BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gelatin dan Film Gelatin 2.1.1 Gelatin
Gelatin adalah protein yang diperoleh dari jaringan kolagen hewan yang terdapat pada kulit, tulang dan jaringan ikat. Kandungan gelatin sekitar 85 – 92 % protein, sisanya berupa garam meniral dan air.
Susunan asam amino gelatin hampir mirip dengan asam amino kolagen, yang mana glisin merupakan asam amino utama dan berkontribusi sebesar 2/3 dari seluruh asam amino yang menyusunnya, sementara itu 1/3 asam amino yang tersisa diisi oleh prolin dan hidroksiprolin. Gelatin merupakan protein serat dengan berat molekul sekitar 75 kDa. Gelatin A merupakan suatu hidrolisis asam dari kolagen sedangkan gelatin B merupakan hasil perlakuan basa dari kolagen. Gelatin membentuk gel termal reversibel dengan air, pada suhu sekitar 35oC , tergantung pada pH larutan ( Van Der Walle, 2011). Struktur gelatin dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gelatin sebagai protein biodegradable dapat di denaturasi melalui proses asam basa dari kolagen. Pengolahan ini dipengaruhi sifat elektrik dari kolagen, menghasilkan gelatin dengan titik isoelektrik yang berbeda. Secara fisika dan kimia, gelatin berwarna kuning cerah atau transparan, berbentuk serpihan atau tepung, berbau dan mempunyai rasa, larut dalam air panas, gliserol dan asam asetat, serta tidak larut dalam pelarut organik. Gelatin dapat mengembang dan menyerap air 5-10 kali bobot asalnya. Gelatin bersifat lentur/elastis, biokompatibel, bioabsoptivitas tinggi, dan dapat dibentuk menjadi film dan pelapis yang memiliki sifat mekanik yang cukup baik, berwarna kuning sampai putih transparan dan hampir tidak ada rasanya serta hampir tidak berbau, berbentuk serpihan atau serbuk, mudah larut dalam air panas gliserol dan asam asetat dan tidak mudah larut dalam pelarut organik. Kandungan protein gelatin sekitar 85 – 92%, sisanya berupa garam mineral dan air (Viro, 1992). Sifat fisik gelatin yang menentukan mutunya adalah kemampuannya untuk membentuk gel atau kekuatan gel. Kekuatan gel dipengaruhi oleh pH, adanya komponen elektrolit dan non elektrolit serta bahan tambahan lainnya. Gelatin merupakan makro molekul protein yang memiliki sifat fungsional yang telah dimanfaatkan secara luas di bidang farmasi, pangan, dan non pangan. Dalam industri pangan, gelatin digunakan sebagai pembentuk gel, penstabil, pengemulsi, pengental, pembentuk busa, pembentuk kristal, pelapis, perekat, pengikat air, dan penjernih. (Ward and Courts, 1977).
2.1.2 Film Gelatin
Film gelatin merupakan suatu lapisan tipis yang didasarkan pada protein yang memiliki potensi untuk meningkatkan kualitas dari bahan yang dikemas. Penggunaan film gelatin dapat mengurangi limbah dan mempunyai banyak keuntungan jika dibandingkan dengan pembungkus plastik sintetik karena film gelatin dapat didaur ulang atau dapat terdegradasi oleh mikroorganisme (Gontard,1993).
tanpa meninggalkan sisa yang beracun. Menurut Evans (2010), biodegradable film adalah polimer yang dapat berubah menjadi biomassa, H
2O, CO2 dan atau CH4 melalui tahapan depolimerisasi dan mineralisasi. Depolimerisasi terjadi karena kerja enzim ekstraseluler (terdiri dari endoenzim dan eksoenzim). Endoenzim memutuskan ikatan internal pada rantai utama polimer secara acak, dan eksoenzim memutuskan unit monomer pada rantai utama
secara berurutan. Bagian-bagian polimer yang terbentuk ini dipindahkan ke dalam sel dan mengalami mineralisasi. Proses mineralisasi membentuk CO
2, CH4, N2, air, garam-garam, mineral, dan biomassa.
