BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 MARKISA KUNING (Passiflora edulis flavicarpa)

Markisa kuning merupakan salah satu kelompok markisa asam tergolong dalam famili Passifloraceae atau disebut buah Rola (Yellow Passion Fruit). Markisa kuning dapat dibudidayakan di daerah dataran rendah hingga pada ketinggian 600 m dpl., curah hujan antara 2.000 – 3.000 mm/tahun, dan suhu 22 – 32oC Berikut adalah ciri-ciri markisa kuning:

1. Merupakan tanaman herba atau berkayu, dan memiliki sulur.

2. Ruas batang lebih panjang dari pada markisa ungu 7-10 cm dengan sulur muda berwarna kecoklatan.

3. Bentuk daun menjari dengan ukuran daun lebih besar dan lebih tebal daripada markisa ungu, panjang daun 10 – 13 cm, dan lebar 9 – 12 cm, daun muda berwarna hijau, sedangkan tangkai berwarna hijau kecoklatan.

4. Ukuran bunga besar dengan mahkota tambahan berbentuk benang dan memencar berwarna ungu dengan ujung putih.

5. Buah muda berwarna hijau, sedangkan buah masak berwarna kuning muda dengan kulit yang tebal dan agak keras. Buah berbentuk bulat agak lonjong atau oval dengan sari buah berwarna kuning, rasanya asam manis dengan aroma seperti jambu biji [21].

Penelitian invitro di University of Florida menemukan bahwa ekstrak buah markisa kuning banyak mengandung senyawa kimia yang mampu membunuh sel kanker. Kandungan senyawa kimia tersebut antara lain polifenol dan karotenoid. Sedangkan kandungan gizinya antara lain: lemak, protein, serat, mineral, kalsium, fosfor, zat besi, karoten, tiamin, riboflavin, niasin, asam askorbat, dan asam sitrat [22]. Gambar 2.1 menunjukkan bentuk buah markisa kuning.

6

Gambar 2.1 Buah Markisa [23]

Klasifikasi markisa kuning menurut Rukmana [23] adalah sebagai berikut: Kingdom : Plantae Divisi : Spermatophyta Subdivisio : Angiospermae Kelas : Dicotyledonae Ordo : Passiflorae Famili : Passifloraceae Genus : Passiflora

Spesies : Passiflora edulis var. flavicarpa

Dalam proses pengolahan markisa untuk menghasilkan sari buah markisa, juga dihasilkan limbah. Makin meningkatnya produksi pengolahan markisa berarti akan meningkat pula limbah yang dihasilkan. Bila dikaitkan dengan produksi markisa Indonesia pada tahun 2010 dan 51% dari buah markisa terdiri dari kulit, maka terdapat limbah kulit markisa sebanyak 67.314 ton yang belum dimanfaatkan. Padahal kulit markisa mengandung pektin yang tinggi yaitu sebesar 14% [24].

2.2 PEKTIN

Pektin adalah polimer linier dari asam D-galakturonat yang berikatan dengan ikatan 1,4-α-glikosidik [25] [26]. Polisakarida, homogalakturonat, i-ramnogalakturonat adalah 3 jenis pektin yang terdapat pada dinding sel tanaman. Homogalakturonat (HG) adalah rantai linier dari ikatan 1,4-α-glikosidik, yang beberapa dari gugus karboksilnya adalah metil teresterifikasi [27]. Gambar 2.2 menunjukkan bentuk struktur rantai molekul pektin.

7 O H OH H OH COOH H O H OH H OH COOCH3 H O O O H OH H OH COOCH3 H O O H OH H OH COOH H O O

Gambar 2.2 Rantai Molekul Pektin [10]

Pektin pertama kali diisolasi tahun 1825 oleh Heneri Bracannot. Kegunaan utamanya adalah sebagai gelling agent dan stabilizer pada berbagai industri pangan [28]. Selain dibidang pangan, pektin juga banyak digunakan pada bidang farmasi dan kedokteran misalnya sebagai penggumpal pada terapi darah [29].

Senyawa penyusun pektin yaitu:

1. Asam pektat, adalah pektin yang tidak mengandung gugus metil ester. Senyawa ini biasanya terdapat pada sayuran dan buah yang busuk atau yang terlalu matang.

