289
MAKALAH
PARALEL
PARALEL E
ISBN :978-602-73159-8
KARAKTERISASI DAN SIFAT FISIKOKIMIA KITOSAN DARI
KULIT UDANG
Agung Rimayanto Gintu
1, Hartati Soetjipto
2, Margareta N. Cahyanti
31Mahasiswa Prodi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika 2,3Dosen Fakultas Sains dan Matematika
Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga Jln. Diponegoro No. 52-60 Salatiga 50711 Jawa Tengah – Indonesia
*Untuk korespondensi: e-mail: 652011010@student.uksw.edu
ABSTRAK
Kitosan merupakan suatu biopolimer karbon bergugus polikationik yang disintesa dengan melakukan demineralisasi, deproteinasi dan deasetilasi kulit udang untuk mereduksi mineral, protein dan gugus asetamin. Proses demineralisasi menggunakan asam klorida (HCl) 4% (v/v), proses deproteinasi menggunakan sodium hidroksida (NaOH) 5% (w/v) dan proses deasetilasi menggunakan sodium hidroksida (NaOH) 70% (w/v). Penelitian ini bertujuan melakukan karakterisasi dan sifat fisikokimia kitosan dan diperoleh rendemen 74,65% ± 2,21; kadar air 12,93% ± 0,04; kadar abu 0,55% ± 0,10; kadar lemak 2,09% ± 0,11; kadar protein 1,53% ± 0,08; derajat deasetilasi 57,6161%; kelarutan 100% ± 0,00; viskositas spesifik 0,2238 ± 0,0588 detik; dan viskositas kinematik 0,0836 ± 0,0039 centistokes.
Kata kunci:Kitin, Kitosan, Derajat deasetilasi
ABSTRACT
Chitosan a carbon biopolymer with polycationic groups was synthetized by demineralized, deproinated and deacetilated shrimp shell to reducing minerals, proteins and acetamine groups. Process of demineralitation using 4% (v/v) hydrochloric acid (HCl), process of deproteination using 5% (w/v) sodium hydroxide (NaOH) and the process of deacetilation using 70% (w/v) sodium hydroxide (NaOH). The aim of this study was to characterize physicochemical shrimp shell chitosan was obtain from synthesis. The result showed that the rendement of synthesis 74,65% ± 2,21; water contains 12,93% ± 0,04; ash contains 0,55% ± 0,10; fat contains 2,09% ± 0,11; protein contains 1,53% ± 0,08; degree of deacetilation 57,6161%; solubility 100% ± 0,00; specific viscosity 0,2238 ± 0,0588 secon; and kinematic viscosity 0,0836 ± 0,0039 centistokes.
Key word:Chitin, Chitosan, Degree of Deacetilation
PENDAHULUAN
Udang merupakan salah satu komoditas ekspor non migas Indonesia, dan umumnya udang yang diekspor tanpa
mengandung kitosan yang dapat bersifat sebagai antibakteri, sehingga potensi tersebut dapat dimanfaatkan dengan optimal[6].
