PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK
BIODEGRADABLE PATI PORANG DAN KITOSAN DENGAN PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
INGGIT ANASTASYA WARZUKNI 160801029
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK
BIODEGRADABLE PATI PORANG DAN KITOSAN DENGAN PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
INGGIT ANASTASYA WARZUKNI 160801029
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK
BIODEGRADABLE PATI PORANG DAN KITOSAN DENGAN PLASTICIZER GLISEROL
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 26 Oktober 2020
Inggit Anastasya Warzukni 160801029
i
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK
BIODEGRADABLE PATI PORANG DAN KITOSAN DENGAN PLASTICIZER GLISEROL
ABSTRAK
Plastik Biodegradable Pati Porang dan Kitosan dengan Plasticizer Gliseroldibuat dengan proses pemanasan pada suhu 80-85oC dan pengeringan pada suhu 60oC.
Hasil terbaik plastik biodegradable diperoleh pada konsentrasi pati porang 40 % , kitosan 60% dengan konsentrasi gliserol 80% dan memiliki nilai kuat tarik 20,8902 Mpa, nilai ketebalan 0,384 mm, nilai elongation 9,7226%, dan nilai kemampuan terdegradasi 85,7 % . Hasil spektrum FT-IR menunjukkan tidak adanya perubahann bilangan gelombang dari spektrum pati porang, kitosan dan gliserol dengan gugus fungsi O-H, C-O, dan N-H. Hal ini menunjukkan bahwa plastikyang dihasilkan hanya berinteraksi secara fisik. Analisis SEM terlihat adanya titik-titik putih dan lekukan pada permukaan plastik biodegradablehal ini menandakan bahwa pati porang padaplastikbiodegradable belum terlarut sempurna sehingga plastic biodegradable pati porang memiliki permukaan yang tidak merata.
Kata kunci: Plastik Biodegradable , Pati,Kitosan, Plasticizer, Sorbitol, Porang
iii PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF BIODEGRADABLE PLASTIC
FROM PORANG’S STARCH AND CHITOSAN WITH GLISEROL PLASTICIZER
ABSTRACT
The Biodegradable Plastic From porang's strach and chitosan with gliserol plasticizer is made by heating at a temperature of 80-85⁰C and drying at a temperature of 60⁰C. The best results of bioplastic films were obtained at a concentration of 40% porang's starch, 60% chitosan with 80% gliserol volume concentration have value of tensile strength 20,8902 Mpa, value of thickness 0,384 mm, value of elongation 9,7226 %, and value of biodegradability 85,7%. The FT-IR spectrum results showed that nothing change in the wave number of the porang strach, chitosan and sorbitol spectra with the O-H, C-O, and N-H functional groups.
This is showing that the result of the plastic is only physically interacted. SEM analysis shows that there are white dots and grooves on the surface of the biodegradable plastic, this indicated that the porang's starch in the bidegradable plastic has not been completely dissolved so that the porang's starch of biodegradable plastic has an unsmooth surface.
Keywords: Film, Chitosan, Plasticizer, Gliserol, Porang
PENGHARGAAN
Tidak ada dusta dalam Al-Quran sumber segala ilmu pengetahuan segala puji dan syukur hanya kepada Allah SWT. yang telah menentukan takdir manusia dan segala sesuatu yang ada diantara hidup manusia. Penulis hanyalah seorang hamba yang senantiasa memohon kepada Allah diberikan nikmat kesehatan dan kesempatan yang dilengkapi dengan keimanan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir studi fisika material yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi Plastik Biodegradable Pati Porang dan Kitosan dengan Plasticizer Gliserol.
Sholawat dan salam semoga terlimpahkan kepada Baginda Nabi Muhammad SAW. yang telah mengajarkan bagaimana hidup di dunia dengan sempurna, hidup di dunia dengan baik serta membimbing penulis secara psikologi dan emosional.
Penulis persembahkan Karya Tulis Ilmiah ini kepada Kedua Orang Tua Tercinta, Ayahanda Alm. M. Yatin Santarjak , Ibunda Juliati terimakasih telah mengisi dunia penulis dengan begitu banyak kebahagiaan sehingga seumur hidup tidak cukup untuk membalas kebaikan kalian. Terimakasih atas do’a , perjuangan dan cinta kasih yang begitu besar kepada penulis sehingga penulis mampu menyelasikan tugas akhir ini, semoga Allah SWT memberikan ganjaran pahala yang begitu besar untuk ayah dan ibunda. Kepada saudara tercinta Abangda Bayu Rabistamara dan Abangda Mhd.Okta Putranto yang selalu senantiasa memberikan semangat dan dukungan.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan meluangkan banyak waktu untuk membimbing serta menyempurnakan tugas akhir ini.Terimakasih kepada Bapak Prof.Dr.Runtung SH.,M.Hum selaku Rektor Universitas Sumatera Utara. Bapak Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU dan Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Ketua Jurusan Fisika yang telah memberikan izin dan fasilitas selama penelitian dan seluruh staff dan dosen program studi fisika FMIPA USU.
Dalam kesempatan ini penulis juga sampaikan terimakasih kepada Asisten
v Biokimia/Bahan Makanan FMIPA USU, Asisten Laboratorium Kultur Jaringan FMIPA USU, Asisten Laboratorium Mikrobiologi FMIPA UNIMED yang telah banyak membantu dan memberi masukan kepada saya selama ini .
Teruntuk sahabat SNM Rohmaniah, Isra, Ghina, Muti, Rini dan sahabat CIS Fazira, Tami, Leni, dan Vina penulis ucapkan terimakasih karena selalu membersamai penulis selama masa perkuliahaan dan memberikaan dukungan dan semangat kepada penulis. Kepada teman-teman New Nadhirah, Kak zakiyyatul muthi’ah , Raini, Ainun, Annisa, Lisa, Nurdiana, Meili, Afridani terimakasih penulis ucapkan atas do’a dan dukungannya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Teruntuk Teman-teman keluarga 2016, Kusma, Mahriza, Squad Mujahidah, Pengurus MSC FMIPA USU, UMKI AL FALAK FMIPA USU dan SGC USU atas dukungannya kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada rekan-rekan seperjuangan fisika 2016 yang telah memberikan warna di masa perkuliahan.
Penulis menyadari bahwa penyajian skripsi ini tidak luput dari kesempurnaan, untuk itu masukan dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.
