PENGARUH KONSENTRASI KARAGENAN TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK EDIBLE FILM DARI PATI BONGGOL PISANG DAN KARAGENAN
DENGAN PLASTICIZER GLISEROL
THE EFFECT OF CARRAGEENAN CONCENTRATIONS ON MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF EDIBLE FILMSFROM BANANA WEEVIL STARCH AND CARRAGEENAN WITH GLYCERO PLASTICIZER AS FOODPACKAGING
MATERIALS Rizani Eka Ariska, Suyatno
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya Jl. Ketintang Surabaya (60231), Telp. 031-8298761
Email :rizani.haling@yahoo.com
Abstrak.Telah dilakukan pembuatan edible film dari pati bonggol pisang dan karagenan menggunakan pemlastis gliserol. Penelitian ini ditujukan untuk menentukan pengaruh massa karagenan terhadap sifat mekanik dan laju transmisi uap air edible film yang dihasilkan. Dalam penelitian ini variasi massa karagenan yang digunakan adalah 1 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 gram. Karakteristik edible film yang diuji adalah kuat tarik, perpanjangan, dan modulus Young. Karakteristik kuat tarik, perpanjangan, dan modulus Young diukur dengan menggunakan autograf. Dari hasil analisis data diperoleh bahwa massa karagenan berpengaruh terhadap sifat mekanik edible film. Edible film yang mengandung massa karagenan 2 gram menunjukkan nilai kuat tarik, perpanjangan, dan modulus young yang memenuhi standart dari Japanese Industrial Standart.
Kata kunci:Pati bonggol pisang, karagenan, edible film, sifat fisik dan mekanik.
Abstract. It had been conducted the manufacture of edible film from the banana weevil starch and carrageenan using glycerol plasticizer. The aimed of research is to determine effect of carrageenan mass on the mechanical properties of edible film. In this study thevariation ofthe mass ofcarrageenanused were1; 1.5; 2; 2.5 grams. Characteristics ofedible filmtestedwere tensile strength, elongation, andmodulus Young. Characteristictensile strength, elongation, andmodulus Young were measured usingautograph. From the data analysis obtained thatcarrageenanmasseffected onthe mechanical properties. Ediblefilm containingcarrageenanmass of2 gramsshowed the value oftensile strength, elongation, and modulusYoungwere suitable with theJapaneseIndustrial Standards.
Keywords: banana weevil starch, carrageenan, edible films, mechanical properties.
PENDAHULUAN
Perkembangan produk pangan yang sangat pesat menyebabkan peningkatan produksi kemasan. Saat ini kemasan makanan yang sering digunakan berbahan plastik sintesis yang tidak dapat terdegradasi mikroorganisme, sehingga dapat menyebabkan pencemaran lingkungan [1].
Edible film dapat dimanfaatkan sebagai
pengemas makanan karena merupakan lapisan tipis yang dibuat dari bahan yang dapat
dimakan, dibentuk untuk melapisi makanan (coating) atau diletakkan di antara komponen makanan (film) yang berfungsi sebagai penghalang (barrier) terhadap massa (misalnya kelembaban, oksigen, cahaya, lipida, zat terlarut) dan sebagai pembawa aditif serta untuk meningkatkan penanganan suatu makanan.
Edible film dapat dibuat dari lemak, protein,
polisakarida, atau kombinasi dari ketiganya[2]. Pisang (Musa paradisiaca L) merupakan salah satu tumbuhan yang semua
bagiannya memiliki banyak manfaat mulai dari akar sampai daun, terutama yang banyak dikonsumsi masyarakat adalah buahnya. Sementara itu bagian tanaman pisang yang lain, yaitu jantung, batang, kulit buah, dan bonggol jarang dimanfaatkan dan dibuang begitu saja menjadi limbah pisang. Bonggol pisang mengandung karbohidrat, protein, air, dan mineral-mineral penting. Bonggol pisang mempunyai kandungan pati 66,2%. Pati terdiri dari dua jenis molekul polisakarida yang merupakan polimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik yaitu amilosa dan amilopektin yang dapat bergabung dengan ikatan hidrogen dan terdistribusi dalam granula pati. Potensi kandungan pati bonggol pisang yang besar dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan
edible film [3].
