1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam beberapa tahun terakhir, upaya besar telah dilakukan untuk meringankan krisis pangan global. Namun, masalah besar yang berkaitan dengan masalah pemborosan makanan masih saja terjadi seperti melekatnyanya sisa makanan cair (susu, yogurt, madu, dll) di bagian dalam wadah makanan ketika dituangkan (Li Yao, dkk., 2018). Produk makanan cair komersial seperti susu, yogurt, dan madu sering dikemas dengan wadah yang terbuat dari plastik. Data menunjukkan fenomena ini dapat menghasilkan sekitar 15% limbah makanan cair, terutama dalam kasus makanan yang sifatnya lengket seperti yogurt (Wang Daheng, dkk., 2019). Jika sisa makanan cair yang melekat dalam wadah dapat dikurangi, hal itu akan sangat membantu untuk menghemat makanan (Li Yao, dkk., 2018). Upaya menyediakan kemampuan pengurangan residu untuk permukaan wadah makanan telah dilakukan oleh para ilmuwan di seluruh dunia. Untuk mengurangi residu makanan cair, salah satu pendekatannya adalah menciptakan pelapis hidrofobik yang memiliki kemampuan swabersih guna mengurangi residu makanan cair yang melekat dalam wadah (Wang Daheng, dkk., 2019).
Di alam pelapis hidrofobik terinspirasi oleh daun tanaman teratai (Nelumbo nucifera) memperlihatkan keterbasahan khusus, untuk mencegah adhesi air yang tertinggal. Pada permukaan daun teratai, tetesan air hampir berbentuk bulat dan bisa bergulir dengan bebas. Keterbasahan khusus daun teratai disebabkan oleh dua faktor utama, pertama karena komposisi kimia yang dimiliki memberi tegangan permukaan yang rendah, kedua karena struktur berskala banyak untuk meningkatkan hidrofobisitas pada permukaan daun teratai. Kerja sama komposisi kimia dan struktur berskala banyak menghasilkan hidrofobisitas yang baik, sehingga menghasilkan sudut kontak air yang tinggi dan histerisis sudut kontak yang kecil. Untuk keterbasahan khusus, banyak strategi yang telah dikembangkan untuk menciptakan pelapis hidrofobik, diantaranya adalah penggunaan bahan yang tidak beracun dan edible (dapat dikonsumsi), sehingga aman ketika termakan
2 selama pengaplikasian pada pelapis kemasan makanan. Selain itu, metode pembuatan permukaan hidrofobik harus sederhana, biayanya rendah, dan dapat dikendalikan dalam pemanfaatan area yang luas untuk aplikasi komersial potensial.
Dalam penelitian terdahulu, badan pengawas obat dan makanan Amerika Serikat (FDA) menyetujui penggunaan lilin lebah sebagai bahan utama pembuatan pelapis hidrofobik dengan metode spray coating karena sifatnya yang edible (dapat dikonsumsi) (Li Yao, dkk., 2018). Namun, kekuatan rekat dari pelapis berbahan dasar lilin lebah ini tidak memuaskan karena sifat fisikokimia lilin lebah (pelelehan panas menyebabkan runtuhnya struktur mikro) (Zhang Yiwen, dkk., 2018). Metode pembuatan pelapis hidrofobik berbahan dasar lilin lebah tersebut tidak sesuai untuk diaplikasikan pada pelapis kemasan makanan yang fleksibel karena akan menghasilkan pelapis yang kaku. Oleh karena itu, merupakan tantangan besar untuk merancang dan mengembangkan pelapis hidrofobik yang ideal pada permukaan kemasan makanan yang fleksibel (Li Yao, dkk., 2018).
