BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIOPLASTIK
Bioplastik merupakan plastik yang dapat diperbaharui karena senyawa-senyawa penyusunnya berasal dari tanaman seperti pati, selulosa, dan lignin serta hewan seperti kasein, protein dan lipid [7].
Secara umum film biodegradable diartikan sebagai film yang dapat didaur ulang dan dapat dihancurkan secara alami. Plastik biodegradable adalah salah satu bahan dalam kondisi tertentu, waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur kimianya, yang mempengaruhi sifat-sifat yang dimilikinya oleh pengaruh mikroorganisme (bakteri, jamur, algae). Sedangkan film plastik biodegradable adalah suatu material polimer yang berubah ke dalam senyawa berat molekul rendah, dimana paling sedikit satu tahap pada proses degradasinya melalui metabolisme organisme secara alami [18].
Berdasarkan sumber atau cara memperolehnya, biopolimer sebagai bahan baku bio-kemasan diklasifikasikan menjadi tiga kelompok berikut [19]:
1. Biopolimer yang berasal dari sumber hewan yaitu; collagen gelatin.
2. Biopolimer yang berasal dari limbah industri pengolahan ikan yaitu chitin/chitosan.
3. Biopolimer yang berasal dari pertanian yaitu diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu lemak dan hydrocelloid. Yang berasal dari lemak terdiri dari: bees wax, camauba wax, asam lemak; sedangkan dari hydrocolloid dibagi menjadi dua bagian yaitu: protein dan polysacharida. hydrocolloid yang berasal dari protein adalah: zein (protein jagung), kedelai, whey susu, glutera gandum sedangkan hydrocolloid yang berasal dari polysacharida adalah: cellulosa, serat, pati, pektin, garns. Selain dari polimer alami, ada beberapa
alcohol, dan poly anhidrides. Kelompok terakhir didapatkan dari produk
petrokimia yang disintesis secara konvensional dari monomer sintetis [20]
2.2 PATI
Upaya pengembangan bioplastik telah difokuskan terutama pada pati, yang merupakan bahan baku terbarukan dan tersedia berlimpah di alam. Pati adalah bahan ekonomi yang kompetitif dengan minyak bumi dan telah digunakan dalam beberapa metode untuk mengembangkan plastik kompos [21].
Dewasa ini, pati adalah bagian utama polimer dengan dua glukosa (amilase dan amilopektin) spasial yang didapat dalam butiran dan morfologi, komposisi kimia dan pengaturan yang relatif mempunyai molekul yang kecil dalam keadaan padat tergantung dari sumber botani. Proporsi relatif dari amilase dan amilopektin dan susunannya dalam butiran padat yang menentukan fisikokimia dan fungsional sifat pati, serta kerentanan terhadap modifikasi fisik (misalnya gelatinisasi) dan kimia (misalnya hidrolisis) [17].
Pada prinsipnya, Pati adalah karbohidrat yang terdiri atas amilosa dan
a ilopekti . A ilosa erupaka agia poli er li ier de ga ikata α- −> u it
glukosa. Derajat poli erisasi a ilosa erkisar a tara − . u it glukosa,
erga tu g pada su er a. A ilopekti erupaka poli er α- −> u it glukosa
de ga ra tai sa pi g α- −> u it glukosa. Dala suatu olekul pati, ikata α
-−> u it glukosa i i ju lah a sa gat sedikit, erkisar a tara − %. Na u ,
Gambar 2.1 Struktur Molekul Pati [23]
Granula pati dibedakan dalam dua polimer. Amilosa, yang pada dasarnya linier, dan amilopektin, bercabang. Amilosa terutama ditemukan sebagai rantai linear dari sekitar 840 sampai 22.000 unit residu -D-glucopyranosyl dihubungkan
oleh o ligasi α- (1-> 4) (berat molekul sekitar 136.000 sampai 3,5 106).
