PENGARUH PENAMBAHAN POLIETILEN GLIKOL

i
PENGARUH PENAMBAHAN POLIETILEN GLIKOL
DAN NANOPARTIKEL ZnO TERHADAP SIFAT
FUNGSIONAL KEMASAN BERBASIS POLI ASAM
LAKTAT
ARDIANI MUTIARA NISA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pengaruh Penambahan
Polietilen glikol dan Nanopartikel ZnO Terhadap Sifat Fungsional Kemasan
Berbasis Poli Asam Laktat adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, November 2015
Ardiani Mutiara Nisa
NIM F251124161
ii
RINGKASAN
ARDIANI MUTIARA NISA. Pengaruh Penambahan Polietilen glikol dan
Nanopartikel ZnO Terhadap Sifat Fungsional Kemasan Berbasis Poli Asam
Laktat. Dibimbing oleh NUGRAHA EDHI SUYATMA, TJAHJA MUHANDRI
dan EVI SAVITRI IRIANI.
Plastik banyak digunakan sebagai material bahan kemasan karena
memiliki sifat fisik dan mekanik yang baik serta murah, praktis serta fleksibel.
Namun sifat plastik yang sulit didegradasi serta bahan bakunnya yang tidak dapat
diperbaharui menimbulkan masalah lingkungan. Untuk itu perlunya alternatif
bahan pengemas yang memiliki sifat dapat didegradasi, bahan bakunya yang dapat
diperbaharui namun memiliki sifat fungsional yang baik. PLA merupakan polimer
yang banyak dikembangkan karena memiliki sifat mekanik dengan kuat tarik yang
baik, termoplastis, barrier yang baik terhadap migrasi flavor dan gas, dapat
didegradasi serta bahan bakunya yang dapat diperbarui. Namun PLA memiliki
sifat rigid dan rapuh. Selain itu PLA memiliki stabilitas termal dan barrier uap air
yang rendah yang membuat aplikasinya sebagai bahan pengemas terbatas. Untuk
dapat meningkatkan sifat fungsional kemasan dari PLA maka dapat dilakukan
dengan menambahkan pemlastis dan filler berukuran nano.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan sifat fungsional pada
film Poli Asam Laktat dengan penambahan Polietilen glikol dan nanopartikel
ZnO. Film nanokomposit dibuat dengan metode casting solution. Konsentrasi dari
pemlastis PEG yang ditambahkan adalah sebesar 10%, 20% dan 30% dan untuk
konsentrasi nanopartikel ZnO adalah sebesar 0%, 1% dan 2%. Karakterisasi film
dilakukan dengan menganalisis nilai kuat tarik, persen elongasi, kristalinitas, nilai
laju transmisi uap air, sifat termal, parameter warna, struktur morfologi, dan sifat
antimikroba terhadap bakteri Escherichia coli dan Staphylococcus aureus.
Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa penambahan pemlastis PEG
dapat meningkatkan nilai persen elongasi dan nilai ΔE dari film PLA. Sedangkan
penambahan nanopartikel ZnO pada film PLA mampu meningkatkan nilai kuat
tarik, sifat barrier terhadap uap air, nilai ΔE serta memberikan aktivitas antibakteri
terhadap pertumbuhan Escherichia coli. Akan tetapi, penambahan PEG dan
nanopartikel ZnO memberikan efek yang tidak diharapkan yaitu penurunan
stabilitas termal dari film PLA.
Kata kunci: film nanokomposit, nanopartikel ZnO, pemlastis, PEG, PLA
iii
SUMMARY
ARDIANI MUTIARA NISA. The Effect of Polyethylene Glycol and ZnO
Nanoparticles Additions Towards Functional Properties of Polylactic Acid-Based
Packaging. Supervised by NUGRAHA EDHI SUYATMA, TJAHJA
MUHANDRI and EVI SAVITRI IRIANI.
Plastic is widely used as a packaging material because it has good physical
and mechanical properties and also cheap, practical and flexible. But the
characteristic of plastic that is difficult to degrade and its raw materials that cannot
be renewed cause environmental problems. Therefore,alternative packaging
materials that have degradable properties, made from renewable raw materials and
have good functional properties are necessary to be developed. Polylactic Acid
(PLA) is a polymer that has been developed because it has mechanical properties
with good tensile strength, thermoplastic, good barrier to migration of flavor and
gas, degradable and made from renewable raw materials. However, PLA has rigid
and fragile characteristics. Moreover, PLA has low thermal stability and water
vapor barrier that makes its application as a packaging material is limited. In order
to improve the functional properties of PLA packaging,plasticizer and nano-sized
filler can be added.
The purpose of this research was to improve the functional properties of
PLAfilm with the additions of polyethylene glycol and ZnO nanoparticles.
Nanocomposite film was made usingcasting solution method. The concentrations
of the PEGplasticizer added were 10%, 20% and 30%, while the concentrations of
ZnO nanoparticles added were 0%, 1% and 2%. Film characterization was
conducted by analyzing the values of tensile strength, elongationpercentage,
crystallinity, water vapor transmission rate, thermal properties, color parameter,
morphological structure, and antimicrobial properties against Escherichia coli and
Staphylococcus aureus.
This study results showed that the addition of PEG plasticizer could
improve the elongation percentageand ΔE value of PLA film. While the addition
of ZnO nanoparticles in the PLA film was able to increase the values of tensile
strength, barrier properties against water vapor, ΔE and provided antibacterial
activity against the growth of Escherichia coli. However, the additions of PEG
and ZnO nanoparticles gave undesirable effects such as the decrease of thermal
stability of PLA film.
Keywords: nanocomposite film, ZnO nanoparticles, plasticizer, PEG, PLA
iv
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
i
PENGARUH PENAMBAHAN POLIETILEN GLIKOL
DAN NANOPARTIKEL ZnO TERHADAP SIFAT
FUNGSIONAL KEMASAN BERBASIS POLI ASAM
LAKTAT
ARDIANI MUTIARA NISA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
ii
Penguji Luar Komisi Pada Ujian Tesis: Dr.Ir Sukarno, MSc
iv
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan tesis yang berjudul Pengaruh Penambahan Polietilen glikol dan
Nanopartikel ZnO Terhadap Sifat Fungsional Kemasan Berbasis Poli Asam
Laktat. Tesis ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan strata dua (S2) Program Studi Ilmu Pangan, Departemen Ilmu dan
Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Nugraha Edhi Suyatma,
S.TP, DEA., Bapak Dr. Tjahja Muhandri, S.TP MT., Ibu Dr. Ir. Evi Savitri Iriani,
M.Si selaku pembimbing yang telah memberikan pengarahan, bimbingan, saran,
motivasi, serta solusi dari setiap permasalahan yang dihadapi penulis selama
melaksanakan penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan terimakasih
kepada Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Kementerian
Pertanian Republik Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui kegiatan
DIPA APBN BB Pascapanen TA 2014. Selain itu penulis ucapkan terima kasih
kepada penguji luar komisi Dr. Ir. Sukarno, M.Sc dan Prof. Dr. Ir. Ratih Dewanti,
M.Sc selaku Ketua Program Studi Ilmu Pangan IPB, yang telah memberikan
masukan pada saat ujian sidang tesis untuk membuat karya ilmiah ini menjadi
lebih baik.
Ungkapan terima kasih yang tak terhingga juga penulis ucapkan kepada
kedua orang tua Bapak Darno dan Ibu Siti Halimah serta seluruh keluarga besar
tercinta, atas segala doa, semangat, dukungan, motivasi dan kasih sayangnya
selama ini. Penulis juga ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak,
teknisi laboratorium dan teman-teman yang telah membantu dan berbagi ilmu
dalam penelitian ini. Terima kasih kepada teman-teman seperjuangan
Pascasarjana Ilmu Pangan IPB. Semoga karya tulis ini bermanfaat bagi kemajuan
ilmu pengetahuan selanjutnya.
