STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN
SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia
Dini Suryaningsih
0902078
PROGRAM STUDI KIMIA
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN
SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS
Oleh
Dini Suryaningsih
Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Sains pada
Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
© Dini Suryaningsih di 2014
Universitas Pendidikan Indonesia
April 2014
Hak Cipta dilindungi undang-undang.
Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian, dengan dicetak
DINI SURYANINGSIH
STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN
SELULOSA BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS
DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH :
Pembimbing I
H. Budiman Anwar, S.Si., M.Si. NIP. 197003131997031004
Pembimbing II
Dr. Yayan Sunarya, M.Si. NIP. 196102081990031004
Mengetahui,
Ketua Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul “STUDI PENDAHULUAN MENDAPATKAN NANOKRISTALIN SELULOSA
BAKTERIAL DARI MEDIA LIMBAH KULIT NANAS ” ini dan seluruh
isinya adalah benar-benar karya saya sendiri, dan saya tidak melakukan
penjiplakan atau pengutipan dengan cara-cara yang tidak sesuai dengan etika ilmu
yang berlaku dalam masyarakat keilmuan. Atas pernyataan tersebut, saya siap
menerima resiko yang dijatuhkan kepada saya apabila di kemudian hari
ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya ini, atau ada
klaim dari pihak lain dalam karya saya.
Bandung, April 2014
Yang membuat pernyataan,
Dini Suryaningsih
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian yaitu studi pendahuluan untuk mendapatkan nanokristalin selulosa dari selulosa bakterial dengan menggunakan limbah kulit nanas. Nanokristalin selulosa merupakan material yang dapat digunakan dalam berbagai macam aplikasi, salah satunya sebagai bahan penguat pada matriks polimer. Nanokristalin selulosa dapat dipreparasi dari tanaman, hewan laut, dan bakteri. Pada penelitian ini selulosa bakterial yang diperoleh dari limbah kulit nanas digunakan sebagai bahan baku alternatif pengganti serat selulosa yang berasal dari tumbuhan. Preparasi nanokristalin selulosa melalui metode hidrolisis asam dipengaruhi oleh 4 faktor yakni suhu, waktu, konsentrasi dan rasio selulosa-asam. Pada penelitian ini dilakukan variabel waktu hidrolisis selama 30 dan 45 menit, pada konsentrasi 34%, suhu 45°C dan rasio selulosa-asam 1:60. Identifikasi gugus fungsi setelah dilakukan hidrolisis menggunakan FTIR menunjukkan masih terdapat gugus-gugus penyusun selulosa dengan gugus OH ulur pada bilangan gelombang 3415,7 cm-1, serapan gugus C-O ulur 1163,0 cm-1, serapan gugus C-O ulur 1163,0 cm-1 dan vibrasi cincin 563,2-611,4 cm-1. Tetapi terjadi penghilangan gugus C-H ulur diduga terjadi proses eliminasi dan terbukannya ikatan rangkap hal ini terlihat pada spektrum tajam dengan bilangan gelombang 1641,3 cm-1. Hasil XRD contoh pada waktu hidrolisis 45 menit memberikan hasil derajat kristalinitas sebesar 8,23% menunjukkan penurunan yang signifikan. Hal ini menandakan bahwa hidrolisis terjadi pula pada bagian kristalin. Hasil SEM menunjukkan partikel selulosa belum mencapai ukuran nano, melainkan masih pada skala mikron dengan diameter rata-rata untuk waktu hidrolisis 30 menit 9,5μm sedangkan untuk waktu hidrolisis 45 menit 1,87μm.
