PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SERTA PENGUJIAN
SIFAT ANTIMIKROBA DARI EDIBLE FILM
KITOSAN – TEPUNG BIJI AREN SEBAGAI KEMASAN FILLET
IKAN SALMON
TESIS
Oleh
ANDY CANDRA
087006001/KM
PROGRAM MAGISTER KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SERTA PENGUJIAN SIFAT ANTIMIKROBA DARI EDIBLE FILM KITOSAN – TEPUNG BIJI AREN
SEBAGAI KEMASAN FILLET IKAN SALMON
TESIS
Untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia
pada Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
ANDY CANDRA 087006001/KM
PROGRAM MAGISTER KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2010
Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SERTA PENGUJIAN SIFAT ANTIMIKROBA DARI EDIBLE FILM KITOSAN – TEPUNG BIJI AREN SEBAGAI KEMASAN FILLET IKAN SALMON.
Nama Mahasiswa : Andy Candra Nomor Pokok : 087006001 Program Studi : Ilmu Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing
Pembimbing I Pembimbing II
(Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc ) (Dr. Mimpin Ginting, MS)
Ketua Program Studi, Dekan,
(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) Tanggal lulus : 30 April 2010
Telah diuji pada
Tanggal 30 April 2010
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc. Anggota : 1. Dr. Mimpin Ginting, MS.
2. Prof. Dr. Tonel Barus.
3. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 4. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc., M.Phil
PERNYATAAN
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SERTA PENGUJIAN SIFAT ANTIMIKROBA DARI EDIBLE FILM KITOSAN – TEPUNG BIJI AREN
SEBAGAI KEMASAN FILLET IKAN SALMON
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka.
Medan, 30 April 2010 Penulis,
ABSTRAK
Karakterisasi sifat antimikroba dan sifat fisik dari edible film hasil blending antara kitosan – tepung biji aren dengan perbandingan 1 : 2 (b/b) telah dipelajari. Pengujian difusi media agar menunjukkan efek antagonis pada efisiensi edible film kitosan – tepung biji aren melawan bakteri patogen pada makanan yaitu Staphylococcus aureus, Shigella, Salmonella, Escherechia coli dan Pseudomonas aeruginosa . Sifat mekanik dan fisik ditentukan dan hasilnya menunjukkan nilai kekuatan tarik( 0,308 MPa), kekuatan regang ( 15,94%) dan bersifat transparan, nilai aktivitas air (0,486), laju transmisi uap air (6,3844 g/m2/jam ). Analisis FT –IR dan analisis SEM digunakan untuk mengkarakterisasi perubahan struktural dari film hasil blending. Hasil analisis FT – IR menunjukkan ikatan hidrogen intermolekuler yang kuat terjadi antara kitosan dan tepung biji aren. Pengujian pelapisan potongan ikan salmon menunjukkan bahwa ikan salmon yang dilapisi dapat diterima ( Standar SNI ) melalui penyimpanan dalam kondisi dingin , yang dapat memperpanjang kualitasnya selama 5 hari tetapi tidak untuk tanpa pelapis sebagai kontrol. Edible film kitosan – tepung biji aren mengurangi aktivitas respirasi , dimana ikan salmon yang dilapisi mempunyai laju respirasi (73,072 ml/kg.jam untuk O2 and 58,293 ml/kg.jam untuk CO2 ) yang lebih baik
dibandingkan ikan tanpa pelapis (74,711 ml/kg.jam untuk O2 and 73,982 ml/kg.jam
untuk CO2 ). Uji Biodegradasi dengan jamur Aspergillus niger menunjukkan adanya
pengurangan berat dikarenakan penguraian dari edible film kitosan – tepung biji aren.
Kata Kunci : Kitosan; Tepung Biji Aren ; Sifat Antimikroba Film; Sifat Fisika dan Mekanik Film.
