Pengaruh Penambahan Carboxy Methyl Cellulose dalam Biodegradable Plastik Kulit Jagung dengan Sorbitol sebagai Plasticizer
Rifda N. M. Mahfud
1*, Adhi Setiawan
1, dan Novi Eka Mayangsari
11Program Studi Teknik Pengolahan Limbah, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya 60111
*E-mail: [email protected]
Abstrak
Biodegradable plastik (bioplastik) merupakan salah satu alternatif dalam mengurangi dampak negatif sampah plastik. Bioplastik adalah produk plastik yang mampu terdegradasi secara alami oleh mikroorganisme. Kulit jagung merupakan salah satu limbah pertanian yang saat ini pemanfaatannya hanya terbatas pada pakan ternak dan kerajinan tangan.Selulosa kulit jagung memiliki potensi sebagai bahan dasar bioplastik. Proses awal dalam pembuatan bioplastik adalah perlakuan delignifikasi dan bleaching. Kemudian, dilakukan pembuatan adonan bioplastik menggunakan sorbitol sebagai plasticizer danCarboxymethyl Cellulose (CMC) sebagai stabilizer.
Konsentrasi sorbitol yang digunakan sebesar 1% sedangkan konsentrasi CMC sebesar 1%, 2%, dan 3%.Selanjutnya, dilakukan pengujianswelling dan biodegradasi pada bioplastik.Persentase swelling terbaik terdapat pada konsentrasi CMC 1% yaitu sebesar 53,74%. Nilai persentase biodegradasi terbaik terdapat pada CMC 3% yaitu sebesar 30,77%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi dari CMC maka nilai persentase swelling dan biodegradasi semakin besar.
Keywords:Biodegradable plastik, kulit jagung, CMC, swelling, biodegradasi
1. PENDAHULUAN
Plastik bukan hanya menjadi masalah di Indonesia, tetapi juga dunia. Salah satu cara untuk mengurangi dampak plastik konvensional adalah pengembangan biodegradable plastik (bioplastik). Banyak penelitian yang telah dilakukan dalam pengembangan bioplastik.Selulosa menjadi bahan alami yang terus dikembangkan dalam pembuatan bioplastik. Ketersediaan selulosa yang melimpah juga menjadi alasan pengembangan bioplastik dari selulosa.
Produksi dari jagung menghasilkan limbah pertanian berupa kulit jagung. Persentase kulit jagung dalam hasil panen buah mencapai 38,38% dari bobot total panen (Sumarwan, 2016). Pemanfaatan kulit jagung pada saat ini masih terbatas sebagai pakan ternak dan kerajinan tradisional.
Penggunaan plasticizer pada pembuatan bioplastik akan menaikkan nilai elongitas tetapi menurunkan kuat tariknya (Cervera dkk., 2005). Oleh karena itu, dalam pembuatan bioplastik diperlukan bahan lain yang berfungsi sebagai penstabil (stabilizer). CMC merupakan derivat selulosa yang memiliki daya ikat kuat.
CMC memiliki peran untuk meningkatkan kekentalan dan memperbaiki tekstur pembentuk bioplastik (Herawati, 2018; Rahayu, 2016).
Penelitian mengenai pembuatan bioplastik dari serat alam telah dilakukan sebelumnya. Salah satu sumber serat yang digunakan adalah serat nanas. Adonan bioplastik terdiri dari campuran serat nanas, gliserol, CMC, dan kitosan. Pada penelitianbioplastik serat nanas yang dilakukan oleh Satriyo (2012), terdapat flok atau gumpalan pada bioplastik. Penelitian ini menghasilkan bioplastik dengan kuat tarik sebesar 199,63 MPa pada konsentrasi kitosan 1,5%, gliserol 0,5% dan CMC 1%.
Sifat utama dari biodegredableplastik adalah kemampuan untuk terdegradasi secara alami. Berdasarkan standar ISO 14852, waktu degradasi bioplastik adalah 100 hari pada kondisi cairan aerobik. Sedangkan, standar hidrofobitas plastik menurut SNI adalah sebesar 99%. Berdasarkan uraian tersebut, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh dari variasi CMC terhadap nilai hidrofobitas dan biodegdredasibioplastik.
2. METODE Alat dan bahan:
Alat yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut,
Water bath, magnetic strirrer, ayakan mesh 60, oven, furnace, neraca analitik, gelas beker, cawan, spatula, termometer, plat ukuran 200 x 120 x 5 mm
Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut,
H2SO4(SAP 98%), NaOH (SAP 98%), H2O2(SAP 30%), sorbitol, carboxymethyl cellulose, dan buffer powder pH 6,8.
Prosedur:
Tahapan yang pertama yaitupersiapanbahan. Tahapan ini meliputi pencucian, pengeringan di bawah sinar matahari langsung, pencacahan dan pengayakan menggunakan saringan 12 mesh serta pembuatan.Pembuatan pulp dari kulit jagung dilakukan dengan memanaskan kulit jagung pada larutan NaOH 5% selama 3 jam dengan suhu 100°C. Perbandingan solid – liquid yang digunakan adalah 3:1. Kemudian, disaring dan dicuci hingga netral. Selanjutnya, pulp dipanaskan pada larutan H2O2 2,4% selama 2 jam pada suhu 90°C.
