TRIMETAFOSFAT DAN PEMANFAATNNYA SEBAGAI BAHAN AEROGEL
SKRIPSI
ULFATUN MAULIDA 140802014
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
TRIMETAFOSFAT DAN PEMANFAATNNYA SEBAGAI BAHAN AEROGEL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
ULFATUN MAULIDA 140802014
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN ORISINILITAS
SINTESIS POLISAKARIDA TERIKAT SILANG FOSFAT DARI POLISAKARIDA BIJI AREN DENGAN TRINATRIUM
TRIMETAFOSFAT DAN PEMANFAATNNYA SEBAGAI BAHAN AEROGEL
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Desember 2019
Ulfatun Maulida 140802014
PENGESAHAN SKRIPSI
Judul : Sintesis polisakarida terikat silang fosfat dari polisakarida biji aren dengan trinatrium trimetafosfat dan pemanfaatannya sebagai bahan aerogel.
Kategori : Skripsi
Nama : Ulfatun Maulida
Nomor Induk Mahasiswa : 140802014
Program Studi : Sarjana (S1) Kimia
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Desember 2019
Ketua Program Studi S1 Kimia Pembimbing,
Cut Fatimah Zuhra, S.Si, M.Si Dr. Juliati Br. Tarigan, M.Si NIP. 197404051999032001 NIP. 197205031999032001
SINTESIS POLISAKARIDA TERIKAT SILANG FOSFAT DARI POLISAKARIDA BIJI AREN DENGAN TRINATRIUM
TRIMETAFOSFAT DAN PEMANFAATNNYA SEBAGAI BAHAN AEROGEL
ABSTRAK
Aerogel polisakarida biji aren (Arenga pinnata Merr.) terikat silang fosfat diperoleh dalam bentuk granula melalui pengadukan pada tahapan solution-hidrogel- alkogel-aerogel, pada pertukaran pelarut etanol 70%, 96%, dan etanol p.a. Serbuk polisakarida biji aren lunak diperoleh dari hasil ekstraksi biji aren lunak dengan menggunakan pelarut air dan etanol. Serbuk yang diperoleh di analisa FT-IR.
Pembentukan hidrogel polisakarida biji aren lunak ikat silang fosfat melalui tahapan berikut yaitu: Tahap pertama, penambahan NaOH 2M kedalam hidrogel polisakarida hingga pH=12 untuk mengaktifkan gugus –OH dan penambahan trinatrium trimetafosfat pada variasi 0,1 g, 0,25 g, 0,5 g, dan 1 g. Tahap kedua yaitu pembentukan aerogel melalui proses vakum dan menggunakan udara kering.
Karakteristik dari aerogel polisakarida biji aren terikat silang fosfat adalah:
terbentuknya P-O pada bilangan gelombang 1019. Marfologi permukaan dari kolang- kaling bergelombang manjadi bentuk granula, puncak amorf makin berkurang dan munculnya puncak-puncak tajam yang menandakan adanya unsur yang terikat, dalam hal ini adalah unsur Na dan P.
Kata kunci: Arenga pinnata, Etanol, Ikat silang, Trinatrium Trimetafosfat
SYSTESIS CROSSLINKED POLYSACCARIDE SODIUM FROM POYSACCARIDE ARENGA PINNATA WITH TRISODIUM
TRIMETAPHOSPHAT AND FOR AEROGEL
ABSTRACT
The aerogel polysaccharide (Arenga pinnata Merr.) phosphate crosslinked is obtained in the form of granules through stirring at the solution-hydrogel-alkogel- aerogel stage, at 70%, 96% ethanol, and ethanol solvent exchange. Soft sugar palm polysaccharide powder obtained from the extraction of soft palm seeds using water anda ethanol. The powder obtained was analysed by FT-IR. The formation of the polysaccharide hydrogel of the crosslinked phosphate soft palm seeds through the following steps: First step, the addition of NaOH 2M into the polysaccharide hydrogel to pH=12 to activate the –OH group and the addition of trisodium trimethaphosphate at variations of 0,1 g, 0,25g, 0,5 g, and 1 g. The second stage is the formation of aerogel through a vacuum procces and using dry air. The characteristics of the polysaccharide aerogel of cross-linked phosphate palm sugar are: the formation of P-O at wave number 1019. The surface morphology of the corrugated ribs in the form of granules, amorphous peaks decreases and the appearance of sharp peaks that indicate the presence of bound elements, in this case is element Na and P.
Keywords : Arenga pinnata, Crosslinked, Etanol, Trisodium Trimetafosfat
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Sintesis polisakarida terikat silang fosfat dari polisakarida biji aren dengan trinatrium trimetafosfat dan pemanfaatannya sebagai bahan aerogel.Terimakasih penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Juliati Br. Tarigan, M.Si yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih kepada Ibu Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si dan Ibu Dr. Sovia Lenny, S.Si, M.Si selaku ketua program studi dan sekertaris program studi S1 Kimia FMIPA-USU Medan, dekan dan wakildekan FMIPA USU,seluruh staf dan dosen program studi S1 Kimia FMIPA USU, pegawai dan rekan-rekan kuliah. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua saya, ayah saya Bukhori, SH dan Ibu saya Dra.
Med, Vet Dasmaniar atas jasa beliau membesarkan, mendidik, mensupport, senantiasa mendoakan dan memeberikan dukungan baik moril dan materi hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan studi. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada adik-adik penulis: Taqwadin Abbas, Miftahul Fitri, Miftahul Jannah yang selalu memberikan doa, dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalasnya.
Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan.
Medan, Desember 2019
Ulfatun Maulida
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
DAFTAR SINGKATAN xi
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Permasalahan 3
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Pembatasan Masalah 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aerogel 4
2.2 Polisakarida 5
2.2.1 Manan 6
2.2.2 Galaktomanan 7
2.3 Tanaman Aren (Arenga Pinnata) 10
2.4 Biji Aren (kolang-kaling) 12
2.4.1 Polisakarida Biji Aren 13
2.5 Trinatrium Trimetafosfat (TMF) 14
2.6 Ikat Silang (Cross Link) 14
2.6.1 Galaktomanan Ikat Silang 15
2.7 Alat Vortex Mixer 15
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat 17
3.2 Alat dan Bahan 17
3.2.1 Alat 17
3.2.2 Bahan 18
3.3 Prosedur Penelitian 18
3.3.1 Penentuan Tekstur Biji Aren 18
3.3.2 Ekstraki Polisakarida dari Biji Aren Lunak 19 3.3.3 Sintesis Polisakarida Ikat Silang Fosfat Dari
Serbuk Polisakarida Biji Aren Lunak 19
3.3.4 Pembuatan Alkogel Dari Hidrogel Polisakarida
Ikat Silang Fosfat 19
3.3.5 Pembuatan Aerogel Dari Alkogel Polisakarida Ikat
Silang Fosfat 20
3.4 Bagan Penelitian 21
3.4.1 Pembuatan Serbuk Polisakarida Biji Aren Lunak 21 3.4.2 Pembuatan Larutan 0,1 g Trinatrium Trimetafosfat 22 3.4.3 Pembuatan Hidrogel, Alkogel, dan Aerogel
Polisakarida Ikat Silang Fosfat Tanpa Pengadukan 22 3.4.4 Pembuatan Hidrogel, Alkogel, dan Aerogel
Polisakarida Ikat Silang Fosfat dengan Pengadukan 23 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren 24
4.2 Hasil Ekstraksi Polisakarida dari Biji Aren Lunak 25 4.3 Hasil Sintesis Hidrogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat 27 4.4 Pembuatan Alkogel dari Hidrogel Polisakarida Ikat
Silang Fosfat
29 4.5 Pembuatan aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat 31
4.5.1 Hasil Analisa FT-IR Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat
31 4.5.2 Hasil Marfologi Permukaan SEM Ekstrak
Polisakarida dan Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat
34