ABSTRACT
Characterization of antimicrobial activity and physical properties of edible film based on blends of chitosan – aren seed flour 1 : 2 (w/w) ratio had been studied. The agar well diffusion assay showed an antagonist effect of efficiency of chitosan – aren seed flour edible film against food pathogenic bacteria namely Staphylococcus aureus, Shigella, Salmonella, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. Mechanical and physical properties were determined and the result indicated that the maximum tensile strength ( 0.308 MPa ), Elongation at break ( 15.94%) and a good transparency, water activity (0.486), water vapour transmission rate (6. 3844 g/m2/hr), FT – IR analysis and SEM analysis were used to characterize the structural change of blend film. The result of FT –IR analysis showed that the strong intermolecular hydrogen bonds took place between chitosan and aren seed flour. A salmon slice coating assay showed that salmon slice coated by edible film remained acceptable ( SNI Standard ) throughout refrigerated storage, extending global quality to 5 – days but unacceptable for the non coated salmon slice as a control. Chitosan – aren seed flour edible film reduced respiration activity that the salmon slice coated , had a good respiration rate ( 73.072 ml/kg.hr for O2 and 58.293 ml/kg.hr for CO2) compared to the non – coated salmon
slice (74.711 ml/kg.hr for O2 and 73.982 ml/kg.hr for CO2 ). Biodegrability assay
against Aspergillus niger showed weight loss because of the decomposition of chitosan – aren seed flour edible film.
Key Word : Chitosan; Aren seed flour; Antimicrobial film ; Film mechanical and physical properties.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan kasih karunia yang dilimpahkanNya sehingga bahan seminar hasil ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tugas ini, perkenankanlah kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk menyelesaikan pendidikan program magister.
Direktur Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang dijabat oleh Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk menyelesaikan penelitian ini.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya kami ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Jamaran Kaban , M.Sc. selaku Pembimbing Utama dan Bapak Dr. Mimpin Ginting, MS selaku Anggota Komisi Pembimbing yang setiap saat dengan penuh perhatian memberikan bimbingan, motivasi, dan saran sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
2. Bapak Prof. Dr. Tonel Barus, Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Bapak Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc., M.Phil selaku penguji yang banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini, untuk itu penulis ucapkan terima kasih.
3. Ibu Dr. Ir. Elisa Julianti, M.Si. selaku kepala Laboratorium Analisa Pangan Fakultas Pertaniaan USU yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan penulis melakukan penelitian hingga selesainya tesis ini. Kepada Ibu saya ucapkan terima kasih.
4. Ibu Dr. Ir. Herla Rusmarilin, M.S. selaku kepala Laboratorium Teknologi Pangan Fakultas Pertanian USU yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan penulis melakukan penelitian hingga selesainya tesis ini. Kepada Ibu saya ucapkan terima kasih.
5. Bapak/Ibu Dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi saya sampai selesainya tesis ini. Kepada bapak dan Ibu saya ucapkan terima kasih.
6. Bapak Wikanda di Laboratorium Geologi Kuartener (PPGL) Bandung yang telah banyak membantu dalam analisa analisa yang dilakukan.
7. Orang Tua yang sangat saya sayangi , Papa Selamat Ilham dan Mama Ng A Han serta buat semua adik-adik tercinta Jefri Chandra dan Jessy Chandra yang telah memberikan perhatian, kasih sayang, dan motivasi baik dalam doa, tenaga, dan materil dalam penyelesaian penelitian dan tesis ini.
8. Adik – adik yang saya kasihi di Laboratorium Kimia Organik FMIPA USU khususnya Maria Silvia Harlim, Imel di Laboratorium Teknologi Pangan Fakultas Pertanian USU dan adik adik di Laboratorium Mikrobiologi FMIPA USU khususnya Ria, Nikma, Ika, Siti, Ami serta murid saya Kelvin Anggara di National University of Singapore yang telah banyak menolong dan mendukung saya dalam penelitian dan tesis ini.
9. Teman-teman angkatan 2008 program reguler dan guru-guru, Kak Leli di Sekolah Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah banyak memberikan bantuan moril dan dorongan juga kepada penulis.
Serta seluruh keluarga dan teman-teman yang tak dapat saya sebutkan satu persatu yang sudah mendoakan saya, saya ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir tanggal 12 Juni 1985 di Tebing Tinggi Sumatera Utara, anak dari Selamat Ilham dan Ng A Han sebagai anak pertama dari tiga bersaudara.