Bogor, November 2015
Ardiani Mutiara Nisa
v
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Hipotesis
Manfaat Penelitian
2 TINJAUAN PUTAKA
Poli Asam Laktat
Pemlastis
Biodegradable plastik
Nanokomposit
Nanopartikel ZnO
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Alat
Bahan
Prosedur Percobaan
Karakterisasi bahan baku
Analisis struktur morfologi dan ukuran nanopartikel ZnO
Analisis aktivitas antimikroba
Pembuatan film nanokomposit
Karakterisasi fim nanokomposit
Analisis sifat mekanik
Analisis kristalinitas
Analisis laju transmisi uap air
Analisis morfologi permukaan
Analisis sifat termal
Analisis sifat antimikroba
Analisis warna
Analisis statistik
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik bahan baku
Analisis struktur morfologi dan permukaan
Analisis aktivitas antimikroba
v
v
v
1
3
3
3
3
4
8
9
10
13
15
15
15
16
16
17
17
17
18
18
18
18
18
19
19
19
19
19
20
vi
Karakteristik film nanokomposit
Sifat mekanik
Kristalinitas
Laju transmisi uap air
Sifat morfologi
Sifat termal
Sifat antimikroba
Analisis warna
20
20
22
23
24
25
26
27
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
29
29
29
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
37
RIWAYAT HIDUP
44
vii
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
Kelebihan PLA jika digunakan sebagai bahan pengemas
Penelitian Pembuatan PLA
Hasil analisis antimikroba dengan metode difusi sumur
Nilai kuat tarik dan persen elongasi film
Nilai laju transmisi uap air
Diameter zona bening film
Nilai ΔE film
5
6
21
21
24
27
28
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Metode polimerisasi asam laktat
Mekanisme kerja pemlastis
Kelompok biodegradable polimer
Dimensi nano filler
Metode sintesis nanopartikel ZnO pada skala industri
Perbandingan zona inhibisi nanopartikel oksida logam terhadap
beberapa mikroorganisme
Diagram alir jalannya penelitian
Diagram alir proses pembuatan film PLA
Hasil SEM nanopartikel ZnO pada perbesaran 20.000x
Difraktogram sinar X film nanokomposit
Hasil SEM film pada perbesara 200x
Termogram kestabilan panas film
5
8
10
11
12
13
16
19
20
23
25
26
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Hasil analisis statistik diameter zona bening bakteri E.coli
Hasil analisis statistik diameter zona bening bakteri S.aureus
Hasil analisis statistik nilai kuat tarik
Hasil analisis statistik nilai persen elongasi
Hasil analisis statistik WVTR film
Hasil analisis statistik diameter zona bening film
Hasil analisis statistik nilai ΔE film
38
38
39
40
41
42
43
1
1
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Plastik banyak digunakan sebagai material bahan kemasan karena sifatnya
yang praktis, fleksibel, ringan, tahan air, dan harganya relatif murah serta
terjangkau oleh semua kalangan masyarakat, selain itu plastik mudah diproduksi
secara massal. Dalam industri pangan, kemasan plastik dapat secara efektif
meningkatkan umur simpan bahan karena mampu melindungi bahan dari uap air,
udara, mikroba dan tekanan selama proses penyimpanan. Disamping berbagai
keunggulan yang ada pada plastik, bahan ini jugamenimbulkan permasalahan
berskala global, baik bagi lingkungan maupun kesehatan. Selain itu bahan baku
pembuatan plastik menggunakan sumber daya alam yang ketersediaanya semakin
menipis dan sulit diperbaharui. Struktur molekul plastik yang sangat kompleks
menyebabkan plastik sulit terdegradasi secara alami sehingga terakumulasi dan
menimbulkan pencemaran serta kerusakan lingkungan.
Berbagai usaha dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan sampah
plastik seperti daur ulang dan teknologi pengolahan sampah plastik, namun plastik
daur ulang memiliki keterbatasan masa pakai dan kualitasnya menurun. Selain itu,
penggunaan plastik daur ulang dikhawatirkan akan menimbulkan migrasi
monomer plastik yang dapat mencemari produk, khususnya bila digunakan
sebagai bahan kemasan pangan. Pengolahan plastik bekas pakai untuk dijadikan
bahan baku produk plastik baru dinilai tidak efisien karena prosesnya lebih sulit
dan biaya pengolahannya lebih mahal dibandingkan membeli bahan baku plastik
yang baru. Teknologi pengolahan sampah plastik melalui pembakaran akan
menghasilkan gas CO2 dan dioksin yang beracun bagi manusia dan berdampak
pada meningkatnya pemanasan global.
Pemerintah juga turut mendukung dalam mengurangi penggunaan plastik
sebagai bahan pengemas dengan mengeluarkan peraturan pemerintah terhadap
produsen. Berdasarkan Peraturan Pemerintah No.81 Tahun 2012 pasal 12, 13, 14,
dan 15 tentang penggunaan kemasan yang dapat diurai oleh alam. Pemerintah
mengatur produsen untuk menggunakan kemasan yang mudah diurai oleh proses
alam dan menimbulkan sampah sesedikit mungkin. Produsen dapat mengalihkan
penggunaan kemasannya dengan kemasan yang dapat diurai oleh alam secara
bertahap selama 10 tahun ke depan.
Untuk itu perlunya alternatif bahan kemasan yang dapat diurai untuk
menggantikan penggunaan plastik sebagai bahan pengemas produk. Polimer alami
atau biopolimer telah banyak digunakan untuk menggantikan plastik sebagai
bahan pengemas karena sifatnya yang dapat diurai oleh alam dan bahan bakunya
yang dapat terus diperbaharui. Berbagai penelitian tentang bipolimer terus
dikembangkan dengan tujuan untuk mendapatkan bahan pengemas dengan
karakteristik yang baik dan mampu bersaing dengan kemasan sintetik yang ada.
Salah satu biopolimer yang banyak dikembangkan dan telah diproduksi secara
massal adalah Poli Asam Laktat.
Poli Asam Laktat atau PLA merupakan poliester linier alifatik yang
diproduksi dari polikondensasi asam laktat dari fermentasi glukosa. PLA
merupakan polimer yang banyak dikembangkan karena memiliki sifat mekanik
2
dengan kuat tarik yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan polimer lainnya
seperti High Density Polyethylene (HDPE), Polypropilene (PP) dan Polystyrene
(PS) (Dorgan et al. 2010). Polimer ini juga tahan terhadap pelarut dan berfungsi
sebagai barier migrasi flavor maupun gas lainnya seperti CO2, O2, N2 serta uap air
(Auras et al. 2005). PLA juga memiliki biokompatibilitas terhadap jaringan dalam
tubuh sehingga tidak bersifat toksik maupun karsinogenik (Athanasiou et al.
1996). Namun seperti kelompok Polystyrene lainnya, PLA memiliki sifat rigid
dan rapuh. Poli Asam Laktat memiliki nilai elongasi yang sangat rendah yaitu
dibawah 10% (Rasal dan Hirt 2008). PLA juga memiliki stabilitas termal yang
lemah yang membuat aplikasinya sebagai bahan pengemas terbatas (Harada et al.
2007).
Untuk memperluas aplikasi PLA dalam bidang kemasan maka perlu
ditingkatkan fleksibilitas, sifat barrier dan stabilitas termalnya. Beberapa
penelitian telah dilakukan untuk mengatasi permasalahan tersebut diantaranya
adalah dengan pencampuran PLA dengan pemlastis dan filler. Beberapa pemlastis
yang telah diteliti untuk memplastisasi film PLA diantaranya adalah ester sitrat
(Ljungberg dan Wesslen 2002), Polietilen glikol atau PEG (Baiardo et al. 2003;
Pillin et al. 2006), Polipropilen glikol (Piorkowska et al. 2006). Martin dan
Averous (2001) melakukan penelitian dengan mencampurkan PLA dengan
beberapa jenis pemlastis seperti ester sitrat, PEG monolaurat, polietilen glikol
(PEG) dengan berat molekul 400 serta gliserol dan mendapatkan hasil bahwa PEG
berberat molekul 400 Da merupakan pemlastis yang paling efisien untuk PLA.
PEG juga mampu menurunkan nilai Tgdari film PLA (Li dan Huneault 2007).
Nanokomposit terdiri dari matriks polimer atau fase kontinyu dan fase
diskontinyu dengan setidaknya satu dimensi lebih kecil dari 100 nm. Tidak seperti
filler berukuran mikro atau makro, nanopartikel dapat meningkatkan karakteristik
film dengan jumlah penambahan yang sedikit (kurang dari 5%). Penggunaan
nanopartikel pada polimer telah diketahui mampu meningkatkan sifat mekanik,
termal dan barrier terhadap uap air maupun gas. Ketika akan digunakan sebagai
kemasan pangan, nanokomposit lebih baik dibanding kemasan pangan lainnya
karena mampu meningkatkan sifat fungsional dari bahan pegemas (Arora dan
Padua 2010). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk membuat nanokomposit
berbasis PLA dengan beberapa filler diantaranya adalah clay (Du et al. 2006;
Fukushima et al. 2009; Svagan et al. 2012), nanoselulosa (Gatenholm dan Klemm
2010; Lin et al. 2011; Foturnati et al. 2012; Hossain et al. 2012), karbon
(Chrissafis et al. 2010; Manfredi et al. 2011; Wang dan Qiu 2012), logam
(Kamyar et al. 2010), dan silicon (Huang et al. 2009; Fina et al. 2010; Kuoa dan
Chang 2011).
Jenis logam ZnO telah diketahui sebagai logam yang ramah lingkungan
dan memiliki banyak fungsi jika diaplikasikan sebagai filler. ZnO bersifat tidak
berwarna, dan absorber yang efisien terhadap sinar UV. Filler berukuran nano
dari ZnO dapat diinkorporasikan dengan baik terhadap beberapa polimer seperti
polipropilen, polistiren, polimetilmetakrilat untuk menghasilkan nanokomposit
yang memiliki sifat antimikroba, dan absorber ultraviolet yang baik (Gaur et al.
2010; Li dan Li 2010; Huang dan Hsieh 2010). Nanopartikel ZnO yang
diinkorporasikan ke dalam polimer poliuretan mampu meningkatkan kekuatan
mekanik, stabilitas termal, serta permeabilitas uap air dari film. Selain itu film
3
nanokomposit yang dihasilkan mampu menghambat pertumbuhan bakteri
Eschericia coli dan Staphylococcus aureus (Ma dan Zhang 2009).
