SINTESIS KARBOKSIMETIL GALAKTOMANAN MELALUI REAKSI MONOKLOROASETAT DENGAN
GALAKTOMANAN BIJI AREN (Arenga pinnata)
SKRIPSI
SETMIKAL SEMBIRING 150822054
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
SINTESIS KARBOKSIMETIL GALAKTOMANAN MELALUI REAKSI MONOKLOROASETAT DENGAN
GALAKTOMANAN BIJI AREN (Arenga pinnata)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains
SETMIKAL SEMBIRING 150822054
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
PERNYATAAN
SINTESIS KARBOKSIMETIL GALAKTOMANAN MELALUI REAKSI MONOKLOROASETAT DENGAN
GALAKTOMANAN BIJI AREN (Arenga pinnata)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Oktober 2018
Setmikal Sembiring 150822054
PENGESAHAN SKRIPSI
Judul : Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Melalui Reaksi Monokloro Asetat Dengan Galaktomanan Biji Aren (Arenga pinnata)
Kategori : Skripsi
Nama : Setmikal Sembiring
Nomor Induk Mahasiswa : 150822054
Program Studi : Sarjana (S1) Kimia
Fakultas : MIPA – Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Oktober 2018 Komisi Pembimbing
Pembimbing II Pembimbing I
Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc Dr. Juliati Br Tarigan, M.Si NIP. 195106301980021001 NIP. 197205031999032001
Diketahui / Disetujui oleh Departemen Kimia FMIPA USU
Ketua,
Dr Cut Fatimah Zuhra, S.Si M.Si NIP. 197404051999032001
SINTESIS KARBOKSIMETIL GALAKTOMANAN MELALUI REAKSI MONOKLOROASETAT DENGAN
GALAKTOMANAN BIJI AREN (Arenga pinnata)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang sintesis karboksimetil galaktomanan melalui reaksi monokloroasetat dengan galaktomanan biji aren (Arenga pinnata). Ekstraksi galaktomanan dari biji aren diperoleh sebesar 4.26%. Sintesis karboksimetil galaktomanan biji aren (Arenga pinnata) dilakukan dengan mereaksikan galaktomanan biji aren dengan monoklorosetat dan NaOH sebagai katalis. Dengan perbandingan galaktomanan biji aren dan monokloro asetat adalah 1:0,5;1:1;1:1,5. Karakteristik karboksimetil galaktomanan ditunjukkan dengan gugus karbonil (C=O) dengan bilangan gelombang 1736 cm-1. Adapun derajat substitusi untuk senyawa karboksimetil untuk masing-masing perbandingan adalah 0.248, 0.251, 0.254. Senyawa karboksimetil galaktomanan yang diperoleh dianalisis morfologi permukaannya dengan SEM, dimana diperoleh bentuk permukaan yang lebih kasar yang menunjukkan telah terbentuk karboksimetil galaktomanan.
Kata kunci : biji aren (Arenga pinnata), galaktomanan, karboksimetil galaktomanan, monokloroasetat
SYNTHESIS OF CARBOXYMETHYL GALAKTOMANNAN THROUGH MONOCHLOROACETATE REACTION WITH
GALAKTOMANNAN ARENA SEEDS (Arenga pinnata)
ABSTRACT
Research has been done on the synthesis of carboxymethyl galactomannan through the reaction of monochloroacetate with galactomannan palm seeds (Arenga pinnata). Extraction of galactomannan from palm seeds was obtained at 4.26%. The synthesis of carboxymethyl galactomannan palm sugar (Arenga pinata) was carried out by reacting palm sugar galactomannan with monocloroacetate and NaOH as catalyst.
With the ratio of galactomannan, palm sugar and monocloro acetate are 1: 0.5, 1: 1, 1:
1.5. Characteristics of carboxymethyl galactomannan are indicated by carbonyl group (C
= O) with a wave number of 1736 cm-1. The degree of substitution for carboxymethyl compounds for each ratio is 0.248, 0.251, 0.254. The carboxymethyl galactomannan compounds obtained were analyzed for their surface morphology with SEM, which obtained a coarser surface shape which showed that carboxymethyl galactomannan had been formed.
Keywords: palm seeds (Arenga pinnata), galactomannan, carboxymethyl galactomannan, monocloroacetate
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia Nya yang selalu melimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana sains di FMIPA USU. Penulis menyadari banyak mendapatkan dukungan, motivasi, dan bantuan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih kepada :
1. Bapak Dr Krista sebayang, M.S selaku dekan FMIPA USU.
2. Ibu Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si dan ibu Dr Sovia Lenny M.Si selaku ketua dan sekertaris Departemen Kimia FMIPA USU.
3. Ibu Dr. Juliati Br Tarigan, M.Si selaku pembimbing I dan bapak Prof. Dr.
Jamaran Kaban, M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah banyak membimbing serta memberi masukan yang sangat bermanfaat sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
4. Seluruh staff pegawai dan dosen di departemen kimia FMIPA USU.
5. Adik-adik asisten Laboratorium Kimia Organik FMIPA USU.
6. Terkhusus ayahanda Ruben Sembiring dan ibunda Sempana Karo Karo serta adik penulis Andre Sembiring yang telah memberikan bantuan berupa doa.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, karena masih banyak kekurangan baik dari segi isi maupun penyusunan kata. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Oktober 2018
Setmikal Sembiring 150822054
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
DAFTAR SINGKATAN x
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Manfaat penelitian 3
1.5 Metodologi percobaan 3
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aren 4
2.2 Kolang-Kaling 6
2.3 Polisakarida 6
2.4 Galaktomanan 7
2.5 Asam Monokloroasetat 10
2.6 Karboksimetil Galaktomanan 10
2.7 Derajat Substitusi 12
2.8 Fourier Transform Infrared (FT-IR) 12
2.9 Scanning Electron Microscopy ( SEM) 13
BAB 3. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Dan Tempat 14
3.2 Alat Dan Bahan 14
3.2.1 Alat 14
3.2.2 Bahan 15
3.3 Prosedur Percobaan 15
3.3.1 Ekstraksi Galaktomanan Dari Biji Aren 15
3.3.2 Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren 15 3.3.3 Penentuan Derajat Substitusi 16 3.3.4 Prosedur Pembuatan NaOH 0.1 M 16 3.3.5 Prosedur Pembuatan HCL 0.1 M 16
3.4 Bagan Penelitian 17
3.4.1 Ekstraksi Galaktomanan Dari biji aren 17 3.4.2 Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Bijii Aren 18 3.4.3 Penentuan Derajat Substitusi 19 3.4.4 Pembuatan Larutan NaOH 0.1 M 20 3.4.5 Pembuatan Larutan HCL 0.1 M 20 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Ekstraksi Galaktomanan Dari Biji Aren 21 4.2 Hasil Analisis Spektrofotometer FT-IR Galaktomanan Biji Aren 21 4.3 Hasil Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren 22 4.4 Hasil Analisis Spektrofotometer FT-IR Karboksimetil Galaktomanan
Biji Aren 23
4.5 Penentuan Derajat Substitusi 28
4.6 Hasil Analisis Morfologi Permukaan Dengan
SEM 29
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN 30
5.2 SARAN 30
DAFTAR PUSTAKA 31
LAMPIRAN 35
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Rasio Manosa Dan Galaktosa Pada Beberapa
Jenis Galaktomanan 8
4.1 Hasil Perolehan Karboksimetil Galaktomanan
Biji Aren 22
4.2 Hasil Penentuan Derajat Substitusi 28
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Foto Pohon Aren 5
2.2 Foto Kolang-Kaling 6
2.3 Struktur Galaktomanan 7
4.1 Spektrum FT-IR Galaktomanan 21
Biji aren
4.2 Spektrum FT-IR Garam galaktomanan biji 23 Aren
4.3 Spektrum FT-IR Karboksimetil Galaktomanan 24 4.4 Perubahan Bentuk Puncak Spektrum Galaktomanan,
Garam Karboksimetil Galaktomanan Dan Karboksimetil
Galaktomanan 25 4.5 Mekanisme Reaksi Karboksimetil Galaktomanan 27 4.6 Analisis Morfologi SEM Galaktomanan Biji Aren
Dan karboksimetil Galaktomanan 29
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman Lampiran
1 Perhitungan Penentuan Derajat Substitusi 35
2 Dokumentasi Penelitian 36
3 Foto Hasil Morfologi Permukaan SEM Galaktomanan
Biji Aren 37
4 Foto Hasil Morfologi Permukaan SEM Karboksimetil
Galaktomanan 38
5 Spektrum FT-IR Galaktomanan
Biji Aren 39
6 Spektrum FT-IR Garam Karboksimetil Galaktomanan
Biji Aren 40
7 Spektrum FT-IR Karboksimetil Galaktomanan 42
DAFTAR SINGKATAN
GKK = Galaktomanan Kolang-Kaling FT-IR = Fourier Transform-Infra Red SEM = Scanning Electron Microscopy MCA = Monochloro Acetate
DS = Derajat Substitusi
SMCA = Sodium Monochloro Acetate
Na MCA gkk = Sodium Monochloro Acetate Galaktomanan Kolang-Kaling PP = Phenolphthalein
CMC = Carboxymethyl Cellulose
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Polisakarida semakin banyak diperhatikan untuk keperluan dalam industri makanan,farmasi dan kosmetik. Secara konvensional digunakan sebagai pengental dan pembuat gel, karena adanya struktur polihidroksi maka bahan ini mudah menyerap air.