2. Asam pektina (pektin), adalah asam poligalakturonat, yaitu asam yang mengandung gugus metil ester, dapat terikat dengan air membentuk jelly dan gula dalam suasana asam.

3. Protopektin, adalah komponen yang tidak larut dalam air, dapat dihirolisa dan terdispersi menjadi pektin dan pektinat [30].

Hasil ekstraksi pektin adalah berbentuk bubuk berwarna putih hingga coklat terang. Pada proses ekstraksi, sebagian gugus karboksil pada polimer pektin akan mengalami metilasi menjadi gugus metoksil. Senyawa hasil ekstraksi inilah yang disebut dengan asam pektinat (pektin). Nilai derajat metilasi menentukan suhu pembentukan gel, yakni semakin tinggi derajat metilasi maka suhu pembentukan gelnya juga akan semakin tinggi [31].

Sifat fisik pektin tergantung pada karakteristik kimianya. Pada pektin dengan kadar metoksil rendah, kemampuan membentuk gel dengan gula dan asam hilang. Namun sebaliknya, pektin dengan kadar metoksil rendah ini justru mampu membentuk gel dengan penambahan ion kalsium. Sedangkan pada pektin dengan kadar metoksil tinggi, pembentukan gelnya terjadi melalui ikatan hidrogen diantara gugus karboksil bebas dan antara gugus hidroksil [32].

8

Tabel 2.1 menunjukkan standar mutu pektin berdasarkan standar mutu

International Pectin Producers Association.

Tabel 2.1 Standar Mutu Pektin Berdasarkan Standar Mutu Internasional Pectin

Producers Association [33]

Faktor Mutu Kandungan

Kekuatan gel, grade min 150

Kandungan metoksil:

Pektin metoksil tinggi, % Pektin metoksil rendah, %

>7,12 2,5 – 7,12

Kadar asam galakturonat, % min 35

Kadar air, % maks 12

Kadar abu, % maks 10

Derajat esterifikasi untuk:

Pektin ester tinggi, % min Pektin ester rendah, % maks

50 50

Bilangan asetil, % 0,15 – 0,45

Berat ekivalen 600 - 800

2.3 EKSTRAKSI PEKTIN

Ekstraksi merupakan suatu proses pemisahan satu atau beberapa bahan dari satu padatan atau cairan, dengan menggunakan bahan pelarut pada suhu tertentu. Pada proses ekstraksi pektin, bahan baku dipanaskan dalam larutan asam encer untuk menghidrolisa protopektin yang tidak larut menjadi pektin yang larut [34].

Kondisi ekstraksi pektin berpengaruh terhadap karakteristik pectin, dan sifat fisik pektin tergantung dari karakteristik kimia pektin. Jika waktu ekstraksi pektin terlalu lama maka akan menyebabkan terjadinya hidrolisis pektin menjadi asam galakturonat. Pada kondisi asam, ikatan glikosidik gugus metil ester dari pektin cenderung terhidrolisis menghasilkan asam galakturonat [35] [36].

Beberapa perlakukan selama proses ekstraksi mempengaruhi hasil pektin yang diperoleh. Lama waktu ekstraksi mempengaruhi berat pektin yang didapat, yakni semakin lama waktu ekstraksi maka akan semakin besar pula berat pektin yang diperoleh. Kenaikan berat pektin tersebut juga sejalan dengan peningkatan

9

suhu selama proses ekstraksi. Sedangkan untuk proses pencucian pektin, pencucian dengan alkohol tidak mempengaruhi banyaknya jumlah pektin yang diperoleh, namun akan memberikan warna yang lebih baik yaitu putih kekuningan [37].

Pektin yang lebih mudah larut dalam air dapat diperoleh dengan memodifikasi pH dan suhu pada metode ekstraksi. Pektin yang diperoleh dengan cara ini memiliki rantai lebih pendek dan tidak bercabang sehingga akan lebih mudah larut dibandingkan pektin yang memiliki rantai yang lebih panjang [12].