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
ABSTRACT
Research that has been conducted preliminary studies to obtain nanocrystalline cellulose from bacterial cellulose by using pineapple peel waste. Nanocrystalline cellulose is a material that can be used in a wide variety of applications, one of them as a reinforcing material in the polymer matrix. Nanocrystalline cellulose can be prepared from plants, marine animals, and bacteria. In this study, bacterial cellulose obtained from pineapple peel waste is used as an alternative raw material cellulose fiber derived from plants. Preparation of nanocrystalline cellulose by acid hydrolysis method is influenced by four factors namely temperature, time, concentration and acid-cellulose ratio. In this research, the time variable hydrolysis for 30 and 45 minutes, at a concentration of 34%, temperature 45°C and cellulose:acid ratio of 1:60.Identification of functional groups after hydrolysis using FTIR showed there is still a cellulose constituent groups with the O-H group stretching at wave number 3415.7 cm-1, absorption C-O group stretching 1163.0 cm-1, absorption C-O group stretching 1163.0 cm-1 ring and vibration from 563.2 to 611.4 cm-1. But the removal of the C-H stretching occurs allegedly occurred a process of elimination and the opening of the double bond as seen in the sharp spectrum with wave number 1641.3 cm-1. XRD results cellulose particles gives results the degree of crystallinity of 8.23% which showed a significant reduction indicates that hydrolysis occurs also in the crystalline part. SEM results showed the particle size of nano cellulose has not been reached, but still on the micron scale with an average diameter for the hydrolysis time of 30 minutes 9.5 μm while for the hydrolysis time of 45 minutes 1.87 μm.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
UCAPAN TERIMA KASIH ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR LAMPIRAN………...viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah………. 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Limbah Kulit Nanas ... 5
2.2 Selulosa Bakterial ... 6
2.3 Selulosa………..………... 9
2.4 Nanokristalin Selulosa……..……….…... 11
2.5 Uji Karakterisasi ... 13
2.5.1 Scanning Electronic Microscopy (SEM)………... 14
2.5.2 Fourier Transfom Infra Red (FTIR)……….. 15
2.5.3 X-Ray Diffractometer (XRD)………..15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 17
3.2 Alat dan Bahan ... 17
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3.2.2 Bahan ... 17
3.3 Tahapan Penelitian ... 18
3.4 Bagan Alir Penelitian ... 18
3.5 Cara Kerja ... 20
3.5.1 Tahap Preparasi Selulosa Bakterial ... 20
3.5.1.1 Pembuatan Sari Limbah Kulit Nanas……….20
3.5.1.2 Pembuatan Selulosa Bakterial nata de pina………...20
3.5.1.3 Pemurnian Selulosa Bakterial nata de pina………21
3.5.2 Isolasi Nanokristalin Selulosa ... 21
3.5.2.1 Hidrolisis Asam………..21
3.5.2.2 Proses Sentrifugasi……….22
3.5.2.3 Dialisis………22
3.5.2.4 Sonikasi………..22
3.5.2.5 Freeze Drying……….22
3.5.3 Analisis Gugus Fungsi ... 22
3.5.4 Morfologi Permukaan ... 23
3.5.5 Uji Kristalinitas ... 23
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Preparasi Selulosa Bakterial ... 24
4.2 Hasil Isolasi Nanokristalin Selulosa ... 26
4.3 Tahap Analisis ... 30
4.3.1 Hasil Uji Gugus Fungsi……….. 30
4.3.2 Hasil Uji Morfologi Permukaan………..32
4.3.3 Hasil Uji Kristalinitas……….…33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 36
