SINTESIS DAN OPTIMALISASI GEL KITOSAN-GOM
XANTAN
DWI WAHYU UTOMO
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
ABSTRAK
DWI WAHYU UTOMO. Sintesis dan Optimalisasi Gel Kitosan-Gom Xantan. Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan AHMAD SJAHRIZA.
Limbah kulit udang dapat disintesis menjadi kitosan. Sifat reologi kitosan diperbaiki dengan pengegelan menggunakan penambahan glutaraldehida dan hidrokoloid alami seperti gom xantan. Sifat reologi yang diukur meliputi kekuatan, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel. Parameter lain yang diukur ialah kadar air, kadar abu, derajat deasetilasi (DD), dan bobot molekul (BM). Pembuatan gel dilakukan dengan mencampurkan larutan gom xantan 0.0%, 0.5%, dan 1.0% (b/v), kitosan 2.5% (b/v), serta glutaraldehida 2.50%, 2.25%, dan 2.50% (v/v). Berdasarkan analisis proksimat, kitosan memiliki kadar air 5.89%, kadar abu 0.15%, DD 73.61%, dan BM 4.30 × 105 g mol-1. Gel optimum terjadi pada konsentrasi glutaraldehida 2.4028% dan gom xantan 1.00% yang memberikan kekuatan, titik pecah, sifat pengerutan, dan sifat pembengkakan gel maksimum, serta ketegaran minimum. Berdasarkan data tersebut kitosan dalam penelitian ini memenuhi spesifikasi kitosan niaga. Spektrum inframerah transformasi Fourier antara kitosan, gel glutaraldehida, dan gel kitosan-glutaraldehida-gom xantan menunjukkan puncak serapan spesifik pada 1563 cm-1 (gugus imina).
ABSTRACT
DWI WAHYU UTOMO. Synthesis and Optimization of Chitosan-Xanthan Gum Gel. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and AHMAD SJAHRIZA.
Shrimp shell can be synthesized to chitosan. Rheological properties of chitosan were improved by gelation using glutaraldehyde and natural hydrocolloids such as xanthan gum. Rheological properties measured included gel strength, break point, rigidity, swelling and shrinking. Other parameters measured were moisture content, ash content, deacetylation degree (DD), and molecular weight (MW). The gel was made by mixing xanthan gum solution 0.00, 0.50, 1.00% (w/v), chitosan 2.50 (w/v), and glutaraldehide 2.00%, 2.25%, and 2.50%. Based on proximate analysis, chitosan had 5.89% moisture content, 0.15% ash content, 73.61% DD, and 4.30 × 105 g mol-1 MW. The optimum gel happened at 2.4028% glutaraldehyde and 1.00% of xanthan gum, which gave maximum gel strength, break point, shrinking, and swelling properties, and minimum gel rigidity property. Based on those data, chitosan in this research had fulfilled commercial chitosan’s specifications. Fourier transform infrared spectrum among chitosan, chitosan-glutaraldehyde gel and chitosan-glutaraldehyde-xanthan gum gel showed specific absorption at 1563 cm-1 (imine group).
SINTESIS DAN OPTIMALISASI GEL KITOSAN-GOM
XANTAN
DWI WAHYU UTOMO
Skripsi
Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul : Sintesis dan Optimalisasi Gel Kitosan-Gom Xantan
Nama : Dwi Wahyu Utomo
NIM : G44201011
Menyetujui:
Pembimbing I, Pembimbing II,
Dr. Purwantiningsih Sugita, MS Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 779 513 NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
PRAKATA
Alhamdulillahirobbilalamiin. Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang atas berkah dan rahmat-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilakukan dari bulan April 2005 sampai Mei 2006, di Laboratorium Kimia Organik, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Judul yang dipilih adalah Sintesis dan Optimalisasi Gel Kitosan-Gom Xantan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Purwantiningsih Sugita, MS selaku pembimbing I dan Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing II. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Drs. M. Farid, Budi Arifin S.Si, dan Dwi Wahyono S.Si. yang banyak memberi saran dan arahan. Selain itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Ibu, Bapak, Mba Tami, Mas Agus, dr Teguh, Mas Wawan, Ade Rini, seluruh staf dan laboran Kimia Organik, Pusat Studi Biofarmaka, Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi IPB, rekan-rekan sepenelitian (Ama, Capello, dan Anti), teman-teman Kimia 38 atas persahabatan, perhatian, ilmu, semangat yang diberikan, kebersamaan yang indah, serta semua pihak yang telah memberikan dukungan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini berguna dan bermanfaat.
Bogor, Juni 2006
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cilacap pada tanggal 23 Maret 1983 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan M.Y. Muhadjir dan Hj. Mukinah.
Tahun 2001 penulis lulus dari SMUN 1 Banyumas dan pada tahun yang sama penulis masuk di Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif menjadi asisten di berbagai mata kuliah, diantaranya asisten praktikum Kimia Dasar I, Kimia Dasar II, Kimia Organik untuk mahasiswa TPB, Kimia Fisik I untuk mahasiswa S1 Kimia, Kimia Fisik dan Kimia Analitik untuk mahasiswa Ilmu Teknologi Pangan, Kimia Pangan, Kimia Koloid, Pengenalan dan Pemeliharaan Alat, Pengantar Komputer untuk mahasiswa D3 Analisis Kimia. Penulis juga aktif di Laboratorium Komputer di Depertemen Kimia IPB. Penulis juga pernah melakukan praktik lapangan di Laboratorium Riset dan Lindungan Lingkungan Pertamina UP IV Cilacap, Jawa Tengah dari bulan Juni-Juli 2004
.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL... viii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN... ix
PENDAHULUAN ... 1
TINJAUAN PUSTAKA Kitin dan Kitosan ... 1
Hirdrogel Kitosan ... 2
Gom Xantan ... 3
Tautan Silang Kitosan ... 3
Sifat Reologi Gel ... 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ... 4
Metode ... 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Pencirian Kitosan ... 6
Optimalisasi dan Analisis Sifat Relogi Gel... 6
Validasi Gel ... 8
Analisis Gugus Fungsi ... 8
SIMPULAN DAN SARAN... 9
DAFTAR PUSTAKA ... 9
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Spesifikasi kitosan niaga ... 2 2 Parameter kitin, kitosan, dan kitosan niaga ... 6 3 Persamaan gom xantan, glutaraldehida, dan interaksi keduanya terhadap respons... 8 4 Validasi hasil penelitian terhadap MODDE 5 ... 8
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Struktur unit ulangan selulosa (R = -OH), kitin (R = -NHCOCH3), dan kitosan (R = -NH2)... 1 2 Struktur dari hidrogel kitosan (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan
polimer hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik (Berger et al. 2004) ... 2 3 Struktur gom xantan ... 3 4 Struktur glutaraldehida ... 3 5 Struktur tautan silang antara kitosan dan glutaraldehida
(Wang et al. 2004)... 3 6 Metode garis dasar untuk penentuan derajat deasetilasi kitosan ... 4 7 Kurva pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida pada kekuatan pecah gel
... 6 8 Kurva pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida pada titik pecah gel.... 6 9 Kurva pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida pada ketegaran gel ... 7 10 Kurva pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida pada pembengkakan gel
... 7 11 Kurva pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida pada pengerutan gel... 7
12 Spektrum FTIR (a) kitosan, (b) gel kitosan-glutaraldehida, dan (c) gel-kitosan-glutaraldehida-gom xantan ... 8
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Diagram alir sintesis kitin dan kitosan ... 12 2. Diagram alir penelitian ... 13 3. Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan, serta reologi gel
kitosan-gom xantan ... 14 4. Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan ... 17 5. Penentuan bobot molekul kitosan ... 19 6. Grafik tiga dimensi hubungan glutaraldehida dengan gom xantan terhadap sifat reologi gel ... 20 7. Data hasil uji anova dan koefisien kuadratik... 22
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara kepulauan dengan lautan luas mengelilingi daratannya. Perairan Indonesia memiliki potensi yang cukup besar dengan berbagai jenis invertebrata, tetapi baru sebagian kecil saja produk perikanan yang sudah dimanfaatkan. Hanya jenis-jenis tertentu yang sudah diolah secara modern dalam dunia industri sebagai komoditas andal dalam rangka meningkatkan ekspor non-migas. Di antara komoditas tersebut, udang merupakan komoditas primadona. Pada tahun 1986, kontribusi ekspor udang terhadap ekspor hasil perikanan mencapai 33.61% dari total volume atau 76.15% dari total nilai ekspor, sedangkan pada tahun 1990 kontribusinya mencapai 19.36% dari volume ekspor atau 66.39% dari total nilai ekspor. Selama periode ini, ekspor udang mengalami kenaikan volume sebesar 27.10%, yaitu dari 36112 ton pada tahun 1986 menjadi 94037 ton pada tahun 1990, sedangkan nilai ekspornya meningkat dari 25.11% dari US$ 285 juta menjadi US$ 690 juta (Dirjen Perikanan 1992). Data nilai ekspor ini terus meningkat, tercatat tahun 2001 dan 2002 berturut-turut sebesar US$ 840.1 dan US$ 840.4 juta (BPS 2003)
Udang di Indonesia diekspor dalam bentuk udang beku, yaitu udang yang sudah dibuang bagian kepala dan kulitnya (Sudibyo 1991). Limbah ini dapat mencemari lingkungan di sekitar pabrik atau di daerah tempat pembuangan limbah. Salah satu pemanfaatan limbah kulit udang untuk mengatasi pencemaran ini ialah dengan mengolahnya menjadi kitin.
Kitosan adalah salah satu turunan kitin yang dihasilkan dari proses deasetilasi kitin menggunakan basa kuat (Wang et al. 2004). Kitosan dapat dimodifikasi menjadi gel atau membran. Gel kitosan dibuat dengan melarutkan kitosan dalam asam encer (Berger et al. 2004). Gel ini perlu dimodifikasi lebih lanjut untuk menyesuaikan sifatnya dengan aplikasi yang diinginkan salah satunya dengan menambahkan hidrokoloid. Hidrokoloid yang telah digunakan ialah alginat (Cardenas et al. 2003), yang menghasilkan kitosan termodifikasi dengan kemampuan mengembang dan menyerap pelarut yang baik (Cardenas et al. 2003). Berawal dari penelitian inilah, semakin dikembangkan penelitian tentang kitosan termodifikasi dengan penambahan hidrokoloid.
Gom xantan merupakan sejenis hidrokoloid. Menurut Fardiaz (1989)
hidrokoloid ini dapat larut dalam pelarut panas atau dingin, mempunyai viskositas yang tinggi pada konsentrasi rendah, yang tidak berubah pada kisaran pH yang lebar pH (1 sampai 13), memiliki kelarutan dan stabilitas yang sangat baik pada kondisi asam maupun basa, tahan terhadap serangan enzim, serta cocok dan stabil pada larutan garam. Karena sifat-sifat reologi yang menarik inilah, dalam penelitian ini, dikaji sifat-sifat kitosan termodifikasi-gom-xantan berdasarkan penelitian kitosan termodifikasi-alginat. Modifikasi kitosan dengan gom xantan ini memerlukan penambahan senyawa penaut-silang sehingga strukturnya lebih permanen (Berger et al. 2004).
Pemanfaatan gel kitosan termodifikasi sangat luas. Kegunaannya antara lain di bidang lingkungan, sebagai zat penjerap pencemar, dan dalam bidang kesehatan, sebagai kapsul pembungkus obat, bidang kosmetik.
TINJAUAN PUSTAKA Kitin dan Kitosan
Kitin termasuk homopolisakarida berbobot molekul tinggi dan merupakan biopolimer linear dari anhidro N-asetil-D-glukosamin (N -asetil-2-amino-2-deoksi-D-glukosa). Struktur kitin sama dengan selulosa, ikatan glikosidik antarmonomernya β-(1→4). Perbedaan dengan selulosa adalah gugus –OH yang terikat pada C-2 pada kitin digantikan oleh gugus asetamida (NHCOCH3) sehingga kitin menjadi sebuah polimer dengan unit ulang N-asetilglukosamina. Struktur kitin dapat dilihat pada Gambar 1. O R OH CH2OH O R OH CH2OH O O O n
Gambar 1 Struktur unit ulangan selulosa (R = -OH), kitin (R = -NHCOCH3), dan kitosan (R = -NH2).
Jika sebagian besar gugus asetil pada kitin disubstitusi oleh hidrogen menjadi gugus amino, dengan penambahan basa berkonsentrasi tinggi, dihasilkan kitosan. Struktur kitosan dapat dilihat pada Gambar 1.
Kitosan memiliki rumus molekul (C6H11NO4)n. Kitosan merupakan biopolimer
polikationik linear dengan unit berulang 2-amino-2-deoksi-D-glukopiranosa yang ter-hubung oleh ikatan β-(1→4) (Thatte 2004).
Kitosan larut dalam pelarut organik berair, tidak seperti kitin yang tak larut. Kitosan juga tidak larut dalam basa kuat, sedikit larut dalam HCl, HNO3, dan H3PO4 0,5%, tetapi tidak larut dalam H2SO4. Kitosan tidak beracun dan mudah terbiodegradasi. Bobot molekul kitosan sekitar 1.2 × 105, bergantung pada degradasi yang terjadi selama proses deasetilasi.
Tabel 1 Spesifikasi kitosan niaga* Parameter Ciri
Ukuran partikel Serpihan sampai bubuk Kadar air ≤ 10%
Kadar abu ≤ 2% Derajat deasetilasi ≥ 70% Warna larutan tidak berwarna Viskositas (cps):
Rendah < 200 Medium 200-799 Tinggi 800-2000 Sangat tinggi >2000
* Sumber: Anonim 1987 dalam Jamaludin 1994
Kitosan relatif lebih banyak digunakan pada berbagai bidang industri terapan dan kesehatan. Mutu kitin dan kitosan untuk aplikasi tersebut ditentukan dari nilai derajat deasetilasi, kadar abu, kadar air, dan viskositas. Pada Tabel 1 tertera spesifikasi kitosan niaga.