2.4 BIOSORPSI

Proses penyerapan yang menggunakan material biologi (biomaterial) sebagai sorben disebut biosorpsi. Biosorpsi didefenisikan sebagai proses penggunaan bahan alami untuk mengikat logam berat [38]. Proses ini terjadi ketika ion logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara yang berbeda, pertama pertukaran ion dimana ion monovalent dan divalent seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat; dan kedua adalah pembentukan kompleks antara ion-ion logam berat dengan fungsional grup seperti karbonilm amini, thiol, hidroksi, posfat, dan hidroksi-karboksil yang berada pada dinding sel [39].

Proses biosorpsi logam berat dengan adsorben hayati merupakan proses yang kompleks dan mekanismenya bisa bervariasi tergantung bahan baku adsorbennya. Bila bahan baku biosorpsi adalah dari limbah pertanian, maka mekanisme yang mungkin adalah yang tidak tergantung pada metabolisme sel. Mekanisme biosorpsi pada bahan-bahan ini umumnya didasarkan pada interaksi kimia fisika antara ion logam dengan gugus fungsional yang ada pada permukaan sel. [40].

Tahap perpindahan yang terjadi adalah:

1. Perpindahan ion logam dari bagian larutan ke film pembatas yang ada di sekitar dinding sel.

2. Perpindahan ion logam dari film pembatas ke permukaan sel. 3. Perpindahan ion logam sel ke sisi aktif biomaterial.

10

4. Fase penyerapan yang terdiri dari pengikatan, pengompleksan, dan pengendapan didalam membran biomaterial [41].

2.5 LOGAM BERAT

Logam berat merupakan komponen alami tanah yang tidak dapat didegradasi maupun dihancurkan. Logam berat menjadi berbahaya dikarenakan sistem bioakumulasi, yaitu adanya peningkatan konsentrasi unsur kimia didalam tubuh mahluk hidup [42]. Beberapa jenis logam berat yang sering menimbulkan pencemaran adalah mercuri (Hg), khrom (Cr), kadmium (Cd), timbal (Pb) dan arsen (As) [1].

Logam berat umumnya bersifat racun, walaupun ada beberapa diantaranya dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah yang sangat kecil. Logam berat mampu terdistribusi ke bagian tubuh manusia melalui udara, makanan, dan air yang terkontaminasi oleh logam berat. Kontaminasi logam berat dalam jangka waktu yang panjang dapat mencapai jumlah yang membahayakan kesehatan manusia [43].

2.5.1 Timbal (Pb)

Timbal sering juga disebut sebagai timah hitam atau plumbum yang disimbolkan dengan Pb. Timbal pada tabel periodik unsur kimia termasuk dalam kelompok logam golongan IV-A dengan nomor atom (NA) 82 dan berat atom (BA) 207,2. Timbal merupakan suatu logam berat berwarna kelabu kebiruan dengan titik leleh 327oC dan titik didih 1.725oC. Pada suhu 550 – 600oC timbal menguap dan membentuk oksigen dalam udara lalu membentuk timbal oksida. [44].

Timbal biasanya ditemukan di dalam batu - batuan, tanah, tumbuhan dan hewan. Timbal 95% bersifat anorganik yang tersedia dalam bentuk garam anorganik yang umumnya kurang larut dalam air dan selebihnya berbentuk timbal organik. Timbal organik dapat ditemukan dalam bentuk senyawa Tetra Ethyl Lead (TEL) dan Tetra Methyl Lead (TML). Kedua jenis senyawa ini hampir tidak larut dalam air, namun dapat dengan mudah larut dalam pelarut organik misalnya lipid [45].

11

Timbal pernah diaplikasikan sebagai tambahan pada bahan bakar yang bertujuan untuk meningkatkan nilai oktan dari suatu bahan bakar karena harga timbal relatif lebih murah. Jenis timbal yang digunakan adalah TEL yang dipercaya mampu menjaga dudukan katup mobil dari keausan sehingga lebih awet dan tahan lama. Namun kemudian ditemukan fakta bahwa penggunaan timbal pada bahan bakar dapat menjadi racun sehingga semakin lama penggunaannya semakin berkurang [46].

