Bioplastik komposit pati tapioka terplastisasi sorbitol, natrium alginat, dan limonena

BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA TERPLASTISASI

SORBITOL, NATRIUM ALGINAT, DAN LIMONENA

KARINA DANIA AGUSTA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Bioplastik Komposit Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol, Natrium Alginat, dan Limonena adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi 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, Agustus 2014

Karina Dania Agusta

ABSTRAK

KARINA DANIA AGUSTA. Bioplastik Komposit Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol, Natrium Alginat, dan Limonena. Dibimbing oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA.

Bioplastik dapat dibuat dari bahan dasar pati dan protein. Bioplastik berbahan dasar pati memiliki keuntungan, yaitu harga yang relatif murah dan mudah didapat dibandingkan protein. Akan tetapi, bioplastik berbahan dasar pati lebih rapuh, sehingga diperlukan bahan tambahan untuk mengatasi kerapuhan. Tujuan penelitian ini adalah membuat dan mencirikan bioplastik komposit dari pati tapioka terplastisasi sorbitol, natrium alginat, dan limonena berdasarkan perbedaan komposisinya. Bioplastik dengan tambahan limonena 2.5% memiliki nilai elongasi, kuat tarik, dan bobot jenis yang lebih tinggi dibandingkan bioplastik dengan tambahan limonena 5.0%, 7.5%, dan 10.0%. Penambahan limonena juga menurunkan nilai permeabilitas uap air. Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5) lebih stabil terhadap panas yang ditunjukkan dengan suhu leleh lebih tinggi dibandingkan bioplastik dengan komposisi (7.5:2.5:10.0). Pada analisis morfologi, komponen penyusun bioplastik dengan komposisi (7.5:2.5:10.0) terdistribusi merata pada matriks bioplastik yang didukung dengan terdapatnya puncak suhu leleh tunggal pada termogram.

Kata kunci: bioplastik, limonena, natrium alginat, pati, sorbitol

ABSTRACT

KARINA DANIA AGUSTA. Bioplastic Composite of Tapioca Starch Plastisized with Sorbitol, Sodium Alginate and Limonene. Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA.

Bioplastic can be made of different sources such as starches and proteins. The benefits of bioplastic starch-based are relatively low cost and easily obtained. The disadvantage of starch-based bioplastic is brittle. In this experiment, sodium alginate, limonene and sorbitol were added to overcome that problem. The objectives of this study are to synthesis and characterize the bioplastic made of tapioca starch plastisized with sorbitol, sodium alginate and limonene based on the various compositions. The addition of limonene 2.5% result in highest elongation, tensile strength, and density as compared to compositions (5.0%, 7.5%, and 10.0%). The addition limonene also decreased water vapour permeability. Bioplastic composition of sodium alginate:limonene:sorbitol (10.0:2.5:7.5) has more heat stability than that of the composition of (7.5:2.5:10.0) which showing a higher melting point. Morphology analysis showed that the bioplastic composition of (7.5:2.5:10.0) distributed evenly on the matrix of bioplastics as supported by a single melting point peak on the thermogram.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA TERPLASTISASI

SORBITOL, NATRIUM ALGINAT, DAN LIMONENA

KARINA DANIA AGUSTA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul Skripsi : Bioplastik Komposit Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol, Natrium Alginat, dan Limonena

Nama : Karina Dania Agusta NIM : G44100013

Disetujui oleh

Dr Tetty Kemala, MSi Pembimbing I

Drs Ahmad Sjahriza Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari hingga Mei 2014 ini berjudul Bioplastik Komposit Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol, Natrium Alginat, dan Limonena.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Tetty Kemala MSi dan Bapak Drs Ahmad Sjahriza selaku pembimbing. Di samping itu, ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada staf Laboratorium Anorganik yang telah membantu selama penelitian berlangsung. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta rekan Kimia 47 atas segala doa dan dukungan semangatnya.

Semoga skripsi ini bermanfaat.

Bogor, Agustus 2014

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN viii

PENDAHULUAN 1

METODE 2

Alat dan Bahan 2

Prosedur Penelitian 2

HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Analisis Gugus Fungsi Limonena 5

Bioplastik 7

Ketebalan 8

Bobot Jenis 9

Kuat Tarik dan Elongasi 11

Sifat Termal 14

Morfologi Permukaan 16

Permeabilitas Uap Air 16

SIMPULAN DAN SARAN 18

Simpulan 18

Saran 18

DAFTAR PUSTAKA 18

LAMPIRAN 21

DAFTAR TABEL

1 Komposisi bioplastik 3

2 Data pita serapan pada spektrum FTIR ekstrak dan standar limonena 7 3 Perbandingan nilai bobot jenis bioplastik berbahan dasar pati dengan

plastik konvensional 11

4 Perbandingan nilai kuat tarik dan elongasi bioplastik berbahan dasar pati dengan plastik konvensional 14

DAFTAR GAMBAR

1 Spektrum limonena hasil ekstraksi (a) dan standar (b) 6 2 Bioplastik pada berbagai persentase perbandingan komposisi natrium

alginat:limonena:sorbitol 8

3 Rerata ketebalan bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% 9 4 Rerata ketebalan bioplastik dengan persentase sorbitol 10% 9 5 Rerata bobot jenis bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% 10 6 Rerata bobot jenis bioplastik dengan persentase sorbitol 10% 10 7 Rerata kuat tarik bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% 12 8 Rerata kuat tarik bioplastik dengan persentase sorbitol 10% 12 9 Rerata elongasi bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% 13 10 Rerata elongasi bioplastik dengan persentase sorbitol 10% 13 11 Termogram bioplastik komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol

