Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap Karakteristik Bioplastik Dari Pati Talas (Colocasia esculenta) Menggunakan Plasticizer Sorbitol

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN TERHADAP

KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI TALAS

(

Colocasia esculenta)

MENGGUNAKAN

PLASTICIZER

SORBITOL

SKRIPSI

Oleh

TORASMAN SIDABUTAR

100405019

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN TERHADAP

KARAKTERISTIK BIOPLASTIK DARI PATI TALAS

(

Colocasia esculenta)

MENGGUNAKAN

PLASTICIZER

SORBITOL

SKRIPSI

Oleh

TORASMAN SIDABUTAR

100405019

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap Karakteristik Bioplastik Dari Pati Talas (Colocasia esculenta) Menggunakan Plasticizer Sorbitol”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari banyak pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Mhd. Hendra S. Ginting, ST. MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.

2. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc. dan Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT., selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., selaku koordinator skripsi.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.

Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, 25 Agustus 2016 Penulis

(6)

v

DEDIKASI

(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Torasman Sidabutar

NIM : 100405019

Tempat/tgl lahir : Ambarita, 16 September 1992 Nama Orang Tua : Tumpak Sidabutar

Alamat Orang Tua : Desa Martoba, Kecamatan Simanindo, Kabupaten Samosir

Asal Sekolah

 SD Negeri 124391 Pematangsiantar tahun 1998 – 2004  SMP Negeri 1 Pematangsiantar tahun 2004 – 2007  SMA Negeri 4 Pematangsiantar tahun 2007 – 2010 Beasiswa yang pernah diperoleh :

1. Beasiswa Bidik Misi Tahun 2013 – 2014 Pengalaman Organisasi/kerja :

1. HIMATEK FT USU periode 2013 – 2014 sebagai anggota bidang Minat dan Bakat

(8)

vii

ABSTRAK

Bioplastik adalah plastik berbasis biologis atau yang sering disebut plastik yang terbuat dari sumber daya terbarukan dan dapat didaur ulang oleh proses biologis. Pati dari umbi talas (Colocasia esculenta) digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioplastik menggunakan sorbitol sebagai plastizicer dan kitosan sebagai pengisi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dan profil gelatinisasi pati umbi talas, mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan sorbitol terhadap sifat kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, penyerapan air dan profil gelatinisasi bioplastik dari pati talas. Penelitian ini menggunakan metode casting dalam pembuatan bioplastik dengan suhu gelatinisasi 75 o_{C dan variasi} 0,76%, amilosa 17,9 %, amilopektin 75,66 %, kadar protein 1,02%, kadar lemak 1,44%. Analisa sifat pasta dengan metode Rapid Visco Analyzer (RVA) menunjukkan pati talas memiliki temperatur gelatinisasi 72,94 oC dengan viskositas puncak 6632 cP, sedangkan bioplastik pati talas memiliki temperatur gelatinisasi 77,72 o_{C dengan viskositas puncak 3476 cP. Dari hasil analisa FT-IR}

diperoleh perubahan gugus fungsi O-H bioplastik pati talas dengan pengisi kitosan dan plasticizer sorbitol pada bilangan gelombang 3765 cm-1, dari hasil analisa morfologi patahan bioplastik diperoleh bahwa penyebaran pengisi kitosan tidak merata dan masih terdapat beberapa fraksi kosong. Penambahan kitosan dan sorbitol berpengaruh terhadap sifat kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus bioplastik yang dihasilkan. Seiring bertambahnya variasi kitosan maka nilai kekuatan tarik meningkat, seiring bertambahnya variasi sorbitol maka nilai pemanjangan pada saat putus meningkat. Bioplastik terbaik pada penelitian ini adalah bioplastik pada komposisi pati 40 % w/v dengan kitosan 2,5 w/v, dan sorbitol 30 % w/w yang memiliki nilai kekuatan tarik 8,36 MPa dan nilai pemanjangan pada saat putus 22,06 %.