DAFTAR PUSTAKA ... 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Struktur dari Selulosa Bakterial ... . 8
Gambar 2.2. Struktur Selulosa ... . 9
Gambar 2.3. Struktur Kristal dan Amorf didalam Selulosa ... 10
Gambar 2.4. Skema dari Hidrolisis Selulosa Terhadap Penggunaan Asam …...13
Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian ... 20
Gambar 4.1. Selulosa Bakterial (BC) ... 25
Gambar 4.2. Lembar Selulosa Bakterial yang Telah Kering ... 25
Gambar 4.3. Serbuk Selulosa Bakterial dengan Ukuran 100 mesh... 26
Gambar 4.4. Proses Hidrolisis Asam... 27
Gambar 4.5. Proses Sentrifugasi ... 28
Gambar 4.6. Proses Dialisis dengan Membrane Semipermeabel ... 29
Gambar 4.7. Hasil Nanokristalin Selulosa ... 29
Gambar 4.8. Spektrum FTIR Selulosa Bakterial Sebelum Dihidrolisis ... 30
Gambar 4.9. Spektrum FTIR Partikel Selulosa Setelah dihidrolisis ... 31
Gambar 4.10. Hasil Uji Morfologi Permukaan Selulosa Bakterial ... 32
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kandungan pada Kulit Buah Nanas ………...… 5
Tabel 2.2. Produksi Limbah Kulit Nanas……….……… 6
Tabel 4.1. Hasil Analisis FTIR Selulosa Bakterial Sebelum Dihidrolisis ... 30
Tabel 4.2. Hasil Analisis FTIR Selulosa Bakterial Setelah Dihidrolisis ... 31
Tabel 4.3. Data Peak Selulosa Bakterial Sebelum dan Setelah Dihidrolisis .. 35
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Konsentrasi Asam Sulfat ... 39
Lampiran 2. Hasil FTIR Selulosa Bakterial ... 40
Lampiran 3. Hasil FTIR Partikel Selulosa Setelah Hidrolisis ... 41
Lampiran 4. Hasil Uji Kristalografi Selulosa Bakterial ... 42
Lampiran 5. Hasil Uji Kristalografi Partikel Selulosa Hidrolisis 45 menit ... 46
1
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki potensi berupa sumber daya alam terbaharukan yang
melimpah baik dalam jumlah maupun jenis tanaman yang mengandung serat
selulosa. Serat selulosa merupakan polimer alam dengan kelimpahan yang
banyak, tidak mahal, tidak beracun, mudah didegradasi, dan termasuk kedalam
sumberdaya alam yang dapat diperbaharui. Serat selulosa dapat dihasilkan dari
tanaman, hewan laut dan bakteri. Penggunaan tanaman hutan untuk produksi serat
selulosa secara kontinyu telah secara nyata menurunkan luas dan jumlah sumber
daya hutan di Indonesia. Hal ini mengakibatkan kerusakan hutan, erosi tanah,
bencana banjir, tanah longsor, serta pemanasan global. Untuk mengurangi dampak
negatif yang ditimbulkan dari produksi selulosa tanaman tersebut, maka perlu
ditemukan alternatif penghasil serat selulosa.
Selulosa yang biasanya ditemukan dalam tanaman juga dapat dihasilkan
oleh beberapa jenis bakteri yang dikenal sebagai Bacterial Cellulose (BC).
Produksi selulosa bakterial yang dapat dilakukan secara intensif menjadi alternatif
penghasil selulosa tanaman, karena bakteri menghasilkan serat selulosa dalam
waktu lebih pendek dan lahan yang lebih sempit dibandingkan tanaman. Selain itu
produksi selulosa bakterial dalam skala industri dapat mengurangi kerusakan
hutan dan mencegah pemanasan global. Selulosa bakterial juga memiliki
keunggulan dimana kemurniannya tinggi dibanding dengan serat selulosa dari
tanaman karena tidak mengandung lignin dan senyawa ekstrak lainnya, kekuatan
tariknya yang tinggi, elastis, dan terbiodegradasi (Krystinowicz, 2001). Selulosa
bakterial memiliki ukuran serat/fibril lebih kecil dan lebih seragam dibandingkan
serat selulosa tanaman.