(10:2.5:7.5) 15

12 Termogram bioplastik komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol

(7.5:2.5:10.0) 15

13 Morfologi bioplastik komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol

(7.5:2.5:10.0) pada perbesaran 150× (a) dan 1500× (b) 16 14 Rerata WVP bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% 17 15 Rerata WVP bioplastik dengan persentase sorbitol 10% 17

DAFTAR LAMPIRAN

1 Bagan alir penelitian 21

2 Data kadar air pati tapioka 22

3 Data kadar abu pati tapioka 23

4 Data ketebalan bioplastik setiap komposisi 24

5 Data bobot jenis bioplastik setiap komposisi 25

PENDAHULUAN

Plastik banyak digunakan untuk keperluan industri maupun rumah tangga. Jumlah penggunaan plastik semakin meningkat setiap tahunnya seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk. Pada tahun 2012 jumlah penggunaan plastik di Indonesia mencapai 1.55 juta ton dan meningkat sekitar 22.58% menjadi 1.90 juta ton pada tahun 2013 (Kemenperin 2013). Plastik banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan material lainnya, di antaranya ringan, mudah dibentuk, dan harganya relatif murah. Akan tetapi plastik konvensional, seperti polietilena, polipropilena, dan polivinil klorida yang banyak diperdagangkan berasal dari minyak bumi yang sulit didegradasi dan tidak dapat diperbarui (Mose dan Maranga 2011). Berbagai cara dilakukan untuk mengurangi penggunaan plastik konvensional, salah satunya dengan menggunakan bioplastik.

Bioplastik dapat dibuat dengan cara pencampuran dan komposit. Pembuatan bioplastik komposit di industri masih jarang dibandingkan dengan cara pencampuran (Shen et al. 2009). Bioplastik komposit dapat dibuat dari bahan dasar pati dan protein. Pati banyak digunakan sebagai bahan dasar bioplastik karena relatif lebih murah dan lebih mudah didapat daripada bioplastik berbahan dasar protein (Mali et al. 2005). Pati merupakan polisakarida yang tersusun atas monomer glukosa yang dihubungkan dengan ikatan α-(1,4)-glikosidik. Pati dapat diperoleh dari jagung, labu, kentang, ubi kayu, pisang, beras, dan sagu. Pati terdiri atas 2 komponen utama, yaitu amilosa (10‒20%) dan amilopektin (80‒90%). Amilosa terbentuk dari rantai linear D-glukosa, sedangkan amilopektin merupakan amilosa dengan sejumlah cabang melalui ikatan α-(1,6). Molekul-molekul pati membentuk suatu susunan agregat semi-kristalin yang disebut granul yang terdiri atas daerah kristalin amilosa dan daerah amorf amilopektin. Daerah kristalin sulit ditembus oleh air, enzim, dan bahan kimia, sedangkan daerah amorf kurang kompak dan lebih mudah ditembus (Herawati 2011).

Penelitian mengenai pembuatan bioplastik berbahan dasar pati telah banyak dilakukan, seperti pati singkong (Mali et al. 2005), pati yam (Durango et al. 2006), dan pati tapioka (Flores et al. 2007). Bioplastik berbahan dasar pati tapioka lebih jernih dibandingkan dengan jenis pati lainnya, sehingga secara visual baik untuk digunakan sebagai bioplastik, terutama sebagai pengemas makanan (Maran et al.

2013). Komponen tapioka adalah pati (73.3‒84.9%), lipid (0.08‒1.54%), protein (0.03‒0.60%), abu (0.02‒0.33%), dan sedikit fosfor. Kandungan amilosa dan amilopektin pada tapioka berturut-turut 17% dan 83% (Herawati 2011).

2

sorbitol pada pati menghasilkan nilai kuat tarik yang lebih besar dibandingkan dengan penambahan gliserol. Akan tetapi, penambahan sorbitol kurang meningkatkan persen elongasi dibandingkan dengan penambahan gliserol, sehingga diperlukan bahan tambahan lainnya untuk meningkatkan elastisitas bioplastik yang dihasilkan. Hasil penelitian Wijaya (2013) menunjukkan bahwa penambahan natrium alginat 20% dan sorbitol 1% dapat meningkatkan elongasi dari 1.89% menjadi 6.25%. Natrium alginat adalah garam asam alginat, polimer dari asam D-manuronat dan asam L-guluronat. Alginat diisolasi dari ganggang cokelat atau Phaeophyceae (Song et al. 2011).

Selain memiliki sifat mekanik yang baik, bioplastik juga harus memiliki nilai permeabilitas uap air yang rendah. Penambahan limonena yang bersifat hidrofobik diharapkan dapat menurunkan nilai permeabilitas uap air. Menurut Sarifudin(2013), penambahan limonena juga dapat meningkatkan elongasi plastik berbahan dasar pati. Pada penambahan limonena 4% dihasilkan elongasi 8.29% dan meningkat menjadi 12.64% ketika limonena yang ditambahkan sebanyak 8%. Limonena merupakan senyawa golongan monoterpena monosiklik yang dapat berfungsi sebagai antimikrob. Sekitar 90% ekstrak minyak jeruk mengandung limonena, sisanya mirsena, linalool, oktanal, dan α-pinena (Istianto et al. 2006).

Bioplastik komposit pati tapioka terplastisasi sorbitol, natrium alginat, dan limonena diharapkan memiliki sifat mekanik yang baik dengan nilai permeabilitas uap air yang rendah. Pencirian diperlukan untuk membandingkan sifat mekanik dan permeabilitas uap air bioplastik pada berbagai komposisi. Komposisi bioplastik terbaik ditentukan berdasarkan ketebalan, bobot jenis, uji tarik, dan permeabilitas uap air. Bioplastik dengan komposisi terbaik dianalisis morfologi permukaan dan sifat termalnya. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan membuat bioplastik komposit dari pati tapioka terplastisasi sorbitol, natrium alginat, dan limonena dengan berbagai komposisi dan menentukan komposisi terbaik.

METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan ialah piknometer 25 mL, alat uji tarik Instron 3369, mikroskop elektron pemayaran (SEM) JEOL JVISI-65-10LA, kalorimeter pemayaran diferensial (DSC) Perkin Elmer, sentrifugasi kecepatan 5000 rpm (putaran per menit), mikrometer sekrup, mixer, spektrometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) IRPrestige-21 Shimadzu, kempa hidraulik, blender, dan peralatan kaca. Bahan-bahan yang digunakan ialah pati tapioka, sorbitol (food grade), HCl (teknis), natrium alginat (teknis), NaHCO3, dan kulit jeruk medan.

Prosedur Penelitian

3

Ekstraksi Limonena dari Kulit Jeruk (BPPT 2001)

Kulit jeruk dicuci hingga bersih, kemudian direndam dalam larutan NaHCO3 selama 24 jam. Setelah itu, kulit jeruk dipotong halus dan diblender, lalu diperas dengan alat kempa hidraulik. Hasil perasan didekantasi hingga didapatkan emulsi minyak. Minyak kulit jeruk dipisahkan dari emulsinya menggunakan sentrifugasi dengan kecepatan 5000 rpm selama 30 menit. Minyak kulit jeruk yang didapat, dipindahkan ke dalam botol berwarna gelap untuk menghindari terjadinya oksidasi.

Analisis Gugus Fungsi

Minyak kulit jeruk dianalisis gugus fungsinya menggunakan spektrometer FTIR untuk mengidentifikasi keberadaan limonena. Minyak kulit jeruk diukur pada rentang bilangan gelombang 4000‒500 cm-1. Spektrum yang dihasilkan merupakan hubungan antara bilangan gelombang dan persen transmitans, kemudian dibandingkan dengan literatur.

Pembuatan Bioplastik Komposit Pati Tapioka, Natrium Alginat, dan Limonena dengan Pemlastis Sorbitol (modifikasi Wijaya 2013)

Pati tapioka, natrium alginat, sorbitol, dan limonena ditimbang sesuai dengan komposisi yang ditentukan (Tabel 1). Sebelum digunakan, kadar air dan kadar abu pati tapioka ditentukan terlebih dahulu (AOAC 2006). HCl 1.6 M sebanyak 1.8 mL ditambahkan ke dalam akuades sebanyak 150 mL. Kemudian pati tapioka ditambahkan dan diaduk menggunakan mixer hingga homogen. Selanjutnya sorbitol dan limonena ditambahkan ke dalam larutan pati tapioka hingga homogen sambil dipanaskan pada suhu 40 °C. Setelah itu, natrium alginat yang telah dilarutkan dalam akuades sebanyak 50 mL ditambahkan ke dalam larutan tapioka dan diaduk hingga mengental dengan pemanasan pada 65‒70 °C. Setelah mengental, campuran didiamkan selama 10 menit dan diaduk perlahan hingga tidak terdapat gelembung udara, kemudian dicetak pada pelat mika. Bioplastik dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam. Bioplastik yang telah kering diuji ketebalan, bobot jenis, kuat tarik dan elongasi, serta permeabilitas uap air. Komposisi bioplastik yang menunjukkan hasil yang baik dianalisis morfologi permukaan dan sifat termalnya.

Tabel 1 Komposisi bioplastik

Bioplastik Pati tapioka Natrium alginat Limonena Sorbitol

4

Uji Ketebalan (Maran et al. ₂₀₁₃₎

Bioplastik yang telah kering diukur ketebalannya menggunakan mikrometer sekrup. Ketebalan diukur sebanyak 10 kali ulangan pada posisi yang berbeda. Hasil pengukuran dinyatakan dalam satuan mm.

Uji Bobot Jenis (Kemala et al. ₂₀₁₀₎

Bioplastik dipotong dengan ukuran yang seragam. Kemudian dicatat , , , dan untuk setiap komposisi, masing-masing 3 kali ulangan. Bobot jenis

Uji Kuat Tarik dan Elongasi (ASTM D638 2005)

Bioplastik dipotong dengan ukuran 100 mm × 20 mm. Kedua ujung bioplastik dijepit pada mesin penguji. Tombol start ditekan dan alat akan menarik bioplastik hingga putus. Pengukuran dilakukan 2 kali ulangan untuk setiap komposisi. Besarnya kuat tarik dan elongasi dapat ditentukan menggunakan Persamaan 2 dan 3.

5 diatur menggunakan gas nitrogen 20 cc menit-1. Sampel dipanaskan 30‒300 °C dengan kecepatan 10 °C menit-1. Hasil analisis berupa termogram dihasilkan di komputer.

Analisis Morfologi (Arrieta et al. ₂₀₁₃₎

Analisis SEM digunakan untuk mengamati morfologi permukaan bioplastik dengan komposisi terbaik. Bioplastik dilapisi dengan emas dalam kondisi vakum. Pengukuran dilakukan dengan tegangan 15 kV.

Uji Permeabilitas Uap Air (ASTM E96-95 1995)

Pengujian dilakukan dengan metode wet cup yang telah dimodifikasi. Akuades dimasukkan ke dalam cawan petri. Cawan petri berisi akuades ditutup dengan kertas aluminium yang dilubangi seluas 10% dari luas permukaan cawan petri. Bagian tepi cawan petri harus tertutup rapat dan direkatkan dengan bantuan lem epoksi. Cawan petri berisi air ditimbang sebagai bobot awal, kemudian dimasukkan ke dalam oven selama 5 jam pada suhu 37 ± 0.5 °C. Setiap 1 jam, cawan petri diambil dan ditimbang. Nilai laju transmisi uap air (WVTR) dan permeabilitas uap air (WVP) masing-masing diperoleh menggunakan Persamaan 4 dan 5.

