∆E pada sampel dapat dilihat pada tabel 1.
yang sebenarnya. Apabila larutan coating tidak transparan maka warna yang akan terlihat adalah warna coating bukan warna bahan pangan sebenarnya.
Tabel 3. Nilai ∆E film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Konsentrasi ZnO (%) ∆E
0 88,48ᵃ ± 0,88
0,25 88,82ᵃ ± 0,63 0,5 89,57ᵇ ± 0,48
1 90,34ᶜ ± 0,48
3 90,37ᶜ ± 0,31
4.4 Tebal
Tebal setiap film dipengaruhi oleh total padatan yang ada pada cetakan. Selain itu, ketebalan juga dipengaruhi oleh luas cetakan dan tinggi larutan (Park et al 2003). Apabila dalam pembuatan film menggunakan cetakan yang sama akan diperoleh hasil tebal yang berbeda ketika volumenya berbeda. Semakin besar volume yang digunakan akan menghasilkan film yang semakin tebal. Total padatan dalam penelitian pada setiap perlakuan adalah sama yaitu sebesar 1 % (b/v). Tebal dari setiap film yang dihasilkan akan mempengaruhi sifat barrier dan mekanis film yang dihasilkan. Sifat ini seperti WVTR, absorbsi air, kuat tarik dan elongasi.
Nilai tebal dari masing-masing film dapat dilihat pada tabel 4. Nilai tebal film dilakukan analisis uji sidik ragam menggunakan SPSS dilanjutkan uji lanjut Duncan dapat dilihat pada lampiran 4. Hasil yang diperoleh menunjukan tebal masing-masing film tidak dipengaruhi secara nyata oleh nilai konsentrasi. Film yang dibuat memilki rataan tebal yang sama yaitu 0,09 ± 0,01 mm. Film yang memiliki ketebalan seragam ini merupakan salah satu indikator yang baik karena dianggap tidak akan mempengaruhi secara nyata berbagai uji mekanis yang akan dilakukan.
Tabel 4. Nilai tebal film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Konsentrasi ZnO (%) Tebal (mm)
0 0,09ᵃ ± 0,01
0,25 0,09ᵃ ± 0,01 0,5 0,09ᵃ ± 0,01
1 0,09ᵃ ± 0,01
3 0,09ᵃ ± 0,01
4.5 Kuat Tarik
adalah mempunyai nilai kuat tarik yang memenuhi standar. Nilai kuat tarik standar yang harus dimiliki oleh film yaitu berkisar 10-100 Mpa (Krochta 1992). Nilai kuat tarik yang semakin besar menandakan semakin kuat film yang dihasilkan, apabila nilai kuat tarik semakin kecil menandakan semakin rapuh film.
Gambar 12. Nilai Kuat Tarik film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel Data yang diperoleh disajikan pada gambar 12. Pada konsentrasi 0 % nilai yang diperoleh adalah 52,72 ± 7,19 Mpa dan pada konsentrasi 3 % kuat tarik yang dimiliki sebesar 55,39 ± 8,93 Mpa. Uji sidik ragam menggunakan SPSS dilanjutkan uji lanjut Duncan disajikan pada lampiran 8. Adapun hasil yang diperoleh ternyata nilai kuat tarik film tidak dipengaruhi secara nyata oleh nilai konsentrasi. Hal ini menunjukan bahwa penambahan ZnO nanopartikel tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai kuat tarik film. Seharusnya penambahan ZnO nanopartikel akan meningkatkan nilai kuat tarik karena sifat fisik yang dimilikinya. ZnO yang merupakan komponen solid yang terdispersi keseluruh bagian film sehingga akan memberikan struktur yang kuat lalu meningkatkan nilai kuat tarik. Akan tetapi disisi lain, adanya gliserol justru menurunkan nilai kuat tarik karena gliserol menurunkan gaya kohesi antar rantai polimer. Data yang diperoleh menunjukan adanya keseragaman pada nilai kuat tarik, sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa adanya ZnO nanopartikel mampu memperbaiki sifat kuat tarik yang kurang baik karena adanya gliserol tetapi belum mampu meningkatakan performa film dari segi kuat tarik.
