Kitosan adalah poli-(2-amino-2-deoksi-β-(1-4)-D-glukopiranosa) dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari deasetilasi kitin. Sumber kitin alami ditemukan dalam cumi-cumi, jamur, serangga dan beberapa alga. Dalam jumlah produksi yang besar kitin diperoleh dari kulit luar golongan Crustasean (seperti udang, kepiting, lobster, dan udang karang) dan dari cangkang moluska (Rajasree & Rahate, 2013).
Gambar 2.1 Struktur Kimia Kitosan
2.1.1 Sifat Kitosan
Kitosan merupakan polimer yang terdapat berlimpah di alam dan dapat diperbaharui. Kitosan memiliki sifat yang unggul seperti biodegradabel, biokompatibilitas, tidak beracun, dan bersifat menyerap. Sifat fisik berupa padatan amorf berwarna putih kekuningan. Sifat kimia kitosan antara lain adalah poliamin berbentuk linear, mempunyai gugus amino dan hidroksil yang aktif dan mempunyai kemampuan mengkelat beberapa jenis logam. Sedangkan sifat biologi kitosan antara lain: bersifat biokompatibel, dimana sebagai polimer alami, sifatnya tidak mempunyai efek samping, aman dan tidak beracun, serta mudah diuraikan oleh mikroba. Dapat berikatan dengan sel mamalia dan mikroba secara agresif. Efek regeneratif pada jaringan gusi. Bersifat hemostatik, fungistatik, spermisidal, antitumor, antikolesterol, dan bersifat sebagai depresan pada sistem saraf pusat. Mampu meningkatkan pembentukan yang berperan dalam pembentukan tulang (Kumar, 2004).
2.1.2 Kitosan Cangkang Belangkas
Hewan mirip kepiting ini adalah hewan jenis artopoda yang hidup di perairan dangkal
dan kawasan mangrove. Kadang disebut juga dengan nama kepiting ladam, mimi, atau mintuna. Kepiting ladam yang dalam bahasa Indonesia disebut belangkas ialah hewan beruas yang bentuk badannya menyerupai “ladam kuda” berekor sehingga di luar negeri, belangkas kerap dipanggil dengan nama "kepiting tapal kuda" (horseshoe crab). Cetakan fosil hewan ini tidak mengalami perubahan bentuk berarti sejak masa
Devon (400-250 juta tahun yang lalu) dibandingkan dengan bentuknya yang sekarang, meskipun jenisnya tidak sama. Mimi adalah nama dalam bahasa Jawa untuk yang berkelamin jantan dan Mintuna adalah untuk yang berkelamin betina.
spesies belangkas yang diketahui oleh manusia dan masih hidup di masa kini di mana keempat spesies tersebut digolongkan ke dalam famili Limulidae (Abbas, 2012).
Gambar 2.2. Belangkas
Harry Noviary (2010) mengemukakan tentang studi karakterisasi pembuatan kitin dan kitosan dari cangkang belangkas, dari hasil karakterisasi menunjukkan bahwa derajat deasetilasi kitosan cangkang belangkas adalah 82,9% dengan berat molekul kitosan 1048000 g/mol.
2.1.3 Kegunaan Kitosan
Dewasa ini aplikasi kitosan sangat banyak dan meluas. Kitosan mudah mengalami degradasi secara biologis, tidak beracun dan baik sebagai flokulan dan koagulan serta mudah membentuk membran atau film. Kitosan merupakan suatu biopolimer alam yang reaktif yang dapat melakukan perubahan-perubahan kimia.
Di bidang industri, kitosan berperan antara lain sebagai koagulan polielektrolit
antimikroba, antijamur, serat bahan pangan, penstabil, pembentuk gel, pembentuk tekstur, pengental dan pengemulsi produk olahan pangan, pembawa zat aditif makanan, flavor, zat gizi, pestisida, herbisida, virusida tanaman, dan deasedifikasi buah-buahan, sayuran dan penjernih sari buah. Fungsinya sebagai antimikroba dan antiamur juga diterapkan dibidang kedokteran, kitosan dapat mencegah pertumbuhan Candida albican dan Staphvlacoccus aureus. Selain itu biopolimer tersebut juga
berguna sebagai antikoagulan, antitumor, antivirus, pembuluh darah-kulit dan ginjal sintetik, bahan pembuat lensa kontak, aditif kosmetik, membran dialis, bahan shampoo dan kondisioner rambut, pembalut luka dan benang bedah yang mudah diserap, serta mempertinggi daya kekebalan dan antiinfeksi (Sugita, 2009).