Keterangan:

= tekanan uap jenuh pada suhu 37 °C (6266.134 Pa) = RH dalam cawan petri (100%)

= RH pada suhu 37 °C (81%) = ketebalan bioplastik (m)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis Gugus Fungsi Limonena

6

(a)

(b)

Gambar 1 Spektrum limonena hasil ekstraksi (a) dan standar (b) (NIST 2011) Hasil analisis spektrum pada Tabel 2 menunjukkan minyak kulit jeruk memiliki pita serapan ulur C‒H dengan intensitas tinggi pada bilangan gelombang 2924 cm-1, ulur C=C pada 1643 cm-1, lentur C‒H (sp2-s) 1,1-disubstitusi pada 887 cm-1, serta lentur C‒H (sp2-s) 1,1,2-trisubstitusi pada 799 cm-1. Tidak terdapat lagi pita serapan lebar dari air pada 3700‒3000 cm-1. Namun masih ada pita serapan C=O pada bilangan gelombang 1744 cm-1 yang menunjukkan bahwa limonena yang berasal dari minyak kulit jeruk belum murni. Serapan C=O dapat berasal dari oktanal yang terdapat pada minyak kulit jeruk (Istianto et al. 2006). Limonena juga mudah mengalami oksidasi, sehingga gugus fungsi C=O juga dapat berasal dari produk oksidasi limonena.

%T

7 Tabel 2 Data pita serapan pada spektrum FTIR ekstrak dan standar limonena

Limonena Bilangan

Pati tapioka yang digunakan sebagai bahan dasar pembuatan bioplastik memiliki kadar air 12.64% (Lampiran 2) dan kadar abu 0.08% (Lampiran 3). Kadar air tapioka yang terlalu tinggi dapat meningkatkan nilai permeabilitas uap air bioplastik. Perbedaan kadar air dan kadar abu dipengaruhi oleh sumber dan penyimpanan pati tapioka.

Pati tapioka dilarutkan dalam air dengan disertai pengadukan menggunakan

mixer, menghasilkan larutan tapioka berwarna putih. Setelah tapioka larut, ditambahkan sorbitol dan limonena. Penambahan sorbitol bertujuan memplastisasi larutan tapioka. Larutan yang dihasilkan berwarna kekuningan, dan semakin banyak jumlah limonena yang ditambahkan, semakin pekat warna kuning larutan tersebut. Natrium alginat ditambahkan dengan melarutkannya terlebih dahulu dalam akuades. Penambahan natrium alginat menghasilkan larutan yang lebih jernih, tetapi semakin banyak jumlah natrium alginat yang ditambahkan, larutan berwarna kekuningan dan natrium alginat sulit larut dalam larutan tapioka.

Larutan tapioka dengan penambahan sorbitol, limonena, dan natrium alginat dipanaskan hingga 60‒65 °C. Pada suhu tersebut granul pati mengalami gelatinasi. Suhu gelatinasi merupakan suhu saat terbentuk gel dan terjadi kenaikan viskositas (Flores et al. 2007). Setelah terjadi gelatinasi, larutan menjadi lebih jernih. Larutan tersebut kemudian dicetak pada pelat mika dengan menggunakan perekat sebagai pembatas di kedua sisi pelat. Digunakan 3 lapis perekat dengan ketebalan 0.84 mm. Bioplastik yang telah dicetak, didiamkan pada suhu ruang selama 24 jam.

8

2.5%, masih dihasilkan bioplastik yang secara visual memiliki tingkat kehomogenan serupa dengan bioplastik tanpa limonena. Pengadukan juga menjadi faktor penting yang memengaruhi tingkat kehomogenan.

Gambar 2 Bioplastik pada berbagai persentase perbandingan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol

Ketebalan

Ketebalan setiap komposisi bioplastik diukur menggunakan mikrometer sekrup merek Teclock dengan rentang ketebalan 0.01‒10 mm. Pengukuran dilakukan pada 10 posisi berbeda di bagian atas, tengah, dan bawah bioplastik. Rerata ketebalan yang dihasilkan bervariasi (Lampiran 4). Pada persentase natrium alginat 10%, rerata ketebalan berkisar 0.0505 hingga 0.0520 mm. Gambar 3menunjukkan, bioplastik tanpa penambahan limonena paling tebal, yaitu 0.0520 mm, lalu menurun dipengaruhi oleh variasi komposisi limonena dan sorbitol yang ditambahkan.

(10.0:2.5:7.5) (10:5:5) (10.0:7.5:2.5) (10:10:0)

(10:0:10) (0:10:10) (2.5:7.5:10.0) (5:5:10)

9

Gambar 3 Rerata ketebalan bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% Bioplastik dengan persentase sorbitol 10% memiliki kisaran nilai ketebalan 0.0493 hingga 0.0520 mm. Gambar 4 juga menunjukkan bahwa bioplastik tanpa penambahan limonena lebih tebal dibandingkan bioplastik dengan penambahan limonena. Pada persentase limonena yang sama, bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% memiliki rerata ketebalan yang lebih tinggi daripada bioplastik dengan persentase sorbitol 10%. Natrium alginat merupakan polimer alam yang dapat berfungsi sebagai pengental. Penambahan natrium alginat dapat meningkatkan viskositas larutan pati, sehingga bioplastik dengan persentase natrium alginat lebih tinggi akan lebih tebal (Dhanapal et al. 2012). Selain viskositas, ketebalan bioplastik juga dipengaruhi oleh jumlah total padatan, ketebalan cetakan, dan volume larutan (Kasfillah et al. 2013). Nilai ketebalan yang dihasilkan digunakan untuk pengukuran nilai kuat tarik dan permeabilitas uap air bioplastik setiap komposisi.