Pembuatan film gelatin dapat menjadi penyangga oksigen yang baik dengan sifat mekanis yang baik. Sedangkan film dari lipid sangat terbatas sifat penyangga oksigennya, sehingga pemanfaatan lipid, protein dan polisakarida dapat memperbaiki sifat fisik film (Hawa, 2010).
Beberapa keunggulan filmgelatin dibandingkan dengan bahan pengemas lain yaitu:
1. Meningkatkan retensi warna, asam, gula dan komponen flavour 2. Mengurangi kehilangan berat
3. Mempertahankan kualitas saat pengiriman dan penyimpanan 4. Mengurangi kerusakan akibat penyimpanan
5. Memperpanjang umur simpan 6. Mengurangi pengemas sintetik (Sothornvit 2000)
2.2 Agen Pengikat Silang 2.2.1 Formaldehida
Pada penelitian ini, ada dua agen pengikat silang yang digunakan yaitu formaldehida dan gluteraldehida. Formaldehida dan gluteraldehida, keduanya termasuk dalam golongan senyawa aldehida. Senyawa aldehida lain telah banyak diteliti untuk kemampuan aktivitasnya, namun hanya formaldehida dan glutaraldehida yang banyak digunakan industri,hal ini dikarenakan dua aldehida ini mengalami ikat silang dengan mekanisme yang berbeda. Formaldehid mempunyai banyak kegunaan dalam industri. Senyawa ini digunakan dalam produksi plastik dan resin, produk intermediet, dan keperluan lain yang bervariasi seperti agen pengkelat. Salah satu penggunaannya yang paling umum adalah dalam resin ureaformaldehid dan melamin-formaldehid. Formaldehid sangat reaktif dan sangat larut dalam air. Oleh karena lapisan mucous epitelium saluran pernapasan 95% tersusun dari air, formaldehid dengan mudah terserap ke dalam membran mucous saluran pernapasan atas. Walaupun demikian, paparan formaldehid melalui inhalasi tidak memperlihatkan pengaruh signifikan terhadap konsentrasi formaldehid dalam darah (Heck,1985). Struktur formaldehida dapat dilihat pada Gambar 2.2.
C O
H H
Gambar 2.2 Formaldehida
Reaksi formaldehid dengan protein akan membentuk ikatan kovalen, namun tidak stabil dalam kondisi hidrolisis. Kelemahan dari senyawa formaldehida ini yaitu bersifat karsinogen yang dapat menimbulkan kanker, selain itu juga menyebabkan iritasi pada mata. Namun formaldehid dapat digunakan untuk membasmi sebagian besar bakteri, sehingga sering digunakan sebagai desinfektan dan juga sebagai pengawet. Formaldehid dipakai dalam medis untuk mengeringkan kulit dan juga mematikan bakteri (Artha,2007).
2.2.2 Glutaraldehida
Glutaraldehida merupakan senyawa dwifungsi yang umumnya digunakan untuk modifikasi protein dan polimer. Nama lain Dari glutaraldehid adalah glutardialdehid, 1,3-diformilpropan, glutaral, 1,5-pentanedial, 1,5-pentanedion, asep, cidex, jotacide, sonacide. Glutaraldehid memiliki daya aksi yang lebih efektif dibandingkan formaldehida, sehingga lebih banyak dipilih dalam berbagai bidang dan tidak bersifat karsinogenik. Dalam berbagai penelitian, senyawa pengikat silang seperti glutaraldehid digunakan untuk mengatur ikatan antar molekul kovalen antara rantai polimer agar menjadi polimer yang lebih kaku.
Sifat fisik kimia glutaraldehid ialah tidak berwarna, berminyak, berbentuk cair dengan bau menyengat, sangat reaktif, tidak dapat terbakar. Glutaraldehid yang paling sering digunakan dalam bentuk yang diencerkan dengan konsentrasi berkisar antara 0,1% sampai 50% dalam air. Struktur glutaraldehida dapat dilihat pada Gambar 2.3.