Dengan demikian penelitian dengan melakukan pembuatan film berbasis
Poli Asam Laktat (PLA) dengan penambahan Polietilen glikol (PEG) sebagai
pemlastis dan filler nanopartikel ZnO dapat menghasilkan film dengan sifat
mekanik, termal, morfologi maupun sifat fungsional yang baik.
Perumusan Masalah
Penggunaan plastik sebagai bahan pengemas telah menimbulkan masalah
global karena sifatnya yang tidak dapat didegradasi dan sumbernya yang tidak
dapat diperbaharui. Plastik berbahan dasar biopolimer hadir sebagai solusi
alternatif mengatasi permasalahan penggunaan plastik yang bersumber dari
minyak bumi. Poli Asam Laktat (PLA) merupakan polimer yang dengan sifat
mekanik yang baik, diproduksi dari polikondensasi asam laktat yang dapat terus
diperbaharui serta telah banyak diproduksi secara massal. Namun PLA memiliki
sifat yang rigid dan rapuh sehingga aplikasinya sebagai bahan pengemas menjadi
terbatas. Penambahan pemlastis dan filler dapat memperbaiki karakteristik dari
film PLA yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan sifat fungsional
film PLA yang dihasilkan dengan penambahan pemlastis Polietilen glikol dan
filler nanopartikel ZnO. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh penambahan Polietilen glikol dan nanopartikel ZnO
terhadap sifat fungsional film nanokomposit seperti sifat fisik, mekanik, termal,
morfologi dan sifat antimikroba.
Hipotesis
Sifat fungsional dari film PLA yang dihasilkan dapat meningkat dengan
penambahan PEG pada taraf 10%, 20%, 30% dan penambahan nanopartikel ZnO
pada taraf 0%, 1% dan 2%.
Manfaat Penelitian
Dapat memperoleh alternatif bahan kemasan dengan bahan baku yang
dapat terus diperbaharui serta mampu terdegradasi sehingga dapat mengurangi
pencemaran lingkungan, aman bagi kesehatan manusia dan memiliki sifat
fungsional yang baik.
4
2
TINJAUAN PUSTAKA
Poli Asam Laktat
Poli Asam Laktat atau PLA merupakan hasil polimerisasi dari monomer
asam laktat. Asam laktat adalah senyawa asam hidroksi yang paling sederhana
dan memiliki atom karbon asimetris yaitu dalam bentuk asam L-laktat dan asam
d-laktat.Asam laktat diproduksi dari perubahan gula atau pati yang bersumber dari
bahan polisakarida melalui fermentasi bakteri atau petrokimia. Produksi asam
laktat melalui bakteri fermentasi strain Lactobacillus lebih sering digunakan sejak
tahun 1990 karena lebih aman dan ramah lingkungan.
Menurut Averous (2008), poli asam laktat dapat diproduksi melalui tiga
metode, yaitu polikondensasi langsung, polikondensasi azeotropik dan
polimerisasi pembukaan cincin (Ring Opening Polimerization). Secara skematik
proses polimerisasi asam laktat disajikan pada Gambar 1.
1. Polimerisasi dengan polikondensasi langsung merupakan metode paling
murah untuk menghasilkan Poli Asam Laktat, namun sangat sulit untuk
mendapatkan Poli asam laktat dengan berat molekul yang tinggi (Averous
2008). Polikondensasi langsung terjadi karena adanya gugus hidroksil dan
karboksil pada asam laktat. Namun, reaksi polikondensasi langsung asam
laktat ini tidak cukup dapat meningkatkan bobot molekulnya dan pada metode
ini dibutuhkan waktu yang sangat lama karena sulitnya untuk mengeluarkan
air dari produk yang memadat, sehingga produk air yang dihasilkan justru
akan menghidrolisis polimer yang terbentuk. Reaksi polikondensasi
konvensional hanya mampu menghasilkan poli asam laktat berbobot molekul
rendah dengan cirinya seperti kaca yang getas.
2. Polikondensasi azeotropik merupakan modifikasi dari reaksi polikondensasi
langsung yang dapat menghasilkan bobot molekul yang lebih tinggi dan tidak
menggunakan chain-extenders atau adjuvents (Averous 2008). Mitsui
Chemical (Jepang) telah mengkomersialkan proses ini dimana asam laktat dan
katalis didehidrasi secara azeotropik dalam sebuah refluxing, pemanasan
dengan temperatur tinggi, pelarut aprotic pada tekanan rendah untuk
menghasilkan poli asam laktat dengan berat molekul mencapai ≥ 300.000.
Reaksi polikondensasi azeotropik menggunakan pelarut seperti difenil eter,
xilena, bifenil dan klorobenzena untuk memudahkan pemisahan air dari
produk pada atmosfer normal atau tekanan rendah. Reaksi ini juga dapat
menggunakan berbagai jenis katalis seperti asam protonat, logam, oksida
logam, logam halida dan garam asam organik dari logam.
3. Polimerisasi pembukaan cincin (ring opening polymerization, ROP), secara
umum, proses ROP pada produksi poli asam laktat dimulai dari polimerisasi
kondensasi asam laktat untuk menghasilkan Poli Asam Laktat dengan bobot
molekul rendah (prepolimer), dilanjutkan dengan depolimerisasi untuk
menghasilkan dimer laktida yang berbentuk molekul siklik. Laktida kemudian
dengan bantuan katalis dipolimerisasi ROP untuk menghasilkan PLA dengan
bobot molekul yang tinggi. Polimerisasi pembukaan cincin menghasilkan poli
asam laktat dengan berat molekul 2×104 hingga 6.8×105. Mekanismemekanisme ROP bisa berupa reaksi ionik (anionik atau kationik) atau
coordination–insertion, bergantung kepada sistem katalisnya (Averous 2008).
5
Menurut Botelho et al. (2004), kelebihan poli asam laktat dibandingkan
dengan plastik yang terbuat dari minyak bumi (konvensional) adalah:
1. Biodegradable, artinya poli asam laktat dapat diuraikan secara alami di
lingkungan oleh mikroorganisme.
2. Biocompatible, dimana pada kondisi normal, jenis plastik ini dapat diterima
oleh sel atau jaringan biologi.
3. Dihasilkan dari bahan yang dapat diperbaharui (termasuk sisa industri) dan
bukan dari minyak bumi.
4. 100% recyclable, melalui hidrolisis asam laktat dapat diperoleh dan digunakan
kembali untuk aplikasi yang berbeda atau bisa digabungkan untuk
menghasilkan produk lain.
5. Tidak menggunakan pelarut organik/bersifat racun dalam memproduksi poli
asam laktat.
6. Dapat dibakar sempurna dan menghasilkan gas CO2 dan air.
Gambar 1. Metode polimerisasi asam laktat (Averous 2008)
Poli Asam Laktat (PLA) memiliki potensi yang tinggi untuk diaplikasi
secara luas. Saat ini PLA telah banyak diaplikasikan dalam bidang kemasan,
medis dan tekstil. Dalam bentuk film dan bentuk foam digunakan untuk pengemas
daging, produk susu, atau roti. Dapat juga digunakan dalam bentuk botol dan
cangkir sekali pakai untuk kemasan air, susu, jus dan minuman lainnya. Piring,
mangkok, nampan, tas, film pertanian merupakan penggunaan lain dari jenis
plastik ini. Kawashima et al. (2002) menyebutkan beberapa kelebihan dari sifat
fungsional PLA jika digunakan sebagai bahan pengemas (Tabel 1).
Tabel 1. Kelebihan PLA jika digunakan sebagai bahan pengemas
Sifat fungsional
Manfaat dalam bidang kemasan
Permukaan yang halus dan jernih Estetika kemasan. Sama jika dibandingkan
dengan PET, tiga kali lebih tinggi jika
dibandingkan dengan PP dan nilon serta
sepuluh kali lebih tinggi dibandingkan LDPE.
6
Sifat barrier
Memiliki ketahanan yang baik dari minyak
dan terpena.
Heat seal pada temperatur yang PLA dapat dijadikan kemasan yang ―mudah
rendah
dibuka‖ namun dengan daya rekat yang kuat
Polaritas yang rendah
Mudah dilakukan pencetakkan dengan tinta
Status GRAS
Dapat kontak dengan bahan pangan
Kelebihan yang dimiliki oleh PLA baik untuk beberapa aplikasi namun
tetap membutuhkan perbaikan dari beberapa sifat lain. Seperti contohnya
permeabilitas oksigen dan uap air dari PLA masih lebih tinggi jika dibandingkan
dengan plastik sintetik seperti PE, PP, dan PET. Untuk meningkatkan aplikasi
PLA dalam bidang kemasan maka fleksibilitas, stabilitas termal, dan sifat barrier
perlu ditingkatkan. Beberapa penelitian yang telah dilakukan dilakukan untuk
meningkatkan kemampuan PLA disajikan pada Tabel 2.