4.5.3 Hasil Analisa XRD Ekstrak Polisakarida dan Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat
36
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 37
5.2 Saran 37
DAFTAR PUSTAKA 38
LAMPIRAN 41
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul Halaman
2.1 Jenis Galaktomanan Komersial 8
4.1 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren Keras 24 4.2 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren Sedang 24 4.3 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren Lunak 25 4.4 Hasil Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat
dengan Pengadukan
34 4.5 Hasil Analisis Gugus Fungsi Ekstrak Polisakarida
dan Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat
35
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Judul Halaman
2.1 Struktur Mannan (Manosa:Manosa) 6
2.2 Struktur Glukomanan (Glukosa:Manosa) 6
2.3 Struktur Galaktomanan (Galaktosa:Manosa) 7 2.4 Struktur Galaktoglukomanan (Galaktosa: Glukosa:
Manosa)
7 2.5 Struktur Galaktomanan (Galaktos:Manosa) 8
2.6 Foto Buah Kolang-kaling 11
2.7 Struktur Trinatrium Trimetafosfat 14
4.1 Spektrum FT-IR Serbuk Polisakarida
4.2 Foto Hidrogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat Silang Fosfat
27 4.3 Senyawa Galaktomanan Ikat Silang Fosfat 31 4.4 Foto Alkogel Polisakarida Biji Arenm Lunak Ikat
Silang Fosfat Tanpa Pengadukan
32 4.5 Foto Alkogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat
Silang Fosfat dengan Pengadukan
32 4.6 Foto Aerogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat
Silang Fosfat Tanpa Pengadukan (colaps)
33 4.7 Foto Aerogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat
Silang Fosfat dengan Pengadukan
33 4.8 Spektrum FT-IR Serbuk Polisakarida, Aerogel 0,1 g
TMF, Aerogel 0,25 g TMF, Aerogel 0,5 g TMF, dan Aerogel 1 g TMF
36
4.9 Hasil Analisa Marfologi Permukaan SEM Serbuk Polisakarida
37 4.10 Hasil Analisa Marfologi Permukaan SEM Aerogel
Polisakarida 1 g TMF
38 4.11 Difraktogram XRD dari Serbuk Polisakarida dan
Aerogel Polisakarida 1 g TMF
39
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
Judul Halaman
1 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren 45
2 Foto Serbuk Polisakarida Biji Aren 47
3 Gambar Alat Vortex 47
4 Aerogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat Silang Fosfat
47 5 Hasil Analisa FT-IR Serbuk Polisakarida dan
Serbuk Polisakarida Terikat Silang Fosfat
48 6 Foto Marfologi Permukaan SEM Serbuk
Polisakarida dan Aerogel Polisakarida Terikat Silang Fosfat
50
7 Hasil Analisa XRD Serbuk Polisakarida dan Aerogel Polisakarida Terikat Silang Fosfat
53
DAFTAR SINGKATAN
TMF = Trinatrium Trimetafosfat FT-IR = Fourier Transform-Infra Red SEM = Scanning Electron Microscopy XRD = X-Ray Difraction
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Aerogel diperoleh dari larutan gel (aquagel) dengan menggantikan air didalam matrik atau granula dengan udara. Aerogel tidak dapat dibuat dengan cara sederhana ataupun langsung melalui pengeringan larutan gel dengan udara kering (Fricke, 1985). Adapun tahapan pembuatan aerogel adalah hidrogel ke alkogel dan ke aerogel. Tahap hidrogel yaitu tahap pelarutan serbuk biji aren dalam medium air sehingga terbentuk seperti gelatin, pada tahap alkogel, dilakukan pertukaran pelarut air oleh alkohol, dan pada tahap akhir pembentukan aerogel dimana alkohol yang terikat dalam matriks ditukar dengan udara kering (De Marco et al., 2015).
Polisakarida yang memilki sifat terbiodegradasai dan keberlangsungan yang tinggi serta sifat aerogel yang memilki luas permukaan yang luas membuatnya menjadi material yang berkembang, dengan demikian dapat dieksploitasi sebagai pengadsorpsi zat-zat bioaktif untuk Control release dalam farmasi, aplikasi makanan dan enkapsulasi esensial oil untuk kemasan makanan yang bersifat bioaktif (Ghafar et al., 2017). Polisakarida alami yang telah diubah dalam bentuk aerogel sangat luas penggunaannya dalam bidang farmasi, karena tidak bersifat toksik, stabil dan dapat diperbaharukan (Garcia-Gonzalez et al., 2011). Hal ini disebabkan karena aerogel memiliki pori terbuka pada strukturnya dan luas permukaan yang besar (Smirnova et al., 2003).
Aerogel dapat berbentuk busa matrik dan granula, busa mikroselular yang berbahan dasar pati secara khusus berguna untuk enkapsulasi dan pelepasan senyawa-senyawa seperti penyedap, pewangi dan obat-obatan. Busa berbentuk granula dapat digunakan untuk mengikat minyak atau air dengan melepaskan aroma pada kondisi yang sesuai seperti bedak badan pada saat berkeringat atau pada air seni binatang (US Paten 5958589, 1999).
Akhir-akhir ini polisakarida telah diteliti kedalam bentuk aerogel sebagai prekursor berbasis bio untuk struktur berpori tiga dimensi yang ringan, misalnya aerogel yang diperoleh dari alginat, kitosan, galaktomanan guar, xyloglucan dari biji
polisakarida biji aren yang telah digunakan sebagai pengenkapsulasi vitamin E (Tarigan dan Barus, 2017). Peneliti sebelumnya juga telah membuat aerogel dari turunan polisakarida yaitu busa mikromolekul terikat silang glutaraldehida menggunakan teknik petukaran pelarut (Tahlawy et al., 2007). Mesopori aerogel guar galaktomanan dengan ikat silang enzim dan pengeringannya menggunakan metode superkritikal (Ghafar et al., 2017).
Polisakarida yang digunakan dalam penelitian ini adalah polisakarida biji aren yang bersumber dari endosperm biji aren yang sering dikenal sebagai kolang- kaling (biji aren setengah matang) (Mogea et al.,1991), Polisakarida tersebut berlimpah dialam dan penggunaannya masih terbatas hanya sebagai koktail dan kolak (Orwa et al., 2009). Polisakarida dari biji aren ini juga memiliki keunggulan karena dapat membentuk gel yang cukup tinggi yang memungkinkan untuk di aplikasikan kedalam bentuk aerogel (Tarigan dan Barus, 2017).
Adapun kandungan senyawa polisakaridanya adalah galaktomanan yang terdiri dari rantai utamanya linier yakni 1,4-β-D manopiranosil dengan residu galaktosa >
5% yang polisakarida larut air dengan perbandingan galaktosa : manosa = 1:1,33 sedangkan manan adalah polisakarida polisakarida yang rantai utamanya linier yakni 1,4-β-D manopiranosil dengan residu galaktosa < 5% yang merupakan polisakarida tak larut air (Tarigan, 2014; Bento et al., 2013; Aspinall, 1959). Polisakarida biji aren dalam bentuk ikat silang belum pernah diteliti menjadi aerogel. Zat pengikat silang yang digunakan adalah Trinatrium Trimetafosfat (TMF) karena tidak beracun dan telah digunakan di industi makanan.
Berdasarkan uraian diatas peneliti tertarik untuk mensintesis polisakarida ikat silang fosfat dari polisakarida biji aren lunak dan trinatrium trimetafosfat dengan katalis NaOH serta pengadukan menggunakan vorteks. Polisakarida ikat silang fosfat yang diperoleh dimodifikasi menjadi aerogel melalui tahapan hidrogel ke alkogel (dengan pertukaran pelarut etanol pada konsentrasi tertentu), selanjutnya ke alkogel dengan menggunakan vakum dan udara kering. Aerogel polisakarida biji aren ikat silang fosfat yang diperoleh di analisis dengan spektrofotometer FT-IR, SEM, dan XRD.