Bagaimanapun, kandungan dari unit anhidroglukosa, bervariasi cukup luas untuk setiap spesies tanaman dan tahap pembangunan. Beberapa molekul amilosa
se agia ke il adalah er a a g α- 1-> 6-D glukopiranosa; Satu per 170-500 unit
glucosyl). Sebaliknya, amilopektin yang biasanya terdiri dari sekitar 70% dari granul pati, lebih bercabang dengan sekitar 4 sampai 5% dari ikatan glukosidik me jadi α
-1-> . Molekul a ilopekti adalah erupa disk datar esar a g terdiri dari α-(1,4) –
Tabel 2.1 Karakteristik Komponen Amilosa dan Amilopektin
Sifat Amilosa Amilopektin
Struktur Pada dasarnya linear Bercabang
Warna dengan iodin Biru gelap Ungu
Λmaks of iodine complex -650 nm -540 nm
Kelarutan dalam air Tidak tetap Terlarut
Stabilitas dalam larutan Retrogradasi Stabil Konversi ke maltosa
kristalisasi β-amilase)
-70% -55%
Beberapa penelitian terbaru yang telah dilakukan untuk menghasilkan bioplastik dengan bahan baku pati, seperti : beras [14], biji alpukat [15], kulit pisang [16] dan sebagainya. penelitian Bourtoom (2008), tentang efek plasticizer pada sifat campuran film biodegradable dari pati beras dengan kitosan dengan variasi plasticizer sorbitol, gliserol dan polietilen glikol dengan hasil plasticizer sorbitol memberikan tahanan mekanik yang tinggi dan fleksibilitas yang rendah sedangkan gliserol dan polietilen glikol memberikan tahanan mekanik yang rendah dan fleksibilitas yang tinggi [14]. Kemudian, Ginting et al. (2015) tentang temperatur gelatinisasi dan penambahan kitosan terhadap karakteristik bioplastik dari pati biji alpukat dengan rasio pati dan kitosan yaitu 7 : 3, 8 : 2, dan 9 : 1, sedangkan variasi temperatur larutan pati yaitu 80 oC, 85 oC dan 90 oC diperoleh bioplastik dengan karakteristik terbaik yaitu pada temperatur 90 oC dengan perbandingan pati dan kitosan 7 : 3, dengan nilai kekuatan tarik sebesar 5.096 MPa, pemanjangan saat putus 14.016% dan Modulus Young sebesar 36.359 MPa [15] Selanjutnya, Widyaningsih, dkk. (2013), tentang pengaruh penambahan sorbitol dan kalsium karbonat (CaCO3)
dengan hasil terbaik pada perlakuan konsentrasi kalsium karbonat (CaCO3) 0,4 %
2.2.1 Hidrolisis Pati
Hidrolisis adalah proses dekomposisi kimia dengan menggunakan air untuk memisahkan ikatan kimia dari substansinya. Hidrolisis pati merupakan proses pemecahan molekul amilum menjadi bagian-bagian penyusunnya yang lebih sedehana seperti dekstrin, isomaltosa, maltose dan glukosa [26]. Hidrolisis pati dihasilkan dengan dua cara yaitu dengan asam dan enzim. Cara yang telah lama digunakan dan tradisional adalah hidrolisis dengan asam yang membutuhkan medium dengan tingkat keasaman yang tinggi (pH = 1-2); temperatur tinggi (150-230 °C) dan tekanan tinggi (1-4 atm). Hasil yang diperoleh pada proses secara termal, hidrolisis dengan asam menghasilkan produk samping yang tidak diperlukan yang mengontaminasi produk akhir hasil hidrolisa. Hidrolisis pati dengan enzim dihasilkan dibawah kondisi yang ringan; temperatur yang lebih rendah (sampai 100°C), tekanan normal, pH medium sekitar 6 – 8. Pada waktu yang sama, hidrolisis dengan enzim menghasilkan laju reaksi yang tinggi, kestabilan enzim terhadap penghilangan aktivitas pelarut, deterjen, enzim proteolitik yang tinggi dan penurunan viskositas medium reaksi pada temperatur yang lebih tinggi [27].