Penambahan
Pemlastis
Pencampuran
Kopolimerisasi
dari PLA
Tabel 2. Penelitian Pembuatan PLA
Perlakuan atau
penambahan
Hasil
bahan
Menurunkan nilai Tg
Ester sitrat
dan meningkatkan
perpanjangan putus
Menurunkan nilai Tg
Triasetin atau
dan meningkatkan
tributil sitrat
kristalinitas
Poligliserol
Meningkatkan
ester
perpanjangan putus
Menurunkan nilai Tg
Polietilen glikol
dan meningkatkan laju
dan trietil sitrat
kristalinitas
Meningkatkan nilai kuat
Polivinil asetat
tarik dan persen
perpanjangan
Poli-εPerbaikan pada sifat
kaprolakton
mekanis
(PCL)
Pati dengan
Menurunkan nilai Tg,
beberapa
meningkatkan
pemlastis yang
kristalinitas dan
berbeda
biodegradibilitas
Polivinil
Meningkatkan nilai kuat
alkohol dan pati tarik
Meningkatkan suhu
ε-kaprolakton
dekomposisi dan
kristalinitas
Meningkatkan kuat
Polivinil klorida
tarik
AkrilonitrilMeningkatkan nilai
Referensi
Labrecque et al.
(1997)
Ljungberg dan
Wesslen (2002)
Uyama et al. (2006)
Li dan Huneault
(2007)
Wang et al. (2008)
Tsuji dan Ikada
(1996)
Ke dan Sun (2001);
Ke et al. (2003)
Ke dan Sun (2003)
Park et al. (1998)
Lu et al. (2008)
Li dan Shimizu
7
butadien-stiren
Perlakuan fisik
Vakum
kompresimolding dan
ekstrusi fase
padat
Annealing
Aging
perpanjangan putus
dengan sedikit
penurunan dari modulus
dan kuat tarik.
(2009)
Meningkatkan nilai kuat
tarik dan modulus
Lim et al. (2001)
hingga 221 MPa dan 8,4
GPa
Meningkatkan
kekerasan
Meningkatkan nilai Tg
Park et al. (2004)
Quan et al. (2004)
Nano filler
Berbasis Clay
Lapisan silikat
Meningkatkan kuat
tarik, pengolahan proses
yang lebih baik
(kinetika dari
kristalisasi), dan
meningkatkan laju
biodegradasi.
Chen et al. 2008;
Pavlidou dan
Papaspyrides
(2008); Svagan et
al. (2012)
Sepiolit
Meningkatkan sifat
mekanik dan termal.
Duquesne et al.
(2007); Fukushima
et al. (2009)
Halosit
Berbasis
nanoselulosa
CNs, NFCs, BC
Berbasis karbon
CNT
Turunan grafin
Berbasis logam
Ag
Berbasis silikon
Silica
POSS
Meningkatkan nilai kuat
tarik dan modulus tarik,
Du et al. (2006)
dan sifat barrier
terhadap uap air dan gas
Foturnati et al.
Meningkatkan sifat
(2012); Hossain et
mekanik dan sifat
al. (2012); Lin et al.
barrier, dan laju
(2011); Frone et al.
kristalisasi PLA.
(2011)
Chrissafis et al.
Meningkatkan sifat
(2010); Manfredi et
mekanik
al. (2011)
Meningkatkan stabilitas Wang dan Qiu
termal
(2012)
Memiliki sifat
antimikroba yang
efektif, dan
Kamyar et al.
meningkatkan laju
(2010)
kinetika kristalisasi dari
PLA
Meningkatkan stabilitas
termal, sifat mekanik
Huang et al. (2009)
dan sifat barrier
terhadap gas.
Meningkatkan nilai kuat Fina et al. (2010);
8
tarik, sifat barrier
terhadap gas
Kuoa dan Chang
(2011)
Pemlastis
Han (2005) mendefinisikan pemlastis sebagai bahan berbobot molekul
rendah yang ditambahkan dalam materi pembentuk film polimerik yang dapat
menurunkan suhu transisi gelas polimer. Menurut Gennadios (2002) pemlastis
adalah substansi bersifat non volatil, memiliki titik didih yang tinggi, tidak
memisah, dan ketika ditambahkan ke dalam materi lain mengubah sifat fisik dan
mekanik dari material tersebut. Pemlastis dapat meningkatkan daya aliran dan
sifat termoplastik bahan plastik dengan penurunan viskositas polimer, suhu
transisi gelasnya (Tg), suhu pelelehan (Tm) dan modulus elastis produk akhir.
Sifat dari pemlastis ditentukan oleh struktur kimianya sebab kemampuannya
dalam memplastisasi dipengaruhi oleh polaritas dan fleksibilitas molekul.
Pemlastis mampu menempatkan dirinya di antara molekul polimer sehingga
mengganggu interaksi polimer-polimer dan meningkatkan fleksibilitas (Gambar
2). Pemlastis meningkatkan volume bebas struktur polimer atau mobilitas
molekular molekul polimer. Hal ini menunjukkan bahwa pemlastis dapat
menurunkan perbandingan bagian kristalin terhadap bagian amorf yang
menyebabkan menurunnya suhu transisi gelas. Untuk beberapa aplikasi, jumlah
pemlastis yang ditambahkan dapat mencapai 50% dari formulasi bahan untuk
alasan kompatibilitas.
Gambar 2. Mekanisme kerja pemlastis (Trotignon et al, 1996)
Polietilen glikol merupakan golongan senyawa polieter dari etilen oksida.
Rumus umum polietilen glikol adalah C2nH4n+2On+1 dengan bobot molekul
rata-rata sesuai dengan angka yang tertera setelahnya. Polietilen glikol 400,
memiliki bobot molekul rata-rata 400 g/mol atau berkisar antara 380-420 g/mol.
Menurut Parra et al. (2006), polietilen glikol memiliki sifat kelarutan yang baik di
dalam air dan pelarut organik, sifat toksik yang rendah, serta tidak bersifat antigen
dan imunogen.
PLA adalah polimer yang memiliki nilai elongasi yang rendah (<10%).
Untuk dapat memperluas aplikasinya di dalam bidang kemasan maka perlu
peningkatan elongasi dari PLA. Martin dan Averous (2001) melakukan penelitian
dengan menambahkan gliserol, ester sitrat, PEG, PEG monolaurat dan oligomerik
asam laktat ke dalam film PLA. Oligomerik asam laktat dan PEG dengan berat
molekul rendah (400 kDa) menunjukkan hasil yang paling baik dan gliserol
sebagai yang paling buruk dalam meningkatkan persen elongasi film PLA. Pillin
9
et al. (2006) juga melaporkan PEG sebagai yang paling efisien untuk menurunkan
nilai Tg bila dibandingkan dengan poli (1,3-butanadiol), dan asetil gliserol
monolaurat. PLA yang diplastisasi dengan laktida menunjukkan peningkatan yang
signifikan terhadap perpanjangan putus namun selama waktu penyimpanan terjadi
perpindahan molekul akibat berat molekul rendah ke permukaan (Sinclair 2006;
Jacobsen dan Fritz 1999). Ester sitrat (berat molekul 276-402 Da) yang berasal
dari asam sitrat alami menghasilkan kelarutan yang tinggi dengan PLA di semua
komposisi. Campuran PLA dengan ester sitrat ini menghasilkan perpanjangan
putus yang meningkat secara signifikan (Labreque et al. 1997). Ljungberg dan
Wesslén (2003) menggunakan triacetine dan tributil sitrat dan berhasil
menurunkan Tg film ke ~ 10◦C pada 25% penambahan. Triacetine- atau tributylsitrat yang ditambahkan ke dalam film PLA mengalami kristalisasi, dan molekul
pemlastis bermigrasi ke permukaan selama waktu penyimpanan karena berat
molekul rendah. Campuran beberapa plasticizer telah dilakukan oleh Ren et al.
(2006) dengan mencampurkan triasetin berberat molekul rendah dan poli oligomer
(1,3-butilena glikol adipat) dan secara signifikan berhasil meningkatkan elongasi
pada film PLA.
Biodegradable plastik
Biodegradable didefinisikan sebagai kemampuan mendekomposisi bahan
menjadi karbondioksida, metana, air, komponen anorganik atau biomassa melalui
mekanisme enzimatis mikroorganisme, yang bisa diuji dengan pengujian standar
dalam periode waktu tertentu. Biodegradable plastik adalah plastik yang dapat
digunakan layaknya plastik konvensional, namun akan hancur terurai oleh
aktivitas mikroorganisme menjadi hasil akhir air dan gas karbondioksida setelah
habis terpakai dan dibuang ke lingkungan. Biodegradableplastikmerupakan suatu
bahan dalam kondisi dan waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur
kimianya oleh pengaruh mikroorganisme seperti bakteri, jamur, dan alga.
Biodegradableplastikdapat pula diartikan sebagai suatu material polimer yang
berubah menjadi senyawa dengan berat molekul rendah dimana paling sedikit satu
atau beberapa tahap degradasinya melalui metabolisme organisme secara alami.
Menurut Mitrus et al. (2009) polimer yang berasal dari bahan yang dapat
diperbaharui dapat dibagi menjadi 3 kategori utama berdasarkan metode
produksinya, yaitu:
1. Polimer yang berasal dari ekstrak atau bagian material alami yang
umumnya adalah tanaman.
Contoh dari polimer ini adalah polisakarida seperti pati dan selulosa,
dan protein seperti kasein dan gluten gandum.