Medan, 26 Oktober 2020
Inggit Anastasya Warzukni
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN SKRIPSI i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR LAMPIRAN xi
DAFTAR SINGKATAN xii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 3
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Plastik 5
2.2 Plastik Biodegradable 6
2.3 Pati 7
2.4 Porang 9
2.5 Kitosan 11
2.6 Plasticizer Gliserol 12
2.7 Metode Pembuatan Bioplastik Berbahan Baku Pati 13
2.8 Karakterisasi Pati Porang 14
2.7.1 Uji Kandungan Pati 14
vii
2.7.3 Uji Kadar Protein 15
2.7.4 Uji Kadar Lemak 15
2.9 Karakterisasi Plastik Biodegradable 15
2.8.1 Uji Ketebalan 15
2.8.2 Uji Kuat Tarik 16
2.8.3 Uji Persen Pemanjangan (Elongation) 17
2.8.4 Uji Kemampuan Terdegradasi 17
2.8.5 Karakteristik SEM (Scanning Electron Microscopy) 18 2.8.6 Karakteristik FT-IR (Fourier Transform InfraRed) 18
BAB III METODE PENELITIAN 20
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 20
3.2 Peralatan dan Bahan 20
3.2.1 Alat Penelitian 20
3.2.2 Bahan Penelitian 21
3.3 Teknik Pengumpulan Data 21
3.4 Prosedur Penelitian 22
3.4.1 Preparasi Umbi Porang menjadi Pati 22
3.4.2 Preparasi Larutan 23
a. Persiapan Larutan (CH3COOH) 1% 23
b. Persiapan Larutan Kitosan 23
c. Pembuatan Larutan Pati 24
3.4.3 Pembentukan Bioplastik 24
3.5 Diagram Alir Penelitian 26
3.5.1 Diagram Alir Preparasi Pati Porang 26 3.5.2 Persiapan Larutan Asam Asetat (CH3COOH) 1% 27
3.5.3 Persiapan Larutan Kitosan 27
3.5.4 Pembuatan Larutan Pati 28
3.5.5 Pembuatan Bioplastik 29
3.6 Teknik Pengujian 30
3.7 Analisis Data 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 Hasil Karakteristik Pati Porang 31
4.1.1 Kandungan Pati Porang 31
4.1.2 Kadar Air Pati Porang 32
4.1.3 Kadar Lemak Pati Porang 32
4.1.4 Kadar Protein Pati Porang 32
4.2 Karakterisasi Sifat Mekanik Plastik Biodegradable Pati Porang 33
4.2.1Hasil Analisa Ketebalan 33
4.2.2 Hasil Analisa Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 34
4.2.2 Hasil Analisa Persen Pemanjangan 37
(Elongation at break)
4.2.3 Hasil Analisa Kemampuan Terdegradasi 39 4.3 Analisis Mikrostruktur 41
4.3.1 Hasil Analisa Karakterisasi SEM 41
(Scanning Electron Microscopy)
4.3.2 Hasil Analisa Karakterisasi FT-IR 42 (Fourier Transform InfraRed)
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 45
5.1 Kesimpulan 45
5.2 Saran 46
DAFTAR PUSTAKA 47
LAMPIRAN
ix DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel Judul Halaman
2.1 Spesifikasi Kitosan Industri Grade 11
3.1 Persentase Komposisi Plastik Biodegradable dengan Gliserol
60% 21
3.2 Persentase Komposisi Plastik Biodegradable dengan Gliserol
80% 22
3.3 Persentase Komposisi Plastik Biodegradable dengan Gliserol
100% 22
4.1 Pengukuran Ketebalan Plastik Biodegradable PatiPorang 33 4.2 Pengukuran Kuat Tarik Plastik Biodegradable Pati Porang 35 4.3 Pengujian Persen Pemanjangan Plastik Biodegradable Pati
Porang 37
4.4 Pengujian Kemampuan Terdegradasi Plastik Biodegradable
Pati Porang 39
4.5 Interpretasi Gugus Fungsi Plastik Biodegradable Pati Porang
Hasil Analisis FT-IR 43
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Judul Halaman
2.1 Struktur Pati (a) Amilosa (b) Amilopektin 8
2.2 (a)PohonPorang (b) Umbi Porang (c) Isi Umbi Porang 9
2.3 Reaksi Pembentukan Gliserol 12
4.1 PatiPorang 31
4.2 Grafik Uji Ketebalan Plastik Biodegradable 34
4.3 Grafik Perbandingan Kuat Tarik 36
4.4 Grafik Perbandingan Persen Pemanjangan 38
4.5 Grafik Kemampuan Terdegradasi Tanah 40
4.7 (a) Hasil SEM Plastik Biodegradable Pati Porang Perbesaran
250 Kali 41
(b) Hasil SEM Plastik Biodegradable Pati Porang
Perbesaran 500 41
Kali
(c) Hasil SEM Plastik Biodegradable Pati Porang
Perbesaran 1000 kali 41
4.8 Spektrum FTIR Plastik Biodegradable, Pati Porang, Gliserol 42 dan Kitosan
xi DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran Judul Halaman
1 Bahan dan Alat Penelitian 50
2 Hasil Penelitian 54
3 Hasil Uji Kadar Air, Lemak dan Protein Pati Porang 55 4 Perhitungan Uji Ketebalan Plastik Biodegradable 56 5 Perhitungan Uji Kuat Tarik Plastik Biodegradable 57 6 Perhitungan Persen Pemanjangan Plastik BIodegradable 58 7 Perhitungan Kemampuan Terdegradasi Plastik
Biodegradable 59
8 Karakterisasi SEM 60
9 Karakterisasi FT-IR 62
DAFTAR SINGKATAN
FT-IR = Fourier Transform Infra-Red SEM = Scanning Electron Microscopy
ASTM = American Society for Testing and Material JIS = Japanese Industrial Standart
SNI = Standar Nasional Indonesia PHA = Polyhydroxyalkanoate PLA = Polilaktida
PVA = Polivinil Alkohol PE = Polietilen
PVC = Polivinil Klorida
PA = Poliamida
PCL = Polycaprolactone
RAL = Rancangan Acak Lengkap
=
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Menurut Badan Pusat Statistik, pada tahun 2016 jumlah timbulan sampah di Indonesia mencapai 65,2 juta ton per tahun dengan penduduk sebanyak 261.115.456 orang. Proyeksi penduduk Indonesia menunjukkan angka penduduk yang terus bertambah dan tentunya akan meningkatkan jumlah timbulan sampah. Jambeck, 2015 menyatakan bahwa Indonesia masuk dalam peringkat kedua dunia setelah Cina menghasilkan sampah plastik di perairan mencapai 187,2 juta ton. Permasalahan sampah plastik tersebut apabila semakin banyak jumlahnya di lingkungan maka akan berpotensi mencemari lingkungan. Mengingat bahwa sifat plastik akan terurai di tanah dalam waktu lebih dari 20 tahun bahkan dapat mencapai 100 tahun sehingga dapat menurunkan kesuburan tanah dan di perairan plastik akan sulit terurai (Purwaningrum, 2016). Untuk itu, perlu adanya penanganan yang tepat mengurangi konsumsi plastik di masyarakat. Salah satu caranya yaitu dengan mengganti plastik berbahan polimer sintetis menjadi plastik biodegradable (bioplastik).
Plastik biodegradable dibuat dari bahan nabati yang merupakan produk pertanian yang dapat diperbaharui. Oleh karena itu, produksi bahan nabati dapat berkelanjutan dan bioplastik dapat terdegradasi lebih cepat karena bersifat ramah lingkungan. Bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuatan plastik biodegrdable adalah pati, selulosa, dan PolyLactic Acid (PLA). Pati diperoleh dari tanaman sumber karbohidrat seperti sagu, jagung, ubi kayu, ubi jalar, dan umbi-umbian lainnya. Selulosa dapat diperoleh dari limbah pertanian seperti jerami, tongkol jagung, dan pelepah nenas. PLA merupakan hasil fermentasi bakteri asam laktat terhadap substrat yang mengandung gula. Berbagai jenis bahan baku tersebut masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan (Kamsiati, dkk. 2017).
Berdasarkan hal yang melatarbelakangi di atas, penulis berupaya untuk menemukan solusi dari permasalahan plastik di Indonesia dengan membuat plastik biodegradable yang lebih ramah lingkungan, mudah terurai, dan bersumber dari bahan alam yang dapat diperbaharui. Plastik biodegradable dibentuk dari ekstraksi pati tanaman Porang (Amorphophallus sp) dan kitosan dengan plasticizer gliserol. Kandungan pati tanaman Porang cukup tinggi, yaitu sekitar 76,5% selain itu tanaman ini mengandung senyawa glukomanan serta kristalasam oksalat yang cukup tinggi. Umbi Porangbanyak dimanfaatkan karena selain untukmakanan, glukomanan juga dapat digunakanuntuk berbagai macam keperluan industri,laboratorium kimia dan obat-obatan (Wigoeno, dkk. 2013). Namun, di Indonesia pengolahan Porang hanya sampai pada tahap pembuatan tepung untuk diimpor. Maka dari itu, penulis ingin mengembangkan potensi Porang sebagai bahan baku plastik biodegradable.
Diharapkan nantinya plastik biodegradable ini memiliki keunggulan dari plastik berbahan polimer sintetik yang sulit terdegradasi dan merusak lingkungan dengan memanfaatkan serta mempromosikan tanaman Porang.
Sehingga berdasarkan latar belakang di atas penulis akan melakukan penelitian dengan judul “PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK BIODEGRADABLE PATI PORANG DAN KITOSAN DENGAN PLASTICIZER GLISEROL”
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yang akan diselesaikan, yaitu sebagai berikut
1. Bagaimana formulasi komposisi pati, kitosan dan plasticizer gliserol sebagai material pembuatan plastik biodegradable yang mudah terdegradasi oleh tanah dan memiliki sifat yang lebih baik dari plastik konvensional?
2. Bagaimana sifat-sifat plastik biodegradable berbasis pati porang dan
3
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang telah ditentukan maka diperlukan batasan masalah dari sebuah penelitian. Adapun batasan masalah sebagai berikut:
1. Sampel Pati Porang (Amorphophallus, SP) berasal dari umbi Porang (Amorphophallus, SP) yang diperoleh dari kebun milik warga di desa Hutagodang Batangtoru Tapanuli Selatan.
2. Ukuran pati porang (Amorphophallus, SP) = 120 mesh.
3. Massa Pati porang (Amorphophallus, SP ) dan kitosan = 5 gram.
4. Kitosan yang digunakan adalah kitosan komersil dari Toko Kimia Monodon Group.
5. Katalis yang digunakan adalah Asam Asetat (CH3COOH) 1% = 50 ml 6. Plasticizer yang digunakan adalah gliserol 85% dari Toko Kimia
Rudang Jaya.