Gambar 4 Rerata ketebalan bioplastik dengan persentase sorbitol 10%

Bobot Jenis

Bobot jenis diukur menggunakan piknometer sebanyak 3 kali ulangan sebagai pengujian awal untuk menentukan sifat mekanik bioplastik. Penghitungan bobot jenis bioplastik untuk setiap komposisi diberikan pada Lampiran 5. Pada bioplastik dengan persentase natrium alginat 10%, penambahan limonena menurunkan bobot jenis (Gambar 5) dan hal ini didukung dengan penurunan ketebalan. Bioplastik tanpa limonena memiliki bobot jenis paling tinggi, yaitu

10

2.7392 g mL-1. Bobot jenis bioplastik sedikit menurun pada penambahan limonena 2.5%, yaitu menjadi 2.6628 g mL-1. Ketidakteraturan bioplastik dengan penambahan limonena menyebabkan penurunan nilai bobot jenis ini. Penambahan limonena 5.0%, 7.5%, dan 10.0% menurunkan bobot jenis bioplastik secara signifikan, karena meningkatnya ketidakhomogenan bioplastik yang dihasilkan.

Gambar 5 Rerata bobot jenis bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% Bioplastik dengan persentase sorbitol 10% juga mengalami penurunan bobot jenis seiring dengan penambahan limonena (Gambar 6). Penambahan limonena 2.5% menurunkan bobot jenis bioplastik menjadi 2.4217 g mL-1. Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5) memiliki bobot jenis yang lebih tinggi dibandingkan bioplastik dengan komposisi (7.5:2.5:10.0). Natrium alginat berfungsi sebagai pengental, sehingga dapat meningkatkan ketebalan bioplastik yang dihasilkan (Dhanapal et al. 2012). Bioplastik yang tebal memiliki susunan yang rapat, sehingga bobot jenisnya juga lebih besar.

Gambar 6 Rerata bobot jenis bioplastik dengan persentase sorbitol 10% Tabel 3 menunjukkan bahwa rerata bobot jenis bioplastik yang dihasilkan lebih tinggi daripada bioplastik dengan pemlastis gliserol maupun bioplastik konvensional. Gliserol memiliki bobot molekul yang lebih rendah, sehingga dapat lebih mudah memasuki rongga pati dibandingkan dengan sorbitol dan meningkatkan ketidakteraturan (Bourtoom 2008). Derajat ketidakteraturan yang

11 meningkat ini akan menurunkan bobot jenis. Umumnya bioplastik berbahan dasar pati memiliki bobot jenis pada kisaran 1.21‒1.29 g mL-1 (Shen et al. 2009). Peningkatan nilai bobot jenis bioplastik disebabkan oleh penambahan natrium alginat, limonena, dan sorbitol yang memengaruhi keteraturan bioplastik yang dihasilkan.

Tabel 3 Perbandingan nilai bobot jenis bioplastik berbahan dasar pati dengan plastik konvensional

polietilena rapatan rendah 0.91‒0.92b polietilena rapatan tinggi 0.94‒0.96b

polipropilena 0.90‒0.91b

polivinil klorida 1.30‒1.40b

a

Sumber: Defrimika (2014) b

Sumber: Brandrup et al. (1999)

Kuat Tarik dan Elongasi

12

Gambar 7 Rerata kuat tarik bioplastik dengan persentase natrium alginat 10%

Bioplastik dengan persentase sorbitol 10% juga mengalami penurunan nilai kuat tarik dengan penambahan limonena (Gambar 8). Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0) memiliki nilai kuat tarik 13.65 MPa. Hasil penelitian Arrieta et al. (2013) menunjukkan sifat limonena sebagai pemlastis yang dapat menurunkan nilai kuat tarik bioplastik berbahan dasar PLA. Pada persentase limonena yang sama, bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% memiliki rerata nilai kuat tarik yang lebih tinggi dibandingkan bioplastik dengan persentase sorbitol 10%. Sorbitol sebagai pemlastis lebih meningkatkan ketidakteraturan ikatan antarmolekul pada pati, sehingga kuat tarik bioplastik yang dihasilkan lebih rendah (Bourtoom 2008).

Gambar 8 Rerata kuat tarik bioplastik dengan persentase sorbitol 10% Penambahan limonena 2.5% mampu meningkatkan elongasi bioplastik. Elongasi bioplastik tanpa penambahan limonena, yaitu 2.43% naik menjadi 2.47% (Gambar 9). Namun ketidakhomogenan bioplastik dengan penambahan lebih banyak limonena 5.0%, 7.5%, dan 10.0% menurunkan nilai elongasi yang dihasilkan. Penurunan nilai elongasi bioplastik juga sebanding dengan penurunan persentase sorbitol yang ditambahkan.

13

Gambar 9 Rerata elongasi bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% Hasil yang serupa ditunjukkan oleh bioplastik dengan persentase sorbitol 10%. Elongasi tertinggi diperoleh pada komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0), yaitu 2.52%, kemudian menurun ketika limonena yang ditambahkan mencapai 5.0%, 7.5%, dan 10.0% (Gambar 10). Penurunan elongasi juga disebabkan bioplastik yang dihasilkan tidak homogen, sehingga rapuh dan permukaannya kasar. Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5) memiliki nilai elongasi lebih rendah dibandingkan bioplastik dengan komposisi (7.5:2.5:10.0). Sorbitol yang merupakan pemlastis pati bekerja dengan cara meningkatkan volume bebas ikatan antarmolekul pati, sehingga derajat ketidakteraturan meningkat. Hal ini dapat meningkatkan elongasi dan menurunkan nilai kuat tarik (Bourtoom 2008).