2. Polimer yang dihasilkan dari sintesis kimia yang berasal dari biomonomer.
Contoh dari polimer ini adalah polilaktat yang berasal dari
polimerisasi monomer asam laktat. Monomer asam laktat dihasilkan dari
fermentasi karbohidrat.
3. Polimer yang dihasilkan dari mikroorganisme atau transformasi genetik
dari bakteri.
Contoh dari polimer ini adalah polihidroksilalkanoat. Pada
mikroorganisme, polihidroksilalkanoat berfungsi sebagai substrat energi
dan sumber karbon.
10
Sedangkan Averous (2008), mengelompokkan polimer biodegradable ke
dalam dua kelompok dan empat keluarga berbeda (Gambar 3). Kelompok utama
adalah: (1) agro-polimer yang terdiri dari polisakarida, protein dan sebagainya;
dan (2) biopoliester seperti poli asam laktat (PLA), polihidroksialkanoat (PHA),
aromatik and alifatik kopoliester.Biopolimer yang tergolong agro-polimer adalah
produk-produk biomassa yang diperoleh dari bahan-bahan pertanian. seperti
polisakarida, protein dan lemak. Kelompok Polihidroksi-alkanoat (PHA)
didapatkan dari aktivitas mikroorganisme yang didapatkan dengan cara ekstraksi.
Contoh PHA diantaranya Polihidroksi butirat (PHB) dan Poli hidroksibutirat
kohidroksivalerat (PHBV). Kelompok lain adalah biopoliester yang diperoleh dari
aplikasi bioteknologi, yaitu dengan sintesa secara konvensional monomermonomer yang diperoleh secara biologi, yang disebut kelompok polilaktida.
Contoh polilaktida adalah poli asam laktat. Kelompok terkahir diperoleh dari
produk-produk petrokimia yang disintesa secara konvensional dari monomermonomer sintesis. Kelompok ini terdiri dari polikaprolakton (PCL),
poliesteramida, alifatik kopoliester dan aromatic kopoliester.
Biodegradable
polimer
Berasal dari
mikroorganisme
Agropolimer
Polisakarida
Protein, Lemak
Pati:
Gandum, kentang,
tapioka, sagu, dll
Hewani:
Kasein, whey,
gelatin, dll
Produk lignoselulosa:
kayu, serat, dll
Nabati:
Zein, soya,
gluten, dll
Polihidroksialkanoat (PHA)
Polihidroksi
butirat (PHB)
Polihidroksi
butirat cohidroksivalerat
(PHBV)
Bioteknologi
Polilaktida
Poli asam
laktat
Lainnya:
Pektin, kitosan, kitin,
gum, dll
Berasal dari
produk minyak
bumi
Polikaroplakton
(PCL)
Poliesteramida
Alifatik copoliester
Aromatik copoliester
Gambar 3. Kelompok biodegradable polimer (Averous 2008)
Nanokomposit
Nanosains dan nanoteknologi merupakan pendekatan baru untuk penelitian
dan pengembangan yang menyangkut studi fenomena dan manipulasi bahan pada
skala atom (Manikantan dan Varadharaju 2011). Nanokomposit adalah suatu
11
bahan dimana bahan pengisinya memiliki satu dimensi lebih kecil dari 100 nm.
Tidak seperti filler berukuran mikro atau makro, nanopartikel dapat meningkatkan
karakteristik film dengan jumlah penambahan yang sedikit (kurang dari 5%).
Nanokomposit merupakan alternatif baru pada teknologi konvensional untuk
meningkatkan sifat dari polimer. Nanokomposit menunjukan peningkatan sifat
barrier, kekuatan mekanik, dan daya tahan panas dibandingkan dengan polimer
dan komposit konvensional. Ketika akan digunakan sebagai kemasan pangan,
nanokomposit lebih baik dibanding kemasan pangan lainnya karena mampu
menahan stress termal pada saat pengolahan, transportasi, dan penyimpanan serta
memiliki peningkatan sifat mekanik (Arora dan Padua 2010). Oleh karena itu
penggunaan formulasi nanokomposit diharapkan dapat meningkatkan umur
simpan dari berbagai jenis pangan.
Pada umumnya, nanofiller yang ada memiliki perbedaan ukuran dan
bentuk yang dapat dikelompokkan menjadi 3 kategori utama berdasarkan dengan
dimensi dari ukuran nanopartikel menurut Herron dan Thorn (1998), yaitu:
1. Nanofiller berbentuk lempeng (1D), merupakan material pelapis yang
memiliki ketebalan 1 nm namun memiliki aspek rasio dari kedua dimensinya
lainnya paling sedikit 25. Nanofiller 1D yang paling banyak dikenal adalah
lapisan silicat.
2. Nanoserat (2D) merupakan filler yang memiliki diameter dibawah 100 nm dan
aspek rasio paling sedikit 100. Contohnya adalah nanotube carbon dan
3. Nanopartikel (3D) merupakan filler dengan ketiga dimennsinya berukuran
dibawah 100 nm. Contohnya adalah partikel silica, metal oksida, dll
Luas permukaan per unit volume berbanding terbalik dengan diameter
filler. Semakin kecil diameter dari filler maka semakin besar luas permukaan per
unit volumenya (Gambar 4)
Gambar 4. Dimensi nano filler (Herron dan Thorn 1998)
Dalam metode pembuatan nanokomposit polimer Singh et al. (2009)
membaginya menjadi 4 metode utama yaitu:
1. Metode casting solution. Metode ini dilakukan dengan melarutkan polimer
dan nanofiller ke dalam solvent dan dilanjutkan dengan penguapan dari
solven atau dengan presipitasi.
2. Melt-mixing. Metode ini dilakukan dengan melarutkan polimer dan
nanofiller secara fisik dengan panas.
12
3. In situ polimerisasi. Metode ini dilaukan dengan mendispersikan nanofiller
kedalam larutan monomer dan dilanjutkan dengan proses polimerisasi dari
monomer yang telah terinkorporasi dengan nanofiller.
4. Sintesis template. Metode ini dilakukan dengan mensintesis nanofiller
dengan menggunakan larutan polimer sebagai cetakannya.
Nanopartikel ZnO
ZnO atau seng oksida merupakan bubuk berwarna putih yang hampir tidak
larut dalam larutan netral dan bersifat amfoter dan dapat larut dalam larutan asam
dan basa kuat. Zink atau unsur seng memiliki peran fisiologi yang penting bagi
berbagai proses metanolisme. Nanopartikel ZnO merupakan material yang dapat
digunakan pada industri kosmetik, misalnya sebagai tabir surya, pemutih kulit,
dan antiaging. Material ini juga dapat digunakan pada industri ban, nanotekstil,
cat, farmasi, dan lain sebagainya. Nanopartikel ZnO memiliki potensi yang besar
dalam pengembangannya didalam bidang kemasan dibandingkan material lain,
selain dari kemampuannya untuk menghambat pertumbuhan mikroba antara lain
karena biaya rendah dan kemampuan proteksi terhadap sinar UV (Llorens et al.
2012). Senyawa inorganik seperti ZnO cenderung bersifat stabil dalam suhu dan
tekanan (Sawai 2003).
Beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mensintesis nanopartikel
ZnO adalah dengan metode fisika dan kimia yaitu antara lain iradiasi UV, teknik
aerosol, litografi, ablasi laser, medan ultrasonik dan teknik reduksi fotokimia.
Pada skala industri, nanopartikel ZnO dapat disintesis dengan menggunakan dua
metode berbeda yaitu mechanochemical processing (MCP) dan physical vapor
synthesis (PVS) (Gambar 5).
Gambar 5. Metode sintesis nanopartikel ZnO pada skala industri.
(a.mechanochemical processing; b. Physical vapor synthesis) (Espitia et al. 2012)
13
ZnO digolongkan sebagai senyawa GRAS oleh FDA, dan diketahui dapat
digunakan secar luas dan setiap hari. Sintesis nanopartikel
ZnO telah
dikembangkan sebagai agen antimikroba dengan diinkorporasikan kedalam
matriks polimer pada kemasan (Espitia et al. 2012). Azam et al. (2012)
melaporkan bahwa nanopartikel ZnO menunjukkan zona inhibisi yang lebih besar
terhadap Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis dan
Staphylococcus aureusdibandingkan dengan nanopartikel oksida logam lain
(Gambar 6). Sejumlah penelitian menunjukkan bahwa nanopartikel ZnO memiliki
spektrum antimikroba yang luas, yaitu terhadap Listeria monocytogenes,
Salmonella Enteritidis, dan Escherichia coli O157:H7 (Jin et al. 2009),
Lactobacillus plantarum (Emamifar et al. 2011), Campylobacter jejuni (Xie et al.
2011), Botrytis cinerea dan Penicillium expansum (He et al. 2011) dan menjadi
bahan antibakteri yang efektif terhadap bakteri patogen Gram positif maupun
negatif (Tayel et al. 2011).
Gambar 6. Perbandingan zona inhibisi nanopartikel oksida logam terhadap
beberapa mikroorganisme (Azam et al. 2012)
Nanopartikel ZnO memiliki beberapa mekanisme untuk membunuh
mikroba, diantaranya adalah dengan merusak intregritas sel bakteri dan
pembentukan ROS yang menyebabkan kematian sel (Espitia et al 2012). Dengan
menggunakan Transmission Electron Microscope, Liu et al. (2009) melaporkan
bahwa nanopartikel ZnO merusak membran sel Escherichia coli O157:H7.