Dalam Pembuatan edible film perlu ditambahkan biopolimer yang diharapkan dapatmeningkatkan kekuatan mekanik dari
edible film. Karagenan mengandung gugus sulfat
yang bermuatan negatif disepanjang rantai polimernya dan bersifat hidrofilik yang dapat mengikat air atau gugus hidroksil lainnya. Hal tersebut menyebabkan penambahan karagenan dalam produk emulsi akan meningkatkan viskositas fase kontinyu sehingga emulsi menjadi stabil [4].
Edible film yang terbentuk dari pati
biasanya bersifat rapuh sehingga diperlukan penambahan plasticizer gliseroluntuk mengubah sifat fisik dari film. Plasticizer dapat menurunkan gaya intermolekul dan meningkatkan fleksibilitas film dengan memperlebar ruang kosong molekul dan melemahkan ikatan hidrogen rantai polimer [5].
Berdasarkan latar belakang yang ada peneliti tertarik untuk membuat edible film dari pati bonggol pisang, karagenan, dan gliserol. Selanjutnya akan di kaji pengaruh variasi massa karagenan terhadap edible film yang terbentuk dan menentukan edible film yang menghasilkan sifat fisik dan mekanik terbaik, meliputi
ketebalan (thickness), perpanjangan (elongation), kuat tarik (tensile strength), danmodulus Young (watervapor transmission
rate), serta gugus fungsi dari edible film yang
dihasilkan.
BAHAN DAN METODE Alat
Pada penelitian ini digunakan parutan, ayakan 200 mesh, gelas ukur, spatula, pengaduk kaca, pipet tetes, gelas kimia, kaca arloji, termometer, neraca analitik, oven (Usateck), eksikator, pengaduk magnet, cetakan, cawan porselin, cetakan, mikrometer skrup, FTIR (Green-L), dan alat uji Autograf (AG 10T).
Bahan
Bahan-bahan yang di butuhkan adalah pati bonggol pisang, karagenan, gliserol, aquades, NaCl, KBr.
Prosedur Penelitian
Pembuatan Pati dari Bonggol Pisang
Pati dari bonggol pisang diperoleh dengan cara membersihkan bonggol pisang dari kotoran dan serabut akarnya, setelah itu dikupas kulit bonggolnya sampai ke bagian yang tidak ada serat kasarnya. Bonggol pisang yang telah dibersihkan dipotong menjadi bagian-bagian kecil sebanyak 3 kg. Bonggol pisang diparut hingga halus dan kemudian ditambah 1000 mL air dan diperas melalui saringan sehingga ampas dan sari dari bonggol pisang terpisah. Sari bonggol pisang dibiarkan beberapa saat agar pati mengendap, kemudian air dibuang dengan cara dekantasi. Pati bonggol pisang dikeringkan dengan oven pada suhu 70oC selama 10 jam agar pati bebas dari air. Pati bonggol pisang yang telah kering digerus dengan mortar sampai halus dan selanjutnya diayak dengan ayakan 200 mesh.
Edible film dibuat dengan cara mencampur 1 gram tepung pati bonggol pisang dan variasi karagenan yaitu secara berturut turut 1% ; 1,5% ; 2% ; 2,5%, lalu ditambahkan aquades sampai 100 mL. Campuran tersebut dipanaskan menggunakan hot plate pada suhu 85oC selama 15 menit dan diaduk menggunakan pengaduk magnet dengan kecepatan 90 rpm. Setelah mendidih ditambahkan 1 gram gliserol. Dipanaskan kembali pada suhu 50oC hingga semua larut. Selanjutnya dimasukan ke dalam loyang dengan ukuran 9 x 18 x 4 cm3 dan dikeringkan menggunakan oven pada suhu 60oC selama 24 jam.