2.1.4 Modifikasi Kitosan
Kitosan dapat dimodifikasi menjadi berbagai bentuk seperti serpih, hidrogel, membran/film dan butiran. Perbedaan bentuk kitosan akan mempengaruhi pada luas permukaannya. Semakin kecil ukuran kitosan, maka luas permukaan kitosan akan
semakin besar.
a. Kitosan Berbentuk Serpihan
Afinitas kitosan bentuk serpihan telah diuji coba terhadap ion Pb+2, Ni+2, dan Cr+2 dan persentase pengikatan adalah 84 – 98, 40 – 92, dan 17 – 46% berturut–turut.
b. Hidrogel Kitosan
c. Kitosan Berbentuk Membran
Membran merupakan batas atau penghalang selektif antara dua fase. Berdasarkan bahan dasarnya membran dibedakan menjadi membran organik dan anorganik. Membran dapat disiapkan dengan menggunakan beberapa metode antara lain pelelehan, pengepresan, track–etching, dan pembalikan fase. Pembalikan fase adalah proses yang mengubah polimer dari bentuk larutan menjadi bentuk padatan secara terkontrol. Asnel (2008) membuat membran gel kitosan–alginat dengan penaut silang glutaraldehida.
d. Kitosan Berbentuk Butiran
Kitosan dapat dibuat menjadi bentuk butiran den gan pelarutan 3 gram kitosan dalam 100 ml larutan asam asetat 1% yang diteteskan pada larutan NaOH 4% maka diperoleh butiran berbentuk bola. Kitosan berbentuk butiran yang terbentuk dikumpulkan dan dicuci dengan akuades. Shentu, et al telah membuat kitosan dalam bentuk butiran yang digunakan untuk proses adsorpsi enzim catalase (Sugita, 2009).
2.1.5 Kitosan sebagai Adsorben
berinteraksi dengan zat warna kationik atau kation logam melalui mekanisme pembentukan ikatan kovalen koordinasi (kompleks).
Sebagai adsorben, kitosan dapat digunakan secara langsung dalam bentuk serpihan. Namun, telah banyak penelitian yang menggunakan kitosan dalam bentuk butiran, hidrogel,dan membran/film. Dimana memodifikasi struktur kitosan untuk meningkatkan kemampuan adsorpsi, kekuatan mekanik, dan kestabilannya. (Sugita,2009).
2.1.6 Kemampuan Kitosan untuk Menyerap Logam
Kemampuan kitosan untuk mengikat logam dengan cara pengkhelat adalah dihubungan dengan kadar nitrogen yang tinggi pada rantai polimernya. Kitosan mempunyai satu kumpulan amino linier bagi setiap unit glukosa. Kumpulan amino ini mempunyai sepasang elektron yang dapat berkoordinat atau membentuk ikatan-ikatan aktif dengan kation-kation logam. Unsur nitrogen pada setiap monomer kitosan dikatakan sebagai gugus yang aktif berkoordinat dengan kation logam (Hutahahean, 2001).
Interaksi kitosan dengan ion logam terjadi karena proses pengkompleksan dimana penukaran ion, penyerapan dan pengkhelatan terjadi selama proses berlangsung. Ketiga proses tersebut tergantung dari ion logam masing-masing. Kitosan menunjukkan afinitas yang tinggi pada logam transisi golongan 3, begitu pula pada logam yang bukan golongan alkali dengan konsentrasi rendah (Muzzarelli, 1973).
2.2 Arang Aktif
lain membentuk kristal-kristal dengan susunan tidak beraturan dan jarak antar pelatnya acak.
