Pengaruh Penambahan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Terhadap Karakteristik Bioplastik dari Pati Biji Alpukat (Persea americana mill)

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN PENGISI KITOSAN DAN

PLASTICIZER ETILEN GLIKOL TERHADAP

KARAKTERISTIK BIOPLASTIK

DARI PATI BIJI ALPUKAT

(Persea americana mill )

SKRIPSI

Oleh

FARIS ALANJANI

120405115

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

PENGARUH PENAMBAHAN PENGISI KITOSAN DAN

PLASTICIZER ETILEN GLIKOL TERHADAP

KARAKTERISTIK BIOPLASTIK

DARI PATI BIJI ALPUKAT

(Persea americana mill )

SKRIPSI

Oleh

FARIS ALANJANI

120405115

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PENGARUH PENAMBAHAN KITOSAN DAN

PLASTICIZER

ETILEN

GLIKOL TERHADAP KARAKTERISTIK DARI PATI BIJI ALPUKAT

(

Persea americana mill

)

yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini

adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan

sebelumnya.

Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini

bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi

sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, Juli 2017

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan

karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi

dengan judul “Pengaruh Penambahan Pengisi Kitosan dan

Plasticizer

Etilen Glikol

Terhadap Karakteristik Bioplastik dari Pati Biji Alpukat (

Persea americana mill

)”,

berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat

untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. M. Hendra S. Ginting, ST, MT

selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya

dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.

2. Dr. Maulida, ST,

M.Sc

selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran

dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

3. Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc

selaku Dosen Penguji II yang telah

memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

4. Ir. Bambang Trisakti, M.Si

selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Ir. Maya Sarah, ST, MT, Ph.D

selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Ir. Seri Maulina, MSChe, Ph.D

selaku Dosen Pembimbing Akademik yang

telah membimbing penulis dalam hal akademik selama kuliah di Teknik Kimia

USU.

7. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU

, yang telah mendidik dan membagikan

ilmu kepada penulis selama perkuliahan.

8. Pegawai Departemen Teknik Kimia USU

, yang telah membantu penulis

dalam hal administrasi selama perkuliahan.

9. Adhal Supi

, selaku partner penelitian penulis.

(6)

Hasibuan, Dr, Ir. Sari Farah Dina, M.Si, H. Umri dan Hj. Ernawati, Bambang

Suhendra, Riza Rifai, ST, dr. Maqbul Maliki Lubis, Rifad Al Abid, Billy Hijrian

Ivanda, Kenny Zulfikar Ansari, Bintang Wildan Maulana, Yudha Mahardika

yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk

melakukan penelitian.

11. Sahabat - sahabat tercinta

, Muhammad Syukri, Alm. Jakaria Nst, Muhammad

Bairuni, Irsa Septiawan, Gewa Handika, Salwa Jody Gustia, Rizky Ramadhan

Nst, SP, Muhammad Abror Zam-Zami, ST, Dede M. Taher Hsb, ST, Siti

Maisarah, ST, Nisaul fadilah Dalimunthe, ST, Muliani Syahputri, ST, Putri

Ramadhani Hrp, SE, Sofywan Dwi Yudha, Sked, Askalani Iqbal P, M. Thoriq

Al-Fath, Andika Setiawan, Aulia Bismar Paduana, ST, Al-Thaf Ar-Rizky, ST,

Muhammad Arief, Syahirah Ismah, Khairunnisa Nst, Amd, Adinda Sari Putri,

Ardian Hafiq, M. Wiga Anwary, SE., Astri Khairani Lubis, Spd., dan Indri

Triayu yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk

melakukan penelitian.

12. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2012, dan adik-adik

stambuk 2013 hingga 2016

yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Juli 2017 Penulis

(7)

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini

kepada keluarga besar penulis atas

dukungan dan kasih sayang mereka,

terutama kepada orang tua,

Ahmanuddin

&

Ernawati

serta Saudara Kandung :

Wulan Pratiwi, Spd,

Ridho Fadli, ST

Raja Fahlevi,

(8)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : faris Alanjani NIM : 1204050115

Tempat/Tgl. Lahir : medan, 20 Sptember 1994 Nama orang tua : Ahmanuddin

Ernawati

Alamat orang tua :Jalan Yos Sudarso Km, 14,5

Lingkungan I Kampung Bahari N0. 68

Asal Sekolah



SD Al-Wasliyah 26 Martubung, tahun 2000-2006



SMP Dr. Wahidin Sudiro Husodo Simpang Kantor, tahun 2006-2009



SMA Negeri 16 Medan, tahun 2009-2012

Pengalaman Organisasi/Kerja :

1. Anggota Bidang Sosial dan Olahraga dan Literatur Covalen Study Group

Teknik Kimia Periode 2014-2015..

2. Anggota Bidang Seni dan Olahraga Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia

Periode 2015

–

2016.

3. Kerja Praktek di PT. Prima Pusaka Mandiri (PPM) tahun 2014.

Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai:

(9)

ABSTRAK

Bioplastik adalah polimer yang berasal dari sumber biomassa terbarukan, seperti pati, selulosa dan lignin untuk tanaman serta kasein, protein dan lipid untuk hewan. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui karakterisasi dari biji alpukat serta mengetahui pengaruh penambahan kitosan dan etilen glikol pada sifat fisikokimia bioplastik dari limbah biji alpukat. Biji alpukat dapat digunakan sebagai bahan baku bioplastik karena mengandung pati. Pati yang merupakan bahan baku pembuatan bioplastik diekstrak dari biji alpukat, kemudian dikarakterisasi untuk mengetahui komposisi kimianya. Dilakukan juga analisa FT-IR (Fourier Transform Infra Red), SEM (Scanning Electron Microscope) dan RVA (Rapid Visco Analyzer) pada pati biji alpukat. Pembuatan bioplastik merujuk pada metode Weiping Band, dimana dilakukan modifikasi kimiawi pati dengan penambahan plasticizer etilen glikol dan pengisi kitosan. Dalam pembuatan bioplastik komposisi pati biji alpukat – kitosan yang digunakan adalah 5:5, 6:4 7:3, 8:2 dan 9:1, sedangkan % berat etilen glikol digunakan adalah , 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 % dan 30 %. Temperatur pemanasan larutan bioplastik divariasikan pada 85 °C . Bioplastik yang dihasilkan dianalisis sifat fisika dan kimianya yaitu densitas, kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus, Modulus Young, penyerapan air, FT-IR, SEM, dan RVA. Dari hasil analisa FT-IR ditunjukkan adanya peningkatan bilangan gelombang 3394,72 cm-1 menjadi 3622,32 cm-1 untuk gugus O-H. Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy (SEM) yang menunjukkan pati biji alpukat memiliki ukuran granula besar dan pada bioplastik dengan pengisi kitosan dan plasticizer etilen glikol adanya permukaan patahan yang kasar dan sedikit terdapat rongga. Dari analisa pati biji alpukat diperoleh kadar air 16,6%, kadar abu 0,23 %, kadar pati 73,62 %, kadar amilosa 0,07 %, kadar amilopektin 73,55 %, kadar protein 2,16 %, kadar lemak 1,09 %, suhu gelatinisasi 91,33 °C dengan peak viscosity sebesar 674,5 cP dan kondisi terbaik bioplastik dari pati biji alpukat diperoleh pada perbandingan pati: kitosan (w/w) = 6:4 dengan penambahan 5 % plasticizer etilen glikol dengan nilai kerapatan 0,203 g /cm3, kekuatan tarik 30,213 MPa, pemanjangan pada saat putus 5,370 %, Modulus Elastis

2031,326 MPa dan penyerapan air 53,06 %.