Kulit udang mengandung 15-20% kitin yang merupakan polimer / polisakarida yang menyusun eksoskeleton udang, plankton dan serangga[3]. Molekul ini memiliki ikatan 1,4 β antar setiap monomernya sehingga tidak larut dalam air[4] dan memiliki nama kimia yaitu 2-acetamido-2-deoxy-D-Glucosa [11]. Kitin merupakan biopolymer yang bersifat polikationik dan bergugus fungsi Asetamin (NHCOCH3)[6]. Penggunaan kitin masih terbatas karena sulit larut dalam pelarut – pelarut organik dan asam berkonsentrasi rendah. Karena penggunaan kitin yang masih terbatas sehingga dilakukan modifikasi struktur dengan deasetilasi menghasilkan derifatnya yaitu kitosan. Struktur kimia kitin ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Kimia Kitin [5] [10]
Kitosan merupakan polimer karbon polikationik dengan nama kimia 2-amino-2-deoxy-β-D-Glucopyranosa, dengan berat molekul 165.394 gram/mol, derajat deasetilasi 75%, dan kapasitas mengikat air 502%. Kitosan dapat disintesa dari kulit udang dengan menghilangkan mineral dan protein yang terikat pada polimer tersebut. Apabila mineral dan proteinnya direduksi akan menghasilkan polimer kitin. Selanjutnya
proses deasetilasi terhadap kitin
menggunakan basa NaOH akan
menghasilkan kitosan[4]. Pada proses deasetilasi terjadi substitusi gugus asetamin (NHCOCH3) dengan hidrogen menjadi gugus amino (NH2) [1]. Beberapa penelitian sebelumnya melaporkan bahwa kitosan dapat dimanfaatkan sebagai agen pengkhelat logam berat dan antibakteri[4]. Selama ini kitosan telah umum digunakan sebagai anti bakteri yang ramah lingkungan, anti jamur, pengawet, dan bahan kosmetik[7]. Struktur kimia kitosan ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Struktur Kimia Kitosan [4].
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan karakterisasi dan menentukan sifat fisikokimia kitosan yang diperoleh dari kulit udang.
METODE PENELITIAN
1.
Bahan dan PirantiBahan yang digunakan berupa kulit udang, NaOH, HCl, Aquades dan asam asetat. Piranti yang digunakan antaralain Erlenmeyer, gelas beaker, labu ukur gelas ukur, spatula, pengaduk magnet dan Spektrofotometer FTIR Shimadzu tipe FT-IR-8201 PC.
1. Sintesa Kitosan[4][5]
Sintesa kitosan mengacu pada Islam
2. Kadar Air dan Abu Kitosan
Kadar air kitosan ditentukan dengan menggunakan instrument Moisture balance
selama 15 menit dengan jeda pengamatan 5 menit [2]. Kadar abu kitosan ditentukan dengan memijarkan sampel dalam tanur suhu 600-650oC selama 4 jam sampai sampel bebas dari karbon, [5].
3. Kadar Lemak Kitosan[5]
Kadar lemak kitosan ditentukan dengan menambahkan HCl 0,1 N dan akuades pada sampel yang kemudian dididihkan. Residu yang diperoleh dicuci dengan akuades kemudian di keringkan dalam oven 100oC. Residu dilarutkan dalam 25 ml Petroleum Eter, ditampung dalam labu, kemudian eter diuapkan dari ekstrak Setelah dingin ekstrak ditimbang sampai diperoleh berat konstan.
4. Kadar Protein Kitosan[5]
Kadar protein kitosan ditentukan dengan memasukkan sampel ke dalam labu Kjeldahl dan ditambahkan 10 gram Na2SO4 dan 10 ml H2SO4 pekat. Sampel didestruksi dalam lemari asam dengan panas rendah Hasil destruksi dilarutkan dalam akuades dan didestilasi. Destilat yang diperoleh ditampung dalam erlenmeyer yang berisi asam borat dan indikator mix. Destilat kemudian ditambah NaOH berlebih kemudian dititrasi dengan HCl 0,1 N.
5. Standarisasi Fisiko Kimia Kitosan
Karakterisasi kualitatif dilakukan dengan mereaksikan kitin dengan KI 1% (w/v) hingga menghasilkan warna cokelat. Kemudian ditambah asam sulfat 1M menghasilkan warna ungu menunjukkan bahwa kitin sudah terbentuk dan bebas
protein serta mineral [6]. Karakterisasi selanjutnya dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer FTIR (Flourier Transform Infra Red) untuk mengetahui derajat
deasetilasi, struktur molekul, gugus fungsi serta kemurnian kitin dan kitosan [6][12]. Derajat deasetilasi kitin dan kitosan dihitung dengan rumus Domzy dan Roberts [6] :
DD = 100-[{(A1654,6 / A3441,2) x 100} / 1,33]
6. Kelarutan dan Viskositas Kitosan
Kitosan dilarutkan dalam asam acetat 1% (v/v) dengan perbandingan 1:10 (w/v). larutan diaduk hingga membentuk gel. Diambil sebanyak 5 ml gel kitosan kemudian dipipetkan kedalam viscometer kemudian diukur waktu yang diperlukan kitosan untuk melewati pipa kapiler [4][8].
HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses sintesa kitosan
menghasilkan rendemen sebesar 74,65% ± 2,21. Dari data rendemen sintesa kitosan dari kitin dapat dilihat perbedaan massa kitin dan massa kitosan hasil sintesa, terjadi penurunan massa yang menunjukkan bahwa telah terjadi reduksi gugus fungsi [5]. Penelitian sebelumnya menggunakan H2O2 2% dan suhu 90oC[8] melaporkan bahwa rendemen sintesa kitosan sebesar 69,50%. Bila dibandingkan, rendemen yang diperoleh dari penelitian ini relatif lebih tinggi yaitu sebesar 74,65%.
yang bergugus fungsi amina lebih mudah beraksi dari pada kitin. Kitin memiliki keterbatasan pemanfaatan kerena sulit larut dalam pelarut organik dan asam kuat sehingga perlu dilakukan deasetilasi menghasilkan kitosan yang pemanfaatannya lebih bervariasi.
Pengukuran kadar air, kadar abu, lemak dan protein ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Analisa Kadar Air, Abu Lemak dan Protein Kitosan
Karakterisasi
Kadar air kitosan hasil sintesa adalah 12,93% ± 0,04. Hasil ini lebih rendah dari penelitian sebelumnya[5] yaitu sebesar 19,34%. Jumlah molekul air yang terlalu besar dapat merusak struktur kitosan karena mengakibatkan hidrolisis secara perlahan – lahan [5].
Hasil pengukuran kadar abu kitosan adalah sebesar 0,55% ± 0,10. Hasil ini lebih rendah bila dibandingkan dengan kitosan dari penelitian sebelumnya[5] yaitu sebesar 20,23%.
Pengukuran kadar abu bertujuan untuk mengetahui jumlah sisa mineral yang tidak tereduksi saat proses demineralisasi, Hasil ini menunjukkan bahwa proses demineralisasi telah berlangsung dengan optimal karena menyisakan kadar abu dalam jumlah kecil.
Pengukuran kadar lemak dan protein pada kitosan bertujuan untuk mengetahui sisa lemak dan protein yang masih tersisa setelah proses deproteinasi. Dari hasil pengukuran diperoleh kadar lemak sebesar 2,09% dan kadar protein sebesar 1,53% dari berat kering. Berbeda dengan hasil penelitian sebelumnya[5] yang melaporkan bahwa kadar lemak kitosan sebesar 0,69% dan kadar protein 39,98% dari berat kering. Perbedaan hasil pengukuran kadar protein menunjukkan bahwa proses deproteinasi pada penelitian ini sudah belangsung secara optimal. Sisa lemak dan protein yang lebih besar dari hasil yang diperoleh dapat mengakibatkan koagulasi dan danaturasi serta menghambat optimalnya proses deasetilasi.
Karakterisasi kadar air, abu, lemak dan protein diperkuat dengan hasil karakterisasi kualitatif kitin yaitu dengan mereaksikan kitin dengan asam sulfat 1% (v/v) dan dan Potasium Iodida (KI) 1% (w/v) menghasilan warna merah, menunjukkan bahwa kitin sudah bersih dari kelebihan mineral, lemak, air dan protein [5].
Data derajat deasetilasi kitosan ditampilkan pada Tabel 2.
