KARAKTERISASI MEMBRAN SELULOSA BAKTERI Acetobacter

KARAKTERISASI MEMBRAN SELULOSA BAKTERI Acetobacter xylinum
HASIL FERMENTASI DAGING KULIT BUAH SEMANGKA
R. Frenando1, A. Dahliaty2, A. Linggawati3
Mahasiswa Program Studi S1 Kimia
Bidang Biokimia Jurusan Kimia
Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru, 28293, Indonesia
[email protected]
ABSTRACT
Bacterial cellulose is be used as membrane filtration. This research was conducted
to produce bacterial cellulose by using various concentrations of watermelon rind in the
fermentation medium (30%, 40%, 50%, 60%, and 70%). The bacterial cellulose were
produced then characterized for their morphology, functional groups, and selectivity
analysis. Our result showed that the surface of the bacterial cellulose membrane and formed
interwoven structure of microfibrils cellulose. The Cross-sectional observations of cellulose
membrane showed many layers of bacterial cellulose with irregular pore and the layer had
their own interbond. The FTIR spectra showed that the membrane has functional groups of
C-H, O-H, C-O, C-O-C, and Pyranose which acted as specific functional groups of
bacterial cellulose. These findings indicated that bacterial cellulose membrane of 70%
watermelon rind concentration had the optimum selectivity value in 72.43% rejection.
Keyword: bacterial cellulose, membrane, watermelon rind.
ABSTRAK
Selulosa bakteri memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai membran filtrasi.
Penelitian ini bertujuan memproduksi selulosa bakteri dengan memvariasikan konsentrasi
kulit buah semangka di dalam media fermentasi sebesar 30%, 40%, 50%, 60% ,dan 70%
lalu dikarakterisasi dengan menggunakan beberapa parameter seperti analisis morfologi,
gugus fungsi, dan selektivitas membran. Morfologi permukaan membran selulosa bakteri
menunjukkan bentuk yang tidak rata dan membentuk jalinan benang mikrofibril selulosa.
Pengamatan penampang melintang dari membran selulosa memperlihatkan bentuk
membran yang berlapis, berongga, dan saling berikatan antar lapisannya. Berdasarkan
analisis FTIR diketahui membran memiliki gugus fungsi C-H, O-H, C-O, C-O-C, dan
piranosa yang merupakan gugus fungsi spesifik selulosa bakteri. Hasil penelitian ini
1
menunjukkan bahwa membran selulosa bakteri dari kulit semangka dengan konsentrasi
70% memiliki selektivitas yang optimum dengan nilai rejeksi sebesar 72,43 %.
Kata kunci : kulit buah semangka, membran, selulosa bakteri.
PENDAHULUAN
Daging kulit buah semangka yang dihasilkan dari konsumsi masyarakat cukup besar
namun belum dapat dimanfaatkan secara optimal sehingga kulit buah semangka hanya
menjadi limbah yang mengotori lingkungan (Warisno, 2009). Buckel et al. (2007)
menyatakan bahwa benda-benda buangan atau limbah dari pengolahan pangan terutama
benda padat dan cair harus dibuang secara aman atau diolah menjadi bentuk yang dapat
berguna dan memiliki nilai. Oleh karena itu, perlu dicarikan solusi pengolahan limbah kulit
buah semangka sehingga tidak hanya menjadi limbah yang tidak berguna. Salah satu
pemanfaatan limbah kulit buah semangka dapat dilakukan dengan memproduksi membran
selulosa bakteri.
Membran selulosa bakteri murni tergolong dalam membran mikrofiltrasi yang
memiliki ukuran pori antara 0,1-10 µm (Ardiansyah, 2005). Filtrasi menggunakan
membran mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan metode pemisahan secara
konvensional antara lain pemisahan dapat dilakukan pada suhu kamar dan tidak
memerlukan bahan kimia tambahan sehingga relatif hemat energi, lebih bersih, dan ramah
lingkungan. Kemampuan pemisahan dengan menggunakan membran sangat dipengaruhi
oleh sifat fisik, kimia, mekanis, dan struktur pori.