Dengan demikian perlu kiranya dimodifikasi strukturnya sehingga dihasilkan suatu derivat yang dimungkinkan dengan mengurangi jumlah OH dengan gugus organik (Kok, dkk. 1999).
Galaktomanan merupakan suatu kelompok polisakarida, yang secara khusus diproduksi dari kacang-kacangan. Seperti namanya, galaktomanan terdiri dari dua jenis unit monomer gula, yaitu mannosa dan galaktosa. Manosa merupakan komponen utama dan galaktosa merupakan komponen pelengkap (minor). Jumlah unit galaktosa pada polisakarida selalu lebih kecil dari manosa (Mathur, 2012). Karboksimetil galaktomanan sangat banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri seperti recovery oil, sistem pangan, cat, industri mineral, tekstil dan sebagainya. Penggunaan bahan kimia atau modifikasi dari polisakarida umumnya digunakan untuk mengubah sifat-sifat fungsi kimia fisika sehingga pemakaiannya dapat bervariasi (Gong et al, 2012).
Peneliti sebelumnya juga telah mensintesis senyawa karboksimetil polisakarida yaitu : karboksimetil guar gum dengan metode kering, dimana diperoleh DS optimal pada perbandingan nMCA/nNaOH 0.55 yaitu sebesar 0.67 dengan menggunakan pelarut etanol 95% (Gong et al, 2012), karboksimetil kappa carragenan dengan menggunakan pelarut 2-propanol 80% dimana pada penelitian ini nilai dejajat substitusi yang dihasilkan dari kappa carragenan meningkat serta derajat keasaman sampel pun meningkat (Aranila et al, 2012), karboksimetil polisakarida dari Auricularia Auricula menggunakan pelarut isopropanol diperoleh derajat substitusi mencapai 0,857 dan kelarutannya dalam air mencapai 0.6 mg/mL (Yang, 2011) demikian juga karboksimetil polisakarida non pati (α-cellulosa, guar gum, locust bean gum dan xantan gum) (Yuen et al, 2009).
Jenis pensubstitusi, derajat polimerisasi dan derajat substitusi (DS) adalah faktor yang mempengaruhi sifat turunannya. (Philips And Williams, 2000). Kelarutan dan kemampuan mengembang atau swelling misalnya pada CMC tergantung pada DS (Togrul and Arslan, 2003).
Salah satu sumber galaktomanan melimpah di alam adalah biji aren. Biji aren adalah suatu tanaman populer karena dapat diproduksi hampir setiap tahunnya (nira) walaupun pada musim kering (Orwa, 2009). Buah aren memiliki 2 atau 3 butir inti biji bewarna putih tersalut batok tipis yang keras inti biji yang telah diolah diperdagangkan dipasar sebagai kolang-kaling (Mogea et al, 1991) dan penggunaannya masih terbatas hanya sebagai koktail dan kolak (Orwa, 2009).
Kolang-kaling memiliki kandungan serat yang tinggi (Tarigan, 2009) dan terdiri dari 2 fraksi yang larut dalam air dan yang tidak larut dalam air. Fraksi yang larut dalam air mengandung karbohidrat total 62,49% (Tarigan dan Kaban, 2010). Komponen utama polisakarida pada kolang kaling adalah galaktomanan yang merupakan polisakarida larut air (Rao et al, 1961) dengan perbandingan galaktosa : manosa = 1:1,33 (Tarigan, 2014).
Berdasarkan uraian diatas peneliti tertarik untuk mensintesis karboksimetil galaktomanan biji aren melalui reaksi antara galaktomanan biji aren dengan monokloroasetat, produk yang dihasilkan dianalisa dengan FT-IR, SEM dan ditentukan derajat substitusinya.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimanakah cara mensintesis karboksimetil galaktomanan melalui reaksi monokloro asetat dengan galaktomanan biji aren (Arengan pinnata)?
2. Bagaimanakah karakteristik karboksimetil galaktomanan yang diperoleh?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mensintesis karboksimetil galaktomanan melalui reaksi monokloro asetat dengan galaktomanan biji aren (Arengan pinnata).
2. Untuk mengetahui karakteristik karboksimetil galaktomanan yang diperoleh.
1.4 Manfaat penelitian
1. Memberi informasi bagaimana mensintesis galaktomanan biji aren menjadi karboksimetil galaktomanan melalui reaksi antara monokloro asetat dengan galaktomanan biji aren (Arenga pinnata).
2. Memberi informasi karakteristik karboksimetil galaktomanan yang diperoleh
1.5 Metodologi Peneilitian
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium dimana pada tahap pertama dilakukan pemisahan galaktomanan dari kolang-kaling (Arenga pinnata) melalui proses ekstraksi menggunakan pelarut air suling dengan perbandingan kolang-kaling dan air suling sebesar 1:10, kemudian disentrifugasi pada kecepatan 8500 rpm selama 50 menit.
Lapisan atas yang terbentuk ditambahkan etanol 96% pada perbandingan etanol banding lapisan atas sebesar 2:1 dibiarkan selama 24 jam dalam lemari pendingin, kemudian disaring dan endapan ditambahkan dengan etanol p.a sampai mengeras kemudian disaring residu yang diperoleh dikeringkan didalam desikator. Pada tahap berikutnya, galaktomanan sebanyak 1 gram dimasukkan kedalam labu leher 3 kemudian ditambahkan 15 ml etanol 95% dan 0.5 gram NaOH, dirangkai alat refluks, diaduk selama satu jam pada suhu 400C, ditambahkan MCA sebanyak 0.5 gram, diaduk selama 3 jam pada suhu 400C, disaring. Residu dilarutkan didalam etanol 95%, dinetralisasi dengan asam asetat dan disarig. Residu dicuci dengan etanol 95%, diikuti dengan etanol pa, dikeringkan pada suhu 400C. Kemudian garam yang diperoleh dihidrolisis dan ditentukan derajat substitusinya.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aren
Aren (Arenga pinnata) merupakan tanaman serba guna yang dapat hidup didaerah tropis basah serta mampu beradaptasi dengan baik pada berbagai kondisi tanah.
Aren banyak ditanam di Indonesia termasuk di propinsi Sumatera Utara, Aceh, Sumatera Barat, Bengkulu, Jawa Barat, Banten, Jawa Tengah, Kalimantan selatan dan Sulawesi Selatan. Tanaman aren belum dibudidayakan dan sebagian besar masih menerapkan teknologi yang minim (Anonim, 2009).
Buah yang masih muda adalah keras dan melekat sangat erat pada untaian buah, sedangkan buah yang sudah masak daging buahnya agak lunak. Buah yang setengah masak dapat dibuat kolang-kaling. Kolang- kaling adalah endosperma biji buah aren yang berumur setengah masak setelah melalui proses pengolahan. Setelah diolah menjadi kolang-kaling, maka akan menjadi lunak, kenyal, dan berwarna putih agak bening (Sunanto, 1993).