(9)

ABSTRACT

Bioplastics are plastics based on biological or often referred to a plastic made from renewable resources and can be recycled by biological processes. Starch from the tubers of taro (Colocasia esculenta) is used as a raw material for the bioplastic using sorbitol as plastizicer and chitosan as a filler. This study aims to determine the characteristics and profile of taro starch gelatinization, determine the effect of chitosan and sorbitol to the properties of tensile strength, elongation at break, water absorption and gelatinization profile bioplastics from taro starch. This study uses a casting method in the manufacture of bioplastics with gelatinization temperature 75 o_{C and a variety starch concentration of 20 % w/v,}

30% w/v and 40% w/v. Furthermore, the variation of the addition of sorbitol (10 % w/w, 20 % w/w, 30 % w/w, 40 % w/w and 50 % w/w), and the variation of temperature of gelatinization 72.94 °C with peak viscosity 6632 cP, while the taro starch bioplastics have temperature of gelatinization 77.72 °C with a peak viscosity 3476 cP. From the analysis of FT-IR obtained a change of functional groups of O-H of bioplastics at wave number 3765 cm-1_{, from the analysis of the}

morphology of fracture bioplastics obtained that the spread of filler chitosan is uneven and there are still some factions empty. Addition of chitosan and sorbitol affect the properties of tensile strength and elongation at break of bioplastics produced. By increasing variation chitosan increased the value of tensile strength, by increasing variation of sorbitol, the value of the elongation at break increases. The best bioplastics produced on this research is on the composition of starch 40 % w/v with chitosan 2.5 w/v, and sorbitol 30 % w/w which has a value of 8.36 MPa tensile strength and elongation at break value of 22.06%.

(10)

ix

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1 BIOKOMPOSIT 7

2.8 TEKNIK PEMBUATAN BIOPLASTIK (METODE CASTING) 19

(11)

2.9.1 Analisa Karakteristik Pati 20

2.9.2 Analisa Sifat Pasting 21

2.9.3 Analisa Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 22

2.9.4 Analisa Sifat Perpanjangan Saat Putus (Elongation At Break) 22

2.9.5 Analisa Gugus Fungsi (FT-IR) 22

2.9.6 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) 23 2.9.7 Uji Penyerapan Air (Water-Absorption) 23

2.9.8 Uji Biodegradasi 24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 25

3.1 LOKASI PENELITIAN 25

3.4.2 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan

Plasticizer Sorbitol Tanpa Pengisi Kitosan

29

3.4.3 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan Pengisi Kitosan dan Pla sticizer Sorbitol

30

3.5 PROSEDUR ANALISA KARAKTERISTIK PATI TALAS 31

3.6 PROSEDUR ANALISA SIFAT PASTING 34

3.7 PROSEDUR ANALISA SIFAT KEKUATAN TARIK (TENSILE

STRENGTH) 34

3.8 PROSEDUR ANALISA SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK)

35

3.9 UJI KETAHANAN AIR BIOPLASTIK 35

3.10 PROSEDUR ANALISA BIODEGRADASI 36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 37

(12)

xi

4.2 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA PROFIL GELATINISASI PATI TALAS, BIOPLASTIK TANPA KITOSAN, DAN

BIOPLASTIK DENGAN KITOSAN DAN PLASTICIZER

SORBITOL 40

4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA FT-IR PATI TALAS, KITOSAN, BIOPLASTIK TANPA KITOSAN DAN TANPA SORBITOL, BIOPLASTIK DENGAN SORBITOL TANPA KITOSAN, DAN BIOPLASTIK DENGAN KITOSAN DAN

SORBITOL 45

4.4 PENGARUH VARIASI PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER SORBITOL TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK

BIOPLASTIK PATI TALAS

47

4.5 PENGARUH VARIASI PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER SORBITOL TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT

PUTUS BIOPLASTIK PATI TALAS 52

4.6 KARAKTERISTIK SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPY)

BIOPLASTIK

57

4.7 HASIL ANALISA KETAHANAN AIR BIOPLASTIK 58

4.8 HASIL UJI BIODEGRADASI BIOPLASTIK 60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 63

5.1 KESIMPULAN 63

5.2 SARAN 65

DAFTAR PUSTAKA 66

(13)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur Amilosa 10

Gambar 2.2 Struktur Amilopektin 10

Gambar 2.3 Talas 13

Gambar 2.4 Struktur Kitin dan Kitosan 15

Gambar 2.5 Rumus Kimia Sorbitol 16

Gambar 3.1 Diagram Alir Isolasi Pati Talas 28

Gambar 3.2 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan

Plasticizer Sorbitol Tanpa Pengisi Kitosan 29 Gambar 3.3 Diagram Alir Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan

Dan Plasticizer Sorbitol 30

Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik 34

Gambar 4.1 Pati Talas (Colocasia esculenta) 37

Gambar 4.2 Profil Gelatinisasi Pati Talas, Bioplastik Tanpa Kitosan Dan

Bioplastik Dengan Kitosan Dan Plasticizer Sorbitol 41

Gambar 4.3 Karakteristik Hasil Analisa FTIR Pati Talas, Kitosan, Bioplastik Tanpa Kitosan Dan Tanpa Sorbitol, Bioplastik Dengan Sorbitol Tanpa Kitosan, Bioplastik Dengan Kitosan

Dan Sorbitol 45

Gambar 4.4 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Berpengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol pada Larutan Pati

20 % 48

Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Berpengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Pada Larutan Pati

30 % 49

Gambar 4.6 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas Berpengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Pada Larutan Pati

(14)

xiii

Gambar 4.7 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Berpengisi Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Pada Larutan

Pati 20 % 52

Pati 30 % 54

Pati 40 % 55

Gambar 4.10 Hasil Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Pada Daerah Patahan Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik Dengan

Perbesaran 2000x 57

Gambar 4.11 Grafik Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas 30 %

Dengan Plasticizer Sorbitol 50 % Dan Pengisi Kitosan 59 Gambar 4.12 Uji Biodegradasi Bioplastik Dengan Plasticizer Sorbitol Dan

Pengisi Kitosan 60

Gambar L1.1 Grafik Pengeringan Kadar Air Pati Talas 72 Gambar L1.2 Grafik Penimbangan Kadar Abu Pati Talas 73 Gambar L1.3 Grafik Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas Dengan

Plasticizer Sorbitol Dan Pengisi Kitosan 85

Gambar L3.1 Persiapan Isolasi Pati Talas 91

Gambar L3.2 Pelarutan Pengisi Kitosan 92

Gambar L3.3 Proses Pembutan Bioplastik 92

Gambar L3.4 Proses Pencetakan Dengan Alat Cetakan Akrilik 93 Gambar L3.5 Alat UTM Gotech Al-7000M Grid Tensile 93

Gambar L4.1 Hasil Analisa FT-IR Pati Talas 94

(15)

Gambar L4.3 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Tanpa Plasticizer

Sorbitol dan Kitosan 95

Gambar L4.4 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer

Sorbitol Tanpa Pengisi Kitosan 95

Gambar L4.5 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan

Plasticizer Sorbitol 96

Gambar L4.6 Hasil Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol Pada Daerah Patahan Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik 97 Gambar L4.7 Hasil Analisa Kadar Pati, Kadar Amilosa Dan Kadar

Amilopektin Pati Talas 98

Gambar L4.8 Hasil Analisa Kadar Protein, Kadar Lemak Dan Sifat Pasting Pati Talas Dan Bioplastik Dengan Kitosan Dan Bioplastik

(16)

xv

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Bioplastik 2

Table 2.1 Kandungan Nutrisi Talas 13

Table 2.2 Kandungan Pati Talas 13

Tabel 3.1 Pembuatan Standar Amilosa 32

Table 4.1 Standar Mutu Pati Berdasarkan Standar Industri Indonesia dan

Hasil Karakteristik Pati Talas 37

Table 4.2 Nilai Parameter Profil Gelatinisasi Pati Talas, Bioplastik Tanpa Kitosan Dan Bioplastik Dengan Kitosan Dan Plasticizer Sorbitol 41 Table 4.3 Karakteristik Hasil Analisa FTIR Pati Talas, Kitosan, Bioplastik