Pengukuran Ketebalan Edible Film
Uji ketebalan rata-rata film ditentukan dengan pengukuran pada beberapa titik menggunakan mikrometer skrup pada akurasi setipis mungkin. Ketebalan film dinyatakan dalam satuan milimeter (mm).
Uji Kuat Tarik, Elongasi, dan Modulus
Young
Film hasil spesimen dipotong sebesar 0,6 x 6,4 cm. Kedua ujung spesimen dijepit pada alat kemuluran (tensile strength) sesuai ASTM D 638 dan diamati sampai putus. Selanjutnya dicatat perubahan panjang (mm) berdasarkan besar kecepatan 50 mm/menit.
Laju Transmisi Uap Air
Laju transmisi uap air Ediblefilm diukur menggunakan water vapor transmission
rate tester metode cawan. Edible
filmdikondisikan dalam ruangan bersuhu 25 o
C, Rh 75% selama 24 jam. Bahan penyerap uap air sebanyak 10 gram ditempatkan dalam cawan dan disekat dengan lilin sedemikian rupa sehingga film tersebut tidak memiliki celah pada bagian tepinya. Selanjutnya cawan ditimbang dengan ketelitian 0,0001 gram, kemudian diletakkan didalam toples yang berisi garam NaCl sebanyak 40 gram dalam 100 ml air destilasi (kelembaban relatif setara dengan 75%), kemudian ditutup dengan rapat. Toples beserta cawan di dalamnya diletakkan dalam ruang yang bersuhu tetap 25
o
C. Cawan ditimbang tiap jam dan ditentukan pertambahan
berat cawan. Penimbangan dihentikan setelah dicapai perubahan berat konstan.
Analisis Gugus Fungsi
Sampel edible film yang sudah dihasilkan dicampur dengan KBr (5 – 10 % KBr) kemudian dihaluskan dengan mortar. Setelah campuran sampel berbentuk serbuk halus selanjutnya dibuat pellet dengan menggunakan alat mini hand press ditempatkan pada sampel pan alat DRS-8000. Sampel dipasang pada sampel cup holder, alat DRS-8000 selanjutnya sampel bisa dianalisis dan dibuat spektrumnya dengan spektroskopi IR. Analisis gugus fungsi ini juga dilakukan pada karagenan dan pati, sehingga dapat mengetahui
edible film yang dihasilkan terjadi perubahan
gugus fungsi.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Pati dari Bonggol Pisang
Pati bonggol pisang yang dihasilkan berupa serbuk berwarna kecoklatan dan tidak berbau dengan rendemen pati sebesar 9%. Hasil ini mendekati dengan teori yang menyatakan bahwa bonggol pisang basah mengandung pati sebesar 11,6% [6]. Bonggol pisang yang baik untuk pembuatan tepung pisang adalah pisang yang dipanen pada saat mencapai tingkat ketuaan ¾ penuh atau kira-kira berumur 80 hari setelah berbunga. Warna coklat tepung pati bonggol pisang disebabkan oleh reaksi browning
enzimatis pada bonggol pisang.
Pembuatan Edible Film
Pada penelitian ini pembuatan edible
film dilakukan menggunakan metode blending
karena pencampuran dua bahan atau lebih tanpa merubah struktur kimianya. Edible film yang dihasilkan bersifat tidak rapuh karena ditambahkan gliserol yang berfungsi untuk menurunkan gaya intermolekul dan meningkatkan fleksibilitas film dengan memperlebar ruang kosong molekul dan melemahkan ikatan hidrogen rantai polimer. Dalam pembuatan edible film dilakukan dengan proses pemanasan, tanpa adanya pemanasan, kemungkinan terjalin interaksi intermolekuler sangat kecil, sehingga pada saat dikeringkan film
menjadi retak. Apabila granula pati dipanaskan didalam air, maka energi panas akan memutus ikatan hidrogen di antara keduanya dan partikel air masuk ke dalam granula pati. Meresapnya air ke dalam granula menyebabkan terjadinya pembengkakan granula pati. Ukuran granula tersebut akan terus meningkat sampai batas tertentu hingga akhirnya pecah. Pecahnya granula menyebabkan bagian amilosa dan amilopektin berdifusi keluar, peristiwa ini disebut gelatinisasi [7].