C O
H (CH
2)3 C
O
H
Gambar 2.3 Struktur Glutaraldehid
alat-alat kesehatan, alat bedah dan lainnya. Glutaraldehid berfungsi sebagai agen pengikat silang berdasarkan pembentukan basa Schiff, glutaraldehida akan bereaksi dengan protein dimana gugus aldehid membentuk ikatan silang dengan asam amino dari gelatin sehingga membentuk dinding mikrokapsul yang kuat.
Reaksi glutaraldehid dengan protein seperti kolagen, kasein, polylisin membentuk ikat silang kovalen dan memiliki stabilitas hidrotermal yang baik dan stabil dalam suasana asam maupun basa (Friedman,1976).
2.3 Plasticizer
Plasticizer berfungsi untuk meningkatkan elastisitas dengan mengurangi derajat ikatan hidrogen dan meningkatkan jarak antar molekul dari polimer. Semakin banyak penggunaan plasticizer maka akan meningkatkan kelarutan. Begitu pula dengan penggunaan plasticizer yang bersifat hidrofilik juga akan meningkatkan kelarutannya dalam air.
Pada penelitian ini, plastisizer yang digunakan adalah gliserol. Salah satu jenis plasticizer yang efektif dan murah adalah gliserol. Gliserol lebih cocok digunakan sebagai plasticizer karena berbentuk cair. Bentuk cair gliserol lebih menguntungkan karena mudah tercampur dalam larutan film dan terlarut dalam air. Penambahan gliserol digunakan untuk membuat plastik yang dihasilkan fleksibel bahkan pada suhu yang sangat rendah.
Gliserol mempunyai titik didih tinggi sehingga tidak ada gliserol yang menguap selama proses pembuatan film. Keuntungan lain adalah gliserol tidak berinteraksi dengan molekul protein sehingga film yang terbentuk akan sangat kompatibel, hidrofilik fleksibel, halus, dan tidak rapuh. Gliserol berasal langsung dari minyak bumi dan industri oleokimia dapat terdegradasi oleh alam (ramah lingkungan), dapat diperbaharui dan sumber mudah diperoleh (Yusmarlela, 2009).
Gelatin mempunyai sifat hidrokoloid, dapat membentuk lapisan tipis yang elastis, membentuk film yang transparan dan kuat, serta mempunyai sifat daya cerna yang tinggi. Berdasarkan sifat tersebut gelatin mempunyai potensi sebagai bahan baku pembuatan film gelatin. Dalam pembuatan film berbahan baku gelatin harus ditambah dengan plasticizer untuk memperoleh film yang elastis, tidak kaku, dan untuk menjaga kerusakan film gelatin sehingga tidak mengalami kerusakan pada saat digunakan menjadi bahan pengemas. Mekanisme proses plastisasi polimer sebagai akibat penambahan plasticizer melalui urutan sebagai berikut:
1. Pembasahan dan adsorpsi
2. Pemecahan dan penetrasi pada permukaan 3. Absorpsi, difusi
4. Pemutusan pada bagian amorf 5. Pemotongan struktur
Beberapa jenis plasticizer yang dapat digunakan dalam pembuatan film adalah gliserol, lebah, polivinil alkohol, sorbitol, asam laurat, asam oktanoat, asam laktat, trietilen glikol, acetylated monoglyceride ( Gioia and Guilbert,1999).
Penggunaan gliserol dalam jumlah yang tepat memberikan efek tekstural, karena substansi tersebut secara potensial dapat melenturkan matriks protein. Gliserol sebagai konstituen dengan berat molekul rendah dapat menyela jaringan protein dan meningkatkan mobilitas pada struktur protein (Reed,1998).
2.4 Reaksi Ikat Silang
aplikasi seperti pelepasan obat, biodergradibilitas dan kemampuan untuk membentuk film yang kuat.
Ikatan silang dapat memperbaiki sifat mekanik, hal ini terbukti bahwa semakin banyak glutaraldehid yang ditambahkan semakin menurun kemampuan absorbsinya dikarenakan rantai NH2 dipakai untuk mengikat gugus aldehid pada glutaraldehid. Dapat dianalogikan, semakin banyak jumlah glutaraldehid yang ditambahkan, film gelatin semakin padat dan pori-pori rongga mengecil, jika film gelatin semakin padat maka dapat dipastikan sifat mekanik semakin meningkat (Istiqomah,2012).