1.2 Permasalahan
Aerogel dari polisakarida dapat diperoleh dalam bentuk busa matrik ataupun granula yang dapat digunakan secara luas. Dengan demikian yang menjadi permasalahan adalah:
1. Bagaimana proses pembuatan aerogel polisakarida biji aren ikat silang fosfat 2. Bagaimana karakteristik aerogel polisakarida biji aren ikat siang fosfat
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk menentukan proses pembuatan aerogel polisakarida biji aren ikat silang fosfat
2. Untuk menentukan karakteristik aerogel polisakarida biji aren ikat siang fosfat
1.4 Pembatasan Masalah
Biji aren yang digunakan diambil di pasar tradisional Padang Bulan Medan.
Serbuk polisakarida dibuat dalam bentuk serbuk dan dari kolang-kaling bertekstur lunak. Variasi Trinatrium Trimetafosfat adalah: 0,1 g: 0,25 g: 0,5 g: dan 1 g.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai proses pembuatan aerogel dari polisakarida biji aren terikat silang fosfat beradasarkan variasi berat trinatrium trimetafosfat 0,1 g; 0,25 g; 0,5 g; 1 g, serta pergantian pelarut etanol 70%, 96%, etanol p.a. Dimana aerogel yang berbentuk matrik dan granula berguna untuk enkapsulasi dan pelepasan senyawa-senyawa seperti penyedap, pewangi dan obat-obatan.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aerogel
Material organik yang dapat dimodifikasi menjadi absorben ataupun superabsorben adalah dalam bentuk aerogel. Aerogel adalah material padatan ultra- pori yang memperlihatkan volume pori yang besar (porositas 90%), sehingga menjadikannya bahan yang sangat ringan dengan hanya 1-15% terdiri dari padatan, serta memiliki surface area yang besar (ratusan m2/g) dan densitas bulk yang rendah.
Material ini dapat dipreparasi sebagai powder, bongkahan (chunk), lapis tipis (thin film) atau monolith dengan ukuran puluhan cm2, opaque (buram/ tak tembus cahaya), translucent (tembus cahaya) atau transparan terhadap sinar.
Walaupun kebanyakan aerogel masih diproduksi dari silika, aerogel dapat juga diproduksi dari metal oksida, karbon, ataupun polimer sintetis tertentu. Aerogel terbentuk dari nanopartikel yang terikat satu sama lain membentuk rantai dan struktur 3 dimensi yang stabil, jarak antar titik temu rantai dalam struktur berkisar pada 10-100 nm. Berdasarkan sifat struktural tersebut, aerogel telah banyak diketahui sebagai insulator termal, superkapasitor, media penyimpanan gas, dan berfungsi sebagai inti densitas rendah pada struktur atau sebagai tempat untuk pengendapan nano partikel anorganik (Liebner et al., 2008).
Berdasarkan ukuran pori-pori yang utama, IUPAC mengklasifikasikan material berpori menjadi 3 kelas:
a. mikropori, dengan ukuran pori <2,0 nm b. mesopori, dengan ukuran pori 2-50 nm
c. makropori, dengan ukuran pori >50 nm (Arika et al., 2017).
Kemampuan absorpsi suatu zat dipengaruhi oleh luas permukaan, baik itu permukaan luar maupun permukaan dalam pada pori-pori suatu padatan, semakin besar luas permukaan suatu padatan, semakin besar kemampuan absorpsinya.
Semakin kecil ukuran suatu padatan, dengan jumlah berat yang sama dibandingkan dengan padatan yang sama yang memiliki ukuran yang lebih besar, lebih luas permukaan padatan yang memiliki ukuran yang lebih kecil. Semakin banyak jumlah pori-pori suatu padatan semakin luas permukaannya. Zat absorpsi yang baik adalah
zat yang memiliki luas permukaan yang besar, yaitu yang memiliki banyak pori-pori dan ukurannya kecil (Adebajo et al., 2003).
Aerogel telah dapat dibentuk dengan cara merendam alkogel kedalam etanol pada konsentrasi 30%, 70%, 90% dan 100% secara bertahap, agar etanol dapat menggantikan air didalam struktur pori-pori gel (De Marco et al., 2015) dan agar dapat menaikkan viskositas dengan cepat (Ghafar et al., 2017).
2.2 Polisakarida
Kebanyakan tumbuh-tumbuhan memiliki cadangan polisakarida yang secara biologis tidak memiliki fungsi apapun terkecuali sebagai cadangan sumber karbon untuk bertumbuh. Tumbuhan dari famili Poaceae seperti misalnya gandum, padi, maize dan lainnya memiliki cadangan polisakarida. Polisakarida adalah suatu molekul besar yang terbentuk dari ratusan molekul gula sederhana yang berikatan satu sama lain. Beberapa polisakarida yang penting adalah pati, selulosa dan glikogen. Susunan dan fungsi suatu polisakarida ditentukan oleh jumlah monomer gula dan posisi ikatan glikosidiknya. Polisakarida bukan pati (Non Starch Polysaccharides), terdiri atas 3 kelompok besar yakni selulosa, polimer non selulosa, dan pektik polisakarida. Polimer non selulosa ini terdiri dari arabinoxylan, glukan, mannan, araban, galaktan dan xyloglukan (Laberge, 2008).
Polisakarida adalah senyawa yang molekul-molekulnya mengandung banyak satuan monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida. Hidrolisis akan mengubah suatu polisakarida menjadi monosakarida (Fessenden, 1986). Polisakarida diklasifikasikan berdasarkan fungsi, struktur, jenis monosakarida dan posisi ikatan glikosidik serta konfigurasi ikatan glikosidik α dan β juga ada tidaknya substituen non karbohidrat. Polisakarida memiliki fungsi yang berbeda-beda tergantung dari bentuk penyusunnya. Semua polisakarida sukar larut dalam air dan tidak mereduksi pereaki Fehling, Benedict, atau Tollens. Sejumlah polisakarida lain eksis dalam berbagai sumber alam. Beberapa diantaranya strukturnya berhubungan dengan selulosa atau pati, amilum, lainnya memiliki struktur-struktur lain yang unik.
Glikogen yang merupakan suatu polimer dengan berat molekul tinggi, yang strukturnya sangat mirip dengan amilopektin, meskipun lebih bercabang. Suatu polisakarida berat molekul tinggi yang disintesis dari unit-unit glukosa yang
terhubung melalui karbon 1 dan 6 oleh ikatan-ikatan α, dan dengan cabang rantai melalui karbon 1 dan 3.
Berdasarkan fungsinya, polisakarida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polisakarida simpanan dan polisakarida struktural. Polisakarida simpanan berfungsi sebagai materi cadangan yang ketika dibutuhkan akan dihidrolisis untuk memenuhi kebutuhan gula bagi sel, yang tergolong polisakarida simpanan antara lain adalah pati, glikogen dan dekstrin. Polisakarida struktural berfungsi sebagai materi penyusun dari suatu sel atau keseluruhan organisme. Struktur dan fungsi suatu polisakarida ditentukan oleh jumlah monomer gula dan posisi ikatan glikosidiknya, yang tergolong polisakarida struktural adalah selulosa dan kitin.
2.2.1 Mannan
Manan merupakan polisakarida yang banyak ditemukan di alam serta sumber yang murah untuk produksi manosa dan manooligosakarida. Manan dengan komponen utama D-manosa merupakan bahan penting dalam industri pangan dan pakan. Manan merupakan komponen utama penyusun hemiselulosa yang dapat diklasifikasikan menjadi 4 subfamili: manan, glukomanan, galaktomanan, galaktoglukomanan. Masing-masing polisakarida tersebut tersusun atas ikatan β-1-4 yang terdiri dari manosa atau kombinasi glukosa dan galaktosa. Manan dapat dihidrolisis menjadi manosa maupun manooligosakarida (Sigres dan Sutrisno, 2013).