Buah aren yang setengah masak dikenal juga sebagai buah buni yaitu buah yang berair tanpa dinding dalam yang keras, kulit bijinya tipis, lembek dan berwarna kuning.
Inti biji (endosperm) berwarna putih agak bening dan lunak. Edosperm inilah yang diolah menjadi-kolang kaling (Mogea et al, 1991 dan Soeseno, 1992)
Aren termasuk suku Arecaceae (pinang-pinangan). Sistematika tanaman aren adalah sebagai berikut:
Kingdom : Plantae (tumbuhan)
Subkingdom : Tracheobionta (tumbuhan berpembuluh) Super Divisi : Spermatophyta (menghasilkan biji) Kelas : Liliopsida (berkeping satu/ monokotil)
Sub kelas : Arecidae Ordo : Arecales
Family : Arecaceae (suku pinang-pinangan) Genus : Arenga
Spesies : Arenga pinnata Merr
Pohon aren mirip dengan pohon kelapa. Pohon aren dapat mencapai 25 meter dan diameter batangnya dapat mencapai 65 sentimeter. Aren merupakan tumbuhan biji tertutup karena biji buahnya terbungkus dengan daging buah. Daun aren majemuk menyirip seperti daun kelapa dengan panjang pelepah mencapai 5 meter dan tangkai daun mencapai 1,5 meter dengan warna hijau gelap di atas dan di sisi bawahnya berwarna keputih-putihan oleh karena adanya lapisan lilin di sisi bawahnya. Tanaman aren berkeping satu, dimana bunga jantan terpisah dari bunga-bunga betina dalam tongkol yang berbeda yang muncul di ketiak daun. Panjang tongkol dapat mencapai 2,5 meter. Buah aren berbentuk bulat peluru, dengan diameter sekitar 4 sentimeter, mempunyai tiga ruang dan memiliki tiga biji, tersusun dalam untaian seperti rantai.
Setiap tandan mempunyai 10 tangkai atau lebih, dan setiap tangkai memiliki lebih kurang 50 butir buah berwarna hijau sampai cokelat kekuningan (Sunanto,1993).
Gambar 2.1 Foto Pohon Aren
2.2 Kolang-Kaling
Kolang kaling adalah endosperm biji buah aren yang berumur setengah masak setelah melalui proses pengolahan. Setelah diolah menjadi kolang kaling, maka benda ini menjadi lunak, kenyal, dan berwarna putih agak bening (Sunanto, 1993). Inti biji inilah yang disebut kolang-kaling dan biasa digunakan sebagai bahan makanan. Dari segi komposisi kimia, kolang-kaling memiliki nilai gizi sangat rendah, akan tetapi serat kolang-kaling baik sekali untuk kesehatan. Serat kolang-kaling dan serat dari bahan makanan lain yang masuk kedalam tubuh menyebabkan proses pembuangan air besar teratur sehingga bisa mencegah kegemukan (obesitas), penyakit jantung koroner, kanker usus, dan penyakit kencing manis (Lutony, 1993).
Gambar 2.2 Foto Kolang-Kaling
2.3 Polisakarida
Suatu polisakarida adalah senyawa yang mana molekul-molekulnya mengandung banyak satuan monosakarida yang dipersatukan dengan ikatan glikosida. Hidrolisis akan mengubah suatu polisakarida menjadi monosakarida (Fessenden, 1986). Polisakarida memiliki fungsi yang berbeda-beda tergantung dari bentuk penyusunnya. Semua polisakrida sukar larut dalam air dant tidak mereduksi pereaksi fehling, benendict, atau tollens. Sejumlah polisakarida lain eksis dalam berbagai sumber alam (Whistler and Smart, 1953), beberapa diantara strukturnya berhubungan dengan selulosa atau pati,
amilum, lainnya memiliki struktur-struktur lain yang unik. Glikogen merupakan suatu polimer dengan derajat molekul tinggi, yang strukturnya mirip dengan amilopektin, meskipun lebih bercabang.
Polisakarida lainnya mencakup inulin, suatu polimer yang ditemukan pada beberapa tumbuhan yang memiliki cincin-cincin fruktosa yang lebih terikat bersama- sama dengan suatu unit galaktosa pada salah satu ujung rantai, beberapa karet alam seperti gum arabic dan gum tragacanth yang memiliki struktur kompleks yang menghasilkan beberapa monosakarida selama hidrolisis, dan hemiselulosa yang ditemukan dengan selulosa dalam dinding sel tumbuhan, bahan-bahan khas hemiselulosa adalah ksilan (seperti selulosa, tetapi dengan gugus CH2OH yang digantikan dengan gugus H), mannan, yang memberikan manosa selama hidrolisis, araban yang terkomposisi dari unit-unit arabinosa dan galaktan yang terdiri dari campuran monosakarida yang rumit (Bose et al 1963).
2.4 Galaktomanan
Galaktomanan merupakan polisakarida heterogen yang terdiri dari rantai utama β-(1-4)-D-manopiranosa dengan satu unit cabang α-D-galaktopiranosa yang terikat pada posisi α-(1-6). Dengan struktur berikut :
2.3. Struktur Galaktomanan
Kelebihan utama dari galaktomanan ini dibandingkan polisakarida lainnya adalah kemampuannya untuk membentuk larutan yang sangat kental dalam konsentrasi yang
rendah dan hanya sedikit dipengaruhi oleh pH, kekuatan ionik dan pemanasan.
Viskositas galaktomanan sangat konstan sekali pada kisaran pH 1 – 10,5 yang kemungkinan disebabkan oleh karakter molekulnya yang bersifat netral. Namun demikian galaktomanan akan mengalami degradasi pada kondisi yang sangat asam atau basa pada suhu tinggi (Cerqueira et al., 2009).
Galaktomanan merupakan cadangan karbohidrat serta pengatur banyaknya air dalam biji selama perkecambahan. Galaktomanan juga bersifat pengental dan penstabil emulsi yang baik serta dapat mengurangi resiko masuknya racun jika digunakan sebagai bahan farmasi dan industri makanan (Stephen et al., 2006).
Rasio manosa dan galaktosa tergantung pada sumber galaktomanan tersebut dan umumnya berkisar pada 1,1 sampai dengan 5,0. Galaktomanan dengan kandungan galaktosa yang besar umumnya mudah larut dalam air dan kemampuannya untuk membentuk gel sangat rendah dibandingkan dengan galaktomanan dengan rasio galaktosa yang rendah. Kelarutan yang sangat tinggi tersebut disebabkan oleh banyaknya rantai cabang sehingga rantai manosa menjadi sukar untuk berinteraksi secara intermolekular (Srivastava and Kapoor, 2005).
Tabel 2.1 berikut ini menunjukkan sumber-sumber galaktomanan dan rasio manosa dengan galaktosa.
Tabel 2.1 Rasio Manosa Dan Galaktosa pada Beberapa Jenis Galaktomanan
Galaktomanan Sumber tanaman Rasio manosa : galaktosa
Guar gum Guar plant 2:1
Fenugreek gum Fenugreek plant 1:1
Locust bean gum Carob tree 4:1
Tara gum Tara shrub 3:1
Cassia tora gum Cassia tora 5:1
Daincha gum Sesbaniabisipinosa 2:1
Biji aren Arenga pinnata 1,33:1
(Mathur, 2012 & Tarigan, 2014 ).
Galaktomanan yang diperoleh dari masing-masing tanaman yang berbeda memiliki kadar galaktomanan yang berbeda, misalnya galaktomanan yang diperoleh dari ampas kelapa sebesar 20% (Zultiniar dan Casoni, 2009), pada kolang-kaling 4,58%
(Tarigan, 2014), sedangkan pada Fenugreek kadar galaktomanan yang diperoleh berkisar 25-30% (Mathur and Mathur, 2005).