Timbal menyebabkan racun pada sistem saraf, hemetologic, hemetotoxic, dan mempengaruhi kerja ginjal. Konsumsi mingguan elemen ini yang direkomendasikan oleh WHO toleransinya bagi orang dewasa adalah 50 μg/kg berat badan dan untuk bayi atau anak-anak 25 μg/kg berat badan. Depkes RI membatasi kandungan Pb maksimum dalam makanan adalah 4 ppm, dan FAO membatasi maksimum 2 ppm. Gejala keracunan kronis timbal ditandai dengan rasa mual, anemia, sakit di sekitar perut dan dapat menyebabkan kelumpuhan. [47].

2.6 ISOTERM ADSORPSI

Hubungan kesetimbangan antara potensial kimia adsorbat dalam gas atau cairan dan potensial kimia adsorbat di permukaan adsorben pada suhu tetap dikatakan sebagai isoterm adsorpsi. Kesetimbangan tercapai jika laju pengikatan adsorben terhadap adsorbat sama dengan laju pelepasannya [48].

2.6.1 Isoterm Freundlich

Isoterm Freundlich mengasumsikan suatu permukaan adsorpsi yang heterogen dan perbedaan energi pada tapak aktif [48]. Selain itu model isoterm ini juga mengasumsikan bahwa terdapat lebih dari satu lapisan permukaan (multilayer) [47].

Persamaan Freundlich adalah sebagai berikut [50]:

(2.1)

12 dimana:

Ce = konsentrasi adsorbat pada kesetimbangan pada fasa cair (mg/L)

qe = konsentrasi adsorbat pada fasa padat/adsorben (mg/s)

k = konstanta kesetimbangan n = konstanta kesetimbangan

2.6.2 Isoterm Langmuir

Model Isoterm Langmuir menunjukkan bahwa kesetimbangan terjadi apabila kecepatan adsorpsi sama dengan kecepatan desorpsi [51]. Menurut Ribeiro, et al [52], isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa setiap tapak adsorpsi adalah ekuivalen dan kemampuan partikel untuk terikat di tapak tersebut tidak bergantung pada ditempati atau tidak ditempatinya tempat yang berdekatan. Dengan kata lain, permukaan adsorpsi digambarkan homogen.

Model kinetika Langmuir dapat ditunjukkan sebagai berikut [53]:

= ( ) Ce + (2.3)

dimana:

Ce = konsentrasi adsorbat pada kesetimbangan pada fasa cair (mg/L)

qe = konsentrasi adsorbat pada fasa padat/adsorben (mg/s)

1/qm = kemiringan atau sensitifitas

qm = kapasitas adsorpsi optimum (mg/g)

1/(bqm) = intersep

bqm = konstanta kesetimbangan

2.7 ANALISA EKONOMI

Produksi biosorben guna penyerapan logam berat akan meningkat seiring dengan meningkatnya aplikasi penggunaan logam berat dengan menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan. Kulit buah markisa adalah limbah yang dihasilkan dari limbah industri pangan serta limbah rumah tangga. Limbah kulit buah markisa yang dibuang memiliki nilai ekonomis yang rendah karena tidak dapat lagi digunakan dalam industri pengolahan pangan. Salah satu solusi untuk

13

menangani limbah kulit buah markisa adalah dengan cara mengubahnya menjadi suatu produk yang lebih berharga dengan proses yang efektif dan efisien.

Salah satu cara untuk meningkatnya nilai yang tinggi pada limbah kulit buah markisa adalah dengan membuat biosorben dari kulit buah markisa. Biosorben ini nantinya dapat diaplikasikan guna penyerapan dan penurunan konsentrasi limbah logam berat cair.