O H
O
H HO
OH
H H H
O OH
O H
H HO
OH
H H H
OH
*
n
Gambar 2.1 Struktur Manan (Manosa:Manosa)
O H
O
H HO
H
H H OH
O OH
O H
H HO
OH
H H H
OH
*
n
Gambar 2.2 Struktur Glukomanan (Glukosa:Manosa)
O OH
H
H HO
H
H OH H
OH
O H
O
H HO
OH
H H H
O OH
O H
H HO
OH
H H H
O
n
Gambar 2.3 Struktur Galaktomanan (Galaktosa:Manan)
O OH
H
H HO
H
H OH H
OH
O H
O
H HO
H
H H OH
O OH
O H
H HO
OH
H H H
O
n
Gambar 2.4 Struktur Galaktoglukomanan (Galaktosa:Glukosa:Manosa) 2.2.2 Galaktomanan
Galaktomanan adalah salah satu bagian dari polisakarida, yang secara khusus dihasilkan dari tanaman jenis Leguminaceae. Butiran benih, yang menghasilkan galaktomanan pada umumnya tumbuh dari tanaman legume di daerah yang semi kering di dunia. Biosintesis galaktomanan adalah proses fotosintesis yang terjadi pada banyak tanaman legum. Proses in vitro ini dikatalisis oleh enzim tertentu (Mathur, 2012). Struktur dasar yang membangun galaktomanan adalah galaktosa dan manosa (Srivastava dan Kapoor, 2005).
Galaktomanan adalah suatu polimer yang mengandung unit mannopiranosa dengan ikatan β (1-4) dan unit galaktopiranosa dengan ikatan α (1-6) dan memiliki berat molekul 106. Polimer ini cukup panjang dan dapat meningkatkan viskositas larutan, oleh karena itu biasanya digunakan sebanyak 1% atau kurang pada makanan (Fennema dan Kaur, 2010) tidak dapat dihidrolisis oleh enzim yang disekresikan oleh kelenjar saliva dan pankreas, sehingga bersifat resisten terhadap pencernaan
manusia. Namun bakteri yang terdapat pada usus besar mampu menghidrolisis serat dan menghasilkan asam lemak rantai pendek sebagai metabolit (Jalili et al., 2001).
Berikut adalah struktur galaktomanan (Galaktosa:Manosa).
O HO
H
H HO
H
H OH H
OH
O H
O
H HO
OH
H H H
O OH
O H
H HO
HO
H H H
O
n
Gambar 2.5 Struktur Galaktomanan (Galaktosa:Manosa)
Galaktomanan memiliki bentuk cis-hidroksil pada cabang gula, mempunyai afinitas yang lebih tinggi dalam air, dibandingkan selulosa dan pati, yang polimer glukosanya membentuk trans-hidroksil. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan dari 163 spesies tumbuhan dari keluarga legumeini, 119 diantaranya menyimpan cadangan polisakaridanya dalam bentuk galaktomanan (Mathur, 2012).
Galaktomanan yang diperoleh dari masing masing tanaman yang berbeda memiliki kadar yang berbeda misalnya galaktomanan yang diperoleh dari ampas kelapa sebesar 20 % (Zultiniar et al., 2009). Pada kolang kaling 4,58% (Tarigan, 2012). Sedangkan pada Fenugreek kadar galaktomanan berkisar 25 –30% (Mathur and Mathur, 2005).
Tabel 2.1 Jenis Galaktomanan Komersial
Galaktomanan Sumber Tanaman Rasio M-G
Guar Gum Guar Plant 2 : 1
Fenugreek Gum Fenugreek Plant 1: 1
Locust bean gum Carob Tree 4 : 1
Tara gum Tara shrub 3 : 1
Cassia tora gum Cassia tora 5 : 1
Cassia tora gum Sesbaniabisipinosa 2 : 1
Sumber: Mathur, 2012.
Rasio manosa dan galaktosa tergantung pada sumber galaktomanan tersebut dan umumnya berkisar pada 1,1 sampai dengan 5,0. Galaktomanan dengan kandungan galaktosa yang besar umumnya mudah larut dalam air dan kecenderungannya untuk membentuk gel sangat rendah dibandingkan galaktomanan dengan rasio galaktosa yang rendah. Kelarutan yang sangat tinggi tersebut oleh banyaknya rantai cabang sehingga rantai manosa menjadi sukar untuk berinteraksi secara intermolekuler (Srivastava et al., 2005).
Tingkat kekentalan galaktomanan bila dilarutkan dalam air sangat tergantung pada ukuran molekulnya dan bila ditambahkan polisakarida lainnya seperti xantan maka akan terbentuk gel (Morris et al., 1977). Kelebihan utama dari galaktomanan ini dibandingkan polisakarida lainnya adalah kemampuannya untuk membentuk larutan yang sangat kental dalam konsentrasi yang rendah dan hanya sedikit dipengaruhi oleh pH, kekuatan ionik dan pemanasan.
Viskositas galaktomanan juga sangat konstan sekali pada kisaran pH 1 –10,5 yang kemungkinan disebabkan oleh karakter molekulnya yang bersifat netral.
Namun demikian apabila galaktomanan akan mengalami degradasi pada kondisi yang sangat asam atau basa pada suhu tinggi. Sifat fisik kimia galaktomnan dapat dikarakterisasi dengan menggunakan beberapa peralatan dan teknik yang berbeda.
Parameter-parameter yang penting dalam karakterisasi galaktomanan adalah perbandingan manosa dan galaktosa, berat molekul rata-rata, bentuk struktur dan viskositas intrinsiknya. Rasio manosa dan galaktosa dapat ditentukan dengan menggunakan kromatografi gas atau dengan kromatografi pertukaran anion tekanan tinggi setelah terlebih dahulu dihidrolisis dengan menggunakan asam.
Berat molekulnya dapat ditentukan dengan menggunakan size exclusion chromatography sedangkan distribusi galaktosa pada rantai manannya dapat dikarakterisasi dengan menggunakan spektroskopi 13 C-NMR atau dengan menggunakan metode enzimatis dengan enzim β-D-mannanase yang akan mendegradasi galaktomanan secara spesifik. Viskositas intrinsik dapat ditentukan dengan menggunakan viskometer kapiler dan persamaan Huggins dan Kramer’s untuk menentukan viskositasnya (Cerqueira et al., 2009).
Ada berbagai sumber galaktomanan dan berbagai bentuk aplikasi dalam
polisakarida berperan dalam modifikasi obat sebagai bahan matriks atau pelapis.
Pada industri makanan, galaktomanan biasa dipakai sebagai penggumpal. Pada industri es krim galaktomanan digunakan untuk membuat es agar tidak cepat mencair. Selain itu galaktomanan juga digunakan oleh industri pembuatan keju, buah kalengan, dan bumbu salad (Zultiniar et al., 2009).
Di Finlandia galaktomanan direkomendasikan sebagai salah satu obat untuk mengatasi hiperlipidemia (kadar lemak darah tinggi). Seperti dikutip Duodecim Medical Publication Finlandia, galaktomanan efektif menangkap lemak dan mengubahnya menjadi gumpalan-gumpalan dan dibuang bersama feses. Di dalam tubuh, galaktomanan menghidrolisis enzim amilase untuk memperlambat penyerapan gula (Zultiniar et al., 2009). Hasil penelitian membuktikan bahwa galaktomanan dapat mengurangi 54% kadar gula pada urine penderita diabetes. Selain itu, ia juga menurunkan respon insulin terhadap makanan dan memperlambat penyerapan karbohidrat, sehingga kadar glukosa darah tetap normal. Oleh sebab itu, galaktomanan juga berkhasiat bagi penderita diabetes. Galaktomanan digunakan di daerah usus tertentu sebagai penghantar obat yang berawal dari proses degradasi enzimatik dalam usus besar manusia (Kabir et al., 1998).