(10)

ABSTRACT

Bioplastics are polymers derived from renewable biomass sources, such as starch, cellulose and lignin for the plant as well as casein, proteins and lipids for the animals. The purpose of this study to determine the characterization of avocado seed and determine the effect of chitosan and ethylene glycol on the physicochemical properties of bioplastics from waste avocado seed. Avocado seeds can be used as a raw material for starch bioplastics. Starch which is a raw material for bioplastics extracted from the seeds of avocado, then characterized to determine its chemical composition. Analysis was also performed FT-IR (Fourier Transform InfraRed), SEM (Scanning Electron Microscope) and RVA (Rapid Visco Analyzer) in the avocado seed starch. Manufacture of bioplastics refers to weiping band methods, which performed chemical modification of starch with the addition of plasticizers and fillers ethylene glycol chitosan. In the manufacture of bioplastics starch composition avocado seed - chitosan used is 5: 5, 6: 4 7: 3, 8: 2 and 9: 1, while the weight% ethylene glycol used is, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% and 30%. The heating temperature of bioplastic varied solution at 85 °C. The resulting bioplastics analyzed the physical and chemical properties like density, tensile strength, elongation at break, Young's modulus, water absorption, FT-IR, SEM, and RVA. From the results of FT-IR analysis indicated an increase in the wave number 3394.72 cm-1 to 3622.32 cm-1 for the OH group. The results of mechanical tests are further supported by analysis of scanning electron microscopy (SEM), which shows the avocado seed starch granules have a size large and bioplastics with filler and chitosan plasticizer ethylene glycol their rough fracture surface and contained little cavity. From the analysis of the avocado seed starch obtained 16.6% moisture content, ash content of 0.23%, the starch content of 73.62%, 0.07% amylose content, amylopectin content of 73.55%, 2.16% protein content, fat content 1.09%, gelatinization temperature of 91.33 ° C with a peak viscosity of 674.5 cP and the best conditions of starch bioplastics avocado seeds obtained in the comparison of starch: chitosan (w / w) = 6: 4 with the addition of 5% plasticizer ethylene glycol with a density value of 0.203 g/cm3, the tensile strength of 30.213 MPa, elongation at break 5.370%, Elastic modulus 2031.326 MPa and water absorption of 53.06%.

Keywords: avocado seed starch, bioplastics, chitosan, gelatinization, ethylene glycol

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI v

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR TABEL xv

DAFTAR LAMPIRAN xvi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG

1

1.2 PERUMUSAN MASALAH

3

1.3 TUJUAN PENELITIAN

3

1.4 MANFAAT PENELITIAN

3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

4

(12)

2.1 BIOPLASTIK

6

2.2 PATI

7

2.2.1 Hidrolisis Pati

9

2.2.2 Gelatinisasi dan Retrogradasi Pati

10

2.3 BIJI ALPUKAT

11

2.4 KITOSAN

12

2.5 ETILEN GLIKOL

12

2.6 METODE PEMBUATAN BIOPLASTIK

13

2.7 ANALISA HASIL PENELITIAN

14

2.7.1 Analisa Pati Biji Alpukat (

Persea americana mill

)

14

2.7.1.1 Kadar Air

14

2.7.1.2 Kadar Abu

15

2.7.1.3 Kadar Pati

15

2.7.1.4 Kadar Amilosa dan Amilopektin

15

2.7.1.5 Kadar Lemak

16

2.7.1.6 Kadar Protein

16

2.7.1.7 Temperatur Gelatinisasi

17

2.7.2 Karakterisasi dan Analisa Bioplastik

18

2.7.2.1 Densitas

18

2.7.2.2 Sifat Kekuatan Tarik dan Pemanjangan Saat Putus

18

2.7.2.3 Fourier Transform Infra Red (FTIR)

18

(13)