Penulis menimba ilmu pada masa pendidikan di TK Swasta Budi Dharma Tebing Tinggi tahun 1988-1990, SD Swasta Budi Dharma Tebing Tinggi tahun 1990-1996, SMP Swasta Ostrom Methodist Tebing Tinggi tahun 1996-1999, SMU Swasta Ostrom Methodist Tebing Tinggi tahun 1999-2002, pada tahun 2002 menjadi mahasiswa jurusan Kimia FMIPA Universitas Sumatera Utara dan tamat tahun 2006. Kemudian pada tahun 2008 melanjutkan pendidikan ke Program Magister Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara pada Program studi Ilmu Kimia.
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK...i
ABSTRACT...ii
KATA PENGANTAR...iii
RIWAYAT HIDUP ...vi
DAFTAR ISI...vii
DAFTAR TABEL...xii
DAFTAR GAMBAR ...xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...xv BAB I. PENDAHULUAN...1 1.1. Latar Belakang...1 1.2. Perumusan Masalah... 5 1.3. Tujuan Penelitian...5 1.4. Manfaat Penelitian...5 1.5. Lokasi Penelitian...6 1.6. Metodologi Penelitian...6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...8
2.1. Tanaman Aren ( Arenga pinnata )...8
2.1.1. Pembuatan Kolang – Kaling ...10
2.1.2. Kandungan Kimia Biji Buah Aren ( Arenga pinata )...11
2.2.2. Kelarutan dari Kitosan...13
2.2.3. Mekanisme Sifat Antimikroba dari Kitosan...14
2.3. Edible Film...18
2.3.1. Edible Film dan Fungsi ...18
2.3.2. Bahan Baku Edible Film ...19
2.3.2.1. Hidrokoloid...20
2.3.2.2. Lipida...21
2.3.2.3. Komposit...22
2.3.3. Sifat – Sifat Fisik Edible Film...22
2.3.3.1. Aktivitas Air (aw)...22
2.3.3.2. Laju Transmisi Uap Air ( WVTR ) ...25
2.3.3.3. Laju Respirasi gas O2 dan gas CO2...25
2.4. Ekologi Mikroba pada Bahan Pangan ...28
2.4.1. Kerusakan Mikrobiologis...29
2.4.2. Penyakit akibat Mikroba Pangan...30
2.5. Uji Biodegradabilitas Film Biodegradable...34
BAB III. Bahan dan Metode Penelitian...36
3.1. Bahan dan Alat...36
3.2. Metode Penelitian...37
3.2.1. Pembuatan dan AnalisaTepung Biji Aren ...37
3.2.1.1. Penentuan Kadar Karbohidrat ...37
3.2.2. Pembuatan Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...39
3.2.3. Penentuan Derajat Deasetilasi Kitosan...40
3.2.4. Karakterisasi Edible Film...41
3.2.4.1. Uji Scanning Electron Microscope (SEM)...41
3.2.4.2. Uji Kekuatan Tarik dan Kemuluran...41
3.2.4.3. Uji Ketebalan...42
3.2.4.4. Uji Aktivitas Air...42
3.2.4.5. Uji Laju Transmisi Uap Air (WVTR) dengan Metode Dessicant ...43
3.2.4.6 Uji Laju Respirasi gas O2 dan CO2...44
3.2.5. Pengujian Sifat Anti Bakteri dan Biodegradasi...45
3.2.5.1. Aktivitas Antimikroba dengan Metode Difusi Agar...45
3.2.5.2. Estimasi Kepadatan Sel Isolat Bakteri dengan Cara Standard Plate Count (SPC)...46
3.2.5.3. Uji Biodegradasi Film Spesimen terhadap Jamur Aspergillus Niger...47
3.3. Bagan penelitian...48
3.3.1. Pembuatan Tepung Biji Aren...48
3.3.2. Penentuan Kadar Karbohidrat dari Tepung Biji Aren...49
3.3.3. Penentuan Kadar Protein dari Tepung Biji Aren...50
3.3.4. Pembuatan Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...51
3.3.6. Estimasi Kepadatan Sel Isolat Bakteri dengan Cara
Standard Plate Count (SPC)...53