Nanas mendominasi perdagangan buah tropika dunia. Limbah kulit nanas
2
dapat dikonsumsi sebanyak 53% saja, sedangkan sisanya dibuang sebagai limbah,
sehingga limbah kulit nanas semakin lama semakin menumpuk dan umumnya
hanya dibuang ke tempat pembuangan sampah (Rulianah, 2002). Limbah kulit
nanas dimanfaatkan sebagai media mendapatkan selulosa bakterial, dengan
bantuan Acetobater xylinum akan dihasilkan serat-serat selulosa melalui proses
fermentasi bakteri (Philip dan William., 2000). Selulosa memiliki kinerja kurang
tinggi untuk menghasilkan turunan selulosa dengan sifat yang lebih tinggi,
menguntungkan, baik dari sisi ekonomi maupun aplikasinya dalam bidang
material, perlu dilakukan konversi selulosa menjadi nanokristalin selulosa.
Nanokristalin selulosa memiliki banyak kelebihan, seperti dimensi dengan
skala nano, kekuatan tinggi yang spesifik dan modulus, daerah permukaan yang
tinggi, dan lain-lain. Serat berukuran nano ini merupakan material baru yang dapat
digunakan sebagai bahan penguat pada matriks polimer (L. Suryanegara et al.,
2010). Aplikasinya dapat ditambahkan pada polimer untuk membuat komposit
untuk otomotif (Marsh, 2003, Suddell dan Evans, 2005), elektronik, bahan
bangunan, serta alat-alat rumah tangga. Sampai saat ini proses pembuatan
nanokristalin selulosa masih terus diteliti didunia untuk mendapatkan proses yang
lebih cepat, hemat energi, murah, dan bisa menghasilkan nanokristalin dalam
jumlah yang besar sehingga layak untuk dibuat dalam bidang industrinya.
Nanokristalin selulosa dapat dibuat melalui reaksi kimiawi yakni dengan
hidrolisis asam kuat. Sebuah hidrolisis asam dikendalikan mudah merusak daerah
amorf dari mikrofibril selulosa, yang akan meninggalkan segmen kristalin yang
utuh dan mengarah pada pembentukan kristal tunggal (Berglund et al, 2010;
Samir et al, 2005). Sumber utama serat selulosa yang telah banyak digunakan
yakni bubur kayu atau kapas.
Tujuan penelitian ini mendapatakan nanokristalin selulosa dari sumber
serat selulosa selain kayu, sehingga dilakukan studi pendahuluan untuk
mendapatkan nanokristalin selulosa berbahan dasar selulosa bakterial dengan
menggunakan media limbah kulit nanas. Preparasi mendapatkan nanokristalin
3
3 Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
selulosa:asam untuk mengetahui pengaruh waktu hidrolisis asam terhadap
keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa maka dalam penelitian ini
dilakukan variabel waktu hidrolisis selama 30 dan 45 menit. Bentuk morfologi
permukaan, ukuran dan struktur partikel selulosa dikarakterisasi dengan
menggunakan SEM (Scanning Electronic Microscopy), FTIR (Fourier Transfom
Infra Red), dan XRD (X-Ray Diffractometer).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, rumusan masalah
penelitian adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana potensi selulosa bakterial sebagai bahan baku mendapatkan
nanokristalin selulosa?
2. Bagaimana pengaruh variasi waktu dalam proses hidrolisis terhadap
keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa berbahan baku selulosa
bakterial dari media limbah kulit nanas?
3. Bagaimana hasil karakterisasi struktur dan ukuran, gugus fungsi, dan juga
kristalinitas dari partikel nanokristalin selulosa?
1.3 Batasan Masalah Penelitian
Dari rumusan masalah yang telah diuraikan, maka batasan masalah pada
penelitian ini mencakup beberapa hal yaitu :
1. Bahan baku selulosa yang digunakan yaitu selulosa bakterial yang
didapatkan dari proses fermentasi dengan bantuan bakeri Acetobacter
xylinum dari media limbah kulit nanas.
2. Sintesis nanokristalin selulosa dilakukan dengan metode hidrolisis asam
kuat yakni H2SO4 dengan konsentrasi asam 34%, rasio selulosa:asam 1:60 yang diikuti suhu pemanasan 45°C diatas pengaduk magnetik dengan
4
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Mengetahui potensi selulosa bakterial sebagai bahan baku alternatif
penghasil nanokristalin selulosa.