7. Metode pembuatan plastik biodegradable adalah melt intercalation.
8. Variabel penelitian adalahkomposisi sampel sebagai berikut:
a. Volume Gliserol (% v/w)= 60%, 80%, 100% (dari jumlah pati dan kitosan)
b. Temperatur pemanasan larutan pati dengan kitosan dan gliserol = 80
oC.
c. Perbandingan pati : kitosan (% w/w) = 30%:70% ; 40%:60% ; 50% : 50% ; 60% : 4%; 70% : 30%
9. Pengujian sifat fisis meliputi uji plastik biodegradable berupa kuat tarik, kemampuan degradasi, persen elongasi serta pengujian mikrostruktur yaitu meliputi uji SEM dan FTIR.
1.4 Tujuan Penelitian
adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui bagaimana karakteristik pati porang sebagai bahan baku pembuatan Plastik Biodegradable
2. Mengetahui karakterisasi plastik biodegradable meliputi uji kuat tarik, uji persen pemanjangan, uji kemampuan degradasi, analisis mikrostruktur SEM dan FTIR.
3. Mengetahui kemampuan plastik biodegradable terdegradasi oleh tanah.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah unutk mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi mengenai plastik berbahan dasar pati yang memiliki sifat mudah terdegradasi tanah, ramah lingkungan, dan memiliki bahan baku yang dapat diperbaharui sehingga pada akhirnya mampu mendukung dunia industri dan kesehatan dengan memanfaatkan keanekaragaman tanaman khususnya umbi Porang di Indonesia.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 Plastik
Plastik merupakan bahan organik yang mempunyai kemampuan untuk dibentuk ke berbagai bentuk, apabila terpapar panas dan tekanan. Plastik dapat berbentuk batangan, lembaran, atau blok, bila dalam bentuk produk dapat berupa botol, pembungkus makanan, pipa, peralatan makan, dan lain- lain. Komposisi dan material plastik adalah polymer dan zat additive lainnya. Polymer tersusun dari monomer-monomer yang terikat oleh rantai ikatan kimia (Wastemanagement information, 2004).
Perkembangan plastik bermula dari ditemukannya plastik pertama yang berasal dari polymer alami, yakni selluloid pada tahun 1869 oleh investor Amerika John W, Hyatt dan dibentuk pada tahun 1872. Plastik pertama tersusun oleh nitrat selulosa, kamfer, dan alkohol. Plastik menjadi industri modern setelah adanya produksi Bakelite oleh American Chemist L.
H Baakeland pada tahun 1909. Bakelite tersusun dari polymer fenol dan formaldehid. Dalam perkembangannya, plastik digunakan dalam berbagai bentuk dan kegunaan, seperti peralatan makan, pembungkus makanan, lensa optik, struktur bangunan, furniture, fiberglass, dan lain-lain (Waste managementinformation, 2004).
Menurut Nasiri (2004) Secara umum plastik mempunyai sifat yaitu densitas yang rendah; isolasi terhadap listrik; mempunyai kekuatan mekanik yang bervariasi; ketahanan terhadap suhu terbatas; ketahanan terhadap bahan kimia bervariasi.
Saat ini, produksi berbagai jenis polimer sintetik berbahan dasar minyak bumi di seluruh dunia telah mencapai 140 juta ton/tahun. Jumlah tersebut meningkat hingga dua kali lipat jika dibandingkan dengan produksi polimer sintetik berbahan dasar minyak bumi pada dekade 1950. Hal ini dapat memperburuk global warming karena berkurangnya pohon sebagai paru-paru bumi yang dapat menyerap emisi gas rumah kaca. Selain bahan
dasarnya yang tidak terbarukan, plastik juga tidak hemat energi dalam proses pembuatannya (Lu et al. 2008).
Permasalahan lain yang ditimbulkan dari penggunaan plastik ialah pada saat produk-produk plastik tersebut sudah tidak dapat dipergunakan lagi dan dibuang ke lingkungan, akan sulit terurai secara alami oleh mikroorganisme dan dapat mencemari tanah dan air tanah (Rais, 2007).
Oleh karena itu, dibutuhkan inovasi yang dapat menggantikan plastik yang tidak terbarukan dengan plastik yang terurai atau plastik degradabel.
Salah satu inovasi plastik yang teruraikan ialah plastik biodegradable (bioplastik). Sebenarnya pembuatan bioplastik telah lama dilakukan terutama oleh negara negara maju. Bioplastik juga terbukti memiliki tingkat kekuatan yang sebanding dengan plastik sintetik (Matthysse et al. 2008).
2. 2 Plastik Biodegradable
Upaya untuk menyelamatkan lingkungan dari bahaya plastik, saat ini telah dikembangkan plastik biodegradable, yaitu plastik yang dapat diuraikan kembali oleh mikroorganisme secara alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan. Biasanya, plastik konvensional berbahan dasar petroleum, gas alam, atau batu bara. Sementara plastik biodegradable terbuat dari material yang dapat diperbaharui, yaitu dari senyawa-senyawa yang terdapat dalam tanaman misalnya pati, selulosa, kolagen, kasein, protein atau lipid yang terdapat dalam hewan (Ummah, 2013).
Plastik dengan bahan baku minyak bumi sulit terurai sehingga membutuhkan ratusan tahun untuk terdegradasi sempurna, sehingga dapat mengganggu ekosistem lingkungan. Kebutuhan bahan plastik biodegradable mengalami peningkatan, menurut Japan Biodegradable Plastik Society hingga tahun 2010 akan mencapai 1.200.000 ton atau 1/10 dari total produksi bahan plastik. Di masa akan datang plastik biodegradable akan berkembang menjadi industri besar (Pranamuda,2003).
Pamilia, dkk (2014), mengklasifikasi 3 kelompok polimer yang menjadi bahan dasar dalam pembuatan bioplastik, yaitu :
7
a) Campuran biopolimer dengan polimer sintetis : film jenis ini dibuat dari campuran granula pati (5-20%) dan polimer sintetis serta bahan tambah.
Plastik ini dapat dimakan oleh mikroba dalam tahan dan matriks plastik dapat hancur sampai partikelpartikel kecil.
b) Polimer mikrobiologi (poliester) : biopolimer ini dihasilkan secara bioteknologis atau fermentasi dengan mikroba genus Alcalogenes.
Berbagai jenis ini diantaranya polihidroksi butirat (PHB), polihidroksi valerat (PHV), asam polilaktat dan asam poliglikolat. Bahan ini dapat terdegradasi secara penuh oleh bakteri, jamur dan alga. Tetapi karena proses produksi bahan dasarnya yang rumit mengakibatkan harga kemasan bioplastik ini relatif mahal.
c) Polimer pertanian : biopolimer ini tidak dicampurkan dengan bahan sintetis dan diperoleh secara murni dari hasil pertanian. Polimer pertanian ini diantaranya selulosa (bagian dari dinding sel tanaman), kitin (pada kulit Crustaceae) dan pullulan (hasil fermentasi pati oleh Pullularia Pullulans). Polimer ini memiliki sifat termoplastik, yaitu mempunyai kemampuan untuk dibentuk atau dicetak menjadi film kemasan. Kelebihan dari polimer jenis ini adalah keteserdiaan sepanjang tahun (renewable) dan mudah hancur secara alami, namun memiliki kekurangan dalam hal penyerapan air yang tinggi.
Vilpoux dan Averous (2006) mengungkapkan bahwa potensi penggunaan pati sebagai bahan baku pembuatan plastik biodegradable berkisar 80-90%.
Selama ini pembuatan plastik biodegradable yang dikembangkan adalah berbasis pati, baik pati alami ataupun pati yang telah dimodofikasi. Dalam penelitian ini jenis pati yang digunakan merupakan pati yang dihasilkan dari tanaman Umbi Porang.
2. 3 Pati
Pati merupakan polisakarida yang ditemukan dalam sel tumbuhan dan beberapa mikroorganisme. Pati yang terdapat dalam sel tumbuhan berbentuk granula (butiran) dengan diameter beberapa mikron. Granula pati mengandung campuran dari dua polisakarida berbeda, yaitu amilosa dan
amilopektin (Sunarya, 2012). Pembentukan pati diawali dengan terbentuknya ikatan glukosida (2 glukosa) yaitu ikatan antara molekul glukosa melalui oksigen pada atom karbon pertama seperti pada Gambar 2.1. Amilosa dan amilopektin merupakan dua komponen utama penyusun pati (Gambar 2.1). Amilosa merupakan komponen dengan rantai lurus, mempunyai rangkaian panjang dari unit α-D-glukosa yang terikat bersama- sama melalui ikatan α- 1,4 glikosida sedangkan amilopektin tersusun melalui ikatan α-1,4 glikosida dan ikatan cabang α-1,6 glikosida sehingga mempunyai struktur rantai bercabang (Dureja, dkk., 2011).