Polimer yang berikatan silang memiliki derajat stabilitas dimensi yang baik. Hal ini dikarenakan, ketika terjadi pengikatan silang maka rantai-rantai polimer tersebut akan mengalami kehilangan kemampuan untuk mengalirkan atau melewatkan suatu rantai ke rantai lainnya sehingga sulit dibentuk (Stevens, 2001).
Untuk hidrogel, proses pembentukan ikat silang dapat melalui cara kimia dengan menggunakan agen pengikat silang seperti : glutaraldehid, asetaldehid, formaldehid, dan monoaldehid lainnya. Metode lainnya adalah dengan penggunaan berkas elektron dan radiasi sinar gamma. Kedua metode ini memiliki kelemahan yaitu dihasilkannya residu yang bersifat racun sehingga film yang dihasilkan menjadi berbahaya untuk jaringan biologi. Metode lain adalah dengan proses pengikatan silang secara fisis untuk membentuk kristalit. Metode ini tidak memerlukan agen pengikat silang sehingga lebih ramah lingkungan dan tidak berbahaya bagi jaringan biologi.
2.4.1 Reaksi Formaldehida dengan Protein
banyak terbentuk adalah antara atom nitrogen yang ikatan samping dari lisin dan atom nitrogen dari peptida ( Gustavson, 1956 ).
Berikut reaksi formaldehida dengan protein :
( A )
( B )
( C )
Gambar 2.4 Reaksi formaldehida dengan protein ( Kiernan : 2000 )
Reaksi formaldehida dengan protein adalah lambat dan membutuhkan waktu yang lama. Protein dapat bereaksi sempurna dengan formaldehid selesai dalam 24 jam tetapi proses pembentukan jembatan metil sangat lambat, substansi seperti lemak dan asam-asam nukleat terjebak didalam matriks sehingga ikatan silang pada protein membutuhkan waktu yang panjang ( Helander, 1994 ).
Pada formaldehida Cis, Lis dan His reaktif dengan asam amino formaldehid dengan berat molekul lebih mudah bereaksi dengan ikatan protein membentuk ikatan kovalen yang baru ( Hopwood,1969 ).
PROTEIN H + HCHO PROTEIN HCHOH
PROTEIN HCHOH + H PROTEIN
PROTEIN H2C PROTEIN + H 2O
C O
CH
NH
(CH3)4 NH
2
+
HOCH
2OH +
C O
NH
Lysine
Methylene glycol
(= formaldehyde + water)
2.4.2 Reaksi Glutaraldehida dengan Protein
Glutaraldehida mempunyai ukuran yang terbuka sangat kecil dimana masing-masing glutaraldehida mempunyai gugus aldehid yang dipisahkan jembatan yang lebih pleksibel. HCO – (CH2)3 – CHO pada glutaraldehid lebih berpotensi berikatan silang dibandingkan dengan formaldehida karena jembatan 3 metil dapat berikatan – CHO kedua ujung dengan berbagai jarak ( Monsan et.al., 1962 ). Berikut reaksi glutaraldehida mula-mula terbentuk sebelum bereaksi dengan protein dan setelah bereaksi dengan protein
( A )
( B )
Gambar.2.5 : Reaksi glutaraldehida dengan protein (Kiernan : 2000 )
Glutaraldehida sebagai larutan biasanya digunakan sebagai polimer dengan berbagai ukuran dimana ada gugus aldehid yang bebas berikatan dengan posisi disamping tiap-tiap unit molekul polimernya. Semua gugus – CHO akan berikatan dengan NH3 yang saling berikatan sehingga lebih besar untuk berikatan silang.