2.3 Tanaman Aren (Arenga pinnata)
Pohon aren atau enau dahulu dikenal dengan nama botani Arenga saccharifera, sekarang lebih banyak dipustakakan dengan nama Arenga pinnata Merr (Ramadani, 2008). Pohon aren atau enau (Arenga pinnata Merr.) juga merupakan salah satu jenis tumbuhan palma yang memproduksi buah, nira dan pati atau tepung di dalam batang. Hampir semua bagian pohon aren bermanfaat dan dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan, mulai dari akar, batang, daun, ijuk, maupun hasil produksinya yaitu nira, pati/ tepung dan buah (Sunanto, 1993).
Pohon aren (Arenga pinnata) dapat tumbuh dengan baik di daerah beriklim sedang pada ketinggian 500 hingga 800 meter di atas permukaan dengan kondisi tanah yang beragam jika tidak terlalu asam dengan curah hujan 1200 mm per tahun (Iswanto, 2009). Aren termasuk kelompok tumbuhan monokotil. Batangnya berdiameter sampai dengan 70 cm dengan tinggi mencapai 5-15 m, kadang-kadang tinggi mencapai 20 m (Henderson, 2009). Daunnya majemuk dengan panjang sampai dengan 5.5 m dan anak daun panjang 130-150 cm dengan lebar 5-8 cm, bagian
bawah pangkal pelepah daun ditumbuhi ijuk, dan berwarna hitam. Mesocarp adalah kulit luar buah, pada buah yang muda berwarna hijau, sedangkan yang matang fisiologis berwarna kuning kecoklatan. Sedangkan endocarp adalah lapisan berwarna hitam yang membungkus daging buah.
Buah aren terbentuk dari penyerbukan bunga jantan pada bunga betina.
Penyerbukan aren diduga tidak dilakukan oleh angin tetapi oleh serangga. Apabila proses penyerbukan berjalan baik maka akan dihasilkan buah yang lebat. Buah aren tumbuh bergelantungan pada tandan yang bercabang dengan panjang sekitar 90 cm.
Untuk pohon aren yang pertumbuhannya baik, bisa terdapat 4-5 tandan buah. Tandan bunga betina aren hanya menghasilkan sedikit nira, oleh sebab itu tidak disadap dan dibiarkan tumbuh dan membentuk buah.
Aren termasuk suku Arecaceae (pinang-pinangan). Dimana klasifikasi dari tanaman aren adalah sebagai berikut :
Kingdom : Plantae
Devisi : Mangnoliophyta Kelas : Liliopsida Ordo : Arecidae Family : Arecaceae Genus : Arenga
Spesies : Arenga pinata Merr (Sunanto, 1993).
Gambar 2.6 Foto Buah Kolang-kaling Bagian-bagian dari buah aren terdiri dari :
1. Kulit luar, halus berwarna hijau pada waktu masih muda, dan menjadi kuning setelah masak.
2. Daging buah, berwarna putih kekuning-kuningan.
3. Kulit biji, berwarna kuning dan tipis pada waktu masih muda, dan berwarna hitam yang keras setelah buah masak.
4. Endosperm, berbentuk lonjong agak pipih berwarna putih agak bening dan lunak pada waktu buah masih muda dan berwarna putih, padat atau agak keras pada waktu sudah masak.
2.4 Biji Aren (Kolang-kaling)
Pohon aren yang sudah tua menghasilkan buah, dan buah aren yang diperoleh dapat dijadikan kolang-kaling. Buah aren yang tepat untuk dijadikan kolang-kaling adalah setengah matang dengan ciri-ciri kulit biji buahnya tipis, lembek dan berwarna kuning, inti biji (endosperm) berwarna putih agak bening dan kenyal, inti biji inilah yang diolah menjadi kolang-kaling. Untuk mendapatkan inti biji perlu dilakukan perlakuan khusus yaitu buah dibakar atau direbus untuk menghilangkan getah (Sunanto, 1993).
Buah aren merupakan buah buni, yaitu buah yang berair tanpa dinding dalam yang keras. Buah aren yang setengah masak, kulit bijinya tipis, lembek dan berwarna kuning. Inti biji (endosperm) berwarna putih agak bening dan lunak. Endosperma buah aren berupa protein albumin yang lunak dan putih seperti kaca kalau masih muda (Soeseno, 1992). Buah yang masih muda adalah keras dan melekat sangat erat pada untaian buah, sedangkan buah yang sudah masak daging buahnya agak lunak.
Daging buah aren yang masih muda mengandung lendir yang sangat gatal jika mengenai kulit karena lendir ini mengandung asam oksalat. Buah yang setengah masak dapat dibuat kolang-kaling. Kolang-kaling adalah endosperm biji buah yang berumur setengah masak setelah melalui proses pengolahan. Setelah menjadi kolang- kaling maka benda ini menjadi lunak, kenyal dan bewarna putih agak bening (Sunanto, 1993).
Kolang-kaling memiliki kandungan mineral yang tinggi seperti kalsium, besi dan fosfor yang sangat berkhasiat menjaga tubuh tetap bugar dan sehat. Kandungan serat dan mineral dalam setiap 100 g kolang-kaling yaitu energi 27 kkal, protein 0,4 gram, lemak 0,2 g, karbohidrat 6 g, serat 1,6 g, kalsium 91 mg, fosfor 243 mg dan zat besi 0,5 mg serta kadar air mencapai 94% (Juilianto, 2014). Selain itu, kolang-kaling juga memiliki kandungan potasium, besi, kalsium, vitamin A, vitamin B, vitamin C, dan gelatin yang dapat dicerna oleh tubuh dan berfungsi untuk mensintesa kolagen.
Kolang-kaling mengandung albumin hingga 60% dan kadar abu sekitar 1 g dan serat kasar 0,95 g (Lempang, 2012). Kolang-kaling memiliki kadar air sangat tinggi mencapai 93,6% disamping juga mengandung protein 2,344%, karbohidrat 56,571%
serat kasar 10,524% (Tarigan et al., 2009).
Serat kolang-kaling dan serat dari bahan makanan lain yang masuk kedalam tubuh dapat melancarkan proses pembuangan air besar teratur sehingga dapat mencegah kegemukan (obesitas), penyakit jantung koroner, kanker usus, dan penyakit kencing manis. Selain itu, kandungan karbohidrat dapat memberikan rasa kenyang bagi yang mengkonsumsinya dan menghentikan nafsu makan atau konsumsi makanan jadi menurun, sehingga dapat dikonsumsi sebagai makanan diet. Buah kolang-kaling mengandung pula senyawa hidrokoloid yaitu polisakarida galaktomanan, yang termasuk senyawa hidrokoloid alam. Hidrokoloid dapat berupa protein (kolagen, gelatin, protein kacang kedelai, corn zein, dan wheat gluten) atau polisakarida serta turunannya. Istilah hidrokoloid merupakan kependekan dari koloid hidrofilik, yang digunakan untuk menyebut bahan yang bersifat koloid dan di dalam pelarut yang sesuai dapat membentuk gel, larutan atau suspensi kental pada konsentrasi yang sangat rendah.
2.4.1 Polisakarida Biji Aren
Tumbuhan lainnya dari keluarga legume memiliki cadangan polisakarida dalam bentuk galaktomanan. Galaktomanan adalah salah satu bagian dari polisakarida, yang secara khusus dihasilkan dari tanaman jenis Leguminaceae.
Butiran benih, yang menghasilkan galaktomanan pada umumnya tumbuh dari tanaman legume di daerah yang semi kering di dunia. Biosintesis galaktomanan adalah proses fotosintesis yang terjadi pada banyak tanaman legum. Proses in vitro ini dikatalisis oleh enzim tertentu (Mathur, 2012).