4.6 Elongasi
Elongasi atau persentase pemanjangan adalah perbandingan panjang awal dengan panjang akhir ketika bahan putus atau dapat dikatakan sebagai kemampuan maksimal perbandingan panjang awal dengan panjang akhir bahan yang dapat diterima suatu bahan sampai tepat putus. Elongasi pada film dikaitkan dengan fleksibilitas dan keplastisan yang merupakan salah satu karakteristik penting film. Tingkat keplstisan yang tinggi merupakan salah satu karakteristik
yang kurang baik, hal ini dikarenakan film yang plastis sulit untuk diputus dengan gaya yang rendah akan tetapi disisi lain memiliki kelebihan yaitu kemapuan menyesuaikan bentuk kemasan dengan bahan pangan yang dikemas.
Gambar 13. Nilai elongasi film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel Data yang diperoleh pada pengukuran karakteristik elongasi menunjukan pada konsentrasi 0 % nilai elongasi yang diperoleh adalah 117,72 ± 50,65 % semakin meningkat sampai 122,97 ± 38,07 % pada konsentrasi 1 % dan turun kembali pada konsentrasi 3 % yaitu sebesar 119,94 ± 36,85 %. Uji sidik ragam pada SPSS menggunakan uji Duncan dapat dilihat pada lampiran 7, hasilnya bahwa elongasi tidak dipengaruhi secara nyata oleh nilai konsentrasi. Penambahan gliserol sangat mempengaruhi nilai elongasi dari film, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya adanya penambahan zat ini akan mampu mengganggu ikatan hidrogen intermolekul dan intramolekul sehingga akan menambah jarak antar molekul dan menjadikannya lebih elastis (Krochta 1992). Efek sebaliknya ditimbulkan oleh ZnO nanopartikel yaitu dengan menurunkan mobilitas polimer karena bersifat solid dan terdispersi keseluruh bagian film. Nilai elongasi yang diperoleh tidak berbeda nyata, hal ini menunjukan bahwa adanya ZnO nanopartikel mampu menutupi efek yang ditimbulkan oleh gliserol, akan tetapi belum bisa meningkatan performa film yang ditujukan terhadap penurunan elongasi film.
4.7 Water Absorption
Kemampuan film dalam menyerap air dikenal sebagai water absorption. Film yang dihasilkan bersifat higroskopis karena terbuat dari hidrokoloid. Selain itu penambahan gliserol yang bersifat hidrofilik juga akan meningkatkan higroskopis film. Sifat higroskopis ini menyebabkan matrik yang terdapat pada film akan dengan mudah menyerap air sehingga akan mempengaruhi beberapa sifat lain seperti elongasi dan kuat tarik. Sifat higroskopis membuat film menjadi kurang baik, karena film yang dihasilkan akan memiliki kemampuan menyerap air yang berlebih sehingga nantinya akan meningkatkan nilai aw dari film yang justru
117,72±50,65 122,19 ± 45,86 122,84 ± 46,08 122,97 ± 38,07 119,94 ± 36,85
akan menurunkan kemampuan film sebagai pengemas yang baik (Krochta et al 1992).
Gambar 14. Nilai water absorption film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Hasil pengukuran nilai water absorption dari film dapat dilihat pada gambar 14. Hasil yang diperoleh pada 0 % diperoleh nilai water absorption sebesar 0,0974 ± 0,06 gram/m²/jam kemudian naik menjadi 0,0980 gram/m²/jam pada konsentrasi 0,25 % kemudian turun sampai konsentrasi 3 % sebesar 0,0959 ± 0,02 gram/m²/jam. Uji sidik ragam menggunakan SPSS dilanjutkan uji lanjut Duncan dapat dilihat pada lampiran 7, diperoleh hasil bahwa nilai water absorption tidak dipengaruhi secara nyata oleh nilai konsentrasi. Hal ini menunjukan bahwa adanya ZnO nanopartikel tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai water absorption. Kemampuan absorbsi air ini sangat erat kaitannya dengan bahan utama pembuatan film yaitu hidrokoloid yang memiliki sifat higroskopis. Selain itu gliserol sendiri bersifat hidrofilik sehingga mempunyai kemampuan dalam menyerap air. Disisi lain ZnO sendiri bersifat hidrofobik (Baurmann dan Bill 2006) yang seharusnya dengan adanya ZnO nanopartikel, nilai water absorption dari film akan berkurang. Selain itu adanya ZnO nanopartikel ini berfungsi sebagai filler yang akan terdispersi keseluruh bagian film sehingga akan menurunkan kemampuan dalam penyerapan air. Hal ini bisa terjadi karena konsentrasi ZnO nanopartikel yang digunakan masih dirasa kurang.