2. Mendapatakan waktu hidrolisis asam optimum guna menentukan
keberhasilan mendapatkan nanokristalin selulosa dari selulosa bakterial
dengan menggunakan media limbah kulit nanas.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dilakukan penelitian diantaranya adalah :
1. Dapat digunakan sebagai bahan pustaka mengenai alternatif penghasil
nanokristalin selulosa berbahan baku selulosa bakterial dengan
menggunakan media limbah kulit nanas.
2. Sebagai bahan penelitian sejenis untuk menyempurnakan penelitian yang
telah dilakukan.
3. Sebagai salah satu upaya dalam pemanfaatan limbah kulit nanas sehingga
17
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan dari bulan April sampai dengan bulan September
2013 di Laboratorium Kimia Riset Material dan Makanan serta di Laboratorium
Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia. Uji karakterisasi morfologi
permukaan di Laboratorium fisika Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi
Mineral dan Batubara Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (tekMira)
Bandung dan Uji kristalinitas dilakukan di Laboratorium fisika Pusat Survey
Geologi (PSG) Bandung.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini meliputi alat-alat gelas,
neraca analitik, blender, oven, corong buchner, pengaduk magnetik, pisau
pemotong, wadah fermentasi, panci aluminium, kompor, bureat 50 mL, botol vial,
pemanas listrik, rotary vacuum evaporator, kaca arloji, saringan 100 mesh dan
sentrifugator. Fourier Transfom Infra Red (FTIR) Spectroscopy Shimadzu, X-Ray
Diffaction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) .
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit
nanas yang didapatkan dari penjual buah nanas yang berada di depan kampus
Universitas Pendidikan Indonesia. Bahan lainnya yang digunakan adalah gula
18
koran, karet pengikat, indicator universal, kertas saring whatmann dan membrane
semipermeabel (Cellu-Sep®; MWCO 12,000-14,000) yang didapatkan dari
Membrane Filtration Products, Inc. (TXS,USA).
3.3 Tahapan Penelitian
Prosedur penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap yakni :
1. Tahap Preparasi Selulosa Bakterial
a. Tahap pembuatan sari kulit nanas
b. Tahap sintesis selulosa bakterial (Susanto et al 2000)
c. Tahap pemurnian selulosa bakterial (Safriani, 2000)
2. Tahap Isolasi Nanokristalin Selulosa
a. Tahap hidrolisis asam
b. Tahap sentrifugasi
c. Tahap dialisis
d. Sonikasi
e. Freeze drying
3. Tahap karakterisasi gugus fungsi menggunakan Fourier Transfom Infra
Red (FTIR) Spectroscopy, bentuk morfologi permukaan, ukuran, dan
struktur menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), uji
kristalinitas dengan menggunakan Diffraction X-Ray (XRD)
3.4 Bagan Alir Penelitian
Penelitian yang dilakukan meliputi lima tahapan, yaitu dimulai dari tahap
preparasi sampel selulosa bakterial yang terdiri dari 3 proses yakni pembuatan sari
kulit nanas, sintesis selulosa bakterial sesuai dengan prosedur susanto et al. 2000,
dan pemurnian selulosa selulosa bakterial sesuai dengan prosedur safriani et al,
2000. Tahap kedua yakni isolasi nanokristalin selulosa yang terdiri dari 5 tahapan
proses yang dilakukan seperti hidrolisis dengan asam kuat, sentrifugasi, dialisis,
sonikasi, dan freeze drying. Selanjutnya tahapan karakterisasi yaitu analisis gugus
19
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
morfologi permukaan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), dan
uji kristalinitas dengan menggunakan Diffraction X-Ray (XRD). Bagan alir
penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.