2.2.2 Gelatinisasi Pati
Gelatinisasi pati adalah sebuah proses pemutusan ikatan antarmolekul antara molekul amilosa dan amilopektin pada solid state (butiran) ketika dipanaskan [28]. Gelatinisasi merupakan proses pembengkakan granula pati ketika dipanaskan dalam media air. Granula pati tidak larut dalam air dingin, tetapi granula pati dapat mengembang dalam air panas. Naiknya suhu pemanasan akan meningkatkan pembengkakan granula pati. Pembengkakan granula pati menyebabkan terjadinya penekanan antara granula pati dengan lainnya. Mula-mula pembengkakan granula pati bersifat reversible (dapat kembali ke bentuk awal), tetapi ketika suhu tertentu sudah terlewati, pembengkakan granula pati menjadi irreversible (tidak dapat kembali). Kondisi pembengkakan granula pati yang bersifat
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah pati biji alpukat, dimana akan dilakukan analisa profil gelatinisasi terhadap pati tersebut. Analisa ini dilakukan untuk mengetahui data-data pada saat pati tergelatinisasi, diantaranya temperatur gelatinisasi dan viskositas maksimum pati biji alpukat, serta mempelajari sifat-sifat pasta pati yaitu kestabilan viskositas pasta pati terhadap panas dan kemampuan pasta pati mengalami retrogradasi pada saat terjadi penurunan temperatur. Ada beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk mengetahui temperatur gelatinisasi diantaranya seperti Ganda dan Lizda (2013) yang memperoleh nilai temperatur gelatinisasi pada pati ubi jalar sekitar 60 – 80 °C [30], menurut Otto (1989) yang memperoleh nilai temperatur gelatinisasi pada pati jagung sekitar 62 - 72 °C [31] dan Nelis (2012) yang memperoleh nilai temperatur gelatinisasi pada tepung beras 85,39 °C, tepung terigu 82,38 °C, tepung tapioka 69,56 °C, dan tepung beras ketan 67,47 °C [32].
2.3 BIJI ALPUKAT
Tanaman alpukat (Persea americana, Mill) merupakan tanaman yang berasal dari daratan tinggi Amerika Tengah dan memiliki banyak varietas yang tersebar di seluruh dunia. Alpukat secara umum terbagi atas tiga tipe: tipe West Indian, tipe Guatemalan, dan tipe Mexican. Daging buah berwarna hijau di bagian bawah kulit dan menguning kearah biji. Warna kulit buah bervariasi, warna hijau karena kandungan klorofil atau hitam karena pigmen antosiasin [33].
Alpukat merupakan sumber yang baik dari vitamin K, serat, vitamin B6, vitamin C, folat dan tembaga. Alpukat juga merupakan sumber potasium yang baik (kandungan kalium lebih tinggi dibanding dengan buah pisang) dan kaya akan mineral [34]. Adapun klasifikasi dari alpukat adalah sebagai berikut [34] :
Kingdom : Plantae
Keluarga : Lauraceae Marga : Persea
Spesies : Perseae Americana Mil
Berikut komposisi dari biji alpukat dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.2 Komposisi Biji Alpukat (g/100g sampel kering) [36] Parameter Biji Alpukat
Moisture 9,92±0,01
Lemak 16,54±2,10
Protein 17,94±1,40
Serat 3,10±0,18
Abu 2,40±0,19
Karbohidrat 48,11±4,13
Pada umumnya jika mengonsumsi buah alpukat, bagian bijinya dianggap tidak bermanfaat sehingga dibuang begitu saja. Padahal biji alpukat juga memiliki potensi sebagai sumber pati dan pigmen. Bijinya mengandung pati yang relatif tinggi [9]. Andy dkk. (2013) dalam penelitiannya yang berjudul pengaruh pH dan jenis pelarut pada perolehan dan karakterisasi pati dari pati biji alpukat dengan memperoleh kadar pati terbaik sebesar 74,68 % [33]. Kandungan pati yang tinggi inilah yang dapat menjadi bahan baku untuk pembuatan bioplastik.
2.4 KITOSAN
biodegradasi yang baik. Elastisitas kitosan yang sangat kecil dapat ditingkatkan dengan kopolimerisasi dengan monomer sintesis [11].
penelitian Bourtoom (2008), tentang efek plasticizer pada sifat campuran film biodegradable dari pati beras dengan kitosan dengan variasi plasticizer sorbitol, gliserol dan polietilen glikol dengan hasil plasticizer sorbitol memberikan tahanan mekanik yang tinggi dan fleksibilitas yang rendah sdangkan gliserol dan polietilen glikol memberikan tahanan mekanik yang rendah dan fleksibilitas yang tinggi. Pada penelitian ini, penggunaan kitosan sebanyak 20 gram dengan konsentrasi larutan 2% (w/v) [14].