METODE PENELITIAN
a. Analisis morfologi membran selulosa bakteri
Analisis morfologi membran dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM) yaitu pengambilan foto permukaan dan penampang melintang membran
selulosa bakteri pada perbesaran 1000, 5000, dan 10000 kali. Hasil morfologi ini kemudian
diamati penyebaran pori serta analisis lapisan membran selulosa bakteri.
b. Analisis gugus fungsi menggunakan FTIR
Membran selulosa bakteri yang dibuat dalam bentuk serbuk lalu dicampurkan
dengan pelet KBr dan diletakkan pada tempat sampel ke arah sinar inframerah. FTIR
dijalankan kemudian dihasilkan spektrum yang spesifik untuk gugus fungsi dari membran.
e. Selektivitas dekstran
Penentuan rejeksi dilakukan menggunakan dekstran dengan berat molekul 500 kDa
dan dilarutkan hingga konsentrasinya 100 ppm. Larutan dekstran diedarkan pada membran
dengan berbagai tekanan yaitu 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; dan 3,5 bar dengan laju adukan 500
rpm pada temperatur kamar. Permeat dan retentat pada berbagai tekanan tersebut diambil
sebanyak 10 mL.
2
Konsentrasi permeat dan retentat diukur dengan metode kolorimetri, yaitu dengan
menambahkan 5 mL asam sulfat pekat, dan 1 mL fenol 5% ke dalam 1 mL larutan dekstran.
Sampel diguncang hingga homogen dan dibiarkan pada temperatur kamar. Konsentrasi
ditentukan berdasarkan serapan dekstran yang diukur dengan spektrofotometer UV-Vis
pada panjang gelombang 490 nm (Yosephani, 2013).
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Analisis morfologi membran selulosa bakteri
(A)
(B)
Gambar 1. Morfologi permukaan membran selulosa bakteri perbesaran 1000x (A)
morfologi penampang melintang selulosa bakteri perbesaran 5000x (B)
Hasil pengamatan morfologi permukaan membran (Gambar 1.A) menunjukkan
struktur permukaan selulosa bakteri yang kurang rata dan berserat. Bentuk serat dari
permukaan membran selulosa bakteri diperjelas oleh pengamatan perbesaran penampang
melintang 5000 kali (Gambar 1.B). Gambar 2.B. menunjukkan penampang melintang
membran selulosa bakteri. Bentuk struktur yang terbentuk dengan metode pengeringan
berupa jalinan benang selulosa yang berlapis, bertumpuk, dan terdapat rongga udara yang
tidak teratur pada lapisan-lapisannya. Rongga udara yang terbentuk pada lapisan-lapisan
benang selulosa dapat diakibatkan oleh tidak ada tekanan pada proses pembentukan
membran sehingga lapisan benang selulosa pada membran yang terjadi tidak terlalu rapat
dan padat.
Bentuk membran selulosa bakteri yang berlapis dan memiliki rongga udara pada
lapisannya mempengaruhi dalam kinerja membran. Rongga udara pada lapisan akan
mengakibatkan tekanan yang tidak merata pada membran sehingga laju alir saat feed
melewati permukaan membran menjadi berbeda-beda. Selektivitas pada membran selulosa
bakteri juga dipengaruhi dari ketebalan pada permukaan membran semakin rapat dan tebal
lapisan benang selulosa bakteri pada permukaan membran maka selektivitas membran juga
semakin tinggi
3
(A)
(B)
Gambar 2. Morfologi penampang melintang selulosa bakteri (A)perbesaran
(B) perbesaran 10000 kali
1000 kali
b. Analisis gugus fungsi menggunakan FTIR
105
%T
97,5
90
2081,28
82,5
75
4500
Selulosa BCSR
4000
3500
3000
2500
2000
397,35
537,20
657,75
881,51
821,71
701,15
1000
619,18
1058,00
1123,58
1311,65
1270,18
964,45
1500
1218,10
1402,31
1627,03
1530,58
1545,05
1742,76
1686,82
45
1674,28
2879,85
2984,97
3062,13
3082,38
3188,47
3275,27
52,5
3236,69
2943,50
60
2825,84
67,5
500
1/cm
Gambar 3. Spektrum FTIR selulosa bakteri
Gambar 3. menunjukkan spektrum FTIR selulosa bakteri dari kulit buah semangka
dengan serapan puncak-puncak bilangan gelombang pada 3275,27cm-1 yang menunjukkan
adanya gugus (O-H). Bilangan gelombang 2943,50 cm-1 yang dihasilkan merupakan daerah
spesifik gugus C-H. Rentangan gugus C-O ditunjukkan pada bilangan gelombang 1058 cm1
, bukti adanya ikatan C-O-C terdapat pada bilangan gelombang spesifik 1123,58 cm-1.