2.7.2.5 Penyerapan Air (Water Absorption)

19

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 20

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

20

3.2 BAHAN

20

3.3 PERALATAN PENELITIAN

20

3.4 PROSEDUR PENELITIAN

21

3.4.1 Proses Ekstraksi Pati

21

3.4.2 Persiapan Larutan Asam Format (CH

2

O

2

) 1%

21

3.4.3 Persiapan Larutan Kitosan

21

3.4.4 Persiapan Larutan Pati

22

3.4.5 Pembuatan Bioplastik

22

3.5 FLOWCHART PERCOBAAN

24

3.5.1 Flowchart Ekstraksi Pati

24

3.5.2 Flowchart Persiapan Larutan Asam Format (CH

2

O

2

) 1%

25

3.5.3 Flowchart Persiapan Larutan Kitosan

25

3.5.4 Flowchart Persiapan Larutan Pati

26

3.5.5 Flowchart Pembuatan Bioplastik

27

3.6 ANALISIS HASIL PENELITIAN

28

3.6.1 Analisis Pati

28

3.6.1.1 Kadar Pati

28

3.6.1.2 Kadar Amilosa

28

(14)

3.6.1.4 Kadar Protein dengan Standar SNI 01-2891-1992

30

3.6.1.5 Kadar Lemak dengan Standar SNI 01-2891-1992

30

3.6.1.6 Kadar Air dengan Standar AOAC

30

3.6.1.7 Kadar Abu dengan Standar AOAC

32

3.6.2 Analisis Produk Bioplastik

32

3.6.2.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan

Standar ASTM D 638

32

3.6.2.2 Uji Densitas dengan Standar ASTM D792-91,1991

33

3.6.2.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR)

33

3.6.2.4 Karakterisasi

Scanning

Electron

Microscope

(SEM)

34

3.6.2.5 Karakterisasi Temperatur Gelatinisasi

34

3.6.2.6 Uji Penyerapan Air dengan Standar ASTM

D570-98, 2005

35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 37

4.1 HASIL KARAKTERISASI PATI BIJI ALPUKAT

37

4.1.1 Kadar Pati Biji Alpukat

38

4.1.2 Kadar Amilosa dan Amilopektin Pati Biji Alpukat

38

4.1.3 Kadar Air Pati Biji Alpukat

39

4.1.4 Kadar Abu Pati Biji Alpukat

39

4.1.5 Kadar Protein Pati Biji Alpukat

40

4.1.6 Kadar Lemak Pati Biji Alpukat

40

4.2 KARAKTERISASI HASIL ANALISA

FTIR PATI BIJI

ALPUKAT,

KITOSAN,

BIOPLASTIK

TANPA/DENGAN

PENGISI KITOSAN DAN PLASTICIZER ETILEN GLIKOL

(15)

4.3 KARAKTERISTIK HASIL ANALISA PROFIL GELATINISASI

DENGAN

RAPID VISCO ANALYZER

(RVA)

44

4.4 HASIL ANALISA MORFOLOGI PERMUKAAN DENGAN

SCANNING ELECTRON MICROSCOPE

(SEM)

47

4.4.1 Hasil Analisa Morfologi Permukaan Pati Biji Alpukat dengan

Scanning Electron Microscope

(SEM)

47

4.4.2 Hasil Analisa Morfologi Permukaan Bioplastik dengan

Scanning Electron Microscope

(SEM)