Gambar 2.1 Struktur Amilosa (a) dan Amilopektin (b) (Sumber: Kristiani, 2015)
Adanya ikatan hidrogen inter dan antar molekul diantara gugus hidroksil pada molekul pati, sehingga menunjukkan pati bersifat hidrofilik dan mudah terdegradasi oleh mikroorganisme. Oleh karena itu pati merupakan bahan baku yang baik dimanfaatkan dalam pembuatan bioplastik.
Pati memiliki sifat sebagai granula yang tidak larut dalam air. Granula pati tersebut terdiri atas daerah amorf dan kristal. Amilosa dalam pati bergabung dengan lipid dari struktur kristal yang lemah dan memperkuat granula tersebut. Sementara amilopektin larut dalam air, amilosa dan granula pati sendiri tidak larut dalam air dingin. Hal ini menyebabkan relatif mudah untuk mengekstrak granula pati dari sumber tanaman.
9
Dalam penelitian ini, pati diperoleh melalui proses ekstraksi karbohidrat yaitu setelah dilakukan pengecilan ukuran melalui blending (penghacuran dalam bentuk tepung) kemudian ekstrak dengan memakai pelarut (biasanya air) untuk mengeluarkan kandungan patinya dengan cara sendimentasi atau pengendapan yang selanjutnya dikeringkan pada suhu dengan lama waktu tertentu untuk mendapatkan pati yang siap digunakan (Martunis, dkk, 2012).
2. 4 Porang
Porang adalah salah satu tanaman yang tergolong marga Amorphophallus dan termasuk ke dalam suku talas-talasan (Araceae). Marga Amorphophallus kira- kira sebanyak 90 spesies dan yang paling banyak dijumpai di daerah tropis adalah Amorphophallus campanulatus B1. Di Indonesia selain A. campanulatus masih ada jenis-jenis lain yang umum dijumpai yaitu A. oncophyllus, A.
variabilis, A. spectabilis, A. decussilvae, A. muelleri dan beberapa jenis lainnya.
Secara taksonomi, tanaman iles-iles mempunyai klasifikasi botani sebagai berikut:
Divisio : Anthophyta Phylum : Angiospermae Klas : Monocotyledoneae Famili : Araceae
Genus : Amorphophallus
Species : Amorphophallus oncopphyllus Prain Amorphophallus Blumei (Schott) engl.
(a) (b)
(c)
Gambar 2.2 (a) Pohon Porang ; (b) Umbi Porang ; (c) Isi Umbi Porang
Tanaman porang merupakan tumbuhan herba menahun, termasuk dalam kelompok familia Araceae. Batang tegak, lunak, batang halus berwarna hijau atau hitam belang-belang (totol-totol) putih. Batang semu sebenarnya adalah tangkai daun tunggal memecah menjadi tiga dan akan memecah lagi sekaligus menjadi tangkai daun dari anak daun. Pada setiap pertemuan batang semu atau tangkai daun akan tumbuh bulbil atau umbi tetas berwarna coklat kehitam-hitaman sebagai alat perkembangbiakan vegetatif tanaman porang (Pitojo, 2007).
Umbi porang memiliki kandungan gizi yang cukup tinggi yaitu kandungan pati sebesar 76,5 %, protein 9,20 %, dan kandungan serat 20 %, serta memiliki kandungan lemak sebesar 0, 20 %(Syaefulloh, 1990). Dalam 100 gram umbi porang mengandung 1 g protein, 0,1 g lemak, 15,7 g karbohidrat, 4,2 mg besi, 0,07 mg thiamine, 5 mg asam askorbat, 0,19 g kalsium oksalat, 3.58 g glukomanan, dan 18,44 g pati (Antarlina, 1997).
2. 5 Kitosan
Kitosan adalah padatan amorf putih yang tidak larut dalam alkali dan asam mineral kecuali pada keadaan tertentu. Kelarutan kitosan yang paling baik ialah dalam larutan asam asetat 1%, asam format 10 % dan adam sitrat 10%.
Kitosan tidak dapat larut dalam asam piruvat, asam laktat dan asam-asam anorganik pada pH tertentu, walaupun setelah dipanaskan dan diaduk dengan waktu yang agak lama (Meriatna, 2008).
Kitosan merupakan sebuah poliaminosakarida yang biasanya dibentuk
11
sangat menarik karena sifat kima dan biologinya yang unik (Auzely, 2001).
Kitosan merupakan suatu senyawa poli (Namino- 2 deoksi β-D- glukopiranosa) atau glukosamin hasil deasetilasi kitin/poli (Nasetil- 2 amino-2-deoksi β-D glukopiranosa) yang diproduksi dalam jumlah besar di alam, yaitu terdapat pada limbah udang dan kepiting (Ramadhan, 2010).
Kitosan mempunyai potensi untuk dimanfaatkan pada berbagai jenis industri maupun aplikasi pada bidang kesehatan. Salah satu contoh aplikasi kitosan yaitu sebagai pengikat bahan-bahan untuk pembentukan alat-alat gelas, plastik dan karet (Swapna, dkk, 2011). Pemanfaatan kitosan sebagai bahan tambahan pada pembuatan bioplastik berfungsi untuk memperbaiki kekuatan lembar bioplastik yang dihasilkan. Semakin banyak kitosan yang digunakan, maka sifat mekanik dan ketahanan terhadap air dari produk bioplastik yang dihasilkan semakin baik (Sanjaya dan Puspita, 2011).
Berikut spesifikasi kitosan yang digunakan dalam penelelitian ini disajikan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Spesifikasi Kitosan Industrial Grade Parameter Spesifikasi Warna Kuning muda-putih bening Ukuran Partikel Serpihan-bubuk Derajat Deasetilasi ≥ 80-85 % Viskositas 20-500 Cps Kelembaban ≤ 10 % Kadar Abu ≤ 2 % Kadar Protein ≤ 1 % Ph (1 %) 7-8 Logam Berat < 10 ppm
2. 6 Plasticizer Gliserol
Istilah gliserol berasal dari bahasa yunani glykys yang berarti “manis”.
Gliserol pertama kali ditemukan pada tahun 1779 oleh Scheele. Gliserol diperoleh dengan cara memanaskan campuran timbal monoksida dan minyak zaitun kemudian melakukan ekstraksi dengan air. Gliserol terdapat dalam bentuk gliserida pada semua lemak dan minyak yang berasal dari hewan dan tumbuhan. Gliserol muncul sebagai produk samping ketika minyak tersebut mengalami saponifikasi pada proses produksi sabun, ketika minyak atau lemak terpisah dalam produksi asam lemak, maupun ketika minyak atau lemak mengalami esterifikasi dengan metanol (alkohol lain) dalam produksi metil (alkil) ester (Gambar 2.3) (Pagliaro, 2010).
Gambar 2.3Reaksi pembentukan gliserol
Gliserol banyak digunakan sebagai plasticizer karena tanpa penggunaan gliserol, lembar plastik yang dihasilkan keras dan kaku. Gliserol tidak dapat larut dalam minyak tetapi larut sempurna dalam air dan alkohol. Pemlastis (plasticizer) adalah bahan tambahan yang ditambahkan pada polimer alami sebagai bahan pemlastis, karena campuran polimer alami murni akan menghasilkan sifat yang getas dan rapuh sehingga akan menambah fleksibilitas dan menghindarkan polimer dari retakan (Pradipta dan Mawarani, 2012). Beberapa penelitian terdahulu telah dilakukan untuk menghasilkan plastik biodegradable. Plastik biodegradable yang dihasilkan ini kurang tahan terhadap air (kurang hidrofobik/bersifat hidrofilik) dan sifat mekaniknya masih rendah (kekuatan tarik dan modulus Young). Salah satu cara untuk mengurangi sifat hidrofilik adalah dengan mencampur pati dengan biopolimer lain yang bersifat hidrofobik, seperti selulosa, kitosan,
13
2. 7 Metode Pembuatan Bioplastik Berbahan Baku Pati
Indonesia kaya akan sumberdaya alam, diantaranya pati-patian yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan plastik biodegradabel. Pengkajian pemanfaatan sumberdaya pati Indonesia untuk produksi plastik biodegradabel dapat dilakukan melalui 3 cara, yaitu :
1. Pencampuran (blending) antara polimer plastik dengan pati dimana pati yang digunakan dapat berupa pati mentah berbentuk granular maupun pati yang sudah tergelatinisasi, dan Plastik yang digunakan adalah PCL, PBS, atau PLA maupun plastik konvensional (polietilen). Pencampuran dilakukan dengan menggunakan extruder atau dalam mixer berkecepatan tinggi (high speed mixer) yang dilengkapi pemanas untuk melelehkan polimer plastik.