2.5 ETILEN GLIKOL
Etilen glikol yang memiliki nama lain 1, 2-Ethanediol memiliki rumus kimia CH2CH2(OH)2. Etilen glikol ditemukan dalam wujud cairan yang tidak berwarna, pada dasarnya tidak berbau, memiliki volatilisa rendah, hifroskopik. Etilena glikol dapat terlarut sempurna dalam air dan beberapa cairan organik. Gugus hidroksil pada glikol menjalani kimia alkohol umum, sehingga menghasilkan keragaman turunan-turunan yang memungkinkan. Hidroksil dapat diubah menjadi aldehid, alkil halide, amina, azida, asam karboksilat, eter, merkaptan, ester nitrat, nitril, ester nitril, ester organik, peroksida, ester fosfat, dan ester sulfat. Kimia semacam ini memungkinkan etilena glikol bertindak sebagai zat antara dalam berbagai reaksi kimia. Secara siqnifikan etlena glikol terutama dapat berperan sebagai zat antara dalam pembentukan resin, mencangkup kondensasi dengan dimetil terftalat atau asam tereftalat yang dihasilkan dalam resin poliuretan. Reaktivitas dan kelarutan dari etilena glikol menghasikan dasar bagi berbagai aplikasi. Penggunaan etilen glikol sebagai zat antibeku secara luas adalah berdasar pada kemampuannya untuk menurunkan titik beku jika dicampurkan dengan air. Karenanya, sifat-sifat fisik dari campuran etilena glikol merupakan suatu hal penting [37].
2.6 METODE PEMBUATAN BIOPLASTIK
sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara, yaitu :
1. Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati dimana pati yang digunakan dapat berupa pati mentah berbentuk granular maupun pati yang sudah tergelatinisasi, dan Plastik yang digunakan adalah PCL, PBS, atau PLA maupun plastik konvensional (polietilen). Pencampuran dilakukan dengan menggunakan extruder atau dalam mixer berkecepatan tinggi (high speed mixer) yang dilengkapi pemanas untuk melelehkan polimer plastik.
2. Modifikasi kimiawi pati.Untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering digunakan. Sifat biodegradabilitas dari produk plastik yang dihasilkan tergantung daripada jenis polimer yang dicangkokkan pada pati. Jika polimer yang dicangkokkan adalah polimer yang bersifat biodegradabel, maka produk yang dihasilkan juga akan bersifat biodegradabel. Namun demikian, biasanya sifat biodegradabilitas pati akan berkurang atau bahkan hilang sama sekali dengan proses modifikasi kimiawi.
3. Penggunaan pati sebagai bahan baku fermentasi menghasilkan monomer/polimer plastik biodegradabel [37].
2.7 ANALISA HASIL PENELITIAN
2.7.1 Analisa Pati Biji Alpukat (Persea americana mill) 2.7.1.1 Kadar Air
Kadar air adalah persentase kandungan air suatu bahan yang dapat dinyatakan berdasarkan berat basah atau berdasarkan berat kering. Kadar air merupakan pemegang peranan penting, dimana aktivitas air mempunyai tempat tersendiri dalam proses pembusukan dan ketengikan. Kandungan air dalam bahan ikut menentukan daya tahan bahan itu sendiri [39]. Standar Industri Indonesia untuk nilai kadar air maksimum 14% [33]. Uji kadar air dilakukan berdasarkan standar SNI 01-2891-1992. Kadar air yang tinggi pada tepung atau pati dapat menimbulkan gumpalan, perubahan warna dan bau akibat timbulnya jamur [40]. Semakin sedikit kadar air yang dikandung oleh bahan maka ketahanan terhadap mikroba maupun serangga akan semakin tinggi.