3.2.7. Uji Biodegradasi Film Spesimen terhadap Jamur Aspergillus Niger...54
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN...55
4.1. Hasil Penelitian...55
4.1.1. Kandungan Karbohidrat dan Protein dari Tepung Biji Aren...55
4.1.2. Karakteristik Film Pelapis...55
4.1.2.1. Analisis FT – IR...56
4.1.2.2. Analisis SEM ...56
4.1.2.3. Pengukuran Ketebalan Film Pelapis...58
4.1.2.4. Uji Kekuatan Tarik dan Kekuatan Regang...58
4.1.2.5. Uji Aktivitas Air...59
4.1.2.6. Uji Laju Transmisi Uap Air ( WVTR ) ...59
4.1.2.7. Laju Respirasi Gas O2 dan Gas CO2...59
4.1.3. Pengujian Sifat Antimikroba, Biodegradasi dan Aplikasi Film Pelapis...60
4.1.3.1. Hasil Pengujian Antimikroba Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...60
4.1.3.2. Pengujian Aplikasi Film Pelapis sebagai Anti Mikroba....61
4.1.3.3. Pengujian Biodegradasi Film Pelapis dengan Jamur Aspergillus niger...62
4.2. Pembahasan ...65
4.2.1. Kandungan Karbohidrat dan Protein dari Tepung Biji Aren...65
4.2.2. Karakteristik Film Pelapis...66
4.2.2.1. Analisis Spektrum FT – IR...66
4.2.2.2. Analisis SEM ...67
4.2.2.3. Pengukuran Ketebalan Film Pelapis...69
4.2.2.4. Uji Kekuatan Tarik dan Kekuatan Regang...70
4.2.2.5. Uji Aktivitas Air...70
4.2.2.6. Uji Transmisi Uap Air...71
4.2.2.7. Uji Laju Respirasi O2 dan CO2 ...72
4.2.3. Pengujian Sifat Antimikroba, Biodegradasi dan Aplikasi Film Pelapis...73
4.2.3.1. Hasil Pengujian Antimikroba Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...73
4.2.3.2. Pengujian Aplikasi Film Pelapis sebagai Anti Mikroba...74
4.2.3.3. Pengujian Biodegradasi Film Pelapis dengan jamur Aspergillus niger...75
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN...77
5.1. Kesimpulan...77
5.2. Saran...78.
DAFTAR PUSTAKA...79
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel 2.1. Kemungkinan Penggunaan Edible Film dan Coating...20
Tabel 4.1. Ketebalan Rata – Rata Film Pelapis ...58
Tabel 4.2. Harga Kekuatan Tarik dan Kemuluran...58
Tabel 4.3. Nilai Aktivitas Air ( aw) dari Film Pelapis...59
Tabel 4.4. Laju Rata- Rata Respirasi O2 dan CO2...60
Tabel 4.5. Indeks Antimikroba Film Pelapis...60
Tabel 4.6. Data Pertumbuhan Isolat Bakteri pada Ikan Salmon...62
Tabel 4.7. Data Kehilangan Berat dari Film yang dibiodegradasi...62
Tabel 4.8. Harga Kekuatan Tarik dan Kemuluran dari Film Alginat – Kitosan ...69
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1. Kulit Buah Aren Muda Berwarna Hijau, Buah Berisi 3 Biji,
Daging Buah Berwarna Putih Kekuning – kuningan...9
Gambar 2.2. Kulit biji Berwarna Kuning dan Tipis pada Buah Aren Muda, Endosperm Biji Lonjong dan Pipih ( disebut : kolang kaling )...9
Gambar 2.3. N- Deasetilasi dari Kitin Membentuk Kitosan...12
Gambar 2.4. Ikatan Hidrogen Intramolekuler dan Intermolekuler pada Kitosan...13
Gambar 2.5. Efek Penghambat dari Larutan Kitosan – Pati Melawan (a) E. coli ; (b) S.aureus; (c) B. subtilis...18
Gambar 2.6. Efek Penghambat dari Film Kitosan – Pati melawan (a) E. coli ; (b) S.aureus; (c) B. subtilis...18
Gambar 3.1. Spektrum FT – IR Kitosan untuk Menentukan Derajat Deasetilasi...40