2. Modifikasi kimiawi pati.Untuk menambahkan sifat plastisitas pada pati, metode grafting sering digunakan. Sifat biodegradabilitas dari produk plastik yang dihasilkan tergantung daripada jenis polimer yang dicangkokkan pada pati. Jika polimer yang dicangkokkan adalah polimer yang bersifat biodegradabel, maka produk yang dihasilkan juga akan bersifat biodegradabel.
3. Penggunaan pati sebagai bahan baku fermentasi menghasilkan monomer/polimer plastik biodegradable (Erfan, 2012). Penggunaan pati sebagai bahan baku pembuatan bioplastik yang ditambahkan pengisi kitosan dan pemlastis sorbitol/gliserol menurut metode Weiping Ban (2006) adalah sebagai berikut: Larutan pati dipanaskan di water bath sambil diaduk dengan stirrer. Kemudian ditambahkan larutan kitosan dan diaduk selama 25 menit. Ditambahkan larutan pemlastis dan diaduk hingga homogen. Setelah homogen larutan didinginkan dan dituang ke cetakan. Selanjutnya dikeringkan dengan oven pada suhu 60oC selama 24 jam. Setelah dikeringkan di dalam oven diangkat dan dimasukkan ke dalam desikator (dikondisikan selama 72 jam). Plastik yang dihasilkan kemudian dikeluarkan dari cetakan. Kondisi optimum yang dihasilkan dari penelitian ini adalah pati : kitosan = 7 : 3, dengan konsentrasi pemlastis 20% dimasak pada suhu pemanasan 95 oC yang menghasilkan
kekuatan tarik maksimum 6,9711 MPa, elongation 16,48%, modulus young 42,48 MPa, dan ketahanan air 36,825% (Darni, 2010).
2. 8 Pengujian Komponen Penyusun Pati
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kandungan pati yang terdapat dalam serbuk pati, serta kadar air, kadar lemak dan protein.
1. Uji Kadar Pati
Berdasarkan standar mutu pati menurut standar industri Indonesia, kadar pati yang diizinkan adalah minimum 75 % (Rahmawati, 2012). Kadar pati yang terkandung dalam umbi-umbian dipengaruhi oleh umur panen optimumnya, dimana semakin cepat atau semakin lama tanaman dipanen dari umur panen optimum semakin rendah kadar pati umbinya.
Kemudian secara umum kadar pati juga dipengaruhi oleh tingkat kemurnian pati saat proses ekstraksi dari sumbernya, karena semakin banyak campuran seperti serat, pasir/kotoran yang terikut, semakin rendah kadar patinya per satuan berat (Ginting , 2005).
2. Uji Kadar Air
Air merupakan komponen penting dalam bahan pangan yang dapat mempengaruhi kualitas produk. Penurunan jumlah air dapat mengurangi laju kerusakan bahan pangan akibat proses mikrobiologis, kimiawi, dan enzimatis. Rendahnya kadar air suatu bahan pangan memiliki umur simpan yang lebih lama. Makin tinggi kadar air suatu bahan maka makin besar pula kemungkinan bahan tersebut rusak atau tidak tahan lama.
Proses pengeringan sangat berpengaruh terhadap kadar air yang dihasilkan. Pengeringan pada pati mempunyai tujuan untuk mengurangi kadar air sehingga pertumbuhan mikroba dan aktivitas enzim penyebab kerusakan pada pati dapat dihambat. Batas kadar air minimum dimana mikroba masih dapat tumbuh adalah 14-15% (Ferdiaz, 1989).
15
3. Uji Kadar Protein
Pada protein, gugus karbonil asam amino terikat pada gugus amino asam amino lain dengan ikatan peptida / ikatan amida secara kovalen membentuk rantai polipeptida. Kadar protein juga menunjukkan analisis kadar nitrogen yang terdapat pada pati (Chandra, 2013). Kadar protein dari pati yang cukup tinggi dapat menyebabkan viskositas pati menurun (Richana, 2004). Ini yang menyebabkan viskositas dari berbagai varietas pati berbeda-beda.
4. Uji Kadar Lemak
Komponen sampingan dari granula pati adalah protein dan lipid. Dari perspektif fungsi pati, pembentukan lemak-pati kompleks terjadi karena rantai asam lemak jenuh yang menempati inti dari heliks amilosa secara signifikan. Lipid internal yang berada di dalam granula pati dalam rongga helix amilosa atau diruang antara amilosa dan amilopektin dianggap satu-satunya yang benar lipid pati. Lipid yang tersisa berasal dari endosperm. Lemak dalam bahan berpati terdapat sebagai kompleks dengan bagian nonpolar (di dalam rantai polimer) molekul amilosa (Thomas, 1997). Kandungan lemak minimum dalam pati yang dapat ditoleransi adalah 0,03% (Pius, 2006).
2. 9 Karakterisasi Plastik Biodegradable
Berbagai Pengujian Karakteristik Plastik Biodegradable Pati Porang adalah:
1. Uji Ketebalan
Ketebalan adalah tebalnya plastik biodegradable yang dihasilkan setelah pengeringan. Ketebalan juga merupakan parameter penting yang berpengaruh terhadap penggunaan film dalam pembentukan produk yang akan dikemasnya. Ketebalan dapat mempengaruhi laju transmisi uap, gas dan senyawa volatil serta fisik fisik lainnya seperti kekuatan tarik dan pemanjangan pada saat putus film yang dihasilkan. Faktor yang
dapat mempengaruhi ketebalan film adalah konsentrasi padatan terlarut pada larutan pembentuk film dan ukuran pelat pencetak. Semakin tinggi konsentrasi padatan terlarut, maka ketebalan film akan meningkat (McHugh and Krochtha, 1994).
2. Uji Kekuatan Tarik (Tensile strength)
Penentuan daya regang (tensile strength) atau sering dikenal juga sebagai kekuatan tarik merupakan gaya maksimum yang terjadi pada film selama pengukuran berlangsung. Hasil pengukuran ini berhubungan erat dengan jumlah plasticizer yang ditambahkan pada proses pembuatan film. Plasticizer dapat mengurangi ikatan hidrogen internal molekul dan menyebabkan melemahnya gaya tarik intermolekul rantai polimer yang berdekatan sehingga mengurangi daya regang putus.
Penambahan plasticizer lebih dari jumlah tertentu akan menghasilkan film dengan kekuatan tarik yang lebih rendah (Lai, 1997). Kekuatan tarik dan elongasi dari biodegradable plastik yang dihasilkan dipengaruhi oleh kadar pati, kadar serat, pemlastis serta bahan kompatibilitas yang dihasilkan. Pengujian ini sangat sederhana dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM D 638 nilaikuat Tarik untuk PLA mencapai 2050 MPa dan PCL mencapai 190 MPa , di Jepang dengan JIS 2241nilaikuattarikbioplastik 0,392 MPa dan di Indonesia dengan SNI nilaistandarplastikmemilikirentang 24,7 – 302 MPa. Pada uji kekuatan tarik ini, dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang (Darni, 2010).
Kekuatan tarik dapat diukur berdasarkan beban maksimum (Fmaks) yang digunakan untuk mematahkan material dibagi dengan luas penampang awal (A0) yang ditunjukkan pada persamaan berikut :
σ = Fmaks
𝐴0 (2.1) Dimana:
17
Fmaks = beban maksimum (kgf) A0 = luas penampang awal (cm2)
Standar yang digunakan adalah ASTM D638-02a, 2002 (Eldo, 2012)
3. Persen Pemanjangan (Elongation)
Persen Pemanjangan (elongation at break) atau proses pemanjangan merupakan perubahan panjang maksimum pada saat terjadi peregangan hingga sampel film terputus. Pada umumnya adanya penambahan plasticizer dalam jumlah lebih besar akan menghasilkan nilai persen pemanjangan suatu film semakin lebih besar. Menurut Liu dan Han (2005), tanpa penambahan plasticizer, amilosa dan amilopektin akan membentuk suatu film dan struktur dengan satu daerah kaya amilosa dan amilopektin (Liu, 2005). Interaksi-interaksi antara molekul-molekul amilosa dan amilopektin mendukung formasi film, menjadikan film pati jadi rapuh dan kaku(Zhang, 2006).
Elastisitas suatu material (elongasi) dapat dicari dengan perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang semula seperti pada persamaan berikut :
𝜀 = ∆𝑙
𝑙0 x 100% (2.2) Dimana:
𝜀 = elastisitas/regangan (%)
𝑙0 = panjang mula-mula material yang diukur(cm)
∆𝑙 = pertambahan panjang(cm)
Standar yang digunakan adalah ASTM D638-02a, 2002( Eldo, 2012).