Ketebalan Edible Film
Gambar 1. Hubungan Massa Karagenan dengan Nilai Ketebalan Edible Film dengan Massa Karagenan. Gambar 1 menunjukkan bahwa peningkatan massa karagenan menyebabkan kenaikan ketebalan filmakibat peningkatan jumlah total massa yang terlarut pada film. Nilai ketebalan edible film yang diperoleh masih tergolong baik karena masih di bawah standart maksimal ketebalan edible film menurut
Japanese Industrial Standart (1975) yaitu 0,25
mm [2]. Semakin banyak penambahan massa karagenan maka edible film yang dihasilkan semakin tebal. Nilai ketebalan dapat mempengaruhi sifat mekanik dan nilai laju transmisi uap air edible film yang dihasilkan. Semakin tebal edible film maka permeabilitas uap air akan semakin besar, namun efek perlindungan terhadap produk makanan yang dikemas akan lebih baik. Ketebalan juga dapat mempengaruhi sifat mekanik film yang lain, seperti kuat tarik dan perpanjangan. Namun demikian ketebalan edible film dalam fungsinya
sebagai pembungkus makanan harus disesuaikan dengan produk yang dikemasnya [8].
Nilai Kuat Tarik (Tensile Strength),
Perpanjangan (Elongation), Modulus Young
Tabel 1 Nilai Kuat Tarik, Perpanjangan, dan Modulus Young pada edible film
Berdasarkan Tabel 1 semakin banyak konsentrasi karagenan yang ditambahkan dalam pembuatan edible film maka akan membentuk matriks film yang semakin kuat, sehingga gaya yang dibutuhkan untuk memutuskan edible film juga semakin besar. Setelah dilakukan uji statistik analisis varian satu arah menggunakan program SPPS diperoleh nilai signifikan (0,05>0,016), maka massa karagenan berpengaruh nyata terhadap nilai kuat tarik. Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai kuat tarik pada variasi massa karagenan 1; 1,5 ; 2 ; 2,5 gram yaitu secara berturut-turut 2,2167 ; 3,6458 ; 5,147 ; 2,5 Mpa. Japanese Industrial Standart (1975) menyebutkan bahwa nilai standart minimal nilai kuat tarik edible film 3,92266 Mpa[2]. Nilai kuat tarik edible film yang memenuhi standart minimal hanya pada edible
film dengan konsentrasi karagenan 2 gram dan
2,5 gram yaitu secara berturut-turut 5,147 Mpa dan 7,4561 Mpa.
Tabel 1 menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi massa karagenan yang ditambahkan maka hasil perpanjangan semakin kecil. Nilai perpanjangan berbanding terbalik dengan nilai kuat tarik. Semakin tinggi konsentrasi karagenan yang digunakan, maka molekul karagenan akan membentuk matriks
film yang semakin kuat, sehingga film semakin
bersifat tidak elastis atau mudah putus (getas),
1,12 1,14 1,16 1,18 1,2 1 1,5 2 2,5 K et e b a la n E d ib le F il m (m m )
Massa Karagenan (gram)
Variasi Massa Karagenan (g) Kuat tarik (Mpa) Perpanjangan (%) Modulus Young (Mpa) 1 2,2167 23,4374 0,0936 1,5 3,6458 17,5884 0,2110 2 5,147 14,2577 0,3611 2,5 7,4561 3,9687 1,8705
dan akibatnya persentase perpanjangan semakin menurun [9]. Setelah dilakukan uji statistik analisis varian satu arah menggunakan program SPPS diperoleh nilai signifikan (0,05>0,004), maka massa karagenan berpengaruh nyata terhadap nilai perpanjangan.Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai perpanjangan pada variasi massa karagenan 1; 1,5 ; 2 ; 2,5 gram yaitu secara berturut-turut 23,4374 ; 17,5884 ; 14,2577 ; 3,9687 %. Menurut Japanese
Industrial Standart (1975) persen pemanjangan
dikategorikan jelek apabila kurang dari 10% dan dikategorikan sangat baik apabila lebih dari 50%[2]. Jadi, yang memenuhi standart minimal adalah variasi karagenan 1 gram, 1,5 gram, dan 2 gram yaitu secara berturut-turut 23,4374 ; 17,5884 ; 14,2577 %. Persen pemanjangan yang lebih tinggi menunjukkan bahwa film lebih fleksibel [10].
