Deskripsi
Proses Pembuatan Aerogel dari Biokomposit Selulosa Bakteri/
Polisakarida Biji Aren (Arenga pinnata Merr.) Menggunakan Acetobacter Xylinum Secara Insitu
5
Bidang Teknik Invensi
Invensi ini berhubungan dengan pembuatan aerogel dari biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren (PEA) menggunakan acetobacter xylinum khususnya proses pembuatan aerogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren 10
(PEA) secara insitu.
Latar Belakang Invensi
Sintesis biokomposit sangat bermanfaat sekali dalam hal meningkatkan sifat fungsionalnya dibandingkan dengan 15
biomaterial asalnya. Biokomposit sangat potensial digunakan dalam biomedikal, antara lain sebagai tissue engineering dan drug delivery (sistem pembawa obat) (Zhijiang and Guang, 2011). Biomaterial yang sering digabung dengan material yang lain adalah selulosa bakteri. Selulosa bakteri merupakan 20
ekstraseluler polisakarida serat panjang yang ditunjukkan dalam bentuk biofilm yang diproduksi oleh Acetobacter xylinum. Senyawa penyusun bakterial selulosa adalah molekul glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β (1→4)-glikosidik tanpa cabang atau linier. Keunikan dari selulosa bakterial adalah 25
kapasitas untuk mengikat air tinggi, derajat kristalinitas tinggi dan sifat mekanik tinggi dibandingkan dengan polisakarida lainnya (Brown et al, 2007).
Pergeseran global menuju komposit yang dapat terbiodegradasi telah menjadikan polisakarida sebagai 30
alternatif hijau untuk polimer sintetik karena biokompatibilitasnya, keberlanjutan, dan biomaterial yang ramah lingkungan (Khalil, 2018). Selulosa bakteri telah
digunakan sebagai biomaterial untuk bidang medis, instrumen listrik dan bahan makanan. Namun, Selulosa bakteri sendiri memiliki kemampuan terbatas untuk memenuhi permintaan saat ini pada biomaterial berkinerja tinggi. Oleh karena itu, komposit selulosa bakteri telah diperkenalkan untuk 5
meningkatkan sifat selulosa bakteri melalui penambahan bahan penguat (Faezah et al, 2014). Demikian juga untuk memperbaiki sifat polisakarida lain khususnya polisakarida biji aren sehingga dapat digunakan sebagai tissue engeniering dan drug delivery maka perlu digabung dengan selulosa bacterial untuk 10
meningkatkan sifat mekaniknya.
Biokomposit selulosa bakterial/kolagen dengan telah dibuat metode imersi (Zhijiang and Guang, 2011), demikian juga penelitian kami sebelumnya Tarigan dan Perangin-angin, 2018, telah membuat aerogel biokomposit dari selulosa 15
bakteri/galaktomanan biji aren (Arenga pinnata Merr.)secara insitu, dimana galaktomanan diperoleh melalui proses ekstraksi dari endosperm biji aren. Polisakarida biji aren dengan selulosa bakteri belum pernah diteliti sebagai bahan dalam pembuatan biokomposit dengan menggunakan endosperm 20
biji aren langsung dari biji aren/kolang-kaling tanpa proses ekstraksi polisakaridanya terlebih dahulu. Biokomposit polisakarida ini diharapkan mampu menghasilkan biokomposit yang ramah lingkungan yang dapat digunakan diberbagai industri termasuk juga pada industri obat obatan sebagai 25
scaffold dan drug delivery.
Merujuk pada beberapa penelusuran artikel dan dokumen paten yang dilakukan diketahui bahwa bahan komposit dapat diperoleh dari selulosa bakteri dan kalsium dan posfat dengan cara imersi (Paten US 20140205676A1) demikian juga 30
komposit dari hidrogel polivinil alkohol dan selulosa bakteri dengan percampuran biasa (Paten US 20050037082A1). Namun demikian komposit dari selulosa bakteri dan polisakarida biji
aren belum pernah dibuat. Aaerogel dari agar dan gelatin dapat diperoleh dengan menggunakan pelarut etanol, dietil eter, benzena dan pengeringan dengan pengurangan tekanan dalam autoklaf (US Paten 2,093, 454 A). Aerogel selulosa bakteri dapat diperoleh dengan freeze dryer (CN 104017236A).
5
Namun dalam hal ini biokomposit diperoleh dari selulosa bakteri dan polisakarida biji aren secara insitu menggunakan acetobacter xylinum, dimana polisakarida biji aren yang digunakan langsung dari endosperm biji aren lunak, dengan demikian kuat tarik biokomposit makin meningkat.