( Paljarvi et al.,1979 )
2.5 Spektroskopi Infra Merah Fourier Transform (FT-IR)
Spektroskopi infra merah (IR) suatu metode yang digunakan untuk mengkarakterisasi bahan polimer seperti gelatin dan analisis gugus fungsinya. Dengan cara menentukan dan merekam hasil spektra residu dengan serapan energi oleh molekul organik dalam daerah sinar infra merah. Panjang gelombang 1-500 nm merupakan daerah infra merah. Gugus-gugus dalam setiap molekul umumnya mempunyai karakteristik sendiri, sehingga spektroskopi IR dapat digunakan untuk mendeteksi gugus yang spesifik pada senyawa organik maupun polimer. Intensitas pita serapan merupakan ukuran konsentrasi gugus yang khas yang dimiliki oleh polimer (Creswell,2005).
Mengidentifikasi senyawa kimia maupun polimer secara infra merah, memerlukan persyaratan yaitu zat yang diselidiki harus homogen secara kimia. Tahap awal identifikasi bahan kimia maupun polimer harus diketahui dengan membandingkan spektrum yang telah dikenal. Pita serapan yang khas akan ditunjukkan oleh monomer penyusun material dan struktur molekulnya. Metode analisa didasarkan terhadap interaksi antara radiasi infra merah dengan materi interaksi atom atau molekul dengan radiasi elektromagnetik.
ditransformasikan dalam hitungan detik, teknik ini akan memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi dan ikat silang (Stevens,2001).
2.6 Uji Keteguhan Tarik dan Kemuluran
Keteguhan tarik dan kemuluran merupakan sifat mekanis yang sangat penting dari logam terutama untuk perhitungan-perhitungan konstruksi. Untuk memperoleh informasi tentang kekuatan tarik dilakukan pengujian tarik. Didalam pengujian tarik, batang percobaan atau batang uji dikenai beban aksial yang ditambah secara berangsur-angsur dan kontinu. Keteguhan tarik merupakan sifat mekanik yang banyak ditonjolkan dan dapat dianggap sebagai kekuatan bahan.
Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai putus. Secara sederhana, keteguhan diartikan sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan dibagi dengan luas penampang bahan. Karena selama dibawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka defenisi kekuatan tarik dinyatakan sebagai besarnya beban maksimum yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang semula (Ao).
Harga kemuluran (%) bahan dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini : Kemuluran (%) = x 100%
Dimana : I – Io = harga stroke Io = panjang awal.
Nilai kekuatan tarik bahan dihitung dengan persamaan : Kekuatan tarik (kgf/mm2) = nilai beban tarik / (kgf)/A(mm2) Dimana : A = luas permukaan yang mendapat beban.
2.7 Karakterisasi dengan Scanning Electron Microscope (SEM)
permukaan ini secara langsung. Dengan berkas sinar elektron difokuskan kesuatu titik dengan diameter sekitar 100 A dan digunakan untuk melihat permukaan dalam suatu layar. Elektron-elektron dari benda diuji difokuskan dengan suatu elektroda elektrostatik pada suatu alat pemantul yang dimiringkan. Sinar yang dihasilkan diteruskan melalui suatu pipa sinar pantulan kesuatu alat pebesar foto dan sinyal yang dapat digunakan untuk memodulasikan terangnya suatu titik osiloskop yang melalui suatu layar dengan adanya persesuaian dengan berkas sinar elektron pada permukaan benda uji.
Sebagai perngertian awal, mikroskop elektron pancaran menggunakan hamburan elektron-elektron (dengan E = 30 kV) yang merupakan energi dating dan elektron-elektron sekunder (dengan E = eV) yang dipantulkan dari benda uji. Karena elektron-elektron sekunder mempunyai energi yang rendah, maka elektron-elektron tersebut dapat dibelokkan membentuk sudut dan menimbulkan bayangan topografi. Intensitas dari hamburan balik elektron-elektron yang cenderung tertimbun karena dengan energinya yang lebih tinggi maka tidak mudah dikumpulkan oleh sistem kolektor normal seperti yang digunakan pada elektron pancaran. Jika elektron-elektron sekunder akan terkumpul, maka kisi didepan detektor akan mengalami kemiringan sekitar 200 V (Smallman, 2008).