Gambar 2.3 Struktur Arang Aktif
Arang aktif dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan karbon aktif berkisar antara 300-3500 m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif mempunyai sifat sebagai daya serap yang bagus. Arang aktif dapat dibuat melalui dua tahap, yaitu tahap karbonasi dan aktivasi (Sembiring, 2003). Bahan baku yang dapat dibuat menjadi karbon aktif adalah semua bahan yang mengandung karbon, baik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan, binatang ataupun barang tambang. Bahan-bahan tersebut adalah berbagai jenis kayu, sekam padi, tulang binatang, batu-bara, tempurung kelapa, kulit biji kopi. Karbonasi merupakan proses pengarangan dalam ruangan tanpa adanya oksigen dan bahan kimia lainnya, pada proses ini pembentukan
aktivasi dengan pemakaian bahan kimia yang dinamakan aktivator (Sembiring, dkk.2003).
2.2.1 Sorpsi (Daya Serap)
Sorpsi adalah proses penyerapan ion oleh partikel penyerap. Proses sorpsi dibedakan menjadi dua yaitu adsorpsi dan absorpsi. Dinamakan proses adsorpsi jika ion atau senyawa yang diserap tertahan pada permukaan partikel penyerap dan proses pengikatan berlangsung sampai di dalam partikel penyerap disebut sebagai proses absorpsi (Afiatun, 2004). Daya serap yang terjadi dalam arang aktif terdapat tiga tahap yaitu: zat terjerap pada arang aktif bagian luar, kemudian menuju pori-pori arang, dan terjerap pada dinding bagian dalam arang aktif. Menurut IUPAC, karbon aktif diklasifikasikan berdasarkan ukuran porinya menjadi mikropori (diameter < 2 nm), mesopori (diameter 2−50 nm), dan makropori (diameter >50 nm).
2.3 Kopi
Tanaman kopi merupakan family Rubiaceae, genus Coffea. Meskipun lebih dari 80
spesies kopi telah diidentifikasi di seluruh dunia, hanya dua yang ekonomis penting. Coffea arabica, juga dikenal sebagai kopi Arabika, yang keberadaannya sekitar 70%
dari pasar global kopi, dan Robusta atau kopi Robusta (nama komersial salah satu kultivar C.canephora) menyumbang sisanya. Arabika dan Robusta kopi yang berbeda dalam banyak hal, termasuk iklim ideal mereka tumbuh, aspek fisik, komposisi kimia, dan karakteristik dari minuman yang dibuat dengan biji kopi panggang (Yi-Fang Chu, 2012).
Tabel 2.1.Komposisi Biji Kopi Arabika dan Robusta setelah Penyangraian (%bobot kering)
Komponen Kopi Arabika Kopi Robusta
Mineral 3.5-4.5 4.6-5
Kaffein 1.1-1.3 2.4-2.5
Trigonelline 0.5-1 0.3-0.6
Asam Nikotianat 0.016-0.026 0.014-0.025
Lemak 14.5-20 11-16
Diterpen Ester 0.9 0.2
Total Asam Klorogenik 1.2-2.3 3.9-4.6
Asam alifatis 1.6 1.6
Asam Quinic 0.8 1.0
Oligosakarida 0-3.5 0-3.5
Polisakarida 31-33 37
Lignin 3.0 3.0
Peptin 2.0 2.0
Protein 13-15 13-15
Melanoidin 25 25
(Sumber : Clarke, et al. 1985; Yi-Fang Chu.2012)
2.4 Logam Berat dan Pengaruhnya Pada Kesehatan
Adanya logam berat di perairan, berbahaya baik secara langusng terhadap kehidupan organisme, maupun efek secara tidak langsung terhadap kesehatan manusia. Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam berat (Sutamihardja dkk, 1982) yaitu:
1. Sulit dimetabolisme, sehingga mudah terakumulasi dalam perairan dan keberadaannya secara alami sulit terurai
2. Dapat terakumulasi dalam organisme termasuk kerang dan ikan, dan akan membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsi biota laut
2.4.1 Timbal (Pb)
Timbal (Pb) mempunyai berat atom 207,21; berat jenis 11,34; bersifat lunak serta berwarna biru atau silver abu-abu dengan kilau logam, nomor atom 82 mempunyai titik leleh 327,4 ºC dan titik didih 1.620 ºC. Timbal banyak dimanfaatkan oleh kehidupan manusia seperti sebagai bahan pembuat baterai, amunisi, produk logam (logam lembaran, solder, dan pipa), perlengkapan medis (penangkal radiasi dan alat bedah), cat, keramik, peralatan kegiatan ilmiah/praktek (papan sirkuit/CB untuk komputer) untuk campuran minyak bahan-bahan untuk meningkatkan nilai oktan. Konsentrasi timbal di lingkungan tergantung pada tingkat aktivitas manusia, misalnya di daerah industri, di jalan raya, dan tempat pembuangan sampah. Karena timbal banyak ditemukan di berbagai lingkungan maka timbal dapat memasuki tubuh melalui udara, air minum, makanan yang dimakan dan tanah pertanian (Sudarwin, 2008).