Saat ini konsumsi galaktomanan sangat bervariasi tergantung pada penggunaannya. Menurut perkiraan, sekitar 90-100 ribu ton galaktomanan dikonsumsi pertahun. Pemakaian terbesar adalah guar gum dengan 70-80 ribu ton, locust bean gum dengan 12-14 ribu ton. Pemakaian galaktomanan bermanfaat untuk pembentukan viskositas sangat baik dan juga penggunaannya untuk penyerapan air atau pembentukan ikatan hidrogen membentuk formasi gel (Sharma, 2008).
Penggunaan galaktomanan dalam bidang farmasi dari sumber komersial dan nonkomersial, telah dipelajari secara ekstensif selama dekade terakhir (Silveira, 2011).
Galaktomanan menunjukkan potensi yang baik dalam penggunaanya pada produk yang lebih nabati untuk motif ekologi dan produksi serta aplikasinya yang tidak menyebabkan pencemaran sehingga tidak mengganggu ekosistem. Ada berbagai sumber galaktomanan dan berbagai bentuk aplikasi dalam farmasi, seperti tablet atau kapsul, hidrogel dan film.
Selain penggunaan sederhana, polisakarida berperan dalam modifikasi obat sebagai bahan matriks atau pelapis.
Pada industri makanan, galaktomanan biasa dipakai sebagai penggumpal. Pada industri es krim galaktomanan digunakan untuk membuat es agar tidak cepat mencair. Selain itu galaktomanan juga digunakan oleh industri pembuatan keju, buah kalengan, dan bumbu salad (Zultiniar and Casoni, 2009). Di Finlandia galaktomanan direkomendasikan sebagai salah satu obat untuk mengatasi hiperlipidemia (kadar lemak darah tinggi). Seperti dikutip Duodecim Medical Publication, Finlandia, galaktomanan efektif menangkap lemak dan mengubahnya menjadi gumpalan- gumpalan dan dibuang bersama feses (Zultiniar and Casoni, 2009). Galaktomanan juga ampuh menurunkan serum total kolesterol dan Low Density Lipoprotein (LDL) kolesterol 10 – 15%. Sedangkan kadar High Density Lipoprotein (HDL) dan trigliserida tidak berubah.
Senyawa galaktomanan dalam ilmu gizi merupakan serat makanan (dietary fiber) yang mampu menurunkan kadar glukosa dan kolesterol darah. Variasi secara biologis preparasi pektin aktif dan tanaman yang mengandung galaktomanan disarankan untuk mencegah kanker dan peradangan (Lepur, 2012).
2.5 Asam Monokloroasetat
Asam monokloro asetat merupakan senyawa organoklorin dengan rumus molekul ClCH2COOH, yang sifatnya antara lain berwarn putih atau hampir tidak bewarna, berupa padatan dengan densitas 1,58 cm-3, titik leleh 64oC, titik didih 1890C, dan larut dalam air. Diantara semua dirivat asam karboksilat, halida asamnya merupakan yang paling reaktif, lebih mudah ditukargantikan. Reaksi berlangsung dalam dua tahap: 1) adisi nukleofil kepada gugus karbonil, disusul 2) eleminasi ion klor. Hasil reaksi ini ialah suatu substitusi asil nukleofilik, yang berarti “substitusi nukleofilik pada suatu karbon asil ( RCO- )”. Laju reaksi suatu klorida asam dari yang memiliki gugus alkil pendek sampai kepada gugus alkil panjang akan semakin berkurang (lambat). Efek ukuran gugus alkil pada laju reaksi adalah efek pada kelarutan dalam air, bukan dikarenakan efek halangan sterik. Suatu klorida asam dengan gugus alkil kecil adalah lebih mudah larut dan bereaksi dengan lebih cepat (Fessenden, 1999).
2.6 Karboksimetil Galaktomanan
Karboksimetil galaktomanan adalah turunan dari galaktomanan yang dibuat dengan dengan menukarkan gugus hidroksil galaktomanan dengan gugus karboksil yang terkandung dalam asam monokloro asetat dalam kondisi basa. Karboksimetil galaktomanan merupakan eter polimer galaktomanan dan berupa senyawa anion yang dapat terurai secara biologi (biodegradable), tidak bewarna, tidak berbau tidak beracun, butiran atau bubuk yang larut dalam air namun tidak larut dalam pelarut organik, memiliki rentang pH sebesar 6.5-8.0, stabil pada rentang 2-10, bereaksi dengan garam logam berat membetuk film yang tidak larut dalam air, transparan, serta tidak bereaksi dengan senyawa organik (Devi, 2008).
Proses karboksimetilasi merupakan suatu proses eterifikasi. Pada tahap ini merupakan proses pelekatan gugus karboksilat pada kerangka polisakarida. Gugus karboksilat yang dimaksud terdapat pada asam monokloro asetat. Karboksimetilasi banyak digunakan untuk memperbaiki kelarutan air, meningkatkan viskositas larutan, untuk menurunkan biodegradabilitas dan karenanya miningkatkan umur simpan dibandingkan dengan polisakarida asli (Narasimha et al, 2004).
Salah satu modifikasi kimia terhadap galaktomanan kolang-kaling adalah dengan pemberian gugus karboksimetil, yaitu dengan penambahan asam monokloroasetat (MCA) dalam media larutan alkohol basa. Sifat karboksimetil galaktomanan sangat ditentukan oleh derajat substitusi, yaitu jumlah rata-rata gugus karboksimetil setiap unit anhydroglukosa. Adapun faktor yang mempengaruhi penentuan derajat substitusi antara lain adalah jenis polisakrida dan parameter reaksinya, termasuk didalamnya adalah konsentrasi reagen, suhu reaksi dan kandungan air dalam media reaski (Ketslip et al, 2002).
Glicksman and Robert di dalam Furia (1972) mengumumkan bahwa pada dasarnya pembuatan karboksimetil galaktomanan dapat dilakukan dengan reaksi yang sederhana dan konvensional, galaktomanan murni direaksikan dengan larutan sodium hidroksida. Alkali galaktomanan yang terbentuk bereaksi dengan sodium monokloroasetat atau asam monokloroasetat membentuk karboksimetil galaktomanan.
Reaksi ini menghasilkan produk Na-CMG dan NaCl. Hal yang serupa dikemukakan Stostrom (1981) bahwa karboksimetil dibuat dari galaktomanan alkali dengan natrium monokloroasetat sebagai pereaksinya (Sjostrom, 1981).
2.7 Derajat Substitusi
Derajat substitusi (DS) dapat didefinisikan sebagai nilai rata-rata dari gugus fungsi dalam polimer. Banyak cara untuk menentukan nilai DS, salah satunya adalah dengan metode titrasi kembali. Metode ini merupakan metode yang telah ditetapkan dalam international standar organization technical committee 93 sebagai metode standard (Stojanovic et al, 2005) . Nilai DS dihitung dengan persamaan:
DS=
Dimana : A = milliequivalen NaOH per gram sampel 2.8 Fourier Transform Infrared (FT-IR)
FT-IR merupakan singkatan dari Forier Transform Infra Red. Dimana FT-IR ini adalah teknik yang digunakan untuk mendapatkan spektrum inframerah dari absorbansi, emisi, fotokonduktivitas atau Raman Scattering dari sampel padat, cair, dan gas. Karakterisasi dengan menggunakan FT-IR bertujuan untuk mengetahui jenis- jenis vibrasi antar atom. FT-IR juga digunakan untuk menganalisa senyawa organik dan anorganik serta analisa kualitatif dan analisa kuantitatif dengan melihat kekuatan absorpsi senyawa pada panjang gelombang tertentu (Hindrayawati, 2010; Mujiyanti dkk, 2010). Spectroscopy FT-IR menggunakan sistem optik dengan laser yang berfungsi sebagai sumber radiasi yang kemudian diinterferensikan oleh radiasi inframerah agar sinyal radiasi yang diterima oleh detektor memiliki kualitas yang baik dan bersifat utuh (Giwangkara, 2006). Prinsip kerja FT-IR berupa infrared yang melewati celah kesampel, dimana celah tersebut berfungsi mengontrol jumlah energi yang disampaikan kepada sampel. Kemudian beberapa infrared diserap oleh sampel dan yang lainnya ditransmisikan melalui permukaan sampel sehingga sinar infrared lolos ke detektor dan sinyal yang terukur kemudian dikirim kekomputer. (Therno.