Produksi biosorben dari limbah kulit buah markisa dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:

1. Mengeringkan kulit buah markisa lalu memperkecil ukuran untuk mempermudah proses ekstraksi.

2. Penambahan aquadest dengan perbandingan 1 : 15 (w/v), lalu pH diubah menjadi 2 dengan penambahan HCl 0,5 N.

3. Ekstraksi dilakukan dengan memanaskan larutan pada suhu 60 – 70oC sambil diaduk selama 2 jam

4. Penyaringan filtrat dan pendinginan filtrat sampai suhu kamar

5. Pengendapan filtrat pektin dengan menggunakan alkohol 1 : 2 (v/v) selama 16 jam.

6. Penyaringan gel pektin.

7. Pencucian gel pektin dengan alkohol asam, etanol 70% sampai pH netral, dan terakhir dengan etanol 96%.

8. Pengeringan untuk memperoleh pektin kering.

Pada penelitian ini dilakukan pemodifikasian hasil pektin yang diperoleh guna meningkatkan kemampuan dalam penyerapan logam berat. Proses modifikasi dilakukan dengan cara sebagai berikut:

1. Pektin kering dilarutkan dalam aquadest sampai 1,5%.

2. pH pektin ditingkatkan menjadi 10 dengan NaOH 3N dan dilakukan inkubasi pada suhu 50 – 60oC selama 1 jam.

3. Larutan didinginkan hingga temperatur kamar, kemudian pH diturunkan menjadi 3 dengan 3N HCl dan disimpan semalaman.

4. Pengendapan pektin menggunakan etanol 95% dan diinkubasi dalam wadah berisi es batu selama 2 jam.

14

6. Pengeringan pektin untuk memperoleh pektin kering.

Berikut merupakan rincian biaya pembuatan bisorben dari limbah kulit buah markisa yang telah dilakukan selama penelitian. Perhitungan analisis ekonomi dapat dilihat pada tabel 2.2 dan 2.3 dibawah ini

Tabel 2.2 Perhitungan Biaya Pembelian Bahan Baku No. Biaya bahan baku Harga

(Rp) Satuan Kebutuhan Biaya (Rp)

1. Kulit markisa kuning 0 1 kg 80 gr 0

2. Asam klorida 500.000 1 L 65 ml 32.500 3. Natrium hidroksida 481.000 1 kg 12 gr 5.772 4. Alkohol 96% 20.000 1 L 1160 ml 23.200 5. Aseton 100 1 ml 100 ml 10.000 6. Air biasa 0 1 L 1300 ml 0 Total Rp. 71.472

Tabel 2.3 Perhitungan Biaya Kebutuhan Listrik

No. Alat Harga/ kWh Kebutuhan

(kW) Waktu Biaya (Rp)

1. Blender Rp.1.352 0,18 5 menit 20,28

2. Hot plate Rp.1.352 0,50 3 jam 2.028

3. Oven Rp.1.352 1,40 4 jam 7.571

Total Rp. 9.619, 48

- Total biaya produksi = Biaya pembelian bahan baku + kebutuhan listrik + biaya transportasi + biaya lain-lain

= Rp. 71.472 + Rp. 9.619,48 + Rp. 30.000,00 + Rp. 9.000,00

= Rp 120.091,48

- Harga jual pektin modifikasi =

(Rp 120.091,48/2 ) = Rp 60.045,74 / gram

15

Berdasarkan proses yang dilakukan pada penelitian ini didapat pektin sebanyak 2 gram dengan biaya produksi Rp. 120.091,48. Sehingga dapat diestimasi harga jual pektin seharga Rp. 60.045,74 / gram.

Nilai ekonomi yang dimiliki pektin cukup tinggi. Indonesia masih mengimpor pektin dengan harga eceran tepung pektin berkisar antara Rp 200.000 – Rp 300.000/kg [36]. Jika dibandingkan harga penjualan pektin kulit markisa kuning modifikasi ini dengan harga jual jual karbon aktif di pasaran, harga jual pektin dari proses ini lebih mahal. Namun pembuatan pektin modifikasi dengan proses ini layak dipertimbangkan, mengingat dengan proses ini dapat mengurangi limbah kulit markisa kuning dan dapat menghasilkan efisiensi penyerapan yang cukup tinggi.

Adapun keuntungan penggunaan biosorben pektin dari limbah kulit buah markisa antara lain:

1. Mengurangi pencemaran limbah pertanian 2. Meningkatkan nilai jual limbah pertanian.

3. Dapat mengurangi efek pencemaran lingkungan akibat limbah logam berat.

4. Mampu menghilangkan kadar limbah dengan efisiensi penyerapan yang cukup tinggi