Sumber timbal bisa berasal dari kendaraan yang menggunakan bahan bakar bertimbal dan juga dari biji logam hasil pertambangan, peleburan, pabrik pembuatan timbal atau recycling industri, debu, tanah, cat, mainan, perhiasan, air minum, permen, keramik, obat tradisional dan kosmetik (Marchand., et al, 2011). Bahan
pencemar memasuki badan air melalui berbagai cara seperti pembuangan limbah oleh industri, pertanian, domestik dan perkotaan, dan lain-lain (Effendi, 2000). Keracunan Pb akut atau kronis oleh senyawanya pada yang akut menyebabkan gastroenteritis berat dan encefalopati dan pada yang kronis menyebabkan anemia dan kerusakan saluran pencernakan dan sistim saraf yang disebut saturnisme, keracunan Pb dapat terjadi karena terhirupnya secara terus menerus debu, asap atau melalui makanan atau substansi lain yang mengandung Pb (Ratmini, 2009).
2.5 Ekstraksi Fase Padat
penyerap. Ekstraksi fase padat mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan ekstraksi fase cair-cair yaitu hemat pelarut, waktu pengerjaan relatif singkat, hasil ektraksi tidak membentuk emulsi serta cukup selektif (Botsoglou dan Fletouris, 2001). Ekstraksi fase padat merupakan teknik pemisahan dan prekonsentrasi ion logam yang lebih efisien dan dapat mengatasi kelemahan ekstraksi pelarut (Anthemidis,et al.2002) dan memiliki ketepatan serta selektivitas yang tinggi (Jing, et al. 2007).
Ekstraksi fase padat dapat dibagi menjadi 4 berdasarkan jenis fase diam atau penyerap yang dikemas dalam cartridge, yakni fase normal (normal phase), fase terbalik (reversed phase), adsorpsi (adsorption) dan pertukaran ion (ion exchange). Pemilihan penyerap didasarkan pada kemampuannya berikatan dengan analit, dimana ikatan antara analit dengan penjerap harus lebih kuat dibandingkan ikatan antara analit dengan matriks sampel. Sehingga analit akan tertahan pada penyerap. Selanjutnya dipilih pelarut yang mampu melepaskan ikatan antara analit dengan penyerap pada tahap elusi (Botsoglou dan Fletouris, 2001).
2.6 Karakterisasi Film
2.6.1 Pengujian Kekuatan Tarik Pengujian kekuatan tarik (σ
t) dapat dilakukan dengan menggunakan alat pengukuran tensometer atau dinamometer, bila terhadap bahan diberikan tegangan. Secara praktis kekuatan tarik diartikan sebagai besarnya beban maksimum (F
σt =Fmaks Ao
Bila didefenisikan besaran kemuluran (ε) sebagai nisbah pertambahan panjang
terhadap panjang spesimen semula (ε = Δl/lₒ) maka diperoleh hubungan
�= Ao (l + ε)
Hasil pengamatan sifat kekuatan tarik ini dinyatakan dalam bentuk kurva tegangan, yakni nisbah beban dengan luas penampang, terhadap perpanjangan bahan (regangan), yang disebut dengan kurva tegangan-regangan. Bentuk kurva tegangan−regangan ini merupakan karakteristik yang menunjukkan indikasi sifat mekanis bahan yang lunak, keras, kuat, lemah, rapuh atau liat (Wirjosentono, 1995).