Galaktomanan ini sering disebut dengan galaktomanan kolang-kaling, yang merupakan suatu polimer galaktomanan yang terdiri dari rantai utama linier β (1-4) manosa dan memiliki cabang galaktosa yang terikat pada α (1-6) dan memiliki berat molekul 106. Polimer ini cukup panjang dan dapat meningkatkan viskositas larutan, oleh karena itu biasanya digunakan sebanyak 1% atau kurang pada makanan (Fennema et al., 2010) dan tidak dapat dihidrolisis oleh enzim yang disekresikan
manusia. Namun bakteri yang terdapat pada usus besar mampu menghidrolisis serat dan menghasilkan asam lemak rantai pendek sebagai metabolit (Jalili et al., 2001).
Galaktomanan kolang-kaling memiliki keunikan dibanding dengan galaktomanan lain, yakni memiliki perbandingan manosa:galaktosa 4:3 dan memiliki sifat antioksidan dengan IC sebesar 20,45 mg/mL. Senyawa poligalaktomanan yang lain seperti guar gum memiliki perbandingan manosa:galaktosa sebesar 2:1.
Perbandingan manosa:galaktosa sangat mempengaruhi kelarutan galaktomanan dan sifat mengembangnya (Tarigan, 2014).
2.5 Trinatrium Trimetafosfat (TMF)
Salah satu pengikat silang dari senyawa fosfat adalah Trinatrium Trimetafosfat yang digunakan untuk mereduksi sifat mengembang guar gum.
Trinatrium Trimetafosfat merupakan suatu pengikat silang yang tidak bersifat racun.
Pada pH basa, senyawa kompleks ester di-polimer fosfat dibentuk dari guar gum dan Trinatrium Trimetafosfat yang mengalami reaksi ikat silang. Sifat mengembang pada polimer yang terikat silang menurun secara jelas (29-35 kali lipat) (Gowda et al., 2012).
O
O P
O O
O P P O
ONa ONa
ONa
Gambar 2.7 Struktur Trinatrium Trimetafosfat 2.6 Ikat Silang (Cross Link)
Ikat silang merupakan metode lain yang dapat digunakan untuk memodifikasi polisakarida selain asetilasi. Prinsip dengan menggunakan metode ikat silang hampir sama dengan metode asetilasi yaitu sama-sama mengganti gugus OH- dengan gugus fungsi yang lain. Pada metode ikat silang gugus OH- diganti dengan gugus eter, gugus ester, atau gugus fosfat. Cara pembentukan ikat silang secara fisik yaitu dengan interaksi hidrofobik, interaksi muatan dan dengan pembentukan ikatan hidrogen. Metode ikat silang kimia meliputi polimerisasi radikal, reaksi kimia dari gugus komplementer, energi tinggi iradiasi dan penggunaan enzim. Pada ikat silang
kimia dibutuhkan agen pengikat silang yang mungkin dapat bereaksi dengan zat-zat lainnya (Berg et al., 2010).
Reaksi ikat silang pada umumnya dipengaruhi oleh ukuran bahan pengikat silang. Jika ukuran molekul pengikat silang semakin kecil, maka reaksi ikat silang akan semakin cepat, karena proses difusi dalam larutan semakin mudah. Beberapa jenis zat pengikat silang yang dapat dipakai adalah Mononatrium Fosfat, Natrium Trimetafosfat, Natrium Tripolifosfat, Epichlorohydrin, dan Phosphoryl Cloride (Mao Gui-Jie, 2006).
2.6.1 Galaktomanan Ikat Silang
Galaktomanan ikat silang saat ini semakin dikembangkan sebagai bahan yang digunakan untuk membawa obat ke bagian usus yang bermasalah. Kemampuan mengembang dari suatu galaktomanan didalam cairan gastrointestinal menurun dari 100-200 kali menjadi 10-35 kali tergantung jumlah bahan pengikat silang yang digunakan. Galaktomanan akan kehilangan sifat non-ioniknya disebabkan oleh proses ikat silang menjadi bermuatan negatif (Rana et al., 2011).
Sifat dari galaktomanan ikat silang tergantung dari densitas pengikat silang yang digunakan, yaitu perbandingan mol bahan pengikat silang dan mol dari unit polimer yang berulang. Selain itu, nilai kritis dari ikat silang yang terjadi per rantai diperlukan untuk membentuk suatu jaringan polimer. Modifikasi kimia pada galaktomanan pada umumnya untuk mengurangi sifat mengembangnya (swelling).
Modifikasi galaktomanan, seperti guar gum, masih dikembangkan dengan mereaksikan guar gum dengan senyawa fosfat, borax, glutaraldehida, dan enzim pendegradasi (Kabir et al., 2000).
2.7 Alat Vortex Mixer
Vortex mixer adalah alat instrumen ideal untuk pencampuran suspense pada tabung atau mengaduk larutan dalam tabung reaksi sampai benar-benar homogen.
Kekuatan vortex dihubungkan dengan pertukaran fluida antara alur dan saluran dan transport momentum osilasi melintasi shear layer (Nishimura et al., 2001).
Pada aliran fluida berdenyut di dalam saluran beralur melintang, vortex utama muncul dalam alur pada dinding bagian bawah saluran selama fasa deselerasi dan suatu vortex tambahan dibangkitkan dekat dinding rata pada bagian atas saluran.
Proses pengisian dan pengosongan vortex utama menimbulkan pertukaran fluida antara alur dan saluran (Nishimura et al., 1997).
BAB 3
METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan mulai bulan Agustus 2018 hingga bulan Januari 2019 di Laboratorium Kimia Organik FMIPA USU. Pengukuran tekstur kolang-kaling dilakukan di Laboratorium Ilmu Teknologi Pangan FP-USU Medan. Analisis morfologi permukaan dengan SEM (Scanning Electron Microscopic) di Mabes Polri Jakarta Timur, analisa XRD dilakukan di Laboratorium Fisika ITS dan analisa perubahan gugus fungsi dengan spektrofotometer FT-IR di Laboratorium Kimia Organik UNP.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
- Pisau - Telenan
- Blender Panasonic
- Toples
- Beaker Glass 1000 mL Pyrex
- Plastic - Karet - Saringan - Alat Vakum - Desikator - Aluminium Foil - Cawan Petri - Sample Cup
- Neraca Analitis Shimadzu
- Beaker Glass 250 mL Pyrex
- Magnetic Bar
- Hotplate Stirer Ika
- Gelas Ukur 10 mL Pyrex
- Batang Pengaduk - Pipet Tetes
- Tabung Reaksi 100 mL Pyrex
- Alat Vortex Beaco
- Jam
- Labu Takar 250 mL Pyrex
- Scanning Electron
Microscope Hitachi
- Spektrofotometer FT-IR Perkin Elmer
- Penetrometer 3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
- Biji Aren - Air Suling
- Etanol Teknis
- Etanol p.a Merck
- Etanol 70%
- Etanol 96%
- Trinatrium Trimetafosfat
- NaOH 2 M Merck
- Silika Gel Merck
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Penentuan Tekstur Biji Aren
Pengambilan sampel biji aren yang diukur dilakukan dengan teknik random berstrata (Stratified random Sampling). Pengukuran tekstur dilakukan secara objektif menggunakan alat penetrometer. Sampel yang telah disiapkan ditusuk pada empat titik dengan menggunakan alat penetrometer precition yang diberi tekanan 250 g dengan skala 1/10 mm selama 10 detik. Nilai tekstur dapat dibaca pada skala yang ditunjukkan oleh jarum petunjuk, keempat nilai tersebut dirata-ratakan. Dihitung nilai tekstur dengan rumus seperti dibawah ini (Sitorus, 2001).