Gambar 3. karakterisasi FTIR kitosan
Dalam karakterisasi dilakukan pengukuran derajat deasetilasi dan diperoleh derajat deasetilasi kitosan sebesar 57,6161%. Nilai derajat deasetilasi yang diperoleh berbeda dengan yang diharapkan yaitu 70%, hal ini disebabkan oleh bergesernya letak puncak pita amida dan hidroksil (dapat dilihat dari hasil FTIR). Penelitian sebelumnya[5] melaporkan bahwa kitosan hasil sintesa dikarakterisasi kimia menggunakan FTIR (Flourier Transform Infra Red) akan muncul pita serapan pada
bilangan gelombang 3.440,8 cm-1 menunjukkan tumpang tindih serapan vibrasi rentang gugus –OH dan N-H. Pita serapan pada bilangan gelombang 2.877,6 cm-1 menunjukkan vibrasi rentangan –CH2- alifatik yang diperkuat dengan munculnya serapan vibrasi bengkokan –CH2- pada bilangan gelombang 1.419,5 cm-1. Untuk puncak amida muncul pada bilangan gelombang 1.654,6 dan puncak hidroksil muncul pada bilangan gelombang 3.441,2. Sedangkan hasil penelitian menunjukkan puncak amida muncul pada bilangan gelombang 1.632,81 dan puncak hidroksil mumcul pada bilangan gelombang 3.438,26. Pergeseran letak
puncak ini kerena dalam proses deasetilasi yang dilakukan dalam penelitian tidak dalam suhu tinggi melainkan dalam suhu ruang, namun kitosan yang diharapkan tetap terbentuk dapat dilihat dari kelarutannya dalam asam asetat 1% yang rata – rata mencapai 100% (larut sempurna). Derajat deasetilasi sebesar 57,6161% juga diperkuat dari data viskositas yang menunjukkan bahwa laju alir gel kitosan lebih lambat daripada kitosan dengan derajat deasetilasi 70% hal ini disebabkan karena kitosan yang dihasilkan dari penelitian masih memiliki ukuran molekul yang lebih besar karena hanya ±57% gugus asetaminnya tereduksi. Bukti reduksi gugus asetamin dapat diamati dari perbedaan hasil FTIR kitin dan kitosan. Hasil FTIR kitin ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil FTIR Kitin
Derajat deasetilasi kitin didak diperhitungkan karena tidak terbentuk pemisahan puncak serapan yang spesifik. Puncak serapan yang diperhitungkan adalah puncak yang memiliki luas area dibawah kurva.
Data hasil analisa kelarutan ditampilkan pada Tabel 3.
Hidroksil
Amida
Hidroksil
Tabel 3. Kelarutan Kitosan dalam Asam
Kitosan yang berbentuk padat kemudian dilarutkan dalam asam asetat 1%
dengan perbandingan 1:10 w/v
menghasilkan gel kitosan dengan gugus polikationik NH3+. Struktur kitosan setelah larut dalam asam asetat 1% ditunjukkan pada Gambar 5
Gambar 5. Struktur Kimia Gel Kitosan [1][4].
Kelarutan kitosan pada penelitian ini sebesar 100%, lebih besar dari hasil penelitian sebelumnya[8] yang melaporkan bahwa kelarutan kitosan dalam asam asetat 1% sebesar 79,39%.
Data hasil analisa viskositas ditampilkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Viskositas Kitosan
Viskositas
Menurut penelitian sebelumnya menggunakan gel kitosan[8] dan gel poli asam
laktat[9], pengukuran viskositas kinematik menggunakan viscometer dengan pipa kapiler berdiameter 0,5 mm memiliki koevisien kinematik sebesar 0,009671 centistokes / detik. Pengukuran ini bertujuan sebagai langkah awal untuk mengukur ukuran molekul kitosan.