Hidrogel Kitosan
Hidrogel merupakan jaringan polimer yang mengandung banyak air dalam strukturnya dan akan mengembang tanpa ditambah air (Wang et al. 2004). Air yang terdapat dalam gel ini merupakan tipe air imbibisi, yaitu air yang masuk ke dalam suatu bahan dan akan menyebabkan pengembangan volume, tetapi air ini bukan komponen penyusun bahan tersebut (Winarno 1997). Hidrogel diklasifikasikan berdasarkan sifatnya menjadi hidrogel kimia dan fisika. Hidrogel kimia dibentuk dari reaksi yang irreversibel, sedangkan hidrogel fisika dibentuk dari reaksi reversibel. Hidrogel kimia, seperti hidrogel kitosan bertautan silang secara kovalen, sedangkan hidrogel fisika bertautan silang secara ionik (Steven 2001, Berger et al. 2004).
Tautan-silang kovalen dalam hidrogel kitosan dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu tautan silang kitosan-kitosan, jaringan polimer hibrida, dan semi- atau full-interpenetrating network (IPN) (Gambar 2a, b, c). Tautan silang kitosan-kitosan terjadi antara 2 unit struktural pada rantai polimer kitosan yang sama, sementara pada jaringan polimer hibrida, reaksi tautan silang terjadi antara satu unit dari struktur rantai kitosan dan unit lain dari struktur polimer tambahan. Berbeda dengan jaringan polimer hibrida, semi- atau full-IPN terjadi jika ditambahkan polimer lain yang tidak bereaksi dengan larutan kitosan sebelum terjadi tautan silang. Pada semi-IPN, polimer yang ditambahkan ini hanya melilit, sementara pada full-IPN, ditambahkan dua senyawa pengikat silang yang terlibat dalam jaringan (Berger et al. 2004).
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2 Struktur hidrogel kitosan: (a) tautan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan polimer hibrida, (c) jaringan semi IPN, (d) kitosan bertautan silang ionik (Berger et al. 2004).
Kestabilan hidrogel sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan terutama dalam lingkungan hayati seperti pH, suhu, medan listrik, kekuatan ionik, dan kadar garam (Wang et al. 2004). Kekurangan inilah yang membatasi kegunaan gel kitosan terutama dalam aplikasi sebagai zat yang akan digunakan ke dalam sistem hayati. Karena itu, dilakukan modifikasi gel kitosan. Modifikasi yang dilakukan ialah penambahan IPN (interpenetrating network), salah satunya berupa gom xantan, yang merupakan hidrokoloid. IPN akan menyebar dalam hidrogel dan terpolimerisasi. Terbentuk tautan silang sehingga akan diperoleh sifat mekanik hidrogel yang lebih baik pada produk akhir.
Gom Xantan
Istilah gom digunakan untuk menamai bahan-bahan yang mempunyai kemampuan untuk mengentalkan atau membentuk gel dari suatu sistem cairan. Gom bisa diperoleh dari tanaman dan hewan baik secara alami, atau melalui ekstraksi, fermentasi, modifikasi kimia, dan sintesis kimia (Gliksman 1984).
Gom xantan merupakan hasil fermentasi bakteri Xanthomonas campestris (Jeanes et al. 1961 yang dikutip Fardiaz 1989). Strukturnya tersaji pada Gambar 3.
Gambar 3 Struktur gom xantan (Gliksman 1980).
Menurut Fardiaz (1989), gom xantan larut sempurna baik dalam air panas maupun dingin. Sintesis gom xantan secara enzimatik melalui fermentasi di bawah kondisi yang terkendali telah memberikan polimer yang strukturnya seragam dengan distribusi bobot molekul yang sempit. Sifat ini mendukung stabilitas larutan gom xantan yang baik. Salah satu sifat unik dari gom xantan ialah dapat memberikan kekentalan yang sangat tinggi pada konsentrasi rendah.
Tautan Silang Kitosan
Senyawa yang lazim digunakan untuk menghasilkan tautan silang pada kitosan ialah glutaraldehida. Glutaraldehida merupakan senyawa dwifungsional yang umumnya digunakan untuk memodifikasi protein dan polimer. Glutaraldehida mempunyai rumus molekul C5H8O2 (Gambar 4) dengan bobot molekul 100.1 g mol-1, titik didih 100 ºC, titik beku -15 ºC, pH antara 3.2–4.2, serta larut dalam air, alkohol, dan benzena.
O C
H (CH2)3 C O
H
Gambar 4 Struktur glutaraldehida. Glutaraldehida paling banyak digunakan pada senyawa peptida karena mempunyai aktivitas yang tinggi dalam gugus aldehida (Wang et al. 2004). Glutaraldehida sebagai pengikat silang mempunyai sedikitnya dua gugus fungsi yang menjadi penghubung antara 2 rantai polimer (Berger et al. 2004) Tautan silang glutaraldehida terjadi melalui reaksi pembentukan basa Schiff antara gugus aldehida-ujung pada glutaraldehida dengan gugus amino pada kitosan membentuk imina (Wang et al. 2004) (Gambar 5).
Gambar 5 Struktur tautan silang kitosan dengan glutaraldehida.
Sifat Reologi Gel
Reologi merupakan ilmu yang mempelajari sifat-sifat aliran suatu bahan dan perubahan bentuk suatu fluida (Billmeyer 1984). Sifat fisik dalam reologi meliputi kekentalan (viskositas), elastisitas, plastisitas, kelenturan, dan kekenyalan. Parameter pencirian umum suatu cairan atau larutan ialah viskositas, yaitu indeks hambatan alir suatu cairan. Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas adalah konsentrasi, suhu, dan keberadaan elektrolit dalam larutan.
Sifat fisik utama dari gel adalah kekuatan gel (gel strength). Kekuatan gel merupakan gaya yang diperlukan untuk menghancurkan susunan gel. Selain kekuatan gel, sifat fisik lainnya adalah pengerutan (shrinking), pembengkakan (swelling), titik pecah, dan ketegaran (rigidity). Pengerutan adalah peristiwa pelepasan medium terdispersi secara spontan pada gel yang disimpan, sekalipun pada kelembapan yang tinggi dan suhu yang rendah. Penyebab terjadinya pengerutan adalah kontraksi gel akibat terbentuknya tautan-tautan baru antarpolimer dari struktur gel (Rahayu 2000).
Gel dapat membengkak jika direndam dalam larutan bufer asetat pH 4. Pembengkakan gel terjadi karena masuknya
cairan ke dalam struktur gel akibat adanya perbedaan aktivitas pelarut yang ada di dalam dan di luar gel. Menurut Wang et al. (2004), faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi terjadinya pembengkakan gel adalah pH, suhu, kekuatan ionik, jenis garam yang digunakan pada saat pembuatan bufer, dan pelarut yang digunakan sebagai medianya. Dalam kondisi asam, gel mampu membengkak 5 kali lebih besar dibandingkan dalam kondisi netral (Cardenas et al. 2003). Titik pecah menunjukkan dalamnya penetrasi sampai gel pecah, sedangkan ketegaran menunjukkan besarnya beban yang diperlukan untuk memecah matriks gel atau tingkat kekakuan dari gel.
BAHAN DAN METODE
Alat dan BahanAlat-alat yang digunakan antara lain termometer, viskometer Ostwald 3137R, neraca analitik, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) Bruker jenis Tentor 37, oven, hot plate, penganalisis tekstur (texture analyzer) Stevens LFRA, pH-meter, dan alat-alat kaca lainnya.