4.8 Water Vapour Transmition Rate
Laju transmisi uap air (WVTR) merupakan salah satu parameter penting dalam penentuan kualitas film. Laju transmisi uap air ini berprinsip pada penghambatan uap air yang akan masuk kedalam bahan pangan yang dikemas oleh film. Pengahambatan berbagai komponen seperti uap air, oksigen, karbon dioksida, aroma dan komponen rasa akan meningkatkan umur simpan produk
0,0974±0,06 0,0980 ± 0,02 0,0965 ± 0,02 0,0966 ± 0,01 0,0959 ± 0,02
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
pangan (Suyatma 2004). Film yang dihasilkan menggunakan bahan pati tapioka yang merupakan salah satu komponen hidrokoloid. Komponen hidrokoloid ini memiliki sifat permeabilitas terhadap uap air yang tinggi. Gliserol sendiri memiliki sifat hidrofilik yang menyebabkan film bersifat higroskopis sehingga menyerap air. Sifat higroskopis ini akan meningkatkan laju transmisi uap air. Adanya ZnO seharusnya mampu mengurangi laju transmisi uap karena berbentuk solid serta bersifat hidrofobik. Selain itu penggunaan ZnO sebagai filler akan memiliki sifat barrier yang menahan laju transmisi uap pada film.
Gambar 15.Nilai Water Vapour Transmition Rate film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Dapat dilihat pada hasil pengukuran bahwa nilai WVTR dari film yang dihasilkan mengalami peningkatan dari konsentrasi 0 % sampai konsentrasi 3 %. Konsentrasi 0 % memiliki nilai WVTR sebesar 247,92 ± 77,59 gram/m²/24 jam dan konsentrasi 3 % sebesar 254,41 ± 17,91 gram/m²/24 jam. Uji sidik ragam menggunakan SPSS dilanjutkan uji lanjut Duncan dapat dilihat pada lampiran 8, diperoleh hasil nilai WVTR tidak dipengaruhi secara nyata oleh nilai konsentrasi. Hal ini dikarenakan adanya ZnO nanopartikel belum mampu menutupi efek yang ditimbulkan gliserol. Hasil yang diperoleh pada penelitian ini dirasa cukup baik, karena setelah dibandingkan dengan penelitian Riswanto 2011 nilai WVTR yang dihasilkan film sebesar 268 gram/m²/24 jam. Penelitian tersebut juga menjumpai masalah yang sama yaitu naiknya nilai WVTR ketika terjadi penambahan suatu zat yang bertujuan untuk memperbaiki sifat fisik film.
4.9 Analisis sifat Termal menggunakan Differential Scanning Calorimetri
(DSC)
Differential Scanning Calorimetri (DSC) adalah alat yang berfungsi untuk mengetahui sifat termal dari bahan yang akan diujikan. Alat ini berprinsip mengukur energi yang diserap atau diemisikan oleh sampel sebagai fungsi waktu atau suhu. Suhu transisi gelas dan evolusi dari struktur kristalin film selama
247,92±77,59 245,42 ± 60,15 253,22 ± 70,57 245,14 ± 62,48 254,41 ± 17,91
0 50 100 150 200 250 300
penyimpanan dapat dievaluasi menggunakan DSC (Garcia et al 2009). Komponen yang diamati melalui penggunaan DSC ini adalah suhu titik leleh, suhu transisi gelas dan suhu kristalisasi. Titik leleh merupakan suhu dimana film tepat mulai berpindah fase dari padat menuju cair. Suhu transisi gelas didefinisikan sebagai suhu dimana polimer mengalami perubahan dari kondisi glassy ke kondisi ruberry. Suhu kristalisasi sendiri adalah suhu dimana partikel padat didalam film mengalami perubahan menjadi padat. Suhu transisi gelas dan kristalisasi sangat dipengaruhi oleh kelembaban relatif dari polimer yang akan diuji, sedangkan suhu titik leleh sangat dipengaruhi oleh bahan penyusun. Selain itu, pemlastis akan meningkatkan volume bebas polimer atau mobilitas molekular molekul polimer dan menurunkan perbandingan bagian kristalin terhadap bagian amorf sehingga menyebabkan menurunnya suhu transisi gelas dan titik leleh (Krochta 1992). Untuk mengatasi masalah tersebut maka ditambahkan ZnO nanopartikel pada film yang diharapkan akan mampu meningkatkan suhu titik leleh, transisi gelas dan kristalisasi dari film.