Rusaknya membran sel ini membuat sel menjadi bocor sehingga komponenkomponen intraseluler keluar mengakibatkan kematian sel.
Menurut Yamamoto (1998) sifat antimikroba pada ZnO sangat
dipengaruhi oleh besaran konsentrasi dan luas paparan. Selain itu semakin kecil
ukuran partikel maka aktivitas antimikrobanya akan semakin baik. Hal ini
disebabkan karena semakin kecil ukurannya maka akan semakin banyak partikel
ZnO yang dapat keluar dari matriks dan berperan sebagai senyawa antimikroba
pada bakteri. Xie et al. (2011) melaporkan bahwa nanopartikel ZnO pada
konsentrasi rendah memiliki aktivitas antibakteri yang sangat tinggi melalui
14
interaksi langsung antara ZnO dan permukaan sel yang akan berpengaruh pada
permeabilitas membran sel dan menginduksi terjadinya stres oksidatif sehingga
akan menghambat pertumbuhan atau menyebabkan kematian sel.
Beberapa penelitian telah dilakukan dengan menginkorpariskan
nanopartikel ZnO ke dalam matriks polimer. Li dan Li (2010) melaporkan bahwa
film High Density Polyethylene (HDPE) yang diinkorporasikan dengan
nanopartikel ZnO mampu meningkatkan nilai kuat tarik dan elongasi serta
memiliki aktivitas antimikroba terhadap bakteri Staphylococcus aureus dan
absorpsi sinar UV yang baik. Rhim dan Kanmani (2013) menginkorporasikan
nanopartikel ZnO kedalam 3 biopolimer yang berbeda yaitu agar, karageenan dan
karboksil metil selulosa dan menghasilkan film dengan peningkatan elongasi, sifat
termal dan hidrofobisitas serta memiliki sifat barrier terhadap sinar UV dan
antimikroba yang baik. Panea et al. (2014) melaporkan bahwa daging ayam yang
dikemas oleh plastik LDPE yang diinkorporasikan dengan nanopartikel ZnO dan
disimpan selama 21 hari mampu memperlambat kerusakan akibat mikroba
pembusuk dan juga memperlambat proses lipid peroksidase. Selain itu
penambahan pada 5 dan 10% nanopartikel ZnO selama proses penyimpanan
menunjukkan jumlah migrasi ke dalam produk pangan masih dibawah ambang
batas yang ditetapkan oleh Comission Regulation (EU) No. 10/2011 yaitu sebesar
25 mg/kg bahan pangan. Hal ini menunjukkan bahwa nanopartikel ZnO yang
diaplikasikan kedalam polimer bahan pengemas pangan dapat menjaga kualitas
pangan yang dikemas tanpa menghasilkan toksisitas ke dalam produk.
15
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Juni 2014-Januari 2015 bertempat di
Laboratorium Balai Besar Litbang Pascapanen Kementerian Pertanian,
Laboratorium Uji Departemen Teknik Metalurgi & Material Universitas
Indonesia, dan Laboratorium Uji Polimer LIPI Fisika.
Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan yang digunakan antara lain magnetic stirrer Fisher Scientific™,
cetakan Teflon,High Intensity Ultrasonic QSonica, Scanning Electron Microscopy
(SEM) Carl Zeiss EVO M10, Simultaneous Thermal Analysis Perkin Elmer STA
6000, X-ray Difraction (XRD) Bruker D8, dan Universal Testing Machine
Nexygen Llyoid Instrument Ltd, Gardner Park Permeability cup, Chromameter
Minolta CR-300, timbangan analitik Precisa XT220A, vortex IKA MS 3 Basic,
Ultraturax IKA T-25 Digital dan alat gelas untuk analisis lainnya.
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah Poli Asam Laktat seri
3001 D Natureworks LLC, Nanopartikel ZnO berukuran 30-50nm Xuancheng
Jingrul New Material co.Ltd China, pemlastis PEG Pro Analisis PT.Merck,
Kloroform Pro Analisis PT.Merck, kultur bakteri Escherichia coli ATCC 25923
dan Staphylococcus aureus ATCC 25922, media Nutrient Broth (NB) Oxoid
CM001, media Plate Count Agar (PCA) Oxoid CM0325 dan NaCl Pro Analisis
PT.Merck.
Prosedur Percobaan
Secara umum penelitian ini dibagi menjadi 3 tahapan. Tahap pertama
adalah karakterisasi bahan baku, tahap kedua adalah pembuatan film
nanokomposit dan tahap ketiga adalah karakterisasi film nanokomposit. Diagram
alir tahapan penelitian yang dilaksanakan dapat dilihat pada Gambar 7.
Karakterisasi bahan baku
Tahapan awal dalam penelitian ini adalah dengan mengkarakterisasi bahan
baku yang akan digunakan yaitu nanopartikel ZnO. Karakterisasi yang dilakukan
meliputi analisis morfologi dan ukuran dengan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM) dan analisis aktivitas antimikroba dengan metode difusi
sumur.
Prosedur pengujian karakterisasi nanopartikelZnO dilakukan sebagai
berikut:
a) Analisis Struktur Morfologi dan Ukuran
Sampel nanopartikel di uji struktur morfologi dan ukurannya dengan
menggunakan SEM dengan model Zeiss EVO MA10. Serbuk sampel di
pasang pada penampang visualisasi perunggu dengan menggunakan doubleside tape. Permukaan sampel di lapisi dengan lapisan emas tipis. Sampel
dimasukkan kedalam alat SEM dan diamati permukaannya.
16
b) Analisis Antimikroba
Analisis Antimikroba dilakukan dengan menggunan metode difusi
sumur. (Narayanan et al. 2012). Sebanyak 1 ml kultur mikroba Escherichia
coli dan Staphylococcus aureus (dengan konsentrasi 106 CFU/ml) di tuangkan
ke dalam cawan dan ditambahkan media agar PCA sebanyak 10-15 ml.
Selanjutnya agar dilubangi sebesar 6 mm dengan pelubang steril. Beberapa
konsentrasi nanopartikel ZnO disiapkan dengan menambahkan sejumlah
nanopartikel ZnO kering dengan 100 ml air destilasi steril dalam beaker glass.
Larutan nanopartikel ZnO kemudian dihomogenisasi dengan menggunakan
magnetic stirrer selama 1 jam dan dilanjutkan dengan sonikasi menggunakan
High Intensity Sonicator selama 1 jam agar nanopartikel tidak teragregasi.
Selanjutnya, lubang agar diisi dengan nanopartikel ZnO dalam konsentrasi
yang berbeda (0.2; 0.4; 0.6; 0.8; dan 1 ppm) dan didiamkan selama 1 jam
supaya nanopartikel ZnO berfusi kedalam agar. Cawan diinkubasi selama 24
jam pada suhu 30°C dan dilakukan perhitungan diameter zona
penghambatannya.
Karakterisasi bahan
baku
Pembuatan film nanokomposit
PLA/ZnO
Nanopartikel
ZnO
Analisis
ukuran dan Morfologi dengan
SEM dan analisis Antimikroba
dengan metode sumur
Analisis sifat mekanik dengan UTM
(ASTM D 882)
Analisis sifat termal dengan
STA (ASTM D 3418)
Karakterisasi film
nanokomposit PLA/ZnO
Analisis sifat Morfologi dengan
SEM (ASTM E-2015)
Analisis sifat fisik meliputi
WVTR (ASTM D1653) dan
warna
Analisis sifat Antimikroba
dengan metode cakram
Gambar 7. Diagram alir jalannya penelitian
17
Pembuatan film nanokomposit
Pembuatan film nanokomposit dilakukan dengan metode casting solution
(Jayaramudu et al. 2014 dengan modifikasi) dapat dilihat pada gambar 8.
 Untuk film kontrol dilakukan dengan melarutkan PLA sebanyak 5 gram dalam
100 ml kloroform dan diaduk secara konstan menggunakan magnetic stirrer
pada suhu ruang hingga larut. PLA yang telah larut dicetak menggunakan
wadah Teflon ukuran 35 x 25cm lalu didiamkan selama 24 jam. Film yang
telah tercetak lalu dilepaskan dari cetakan dan dilakukan pengeringan dengan
oven vakum pada suhu 60˚C selama 3 jam untuk menghilangkan pelarut
kloroform yang masih tersisa.
 Untuk film dengan penambahan pemlastis PEG 400, PLA sebanyak 5 gram
dilarutkan dalam 100 ml kloroform dan penambahan PEG sebanyak 10%,
20% dan 30% dari bobot resin dan dilanjutkan dengan pengadukan secara
konstan menggunakan magnetic stirrer pada suhu ruang hingga larut.
Campuran yang telah larut dicetak ke dalam wadah Teflon lalu didiamkan
selama 24 jam. Film yang telah tercetak lalu dilepaskan dari cetakan dan
dilakukan pengeringan dengan oven vakum suhu 60˚C selama 3 jam untuk
menghilangkan pelarut kloroform yang masih tersisa.