Bahan-bahan yang digunakan di antaranya kitosan (hasil isolasi limbah kulit udang dari Muara Angke Jakarta Utara, Lampiran 1), NaOH 3.50% dan 50% (b/v), HCl 1 N, asam asetat 1%, glutaraldehida, Gom xantan, larutan bufer asam asetat-natrium asetat pH 4, larutan bufer natrium fosfat pH 7, dan KBr 1%.
Metode Penelitian
Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah isolasi kitosan dan penciriannya, pembuatan gel kitosan-gom xantan dan pengukuran sifat reologinya, optimalisasi untuk mencari gel optimum, dan analisis gugus fungsi gel optimum dengan FTIR. Bagan alir penelitian diberikan pada Lampiran 2.
Pencirian Kitin dan Kitosan Analisis Kadar Air (AOAC 1999)
Penentuan kadar air kitin atau kitosan dilakukan dengan metode gravimetri. Sebanyak kira-kira 1.0000 g contoh dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah diketahui bobotnya, kemudian cawan
dan isinya dipanaskan dalam oven bersuhu 105 oC sampai bobotnya konstan. Setelah itu, dimasukkan ke dalam desikator dan ditimbang. Kadar air dihitung dengan cara
Kadar air = dengan
X = bobot contoh mula-mula (g) Y = bobot contoh kering (g) Analisis Kadar Abu (AOAC 1999)
Penentuan kadar abu kitin atau kitosan dilakukan dengan metode gravimetri. Cawan porselen dibersihkan dan dimasukkan ke dalam tanur untuk menghilangkan sisa-sisa kotoran yang menempel dalam cawan, kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Sebanyak kira-kira 0.5000 g kitin/kitosan dimasukkan ke dalam cawan tersebut dan dipanaskan sampai tidak berasap, kemudian dibakar dalam tanur pengabuan dengan suhu 600 oC sampai diperoleh abu berwarna putih. Setelah itu, cawan beserta isinya dimasukkan ke dalam desikator dan ditimbang. Kadar abu contoh dihitung dengan persamaan
Kadar abu =
Penentuan Derajat Deasetilasi (Khan et al. 2002)
Untuk penentuan derajat deasetilasi digunakan FTIR. Kitin dan kitosan yang diperoleh dibuat pelet dengan KBr 1%, kemudian dilakukan pemayaran pada daerah frekuensi 4000 sampai 400 cm-1. Derajat deasetilasi ditentukan dengan metode garis dasar (Gambar 6).
Gambar 6 Metode garis-dasar untuk analisis derajat deasetilasi kitosan
X – Y X × 100% Bobot abu (g) Bobot contoh (g) × 100% Po P Po P Bilangan gelombang -1 Transmitans
Nilai absorbans dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
A = log Po = % transmitans pada garis-dasar
P = % transmitans pada puncak minimum A = absorbans
Kitin yang terdeasetilasi sempurna (100%) memiliki nilai A1655 = 1.33. Dengan membandingkan nilai absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm-1 (serapan pita amida I) dengan absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm-1 (serapan gugus hidroksil) (Domszy & Roberts 1985 dalam Khan et al 2002), %DD dapat dihitung dengan persamaan: % DD = 1 –
100
%
33
.
1
1
3450 1655×
×
A
A
Penentuan Bobot Molekul Kitosan (Tarbojevich & Cosani 1996)
Bobot molekul kitosan ditentukan dengan menggunakan metode viskometer Ostwald. Sekitar 0.10 g kitosan dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 0.50 M, kemudian diambil sebanyak 5 mL dan dimasukkan ke dalam viskometer untuk ditentukan waktu alirnya. Pengukuran juga dilakukan untuk beberapa konsentrasi kitosan lainnya. Persamaan-persamaan yang digunakan ialah sebagai berikut: Viskositas relatif ηr = η/ηo≅t/to Viskositas spesifik ηsp =ηr -1 Viskositas intrinsik [η] = (ηsp/c)c=0 ηsp/c = [η] + k’[η]2c, dengan k’ 0.3–0.7 [η] = KMa, dengan K = 3.5 × 10-4 dan a = 0.76
T = waktu alir zat M = bobot molekul zat t0 = waktu alir pelarut η = viskositas zat η0 = viskositas pelarut
Pembuatan Gel Kitosan-Gom Xantan Gel kitosan-gom xantan dibuat dengan meragamkan konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida. Konsentrasi gom xantan yang digunakan adalah 0.00, 0.50, dan 1.00% (b/v), sedangkan konsentrasi glutaraldehida 2.00, 2.25, dan 2.50% (v/v). Konsentrasi kitosan dibuat tetap, yaitu 2.50% (b/v). Sebanyak 0.00, 0.50, 1.00 g gom xantan dilarutkan
dalam 100 mL asam asetat 1.00% (v/v), kemudian 1 mL larutan gom xantan tersebut ditambahkan ke dalam 30 mL larutan asam asetat 1% (v/v) dan diaduk sampai homogen. Setelah itu, ditambah 0.75 g kitosan untuk membuat konsentrasi kitosan 2.5% (b/v). Campuran diaduk sampai homogen. Setelah homogen ditambahkan 1 mL glutaraldehida dengan ragam konsentrasi 2.00, 2.25, 2.50% (v/v). Larutan yang terbentuk menjadi gel setelah didiamkan selama semalam.
Gel kitosan-gom xantan yang terbentuk kemudian dianalisis dengan FTIR dan diukur sifat reologinya yang meliputi kekuatan gel, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan dengan menggunakan penganalisis tekstur.
Pengukuran Sifat Reologi Gel Kekuatan pecah gel ditentukan dengan menggunakan alat penganalisis tekstur. Contoh dalam cetakan diletakkan dalam tempat sampel, selanjutnya alat dioperasikan untuk melihat gaya maksimum yang diperlukan untuk memecahkan gel. Nilai kekuatan pecah dihitung dengan cara berikut (Angalett 1986): Kekuatan gel (g/cm2) = kalibrasi nilai x penekan bidang luas (BC) pecah beban Nilai kalibrasi = gel ke penekan jarak penekan beban
Titik pecah (cm) = penetrasi pecah (AC) Ketegaran (g/cm) = (AC) pecah penetrasi (BC) pecah beban
Pembengkakan gel dilakukan dengan merendam sekitar 1.0000 g gel dalam 30 mL larutan bufer asetat pH 4 selama 24 jam pada suhu kamar. Selama proses pembengkakan, wadah ditutup untuk mencegah menguapnya
Beban pecah (g) B A C Penetrasi pecah (mm) P0 P
larutan bufer. Setelah 24 jam, gel ditimbang kembali untuk mengetahui bobot air yang terserap (Wang et al. 2004).
Pengerutan dilakukan dengan merendam sekitar 2.0000 g gel dalam 30 mL larutan bufer fosfat pH 7 selama 24 jam pada suhu 10 oC. Setelah itu, gel ditimbang kembali untuk mengetahui bobot air yang dikeluarkan oleh gel (Wang et al. 2004).
