BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kopi dan Hasilnya 2.1.1. Kopi di Sumatera
Kopi telah menjadi minuman yang penting secara global. Bukan hanya untuk penikmat kopi, namun juga dalam nilai ekonomi dari bijih kopi sendiri yang menurpakan komoditas kedua terbesar di dunia (Coffee, 2015). Indonesia berada di urutan ke-empat terbesar sebagai penghasil dan pengekspor kopi sejak 2014.
Kopi pertama kali dibawa masuk oleh Belanda dengan pohon kopi pertama kali ditanam di Batavia hingga merancah ke Bogor dan Sukabumi. Sekarang ini, perkebunan kopi telah mengambil sekitar 1,24 juta hektar tanah dengan 933 hektar untuk jenis Robusta dan selebihnya untuk jenis Arabica.
Perkebunan kopi banyak ditemukan di Provinsi Sumatera dan daerah Sulawesi Selatan. Sumatera Utara terkenal dengan produksi kopi, terutama untuk jenis Arabica atau sering disebut juga dengan Kopi Mandailing (Susila, 2005).
Kopi dari Sumatera Utara telah dilabeli sebagai komoditas berharga tinggi di Amerika oleh Asosiasi Eksportir Kopi Indonesia (Gunawan, 2015). Kopi dari Sumatera terkenal akan aromanya yang unik dan rasa yang kuat serta tegas. Tenant
kopi international, Starbucks, mengambil bijih kopi dari Sumatera, diekspor ke Amerika dan diolah lebih lanjut untuk memberikan cita rasa unik dan khas. Selain itu, kopi dari Sumatera juga diekspor ke belahan bumi lainnya seperti ke Inggris, German, Australia, Jepang dan Taiwan.
2.1.2. Perkembangan Retail Kopi di Sumatera
masing menawarkan kopi dengan cita rasa dan gaya penyajian yang berbeda. Popularitas bisnis coffee shop juga dibarengi dengan kebutuhan tersier masyarakat metropolitan dengan mobilitas tinggi dan menjadikan kopi sebagai kebutuhan serta sebagai pelengkap dalam pertemuan bisnis diluar kantor.
2.2. Limbah Kopi
Meningkatnya penikmat dan konsumen kopi juga meningkatkan produksi limbah kopi di lingkungan. Menikmati kopi menjadi bagian gaya kehidupan di era millenial
ini. Hal ini meningkatkan jumlah limbah kopi yang dihasilkan. Bijih kopi yang digiling halus akan diekstrak untuk memberikan secangkir kecil espresso dan setelahnya akan meninggalkan limbah kopi basah. Dalam satu hari, satu tenant kopi setidaknya dapat menghasilkan satu kilogram limbah.
2.2.1. Kandungan Limbah Kopi
Menurut Liu et. al (2013) melalui karakterisasi dan analisa elemental limbah kopi, menunjukkan kandungan karbon yang tinggi (>58%), nitrogen dan abu yang rendah (<2% dan <1%). Ketiga unsur ini juga memberikan koefisien polaritas yang rendah, yaitu <0,5.
2.2.2. Pemanfaatan Limbah Kopi
Masyarakat Indonesia mulai memanfaatkan limbah kopi sebagai kompos ataupun sebagai scrub tubuh. Padahal di negara maju, limbah kopi diolah kembali untuk memberikan produk dengan nilai ekonomi yang lebih tinggi dari kompos atau
scrub; misalnya sebagai bahan bakar ramah lingkungan (Smedley, 2014).
2.3. Fluorescent Material
Fluoresensi adalah sebuah fenomena yang muncul ketika suatu senyawa menyerap radiasi pada panjang gelombang tertentu atau kelompok panjang gelombang dan kembali mengemisikan foton pada panjang gelombang yang berbeda (Springsteen). Ketika senyawa tertentu menyerap cahaya, sebuah elektron tereksitasi ke energi vibrasi yang lebih tinggi. Molekul kemudian kehilangan energi melalui tumbukan yang terjadi dan kembali ke keadaan dasar.
Molekul – molekul yang menunjukkan sifat fluoresensi terdiri dari dua jenis, yaitu yang pertama adalah senyawa anorganik yang dapat dengan mudah mempromosikan elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi dan yang kedua adalah senyawa organik dengan derajat ketidakjenuhan tinggi. Material fluoresensi menghasilkan cahaya langsung ketika atom – atom pembentuk materi menyerap energi dan tereksitasi. Ketika atom kembali ke keadaan awal, energi dilepaskan menjadi partikel kecil disebut foton yang membawa radiasi elektromagnetik dan dapat diamati (Atkins, Paula, & de, 2014) seperti cahaya, gelombang radio dan sinar-X.
Kegunaan material fluoresensi sangatlah luas; mulai dari sebagai detergen yang dapat mencerahkan pakaian, untuk kepentingan analisis kimia hingga pengaplikasiannya dalam bidang kepolisian dan medis, contohnya adalah untuk
2.4. Nanoteknologi
Nanoteknologi adalah salah satu perkembangan teknologi yang penting pada abad ke-21. Kata nano berusaha dari bahasa Latin yang berarti kurcaci, dimana ukuran ideal nanoteknologi yang dimaksudkan adalah seribu juta dari satu unit partikel yang berarti nanometer adalah seribu juta dari satu meter (1 nm = 10-9 m). Nanoteknologi adalah sains yang memberikan materi dengan ukuran antara 10-9 dan 10-7 dari satu meter. Dengan kata lain, nanoteknologi adalah teknologi dengan materi dengan struktur dan konstituen dari fenomena fisika, kimia dan biologi besar yang berubah karena ukuran partikel dalam skala nano (Bhatia, 2016).