10
Endosperm biji aren yang digunakan adalah yang bertekstur lunak karena endosperm biji aren lunak sedikit mengandung manan atau kaya akan kandungan galaktomanan (Paten S00201900846) sehingga diharapkan dapat membuat interaksi yang kuat dengan selulosa bakteri. Endosperm biji 15
aren setengah matang sering dikenal sebagai kolang-kaling yang sangat melimpah di Indonesia (Mogea et al., 1991) yang penggunaannya masih terbatas hanya sebagai koktail dan kolak (Orwa, 2009). Adapun kandungan senyawa polisakaridanya adalah galaktomanan yang terdiri dari rantai utamanya linier yakni 20
1,4-β-D manopiranosil dengan residu galaktosa > 5% yang polisakarida larut air dengan perbandingan galaktosa : manosa
= 1:1,33 sedangkan manan adalah polisakarida polisakarida yang rantai utamanya linier yakni 1,4-β-D manopiranosil dengan residu galaktosa < 5% yang merupakan polisakarida tak 25
larut air (Tarigan, 2014; Bento et al., 2013).
Invensi ini terkait proses pembuatan aerogel biokomposit selulosa bakteri /polisakarida biji aren menggunakan Acetobacter xylinum secara insitu.
30
Uraian Singkat Invensi
Tujuan Invensi ini adalah menyediakan proses pembuatan aerogel dari biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji
aren menggunakan acetobacter xylinum yang dilakukan secara insitu. Untuk mencapai tujuan invensi ini yakni menyediakan proses pembuatan aerogel dari biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren menggunakan acetobacter xylinum yang dilakukan secara insitu, maka dilakukan tahapan- 5
tahapan sebagai berikut:
a. membuat starter acetobacter xylinum dari ampas buah nanas b. memilih tekstur biji aren lunak dengan menggunakan alat
pnetrometer
b. membuat hidrogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida 10
biji aren pada variasi berat biji aren (15, 20, 25 gram) menggunakan acetobacter xylinum secara insitu.
c. membuat hidrogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren pada variasi acetobacter xylinum menggunakan acetobacter xylinum secara insitu.
15
d. membuat alkogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren dengan menggunakan variasi konsentrasi etanol 70%, 96% dan 100% dengan perendaman selama 48 jam
e. membuat aerogel dari alkogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren dalam suasana vakum.
20
Uraian Singkat Gambar
Perwujudan dari invensi ini dijelaskan secara rinci dengan menjabarkan pada gambar berikut ini yang menyertainya.
Gambar 1. Spektrum FT-IR polisakarida biji aren dan 25
Gambar 2. Spektrum FT-IR biokomposit selulosa bakteri / biokomposit polisakarida biji aren
Gambar 3. Morfologi Permukaan selulosa bakteri dan biokomposit selulosa bakteri / biokomposit polisakarida biji aren
30
Uraian Lengkap Invensi
Invensi ini adalah menyediakan proses pembuatan aerogel dari biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren menggunakan acetobacter xylinum yang dilakukan secara insitu.
Tahapan invensinya adalah:
5
a. Tahap pertama: Pembuatan Starter Acetobacter Xylinum, satu buah nanas yang sudah matang dikupas, dicuci, dirajang dan dihaluskan kemudian diambil ampasnya. Kemudian dibuat campuran ampas nanas : gula pasir:air = 6:3:1 diaduk hingga rata, disimpan dalam wadah tertutup rapat selama 1 minggu 10
yang ditandai dengan terbentuk lapisan putih pada bagian permukaannya yang menunjukkan sudah terbentuk starter acetobacter xylinum pada cairan.
b. Tahap kedua: penentuan endosperm biji aren lunak berdasarkan teksturnya dengan menggunakan alat pnetrometer 15
precition yang nilai tekstur endosperm biji aren lunak 0,2498 – 0,3121 g/mm2.
c. Tahap ketiga: pembuatan hidrogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren pada variasi berat endosperm biji aren 15-25 gram. Endosperm Biji aren lunak yang sudah 20
diiris setebal ± 2 mm diblender selama ±3 menit dalam air kelapa 100 mL. Hidrogel dituang kedalam gelas Beaker ukuran 300 Ml, kemudian ditambahkan dengan 0,5 gram urea dan 1 gram glukosa, diautoclave pada suhu 110℃ setelah dingin ditambah Acetobacter xylinum 2,5 mL, diinkubasi selama 7 hari pada 25
suhu ruang, Lapisan atas yang terbentuk di cuci dengan air suling. Bentuk profil hidrogel biokomposit selulosa bakteri /polisakarida biji aren lebih tebal dan merata diperoleh pada polisakarida biji aren 25 gram. Berat PBA ini yang digunakan untuk variasi konsentrasi Acetobacter xylinum ( 1 30
ml ; 2 ml ; 3 ml ; 4 ml ; 5 ml ; 6 ml ) ke dalam hidrogel PBA 25 gram dalam 100 mL air kelapa.
d. Tahap keempat: pembuatan hidrogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren pada variasi berat biji aren.
Prosedur yang sama dilakukan seperti c, namun demikian dilakukan dengan variasi konsentrasi Acetobacter xylinum (1 ml ; 2 ml ; 3 ml ; 4 ml ; 5 ml ; 6 ml) ke dalam hidrogel 5
PBA 25 gram dalam 100 mL air kelapa. Pembuatan biokomposit variasi Acetobacter xylinum untuk penambahan 1 ml tidak terbentuk lapisan pada permukaan yang terbentuk hanya cairan kental saja, sehingga dapat dikatakan bahwa dengan penambahan Acetobacter xylinum 1 ml tidak dapat membentuk biokomposit.