Rancangan Percobaan
Hasil penelitian diolah dengan menggunakan perangkat lunak Modde 5.0 untuk mengetahui kombinasi konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida yang terbaik, serta melihat pengaruh perubahan konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan pecah, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel kitosan-gom xantan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian KitosanHasil penelitian menunjukkan nilai kadar air dan kadar abu kitosan seperti disajikan pada Tabel 2 (data lengkap pada Lampiran 3). Tabel 2 Parameter kitin, kitosan, dan kitosan
niaga
Parameter Kitin Kitosan Kitosan niaga Kadar air 8.53% 5.89% ≤ 10% Kadar abu 0.44%* 0.15%* ≤ 2%
Derajat
deasetilasi 58.27% 73.61% ≥ 70%
* Berdasarkan bobot basah
Dengan membandingkan parameter kitosan hasil penelitian dengan kitosan niaga (Tabel 2), kitosan yang diperoleh dapat dikategorikan sebagai kitosan niaga. Nilai derajat deasetilasi menunjukkan bahwa kitin telah mengalami penghilangan sebagian gugus asetil selama proses deasetilasi sedangkan pada kitosan terdeasetilasi lebih banyak gugus asetil, tetapi tidak seluruhnya. Spektrum FTIR untuk penentuan derajat deasetilasi diberikan pada Lampiran 4.
Bobot molekul kitosan beragam bergantung pada proses isolasinya. Dari percobaan diperoleh bobot molekul kitosan sebesar 4.30 × 105 g mol-1 (perhitungan diberikan di Lampiran 5). Jadi, kitosan yang diperoleh masih memenuhi syarat sebagai
kitosan niaga karena bobot molekulnya di bawah 1 × 106 g mol-1.
Optimalisasi dan Analisis Sifat Reologi Gel Sifat reologi gel kitosan-gom xantan yang meliputi kekuatan gel, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan diamati untuk melihat pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap sifat reologinya. Gambar 7 menunjukkan kurva dua dimensi pengaruh gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan gel. (data lengkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva tiga dimensinya pada Lampiran 6). Semakin banyak glutaraldehida yang ditambahkan kekuatan pecah semakin besar dan akan sedikit menurun pada konsentrasi glutaraldehida mendekati 2.50% (v/v). Semakin banyak glutaraldehida yang ditambahkan, semakin banyak tautan silang yang terbentuk sehingga gel akan menjadi lebih kaku dan lebih kuat. Penurunan kekuatan pecah pada konsentrasi glutaraldehida mendekati 2.50% (v/v) disebabkan masih terlalu sedikitnya gom xantan yang ditambahkan. Penambahan gom xantan dapat memperbaiki struktur tautan silang kitosan dalam gel sehingga gel menjadi lebih kaku dan kuat. Makin tinggi nilai kekuatan pecah gel, makin kaku dan makin kuat tautan yang terjadi antarpolimer pembentuk jaringan gel tersebut (Rahayu 2000).
Gambar 7 Kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan pecah gel.
Gambar 8 Kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap titik pecah gel.
Gambar 8 menunjukkan kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai titik pecah. (data lengkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva tiga dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 8 terlihat bahwa titik pecah meningkat dengan bertambahnya konsentrasi glutaraldehida. Hal ini disebabkan glutaraldehida membentuk tautan silang dengan jumlah yang banyak sehingga gel menjadi kuat. Akibatnya titik pecah semakin besar. Penambahan konsentrasi gom xantan ke dalam struktur gel juga menaikan titik pecah gel kitosan-gom xantan. Sekali lagi ini diakibatkan fungsi gom xantan untuk memperbaiki struktur tautan silang kitosan.
Gambar 9 menunjukkan kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai ketegaran gel. (data lengkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva tiga dimensinya pada Lampiran 6). Ketegaran atau kekakuan gel adalah gaya yang diperlukan untuk menghancurkan matriks gel sampai bagian dasarnya (Angalett 1986 dalam Nasution 1999). Kebalikan ketegaran adalah elastisitas atau kelenturan. Terjadinya penurunan ketegaran gel berarti elastisitas gel meningkat. Dari Gambar 9 dapat diketahui bahwa semakin banyak glutaraldehida dan gom xantan yang ditambahkan ketegaran semakin kecil. Adanya glutaraldehida seharusnya menyebabkan kekuatan gel meningkat sehingga ketegaran meningkat pula. Namun dengan adanya gom xantan ketegaran berkurang. Hal ini disebabkan sifat gom xantan yang dapat mempertahankan viskositas yang tinggi pada konsentrasi yang sangat rendah sekalipun (Gliksman 1980). Viskositas yang tinggi menyebabkan gel semakin elastis dan ketegarannya menurun.
Gambar 9 Kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai ketegaran gel.
Gambar 10 menunjukkan kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai pembengkakan
gel. (data lengkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva tiga dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 10 terlihat bahwa semakin banyak glutaraldehida yang ditambahkan, pembengkakan gel semakin kecil. Hal ini disebabkan struktur gel semakin rapat sehingga semakin sulit air berpenetrasi ke dalam struktur gel, seiring bertambahnya tautan silang oleh glutaraldehida. Berger et al. (2004) menyebutkan bahwa penambahan senyawa pembentuk tautan silang menurunkan pembengkakan pada gel kitosan. Gom xantan membuat struktur gel semakin rapat sehingga air sulit masuk.
Gambar 10 Kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai pembengkakan gel.
Gambar 11 menunjukkan kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai pengerutan gel. (data lengkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva tiga dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida yang digunakan, semakin besar nilai pengerutan gel. Peningkatan nilai pengerutan disebabkan oleh terbentuknya tautan hidrogen antara gugus amino kitosan yang tidak bertautan silang dengan glutaraldehida sehingga struktur gel menjadi lebih rapat dan memeras air keluar.
Gambar 11 Kurva dua dimensi pengaruh konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai pengerutan gel.
Hasil analisis keragaman atau ANOVA (Lampiran 7) menghasilkan persamaan
glutaraldehida, gom xantan, dan interaksi keduanya terhadap respons yang diukur, yaitu kekuatan gel, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel. Persamaan gom xantan dan glutaraldehida terhadap nilai kelima parameter tersebut disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3 Persamaan gom xantan, glutaraldehida, dan interaksinya terhadap respons
Respons Persamaan Kekuatan gel 527.199 + 102.588 xan +
26.7549 glut + 50.1092 xan*xan - 37.2972 glu*glu - 10.2652 glu*xan Titik pecah 0.737222 + 0.165139 xan
+ 0.134746 glut + 0.125481 xan*xan - 0.13039 glu*glu - 0.04731 glu*xan Ketegaran 7.19317 - 1.0066 xan - 2.03186 glut - 0.3178 xan*xan + 1.60217 glu*glu + 1.33497 glu*xan Pembengkakan 11.082 - 1.17625 xan - 0.88301glut + 0.33632 xan*xan + 1.31447 glu*glu + 0.024029 glu*xan Pengerutan 1.08743 - 0.01129 xan + 0.066726 glut - 0.03327 xan*xan - 0.04241 glu*glu - 0.07043 glu*xan Keterangan: glut = glutaraldehida
xan = gom xantan xan*xan = interaksi antara gom
xantan dan gom xantan glu*xan = interaksi antara
glutaraldehida dan gom xantan glu*glu = interaksi antara
glutaraldehida dan glutaraldehida
Validasi Gel
Konsentrasi kitosan 2.50%, gom xanta
Validasi Gel
Konsentrasi kitosan 2.5%. gom xantan 1.00%, dan glutaraldehida 2.4028% hasil optimalisasi dari perangkat lunak Modde 5.0 kemudian divalidasi. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4. Dari hasil validasi dapat dilihat bahwa nilai seluruh respons sesuai dengan nilai Modde 5.0 kecuali untuk nilai pengerutan.