Tabel 5. Suhu titik leleh, suhu kristalisasi dan suhu transisi gelas film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Konsentrasi
Suhu Titik Leleh Suhu Kristalisasi
°C
Suhu Transisi Gelas °C On Set °C Peak °C
0% 120,79 139,18 57,39 101,02
0,25% 168,65 176,26 63,78 108,73
0,50% 180,17 183,69 73,94 112,96
1% 179,39 181,99 61,27 104,98
3% 182,83 185,1 63,73 108,69
Suhu transisi gelas sangat erat kaitannya dengan keawetan dan stabilitas bahan pangan (Soekarto dan Adawiyah 2011). Suhu transisi gelas ini sangat dipengaruhi oleh plasticizer, senyawa kimia dan kadar air. Nilai suhu transisi gelas dapat digeser turun dengan adanya plasticizer. Nilai suhu transisi gelas sangat erat kaitannya dengan nilai aw suatu bahan pangan. Kaitan antar suhu
transisi gelas dengan nilai aw suatu produk pangan adalah semakin tinggi nilai aw
maka suhu transisi gelas semakin turun. Dari hasil pengamatan dapat diketahui bahwa terdapat korelasi sesuai dengan teori antara suhu transisi gelas dan aktivitas air. Korelasi tersebut adalah semakin tinggi aktivitas air maka akan semakin rendah suhu transisi gelas.
Gambar 17. Hasil Uji DSC kristalisasi dan transisi gelas film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
dijadikan pengemas. Penambahan ZnO nanopartikel ternyata akan menaikan suhu kristalisasi yang membuat kemasan memiliki daya tahan terhadap panas yang lebih besar.
4.10 Pengamatan Mikrostruktur menggunakan Scanning Electron Microscop (SEM)
Nanopartikel merupakan partikel yang sangat kecil berukuran < 100 nm sehingga diperlukan suatu alat yang bisa melihat adanya nanopartikel di dalam kemasan film. Adapun SEM yang dapat digunakan memiliki perbesaran samapai dengan 3.000.000 kali. Akan tetapi untuk mengetahui adanya nanopartikel perbesaran yang dapat digunakan berkisar 15.000 – 40.000 kali sudah cukup dan dapat mengetahui ukuran partikel.
Gambar 18. Hasil SEM konsentrasi 0 % ZnO nanopartikel
Gambar 19. Hasil SEM konsentrasi 1 % ZnO nanopartikel
4.11 Pengamatan Spektra Infrared menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR)
Penggunaan FTIR dilakukan untuk mengetahui adanya ZnO pada film. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip mengumpulkan sinar inframerah yang disebar pada permukaan sampel untuk mengetahui frekuensi gelombang yang diserap. Selanjutnya dari frekuensi yang terbaca ini kemudian akan diartikan untuk mengetahui gugus spesifik dari film. Range gelombang yang dideteksi FTIR adalah 4000–650 cm ¹ untuk golongan fungsional pada range 4000–1000 cm ¹ dan <1000 cm ¹ untuk golongan aromatik, asam karboksil, amida, amin dan halida (fingerprint) (Craig et al 2012). Panjang gelombang khas yang dimilki oleh ikatan Zn-O pada film bisa dideteksi pada 460 cm ¹.