2.6.2 Analisis Distribusi Ukuran Partikel Menggunakan Particle Size Analyzer Particle Size Analyzer (PSA) dapat menganalisis partikel suatu sampel yang
2.6.3 Spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
Spektroskopi inframerah digunakan untuk penentuan struktur, khususnya senyawa organik dan juga untuk analisa kuantitatif. Pancaran infra-merah terbatas di antara 4000 cm-1 dan 666 cm-1 (2,5 – 15,0 μm), diserap oleh sebuah molekul organik dan diubah menjadi energi getaran molekul. Penyerapan ini juga tercatum, namun spektrum getaran tampak bukan sebagai garis-garis melainkan berupa pita-pita. Letak pita dalam spektrum inframerah disajikan sebagai bilangan gelombang atau panjang gelombang. Satuan bilangan gelombang (cm-1). Terdapat dua macam getaran molekul yaitu getaran ulur dan getaran tekuk. Getaran ulur adalah suatu gerakan berirama di sepanjang sumbu ikatan sehingga jarak antar atom bertambah atau berkurang. Getaran tekuk dapat terjadi karena perubahan sudut-sudut ikatan antara ikatan-ikatan pada sebuah atom (Silverstein, 1986).
Spektrum infra merah memberikan puncak maksimal yang jelas sebaik puncak minimumnya. Spektrum absorpsi dibuat dengan bilangan gelombang pada sumbu X dan persentase transmitan (T) pada sumbu Y. Bila dibandingkan dengan daerah UV-tampak, dimana energi dalam daerah ini dibutuhkan untuk transisi
elektronik, maka radiasi infra merah hanya terbatas pada perubahan energi setingkat molekul. Untuk tingkat molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk mengabsorpi sinar inframerah. Jadi, untuk dapat mengabsorpi, molekul harus memiliki perubahan momen dipole sebagai akibat dari vibrasi. Berarti radiasi medan listrik yang berubah-ubah akan berinteraksi dengan molekul dan akan menyebabkan perubahan amplitude salah satu gerakan molekul (Khopkar, 2008).
2.6.4 Analisa Permukaan dengan SEM (Scanning Electron Microscopy)
SEM (Scanning Electron Microscopy) adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang dianalisis. Prinsip kerja dari SEM adalah dengan menggambarkan permukaan benda atau material dengan berkas elektron yang dipantulkan dengan energi tinggi. Permukaan material yang disinari atau terkena berkas elektron akan memantulkan kembali berkas elektron atau dinamakan berkas elektron sekunder ke segala arah. Tetapi dari semua berkas elektron yang dipantulkan terdapat satu berkas elektron yang dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Detektor yang terdapat di dalam SEM akan mendeteksi berkas elektron berintensitas tertinggi yang dipantulkan oleh benda atau material yang dianalisis (Micheler, 2008). Pada alat Scan Electron Microscopy (SEM) suatu berkas insiden elektron yang sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan berkas tersebut dalam tabung sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung sinar katoda, yang
memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan yang hampir tiga dimensi (Stevens, 2001).
2.6.5 Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
Banyaknya penyerapan radiasi kemudian diukur pada panjang gelombang tertentu menurut jenis logamnya (Darwono, 1995).
Radiasi elektromagnetik dikenakan kepada suatu atom, maka akan terjadi eksitasi elektron dari tingkat dasar ke tingkat tereksitasi. Setiap panjang gelombang memiliki energi yang spesifik untuk dapat tereksitasi ke tingkat yang lebih tingggi. Larutan sampel disemprotkan ke suatu nyala dalam bentuk aerosol dan unsur-unsur di dalam sampel diubah menjadi uap atom sehingga nyala mengandung atom unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa diantara atom akan tereksitasi secara termal oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal sebagai atom netral dalam keadaan dasar (ground state). Atom-atom ground state ini kemudian menyerap radiasi yang