Tabel 4 Hasil validasi gel optimum
Respons Modde 5.0 Validasi Kekuatan pecah 725.097 688.4765
Titik pecah 1.0827 1.1000 Ketegaran 6.1097 6.2432 Pembengkakan 10.2636 9.5313 Pengerutan 1.0008 1.6562
Analisis Gugus Fungsi
Analisis FTIR dimaksudkan untuk melihat perubahan gugus fungsi dari kitosan, kitosan glutaraldehida, dan kitosan glutaraldehida-gom xantan. Pada Gambar 12, terlihat adanya perubahan intensitas transmitans di satu daerah yang sama. Perubahan transmitans ini menunjukkan adanya interaksi antara kitosan, glutaraldehida, dan gom xantan.
Reaksi tautan silang antara kitosan dan glutaraldehida melibatkan gugus amino primer pada kitosan dan gugus aldehida pada glutaraldehida (Wang 2004). Reaksi tersebut merupakan reaksi kondensasi yang melepaskan air menghasilkan imina (C=N) (Gambar 5). Adanya gugus imina sebagai hasil reaksi menyebabkan munculnya puncak serapan baru pada bilangan gelombang 1563 cm-1 pada spektrum kedua gel itu.
SIMPULAN DAN SARAN
Gambar 12 Spektrum FTIR (a) kitosan, (b) gel kitosan-glutaraldehida, dan(c) gel kitosan-glutaraldehida-gom xantan.
C=N
(b) (a) (c)
Simpulan
Sintesis gel kitosan-gom xantan dengan konsentrasi kitosan 2.50% memberikan nilai konsentrasi gom xantan dan glutaraldehida optimum berturut-turut sebesar 2.4028% dan 1.00%. Gel optimum memberikan kekuatan, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel berturut-turut 725.097g cm-2, 1.0827 cm, 6.1097 g cm-1, 10.2636 g, dan 1.0008 g.
Saran
Perlu meragamkan konsentrasi kitosan yang digunakan sehingga dapat dilihat interaksi antara kitosan dengan gom xantan dalam penentuan nilai konsentrasi optimum selain untuk konsentrasi kitosan 2.50%. Perlu juga mempelajari juga gel kitosan hasil pembengkakan dan pengerutan sehingga diketahui perbedaannya dengan gel kitosan awal.
DAFTAR PUSTAKA
AOAC, Cunnif P, editor. 1999. Official Methods of Analysis of AOAC International. 5th Revision. Volume 2. Maryland: AOAC International. Berger J et al. 2004. Structure and interactions
in covalently and ionically crosslinked chitosan hydrogels for biomedical applications. Eur J Pharmaceutics and Biopharmaceutics 57: 19-34.
Biro Pusat Statistik Indonesia. 2003. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia . Jakarta.
Cardenas A, Monal WA, Goycoolea FM, Ciapara IH, Peniche C. 2003. Diffusion through membranes of the polyelectrolyte complex of chitosan and gom xantane. Macromol Biosci 3:535-539.
Direktorat Jenderal Perikanan Departemen Pertanian.1992. Statistik Perikanan Indonesia 1990. Jakarta.
Fardiaz D. 1989. Hidrokoloid. Bogor: Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, Institut Pertanian Bogor.
Gliksman M. 1980. Food Hydrocoloids vol 1. Florida: CRC Press.
Jamaludin MA. 1994. Isolasi dan pencirian kitosan limbah udang windu (Penaeus monodon fabricus) dan afinitasnya terhadap ion logam Pb2+, Cr6+, dan Ni2+ [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Khan TA, Peh KK, Ch’ng HS. 2002. Reporting degree of deacetylation values of chitosan: the influence of analytical methods. J Pharm Pharmaceut Sci 5:205-212.
Nasution IR. 1999. Mempelajari pengaruh pH, penambahan NaCl, dan gom guar terhadap karakteristik gel cincau hijau [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Rahayu S. 2000. Mempelajari pengaruh pH,
penambahan CaCl2, dan gom xantan terhadap karakteristik gel cincau hijau (Cyclea barbata L. Miers) [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Sudibyo A. 1991. Meraih Devisa Melalui Industri Pengolahan Kitin dan Kitosan. Bul Ekonomi Bapindo 16 (5): 55-62. Tarbojevich M, Cosani A. 1996. Molecular
weight determination of chitin and chitosan. Di dalam Muzarelli RAA, Peter MG, editor. 1997. Chitin Handbook. Grotammare: European Chitin Society 85-108.
Thatte MR. 2004. Synthesis and antibacterial assessment of water-soluble hydrophobic chitosan derivatives bearing quaternary ammonium functionality [disertasi]. India: The Louisiana State University.
Wang T, Turhan M, Gunasekaram S. 2004. Selected properties of pH-sensitive, biodegradable chitosan-poly(vinyl alcohol) hydrogel. Society of Chemical Industry. Polym Int 53: 911-918. Winarno FG. 1997. Kimia Pangan dan Gizi.
12
Lampiran 1 Diagram alir sintesis kitin dan kitosan
Kulit udang
NaOH 3.5% (b/v) dengan nisbah 1:20 (b/v), t = 65 oC, 2 jam.
Penyaringan, pencucian, dan pengeringan
Demineralisasi HCl 1 N dengan nisbah 1:20 (b/v), suhu kamar, 2 jam.