3.3.2 Ekstraksi Polisakarida dari Biji Aren Lunak
Sebanyak 100 g biji aren lunak dibersihkan dan dirajang tipis-tipis, kemudian diblender selama 3 menit dengan penambahan air suling 250 mL. Larutan kental yang diperoleh direndam dengan etanol pada perbandingan 1:2, didiamkan selama 48 jam kemudian disaring, residu yang diperoleh direndam dalam alkohol 96% selama 48 jam, selanjutnya disaring, residu yang diperoleh direndam berturut-turut dengan etanol teknis dan etanol p.a selama 24 jam. Residu hasil rendaman dikeringkan dan dimasukkan kedalam desikator hingga berat konstan. Serbuk biji aren yang diperoleh dianalisis dengan spektrofotometer FT-IR, SEM dan XRD.
3.3.3 Sintesis Polisakarida Ikat Silang Fosfat Dari Serbuk Polisakarida Biji Aren Lunak
Sebanyak 0,5 g serbuk biji aren lunak dan 50 mL aquadest diaduk dengan pengaduk magnet hingga larut sempurna. Kemudian ditambahkan NaOH 2 M sampai pH 12. Kemudian ditambahkan larutan TMF (0,1 g TMF yang terlebih dahulu dilarutkan dalam 5 mL air deionisasi per 2 menit sekali sebanyak 1 mL sambil diaduk menggunakan vortex selama 60 menit hingga terbentuk larutan hidrogel polisakarida ikat silang fosfat. Kemudian dilakukan prosedur yang sama untuk variasi TMF 0,25 g: 0,5 g: dan 1 g.
3.3.4 Pembuatan Alkogel Dari Hidrogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat Alkogel dibuat dengan 2 cara yaitu:
1. Pembuatan alkogel polisakarida ikat silang fosfat tanpa pengadukan
Hidrogel polisakarida ikat silang fosfat yang telah didapat dimasukkan kedalam beaker glass, kemudian dilakukan pertukaran pelarut menggunakan etanol 70%, etanol 96%, dan etanol p.a sampai terbentuk slab. Proses pertukaran pelarut dilakukan secara perlahan-lahan agar hidrogel tidak rusak dan tetap mengikuti bentuk tempatnya, dan direndam masing-masing selama 48 jam. Perubahan fisik berubah menjadi bentuk lebih putih dan mengambang dipermukaan, yang menandakan bahwa alkohol telah tersubstitusi kedalam slab alkogel.
2. Pembuatan alkogel polisakarida ikat silang fosfat dengan pengadukan
Hidrogel polisakarida ikat silang fosfat yang telah didapat dimasukkan kedalam
96%, dan etanol p.a sambil diaduk secara perlahan agar tidak menggumpal dan membentuk serat dengan sempurna. Proses pertukaran pelarut masing-masing dilakukan selama 48 jam. Perubahan fisik yang terjadi adalah serat menjadi lebih putih dan mengambang ke permukaan, yang menandakan bahwa alkohol telah tesubstitusi kedalam matrik.
3.3.5 Pembuatan Aerogel Dari Alkogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat
Alkogel polisakarida ikat silang fosfat yang diperoleh dipisahkan dari perendaman pelarut yang terakhir. Kemudian dimasukkan kedalam desikator yang telah dilengkapi dengan silikagel. Untuk menghilangkan pelarut yang masih terikat pada alkogel maka dilakukan proses vakum secara berulang-ulang kemudian dimasukkan udara kedalam desikator. Aerogel yang diperoleh ditimbang dan dikarakterisasi dengan analisa FT-IR, SEM, dan XRD.
3.4 Bagan Penelitian
3.4.1 Pembuatan Serbuk Polisakarida Biji Aren Lunak
100 g biji aren
diris tipis-tipis
diblender selama 3 menit dengan penambahan air suling sebanyak 250 mL direndam dengan etanol perbandingan 1:2
didiamkan selama 48 jam disaring
Filtrat Residu
direndam dengan alkohol 96%
didiamkan selama 48 jam disaring
Filtrat Residu
direndam dengan etanol teknis didiamkan selama 48 jam disaring
Filtrat Residu
direndam dengan etanol p.a didiamkan selama 24 jam disaring
Filtrat Residu
dikeringkan
dikarakterisasi
dimasukkan kedalam desikator hingga berat konstan
Hasil
Analisa FT-IR Analisa SEM Analisa XRD
3.4.2 Pembuatan Larutan 0,1 g Trinatrium Trimetafosfat 0,1 g Trinatrium Trimetafosfat
dimasukkan kedalam beaker glass ditambahkan 5 mL aquadest diaduk hingga homogen Hasil
NB : Dilakukan perlakuan yang sama untuk 0,25 g ; 0,5 g ; dan 1 g Trinatrium Trimetafosfat
3.4.3 Pembuatan Hidrogel, Alkogel, dan Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat Tanpa Pengadukan
0.5 g serbuk polisakarida
dimasukkan kedalam beaker glass ditambahkan 50 mL air deionisasi diaduk hingga larut sempurna
ditambahkan NaOH 2M secara perlahan-lahan hingga pH 12 dituang kedalam tabung reaksi
diaduk menggunakan vortex selama 60 menit
diteteskan larutan 0,1 g trinatrium trimetafosfat sebanyak 1 mL per 2 menit sekali
dituang kedalam beaker glass
direndam berturut-turut dengan etanol 70%, 96%, dan etanol p.a selama 48 jam
dikeringkan
dimasukkan kedalam desikator ditimbang hasil
dikarakterisasi Hasil
Analisa FT-IR Analisa SEM Analisa XRD
3.4.4 Pembuatan Hidrogel, Alkogel, dan Aerogel Polisakarida Ikat Silang Fosfat dengan Pengadukan
0.5 serbuk polisakarida
dimasukkan kedalam beaker glass ditambahkan 50 mL air deionisasi diaduk hingga larut sempurna
ditambahkan NaOH 2M secara perlahan-lahan hingga pH 12 dituang kedalam tabung reaksi
diaduk menggunakan vortex selama 60 menit
diteteskan larutan 0,1 g trinatrium trimetafosfat sebanyak 1 mL per 2 menit sekali
dituang kedalam beaker glass
direndam berturut-turut dengan etanol 70%, 96%, dan etanol p.a selama 48 jamsambil diaduk perlahan-lahan dikeringkan
dimasukkan kedalam desikator ditimbang hasil
dikarakterisasi Hasil
Analisa FT-IR Analisa SEM Analisa XRD
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren
Penentuan tekstur biji aren dilakukan dengan menghitung nilai rata-rata dari nilai tekstur biji aren tersebut yang dilakukan secara objektif menggunakan alat penetrometer yang ditusukkan pada empat titik dari biji aren yang diberi tekanan 250 g, dengan skala 1/10 mm selama 10 detik. Adapun hasil dari tekstur biji aren tersebut ditunjukkan pada tabel 4.1, tabel 4.2 dan tabel 4.3
Tabel 4.1 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren Keras
Sampel Kiri (g/mm)
Kanan (g/mm)
Atas (g/mm)
Bawah (g/mm)
Nilai Tekstur (g/mm)
1 89 73 70 71 0,330
2 87 101 107 106 0,249
3 103 110 103 108 0,235
4 95 107 115 118 0,229
5 98 103 123 133 0,218
Tabel 4.2 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren Sedang
Sampel Kiri (g/mm)
Kanan (g/mm)
Atas (g/mm)
Bawah (g/mm)
Nilai Tekstur (g/mm)
1 138 128 140 143 0,182
2 117 138 135 122 0,195
3 119 136 109 127 0,203
4 108 133 121 128 0,204
5 88 118 128 127 0,216
Tabel 4.3 Hasil Penentuan Tekstur Biji Aren Lunak Sampel Kiri
(g/mm)
Kanan (g/mm)
Atas (g/mm)
Bawah (g/mm)
Nilai Tekstur (g/mm)
1 163 238 328 336 0,093
2 288 268 202 207 0,103
3 252 250 320 338 0,086
4 246 231 352 270 0,090
5 202 184 278 252 0,098
Pengujian sampel diatas dilakukan pada tiga tingkat kematangan biji aren yaitu biji aren keras, biji aren sedang, dan biji aren lunak. Uji penentuan tekstur biji aren diatas menggunakan alat penetrometer, sehingga dihasilkan nilai tekstur dari biji aren keras berkisar 0,330-0,218 g/mm, nilai tekstur biji aren sedang berkisar 0,182- 0,216 g/mm, dan nilai tekstur biji aren lunak ≤0,181 yang diperoleh berkisar 0,086- 0,90 g/mm. Perubahan sifat fisik dan sifat kimia dari biji aren tersebut menyebabkan nilai tekstur biji aren keras lebih tinggi dibandingkan biji aren lunak dan sedang. Biji aren lunak dipilih sebagai sampel dalam penelitian karena biji aren lunak memiliki tingkat kelarutan yang tinggi. Hal ini disebabkan karena kandungan galaktomanan (fraksi larut air) lebih tinggi. Hasil data tekstur diatas mendekati hasil yang diperoleh (Naibaho, 2018), namun berbeda dengan hasil yang diperoleh oleh (Tarigan, 2019) dikarenakan kondisi kolang-kaling yang digunakan peneliti diperoleh dari kolang- kaling yang sudah di rendam, sehingga tingginya kandungan air di dalam kolang- kaling menyebabkan tekstur kolang-kaling berubah, yang seharusnya setengah matang, menjadi lebih matang.