4. Uji Kemampuan Terdegradasi
Uji ketahanan terhadap mikroba ditunjukkan dengan tingkat kerusakan plastik biodegradable. Kerusakan bioplastik dapat diketahui dari pengurangan massa plastik biodegradable saat dikubur dalam tanah.
Sebelum dikubur, sampel ditimbang sebagai massa awal (m0).
Kemudian dikubur dalam tanah dengan waktu selama 15 hari. Sampel
plastikbiodegradable yang sudah dikubur tersebut lalu diambil, dikeringkan dan ditimbang. Massa plastik biodegradableyang telah dikubur disebut sebagai m1(Hartatik, 2014). Nilai presentase pengurangan massa dari plastikbiodegradable yang telah dikubur diperoleh melalui persamaan (2.3).
% m = 𝑚−𝑚𝑜
𝑚0 × 100% (2.3)
Dimana :
m = presentase pengurangan massa (%)
m0 = massa awal plastik biodegradable (miligram).
m = massa plastik biodegradable yang telah dikubur (miligram) Standar yang digunakan adalah ASTM D- 5488-84d, 1994.
5. Karakteristik SEM (Scanning Electron Microscopy)
SEM merupakan alat yang dapat digunakan untuk mempelajari atau mengamati rincian bentuk maupun struktur mikro permukaan suatu objek yang tidak dapat dilihat dengan mata atau dengan mikroskop optik. SEM digunakan untuk mengamati struktur micron, topografi, morfologi, fraktografi sampel padatan dari bahan logam, polimer atau keramik (Darni, 2010) Hasil analisis SEM juga memperlihatkan penyebaran partikel pengisi pada matriks sehingga dapat diketahui distribusi partikel pada matriks tersebar dengan merata atau tidak ( Eldo, 2012).
6. Karakteristik FT-IR(Fourier Transform InfraRed)
FT-IR merupakan metode yang menggunakan spektroskopi inframerah.
Pada spektroskopi inframerah, radiasi inframerah dilewatkan pada sampel. Sebagian radiasi inframerah diserap oleh sampel dan sebagian lagi dilewatkan/ditransmisikan. Hasil dari spectrum merupakan besarnya absorpsi molekul dan transmisi yang membentuk sidik jari molekul dari
19
spectrum inframerah yang dihasilkan tidak ada yang sama. Inilah yang membuat spektroskopi inframerah berguna untuk beberapa jenis analisis. Manfaat informasi/data yang dapat diketahui dari FT-IR untuk dianalisis adalah identifikasi material yang tidak diketahui, menentukan kualitas sampel dan menentukan banyaknya komponen dalam suatu campuran (Thermo, 2001).
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Kimia Polimer, Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Biologi Universitas Negeri Medan, dan karakterisasi kemampuan degradasi plastik biodegradble dengan metode soil burial test di Binjai, Sumatera Utara.
Penelitian ini dilakukan selama 3 Bulan.
3.2 Peralatan dan Bahan 3.2.1. Alat dan Fungsi
1. Ayakan 120 mesh
Berfungsi untuk memisahkan butiran sesuai ukuran yang diperlukan.
2. Spatula
Berfungsi untuk mengaduk bahan agar tercampur sempurna.
3. Pipet skala
Berfungsi untuk memindahkan larutan atau cairan.
4. Gelas ukur
Berfungsi sebagai tempat pencampuran bahan-bahan yang akan dijadikan sampel.
5. Cetakan 20 x 20 cm
Berfungsi sebagai cetakan sampel.
6. Blender
Berfungsi untuk menghaluskan Umbi Porang.
7. Jangka Sorong Digital
Berfungsi untuk mengukur ketebalan sampel.
8. Hot Plate dan Magnetic Stirrer
Berfungsi untuk menghomogenkan larutan dengan penambahan
21
9. Neraca analitik
Berfungsi sebagai alat untuk menimbang massa sampel.
10. Oven
Berfungsi untuk mengeringkan sampel basah.
11. Mesin uji kuat tarik
Berfungsi sebagai alat uji sifat mekanik sampel.
12. SEM
Berfungsi unutk menganalisis mikrostruktur sampel.
13. FTIR
Berfungsi untuk mendeteksi gugus fungsi atau senyawa sampel.
3.2.2. Bahan
1. Pati Porang 2. Kitosan 3. Gliserol
4. Asam Asetat CH3COOH 1%
5. H2O
3.3 Teknik Pengumpulan Data
Variabel penelitian pada pembuatan dan karakterisasi plastik biodegradable pati porang dan kitosan dengan plasticizer gliserol antara lain komposisi bahan baku dan karakterisasi dengan sistem Rancangan Acak Lengkap (RAL) non Faktorial.
Tabel 3.1 Persentase Komposisi Plastik Biodegradable Dengan Gliserol 60%
Kode Sampel Bioplastik
Pati (% w/w) Kitosan (% w/w)
PBA1 30 70
PBA2 40 60
PBA3 50 50
PBA4 60 40
PBA5 70 30
Tabel 3.2Persentase Komposisi Plastik Biodegradable Dengan Gliserol 80%
Kode Sampel Bioplastik
Pati (% w/w) Kitosan (% w/w)
PBB1 30 70
PBB2 40 60
PBB3 50 50
PBB4 60 40
PBB5 70 30
Tabel 3.3Persentase Komposisi Plastik Biodegradable Dengan Gliserol 100%
Kode Sampel Bioplastik
Pati (% w/w) Kitosan (% w/w)
PBC1 30 70
PBC2 40 60
PBC3 50 50
PBC4 60 40
PBC5 70 30
Dengan dengan suhu pemanasan 80oC. Sedangkan untuk karakterisasi material Bioplastik meliputi: Kekuatan Tarik (Tensile strength) , Pemanjangan pada saat Putus (Elongation at break) , Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infra Red (FTIR) dan uji kemampuan degradasi.
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1. Preparasi Pati dari Umbi Porang
Tanaman porang diperoleh dari Desa Hutagodang Batangtoru Tapanuli Selatan Provinsi Sumatera Utara. Porang memilki batang yang tegak, lunak, dengan permukaan kulit batang yang halus berwarna hijau dan memiliki corak totol-totol putih pada batang.
Umbi porang memiliki batang semu yang merupakan tangkai tunggal
23
tangkai daun dan anak daun dengan bentuk daun menyirip. Umbi porang berbentuk bulat dan relatif lebar dengan warna kulit kecoklatan. Umbi porang memilki daging berwarna putih kekuningan dan memiliki getah berupa kristal-kristal dengan tekstur daging buah yang hampir sama seperti bengkuang. Umbi porang yang diperoleh kemudian dicuci bersih dan dikupas dari kulitnya lalu di potong hingga berbentuk chips. Setelah chips porang dipotong , kemudian chips porang ditambahkan dengan air dan dihaluskan menggunakan blender . Porang yang telah halus kemudian disaring dengan kain kasa dan diendapkan selama 24 jam kemudian endapan berupa pati dikeringkan kedalam oven selama 24 jam dengan suhu 60oC. Setelah pati mengering kemudian pati dihaluskan dengan blender kemudian diayak dengan ayakan 120 mesh dan dianalisa untuk melihat kandungan pati , kadar air, kadar protein dan lemak.
3.4.2. Preparasi Larutan
a. Persiapan Larutan CH3COOH 1%
Disiapkan beaker glass1000 ml. Lalu dilakukan pengenceran dengan menambahkan asam asetat sebanyak 10 ml dan aquadest sampai 1000 ml. Diaduk pada suhu 25°C (suhu ruangan) hingga homogen.
b. Pembuatan Larutan Kitosan
- Disiapkan beaker gelas 250 ml. Lalu diisi dengan larutan CH3COOH 1 % M.
- Untuk massa kitosan 3,5 gram kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 140 ml.
- Untuk massa kitosan 3 gram kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 120ml.
- Untuk massa kitosan 2,5 gram kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 100 ml.
- Untuk massa kitosan 2 gram kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 80 ml.
- Untuk massa kitosan 1,5 gram kitosan dilarutkan dengan asam asetat sebanyak 60 ml.
- Diaduk pada suhu 25°C (suhu ruangan) hingga semua padatan terlarut sempurna (Darni, 2010).
c. Pembuatan Larutan Pati
- Disiapkan beaker gelas 500 ml. Lalu pati dimasukkan kedalam beaker glass untuk dilarutkan dengan aquadest dengan perbandingan massadengan volume antara pati : aquadest sebesar 1 : 20.