10
Variasi penambahan Acetobacter xylinum mempengaruhi bentuk biokomposit yang dihasilkan , dimana dari kelima volume yang ditambahkan kedalam polisakarida biji aren yang membentuk biokomposit yang lebih baik dan lebih tebal pada penambahan Acetobacter xylinum sebanyak 5 ml.
15
e. Tahap kelima: pembuatan alkogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren. Hidrogel biokomposit yang diperoleh direndam secara berturut-turut dengan pelarut etanol pada konsentrasi 70%, 96 %, dan etanol p.a selama 48 jam sehingga terbentuklah alkogel. Pada proses ini etanol 20
digunakan secara berturut-turut dari konsentrasi yang terendah hingga tertinggi, sehingga air yang terperangkap pada hidrogel akan ditukarkan oleh etanol secara maksimal dan terbentuklah pori yang diisi oleh etanol atau terbentuk alkogel. Alkogel yang sudah berada pada posisi terapung 25
menunjukkan bahwa air sudah digantikan oleh etanol dan bentuk alkogel yang diperoleh sesuai dengan wadah yang digunakan.
f. Tahap keenam: pembuatan aerogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji arena tau tahap pengeringan.
Biokomposit dalam bentuk alkogel dikeringkan dengan 30
menggunakan vakum hingga terbentuk kertas tipis. Proses pengeringan dilakukan pada desikator dalam suasana vakum dimana pori yang diisi oleh etanol akan digantikan oleh
udara. Etanol harus habis menguap dan pada akhirnya digantikan oleh udara, karena jika etanol tidak habis tergantikan maka aerogelnya akan kolaps dan keras sehingga tidak terbentuk dalam bentuk lapisan seperti kertas. Aerogel yang terbentuk diuji sifat mekaniknya dan hasilnya 5
ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Sifat Mekanik Biokomposit Selulosa Bakteri (SB)/Polisakarida Biji Aren (PBA).
Parameter Selulosa Bakteri
Pembuatan Biokomposit SB/PBA (Penambahan Acetobacter Xylinum
mL)
2 3 4 5 6
Modulus Young’s (GPa)
2,0 3,2 6,6 7,7 12,6 8,0
Kuat Tarik (MPa) 50,5 21,5 192,8 252,0 369,1 233,5
Kemuluran (%) 3,4 2,3 2,8 3,2 2,9 2,8
10
15
20
Klaim
1. Proses Pembuatan Aerogel dari biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren menggunakan acetobacter xylinum yang dilakukan secara insitu, terdiri dari tahapan- tahapan:
5
a. membuat starter acetobacter xylinum dari ampas buah nanas;
b. memilih tekstur biji aren lunak dengan menggunakan alat pnetrometer;
c. membuat hidrogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren pada variasi berat biji aren kondisi berat 10
endosperm biji 15 gram, 20 gram, 25 gram menggunakan acetobacter xylinum secara insitu, dengan variasi volume acetobacter xylinum yang digunakan pada berat biji aren 25 gram dalam 100 mL air kelapa adalah 1 mL; 2 mL; 3 mL;
4 mL; 5 mL; 6 mL;
15
d. membuat alkogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren dengan menggunakan variasi konsentrasi etanol 70%, 96% dan 100% dengan perendaman selama 48 jam
e. membuat aerogel dari alkogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren dalam suasana vakum hingga 20
diperoleh aerogel dalam bentuk kertas.
25
30
Abstrak
Proses Pembuatan Aerogel dari Biokomposit Selulosa Bakteri/
Polisakarida Biji Aren (Arenga pinnata Merr.) Menggunakan Acetobacter Xylinum Secara Insitu
5
Invensi ini berhubungan dengan pembuatan aerogel dari biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren menggunakan acetobacter xylinum yang dilakukan secara insitu.
Starter acetobacter xylinum yang digunakan diperoleh dari 10
ampas buah nanas dan biji aren yang digunakan adalah yang teksturnya lunak. Variasi berat biji aren yang digunakan dalam pembuatan hidrogel biokomposit selulosa bakteri/polisakarida biji aren adalah 15, 20, 25 gram secara insitu menggunakan acetobacter xylinum. Variasi volume 15
acetobacter xylinum yang digunakan pada berat biji aren 25 gram dalam 100 mL air kelapa adalah 1 ml ; 2 ml ; 3 ml ; 4 ml ; 5 ml ; 6 ml. Kondisi dalam pembuatan biokomposit adalah berat biji aren 25 gram, volume air kelapa 100 mL dan acetobacter xylinum 5 mL karena pada kondisi ini kuat tarik 20
paling maksimum. Hidrogel biokomposit yang diperoleh diubah menjadi alkogel dengan pelarut etanol pada konsentrasi 70%, 96% dan 100% dengan perendaman selama 48 jam yang dilanjutkan dengan pengeringan dengan vakum hingga diperoleh aerogel dalam bentuk kertas.
25
Gambar 1
Gambar 2
Gambar 3