Tabel 1 menunjukkan bahwa semakin besar massa karagenan maka nilai modulus
Young juga akan semakin besar. Nilai kuat tarik,
perpanjangan, dan modulus Young dipengaruhi oleh konsentrasi polimer dan penambahan
plasticizer. Semakin besar konsentrasi polimer
yang dihasilkan maka jumlah polimer penyusun matriks film juga semakin tebal, yang menyebabkan gaya yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen juga semakin besar sehingga nilai kuat tarik nya juga semakin besar. Jika matriks film yang dihasilkan semakin besar dan kuat, maka edible film yang terbentuk akan memiliki nilai perpanjangan (elongasi) yang kecil. Nilai modulus Young berbanding lurus dengan kuat tarik (tensile strength) dan berbanding terbalik dengan perpanjangan (elongasi). Edible film dengan memiliki nilai modulus Young yang tinggi dapat melindungi dan melapisi edible film dengan baik [11]. Setelah dilakukan uji statistik analisis varian satu arah menggunakan program SPPS diperoleh nilai signifikan (0,05<0,004), maka massa karagenan berpengaruh nyata terhadap
nilai.modulus Young. Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai perpanjangan pada variasi massa karagenan 1; 1,5 ; 2 ; 2,5 gram yaitu secara berturut-turut 0,0936 ; 0,2110 ; 0,3611 ; 1,8705 Mpa. Japanese Industrial Standart (1975) menyebutkan bahwa nilai standart minimal nilai
modulus Youngedible film 0,35 Mpa[2]. Nilai modulus Youngedible film yang memenuhi
standart minimal hanya pada edible film dengan konsentrasi karagenan 2 gram dan 2,5 gram yaitu berturut-turut 0,3611 Mpa dan 1,8705 Mpa.
Analisis Gugus Fungsi
Gambar 3. Spektrum IR dari Karagenan, Pati Bonggol Pisang, dan Edible Film Berdasarkan Gambar 3 Puncak nomor 4 menunjukan edible film memiliki banyak gugus OH. Penambahan selulosa dan gliserol bertujuan untuk memodifikasi pati. Pada puncak OH terjadi pelebaran puncak pada edible film yang memiliki bilangan gelombang 3456,9 cm-1, pada pati bonggol pisang 3435,44 cm-1, sedangkan pada karagenan 3400.42 cm-1 dengan intensitas yang lebih rendah yang dimiliki oleh tepung pati dan karagenan bila dibandingkan edible film, hal tersebut disebabkan oleh gabungan gugus dari penambahan selulosa dan gliserol yang mengakibatkan banyaknya gugus OH yang dimiliki, sehingga sangat memungkinkan film tersebut berikatan dengan air dan mengakibatkan perubahan letak gugus fungsi. Spektrum IR
Panjang gelombang Tr an s m ita ns
menunjukkan bahwa edible film mengandung gugus O-H, C-H alifatik, C=O dan C-O, tidak adanya gugus fungsi baru yang dihasilkan. Pada bilang ganelombang yang terbaca belum ada gugus fungsi baru yang terbentuk, hal tesebut menunjukkan bahwa film yang dihasilkan merupakan proses blending secara fisika karena tidak ditemukannya gugus fungsi baru sehingga film memiliki sifat seperti komponen-kompenen penyusunnya.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa :
1. Pada pembuatan edible film dari pati bonggol pisang dan karagenan, variasi massa karagenan berpengaruh nyata pada nilai kuat tarik, perpanjangan, modulus
Young, dan laju transmisi uap air. Semakin
banyak variasi karagenan yang ditambahkan maka nilai kuat tarik semakin meningkat, sedangkan nilai perpanjangan akan semakin menurun, dan nilai modulus young berbanding lurus dengan nilai kuat tarik. Untuk nilai laju transmisi uap air akan menurun seiring dengan banyak nya karagenan yang ditambahkan.