Kitin
Deasetilasi NaOH 50% (b/v) dengan nisbah 1:20 (b/v), T = 100 oC, 4 jam
Kitosan
Penyaringan, pencucian, dan pengeringan
Penyaringan, pencucian, dan pengeringan Deproteinasi
13
Lampiran 2 Diagram alir penelitian
Pembuatan kitosan diukur: kadar air, kadar abu, derajat deasetilasi, dan bobot molekulnya
Pembuatan Gel Optimalisasi Gel optimum Pengerutan Pembengkakan Penganalisis tekstur FTIR Kekuatan, titik pecah, dan ketegaran gel
14
Lampiran 3 Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan, serta reologi gel kitosan- gom xantan
Kadar air dan abu kitin dan kitosan-gom xantan
Ulangan ke- Sampel Kadar air (%) Kadar abu (%)
1 kitin 9.3747 0.4160* 2 kitin 8.1772 0.5349* 3 kitin 8.0511 0.3756* Rata-rata 8.5343 0.4422* 1 kitosan 4.2599 0.1396* 2 kitosan 4.6189 0.2177* 3 kitosan 8.7882 0.0999* Rata-rata 5.8890 0.1524*
* Berdasarkan bobot basah
Data tinggi dan lebar kurva (cm) hasil pengukuran dengan penganalisis tekstur [Glutaraldehida] 2.00% 2.25% 2.50% Ulangan ke- [gom xantan] T L T L T L 1 4,3400 0,2725 5,5250 0,8325 4,1650 0,5375 2 3,2225 0,1800 3,7400 0,8050 4,7910 0,7625 3 0.00% 3,2625 0,2450 5,9625 1,0300 4,8850 0,6850 1 3,8825 0,4925 4,8500 0,6425 5,5400 0,8425 2 4,9975 0,3450 5,1325 0,6625 5,6150 0,7425 3 0.5% 5,3900 0,4325 4,3985 0,5000 4,7000 0,8450 1 7,7725 0,8400 7,2000 1,0000 7,9425 0,9925 2 5,6250 1,0500 7,6600 1,1250 7,3650 1,1100 3 1.00% 5,8450 0,7125 7,6625 1,1250 5,1600 0,9675 Keterangan: T = Tinggi kurva (cm)
L = Lebar kurva (cm)
Data nilai kekuatan pecah (g/cm2) gel kitosan-gom xantan [Glutaraldehida] Ulangan ke- [gom xantan]
2.00% 2.25% 2.50% 1 431,1671 548,8936 413,7813 2 320,1465 371,5587 475,9727 3 0.00% 324,1204 592,3580 485,3114 1 385,7157 481,8342 550,3838 2 496,4879 509,8998 557,8349 3 0.50% 535,4817 436,9789 466,9321 1 772,1766 715,3003 789,0656 2 558,8283 761,0000 731,6926 3 1.00% 580,6847 761,2484 512,6318
15
Data nilai titik pecah (cm) gel kitosan-gom xantan [Glutaraldehida] Ulangan ke- [gom xantan]
2.00% 2.25% 2.50% 1 0,2725 0,8325 0,5375 2 0,1800 0,8050 0,7625 3 0.00% 0,2450 1,0300 0,6850 1 0,4925 0,6425 0,8425 2 0,3450 0,6625 0,7425 3 0.50% 0,4325 0,5000 0,8450 1 0,8400 1,0000 0,9925 2 1,0500 1,1250 1,1100 3 1.00% 0,7125 1,1250 0,9675 Data nilai ketegaran (g/cm) gel kitosan-gom xantan
[Glutaraldehida] Ulangan ke- [gom xantan]
2.00% 2.25% 2.50% 1 15,9266 6,6366 7,7488 2 17,9028 4,6460 6,2833 3 0.00% 13,3163 5,7888 7,1314 1 7,8832 7,5486 6,5757 2 14,4855 7,7472 7,5623 3 0.50% 12,4624 8,7970 5,5621 1 9,2530 7,2000 8,0025 2 5,3571 6,8089 6,6351 3 1.00% 8,2035 6,8111 5,3333 Data nilai pembengkakangel kitosan-gom xantan
[Glutaraldehida] 2.00% 2.25% 2.50% Ulang an ke- [gom xantan] a b c a b c a b c 1 2,3334 20,0574 17,7240 1,4772 12,6212 11,1440 1,8868 16,7970 14,9102 2 1,8414 19,1646 17,3232 1,9821 16,8827 14,9006 1,7482 14,0722 12,3240 3 0.00% 1,9981 16,2608 14,2627 1,4045 12,0967 10,6922 1,8174 16,7620 14,9446 1 1,2846 14,2105 12,9259 1,7928 14,9763 13,1835 1,1709 9,0441 7,8732 2 1,3691 14,6588 13,2897 1,6828 12,1757 10,4929 1,8459 15,4539 13,6080 3 0.50% 1,6571 15,8549 14,1978 1,6693 13,5531 11,8838 1,7425 15,4180 13,6755 1 1,8123 12,9144 11,1021 1,6858 12,1518 10,4660 1,5950 12,4908 10,8958 2 1,6718 13,7911 12,1193 1,8437 14,5620 12,7183 1,9134 11,6205 9,7071 3 1.00% 1,8386 18,1862 16,3476 1,0316 8,2033 7,1717 1,7373 13,9888 12,2515
Keterangan: a = bobot gel awal (g)
b = bobot gel setelah direndam dalam bufer (g) c = selisih b-a
16
Data nilai pengerutangel kitosan-gom xantan [Glutaraldehida] 2.00% 2.25% 2.50% Ulangan ke- [gom xantan] a b c a b c a b c 1 0.00% 1,5154 0,6365 0,8789 1,6766 0,6368 1,0398 2,1992 0,8294 1,3698 2 1,2893 0,6085 0,6808 1,6879 0,5965 1,0914 1,7732 0,5938 1,1794 3 1,6691 0,7842 0,8849 1,2753 0,4297 0,8456 1,7545 0,6162 1,1383 1 0.50% 1,9061 0,7528 1,1533 1,5113 0,5398 0,9715 1,8067 0,5754 1,2313 2 1,7722 0,6653 1,1069 1,4191 0,5384 0,8807 1,5137 0,5446 0,9691 3 1,3735 0,5265 0,847 1,8917 0,7174 1,1743 1,5576 0,4724 1,0852 1 1.00% 1,4086 0,5132 0,8954 1,861 0,7124 1,1486 1,5984 0,5974 1,001 2 1,5339 0,6234 0,9105 1,9592 0,7788 1,1804 1,8411 0,6675 1,1736 3 1,5116 0,6439 0,8677 1,912 0,7458 1,1662 1,0848 0,5636 0,5212 Keterangan: a = bobot gel awal (g)
b = bobot gel setelah direndam dalam bufer (g) c = selisih b-a
17
Lampiran 4 Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan
Spektrum FTIR kitin Derajat deasetilasi kitin dihitung dengan persamaan A = log
P
P
0dimana: P0 = % transmitans pada garis-dasar
P = % transmitans pada puncak minimum A = absorbans % DD = 1 –
x
%
.
x
A
A
100
33
1
1
3450 1655
dimana: A1655 = absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm -1 (serapan pita amida) A3450 = absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm -1 (serapan gugus hidroksil) A1655 = log
54
1
64
85
.
.
= 1.7452 A3450 = log67
6
05
62
.
.
= 0.9686 % DD = 1 –
×
33
.
1
1
7452
.
1
9686
.
0
× 100 % = 58.27% P Po Po P18
Spektrum FTIR kitosan
Derajat deasetilasi kitosan juga dihitung dengan persamaan yang sama A1655 = log
5
24
0
83
.
.
= 0.5299 A3450 = log0
3
0
97
.
.
= 1.5096 % DD = 1 –
×
33
.
1
1
5096
.
1
5299
.