Gambar 10 Rerata elongasi bioplastik dengan persentase sorbitol 10% Bioplastik dengan penambahan limonena 2.5% memiliki sifat mekanik yang paling baik. Hal ini ditunjukkan dengan nilai elongasi yang paling tinggi disertai dengan nilai kuat tarik yang lebih tinggi dibandingkan dengan penambahan limonena 5.0%, 7.5%, dan 10.0%. Tabel 4 menunjukkan bahwa pada persentase komposisi yang sama, bioplastik dengan pemlastis sorbitol memiliki nilai kuat tarik yang lebih tinggi dan elongasi yang lebih rendah dibandingkan bioplastik dengan pemlastis gliserol. Gliserol memiliki bobot molekul yang lebih rendah, sehingga lebih mudah memasuki rongga-rongga pati (Bourtoom 2008).

14

Tabel 4 Perbandingan nilai kuat tarik dan elongasi bioplastik berbahan dasar pati dengan plastik konvensional

polietilena rapatan rendah 8.30‒31 100‒650b polietilena rapatan tinggi 22‒31 100‒1200b

polipropilena 31‒41 100‒600b

Nilai kuat tarik yang dihasilkan sebanding dengan bobot jenisnya. Semakin teratur struktur bioplastik, bobot jenis dan kuat tariknya semakin meningkat. Bioplastik konvensional umumnya memiliki nilai kuat tarik dan elongasi yang tinggi. Nilai kuat tarik bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5) dan (7.5:2.5:10.0) telah berada pada kisaran polietilena rapatan rendah (LDPE). Akan tetapi, nilai elongasi LDPE masih jauh lebih baik dibandingkan dengan bioplastik berbahan dasar pati. Berdasarkan hal ini, bioplastik yang dibuat belum memungkinkan untuk aplikasi sebagai plastik kemasan. Kendati demikian, plastik yang dihasilkan telah dapat digunakan sebagai edible film.

Sifat Termal

15

Gambar 11 Termogram bioplastik komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5)

Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0) memiliki suhu leleh 75.64 °C (Gambar 12). Suhu leleh ini lebih rendah dibandingkan dengan komposisi sebelumnya. Penambahan lebih banyak sorbitol meningkatkan derajat ketidakteraturan yang menyebabkan suhu leleh bioplastik menurun. Semakin banyak jumlah sorbitol yang ditambahkan, diperkirakan semakin besar penurunan suhu leleh bioplastik tersebut. Hal ini didukung dengan nilai bobot jenis dan kuat tarik bioplastik komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5) yang lebih tinggi dibandingkan dengan komposisi (7.5:2.5:10.0).

16

Morfologi Permukaan

Analisis morfologi menggunakan SEM dilakukan pada bioplastik yang paling homogen secara visual, yaitu bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0). Pada perbesaran 150× dan 1500×, bioplastik terlihat homogen dengan komponen yang terdistribusi secara merata pada matriks bioplastik (Gambar 13). Kehomogenan ditunjukkan dengan tidak terdapatnya perbedaan fasa pada permukaan bioplastik. Hasil ini sejalan dengan diperolehnya puncak suhu leleh tunggal pada termogram DSC. Adanya gelembung udara timbul pada saat proses pencetakan.

(a) (b)

Gambar 13 Morfologi bioplastik komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0) pada perbesaran 150× (a) dan 1500× (b)

Permeabilitas Uap Air

17

Gambar 14 Rerata WVP bioplastik dengan persentase natrium alginat 10% Bioplastik dengan persentase sorbitol 10% juga menunjukkan penurunan nilai WVP dengan penambahan limonena 2.5%, yaitu 4.2419×10-9 g det-1 m-1 Pa-1 (Gambar 15). Nilai WVP terendah diperoleh pada komposisi (2.5:7.5:10.0), yaitu 4.0112×10-9 g det-1 m-1 Pa-1. Seperti pada bioplastik dengan komposisi natrium alginat 10%, bioplastik dengan komposisi sorbitol 10% juga mengalami penurunan nilai WVP ketika ditambahkan limonena. Hal ini disebabkan limonena yang ditambahkan bersifat hidrofobik, sementara proses perpindahan uap air umumnya terjadi pada bagian hidrofilik bioplastik. Nisbah hidrofilik-hidrofobik komponen bioplastik memengaruhi nilai WVP (Garcia et al. 2000). Semakin banyak komponen yang bersifat hidrofobik, semakin rendah nilai WVP. Akan tetapi, nilai WVP justru meningkat pada bioplastik dengan penambahan limonena 10%. Ketidakhomogenan yang disebabkan oleh tingginya persentase limonena yang ditambahkan diduga menyebabkan hal ini.