keringkan didalam oven pada suhu 40°C hancurkan dengan blender
saring 100 mesh
potong-potong dengan ukuran 4x5 cm rebus dalam air mendidih
rendam dalam larutan NaOH 1% selama 24 jam rendam dalam larutan CH3COOH 1% selama 24 jam rendam dalam aquades selama 24 jam
saring dengan vacuum evaporator cuci dengan air mengalir
potong menjadi bagian kecil hancurkan dengan blender
peras dan disaring dengan kain panel Limbah kulit nanas
encerkan 1:4 (sari nanas:air) rebus dalam panci alumunium tambahkan gula pasir 7,5% tambahkan (NH2)2CO 0,5%
pindahkan kedalam wadah fermentasi atur pH dengan penambahan CH3COOH tutup dan diikat dengan karet
diamkan dalam suhu kamar selama 24 jam tambahkan starter Acetobacter xylinum 10% inkubasi selama 10 hari.
Sari kulit nanas
Selulosa bakterial
Lembar selulosa bakterial
20
3.5 Cara Kerja
3.5.1 Tahap Preparasi Selulosa Bakterial
3.5.1.1 Pembuatan Sari Limbah Kulit Nanas
Pembuatan sari limbah kulit nanas meliputi pencucian kulit nanas dengan
menggunakan air bersih yang mengalir, penghancuran dengan menggunakan
blender, pemerasan dan penyaringan dengan menggunakan kain panel.
3.5.1.2 Pembuatan Selulosa Bakterial Nata de pina (Susanto et al. 2000)
Sari kulit nanas diencerkan sesuai dengan konsentrasi yang
diinginkan. Pengenceran digunakan dengan perbandingan nanas:air (1:4)
diamkan selama 24jam dialisis 48jam
sonikasi 10 menit freezer drying 24jam dinginkan, ditambahkan aquabidest
simpan dalam lemari kulkas selama 24 jam sentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm dekantasi
timbang 1 gram
tambahkan H2SO4 dengan nisbah 1:5 tetes demi tetes dengan pengadukan 400 rpm dan suhu 45°C
aduk dengan pengaduk magnetik selama 45 dan 30 menit
Gambar 3.1. Bagan alir penelitian Serbuk selulosa bakterial
Campuran hidrolisis
Endapan Supernatan
Nanokristalin selulosa
21
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
total larutan 600ml. Larutan direbus sampai mendidih, lalu ditambahkan
gula pasir 7,5% (b/v) dan urea ((NH2)2CO) 0.5% (b/v). Larutan dipindahkan
kedalam wadah fermentasi dan diatur pH-nya menjadi 4.5 dengan
penambahan asam asetat glasial (CH3COOH). Wadah langsung ditutup
dengan kertas koran yang telah disterilisasi dan diikat dengan karet,
kemudian dibiarkan selama semalam pada suhu kamar. Penambahan
inokulum sebanyak 10% (v/v)dilakukan apabila medium telah benar-benar
dingin dan diinkubasikan pada suhu kamar maksimal selama 10 hari.
3.5.1.3 Pemurnian Selulosa Bakterial Nata de pina (Safriani, 2000)
Selulosa bakterial dipotong–potong dengan ukuran sekitar 4x5 cm.
Potongan BC direbus selama ±20 menit. Setelah itu, direndam dalam larutan
NaOH 1% (v/v) pada suhu kamar selama 24 jam, kemudian diganti rendamannya
dengan larutan CH3COOH glasial 1% (v/v) selama 24 jam.
Selulosa bakterial dicuci beberapa kali dengan aquades berulang-ulang,
kemudian disaring dengan menggunakan vacuum evaporator untuk menarik air
sampai diperoleh lembaran selulosa bakterial yang tipis. Lembaran ini
dikeringkan didalam oven pada suhu 40°C. Lembar BC yang telah kering
kemudian dihancurkan dengan blender, disaring menggunakan saringan 100 mesh
didapatkan serbuk selulosa bakterial.