2.7.1.2 Kadar Abu
2.7.1.3 Kadar Pati
Pati adalah partikel – partikel diskrit yang tersusun oleh granula - granula yang memiliki ukuran, bentuk, morfologi, komposisi, dan struktur supramolekul yang tergantung pada sumber botani [44]. Pati adalah bagian utama polimer dengan dua glukosa (amilase dan amilopektin) spasial yang diatur dalam butiran dan morfologi, komposisi kimia dan pengaturan yang relatif makromolekul dalam keadaan padat tergantung dari sumber botani. Proporsi relatif dari amilase dan amilopektin dan susunannya dalam butiran padat yang menentukan fisikokimia dan fungsional sifat pati, serta kerentanan terhadap modifikasi fisik (misalnya gelatinisasi) dan kimia (misalnya hidrolisis) [45].
2.7.1.4 Kadar Amilosa dan Amilopektin
Kandungan amilosa dan amilopektin pada pati mempengaruhi sifat mekanik film yang dihasilkan. Pati dengan kadar amilosa tinggi, akan menghasilkan film yang kuat dan fleksibel. Hal ini disebabkan karena struktur kristal dari amilosa itu sendiri [46]. Amilosa sangat berperan pada saat proses gelatinisasi dan lebih menentukan karakteristik pasta pati. Pati yang memiliki amilosa yang tinggi mempunyai kekuatan ikatan hidrogen yang lebih besar. Sedangkan amilopektin memiliki rantai cabang yang panjang memiliki kecenderungan yang kuat untuk membentuk gel. Amilosa memberikan warna ungu pekat pada tes iodin sedangkan amilopektin tidak bereaksi [29].
2.7.1.5 Kadar Lemak
menghambat pengikatan air oleh granula pati, sehingga kekentalan dan kelekatan pati berkurang akibat jumlah air untuk terjadinya pengembangan granula berkurang [48]. Sebaliknya kadar lemak yang tinggi dapat menyebabkan rendahnya absorbsi air, karena komponen tersebut akan menutupi partikel pati, sehingga penyerapan air menjadi terhambat [49]. Dalam penelitian ini diterapkan metode soxhlet menggunakan heksana sebagai pelarut.
2.7.1.6 Kadar Protein
Protein adalah salah satu dari kelompok senyawa organik kompleks, pada dasarnya terdiri atas kombinasi dari asam amino dalam hubungan peptida, yang mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan biasanya, sulfur. Didistribusikan secara luas pada tanaman dan hewan, protein adalah konstituen utama dari protoplasma dari semua sel dan sangat penting untuk kehidupan [50]. Hasil di biji matang merupakan endosperm yang terbentuk dari matriks protein yang berkelanjutan disekitar granul pati. Protein dalam benih memiliki peran yang berbeda: fungsional, sebagai bagian dari struktur yang kompleks seperti membran dan protein struktural, energik, penyimpanan protein, sebagai sumber asam amino untuk memasok blok bangunan yang diperlukan selama biosintesis protein dalam perkecambahan, dan metabolisme, seperti enzim yang diperlukan untuk kontrol reaksi. [51]. Kandungan protein pada biji tanaman bervariasi antara 10 dan 50%, dalam bentuk protein tersimpan [54]. Metode yang digunakan untuk pengujian kadar protein pati biji alpukat mengikuti standar SNI - 01-2891-1992 [52].
2.7.1.7 Temperatur Gelatinisasi
kadar amilosa tinggi memiliki wilayah yang lebih amorf dan kurang kristal, menurunkan suhu gelatinisasi dan entalpi endotermik [53].
Rapid Visco Analyzer (RVA) memberikan hasil analisa secara sistematis berupa sifat pati yang terkandung dalam bahan. Dalam analisa RVA penentuan sifat viskositas yang terdapat pada bahan, dilakukan berdasarkan parameter paste peak viscosity, trough, breakdown, final viscosity, set back dan peak time yang dibentuk bahan selama proses analisa RVA berlangsung [54].