Gambar 15 Rerata WVP bioplastik dengan persentase sorbitol 10%

Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0) dapat menurunkan nilai WVP lebih besar dibandingkan dengan komposisi (10.0:2.5:7.5). Perbedaan nilai ini terkait dengan perbedaan persentase natrium alginat dan sorbitol yang ditambahkan. Natrium alginat memiliki kemampuan meningkatkan WVP lebih besar dibandingkan dengan sorbitol. Selain itu, menurut Fakhoury et al. (2012), natrium alginat dapat meningkatkan volume bebas ikatan antarmolekul pada pati, sehingga memungkinkan terjadinya transfer

18

uap air. Semakin sedikit jumlah natrium alginat yang ditambahkan, nilai WVP yang dihasilkan lebih kecil.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Bioplastik dibuat dari komposit pati tapioka dengan pemlastis sorbitol, natrium alginat, dan limonena pada berbagai komposisi. Penambahan limonena 2.5% menurunkan nilai bobot jenis, kuat tarik, dan permeabilitas uap air, serta meningkatkan elongasi. Penambahan limonena 2.5% menunjukkan sifat mekanik bioplastik yang lebih baik dibandingkan bioplastik dengan penambahan limonena 5.0%, 7.5%, dan 10.0%. Pada analisis termal, bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (10.0:2.5:7.5) memiliki suhu leleh lebih tinggi dibandingkan dengan komposisi (7.5:2.5:10.0). Bioplastik dengan komposisi natrium alginat:limonena:sorbitol (7.5:2.5:10.0) terlihat homogen ketika dianalisis menggunakan SEM. Hal ini didukung dengan terdapatnya puncak suhu leleh tunggal pada termogram DSC.

Saran

Penambahan surfaktan diperlukan untuk mencampur bahan yang memiliki hidrofilisitas yang berbeda. Selain itu, dapat digunakan metode pengadukan yang lebih baik agar dihasilkan campuran yang lebih homogen pada bioplastik dengan penambahan limonena 5.0%, 7.5%, dan 10.0%.

DAFTAR PUSTAKA

Abdorreza MN, Cheng LH, Karim AA. 2011. Effect of plasticizers on thermal properties and heat sealability of sago starch films. J Food Hyd. 25:56-60.doi:10.1016/j.foodhyd.2010.05.005.

[AOAC] Association of Official Analytical Chemist. 2006. Official Methods of AOAC International. Ed ke-14. Arlington (US):AOAC.

Arrieta MP, Lopez J, Ferrandiz S, Peltzer MA. 2013. Characterization of PLA-limonene blends for food packaging application. Polymer Testing. 32:760-768.doi:10.1016/j.polymertesting.2013.03.016.

[ASTM] American Society for Testing and Materials. 1995. Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. E96-95. Philadelphia (US): ASTM.

[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2005. Standard Test Methods for Tensile Properties of thin Plastic Sheeting. D638. Philadelphia (US): ASTM.

19 Bourtoom T. 2008. Plasticizer effect on the properties of biodegradable blend film

from rice starch-chitosan. J Sci Technol. 30(1):149-165.

[BPPT] Badan Pusat Pengkajian Teknologi. 2001. Teknologi Tepat Guna Pengolahan Minyak Kulit Jeruk. Padang (ID): Dewan Ilmu Pengetahuan. Brandrupt J, Immergut EH, Grulke EA. 1999. Polymer Handbook. Hoboken (US):

J Wiley.

Defrimika O. 2014. Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium alginat dan aditif limonena kulit jeruk [skripsi], siap terbit. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Dhanapal A, P Sasikala, Rajamani L, V Kavitha, G Yazhini, Banu MS. 2012. Edible films from polysaccharides. Food Sci & Qual Manage. 3:9-17. Durango AM, Soares NFF, Benevides S, Teixeira J, Carvalho M, Wobeto C,

Andrade NJ. 2006. Development and evaluation of an edible antimicrobial film based on yam starch and chitosan. Packag Technol Sci. 19:55-59.doi:10.1002/pts.713.

Fakhoury FM, Martelli SM, Bertan LC, Yamashita F, Mei LHI, Queiroz FPC. 2012. Edible films made from blends of manioc starch and gelatin-influence of different types of plasticizer and different levels of macromolecules on properties of edible starch-based films and coatings. JFS. 65(6):941-947. Herawati H. 2011. Potensi pengembangan produk pati tahan cerna sebagai pangan

fungsional. J Litbang Pertanian. 30(1):31-39.

Istianto M, Untung K, Mulyadi, Trisyono YA, Yuwono T. 2006. Komposisi dan konsentrasi senyawa dalam minyak atsiri jeruk manis dan jeruk besar terhadap perkembangan tungau Panonychus citri McGregor. J Hort.

16(1):40-49.

Kasfillah, Sumarni W, Pratjojo W. 2013. Karakterisasi edible film dari tepung biji nangka dan agar-agar sebagai pembungkus jenang. Indo J Chem Sci.

2(3):241-246.

Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian polipaduan polistirena-pati. Indones J Mat Sci. 12(1):30-35.

[Kemenperin] Kementerian Perindustrian. 2013. Konsumsi bioplastik. Berita Industri [Internet]. [diunduh 2014 Jun 18]. Tersedia pada: http://www.kemenperin.go.id/artikel/6262/semester-I,-konsumsi-bioplastik-1,9-juta-ton.

Mali S, Sakanaka LS, Yamashita F, Grossmann MVE. 2005. Water sorption and mechanical properties of cassava starch films and their relation to plasticizing effect. Carbohydr Polym.doi:10.1016/j.carbpol.2005.01.003. Maran JP, Sivakumar V, Sridhar R, Thirugnanasambandham K. 2013.

20

Mose BR, Maranga SM. 2011. A review on starch based nanocomposites for bioplastic materials. J Mat Sci Eng. 1:239-245.

[NIST] National Institute of Standards and Technology. 2011. Limonene.

Standard Reference Data Program [Internet]. [diunduh 2013 Des 21]. Tersedia pada: http://webbook.nist.gov/chemistry.

Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction to Spectroscopy. Washington (US): Brooks/Cole Cengage Learning.

Sarifudin A. 2013. Pencirian bioplastik komposit tepung singkong dan natrium alginat dengan aditif limonena kulit jeruk [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Shen Li, Haufe J, Pazel MK. 2009. Product overview and market projection of emerging bio-based plastics [ulasan]. EPNOE. Utrecht (NL): Universitas Utrecht.