- Untuk massa pati1,5 gram dilarutkan dengan aquadest sebnayak 30 ml
- Untuk massa pati 2 gram dilarutkan dengan aquadest sebanyak 40 ml.
- Untuk massa pati 2,5 gram dilarutkan dengan aquadest sebanyak 50 ml.
- Untuk massa pati 3 gram dilarutkan dengan aquadest sebanyak 60 ml.
- Untuk massa pati 3,5 gram dilarutkan dengan aquadest sebanyak 70 ml.
- Diaduk pada suhu 25°C (suhu ruangan) hingga semua padatan terlarut sempurna(AOAC, 1990).
3.4.3. Pencetakan Plastik Biodegradable
- Sejumlah massa pati dan kitosan ditimbang dengan variasi perbandingan 30%:70%, 40%:60%, 50% : 50%, 60% : 40% dan 70% : 30% dari total massa pati - kitosan yaitu 5 gram.
- Larutan pati dibuat dengan perbandingan pati : aquades adalah 1 : 20 pada beaker glass 500 mL.
25
- Larutan kitosan dibuat dengan melarutkan kitosan yang telah ditimbang ke dalam larutan asam asetat 0,1 M 40 ml.
- Larutan gliserol dibuat dengan variasi konsentrasi 60% , 80% dan 100% terhadap berat kering bahan kitosan ditambah pati.
- Beaker glass 500 ml yang berisi larutan pati dipanaskan di atas magnetic stirrer dan diatur temperatur yang akan digunakan (T = 80 - 85 oC) dengan kecepatan 400 rpm selama 25 menit.
- Larutan kitosan perlahan-lahan ditambahkan sebanyak 0,5 ml kedalam campuran.
- Setelah 25 menit ditambahkan gliserol dengan variasi konsentrasi 60% , 80% dan 100% pada larutan pati-kitosan, lalu diaduk selama 15 menit.
- Setelah 15 menit, magnetic stirrer dimatikan.
- Beaker glass berisi larutan kemudian didinginkan sebelum dicetak.
- Larutan dituangkan ke dalam cetakan, kemudian dikeringkan dalam oven pada T = 60 oC selama 24 jam.
- Setelah dikeringkan, diangkat dan dimasukkan ke dalam desikator selama 24 jam.
- Kemudian plastik dilepas dari cetakannya. Plastik siap untuk dianalisa(Dian, 2013). Lembar bioplastik selanjutnya diuji karakteristiknya yang meliputi, uji ketebalan, kuat tarik, persen pemanjangan (elongasi), analisis mirkostruktur menggunakan alat SEM, dan analisis gugus fungsi menggunakan alat FTIR.
3.5 Diagram Alir Penelitian
3.5.1. Diagram Alir Preparasi Pati Porang.
27
3.5.3 Diagram Alir Preparasi Larutan.
a. Persiapan Larutan Asam Asetat (CH3COOH) 1%
Asam Asetat CH3COOH
Disiapkan beaker glass 1000 mL lalu diisi dengan aquadest 990 mL Ditambahkan 10mL CH3COOH
glasial 100%
Larutan Asam Asetat (CH3COOH) 1%
Diaduk pada suhu 25oC hingga homogen
b. Larutan Pati
Pati
Larutan Pati
Disiapkan beaker gelas 500 ml
Ditambahkan pati porang kedalam beaker glass kemudian dilarutkan dengan Aquadest, dengan perbandingan 1:20 (w/v)
Diaduk pada suhu 25°C hingga semua padatan terlarut sempurna
c. Larutan Kitosan Kitosan
Larutan Kitosan
Mulai Disiapkan beaker gelas 1000 ml lalu diisi dengan CH3COOH 1%
Ditambahkan padatan kitosan dengan perbandingan 1 : 40 (w/v)
Diaduk pada suhu 25oC hingga homogen
29
3.5.2. Diagram Alir fabrikasi Plastik Biodegradable.
Larutan Pati (30%, 40 %, 50%, 60%,
70%)
Larutan Kitosan
(70%, 60%,50%, 40%, 30%)
Gliserol
(60%, 80%, 100%)
Penimbangan Pecampuran
Dihomogenkan dengaan magnetic stirrer diatas hotplate pada temperatur 80oC dengan putaran 400 rpm selama 25 menit
Dituang kedalam cetakan kaca berukuran 20x20cm
Dikeringkan pada suhu 60oC Selama ± 24 jam
Diangkat dan dimasukkan kedalam desikator selama ± 24 jam
Bioplastik
Karakterisasi 1. Pengukuran Ketebalan 2. Kekuatan Tarik 3. Uji Elongation 4. SEM
5. FTIR
6. Kemampuan Terdegradasi Tanah
Analisa Hasil Uji
Kesimpulan Hasil Akhir
Selesai
3.6 Teknik Pengujian
- Variabel bebas : Variasi komposisi gliserol (60%, 80% dan 100%), pati porang (30%, 40%, 50%, 60%, 70%) dan kitosan (70%, 60%, 50%, 40%
dan 30%).
- Variabel terikat : ketebalan, kuat tarik, persen pemanjangan, waktu terdegradasi, SEM, dan FTIR.
- Variabel Kontrol : alat (ukuran cetakan, ketelitian alat, bentuk cetakan), bahan (konsentrasi pelarut dan kemurnian), suhu (pengeringan dan proses pembuatan film plastik biodegradable), waktu, volume larutan plastik biodegradable dan metode pembuatan plastik biodegradable.
3.7 Analisis Data
Analisis data dilakukan dengan Analisis Variansi (ANAVA) untuk melihat pengaruh perlakuan yang diberikan oleh variabel terhadap plastik biodegradable dari pati porang dan kitosan dengan plasticizer gliserol sebagai aplikasi dari bioplastik yang ramah lingkungan dan bersumber dari bahan yang dapat diperbaharui. Sedangkan untuk pengujian efektivitas dan efisiensi diolah, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan terhadap sampel Plastik Biodegradable Berbahan Pati Porang, Kitosan dengan Plasticizer Gliserol maka diperoleh data dan hasil analisis.
4.1 Hasil Karakteristik Pati Porang 4.1.1 Kandungan Pati Porang
Dari hasil penelitian ini diperoleh dalam 100 g porang menghasilkan pati sebanyak 7,8 g atau 7,8%. Jika dibandingkan dengan penelitian Antarlina, 1997 kandungan pati porang diperoleh sebanyak 18,44 g atau 18,44% dalam 100 g porang, maka jumlah pati yang diperoleh dalam penelitian ini masih lebih rendah.
Gambar 4.1 Pati Porang
Kandungan pati yang terkandung dalam umbi-umbian dipengaruhi oleh umur panen optimumnya, dimana semakin cepat atau semakin lama tanaman dipanen dari umur panen optimum semakin rendah kadar pati umbinya.
Kemudian secara umum kadar pati juga dipengaruhi oleh tingkat kemurnian pati saat proses ekstraksi dari sumbernya, karena semakin banyak campuran seperti serat, pasir/kotoran yang terikut, semakin rendah kadar patinya per satuan berat (Ginting , 2005).
4.1.2 Kadar Air Pati Porang
Tujuan dari analisa kadar air adalah untuk mengetahui persentase kandungan air yang terdapat per satuan massa serbuk pati yang diperoleh dari hasil ekstraksi porang. Kadar air merupakan pemegang peranan penting dalam proses pembusukan dan ketengikan. Kadar air perlu diukur untuk menentukan umur simpan suatu bahan pangan (Ahmad, 2014). Pengujian kadar air menggunakan sampel pati porang sebanyak 2 gram dan hasil analisa kadar air pati porang diperoleh sebesar 3%. Berdasarkan standar mutu pati menurut Standar Industri Indonesia, kadar air yang diizinkan adalah maksimal 14%
(Setiadi, 2013). Jika dibandingkan dengan kadar air pati menurut Standar Industri Indonesia, kadar air pati porang telah memenuhi standar.
4.1.3 Kadar Lemak Pati Porang
Tujuan analisis kadar lemak adalah untuk mengetahui jumlah kandungan lemak yang terdapat per satuan massa serbuk pati yang diperoleh dari hasil ekstraksi porang. Karakterisasi kadar lemak menggunakan 2 g sampel pati porang dan hasil analisa pati porang diperoleh kadar lemak sebesar 0,7%. Jika dibandingkan dengan penelitian Antarlina, 1997 kadar lemak yang diperoleh dari 2 g sampel porang sebesar 0,2% hal ini menunjukkan kadar lemak pada penelitian ini masih lebih tinggi.Kandungan lemak minimum dalam pati yang dapat ditoleransi adalah 0,03% (Pius, 2006).