Paste peak viscosity dalam analisa RVA merupakan parameter untuk
mengetahui titik tertinggi atau nilai puncak viskositas yang dapat dicapai oleh produk, yang merupakan titik keseimbangan antara swelling (daya kembang) dan pelepasan polimer yang disebabkan karena peningkatan viskositas, peningkatan viskositas ini menunjukkan adanya proses gelatinisasi pati, selain itu parameter paste peak viscosity menunjukkan kapasitas atau daya ikat air yang dapat dikorelasikan dengan kualitas akhir suatu produk. Setelah mencapai titik puncak viskositas, produk akan mengalami tahap penurunan viskositas yang ditentukan dengan parameter trough yang merupakan nilai viskositas terendah setelah suatu produk mengalami peak viscosity [37]
Suhu awal gelatinisasi ialah suhu pada saat pertama kali viskositas mulai naik. Suhu gelatinisasi merupakan suatu fenomena sifat fisik pati yang kompleks yang dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain ukuran molekul amilosa dan amilopektin serta keadaan media pemanasan. Viskositas maksimum (peak viscosity) merupakan titik maksimum viskositas pasta yang dihasilkan selama proses pemanasan. Suhu dimana viskositas maksimum tercapai disebut suhu akhir gelatinisasi. Viskositas balik (setback viscosity) mencerminkan kemampuan asosiasi atau retrogradasi molekul pati pada proses pendinginan [55].
2.7.2 Karakterisasi dan Analisa Bioplastik 2.7.2.1 Densitas
(2.1)
Penentuan rapat massa (densitas) film dilakukan dengan cara film dipotong dengan ukuran 5 x 5 dan tebal tertentu, kemudian dihitung volumenya. Potongan film ditimbang dan rapat massa film ditentukan dengan membagi rapat potongan uji dengan volumenya (g/cm3). Pada pengujian densitas plastik sampel film diuji berdasarkan standar ASTM D792-91, 1991 [56].
2.7.2.2 Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Saat Putus
Uji Kekuatan Mekanik yang diberikan pada bahan adalah uji kekuatan tarik (tensile strength), pemanjangan pada saat putus (elongation at break). Sampel film plastik diuji berdasarkan pada ASTM D-638. Metode pengujian ini mencakup penentuan tarik yang sifat plastik diperkuat dalam bentuk standar dumbbell shaped yang ketika diuji di bawah kondisi yang ditentukan dari pretreatment, suhu,
kelembaban, dan kecepatan mesin uji. Metode uji ini dapat digunakan untuk pengujian bahan dari setiap ketebalan sampai 14 mm (0,55 in.). Namun, untuk pengujian spesimen dalam bentuk lembaran tipis, termasuk film yang kurang dari 1,0 mm (0.04 in.) Ketebalan, Metode Uji D 882 adalah metode yang paling tepat. Bahan dengan ketebalan lebih besar dari 14 mm (0,55 in.) harus dikurangi oleh mesin [57].
2.7.2.3 Fourier Transform Infra Red (FTIR)
dapat diketahui dari FT-IR untuk dianalisis adalah identifikasi material yang tidak diketahui, menentukan kandungan gugus fungsi dan menentukan banyaknya komponen dalam suatu campuran [58].
2.7.2.4 Scanning Electron Microscope (SEM)
Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah suatu instrumen yang menghasilkan seberkas elektron pada permukaaan spesimen target dan mengumpulkan serta menampilkan sinyal-sinyal yang diberikan oleh material target. Penggunaan alat Scaning Electron Microscopy dalam morfologi kopolimer telah dikembangkan secara luas. Pada prinsipnya SEM terdiri dari kolom elektron (electron coloum), ruang sampel (specimen chamber) dan sistem vakum (vacuum
system) [59]. pengujian Scanning Electrone Microscopy (SEM) dilakukan untuk mengetahui bentuk permukaan bioplastik, besar pori yang terbentuk pada lembaran bioplastik. Pengujian dilakukan dengan melakukan pemotongan sampel dengan ukuran 5 mm x 5 mm, kemudian diletakkan di kaca preparasi, selanjutnya di letakkan di bawah lensa pengamatan yang ada di dalam alat uji SEM [60].
2.7.2.5 Penyerapan Air (Water Absorption)
![Gambar 2.1 Struktur Molekul Pati [23]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3753048.1487857/3.595.111.501.114.369/gambar-struktur-molekul-pati.webp)