Perbandingan solid – liquor yang digunakan adalah 10:1. Hasil yang diperoleh disaring dan dicuci hingga netral. Kemudian bahan diuji kandungan selulosa dan ligninnya menggunakan metode Chesson.
Pembuatan bioplastik dimulai dengan mencampur 5gram pulp dengan sorbitol dan CMC. Adonan dipanaskan pada suhu 70°C selama 30 menit sambil diaduk. Selanjutnya, adonan dicetak pada plat besi dan dikeringkan pada udara bebas.Uji swelling dilakukan dengan menimbang berat mula – mulabioplastik.
Selanjutnya bioplastik direndam kedalam larutan pH netral selama 30 menit. Bioplastik kemudian dikeringkan menggunakan lap dan ditimbang berat akhirnya. Berat yang terlah dicatat kemudian dihitung persentase swelling – nya dengan persamaan berikut,
(%)swelling= (berat sesudah− berat sebelum) / berat sebelum ×100% (1)
Ujibiodegradasi ini dilakukan dengan menggunakan larutan EM4. Langkah – langkah pertama adalah bioplastik dipotong dengan ukuran 2 x 2 cm kemudian ditimbang berat mula – mula. Selanjutnya, bioplastik direndam dengan EM4 sebanyak 2 ml. Perendaman dilakukan selama 10 hari, kemudian bioplastik dihitung persentasebiodegradasimenggunakan persamaan berikut,
(%) biodegradasi= (berat sesudah− berat sebelum) / berat sebelum ×100% (2)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tahapan persiapan dengan pemanasan kulit jagung menggunakan NaOH merupakan bagian dari delignifikasi. Proses ini bertujuan untuk melepas lignin yang terkandung dalam kulit jagung. Larutan sodium hidroksida (NaOH) akan menyebabkan sel – sel lignin dalam kulit jagung swelling dan pecah (Asgar, 2015).
Sehingga, hanya terdapat selulosa yang tertinggal pada kulit jagung. Skema proses pemecahan lignin akibat larutan NaOH dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 4. Skema delignifikasi (Muley, 2017)
Selanjutnya, pulp yang diperoleh dipanaskan menggunakan larutan H2O2 2,4%. Tahapan ini bertujuan untuk menghilangkan zat pengotor dan melarutkan sisa lignin. Proses bleaching terjadi ketika radikal bebas (O*) akan merusak ikatan rangkap karbon dari zat warna pengotor yang terdapat di dalam selulosa. Hal tersebut akan menyebabkan serat selulosa berubah warna sehingga dihasilkan selulosa dengan warna yang lebih cerah. Pembuktian mengenai degradasi kadar lignin pada proses delignifikasi dan bleaching dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Analisis Chesson
No Sampel Selulosa (%) Lignin (%)
1 Raw material 35,41 11,09
2 Delignifikasi 67,56 4,70
3 Delignifikasi dan bleaching 77,30 3,60
Tabel 1 menunjukkan penurunan kadar lignin sebelum perlakuan dan sesudah delignifikasi – bleaching.
Kadar lignin sebelumnya sebesar 11,09% turun menjadi 3,6%. Sedangkan kadar selulosa meningkat setelah dilakukan perlakuan delignifikasi – bleaching. Kadar selulosa sebelumnya 35,41% menjadi 77,3%.
Adonanbioplastikdibedakan berdasarkan konsentrasi dari Carboxymethyl Cellulose. Konsentrasi sorbitol yang digunakan adalah 1%, sedangkan konsentrasi CMC sebesar 1%, 2%, dan 3%.Hasil dari bioplastik dapat dilihat pada Gambar 3
(a) (b) (c)
Gambar 5. Hasil bioplastik (a) CMC 1% (b) CMC 2% (c) CMC 3%
Secara tampilan fisik bioplastik dengan CMC konsentrasi lebih tinggi akan menghasilkan bioplastik dengan permukaan lebih tebal, rata dan rapat.Pengamatan morfologi bioplastik juga dilakukan dengan Scanning Electron Microscope. Gambar 4 adalah hasil pengujian SEM dengan perbesaran 2500x. Permukaan dari bioplastik terlihat tidak rata, ditandai dengan adanya bagian yang halus dan menggumpal. Tidak meratanya bagian dari bioplastik dapat disebabkan karena hasil dari pengadukan yang tidak sempurna (Pratiwi dkk., 2016).