2. Berdasarkan Japan Industrial Standartkomposisi terbaik edible film dari
pati bonggol pisang dan karagenan dengan plasticizer gliserol sebagai bahan pengemas makanan dengan variasi massa karagenan 2 gram menghasilkan nilai kuat tarik, perpanjangan, modulus Young, dan laju transmisi uap air yang memenuhi standart.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih disampaikan kepada : 1. Prof. Dr. Suyatno, M.Si. selaku dosen
pembimbing dan ketua Jurusan Kimia FMIPA Unesa atas fasilitas yang telah disediakan selama penulis menempuh perkuliahan di Jurusan Kimia.
2. Prof. Dr. Suyono, M.Pd. selaku Dekan FMIPA atas fasilitas yang telah
disediakan selama penulis menempuh pendidikan di FMIPA UNESA.
3. Kedua orang tua, serta adikku tercinta yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan.
4. Teman-teman yang telah memberikan dukungan dan motivasi serta semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung selama pengerjaan skripsi ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Mustofa, M. H. 2011. Uji Coba Kantong Bioplastik Pati dan Onggok Tapioka dengan Gliserol sebagai Plastizer. Skripsi. Universitas Brawijaya: Malang.
2. Krochta, J.M., Baldwin, E.A and Nisperos-Carriedo M.O., 1997. Edible
Coatings and Films to Improve Food Quality. Pp135-156. Lancester. Basel:
Technomis Publishing.Co.Inc.
3. Munajim. 1983. Teknologi Pengolahan
Pisang. Jakarta : PT. Gramedia
4. Suryaningrum D. TH, Basmal J, dan Nurochmanwati. 2005. Studi Pembuatan
Edible Film dari Karagenan. J.Penelitian, Perikanan. Indonesia. 2(4); 1-13.
5. Suppakul, P., 2006, Plasticizer and
Realtive Humidity Effects on Mechanical Properties of Cassava Flour Films,
Departement of Packaging Technology, Faculty of Agro-Industry, Kasetsart University, Bangkok, Thailand.
6. Wulandari, D dan Ambarwati, R.E. 2009.
Zat Gizi dalam Bonggol Pisang.
Yogyakarta: Mitra Cendika Press.
7. Winarno, F.G. 2002. Kimia Pangan dan
Gizi. Jakarta : Gramedia Utama.
8. Kusumawati. 2013. Edible Film dari Pati Jagung yang Diinkorporasikan dengan Perasan Temu Hitam.Jurnal Pangan dan
Agroindustri. 1(1)90-100.
9. Rhim, J.W., Y. Wu, C.L. Weller and M.Schnepf, 1999. Physical Characteristics of A Composite Films of Soy Protein Isolate and Propyleneglikol Alginate.
10. Barus, S.P., 2002. Karakteristik Film Pati Biji Nangka (Artocarpus integra Meir) dengan Penambahan CMC. Skripsi.
Biologi. Universitas Atma Jaya. Yogyakarta.
11. Astuti, B.C. 2008. Pengembangan Edible
Film Kitosan dengan Penambahan Asam
Lemak dan Esensial Oil: Upaya Perbaikan Sifat Barrier dan Aktifitas Mikroba.