 Pembuatan film nanokomposit PLA/nanopartikel ZnO dilakukan sama seperti
dengan cara diatas. Namun sebelum dilakukan pencampuran kedalam
campuran PLA/PEG, nanopartikel ZnO didispersikan dalam kloroform lalu
diaduk secara konstan menggunakan magnetic stirrer selama 1 jam. Nano ZnO
yang telah distirrer selanjutnya disonikasi menggunakan High Intensity
Ultrasonic Processor selama 1 jam pada suhu ruang. Selanjutnya dilakukan
pencampuran dengan campuran PLA/PEG dan diaduk secara konstan dengan
magnetic stirrer lalu dicetak. Film yang telah tercetak lalu dilepaskan dari
cetakan dan dilakukan pengeringan dengan oven vakum suhu 60˚C selama 3
jam untuk menghilangkan pelarut kloroform yang masih tersisa.
Karakterisasi film nanokomposit
Pada penelitian tahap ketiga ini dilakukan analisis dari film yang
dihasilkan pada tahapan kedua penelitian. Karakterisasi film meliputi:
a) Analisis sifat mekanik
Analisis sifat mekanik dilakukan dengan metode ASTM D 882
menggunakan Universal Testing Machine untuk mengetahui nilai kuat tarik
dan persen elongasi. Sampel yang akan diuji terlebih dahulu dikondisikan
dalam ruang dengan suhu dan kelembaban relatif standar (230C, 52%) selama
minimal 24 jam. Sampel yang akan diuji dipotong sesuai standar. Pengujian
dilakukan dengan cara kedua ujung sampel dijepit mesin penguji dengan
kekuatan beban 10kN dan kecepatan 50 mm/menit.
b) Analisis kristalinitas
Kristalinitas tiap sampel diuji dengan menggunakan XRD Bruker D8.
Sampel dibentuk mengikuti tempat sampel yang berbentuk lingkaran dengan
diameter 5 cm. Analisis dengan menggunakan radiasi Kα Cu (λ=1,54060)
dibawah kondisi operasional pada 40 kV dan 30 mA dengan kecepatan
pemindaian 1˚/menit.
18
c) Water Vapor Trasnmission Rate (WVTR)
Analisis Water Vapor Transmission Rate atau laju transmisi uap air
dilakukan dengan metode ASTM D1653 menggunakan Gardner Park
Permeability Cup.Sampel dipotong berbentuk lingkaran sesuai dengan
diameter alat. Selanjutnya dilakukan pengamatan terhadap jumlah air yang
menguap di dalam wadah selama 24 jam. Pengujian dilakukan pada
temperatur 23 ± 1ºC dan RH 50 ± 5%.
d) Analisis morfologi permukaan
Analisis morfologi permukaan film dilakukan dengan menggunakan alat
Scanning Electrone Microscope Zeiss EVO MA10. Sampel film dipotong
menjadi potongan kecil (2mm x 2mm) dan di pasang pada penampang
visualisasi perunggu dengan menggunakan double-side tape. Permukaan
sampel di lapisi dengan lapisan emas tipis. Sampel dimasukkan kedalam alat
SEM dan diamati permukaannya.
e) Analisis sifat termal
Analisis sifat termal dilakukan dengan metode ASTM E 967
menggunakan alat Simultaneous Thermal Analysis Perkin Elmer STA
600untuk mengetahui stabilitas termal dari film yang dihasilkan. Analisis
dilakukan dengan rentang temperatur 300C hingga 4800C. Kecepatan
pemanasan adalah 100C/min dan aliran gas argon sebesar 20 ml/min. Analisis
kestabilan panas dilakukan dengan menggunakan metode thermogravimetri
dari rentang suhu pemanasan yang diujikan. Selanjutnya grafik dibuat dengan
memasukkan suhu (ºC) pada sumbu x dan berat sampel (g) pada sumbu y.
f) Analisis sifat antimikroba
Untuk pengujian sifat antimikroba dilakukan dengan metode difusi
cakram terhadap bakteri gram negatif Escherichia coli dan bakteri gram
positif Staphylococcus aureus. Sebanyak 100 µl sampel kultur bakteri
Escherichia coli dan Staphylococcus aureus dalam media nutrient broth (NB)
dengan konsentrasi 105 CFU/ml diinokulasi ke dalam media plate count agar
(PCA). Sampel berukuran lingkaran dengan diameter 1 cm ditempatkan diatas
permukaan agar dan selanjutnya diinkubasi pada suhu 37ºC. Pengukuran area
zona jernih dilakukan setelah 48 jam inkubasi.
g) Analisis warna
Analisis warna dilakukan dengan menggunakan Chromameter Minolta
CR-300. Pengukuran dilakukan dengan menempatkan sampel film diatas
kertas putih. Pengukuran yang dilakukan akan menghasilkan nilai L,a, dan b.
Nilai L,a,b yang didapatkan selanjutnya diubah menjadi nilai ΔE dengan
perbedaan nilai L,a,b yang dimiliki kertas putih. Nilai ΔE dihitung dengan
menggunakan rumus:
ΔE= ∆𝐿 + ∆𝑎 + ∆𝑏
h) Analisis Statistik
Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan rancangan acak lengkap
dengan menggunakan ANOVA pada taraf signifikansi (α) 5% (α = 0,05) dan
dilanjutkan dengan uji lanjut Duncan (DMRT, Duncan’s Multiple Range Test)
untuk mengetahui perbedaan diantara perlakuan tersebut.
19
Nanopartikel ZnO
0, 1, 2% (w/w)
PEG 10, 20, 30%
(w/w)
5 g PLA
Pelarutan dalam
kloroform
Pelarutan dalam
kloroform
Blending dan Homogenisasi
Pencetakkan dalam wadah Teflon dan
didiamkan selama 24 jam
Pengeringan dengan oven vakum
60ºC selama 3 jam
Film PLA
Gambar 8. Diagram alir pembuatan film PLA
Pelarutan dalam
kloroform
Pengadukan konstan
selama 1 jam
Sonikasi selama 1 jam
dengan amplitudo 50A
20
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi bahan baku
Analisis morfologi dan ukuran nanopartikel ZnO
Hasil Analisis Morfologi dan Ukuran Nanopartikel Zno dilakukan dengan
menggunakan alat Scanning Electron Microscope (SEM). Morfologi dan ukuran
dari nanopartikel ZnO diamati dengan perbesaran 20.000x (Gambar 9).
Gambar 9. Hasil SEM nanopartikel ZnO pada perbesaran 20.000x
Dari hasil pengamatan dengan perbesaran 20.000x dapat terlihat bahwa
morfologi nanopartikel ZnO berbentuk spherical yang ditandai dengan tanda
panah. Gambar tersebut juga menunjukkan bahwa ukuran nanopartikel ZnO
tunggal berukuran kurang dari 100 nm, sedangkan agregat dari nanopartikel seng
oksida berukuran lebih besar dari 200 nm.
Analisis aktivitas antimikroba
Aktivitas antimikroba dari nanopartikel ZnO pada konsentrasi yang berbeda
diukur secara kualitatif dengan menggunakan metode difusi sumur. Hasil analisis
dapat dilihat pada Tabel 3. Mikroba yang diujikan adalah bakteri gram negatif
yaitu Escherichia coli dan bakteri gram positif yaitu Staphylococcus aureus. Zona
bening yang terukur berbeda-beda untuk setiap konsentrasinya. Zona hambat
dengan diameter terkecil pada konsentrasi terendah yaitu 0.2 ppm dan diameter
terbesar pada konsentrasi tertinggi 1 ppm. Diameter zona bening pada cawan
meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi nanopartikel ZnO. Hal ini
menunjukan bahwa nanopartikel ZnO yang diujikan memiliki aktivitas
antimikroba dan berpotensi dalam menghambat pertumbuhan bakteri baik gram
positif maupun gram negatif.
Dari Tabel 3 dapat terlihat bahwa aktivitas nanopartikel ZnO pada bakteri
E.coli lebih besar dibandingkan dengan S.aureus. Arabi et al. (2012) melaporkan
bahwa ZnO memiliki mekanisme dalam penghambatan pertumbuhan bakteri
dengan cara berinteraksi dengan sulfur dan fosfor pada senyawa DNA sehingga
sel akan mengalami kehilangan kemampuan untuk replikasi dan memetabolisme
protein seluler. Selain itu ZnO juga menginduksi terbentuknya hidrogen peroksida
yaitu spesies oksigen reaktif (ROS) yang dikaitkan dengan aktivitas bakterisida.