2001).
Spektrofotometer inframerah pada umumnya digunakan untuk menentukan gugus fungsi suatu senyawa organik dan mengetahui informasi struktur suatu senyawa organik dengan membandingkan daerah sidik jarinya. Cahaya tampak terdiri
dari beberapa range frekuensi elektromagnetik yang berbeda. Radiasi inframerah juga mengandung beberapa range frekuensi tetapi tidak dapat dilihat oleh mata.
Pengukuran pada spektrum inframerah dilakukan pada daerah cahaya inframerah tengah (mid-infrared) yaitu pada panjang gelombang 2.5-50 µm atau bilangan gelombang 4000 – 200 cm-1. Metoda ini sangat berguna untuk mengidentifikasi senyawa organik dan organometalik (Sagala, 2013).
FT-IR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih besar ke penelitian- penelitian struktur polimer.Karena spektrum-spektrum bisa dibaca, disimpan, dan diubah dalam hitungan detik, teknik ini memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi atau ikat silang (Steven, 2000).
2.9 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang dapat melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali. Mikroskop ini menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya (Sagala, 2013).
SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara makroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar x, elektron sekunder, absorbsi elektron. Analisis SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh merupakan gambar tofografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang permukaan (Wirjosentono, 1995).
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Dan Tempat
Proses penelitian ini dilakukan mulai dari bulan oktober 2016 hingga bulan juli 2018 di laboratorium kimia organik FMIPA USU. Proses sentrifugasi dilakukan di laboratorium penelitian farmasi. Analisis FT-IR dilakukan di laboratorium kimia organik FMIPA UGM serta SEM di Unimed.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah - sentifugasi
- neraca analitis Mettler AE 2000
- beaker glass 250 ml pyrex
- pipet tetes - spatula
- Batang pengaduk
- Gelas Erlenmeyer 250 ml pyrex
- cawan petri
- hotplate Cimarec 2
- corong - labu leher 3
- labu ukur 100 ml pyrex
- labu ukur 250 ml pyrex
- panci - desikator
- kertas saring biasa - kertas label - statif dan klem
- buret
- SEM zeiss
- FT-IR Shimadzu
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah - Aquadest
- Kolang-kaling - Natrium hidroksida - Monokloro asetat
- Etanol p.a merck
- Asam asetat glacial p.a merck
- HCl 36% p.a merck
- Aseton p.a merck
3.3 Prosedur percobaan
3.3.1 Ekstraksi Galaktomanan Dari Biji Aren
Sebanyak 100 gram kolang-kaling dibersihkan. Kemudian dimasukkan kedalam blender, ditambahkan air suling dengan perbandingan 10:1 antara air suling dengan kolang kaling, dihaluskan dengan blender selama 5 menit, didiamkan selama 24 jam di dalam lemari pendingin, disentrifugasi pada kecepatan 8500 rpm selama 50 menit.
Lapisan atas/filtrat ditambahkan etanol dengan perbandingan 1:2 antara lapisan atas dengan etanol, didiamkan selama 24 jam dalam lemari pendingin, disaring. Residu ditambahkan etanol p.a hingga mengeras,disaring. Residu dikeringkan dalam desikator.
Hasil yang diperoleh kemudian dianalisis dengan FT-IR dan SEM.
3.3.2 Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren
Sebanyak 1 gram galaktomanan dimasukkan kedalam labu leher 3, ditambahkan 15 ml etanol 95%, ditambahkan 0,5 gr NaOH, dirangkai alat refluks, diaduk selama satu jam pada suhu 40oC, ditambahkan MCA sebanyak 0,5 gr, diaduk selama 3 jam pada
suhu 40oC, disaring. Residu didispersi didalam etanol 95%, dinetralisasi dengan asam asetat, disaring. Residu dicuci dengan etanol 95%, diikuti dengan etanol pa, dikeringkan pada suhu 40oC. Hasil yang diperoleh dianalisa dengan FT-IR.
3.3.3 Prosedur Penentuan Derajat Substitusi
Na MCA gkk halus didispersi dalam aseton, kemudian ditambahkan 6M HCL berair 30 ml per 10 gr sampel, diaduk selama 30 menit, dispersi disaring, residu yang terbentuk dicuci dengan etanol 96%, didispersikan dalam aseton, disaring. Residu yang terbentuk dikeringkan pada suhu 50oC. Kemudian sebanyak 0,2 gram H-karboksimetil galaktomanan dilarutkan dalam 0,1 M NaOH sebanyak 20 ml, diaduk selama 2 jam, dititrasi dengan larutan strandart 0,1 M HCl dengan penambahan indikator PP sebanyak 3 tetes.
3.3.4 Prosedur Pembuatan NaOH 0.1 M
Ditimbang sebanyak 1 gram NaOH(p), dimasukkan kedalam beaker glass, ditambahkan aquadest secukupnya, diaduk hingga larut, dimasukkan kedalam labu takar 250 ml, ditambahkan aquadest hingga garis batas, dihomogenkan.
3.3.5 Prosedur Pembuatan HCl 0.1 M
Dipipet HCl 36% sebanyak 8.5 ml, dimasukkan kedalam labu takar 1000 ml, ditambahkan aquadest hingga garis batas, dihomogenkan.
100,40 gram kolang-kaling
Dibersihkan
Dimasukan kedalam blender
Ditambahkan air suling dengan perbandingan 10:1 antara air suling dengan kolang kaling
Dihaluskan dengan blender selama 5 menit
Didiamkan selama 24 jam di dalam lemari pendingin Disentrifugasi pada kecepatan 8500 rpm selama 50 menit
Lapisan atas/filtrat Lapisan bawah/residu
Ditambahkan etanol dengan perbandingan 1:2 antara lapisan atas dengan etanol
Didiamkan selama 24 jam dalam lemari pendingin Disaring
Residu Filtrat
Ditambahkan etanol p.a hingga mengeras Disaring
Residu
Filtrat Dikeringkan dalam desikator
Hasil
Analisa SEM Analisa FT-IR
3.4 Bagan Penelitian
3.4.1 Ekstraksi Galaktomanan Dari Biji Aren
3.4.2 Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren
NB: Dilakukan perlakuan yang sama untuk monokloro asetat 1 gram, 1,5 gram.
1 gram galaktomanan
dimasukkan kedalam labu leher 3 ditambahkan 15 ml etanol 95%
ditambahkan 0,5 gram NaOH dirangkai alat refluks
diaduk selama satu jam pada suhu 40oC ditambahkan MCA sebanyak 0,5 gram diaduk selama 3 jam pada suhu 40oC disaring
Filtrat Residu
didispersi didalam etanol 95%
dinetralisasi dengan asam asetat
disaring
Filtrat Residu
dicuci dengan etanol 95%
diikuti dengan etanol pa
dikeringkan pada suhu 40oC Hasil
FT-IR
3.4.3 Penentuan Derajat Substitusi
NB : dilakukan perlakuan yang sama untuk monokloro asetat 1 gram, 1,5 gram.