Tanpa Kitosan Dan Tanpa Sorbitol, Bioplastik Dengan Sorbitol

Tanpa Kitosan, Bioplastik Dengan Kitosan Dan Sorbitol 46 Table 4.4 Hasil Uji Biodegradasi Bioplastik Dengan Plasticizer Sorbitol

Dan Pengisi Kitosan 61

Tabel L1.1 Data Hasil Analisa Kadar Air Pati Talas 72

Tabel L1.2 Data Hasil Analisa Kadar Abu Pati Talas 73 Tabel L1.3 Hasil Bioplastik Pati Talas dengan Kitosan dan Plasticizer

Sorbitol 74

Tabel L1.4 Data Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik Dan Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan Dan

Plasticizer Sorbitol 83

Tabel L1.5 Data Hasil Analisa Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Sorbitol Dan Pengisi Kitosan 85 Tabel L1.6 Data Hasil Uji Biodegradabilitas Bioplastik Pati Talas Dengan

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Data Penelitian 72

L1.1 Data Hasil Analisa Kadar Air Pati Talas 72 L1.2 Data Hasil Analisa Kadar Abu Pati Talas 73 L1.3 Foto Hasil Bioplastik Pati Talas Dengan Pengisi Kitosan

Dan Plasticizer Sorbitol 74

L1.4 Data Hasil Analisa Sifat Kekuatan Tarik (MPa) Dan Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan Dan Plasticizer Sorbitol 83 L1.5 Data Hasil Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas

Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 85 L1.6 Data Hasil Uji Biodegradabilitas Bioplastik Pati Talas

Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 86

Lampiran 2 Contoh Perhitungan 87

L2.1 Perhitungan Pembuatan Bioplastik Pati Talas Dengan

Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 87

L2.2 Perhitungan Uji Kadar Air Pati Talas 87 L2.3 Perhitungan Uji Kadar Abu Pati Talas 88

L2.4 Perhitungan Derajat Deasetilasi Kitosan 88 L2.5 Perhitungan Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik Pati Talas

Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 88 L2.6 Perhitungan Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus

Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer

Sorbitol 89

L2.7 Perhitungan Uji Ketahanan Air Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 89 L2.8 Perhitungan Uji Biodegradasi Bioplastik Pati Talas

Dengan Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 90

Lampiran 3 Dokumentasi Penelitian 91

(18)

xvii

L3.2 Pelarutan Pengisi Kitosan 92

L3.3 Proses Pembuatan Bioplastik 92

L3.4 Proses Pencetakan Dengan Cetakan Akrilik 93

L3.5 Alat Universal Testing Machine (UTM) Gotech

Al-7000M Grid Tensile 93

Lampiran 4 Hasil Pengujian Lab Analisis Dan Instrumen 94

L4.1 Hasil Analisa FT-IR Pati Talas 94

L4.2 Hasil Analisa FT-IR Kitosan 94

L4.3 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Tanpa

Plasticizer Sorbitol dan Kitosan 95

L4.4 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan Plasticizer Sorbitol Tanpa Pengisi Kitosan 95 L4.5 Hasil Analisa FT-IR Bioplastik Pati Talas Dengan

Kitosan dan Plasticizer Sorbitol 96

L4.6 Hasil Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Bioplastik Pati Talas Dengan Kitosan Dan Plasticizer Sorbitol Pada Daerah Patahan Hasil Analisa Sifat

(19)

DAFTAR SINGKATAN

AOAC Association of Analytical Cummunities

RVA Rapid Visco Analyzer

FTIR Fourier Transform Infra Red

ASTM American Standart Testing of Material

SEM Scanning Electron Microscopy

EM-4 Effective Microorganism 4

(20)

xix

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

σ Kekuatan Tarik N/mm2

F Gaya Yang Diperlukan N

A Luas Penampang Bahan Uji mm2

W Berat Setelah Perendaman gram

Wo Berat Sebelum Perendaman gram