4.1.4 Kadar Protein Pati Porang
Tujuan analisis kadar protein untuk menunjukkan analisis kadar nitrogen yang terdapat pada pati. Protein merupakan heteropolimer yang mengandung lebih dari 20 asam amino yang bisa membentuk berbagai macam ikatan intermolekul dan mengalami interaksi yang berbeda-beda . Adapun kadar protein yang diperoleh dari 2 g sampel pati porang adalah sebesar 14,44% . Jika dibandingkan dengan dengan penelitian Antarlina, 1997 dari 2 g pati porang diperoleh kadar protein sebesar 2% , hal ini menunjukkan kandungan protein pada pati porang pada penelitian ini jauh lebih tinggi.
33
4.2 Karakteristik Sifat Mekanik
4.2.1 Hasil Pengukuran Ketebalan
Ketebalan diukur menggunakan ASTM D-1005 yang dilakukan pada lima tempat berbeda dan hasilnya didapatkan dari rata-rata kelima pengukuran tersebut. Ketebalan plastik biodegradable pada penelitian ini diukur dengan jangka sorong digital dengan ketelitian 0,01mm. Dari pengukuran ketebalanplastik biodegradable diperoleh data seperti tabel 4.1
Tabel 4.1 Pengukuran Ketebalan Plastik Biodegradable Pati Porang
Pada tabel 4.1 dapat dilihat bahwa ketebalan plastik bioplastik terbesar yaitu 0,384 mm pada variasi pati porang kitosan 30 % :70% dengan penambahan
Gliserol (%)
Pati :kitosan (%)
K1 (mm)
K2 (mm)
K3 (mm)
K4 (mm)
K5
(mm) Krata-rata
60%
30 : 70 0,35 0,34 0,37 0,35 0,36 0,354 40 : 60 0,20 0,18 0,19 0,19 0,19 0,19 50 : 50 0,11 0,10 0,11 0,10 0,08 0,1 60 : 40 0,21 0,26 0,24 0,24 0,26 0,242 70 : 30 0,27 0,25 0,21 0,23 0,24 0,24
80%
30 : 70 0,28 0,25 0,27 0,26 0,24 0,26 40 : 60 0,17 0,17 0,17 0,16 0,19 0,172 50 : 50 0,21 0,20 0,25 0,21 0,25 0,224 60 : 40 0,20 0,19 0,19 0,18 0,20 0,192 70 : 30 0,22 0,24 0,22 0,21 0,23 0,22
100%
30 : 70 0,38 0,38 0,39 0,37 0,40 0,384 40 : 60 0,18 0,20 0,20 0,18 0,16 0,184 50 : 50 0,27 0,29 0,31 0,33 0,29 0,298 60 : 40 0,19 0,21 0,21 0,20 0,24 0,21 70 : 30 0,26 0,28 0,28 0,31 0,27 0,28
plasticizer gliserol 100% dan ketebalan terkecil yaitu 0,1 mm pada variasi pati porang kitosan 50 % :50 % dengan penambahan plasticizer gliserol 60%.
Gambar 4.2 Grafik Uji Ketebalan Plastik Biodegradable
Pada gambar 4.2Hasil analisis keragaman menunjukan bahwa, pada penambahan gliserol 60 % dalam pembuatan plastik biodegradable berpengaruh nyata pada terhadap tingkat ketebalan yang dihasilkan, kecuali pada komposisi perbandingan 30 % pati : 70% kitosan dan 70% pati : 30 % kitosan. Hasil uji paling mencolok yaitu pada penambahan gliserol 60 % dengan perbandingan komposisi 50% pati : 50 % kitosan menunjukan bahwa nilai ketebalan yang dihasilkan sangat rendah. Rendahnya ketebalan plastik biodegradable ini diduga dipengaruhi oleh konsentrasi volume gliserol yang ditambahkan dalampembuatan plastik biodegradable. Hal ini dikarenakan plasticizer gliserol dan kitosan yang bergabung dengan larutan pati porang mempengaruhi volume larutan, semakin tinggi konsentrasi platicizer dan kitosan maka adanya peningkatan jumlah total padatan terlarut yang terkandung dalam larutan film tersebut. Ketebalan plastik juga dipengaruhi oleh banyaknya total padatan dalam larutan dan ketebalan cetakan. Dengan cetakan yang sama, plastik yang terbentuk akan lebih tebal dengan jumlah yang lebih banyak.
4.2.2 Hasil Pengujian Kuat Tarik
Pengujian kuat tarik dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui batas kekuatan tarik sampel dari benda uji terhadap suatu tarikan dan sejauh mana
0.354
0.19
0.1
0.242 0.24
0.26
0.172
0.224
0.192 0.22
0.384
0.184
0.298
0.21
0.28
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
30% :70% 40% : 60% 50% : 50% 60% : 40% 70% : 30%
Dengan Penambahan Gliserol 60 % Dengan Penambahan Gliserol 80 % Dengan Penambahan Gliserol 100 %
Perbandingan Pati : Kitosan
Nilai Ketebalan (mm)
35
cara memotongplastik biodegradable ukuran 3cm x 5cm, plastik biodegradable dijepit pada alat UTM RTF 1350 dan diberi beban di bagian bawah. Adapaun hasil pengujian kuat tarik terdapat pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Pengujian Kuat Tarik Plastik Biodegradable Pati Porang Gliserol
(%)
Pati :Kitosan (%) Fmax (N) A (mm2) σ (Mpa)
30 : 70 6,3850 10,5 0,608099035
40 : 60 1,5280 5,7 0,2680812
50 : 50 0,8908 3 0,296936999
60% 60 : 40 3,6502 7,2 0,506985806
70 : 30 1,4752 7,2 0,204901933
30 : 70 1,5517 7,8 0,19894412
40 : 60 106,5401 5,1 20,89022573
80% 50 : 50 2,8760 6,6 0,435765977
60 : 40 1,4302 5,7 0,250925677
70 : 30 0,9759 6,6 0,147867723
30 : 70 49,6218 11,4 4,352795554
40 : 60 48, 3242 5,4 8,948937146
100% 50 : 50 3,6078 9 0,400868261
60 : 40 2,3306 6 0,388437916
70 : 30 7,7547 8,4 0,923189992
Pada tabel 4.2 dapat dilihat bahwa kuat tarik terbesar plastik biodegradable yaitu 20,890 MPa pada variasi pati porang kitosan 40 % : 60% dengan penambahan plasticizer gliserol 80% dan kuat tarik terkecil yaitu 0,1478 MPa pada variasi pati porang kitosan 70 % : 30 % dengan penambahan plasticizer gliserol 80%.
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Kuat Tarik
Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh penambahan kitosan dan plasticizer gliserol terhadap kekuatan tarik Plastik Biodegradable pati porang yang dilakukan dalam penelitian ini.Penambahan gliserol mengakibatkan penurunan nilai kuat tarik bioplastik, hal ini dikarenakan adanya ruang kosong yang terjadi karena ikatan antar polisakarida yang diputus oleh gliserol dan menyebabkan ikatan antar molekul dalam bioplastik melemah (Intan, et al.; 2011). Selain itu Bourtoom (2008) juga menyatakan bahwa kenaikan pada penambahan konsentrasi gliserol sebagai plasticizer menyebabkan nilai kuat tarik semakin berkurang seiring dengan berkurangnya interaksi intermolekul. Penambahan plasticizer gliserol berfungsi untuk menaikkan elastisitas, namun pada bioplastik tanpa gliserol, elastisitas dan persen elongasinya sangat tinggi jika dibandingkan dengan bioplastik yang ditambah dengan gliserol. Ketidaksesuaian fungsi gliserol ini dipengaruhi oleh proses pengeringan bioplastik yang tidak merata dan homogenitas dari bahan baku bioplastik.
Standar nasional indonesia (SNI) dalam penetapan kuat tarik bioplastik yang baik yaitu sebesar 24,7-302 MPa. Pada penelitian ini didapat kuat tarik terbaik yaitu pada sampel dengan perbandingan pati:kitosan 40%:60% dan konsentrasi volume gliserol sebesar 80% dengan nilai kuat
0.6080.198 0.268 0.296 0.506 0.204
20.89
0.435 0.25 0.147
4.352
8.948
0.401 0.388 0.923
0 5 10 15 20 25
30% :70% 40% : 60% 50% : 50% 60% : 40% 70% : 30%
Dengan Penambahan Gliserol 60 % Dengan Penambahan Gliserol 80 % Dengan Penambahan Gliserol 100 %
Perbandingan Pati : Kitosan
Nilai Kuat Tarik (MPa)