Na MCA gkk halus
didispersi dalam aseton
ditambahkan 30 ml 6M HCL berair per 10 gram sampel diaduk selama 30 menit
dispersi disaring
Filtrat Residu
dicuci dengan etanol 96%
didispersikan dalam aseton disaring
Filtrat Residu
dikeringkan pada suhu 50oC
0,2 gram H-karboksimetil galaktomanan dilarutkan dalam NaOH 0.1 M sebanyak 20 mL diaduk selama 2 jam
dititrasi dengan larutan strandart 0,1 M HCL dengan penambahan indikator PP sebanyak 3 tetes
Hasil
Analisis FT-IR Analisis SEM
3.4.4 Pembuatan Larutan NaOH 0.1 M
3.4.5 Pembuatan Larutan HCl 0.1M NaOH(p)
ditimbang sebanyak 1 gram dimasukkan kedalam beaker glass ditambahkan aquadest secukupnya diaduk hingga larut
dimasukkan kedalam labu takar 250 ml ditambahkan aquadest hingga garis batas dihomogenkan
Hasil
HCL 36%
dipipet sebanyak 8.5 ml
dimasukkan kedalam labu takar 1000 ml ditambahkan aquadest hingga garis batas dihomogenkan
Hasil
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
cm-1
Galaktomanan Biji Aren
%T
3410
2931 1635
1149 1373 871
810
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Ekstraksi Galaktomanan dari Biji Aren
Hasil ekstraksi galaktomanan biji aren dari 100.40 gram biji aren dengan menggunakan air suling sebagai pelarut, diperoleh padatan berwarna putih dan dikeringkan didesikator diperoleh sebanyak 4.28 gram
jadi persentase galaktomanan yang diperoleh adalah
% Galaktomanan =
x 100%
= x 100%
= 4.26%
Hasil persentase galaktomanan yang diperoleh tidak jauh berbeda dengan yang diperoleh oleh kooiman, yaitu sebesar 5% dengan suasana basa (Kooiman, 1971) dan yang telah dilakukan oleh Tarigan, dimana galaktomanan diperoleh dengan proses yang sederhana hanya menggunakan etanol dan air suling sebagai pelarut, sehingga aman untuk dikonsumsi. Galaktomanan yang diperoleh yaitu sebesar 4,58% (Tarigan, 2012)
4.2 Hasil Analisis Spektofotometer FT-IR Galaktomanan Biji Aren
Galaktomanan yang diperoleh dianalisis dengan spektofotometer FT-IR dihasilkan spektrum dengan puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3410 cm-1, 2931 cm-1, 1635 cm-1, 1149 cm-1 1373 cm-1, 871 cm-1, 810 cm-1 .
Gambar 4.1 : spektrum FT-IR galaktomanan biji aren
Tarigan, 2012 menunjukkan karakteristik galaktomanan memberikan puncak dengan serapan pada daerah bilangan gelombang 3402 cm-1 yang menunjukkan vibrasi streaching gugus –OH dari polisakarida yang didukung oleh pita serapan pada bilangan gelombang 1639 cm-1 menunjukkan bahwa galaktomanan terikat oleh air (Tong et al, 2008) demikian juga dengan adanya puncak 1639 cm-1 tersebut merupakan vibrasi bending ikatan O-H yang menyerap molekul air (Gong et al, 2012). Bilangan gelombang 2924 cm -1 menunjukkan vibrasi streaching gugus –CH sp3, yang didukung oleh vibrasi bending pada bilangan gelombang 1375 cm-1 (singh et al, 2009). Puncak pada bilangan 1149 cm-1 merupakan vibrasi bending C-O dari cincin piranosa. Pita serapan pada bilangan gelombang 871 cm-1 yang merupakan ikatan ß-D-manopiranosa dalam polisakarida dan pada pita 810 cm-1 menunjukkan adanya ikatan -D-galaktopiranosa (Buriti et al, 2014).
Spektrum yang dihasilkan menunjukkan senyawa galaktomanan yang serupa dengan spektrum yang dihasilkan pada literatur Tarigan, 2012.
4.3 Hasil Sintesis Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren
Hasil yang diperoleh dari reaksi antara galaktomanan dengan monokloroasetat berupa padatan berwarna coklat muda. Dimana hasil eterifikasi galaktomanan ditunjukkan pada tabel 4.1
Tabel 4.1: Hasil perolehan karboksimetil galaktomanan biji aren Variasi
MCA (gram)
Berat Galaktomanan Yang Digunakan
(gram)
Berat Karboksimetil Galaktomanan yang
Diperoleh (gram)
0.5 1 1.0585
1 1 1.1611
1.5 1 1.2454
Hasil yang diperoleh berupa padatan berwarna coklat muda yang dianalisis menggunakan spektofotometr FT-IR.
4.4 Hasil Analisis Spektofotometer FT-IR Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren
Spektrum garam karboksimetil galaktomanan biji aren ditunjukkan pada gambar 4.2
a b
c Gambar 4.2 : (a) spektrum garam karboksimetil galaktomanan dengan monkloro asetat
0.5 gram (b) spektrum garam karboksimetil galaktomanan dengan monokloro asetat 1 gram (c) spektrum garam karboksimetil galaktomanan dengan monkloro asetat 1.5 gram.
Hasil spektrum FT-IR karboksimetil galaktomanan biji aren dalam bentuk garamnya menunjukkan puncak seperti berikut ini. Puncak spektrum pada penambahan 0.5 gram monokloroasetat adalah : 3425 cm-1, 2931 cm-1, 1604 cm-11411 cm-1 1327 cm-
1, 1141-1026 cm-1, 871 cm-1 dan 810 cm-1. Puncak spektrum pada penambahan 1 gram monokloro asetat adalah : 3425 cm-1, 2931 cm-1, 1604 cm-1, 1404 cm-1, 1327 cm-1 , 1141-1033 cm-1, 879 cm-1 dan 810 cm-1. Puncak spektrum pada penambahan 1.5 gram monokloro asetat adalah : 3425 cm-1, 2931 cm-1, 1604 cm-1 1419 cm-1, 1249 cm-1, 1149- 1026 cm-1, 864 cm-1, dan 817 cm-1.
Setelah dilakukan hidrolisis garamnya menunjukkan puncak sebagai berikut.
Puncak spektrum pada penambahan monokloroasetat 0.5 gram memberikan spektrum dengan puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3356 cm-1, 2924 cm-1, 1637 cm- 1, 1736 cm-1 1372 cm-1, 1145 cm-1, 868 cm-1, 814 cm-1 dengan monokloroasetat 1 gram memberikan spektrum dengan puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3346 cm-
1, 2924 cm-1, 1736 cm-1, 1636 cm-1, 1372 cm-1, 1145 cm-1, 868 cm-1, 814 cm-1 dan monokloroasetat 1.5 gram memberikan spektrum dengan puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3337 cm-1, 2924 cm-1, 1638 cm-1, 1736 cm-1 1370 cm-1, 1143 cm-1 867 cm-1, 815 cm-1. Hasil spektrum karboksimetil galaktomanan biji aren ditunjukkan pada gambar 4.3
Gambar 4.3 spektrum FT-IR karboksimetil galaktomanan
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
cm-1
karboksimetil galaktomanan 1 karboksimetil galaktomanan 2 karboksimetil galaktomanan 3
3356
2924 1736
1637 1372 1145 868
814
3346
2924 1736
1636 1372 1145
3337
2924
1736 1638
1370
1143 867 815
%T
868 814
Perubahan bentuk-bentuk puncak spektrum galaktomanan, garam karboksimetil galaktomanan dan karboksimetil galaktomanan ditunjukkan pada gambar 4.4
a b
c d
e f
g
Gambar 4.4 (a) puncak galaktomanan biji aren (b) puncak gugus OH dalam bentuk garam karboksimetil galaktomanan (monokloro asetat 0,5 gram) (c) puncak gugus OH dalam bentuk garam karboksimetil galaktomanan (monokloro asetat 1 gram) (d) puncak gugus OH dalam bentuk garam karboksimetil galaktomanan (monkloro asetat 1.5 gram), (e) puncak gugus C=O dari karboksimetil galaktomanan (Monokloro asetat 0.5 gram),
(f) puncak gugus C=O dari karboksimetil galaktomanan ( Monokloro asetat 1 gram ), (g) puncak gugus C=O dari karboksimetil galaktomanan (Monokloro asetat 1.5 gram).
Perubahan bentuk puncak vibrasi dapat dilihat dari masing-masing spektrum dimana pada spektrum galaktomanan muncul puncak pada 1635 cm-1 yang menunjukkan gugus OH yang terikat dengan air. Pada spektrum garam karboksimetil terjadi perubahan puncak menjadi 1604 cm-1, sedangkan pada spektrum karboksimetil galaktomanan muncul puncak vibrasi pada bilangan gelombang 1736 cm-1 yang menunjukkan vibrasi streching gugus C=O dari karboksimetil.
Sintesis karboksimetilasi galaktomanan meliputi alkalisasi dan karboksimetilasi.