3.5.2 Isolasi Nanokristalin Selulosa
Isolasi nanokristalin selulosa dengan bahan baku selulosa bakterial yang
dihasilkan melalui, hidrolisis menggunakan asam kuat H2SO4, proses sentrifugasi, dialisis, sonikasi, dan freeze drying.
22
Aquades 40 ml ditambahkan kedalam 1 gram serbuk selulosa, kemudian
diaduk dengan kecepatan 400 rpm dan suhu 45 ˚C. Setelah 10 menit, H2SO4 pekat ditambahkan tetes demi tetes dengan suhu dan kecepatan yang tetap. Campuran
diaduk selama 45 menit dan 30 menit dihitung mulai dari tetes H2SO4 terakhir.
3.5.2.2 Proses Sentrifugasi
Tahapan pemisahan dilakukan melalui proses sentrifugasi. Hasil hidrolisis
dimasukan ke dalam aquabidest 500 mL disimpan dalam lemari pendingin selama
24 jam. Hasil hidrolisis disentrifugasi dengan kecepatan 3500 rpm dan dilakukan
pencucian endapan hasil sentrifugasi secara berulang- ulang dengan menggunakan
aquadest. Supernatan yang diperoleh ditampung ke dalam gelas kimia.
3.5.2.3 Dialisis
Supernatan yang didapatkan dari hasil sentifugasi dibiarkan selama 24jam.
Supernatan didekantasi setelah itu dimasukkan ke dalam membran dialisis dan
rendam dalam 100 ml air deinonisasi selama 48jam.
3.5.2.4 Sonikasi
Supernatan yang telah didialisis selama 48 jam ditampung dalam botol
vial. Selanjutnya disonikasi selama 10 menit.
3.5.2.5 Freeze Drying
Supernatan yang telah disonikasi selama 10 menit, selanjutnya diuapkan
pelarutnya untuk mendapatkan padatan nanokristalin selulosa didalam alat freeze
drying.
23
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Analisis awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah analisis gugus
fungsi pada bahan baku selulosa bakterial dari kulit nanas dengan menggunakan
Fourier Transfom Infra Red (FTIR) Spectroscopy. Analisis ini bertujuan untuk
memastikan bahwa telah terbentuk selulosa bakterial. Selian itu analisis gugus
fungsi ini juga diperlukan untuk adanya gugus fungsi yang hilang dan terbentuk
setelah proses hidrolisis. Uji karakterisasi gugus fungsi menggunakan FTIR
Shimadzu dengan sampel selulosa bakterial sebelum dan setelah dihidrolisis. Uji
gugus fungsi menggunakan FTIR dilakukan dilaboratorium instrumen Universitas
Pendidikan Indonesia (lampiran 2).
3.5.4 Analisis Morfologi Permukaan
Karakterisasi morfologi permukaan dilakukan dengan menggunakan alat
Scanning Electron Microscope (SEM). Analisis Scanning Electron Microscope
(SEM) dilakukan untuk mengetahui gambaran morfologi permukaan dan ukuran
partikel selulosa setelah dihidrolisis. Uji morfologi permukaan dilakukan pada
sampel selulosa bakterial dan partikel selulosa setelah dilakukan hidrolisis pada
waktu 30 dan 45 menit. Uji SEM ini dilakukan dilaboratorium pengujian Pusat
Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (tekMira).
3.5.5 Uji Kristalinitas
Uji kristalinitas nanokristalin selulosa hasil hidrolisis selama 30 dan 45
menit dilakukan dengan menggunakan alat X-Ray Diffaction (XRD). Analisis ini
dilakukan untuk mengetahui derajat kristalinitas partikel selulosa yang diperoleh.
Uji kristalinitas ini dilakukan di laboratorium fisika Pusat Survey Geologi (PSG)
36
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Setelah dilakukan hidrolisis asam, partikel selulosa belum mencapai
ukuran nano melainkan hanya mencapai pada skla mikron.
2. Hasil XRD, menunjukkan partikel selulosa yang didapatkan masih
memiliki sifat amorf yang dominan, dengan derajat kristalinitas 8,23%.