Gambar 20. Hasil uji FTIR pada film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel Data diperoleh dari tiga macam konsentrasi ZnO dalam bentuk nanopartikel yang berbeda. Konsentrasi yang digunakan adalah 0 %, 1 %, dan 3 %. Hasil pengujian menunjukan adanya perubahan peak dari grafik yang dihasilkan. Garfik diperbesar pada range 600–400 cm ¹ yang dapat dilihat bahwa terjadi perubahan nilai transmitan pada ketiga konsentrasi. Nilai transmitan yang semakin besar menandakan semakin banyak jumlah ikatan Zn-O pada panjang gelombang 460 cm ¹. Konsentrasi 3 % memiliki transmitan lebih besar dibandingkan 1 %, yang berarti jumlah ZnO yang dimiliki lebih banyak.
4.12 Antibakteri
dilihat pada lampiran 9, hasilnya data yang diperoleh berbeda nyata pada dua kelompok konsentrasi yaitu kelompok 1 (0 %, 0,25 % dan 0,50 %) dan kelompok 2 (1 % dan 3 %). Bila dilihat dari grafik zona hambat dapat diperoleh hasil bahwa aktivitas antibakteri film untuk berbagai macam mikroba berbeda. Film lebih mampu menghambat pertumbuahan Bacillus cereus dan Staphylococcus aureus dibandingkan Escerichia coli.
Gambar 21. Nilai aktivitas antibakteri film pada berbagai konsentrasi ZnO nanopartikel
Senyawa inorganik seperti ZnO cenderung bersifat stabil dalam suhu dan tekanan (Sawai 2003). Mekanisme antimikroba pada ZnO karena pada sekitar 977 dan 1453 pada X-Ray akan mendeformasi rantai C=C dan C-H₂ yang ada pada lemak serta menyekresi protein golongan fenilalanin. Selain itu, kerusakan juga terjadi kerena ZnO termasuk dalam golongan logam yang masuk melalui membran lalu merusak jalur metabolisme sel dan dideteksi oleh sel sebagai kofaktor ataupun koenzim dan merusak struktur stabilizer dari sel (Gaballa dan Helman 1998).
ZnO dapat bekerja pada bakteri gram positif dan gram negatif dengan hasil yang tidak berbeda jauh (Sawai 2003). Penelitian yang dilakukan Li et al pada tahun 2009 menunjukan hasil bahwa sifat antimikroba terbaik dihasilkan dalam bentuk film yang mampu menghambat pertumbuhan E coli dan S aureus. Menurut Yamamoto (1998) sifat antimikroba pada ZnO sangat dipengaruhi oleh besaran konsentrasi dan luas paparan. Penelitian selanjutnya yang dilakukan oleh Xu dan Xie (2006) menjelaskan adanya interaksi kimia yang dihasilkan dengan adanya cahaya bahwa terjadi penambahan elektron serta H yang menjadikan semakin asam dan reaktif. Terdapat perbedaan hasil antara bakteri gram positif dan negatif yaitu untuk gram positif seperti S aureus dan B cereus membran sel terbanyak dihasilkan dari peptidoglikan sekitar 80 % dan sisanya yaitu 20 % merupakan protein dan liposakarida (Blake et al 1999). Membran sel yang ada pada baktreri gram negatif seperti E. coli mempunyai kompleksitas yang lebih tinggi (Liu dan
0±0
Yang 2003) hal ini dibuktikan dengan peptidoglikan yang hanya 10 % dan sianya 50 % berupa lipopolisakarida, 35 % pospolipid serta 15% lipoprotein serta ketebalan membran yang lebih tinggi. Liposakarida sendiri tersusun atas beberapa komponen glukosa pada sisi terluar membaran yang akan menahan laju penetrasi ZnO nanopartikel kedalam sel. Hal ini menunjukan bakteri gram positif lebih resisten terhadap ZnO nanopartikel (Li et al 2009).