Alkalisasi dilakukan dengan menggunakan NaOH yang tujuannya untuk mengaktifkan gugus –OH pada molekul galaktomanan, memecah ikatan hidrogen dan mengembangkan molekul galaktomanan sehingga memperluas jarak molekul galaktomanan. Mengembangnya galaktomanan akan memudahkan difusi reagen karboksiemtil yaitu monokloroasetat. (Chen et al, 2011)
Pembentukan karboksimetil galaktomanan ini dikenal dengan eterifikasi Williamson. Menurut sintesis eter Williamson yang lazim ( RO- + RX ROR + X-), RO- merupakan alokasi yang harus dibuat dengan NaOH yang lebih kuat untuk menghasilkan ion alkoksida. Efek induktif dari oksigen-oksigen yang elektronegatif pada karbon-karbon yang berdekatan membuat setiap gugus hidroksil lebih asam
daripada suatu glikosida tidak berubah dalam reaksi karboksimetil ini (Fesenden dan Fesenden, 1986). Berikut adalah reaksi kimia sintesis karboksimetil galaktomanan.
Gambar 4.5 Mekanisme Reaksi Karboksimetil Galaktomanan
Karboksimetil galaktomanan diperoleh dengan mereaksikan galaktomanan dengan asam monokloroasetat atau garam natriumnya (SMCA) setelah aktivasi galaktomanan dengan NaOH berair dalam pelarut organik berair. Reaksi karboksimetilasi pada galaktomanan terjadi dalam dua tahap. Tahap pertama adalah alkalisasi, dimana gugus hidroksil pada molekul galaktomanan di aktivasi dan diubah kedalam bentuk alkoksida yang lebih reaktive (GKK-ONa).
GKK-OH +NaOH GKK-ONa + H2O
Dan tahap kedua adalah tahap karboksimetilasi dimana gugus karboksimetil dibentuk dalam reaksi SN2 antara alkoksida galaktomanan dan MCA.
GKK-ONa + Cl-CH2-CO-OH GKK-O-CH2-COOH + NaCl
Reaksi karboksimetilasi lebih disukai pada gugus OH atom C6 (Hidroksi primer) hal ini disebabkan karena halangan steriknya lebih kecil dibandingkan dengan hidroksi sekunder C2 dan C3, hal ini sama dengan yang diteliti oleh Shorgen & Biswas pada polisakarida pati (Shorgen & Biswas, 2006). Mungkin juga terjadi reaksi samping antara basa dan monokloroasetat tetapi reaksi ini lebi lambat daripada reaksi utama, untuk kondisi yand diberlakukan pada penelitian ini reaksi samping tersebut dapat diabaikan.
Adapun reaksi samping tersebut adalah NaOH + ClCH2COONa HOCH2COONa + NaCl
Pada karboksimetil galaktomanan biji aren dengan monokloro asetat 0.5 gram, 1 gram, 1,5 gram didapatkan spektrum dengan puncak gelombang 1736 cm-1. Hal ini menunjukkan sudah terjadinya penambahan gugus karbonil pada karboksimetil galaktomanan.
4.5. Penentuan Derajat Substitusi
Hasil penentuan derajat substitusi dari karboksimetil galaktomanan dengan metode titrasi dapat dilihat pada tabel 4.2
Tabel 4.2 : Tabel Hasil Penentuan Derajat Substitusi
Penentuan derajat substitusi dari galaktomanan eter dilakukan dengan metode titrasi dengan menggunakan HCL 0.1 M sebagai larutan pentiter dan fenolftalein sebagai indikator. Derajat substitusi (DS) merupakan nilai rata-rata dari gugus hidroksil yang bertukar dengan gugus hidroksil yang ada di setiap unit monomer anhidroglukosa. Uji derajat substitusi dilakukan untuk mengetahui jumlah senyawa karboksil ada dalam setiap monomer polisakarida. Derajat substitusi menggambarkan kualitas karboksimetil galaktomanan yang dihasilkan. Derajat substitusi yang diperoleh berturut-turut adalah 0.248 ; 0.251 ; 0.254. NaOH digunakan untuk mengubah gugus karboksilat pada No Sampel NaOH ClCH2COOH Derajat
(gram) (gram) (gram) Substitusi 1. 1 0.5 0.5 0.248 2. 1 0.5 1 0.251 3. 1 0.5 1.5 0.254
karboksimetil galaktomanan menjadi Na-karboksilat dan HCl 0.1 M digunakan untuk menghitung kelebihan dari NaOH 0.1 M yang tidak bereaksi. Semakin tinggi derajat substitusi yang diperoleh maka kelarutannya dalam air juga semakin besar. Hal ini dikemukakan oleh Yang et al. 2011.
4.6 Hasil Analisis Morfologi Permukaan dengan SEM ( Scanning Electron Microscopy)
Hasil analisis SEM terhadap galaktomanan dan karboksimetil galaktomanan ditunjukkan pada gambar 4.6
(a) (b)
Gambar 4.6 Hasil Analisa Morfologi SEM untuk galaktomanan (a) dan karboksimetil galaktomanan (b)
Hasil uji SEM menunjukkan bahwa adanya perbedaan morfologi permukaan pada galaktomanan biji aren dan karboksimetil galaktomanan biji aren. Dimana pada galaktomanan biji aren memiliki permukaan yang tidak rata tetapi halus (a) sedangkan pada permukaan karboksimetil galaktomanan biji aren terlihat kasar dan bergelombang yang kemungkinan besar ada terbentuknya pori (b) menunjukkan telah terjadinya reaksi eterifikasi pada galaktomanan.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Proses sintesis karboksimetil galaktomanan biji aren dilakukan menggunakan 2 tahap, yaitu proses alkalisasi dan proses karboksimetilasi. Dimana karboksimetil galaktomanan dilakukan dengan penambahan MCA yang bervariasi.
2. Dari karakteristik karboksimetil galaktomanan yang diperoleh dapat dilihat adanya perubahan gugus fungsi dengan munculnya spektrum pada bilangan gelombang 1736 cm-1 yang menyatakan gugus C=O sebagai salah satu ciri gugus pada karboksimetil. Nilai derajat substitusi karboksimetil berturut-turut adalah 0.248 ; 0.251 ; 0.254. Bentuk morfologi permukaan tidak rata tetapi halus menjadi kasar dan bergelombang pada karboksimetil galaktomanan.
5.2 Saran
Diharapkan untuk peneliti selanjutnya melanjutkan penelitian tersebut ke salah satu aplikasinya yaitu sebagai bahan pangan.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2009. Aren Sumber Alternatif. Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian. 31, 2
Aranila,C.T., Na gasawa, N., Bayquen, A., Rosa, A.D, 2012. Synthesis and Characterization Of Carboxymethyl Derviatives Of Kappa-Carrageenan.
Carbohydrate Polymers, 87 : 1810-1816
Buriti FCA, Karina MOD, Venicios GS, Jeanny SM, Daniele MAT, Hevila OS, Gilcenara O, Regina CM de paula Judith PAF, Anan COM, Renato Am, Antonio SE, 2014. Characterisation from Partially Hydrolysed Galactomannan from Caesalpina Pulcherrima Seedsas a Potential Dietary Fibre. Food Hyrocolloids. 35 : 512-521
Bose PK, Sankaranarayanan Y, and Sen Gupta SC, 1963. Chemistry of Lac.
Indian Lac Research Institute. Rachi. India
Cerqueira, M.A., Pinheiro, A.C., Souza, B.W.S., Lima, A. M. P., Ribeiro,C., Miranda, C., Teixeira, J.A., Moreira, R. A., Coimbra, M.A., Goncalves, M. P., 2009.
Extraction Purificationand Characterization of Galactomannans from Non‐Traditional Sources,Carbohydrate Polymers. 75: 408‐414.
Chen J, Li J and Li B, 2011. Indetification Of Molecular Driving Forces Involved In The Gelation Of Konjacglucomannan-Based Films By Alkali And Sodium Carboxymethylcellulose. Food reseach international. 35 : 829-836
Devi, 2008. CMC [ ] [ ]. Tersedia pada : http://www.deviwings.blogspot.com/2008/03/cmc.html.
Fessenden RJ and Fessenden JS, 1986. Kimia Organik. Jilid 2 Jakarta. Penerbit Erlangga.