4.2 Hasil Ekstraksi Polisakarida dari Biji Aren Lunak
Hasil ekstraksi polisakarida dari 300 g biji aren lunak dengan menggunakan air suling sebagai pelarut diperoleh padatan kering berwarna putih dan divakum terlebih dahulu serta dikeringkan dalam desikator sebanyak 12,25 g (4,08%).
% Polisakarida Lunak =
Serbuk polisakarida yang dihasilkan berwarna putih bersih dikarenakan pencucian menggunakan etanol p.a yang berulang. Sehingga diharapkan etanol p.a dapat tersubstitusi dan menggantikan air yang berada didalam serbuk polisakarida, karena apabila air ada didalam serbuk polisakarida maka akan mempercepat pelapukan serbuk polisakarida dan berakibat pada pertumbuhan jamur dan rusaknya serbuk polisakarida. Hasil sintesis dan hasil data tekstur hampir sama dengan data yang diperoleh (Naibaho, 2018) yaitu 4.92 % dalam bentuk serbuk polisakarida.
Polisakarida yang diperoleh adalah berupa padatan berwarna putih yang dinanalisis menggunakan spektrofotometer FT-IR. Dimana hasil analisis spektrum FT-IR dari serbuk polisakarida menunjukkan spektrum dengan puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3335 cm-1, 2906 cm-1, 1642 cm-1,1374 cm-1, 1022 cm-1, 879 cm-1, 799 cm-1. Hasil yang diperoleh tidak jauh berbeda dengan yang di dapat oleh (Rashid et al.,2017) dengan puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3324 cm-1, 2914 cm-1, 1653 cm-1, 1323 cm-1, 1024 cm-1, 870 cm-1, 802 cm-1.
Gambar 4.1 Spektrum FT-IR Serbuk Polisakarida
Spektrum polisakarida biji aren lunak menunjukkan puncak-puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3335 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi streaching gugus –OH dari polisakarida, dan didukung oleh pita serapan pada bilangan gelombang 1642 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi bending –OH atau
gugus –OH yang terikat dengan molekul air. Pita serapan pada bilangan gelombang 2904 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi streaching –CH, yang didukung oleh adanya pita serapan dari bilangan gelombang vibrasi bending –CH pada bilangan gelombang 1374 cm-1 (Gong et al., 2012). Pita serapan melebar pada bilangan gelombang 900- 1200 cm-1 karena adanya vibrasi streaching dari C-O, C-O-C, dan C-OH dari rantai utama struktur polimer (Singh et al.,2009), ditunjukkan dengan adanya vibrasi C-O dari cincin piranosa pada bilangan gelombang 1022 cm-1. Pita serapan pada bilangan gelombang 879 cm-1 merupakan ikatan β-D-Manopiranosa, dan pita serapan pada bilangan gelombang 799 cm-1 merupakan ikatan α-D-Galaktopiranosa pada struktur polisakarida.
4.3 Hasil Sintesis Hidrogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat Silang Fosfat Hasil sintesis yang diperoleh dari reaksi ikat silang antara serbuk polisakarida dan trinatrium trimetafosfat berupa suatu larutan kental bewarna putih kekuningan.
Polisakarda biji aren/ kolang-kaling terdiri dari senyawa galaktomanan dan mannan, senyawa-senyawa tersebut tidak dipisahkan dalam pembuatan hidrogel polisakarida ikat silang fosfat. Senyawa galaktomanan merupakan fraksi yang larut dan mannan merupakan fraksi yang tidak larut dalam air. Semakin besar tingkat kekerasan biji aren maka fraksi yang tidak larut semakin banyak, untuk mengurang fraksi yang tidak larut dalam air maka digunakan biji aren lunak.
Gambar 4.2 Foto Hidrogel Polisakarida Biji Aren Lunak Ikat Silang Fosfat Ikat silang polisakarida biji aren lunak dan trinatrium trimetafosfat dilakukan dalam keadaan basa, yaitu dengan menambahkan NaOH sebagai katalis pada pH=12 (Tarigan, 2014). Katalis NaOH berperan sebagai pengaktif gugus-gugus –OH pada
akan dipecah sehingga gugus fosfat pada trinatrium trimetafosfat lebih mudah terdifusi. Putusnya ikatan hidrogen intramolekul dan ikatan hidrogen intermolekul pada struktur galaktomanan akan membuat gugus hidroksil pada galaktomanan lebih reaktif karena terionisasi oleh ion alkali yaitu Na+ dari katalis NaOH.
Reaksi pembentukan ikat silang polisakarida biji aren lunak dan trinatrium trimetafosfat, dalam reaksi digunakan senyawa polisakarida yang larut dalam air yaitu senyawa galaktomanan. Pembentukan ikatan silang dapat berlangsung pada gugus –OH primer pada unit galaktosa dan manosa. Adapun reaksinya adalah seperi pada gambar 4.3.
1. Reaksi galaktomanan dengan trinatrium trimetafosfat (pembentukan ikat silang pada gugus –OH primer galaktomanan).
O H
O
H HO
OH
H H H
O O
H
O
H HO
OH
H H H
OH
O OH
H
H HO
H
H OH
H OH
*
n
+ NaOH
Galaktomanan
O H
O
H HO
OH
H H H
O O
H
O
H HO
OH
H H H
OH
O OH
H
H HO
H
H OH
H
*
n
ONa
+ H2O
Galaktomanan-ONa
Galaktomanan-ONa + O P O P O
O O
ONa ONa O
ONa P
Galaktomanan-ONa + TMF
O
H O H
OH
OH H
H H
O
O
*
O
H O H
OH
OH H
H H
OH
*
O
OH H H
OH
H
HO H
H
O
O P ONa
O H
O
H HO
HO
H H H
O O
O H
O
H HO
OH
H H H OH
O OH
H
H HO
H
H OH
H O
*
*
n
+ O P O P O
OH OH
ONa ONa
NaOH +
Galaktomanan Ikat Silang Fosfat Dinatrium Pirofosfat
2. Reaksi galaktomanan dengan trinatrium trimetafosfat (pembentukan ikatn silang pada gugus –OH primer mannose
O OH
H
OH H
H
O H OH
H HO
O H
O
H HO
HO
H H H
OH
O H
O
H HO
OH
H H H
+ NaOH
n
Galaktomanan
O OH
H
OH H
H
O H OH
H HO
O H
O
H HO
HO
H H H
ONa
O H
O
H HO
OH
H H H
n
+ H2O
Galaktomanan-ONa
Galaktomanan-ONa + O P O P O
O O
ONa ONa O
ONa P
Galaktomanan-ONa + TMF