Edible film merupakan lapisan tipis (film) pelapis kemasan makanan yang dibuat dari bahan yang dapat dikonsumsi yang berfungsi sebagai penghalang perpindahan massa zat terlarut dan/atau untuk mengurangi residu makanan cair (Krochta, 1992). Menurut Krochta (1992) bahan dasar pembuatan edible film dapat digolongkan menjadi tiga kelompok yaitu hidrokoloid (protein dan polisakarida), lemak (asam lemak dan wax), dan campuran (hidrokoloid dan lemak). Adapun salah satu bahan dasar yang dapat digunakan adalah kitosan. Kitosan termasuk salah satu jenis polisakarida yang dapat digunakan sebagai edible film. Pelapis dengan bahan polisakarida (kitosan) merupakan penghalang yang baik karena dapat membentuk matriks yang kuat dan rapat sehingga memiliki sifat yang elastis, dan fleksibel (Butler et al., 1996).
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan Li Yao, dkk. (2018), dianggap perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pembuatan pelapis hidofobik yang dibuat dari campuran lilin lebah dan kitosan dengan metode dip coating yang sederhana, murah, dan dapat diukur. Kitosan yang digunakan dapat mempertahankan struktur lapisan mikro lilin lebah karena memiliki matriks yang kuat dan rapat. Dalam penelitian ini pula dianalisis kandungan gugus fungsional pelapis substrat menggunakan Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red
3 (FTIR) dan menganalisis karakteristik morfologi permukaan substrat polietilena tereftalat (PET) yang telah dilapisi oleh film campuran dari ktosan dan lilin lebah menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Selain itu pengukuran sudut kontak dan histerisis sudut kontak dilakukan menggunakan software MB-Ruler untuk mengetahui sifat hidrofobik dan swabersih dari substrat termodifikasi.
Substrat termodifikasi yang terlapisi oleh kitosan - lilin lebah juga akan dianalisis ketahanannya terhadap bahan yang memiliki tegangan permukaan rendah, yaitu dengan meneteskan larutan Sodium dedocyl sulfate (SDS) di atas permukaan substrat termodifikasi. Jenis surfaktan ini mudah didapatkan dipasaran karena umumnya digunakan sebagai agen pembusa pada shampoo, pasta gigi, dan beberapa deterjen (Salanger, 2002).
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh dari campuran bahan pelapis menggunakan lilin lebah dan kitosan terhadap sudut kontak dan histerisis sudut kontak yang terbentuk?
2. Bagaimana karakteristik morfologi permukaan substrat PET yang telah dilapisi oleh pelapis lilin lebah - kitosan?
3. Bagaimana ketahanan pelapis hidrofobik terhadap pengujian larutan surfaktan sebagai bulir cairan?
1.3. Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah yang telah diuraikan di atas, dapat dirumuskan tujuan penelitian sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh dari campuran bahan pelapis menggunakan lilin lebah dan kitosan terhadap sudut kontak dan histerisis sudut kontak yang terbentuk.
2. Mengetahui karakteristik morfologi permukaan substrat PET yang telah dilapisi oleh pelapis lilin lebah - kitosan.
3. Mengetahui ketahanan pelapis hidrofobik terhadap pengujian larutan surfaktan sebagai bulir cairan.
4 1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1. Membuat campuran pelapis yang dapat memberikan sifat hidrofobik dan memiliki kemampuan swabersih pada substrat berbasis plastik (PET).
2. Mendapatkan pelapis yang resisten terhadap larutan yang memiliki sifat tegangan permukaan yang rendah.
3. Sebagai bentuk inovasi mahasiswa dalam memajukan riset dan teknologi di Indonesia, khususnya dalam bidang modifikasi pelapis kemasan makanan.
1.5. Kerangka Pemikiran Penelitian
Gambar kerangka pemikiran penelitian, dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 1.1 Kerangka pemikiran penelitian
Karakteristik Coating
FTIR Spray Coating
Sudut Kontak Rekayasa Pelapis
Permukaan
Hidrofobik Larutan Surfaktan
Hidrofilik Air
Dip Coating SEM
Metode Coating
Ketahan Coating terhadap Perlakuan
Fisik
Rekayasa Permukaan Hidrofobik Bahan Kemasan
Pangan Jenis Polyethylene terephthalate (PET) menggunakan Pelapis dari Emulsi Lilin Lebah-Kitosan