Cabang studi nanoteknologi adalah studi ilmiah mengenai proses yang terjadi pada tingkat molekular dalam panjang skala ukuran nano. Nanoteknologi telah memberikan pengaruh positif pada bidang industri yang meliputi obat – obatan seperti imunologi, kardiologi, endokrinologi, onkologi, pulmonologi, dll. Selain itu nanoteknologi juga banyak digunakan dalam bidang spesifik seperti sebagai drug deliverer.
2.5. Fluorescent Nanopartikel (F-NPs)
2.6. Fluorescent Carbon Nanoparticles (F-CNPs)
Fluorescent carbon nanoparticles (F-CNPs) termasuk ke dalam F-NPs yang tersusun atas bahan - bahan organik. Sifatnya yang tidak beracun menjadi perhatian para ilmuwan. Selain itu, material ini tidak reaktif dan stabil terhadap cahaya sehingga sesuai untuk diaplikasikan dalam berbagai bidang kehidupan (Guo, Wang, Shao, & Jiang, 2012). Karena sintesis F-NPs yang rumit dan dibutuhkan banyak reagen serta mengandung bahan anorganik yang tinggi juga menghasilkan polusi, maka dikembangkanlah F-CNPs dengan proses sintesis yang lebih murah dan sederhana. Beberapa proses sinstesis F-CNPs telah dilakukan; seperti pancaran radiasi energi tinggi pada titik defeksi pada partikel kristal yang diikuti dengan pemanasan dan pendinginan lambat (annealing), pemaparan sinar laser pada
graphite yang diikuti dengan oksidasi dan fungsionalisasinya, dekomposisi termal senyawa – senyawa organik dan oksidasi soot pembakaran lilin dengan HNO3. (Ray, Saha, Jana, & Sarkar, 2009). Dengan proses sintesis yang berbeda maka akan menghasilkan nanopartikel fluoresensi dengan warna yang berbeda.
2.7. Aplikasi Fluorescent Carbon Nanoparticles (F-CNPs)
Perkembangan nanoteknologi telah berlangsung lebih dari tiga dekade dan telah mengembangkan serta mengevolusi bidang teknologi dan sektor industri. Penggunaannya mencakup bidang kesehatan, makanan, sandang, kesehatan lingkungan hingga pada inovasi energy terbaharukan.
intensitas fluoresensi yang rendah serta masalah kestabilan terhadap cahaya (Lim, Shen, & Gao, 2014).
Beberapa aplikasi F-CNPs yang banyak ditemukan adalah:
1. Fotokatalisis yang menghasilkan energi terbaharukan dan ramah lingkungan dari energi matahari, air dan udara.
2. Perangkat yang memanfaatkan luminesensi.
3. Analisis kimia; deteksi anion dan molekul kecil, struktur makromolekul, deteksi merkuri, dll.
4. Biosensor dan bioimaging yang banyak digunakan dalam bidang medis dan kepolisian.
5. Drug delivery and drug carrier (pembawa obat), memberikan kemampuan untuk dapat dilacak, murah dan memungkinkan pemberian obat yang lebih terkontrol.
2.8. Sintesis Fluorescent Carbon Nanoparticles (F-CNPs) melalui Oksidasi Soot dengan HNO3 Encer
Ray et. al (2009) telah membuat F-CNPs dengan soot yang dihasilkan dari proses pembakaran lilin sebagai sumber carbon-dots yang direfluks dalam asam seperti asam nitrat yang kemudian diikuti dengan pemisahan bertahap nanopartikel. Asam yang teroksidasi kuat sangatlah penting dalam proses pelarutan partikel besar agregat karbon di dalam soot; kemudian asam akan bereaksi dengan koloid untuk menghasilkan defek permukaan yang mengandung oksigen dan nitrogen yang memberikan sifat fluoresensi pada nanopartikel (Jelinek, 2017).
2.9. Karakterisasi Fluorescent Carbon Nanoparticles (F-CNPs) melalui Oksidasi Soot dengan HNO3 Encer
Pembuatan F-CNPs melalui oksidasi soot dengan asam nitrat encer akan menghasilkan supernatant berwarna coklat cerah dan endapan hitam. Supernatant yang dihasilkan menunjukkan adanya sebagian partikel karbon yang menjadi lebih kecil dan larut dalam air selama proses reflux. Partikel karbon ini memberikan fluoresensi berwarna hijau dibawah lampu UV, sedangkan endapannya tidak berfluoresensi (Ray, Saha, Jana, & Sarkar, 2009).
Metode analisa lain dapat di aplikasikan untuk mengkarakterisasi carbon-dots dan sifat – sifat fisik lainnya. Karakterisasi yang dilakukan penting untuk mengerti mekanisme yang berasosiasi di dalam nanopartikel. Pengujian yang paling sering digunakan dalam karaktersiasi carbon-dots adalah Transmission Electron Microscopy (TEM)untuk melihat morfologi, ukuran distribusi dan struktur kristalin,
X-Ray Diffraction (XRD) untuk mengevalusi sifat kristal per dimensi unit sel,
Raman Scattering untuk melihat komposisi elemen dan struktur atom karbon penyusun carbon-dots, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) yang menyediakan informasi mengenai unit – unit penyusun permukaan carbon-dots dan