5.2 Saran
1. Diperlukan studi lebih lanjut untuk mendapatkan nanokristalin selulosa
berbahan alternatif selulosa bakterial dengan berbagai variasi suhu, rasio
selulosa:asam, waktu dan konsentrasi asam.
2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan tidak dilakukan freeze drying
Dini Suryaningsih, 2014
Studi Pendahuluan Mendapatkan Nanokristalin Selulosa Bakterial Dari Media Limbah Kulit Nanas Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
DAFTAR PUSTAKA
Berglund et al(2010). “Review: Current International Research Into Cellulose Nanofibres and Nanocomposites”. SpringerLink, Journal of Material Sciece. 45. 1-33.B. G. Ranby, Discussions Faraday Soc., 11, 158 (1951).
Brown, R.M., (2004). “Cellulose Structure and Biosynthesis: What is on the store for the 21st Century? ”. Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry. 42.3. 487-495.
Ciechanska, D. 2004. Multifungsional Bacterial Cellulose/Chitosan Composite Materials for Medical Applications. Fibres & Textiles in Eastern Europe.
Chatwal, G., 1985, “Spectroscopy Atomic and Molecule”, Himalaya Publishing
House, Bombay.
Czaja, W.K., D.J. Young, M. Kawecki, and R. M. Brown. 2007. Reviews:The Future Prospects of Microbial Cellulose in Biomedical Applications. Biomacromolecules, Volume 8, No. 1., 1 – 12.
Darwo AA.2003. Proyek Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan Terapan Direktorat Jendral Departemen Pendidikan Nasional. Produksi membran filtrasi dari selulosa microbial dan penerapannya dalam insdustri hasil pertanian [laporan penelitian]. Bogor:Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
F. W. Billmeyer, Textbook of Polymer Science. WileyInterscience Publication. USA,1984.
Fegel D, Wegener G. 1989. Wood: Chemistry, Ultrastructure, and Reaction . Berlin: Walter de Gruyter.
Fessenden, 1997, “Kimia Organik”, jilid 1, edisi ketiga Erlangga, Jakarta.
Figini M. 1982. Cellulose and Other Nature Polymer System. Plenum, New York.
Hoenich, N. 2006. Cellulose for Medical Applications. Bioresources.
Iguchi, S.Yamanaka and A. Budhiono, J. Mater. Sci., 2000, 35, 261-270.
Krystynowicz. (2001). Biosynthesis of Bacterial Cellulose and its Potential
Application in The Different Industries,
http://www.biotecnology.pl.com/science/krystynomcz.htm.
Meshitsuka G, Isogai A. 1996. Chemical Structures of Cellulose, Hemicellulose, and Lignin. di dalam. Chemical Modification of Lignocellulosic Materials. Hon, D.N.S. (Ed.). Marcel Dekker, New York.
Rulianah S. 2002. Studi pemanfaatan kulit buah nanas sebagai nata de pina. Bisnis dan Teknologi 10:20-25.
Safriani. 2000. Produksi biopolymer selulosa asetat dari nata de soya [Tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Suryanegara, lisman et al (2009) “The effect of crystallization of PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-reinforced
PLA composites”. Elsevier composites science and technologi. 69,
1187-1192.
Susanto T, R Adhitia, Yunianta. 2000. Pembuatan nata de pina dari kulit nanas:kajian dari sumber karbon dan pengenceran medium fermentasi. Jurnal Teknologi Pertanian. 1:58-66.
Sutiani A.1997. Biodegradasi poliblend polistiren-pati [Tesis]. Bandung: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung.
Teeri, H Brumer,G. Daniel and P. Gatenholm, Trends Biotechnol., 2007, 25, 299-306.
Vipul S. Chauhan and Swapan K. (2011).” Use Of Nanotechnology For High Performace Cellulosic and Papermaking Product”. Cellulose Chemistry and Technologi.