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Secara umum penambahan ZnO dalam bentuk nanopartikel pada berbagai macam konsentrasi mampu mengubah berbagai macam sifat fisik dan mikrobiologi dari film dibandingakan dengan perlakuan kontrol. Perlakuan penambahan ZnO dalam bentuk nanopartikel sendiri menghasilkan film yang paling optimum dengan penambahan konsentrasi 3 % ZnO nanopartikel. Film yang diamati mengalami kenaikan nilai viskositas, aktivitas antibakteri, suhu titik leleh, suhu transisi gelas dan suhu kristalisasi seiring peningkatan konsentrasi ZnO nanopartikel yang digunakan. Pengujian nilai aw mengalami penurunan
seiring peningkatan konsentrasi ZnO nanopartikel yang digunakan. Pengujian terhadap warna, ketebalan, kuat tarik, elongasi, WVTR, water absorption menunjukan hasil yang tidak berbeda nyata, artinya tidak terjadi pengaruh yang nyata terhadap sifat fisik tersebut seiring penambahan jumlah masing-masing konsentrasi ZnO nanopartikel. Analisis FTIR diperoleh hasil bahwa film yang diuji ternyata memilki interaksi kimia ZnO nanopartikel. Analisis SEM dilakukan untuk uji validasi adanya nanopartikel di dalam film, hasil yang diperoleh menunjukan adanya nanopartikel dalam film akan tetapi kurang jelas terlihat. 5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan untuk pengembangan bionanokomposit film yang berbasis pati tapioka dan ZnO nanopartikel adalah :
1. Penggunaan ZnO nanopartikel tanpa plasticizer untuk melihat efek penambahan ZnO nanopartikel yang sebenarnya.
2. Aplikasi pada komoditas hortikultura seperti buah salak dan mangga. 3. Perlu dicoba penambahan konsentrasi ZnO nanopartikel yang lebih tinggi
DAFTAR PUSTAKA
Amalina Y N. 2013. Edible Film Pati Tapioka Terplastisasi Gliserol Dengan Penambahan Agar. [Skripsi]. Bogor (ID): IPB
Blake D M, Maness P C, Huang Z, Wolfrum E J, Huang J. 1999. Application of The Photocatalytic Chemistry of Titanium Dioxide to Disinfection and Killing of Cancer Cell. Di dalam: Li X, Xing Y, Jiang Y, Ding Y, Li W. 2009. Antimicrobial Activities of ZnO Powder-Coated PVC Film to Inactive Food Pathogens. International Jurnal of Food Science and Technology. 2161-2168
Baurmen L P, Bill J, Aldinger F. 2006. Bio-friendly Synthesis of ZnO Nanoparticles in Aqeous Solution at Near-Neutral pH and Low Temperature. Journal Physic Chemistry, 110. 5182-5185.
Brayner R, Iliou R F, Brivois N, Djediat S, Benedetti M F, Fievet F. 2006. Toxicological Impact Studies Based on Escherichia coli Bacteria in Ultarafine ZnO Nanoparticles Colloidal Medium. Nano let. 6:866-870. Bertuzzi M A, E F C Vidaurre, M Armada dan J C Gottifredi. 2007. Water Vapor
Permeability of Edible starch based films. J. Food Enggineering. 80 : 972-978 doi : 10.1016/J.J Foodeng. 2006.07.016
Chae D W dan Kim B C. 2005. Characterization on polystyrene/zinc oxide nanocomposites prepared from solution mixing. Polym Adv Technol. 2005. 16: 846–850.
Craig A P, Franca A S, Oliveira L S. 2012. Evaluation of The Potential of FTIR and Chemometrics For Separation Between Defective and Non-defective Coffes. Journal of Food Chem. 132: 1368-137.
FAO. 2007. Agriculture Product of Tropic Area. Di dalam: Amalina Y N. 2013. Edible Film Pati Tapioka Terplastisasi Gliserol Dengan Penambahan Agar. [Skripsi]. Bogor (ID): IPB
Fardiaz S. 1988. Mikrobiologi Pangan. Di dalam: Fenny S. 2010. Pengembangan Edible Film Komposit Pektin/Kitosan Dengan Polietilen Glikol (PEG) Sebagai Plasticizer. [SKRIPSI]. Bogor (ID): IPB.