0
× 100 % = 73.61% Po P P Po19
Lampiran 5 Penentuan bobot molekul kitosan
Waktu alir larutan kitosan
Konsentrasi Waktu alir (detik) Rata-rata
0.00 61 61.67 62 62 0.02 68 68.67 69 69 0.04 82 82.67 83 83 0.06 86 86.67 87 87 0.08 93 93.67 94 94
Bobot molekul kitosan dihitung dengan menggunakan persamaan Mark-Houwink: Viskositas relatif ηr = η/ηo≅t/to
Viskositas spesifik ηsp =ηr -1
Viskositas intrinsik [η] = (ηsp/c)c=0
ηsp/c = [η] + k’[η]2c, dengan k’ 0.3–0.7
[η] = KMa, dengan K = 3.5 x 10-4 dan a = 0.76 t = waktu alir zat
t0 = waktu alir pelarut η = viskositas zat η0 = viskositas pelarut
M = bobot molekul zat c = konsentrasi larutan
Dengan menggunakan mode regresi linear diperoleh persamaan ηsp/c = [η] + k’[η]2 c sama dengan y = 6.68875 + 3.3625x
Jadi [η] = 6.68875
[η] = KMa, maka 6.68875 = 3.5 × 10-4 × M0.76
20
Lampiran 6 Grafik tiga dimensi hubungan glutaraldehida dengan gom xantan terhadap sifat reologi gel
Hubungan antara glutaraldehida dan gom xantan dalam gel terhadap kekuatan gel
Hubungan antara glutaraldehida dan gom xantan dalam gel terhadap ketegaran gel
Hubungan antara glutaraldehida dan gom xantan dalam gel terhadap pembengkakan gel
22
Lampiran 7 Data hasil uji ANOVA dan koefisien kuadratik
Uji ANOVA untuk kekuatan pecah gel kitosan-gom xantan
Kekuatan pecah DF SS MS F p SD
(variance) Total 27 8.35E+06 309298 Constant 1 7.86E+06 7.86E+06
Total Corrected 26 491345 18897.9 137.47 Regression 5 343729 68745.9 9.77991 0 262.194 Residual 21 147615 7029.3 83.8409 Lack of Fit 3 17901.4 5967.13 0.82804 0.496 77.2472 Pure Error 18 129714 7206.32 84.8901 N = 27 Q2 = 0.377 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.7 Y-miss = 0 Comp. = 4 R2 Adj. = 0.628 RSD = 83.8409 Uji ANOVA untuk titik pecah gel kitosan-gom xantan
Titik Pecah DF SS MS F p SD (variance) Total 27 16.5339 0.612367 Constant 1 14.487 14.487 Total Corrected 26 2.04689 0.078726 0.280582 Regression 5 1.64704 0.329407 17.3003 0 0.57394 Residual 21 0.399852 0.019041 0.137988 Lack of Fit 3 0.225452 0.075151 7.75638 0.002 0.274136 Pure Error 18 0.1744 0.009689 0.098432 N = 27 Q2 = 0.329 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.805 Y-miss = 0 Comp. = 4 R2 Adj. = 0.758 RSD = 0.138
Uji ANOVA untuk ketegaran gel kitosan-gom xantan
Ketegaran DF SS MS F p SD (variance) Total 27 2216.76 82.1024 Constant 1 1918.74 1918.74 Total Corrected 26 298.028 11.4626 3.38565 Regression 5 211.69 42.338 10.2979 0 6.50677 Residual 21 86.3376 4.11132 2.02764 Lack of Fit 3 35.0979 11.6993 4.10985 0.022 3.42042 Pure Error 18 51.2397 2.84665 1.6872 N = 27 Q2 = 0.347 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.71 Y-miss = 0 Comp. = 4 R2 Adj. = 0.641 RSD = 2.0276
23
Uji ANOVA untuk pembengkakan gel kitosan-gom xantan
Pembengkakan DF SS MS F p SD (variance) Total 27 4503.47 166.795 Constant 1 4335.43 4335.43 Total Corrected 26 168.044 6.46325 2.54229 Regression 5 79.305 15.861 3.75347 0.014 3.98259 Residual 21 88.7394 4.22569 2.05565 Lack of Fit 3 5.42865 1.80955 0.390969 0.761 1.3452 Pure Error 18 83.3108 4.62838 2.15137 N = 27 Q2 = 0.194 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.472 Y-miss = 0 Comp. = 4 R2 Adj. = 0.346 RSD = 2.0556
Uji ANOVA untuk pengerutan gel kitosan-kitosan
Pengerutan DF SS MS F p SD (variance) Total 27 28.6808 1.06225 Constant 1 27.7913 27.7913 Total Corrected 26 0.889494 0.034211 0.184963 Regression 5 0.279604 0.055921 1.92549 0.133 0.236476 Residual 21 0.60989 0.029042 0.170418 Lack of Fit 3 0.154588 0.051529 2.03717 0.145 0.227001 Pure Error 18 0.455302 0.025295 0.159043 N = 27 Q2 = 0.031 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.314 Y-miss = 0 Comp. = 4 R2 Adj. = 0.151 RSD = 0.1704
Uji koefisien kuadratik untuk kekuatan pecah gel kitosan-gom xantan Kekuatan Pecah Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 527.199 36.0794 1.78E-12 75.0314 xan 102.588 16.4425 3.45E-06 34.1943 glu 26.7549 16.4425 0.118612 34.1943 xan*xan 50.1092 23.6962 0.046589 49.2792 glu*glu -37.2972 23.6962 0.13044 49.2792 xan*glu -10.2652 16.7558 0.546695 34.8456 N = 27 Q2 = 0.377 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.7 Y-miss = 0 Comp. = 5 R2 Adj. = 0.628 RSD = 83.8409 Conf. lev. = 0.95
24
Uji koefisien kuadratik untuk titik pecah gel kitosan-gom xantan Titik Pecah Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 0.737222 0.059378 3.88E-11 0.123483 xan 0.165139 0.02706 4.69E-06 0.056275 glu 0.134746 0.02706 6.29E-05 0.056276 xan*xan 0.125481 0.038998 0.004131 0.081102 glu*glu -0.13039 0.038998 0.003081 0.081102 xan*glu -0.04731 0.027576 0.100965 0.057348 N = 27 Q2 = 0.329 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.805 Y-miss = 0 Comp. = 5 R2 Adj. = 0.758 RSD = 0.138 Conf. lev. = 0.95
Uji koefisien kuadratik untuk ketegaran gel kitosan-gom xantan Ketegaran Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 7.19317 0.872491 5.07E-08 1.81445 xan -1.0066 0.397623 0.019406 0.826905 glu -2.03186 0.397623 4.62E-05 0.826905 xan*xan -0.3178 0.573036 0.585029 1.1917 glu*glu 1.60217 0.573036 0.010828 1.1917 xan*glu 1.33497 0.405197 0.003453 0.842657 N = 27 Q2 = 0.347 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.71 Y-miss = 0 Comp. = 5 R2 Adj. = 0.641 RSD = 2.0275 Conf. lev. = 0.95
Uji koefisien kuadratik untuk pembengkakan gel kitosan-gom xantan Pembengkakan Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 11.082 0.88461 3.28E-11 1.83965 xan -1.17625 0.403146 0.008228 0.83839 glu -0.88301 0.403146 0.039929 0.83839 xan*xan 0.33632 0.580995 0.568835 1.20825 glu*glu 1.31447 0.580995 0.034396 1.20825 xan*glu 0.024029 0.410825 0.953909 0.854361 N = 27 Q2 = 0.194 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.472 Y-miss = 0 Comp. = 5 R2 Adj. = 0.346 RSD = 2.0556 Conf. lev. = 0.95
25
Uji koefisien kuadratik untuk pengerutan gel kitosan-gom xantan Pengerutan Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 1.08743 0.073335 1.34E-12 0.152509 xan -0.01129 0.033421 0.738797 0.069503 glu 0.066726 0.033421 0.059005 0.069503 xan*xan -0.03327 0.048165 0.497247 0.100165 glu*glu -0.04241 0.048165 0.388529 0.100165 xan*glu -0.07043 0.034058 0.051199 0.070827 N = 27 Q2 = 0.031 Cond. no. = 4.6585 DF = 21 R2 = 0.314 Y-miss = 0 Comp. = 5 R2 Adj. = 0.151 RSD = 0.1704 Conf. lev. = 0.95