4
Bilangan gelombang 964,45 cm-1 merupakan daerah bilangan gelombang khas dari gugus
Piranosa. Berdasarkan spektrum FTIR tersebut diketahui membran selulosa bakteri dalam
penelitian ini merupakan membran selulosa murni.
c. Selektivitas dekstran
Pada membran selulosa bakteri, diketahui selektivitas (rejeksi) membran meningkat
seiring dengan penggunaan jumlah konsentrasi kulit semangka pada media kultivasi. Pada
membran yang menggunakan kulit semangka 70% persen rejeksi membran mencapai
72,43% pada tekanan 3,5 bar (Tabel 1). Kenaikan persen rejeksi seiring dengan naiknya
tekanan yang digunakan. Selain itu kenaikan rejeksi juga dipengaruhi oleh ketebalan
membran yang meningkat dengan semakin banyaknya terbentuk benang-benang mikrofibril
selulosa.
Tabel 1. Nilai % rejeksi dekstran 500 kDa pada filtrasi membran selulosa bakteri dengan
variasi tekanan
Konsentrasi
kulit semangka
30%
40%
50%
60%
70%
0,5 bar
41,38
34,90
35,38
33,86
41,72
1 bar
29,46
39,13
34,91
37,62
47,02
% rejeksi
1,5 bar 2 bar
2,5 bar
30,01
35,10
37,21
42,65
47,62
52,20
47,11
54,24
60,36
50,31
63,72
68,05
54,20
61,85
67,33
LP
3 bar 3,5 bar
39,86 45,21
48,98 45,33
63,74 65,19
67,70 68,81
70,64 72,43
mL/cm2.s bar
4 x 10-5
4 x 10-5
4 x 10-5
4 x 10-5
3 x 10-5
Peningkatan benang-benang mikrofibril selulosa dan tekanan yang diberikan pada saat
filtrasi, mennyebabkan kerapatan pori-pori permukaan membran semakin tinggi, akibatnya
kemampuan menahan dekstran melewati membran menjadi lebih tinggi. Hal ini juga
didukung oleh gambar morfologi SEM (Gambar 2.B). Pada Gambar 2.B dapat dilihat
adanya rongga udara pada setiap lapisan benang selulosa bakteri. Rongga pada lapisan
tersebut dapat diminimalisir dengan peningkatan ketebalan atau pemberian tekanan yang
lebih tinggi, sehingga kerapatan membran menjadi lebih baik dan rejeksi meningkat.
Berdasarkan analisis ini dapat juga disimpulkan bahwa membran selulosa bakteri dari kulit
buah semangka dapat digunakan untuk memfiltrasi zat dengan berat molekul besar dari
500.000 Dalton seperti lemak, protein dan bakteri (mikromolekul)
KESIMPULAN DAN SARAN
Morfologi permukaan membran selulosa bakteri menunjukkan bentuk yang tidak
rata dan membentuk jalinan benang mikrofibril selulosa. Pengamatan penampang
melintang dari membran selulosa memperlihatkan bentuk membran yang berlapis dan
5
saling berikatan antar lapisannya. Dari analisa FTIR gugus fungsi membran selulosa bakteri
dari fermentasi daging kulit buah semangka diketahui memiliki panjang gelombang spesifik
selulosa murni dengan nilai panjang gelombang gugus O-H, C-H, C-O, C-O-C dan gugus
piranosa yang dihasilkan. Karakterisasi membran selulosa bakteri dengan menggunakan
fermentasi daging kulit semangka telah berhasil dilakukan, membran selulosa bakteri
dengan konsentrasi penggunaan kulit semangka 70% menghasilkan selektivitas paling
tinggi (72,43%).
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih diucapkan kepada Ibu Dra.Andi Dahliaty, M.S. dan Ibu Dr. Amilia
Linggawati, M.Si. sebagai dosen pembimbing yang telah begitu banyak memberi petnjuk,
waktu, motivasi, dan sarannya selama menjalani penelitian dan penulisan artikel ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ardiansyah, M. 2005. Sifat-Sifat Membran yang Terbuat dari Kulit Buah Nanas. Skripsi
Departemen Kimia FMIPA IPB, Bogor.
Buckel, K. A., Edwards, R. A., and Wouton, M. 2007. Ilmu Pangan. Terjemahan dari Food
Science oleh Purnomo, H. dan Adiono. UI Press, Jakarta.
Warisno. 2004. Mudah dan Praktis Membuat Nata de coco. Cetakan kedua. Agromedia
Pustaka, Depok.
Yosephani, G. 2013. Efektivitas Membran Hibrid Nilon 6,6-Kaolin pada Penyaringan Zat
Warna Procion. Skripsi Jurusan Kimia FMIPA. Universitas Riau, Pekanbaru.
6