KESIMPULAN
Sintesa kitosan dari kulit udang menghasilkan sediaan kitosan dengan rendemen sintesa sebesar 74,56% ± 2,21 dan sifat fisikokimia sebagai berikut: kadar air 12,93% ± 0,04; kadar abu 0,55% ± 0,10; kadar lemak 2,09% ± 0,11; kadar protein 1,53% ± 0,08; kelarutan 100% ± 0,00; viskositas 0,0836 ± 0,0039 Centistokes; dan derajat deasetilasi 57,6161%.
DAFTAR RUJUKAN
[1] Abdulkarim, A; Muhammedd, T Isa; Surajudeen, A; Abubakar, Jaju M and Alewo, Opuanda A. 2013. Extraction and Characterization of Chitin and Chitosan from Mussel Shell. Civil and Enviromental Research, ISSN 2222-1719 (Paper) ISSN 2222-2863 (Online), IISTE Vol.3 No.2, 2013. pp: 108-114
[2] Fadhallah, E G; Elka, F; Nur, A H; Santoso, D A; dan Bayu, I. 2012.Prototype Teknologi Siluman (Sealth) Material Organik Penyerap Gelombang Radar dari Komposit Polimer Chitosan-Hidroksiapatit untuk Aplikasi Peralatan Militer Wilayah Perbatasan. Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. pp:1-8.
[4] Islam, M.M; Masum, M.S; Rahman, M.M; Molla, M.I; Saikh, A.A and S.K Roy. 2011. Preparation of Chitosan from Shrimp Shell and Investigation of Its Properties. Internatoinal Journal of Basic & Applied Sciences IJBAS-IJENS Vol: 11 No: 01. pp: 77-80.
[5] Kurniasih, M and Dwi, K. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Fisika Kimia Chitosan. Jurnal Inovasi Vol.5 No.1 42-48. UNSOED Purwokerto. pp: 42-48.
[6] Manurung, M. 2011. Potensi Khitin/Khitosan dri Kulit Udang sebagai Biokoagulan Penjernih Air. Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Udayana. (Thesis). pp: 182-188.
[7] Mardliyanti, E; Sjaikhurrizal, E M and Damai Ria S. 2012. Sintesis Nanopartikel Kitosan-Trypoly Phosphate dengan Metode Gelasi Ionik: Pengaruh Konsentrasi dan Rasio Volume Terhadap Karakteristik Partikel. Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2012. ISSN 1411-2213. pp: 90-93.
[8] Rochima, Ema. 2007. “Karakterisasi Kitin dan Kitosan Asal Limbah Ranjungan Cirebon Jawa Barat. Buletin Teknologi Hasil Perikanan, Vol. X Nomor 1, Tahun 2007. pp: 9-22.
[9] Saefuddin; Alfian, N; Tjodi, H; Paulina, T; Ahmad, Z; dan Zarlina. 2011. “Penentuan Konstanta a dan K Dalam Persamaan Mark-Houwink-Sakurada (MHS) Untuk Menentukan Massa Molekul Poli (Asam Laktat) Diol. Progdi
Pendidikan Kimia S1, Universitas Haluoleo Kendari. pp: 1-7.
[10] Sailaja, A K; P Arameshwar and P Chakravatri. 2010. Chitosan Nanoparticles as a Drug Delivery
System. ResearchJournal of
Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, Volume 1 Issue 3 Page No.474. pp: 474-483.
[11] Sashiwa, H and Sei-Ichi Aiba. 2004. Chemichally Modified Chitin and Chitosan as Biomaterials. Science Direct. pp: 887-908.
[12] Wonorahardjo, S. 2013. Metode – Metode Pemisahan Kimia.Jakarta. Akademia Permata.
TANYA JAWAB
PENYAJI:
Agung Rimayanto Gintu
PENANYA:
Yulius S. Dala Ngapa
PERTANYAAN:
Kenapa kitosan banyak
diambil dari kelas jenis udang bukan dari
jenis
crustaecea
yang lain
JAWABAN:
Udang dan
crustacean
lain,
kadar kitosan 15-24% sesuai spesies.
Udang dipilih karena:
a.