Song Y, Liu L, shen H, You J, Luo Y. 2011. Effect of sodium alginate-based edible coating containing different anti-oxidants on quality and shelf life of refrigerated bream (Megalobrama amblycephala). Food Cont. 22:608-615.doi:10.1016/jfoodcont.2010.10.012.

Stevens MP. 1999. Polymer Chemistry: An Introduction. New York (US): Oxford Univ Pr.

Wijaya DR. 2013. Pencirian edible film pati tapioka terplastisasi sorbitol dengan penambahan natrium alginat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Wuttisela K, Shobsngob S, Triampo W, Triampo D. 2008. Amylose/amylopectin

21

LAMPIRAN

Lampiran 1 Bagan alir penelitian

+ HCl, akuades dipanaskan + akuades

dipanaskan

dicetak Alginat (%b/b)

(2.5, 5.0, 7,5 dan 10.0)

Larutan alginat

Tapioka 80%

Larutan tapioka

Larutan tapioka terplastisasi sorbitol Sorbitol (%b/b)

(2.5, 5.0, 7.5 dan 10.0)

Larutan tapioka-alginat terplastisasi sorbitol

Larutan tapioka-alginat-limonena terplastisasi sorbitol

Limonena (%b/b) (2.5, 5.0, 7.5, 10.0)

Bioplastik

Analisis morfologi permukaan

Analisis termal Uji tarik

Uji bobot jenis Uji ketebalan

22

Lampiran 2 Data kadar air pati tapioka Ulangan

Bobot cawan kosong (g)

Bobot pati (g)

Bobot cawan + pati kering (g)

Bobot pati kering (g)

Kadar air (%)

1 21.6603 2.0073 23.4178 1.7575 12.44

2 21.6603 2.0073 23.4147 1.7544 12.60

3 21.6603 2.0073 23.4088 1.7485 12.89

Contoh penghitungan:

Bobot pati kering = (bobot cawan + pati kering) – bobot cawan kosong = 23.4178 – 21.6603 g

= 1.7575 g

adar air o ot pati o ot pati kerin

o ot pati 100%

adar air 2.0073 1.7575

2.0073

adar air 12.44%

erata kadar air 12.44 12.60 12.89 %₃

23 Lampiran 3 Data kadar abu pati tapioka

Ulangan Bobot cawan

kosong (g) Bobot pati (g)

Bobot cawan berisi abu (g)

Kadar abu (%)

1 25.9679 2.0092 25.9694 0.07

2 25.9679 2.0092 25.9700 0.10

3 25.9679 2.0092 25.9695 0.08

Contoh penghitungan:

adar a u o ot ca an erisi a u o ot ca an koson _{o ot pati} 100%

adar a u 25.9694 25.9679 _2.0092 100%

adar a u 0.07%

erata kadar a u 0.07 0.10 0.08 %₃

24

Lampiran 4 Data ketebalan bioplastik setiap komposisi

Ulangan Bioplastik

A B C D E F G H I

1 0.0510 0.0510 0.0500 0.0510 0.0510 0.0510 0.0520 0.0520 0.0520 2 0.0520 0.0520 0.0520 0.0520 0.0530 0.0480 0.0510 0.0520 0.0520 3 0.0510 0.0520 0.0510 0.0510 0.0510 0.0510 0.0500 0.0520 0.0510 4 0.0520 0.0510 0.0510 0.0510 0.0520 0.0470 0.0510 0.0520 0.0520 5 0.0520 0.0520 0.0520 0.0510 0.0520 0.0480 0.0520 0.0520 0.0510 6 0.0530 0.0520 0.0510 0.0500 0.0520 0.0480 0.0520 0.0500 0.0510 7 0.0520 0.0530 0.0510 0.0490 0.0510 0.0510 0.0510 0.0520 0.0530 8 0.0530 0.0500 0.0520 0.0510 0.0530 0.0490 0.0520 0.0510 0.0510 9 0.0520 0.0510 0.0520 0.0500 0.0520 0.0510 0.0500 0.0520 0.0520 10 0.0510 0.0520 0.0520 0.0490 0.0530 0.0490 0.0520 0.0500 0.0530 Rerata

25 Lampiran 5 Data bobot jenis bioplastik setiap komposisi

26

_{40.6851 15.8057 40.6875 15.8095}15.8095 15.8057 0.9952 0.00125 0.00125

2.6991 m 1

erata

erata 2.6991 2.5193 2.7701 m

1

3

27 Lampiran 6 Data kuat tarik dan elongasi bioplastik setiap komposisi

28

Lampiran 7 Data laju transmisi uap air dan permeabilitas uap air

Bioplastik Bobot air yang hilang (g) Rerata

29 Contoh penghitungan:

a u transmisi uap air o ot air an ilan _{aktu luas}

a u transmisi uap air _{3600 det 0.000636 m}0.2619 ₂

a u transmisi uap air 0.1144 det 1 m 2

ermea ilitas uap air la u transmisi uap air

ermea ilitas uap air _{6266.134 a 1 0.81}0.1144 det 1 m 2 0.000052 m

30

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 07 April 1992 dari ayah Agus Maulana dan ibu Tati Hartati. Penulis adalah putri pertama dari dua bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 95 Jakarta Barat. Pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan alam.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia TPB tahun ajaran 2011/2012, asisten praktikum Kimia Polimer tahun ajaran 2013/2014, asisten praktikum Kimia Anorganik Layanan tahun ajaran 2013/2014, dan asisten praktikum Kimia Biologi tahun ajaran 2013/2014. Bulan Juli-Agustus 2013, penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Research and Development PT Clariant Indonesia dengan judul Pengujian Efektivitas Defoamer