Garcia M A, Pinotti A, Martino M N, Zaritzky N E. 2009. Characterization of Strach and Composite Edible Films and Coating. Di dalam: Milda E E, Kerry C H.Edible Coating For Food Aplication, Journal of FST. PP: 169-210.
Gaballa A, Helman J D. 1998. Identification of A Zinc Spesific Metalloregulatory Protein, Zur, Controlling Zinc Transport Operon in Bacillus subtilis. Journal Bacteriol. 180: 5815-5821.
Gontard N, Guilber S, dan Cuq J L. 1993. Water and Glyserol as Plasticizer Afect Mechanical and Water Barrier Properties of an Edible Wheat Gluten Film. J. Food Science. 58(1): 206 - 211.
Guilbert S. 1999. “Use of Superficial Edible Layer to Protect Intermadiet Mouister Food : Application to The Protection of Tropical Fruit Dehydrated by Osmosis,” in Food Preservation by Mouister Control, C. C Seow, ed., London : Elsevier Applied Science Publisher.
Jojo. 2008. Sejarah Pengemasan Makanan dan Edible Film. http://blufame.com/index.php/showtopic=13463. [7 Juni 2014]
Krochta J M. 1992. Control of Mass Transfer in Food With in Edible Coating and Film. Di dalam: Singh R P, Wiratakusumah M A. Advance In Food Enginering, pp. 517-538.
Liu H L, Yang T C K. 2003. Photocatalytic Inactivation of Escherichia coli and Lactobacillus helvictus by ZnO and TiO₂ Activated with Ultraviolet Light. Process Biochemsitry. 39: 475-481.
Liu L, J F Kennedy, dan P K Joseph. 2005. Selection of Optimum Extraction Technology Parameters in The Manufacture of Edible/Biodegradable Packaging film Derivated from Food. Journal of Agriculture and Environment: Volume 3.
Matsui T, Ebuchi S, Matsugano K, Terahara N, Matsumoto K. 2004.
Caffeoylsophore, a New Natural α-Glucocidase Inhibitor, from Red
Vinegar by Fermented Purple- Fleshed Sweet Potato, Biosci. Biotechnol Biochem 6: 2239-2246.
Ma H, Brennan A, Diamond S A, 2012. Phototoxicity of TiO₂ Nanoparticle Under Solar Radiation to Two Aquatic Species: Daphnia magna and Japanese medaka. Enviromental Toxicology and Chemistry. 31 (7): 1621-1629. Nebukina E G, Khokhlov E M, Zaporozhets M A, Vitukhnovskii A G dan Gubin
S A. 2011. A Comparative study of the structural and spectral characteristics of ZnO nanoparticles dispersed in isopropanol and polyethylene. Inorganic Materials 2011. 47 (2): 143–147.
Park H, Lee W, Park C, Cho W, Ha C. 2003. Enviromentally Friendly Polimer Hybrid, Part 1. Mechanical, Thermal, Barrierr Properties of Thermoplastic Strach Nanocomposite. Journal of Material Science. 38: 909-915.
Prihatiningsih N. 2000. Pengaruh Penambahan Sorbitol dan Asam Palmitat Terhadap Ketebalan Film dan Sifat Mekanik Edible Film dari Zein. [Skripsi]. Yogyakarta (ID): UGM.
Pelczar J, Michael, Chan E C S. 1986. Dasar-dasar Mikrobiologi. Di dalam: Fenny S. 2010. Pengembangan Edible Film Komposit Pektin/Kitosan Dengan Polietilen Glikol (PEG) Sebagai Plasticizer. [SKRIPSI]. Bogor (ID): IPB.
Riswanto K. 2011. Pengaruh Penambahan Plasticizer dan Surfaktan pada Edible Film Komposit Pektin–Asam Lemak Terhadap Karakteristik Mekanik dan Laju Transmisi Uap Airnya. [SKRIPSI]. Bogor (ID): IPB.
Thirathumthavorn, D. and S. Charoenrein. 2007. Aging Effect On Sorbitol and Non Crystallizing Sorbitol-Plasticized Tapioca Starch Films. Starch. 59: 493-497.