Gambar 6. Scanning microscope electron bioplastik
Pengujian swelling dilakukan untuk melihat kemampuan bioplastik untuk mengembung akibat interaksi dengan air. Hasil pengujian swelling dapat dilihat pada Gambar 5. Nilai swelling berturut – turut pada CMC dengan konsentrasi 1%, 2% dan 3% adalah 53,74%, 58,02%, dan 63,79%. Apabila dibandingkan dengan nilai SNI maka hasil dari uji swelling masih besar. Hal tersebut dikarenakan serat selulosa memiliki sifat mudah swelling (Gaydarov, 2013). Persentase swelling bertambah sebanding dengan konsentrasi CMC yang digunakan. Hal tersebut terjadi karenaCMC merupakan senyawa hidrofilik.
Bagian menggumpal Bagian rata
Gambar 7. Hasil pengujian swelling
Biodegradasi aerobik adalah pengujian tingkat ramah lingkungan yang terdiri dari kecepatan degradasi senyawa organik akibat kegiatan mikroorganisme.Menurut Sudhakar (2008), mikroorganisme dapat menempel apabila polimer bersifat hidrofilik. Hal tersebut sesuai dengan hasil pengamatan bahwa semakin besar konsentrasi dari CMC maka semakin besar persentase biodegradasinya.Hasil uji biodegradasi dapat dilihat dalam Gambar 5. Nilai biodegrdasi berturut – turut pada konsentrasi CMC dengan konsentrasi 1%, 2% dan 3% adalah 15,79%, 22%, dan 30,77%.
Gambar 8. Hasil pengujian biodegradasi
4. KESIMPULAN
Konsentrasi dari CMC mempengaruhi fisik dari bioplastik. Semakin tinggi konsentrasi dari CMC dalam bioplasik akan menghasilkan bioplastik dengan permukaan lebih tebal, rata dan rapat.Persentase swelling terbaik terdapat pada konsentrasi CMC 1% yaitu sebesar 53,74%. Nilai persentase biodegradasi terbaik terdapat pada CMC 3% yaitu sebesar 30,77%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi dari CMC maka nilai persentase swelling dan biodegradasi semakin besar.
5. DAFTAR PUSTAKA
Asgar, Umar., dkk., 2015. Effect of NaOH on Delignification of Saccharum spontaneum. Enviromental Progress and Sustainable Energy. Publishonline in Wiley Online Library.
Cervera, M.F., J. Heinamaki., K. Krogars, dan A.C. Jorgensen., 2005. Solid-State and Mechanical Properties of Aqueous Chitosan-Amylose Starch Films Plasticized with Polyols. AAPS Pharmscitech, 5: 15- 20.
Gaydarov, Valentin, Krasimira Soukupova dan Galina Zamfirova., 2013. Microindentation investigation of Balsa Wood. Academic Journal, Mechanics Transport Communications, Volume 11, Issue 3.
Herawati, Heny., 2018. Potensi Hidrokoloid sebagai Bahan Tambahan pada Produk Pangan dan Nonpangan Bermutu. Jurnal Litbang Pertanian, Vol 37. No 1.17-25.
Mahyati., dkk., 2013. Biodegradation of Lignin from Corn Cob by Using A Mixture of PhanerochaeteChrysosporium, LentinusEdodes And PleurotusOstreatus. International Journal of Scientific & Technology, Volume 2, Issue 11.
Muley, Pranjali D., dan Dorin Boldor., (2017). Advances in Biomass Pretreatment and Cellolusic Bioethanol Production Using Microwave Heating. Proceedingof SEEP 2017. Slovenia.
Pratiwi, Rimadani, Driyanti Rahayu, dan Melisa I. Barliana., 2016. Pemanfaatan Selulosa dari Limbah Jerami Padi (Oryza sativa) sebagai Bahan Bioplastik. IJPST, Vol. 3 No. 3.
Rahayu, A.P., 2016. Kajian Karakteristik Edible Film Pati Hanjeli (CoixLacyma-Jobi L) dengan Pengaruh Konsentrasi Pemlastis Sorbitol dan Konsentrasi Penstabil CMC. Artikel. Fakultas Teknik.
Universitas Pasundan, Bandung.
Satriyo., 2012. Kajian Penambahan Chitosan, Gliserol, dan Carboxymethyl Cellulose Terhadap Karakteristik Biodegradable Film Dari Bahan Komposit Selulosa Nanas. Skripsi. Fakultas Pertanian. Universitas Lampung, Lampung.
Sudhakar, J. Arutchelvi., dkk., 2008. Biodegradation of Polyethylene and Polypropylene. Indian Journal of Biotechnology, Vol. 7, January 2008, pp 9-22.
Sumarwan, U., 2016. Perubahan Pola Konsumsi Pangan Beras, Jagung dan Terigu Konsumen Indonesia Periode 1999-2009 dan Implikasinya Bagi Pengembangan Bahan Bakar Ramah Lingkungan Berbasis Pangan. Jurnal Pangan, 19(2), 157-168.
Veptiyan, Egata Dwi., 2019. Pengaruh Waktu Delignifikasi Terhadap Karakteristik Selulosa Dari Daun Nanas dan Jerami. National Conference Proceeding on Waste Treatment Technology. Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya.