Gambar 4.1. Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...55
Gambar 4.2. Spektrum FT – IR dari Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...56
Gambar 4.3. Foto SEM dari Permukaan Film Kitosan – Tepung Biji Aren dengan Perbesaran 2000x...57
Gambar 4.4. Foto SEM dari Permukaan Film Kitosan – Tepung Biji Aren dengan Perbesaran 5000x...57
Gambar 4.5. Foto SEM Penampang Film Kitosan – Tepung Biji Aren dengan Perbesaran 2000x...57
Gambar 4.6. Hasil Aktivitas Antimikroba dari Edible Film Kitosan –
Tepung Biji Aren terhadap Bakteri E. coli (EC), S.aureus (SA),
Shigella (SG), Salmonella (SN) dan P. aeruginosa (PD)...61 Gambar 4.7. Foto SEM dari Permukaan Film Kitosan – Tepung Biji Aren
dengan Perbesaran 2000 x ( Hasil Biodegradasi hari ke – 21 )...63 Gambar 4.8. Foto SEM dari Permukaan Film Kitosan – Tepung Biji Aren
dengan Perbesaran 5000 x ( Hasil Biodegradasi hari ke – 21 )...63 Gambar 4.9. Foto SEM Penampang Film Kitosan – Tepung Biji Aren
dengan Perbesaran 2000 x ( Hasil Biodegradasi hari ke – 21 )...64 Gambar 4.10. Spektrum FT – IR Biodegradasi Film Pelapis
Kitosan – Tepung Biji Aren...64 Gambar 4.11. Foto Edible Film : (A) yang Belum Dibiodegaradasi ;
(B) yang Telah Dibiodegradasi...65 Gambar 4.12. Foto SEM dari Film Pati – Konjac Glukomanan – Gliserol (%) ,
100-0-15; 90-10-15; 70-30-15; 50-50-15; 30-70-15;
10-90-15; dan 0 -100-15...68 Gambar 4.13. Hidrolisis Enzimatik dari (a) Pati (b) Selulosa ...76
LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran 1. Tabel Gula Menurut Luff Schrool ...88
Lampiran 2. Tabel dan Perhitungan Kadar Karbohidrat dalam Tepung Biji Aren....89
Lampiran 3. Tabel dan Perhitungan Kadar Protein dalam Tepung Biji Aren...90
Lampiran 4. Grafik Hasil Uji Tarik Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...91
Lampiran 5. (a). Perhitungan aw Film Pelapis Kitosan – Tepung Biji Aren...92
(b). Diagram Aktivitas Air Film Kitosan – Tepung Biji Aren ...93
Lampiran 6. Hasil Uji Laju Transmisi Uap Air ...94
Lampiran 7. (a). Data Laju Respirasi Daging Ikan Salmon yang Dilapisi dengan Edible Film dan tidak Dilapisi Edible film pada Suhu 100C...95
(b). Perhitungan Laju Respirasi Gas O2 dan CO2...96
(c). Grafik Laju Respirasi Gas O2 dan CO2 pada Ikan Salmon Tanpa Pelapis dan Ikan Salmon dengan Pelapis...98
Lampiran 8. Gambar Alat Cosmotektor O2 dan CO2 untuk Pengukuran Laju Respirasi ...99
Lampiran 9. Gambar Isolat Bakteri dan Pengenceran Isolat Bakteri dengan Standard Mc Farland untuk Pengujian Aktivitas Antimikroba dengan Metode Difusi Agar...100
Lampiran 10. (a). Gambar Estimasi Total Mikroba dari Ikan Salmon dengan Pelapis Kitosan - Tepung Biji Aren dan
Tanpa Pelapis sebagai Kontrol... 101
(b). Grafik Total Bakteri Ikan Salmon...103
Lampiran 11. (a). Gambar Hasil Biodegradasi Edible Film Kitosan Tepung Biji Aren dengan Jamur Aspergillus Niger ( media PDA ) ...104
(b) Grafik Pengurangan Berat Film Hasil Biodegradasi...105
Lampiran 12. Spektrum FT – IR dari Tepung Biji Aren ...106
Lampiran 13. Spektrum FT – IR dari Kitosan...107