Sawai J. 2003. Quantitative Evaluation of Antibacterial Activities of Metallic Oxide Powders (ZnO, MgO and CaO) by Conductometric Assay. Journal Microbial Methods. 54:177-182.
Soekarto T S, Adawiyah D R. 2011. Keterkaitan Berbagai Konsep Interaksi Air Dalam Produk Pangan. Journal Teknologi dan Industri Pangan. 23 (1): 201-209.
Suyatma N E, Copinet A, Tighzert. 2004. Mechanical and Barrier Properties of Biodegradable Films Made From Kitosan and Polylactic Acid. Di dalam: Handayani A. 2010. Pembuatan dan Karakterisasi Film Bio Biodegradable dari Kitosan/Polylactic Acid (PLA) dengan Pemlatis Polyetilen Glikol (PEG). [SKRIPSI]. Bogor (ID): IPB.
Suyatma N E. 2014. Bahan Ajar Mata Kuliah Pengemasan. Bogor (ID): Departemen Ilmu Dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB.
Wijaya D R. 2013. Pencirian Edible Film Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol Dengan Penambahan Natrium Alginat. [Skripsi]. Bogor (ID): IPB
Winarno F G. 1997. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: PT Gramedia.
Yamamoto O, Hotta M, Sawai J, Sasamoto J, Kojima H. 1998. Influence of Food Powder Characteritic of ZnO on Antibacterial Activity: Effect of Spesific Surface Area. Journal of The Ceramic Society of Japan. 106: 1007-1011. Yusmarlela J. 2009. Studi Pemanfaatan Plastisizer Gliserol Dalam Film Pati Ubi
LAMPIRAN
Lampiran 1. Hasil pengolahan data nilai viskositas
Lampiran 2. Hasil pengolahan data nilai aktifitas air
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
Lampiran 3. Hasil pengolahan data nilai intensitas warna
Lampiran 5. Hasil pengolahan data nilai kuat tarik
ANOVA
Kuat_Tarik
Sum of
Squares df
Mean
Square F Sig.
Between
Groups
4.482 4 1.121 .039 .997
Within
Groups
2448.169 85 28.802
Total 2452.651 89
Post Hoc Tests Homogeneous Subsets
Kuat_Tarik
Duncana
K
onsentr
asi
Subset for
alpha = 0.05
N 1
2 18 24.9308
1 18 25.2123
3 18 25.2525
5 18 25.4011
4 18 25.6072
S
ig.
.742
Means for groups in
homogeneous subsets are displayed.
a. Uses Harmonic Mean
Lampiran 7. Hasil pengukuran dan pengolahan data nilai WVTR
Means for groups in homogeneous
subsets are displayed.
a. Uses Harmonic Mean Sample
Lampiran 8. Hasil pengolahan data nilai water abrobtion
ANOVA
Water_Absortion
Sum of
Squares df
Mean
Square F Sig.
Between
Groups
.000 4 .000 .004 1.00
0
Within
Groups
.024 25 .001
Total .024 29
Post Hoc Tests Homogeneous Subsets
Water_Absortion
Duncana
K
onsentr
asi
Subset for
alpha = 0.05
N 1
5 6 .095900
3 6 .096500
4 6 .096650
1 6 .097367
2 6 .098050
S
ig.
.915
Means for groups in
homogeneous subsets are displayed.
a. Uses Harmonic Mean
Lampiran 9A. Hasil pengolahan dat aktifitas antibakteri pada
Lampiran 9C. Hasil pengolahan data aktifitas antibakteri pada B
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
RIWAYAT HIDUP
Penulis memiliki nama lengkap Muhammad Wahyu Pamuji. Penulis dilahirkan di Purbalingga pada tanggal 7 Mei 1992 dari ayah Suratno dan ibu Fathonah. Penulis adalah putra pertama dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan jenjang pendidikan mulai dari TK Pembina Pemda Tebing Tinggi (1997-1998), SD Negri 1 Bantarbarang (1998-2004), SMP Negri 1 Rembang (2004-2007), SMA Negri 1 Purbalingga (2007-2010). Penulis kemudian melanjutkan studinya di Institut Pertanian Bogor (IPB), Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan (2010-2014) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negri (SNMPTN).