48

4.5 PENGARUH

VARIASI

PENGISI

KITOSAN

DAN

PLASTICIZER

ETILEN GLIKOL TERHADAP DENSITAS

BIOPLASTIK

49

4.6 PENGARUH

VARIASI

PENGISI

KITOSAN

DAN

PLASTICIZER

ETILEN GLIKOL TERHADAP PENYERAPAN

AIR BIOPLASTIK

50

4.7 PENGARUH

VARIASI

PENGISI

KITOSAN

DAN

PLASTICIZER

ETILEN

GLIKOL

TERHADAP

SIFAT

MEKANIK BIOPLASTIK

52

4.7.1 Pengaruh VariasiMassa Kitosan dan

Plasticizer

Etilen

Glikol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik

52

4.7.2 Pengaruh Variasi pengisi Kitosandan

plsticizer

Etilen Glikol

Terhadap Sifat Pemanjangan pada Saat Putus Bioplastik

55

4.7.3 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan

Plasticizer

Etilen

Glikol Terhadap Sifat

Modulus Elastis

Bioplastik

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 56

5.1 KESIMPULAN

56

5.2 SARAN

57

(16)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur Molekul Pati 8

Gambar 3.1 Flowchart Ekstraksi Pati 24

Gambar 3.2 Flowchart Persiapan Larutan Asam Format (CH2O2) 1% 25

Gambar 3.3 Flowchart Persiapan Larutan Kitosan 25

Gambar 3.4 Flowchart Persiapan Larutan Pati 26

Gambar 3.5 Flowchart Pembuatan Bioplastik 27

Gambar 3.6 Flowchart Uji Kadar Air 31

Gambar 3.7 Flowchart Uji Kadar Abu 32

Gambar 3.8 Flowchart Densitas 33

Gambar 3.9 Flowchart Analisis Penyerapan Air 36

Gambar 4.1 Pati Biji Alpukat (Persea americana mill) 37

Gambar 4.2 Hasil Analisa FTIR PatiBiji Alpukat, Kitosan, Bioplastik Tanpa/Dengan Pengisi Kitosan dan Etilen Glikol

41

Gambar 4.3 Profil Glatinisasi (a) Pati Biji Alpukat (b) Bioplastik dengan Penambahan Kitosan dan Etilen Glikol pada Perbandingan Pati : Pengisi 6 : 4.

57

Gambar 4.4 Hasil Analisa SEM Pati Biji Alpukat Perbesaran 1500 Kali 47

Gambar 4.5 Hasil Analisa SEM Patahan Produk Bioplastik (a) Bioplastik dengan Penambahan Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Sebelum Uji Tarik dengan Perbesaran 1000 Kali (b) Bioplastik Setelah Uji Tarik dengan Perbesaran 1000 Kali

(17)

Gambar 4.6 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Terhadap Densitas Bioplastik Pati Biji Alpukat

49

Gambar 4.7 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Terhadap Penyerapan Air Bioplastik

50

Gambar 4.8 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Bioplastik

52

Gambar 4.9 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Terhadap Sifat Pemanjangan pada Saat Putus Bioplastik

53

Gambar 4.10 Pengaruh Variasi Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol Terhadap Sifat Modulus Elastis Bioplastik

55

Gambar C.6 Proses Pembuatan Bioplastik 80

Gambar C.7 Proses Pencetakan Bioplastik pada Cetakan Akrilik 81

Gambar C.8 Produk Bioplastik 81

Gambar C.9 Alat Uji Tarik (Tensile Strength) 87

Gambar C.10 Alat Uji FTIR (Fourier Transform Infra Red) 87

Gambar C.11 Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) 88

Gambar D.1 Hasil FTIR Kitosan 89

(18)

Gambar D.3 Hasil FTIR Bioplastik Pati Biji Alpukat Tanpa Pengisi 90

(19)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Karakteristik Komponen Amilosa dan Amilopektin 8

Tabel 2.2 Komponen Kimia Biji Alpukat 11

Tabel 4.1 Hasil Karakterisasi Pati Biji Alpukat 37

Tabel 4.2 Karakteristik FTIR Pati Biji Alpukat (Persea americana mill) 42

Tabel 4.3 Data Profil Glatinisasi Pati Biji Alpukat, Bioplastik Tanpa Pengisi Kitosan dan Bioplastik dengan Pengisi Kitosan dan Plasticizer Etilen Glikol

44

Tabel A.1 Data Hasil Analisis Pati Biji Alpukat 68

Tabel A.2 Data Hasil Analisis Temperatur Gelatinisasi Bioplastik 68

Tabel A.3 Data Hasil Analisis Densitas (Density) 68

Tabel A.4 Data Hasil Analisis Penyerapan Air (Absorption Water) 69

Tabel A.5 Data Hasil Kekuatan Tarik (Tensile Strangth) 70

Tabel A.6 Data Hasil Analisis Pemanjangan Pada Saat Putus (Elongation At Break)