Gong, H.,Liu,M., Chen, J., Han, F., Gao, C., Zhang, B., 2012. Synthesis And Characterization Of Carboxymethyl Guar Gum And Rheological Properties Of Its Solutions. Carbohydrate Polymer.
Glicksman M, Robert EK. 1972. Gums. didalam: Thomas E. Furia (eds). Hand Book of Food Additives. Ed ke-2. California (US): CRC Press.
Giwangkara S, E.G. 2006. Aplikasi Logika Syaraf Fuzzy pada Analisis Sidik Jari Minyak Bumi Menggunakan FTIR. Sekolah Tinggi Energi dan Mineral. Cepu Jawa Tengah.
Hindryawati, N dan Alimuddin. 2010. Sintesis Dan Karakterisasi Silika Gel Dari Abu Sekam Padi Dengan Menggunakan Natrium Hidroksida (NaOH). Jurnal Kimia Mulawarman. Vol. 7. No. 2. Hal. 75-77
Kok.M.S., Hill, S.E., and Mitchell, J.R., 1999. Viscosity of Galactomannan During High Temperature Processing, Influence of Degradation and Solubilisation.
Food Hydrocoloids. 13: 535-542. Didalam Tarigan, R., 2013, Sintesa Karboksi Metil Galaktomanan Melalui Reaksi antara Chloro Asetat dengan Galaktomanan yang Diekstraksi dari Pelepah Lidah
Mujiyanti, R.D., Nuryono., dan Kunarti, E.S. 2010. Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi Yang Dimobilisasi dengan 3-(Trimetoksil)- 1- Propanol. Sains dan Terapan Kimia. Vol 4. No 2. Hal. 150- 167.
Sagala, S, T., 2013, Karakterisasi Pembuatan Edible Film dari Campuran Tepung, Rumput Laut (Eucheuma sp.), Kitosan dan Gliserin. Medan: Universitas Sumatera Utara, Departemen Kimia.
Singh, V., Srivastara, A., Tivani, A, 2009, Structural Elucidation, Modifikasi and Characterization Of Seed Gum Frum Cassia Javahikal Seeds : A Non Traditional Source Of Industrial Gums, International Journal Of Biological Macromolecules.
Sunanto, H., 1993, Aren: Budidaya dan Multigunanya, Kanisius, Jakarta.
Sharma, B.R.Dhulhoy; N.C.Merchant, S.U dan Merchant, U.C.2008. Science Tech Enterperneur. February.
Shorgen, R.L., and Biswas, A, 2006. Preparation Of Water-Soluble And Water- Swellable Starch Acetates Using Microwave Heating. Carbohydrate Polymer, 64 (1) 16-21.
Silveira, J.L.M., 2011. Pharmaceutical Use Of Galactomannans. Quim. Nova, Vol.
34, No. 2, hlm. 292 – 299.
Srivastava M and Kapoor VP, 2005. Seed Galactomannans: An Overview, In Chemistry & Biodiversity, 2: 295-317.
Stojanovic, Z. Jeremic, K. Jovanovic, S. Lechner, M.D, 2005. A Comparison Of Some Methods For The Determination Of The Degree Of Substitution Of Carboxymethyl Starch, Starch-Journal.
Sjostrom E, 1981. Wood Chemistry. Fundamentals And Applications. California (US): Academic Press.
Stevens, M.P, 2000. Kimia Polimer. Cetakan pertama. Jakarta: Pradnya Paramita.
Sthepen, AM, Philips GO and Williams PA, 2006. Food Polysaccharides And Their Applications. 2nd Edition. Taylor & Francis group, LLC.
Tarigan, J, 2009. Analisis Termal dan Komponen Kimia Kolang-Kaling (Arengan Piñata), jurnal Biologi Sumatera, 4,1, 10-15
Tarigan, J., dan Kaban, J., 2010. Karakteristik Ekstrak Kolang-Koling, Prosiding SEMIRATA MIPA BKS PTN Wilayah Barat. 10-11 Mei 2010. Pekan Baru.
Tarigan, J, 2012. Karakterisasi Edible Film Dar Galaktomanan Biji Aren (Arenga Pinnata) Yang Bersifat Antioksidan Dan Antimikroba Yang Diinkorporasi Dengan Minyak Atsiri Daun Kemangi (ocimum basilicum L). Disertasi.
Universiatas Sumatera Utara
Tarigan, RM, 2014. Stabilitas Vitamin E Dari PFAD ( Palm Fatty Acid Disstilate) Yang Diinkorporasi Pada Galactomanan Kolang-Kaling. USU, Medan.
Therno, N. 2001. Introduction to Fourier Transform Infrared Spectrometry.
Thermonicolet Corporation. USA.
Togrul, H and Arslan, N, 2003. Carboxymethyl Cellulose From Sugar Beet Pulp Cellulose As A Hydrophilic Polymer In Coating Of Mandarin.
Tong H, Xia F, Feng K, Sun G, Gao X, Sun L, Jiang R, Tian D, And Sun V, 2008.
Structural Characterization And In Vitro Antitumor Acidity Of A Novel Polysacharide Isolated From The Fruiting Bodies Of Pleurotus Ostreatus, Bioresource Technology vol .100 hlm 1682-1686
Wirjosentono, B, 1995. Perkembangan Polimer di Indonesia. Orasi Ilmiah Lustrum 6.
Medan: Universitas Sumatera Utara.
Whistler RL, and Smart CL, 1953. Polysaccaride chemistry. Academic Press. New York
Yang, L., Zhao, T., Wei,H., Zhang, M., Zou Ye., Mao,G., Wu, X., 2011. Journal Carboxymethuylation Of Polysaccarides From Auricularia Auricula And Their Antioxidant Activities In Vitr.
Yuen, S.N., Choi S.M, Philips, D.L, Ma CY, 2008. Raman And Ft Ir Spectroscopic Study Of Carboxymethylated Non-Starch Polysaccharides.
Zultiniar, G.D., and Casoni, M.S., 2009. Ekstraksi Galaktomanan Dari Ampas Kelapa. Laboratorium Proses Pemisahan dan Pemurnian. Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau.
LAMPIRAN
Lampiran 1 : Perhitungan Penentuan Derajat Substitusi WA =
DS =
1. 0.5 Gram Monokloro Asetat WA = ( )( ) ( )( )
= 8.3
DS = ( ) ( )
=0,248
2. 1 Gram Monokloro Asetat WA = ( )( ) ( )( )
= 8.4 DS = ( ) ( )
= 0.251
3. 1.5 Gram Monokloro Asetat WA = ( )( ) ( )( )
= 8.5
DS = ( ) ( )
= 0.254
Lampiran 2 : Dokumentasi Penelitian
Proses Karboksimetilasi Karboksimetil Galaktomanan
Sebelum Netralisasi
Galaktomanan kolang-kaling
Lampiran 3 : Foto Hasil Morfologi Permukaan SEM Galaktomanan Biji Aren
Foto hasil analisis morfologi permukaan SEM galaktomanan biji aren dengan perbesaran 1000 kali
Lampiran 4 : Foto Hasil Morfologi Permukaan SEM Karboksimetil Galaktomanan
Foto hasil analisis morfologi permukaan SEM karboksimetil galaktomanan dengan perbesaran 500 kali, 1000 kali, 1500 kali, 2000 kali
Lampiran 5: Spektrum FT-IR Galaktomanan Biji Aren
Lampiran 6: Spektrum FT-IR Garam Karboksimetil Galaktomanan
a. Spektrum FT-IR garam karboksimetil galaktomanan 0.5 gram monokloro asetat
b. Spektrum FT-IR garam karboksimetil galaktomanan 1 gram monokloro asetat
c. Spektrum FT-IR garam karboksimetil galaktomanan 1.5 gram monokloro asetat
Lampiran 7: Spektrum FT-IR Karboksimetil Galaktomanan Biji Aren
a. Spektrum FT-IR karboksimetil galaktomanan biji aren 0.5 gram monokloro asetat
b. Spektrum FT-IR karboksimetil galaktomanan biji aren 1 gram monokloro asetat
c. Spektrum FT-IR karboksimetil galaktomanan biji aren 1.5 gram monokloro asetat