21
Tabel 3. Hasil analisis antimikroba dengan metode difusi sumur
Diameter zona bening (mm)
Konsentrasi ZnO
(ppm)
E.coli
S.aureus
0.2
5.5
4.5
0.4
7.5
5.5
0.6
8
6.5
0.8
8
7
1.0
9
7.5
Karakteristik film nanokomposit
Sifat mekanik
Sifat mekanik pada kemasan memiliki peranan dalam melindungi produk
dari faktor-faktor mekanis seperti tekanan fisik, adanya getaran, serta benturan
selama proses penyimpanan dan distribusi. Kuat tarik dan persen elongasi pada
film mengindikasikan bagaimana suatu film dapat dijadikan sebagai kemasan
produk pangan. Nilai kuat tarik diukur dengan cara membagi gaya tarik
maksimum untuk memutuskan film dengan luas area film, sedangkan persen
elongasi merupakan hasil pembagian antara perpanjangan film saat putus dibagi
dengan panjang awal film (Suyatma et al. 2005). Grafik pengujian nilai kuat tarik
dan persen elongasi dari film dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Nilai kuat tarik dan persen elongasi film
Sampel
Nilai kuat tarik
Elongasi
(MPa)
(%)
% PEG
% ZnO
a
0
0
30.6±3.65
1.8±0.23a
10
0
44.3±1.8ab
4.7±0.23c
ab
10
1
41.8±7.60
2.7±0.01ab
10
2
50.2±2.10ab
2.6±0.01ab
ab
20
0
40.6±3.32
6.1±0.15d
20
1
42.26±4.50ab
3.9±0.97bc
b
20
2
56.9±7.45
2.4±0.12a
30
0
45.9±6.34ab
6.8±0.38d
b
30
1
51.7±6.12
3.6±0.09bc
30
2
52.8±6.61b
2.5±0.23a
Keterangan: Nilai yang diikuti dengan huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan nyata
pada taraf 5%
Dari hasil penelitian didapatkan nilai kuat tarik dari film PLA murni
adalah sebesar 30.6 MPa dan film PLA dengan penambahan pemlastis PEG
memiliki nilai kuat tarik berkisar antara 35.5-40.6 MPa sedangkan film dengan
penambahan nanopartikel ZnO memiliki nilai kuat tarik berkisar antara 41.8-52.8
MPa. Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa dengan adanya penambahan
pemlastis PEG maupun nanopartikel ZnO menunjukkan perbedaan yang nyata
(pada taraf 5%) terhadap nilai kuat tarik dari film kontrol yang dihasilkan. Tetapi,
penambahan PEG dan nanopartikel ZnO dengan konsentrasi yang berbeda tidak
22
menunjukkan perbedaan yang nyata pada film yang dihasilkan. Penambahan
nanopartikel ZnO yang merupakan partikel solid seharusnya mampu
meningkatkan kuat tarik dari film. Namun disisi lain, dengan penambahan
pemlastis dapat menurunkan nilai kuat tarik karena sifat dari pemlastis yang
mampu meningkatkan ruang gerak bebas dari polimer.
Persen elongasi merupakan perubahan panjang maksimum sebelum film
akhirnya putus. Persen elongasi mempresentasikan kemampuan film untuk
meregang secara maksimum. Untuk nilai persen elongasi film PLA murni adalah
sebesar 1.8% dan film PLA dengan penambahan pemlastis PEG memiliki persen
elongasi berkisar antara 4.7-6.8% sedangkan film dengan penambahan
nanopartikel ZnO memiliki persen elongasi berkisar antara 2.4-3.6%. Dari hasil
analisis statistik menujukkan bahwa penambahan pemlastis PEG dan nanopartikel
ZnO memberikan pengaruh yang nyata terhadap persen elongasi dari film yang
dihasilkan pada taraf signifikansi sebesar 5%. Persen elongasi dari film PLA
meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi pemlastis PEG yang
ditambahkan. Menurut Krochta (2001) penambahan pemlastis mampu
mengganggu ikatan hidrogen intermolekul dan intramolekul sehingga
menyebabkan gerak molekul bebas dari polimer meningkat. Pemlastis akan
menempatkan dirinya di antara molekul polimer sehingga mengganggu interaksi
polimer-polimer dan meningkatkan fleksibilitas film. Sedangkan penambahan dari
nanopartikel ZnO yang merupakan partikel solid mampu menurunkan fleksibilitas
film yang menyebabkan penurunan dari persen elongasi film.
Kristalinitas
Sifat kristalinitas dari film dapat ditentukan dengan menggunakan XRD.
Dengan adanya pola XRD maka memungkinkan untuk mengetahui material
tersebut kristalin atau amorf (El-kader et al. 2013). Polimer dapat dikategorikan
dalam kelompok bahan yang bersifat semikristalin, yaitu memiliki daerah kristalin
dan daerah amorf. Daerah kristalin ditunjukkan dengan peak difraksi yang tajam
dan sempit sedangkan daerah amorf ditunjukkan dengan peak yang luas. Zona
kristalin berfungsi susunan penguat yang akan mempengaruhi sifat mekanik dan
fisik dari film.Namun persen kristalinitas yang terlalu besar pada film dapat
menyebabkan kerapuhan. Pola difraksi sinar X dari film disajikan pada Gambar
10.
23
Gambar 10. Difraktogram sinar X film nanokomposit.
Hasil pola difraksi sinar X serupa juga dilaporkan oleh Ahmed et al.
(2010). Dari Gambar 10 dapat terlihat peak pada 2θ= 15º yang merupakan peak
dari film PLA murni.Penggunaan pemlastis PEG dalam film menimbulkan peak
pada 2θ = 17º, 19º yang berkaitan dengan struktur kristalin yang dimiliki PEG.
Hasil difraktogram juga menunjukkan munculnya peak pada 2θ= 31.5º dan 36.3º
yang merupakan struktur kristalin dari ZnO.
Film PLA murni memiliki persen kristalinitas sebesar 55.60% dan persen
kristalinitas dari film dengan penambahan PEG memiliki persen kristalinitas
antara 40.70%-42.90%. Sedangkan film dengan penambahan nanopartikel ZnO
memiliki persen kristalinitas antara 40.90%-52.20%.Penambahan pemlastis PEG
menghasilkan penurunan persen daerah kristalin dari film nanokomposit yang
dihasilkan. Penambahan pemlastis akan memberikan peak yang semakin lebar
pada sudut 2θ=15º yang menunjukkan semakin meningkatnya daerah amorf pada
film PLA. Hal ini disebabkan karena peran dari pemlastis yang mampu
mengganggu ikatan hydrogen intermolekul dan intramolekul pada polimer
sehingga meningkatkan ruang gerak bebas dari polimer. Sedangkan penambahan
dari nanopartikel ZnO cenderung meningkatkan persen kristalin dari film karena
sifat kristalin yang dimiliki dari nanopartikel ZnO.
Laju transmisi uap air
Laju transmisi uap air atau water vapor transmission rate (WVTR)
merupakan salah satu parameter penting dalam penentuan kualitas suatu film.
Laju transmisi uap air ini berprinsip pada penghambatan uap air yang akan masuk
kedalam bahan pangan yang dikemas. Nilai laju transmisi uap air yang semakin
tinggi menunjukkan semakin rendahnya sifat barrier terhadap uap air dari film.
Transmisi uap air ini berhubungan erat dengan masa simpan produk pangan,
sebab dengan transmisi uap air pada bahan pengemas maka tanggal kadaluarsa
24
pada produk pangan dapat diperkirakan. Hasil pengujian laju transmisi uap air
dari film dapat dilihat pada Tabel 5.
Nilai WVTR pada film dengan penambahan pemlastis PEG adalah
sebesar 76-109 g H2O/m2/hari dan untuk film dengan penambahan nanopartikel
ZnO adalah sebesar 107.5-165.5 g H2O/m2/hari. Dari hasil pengujiaan secara
statistik diperoleh bahwa penambahan pemlastis PEG dan nanopartikel ZnO
memberikan pengaruh nyata terhadap nilai WVTR pada taraf signifikansi sebesar
5%.
Tabel 5. Nilai laju transmisi uap air film
Sampel
Laju Transmisi Uap Air
(g H2O/m2.hari)
% PEG
% ZnO
0
0
136±25.0bc
10
0
76±9,0a
10
1
129.5±15.5bc
10
2
107.5±14.5ab
20
0
109±17.0ab
20
1
121.5±3.5abc
20
2
127.5±17.5bc
30
0
90±2.0ab
30
1
160±6.5c
30
2
134±15.0bc
Keterangan: Nilai yang diikuti dengan huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan nyata
pada taraf 5%
Shankar et al. (2015) melaporkan bahwa komponen nanopartikel ZnO yang
ditambahkan ke dalam polimer menyebabkan fase diskontinyu antara komponen
ZnO dan matriks polimer sehingga membentuk porositas pada film dan
menghasilkan nilai WVTR yang lebih tinggi. Namun pada film dengan
penambahan nanopartikel ZnO sebesar 2% mampu menurunkan nilai WVTR. Hal
ini disebabkan nanopartikel ZnO yang berjumlah lebih banyak jumlahnya dapat
mengisi poros-poros yang terbentuk pada film seperti yang dapat dilihat dari hasil
analisis dengan SEM. Nanopartikel ZnO yang mengisi daerah poros mampu
berperan sebagai penghambat terhadap laju dari H2O yang melewati film.
Sifat morfologi
Analisis morfologi film dilakukan pada permukaan dengan menggunakan
SEM. Hasil analisis SEM dengan perbesaran 200x pada permukaan film dapat
dilihat pada Gambar 11.
Pengamatan morfologi dari film kontrol PLA menunjukkan film kontrol
memiliki permukaan yang halus yang ditunjukkan pada Gambar A. Sedangkan
penambahan pemlastis PEG menghasilkan permukaan yang tidak halus dan
terlihat seperti berlubang (Gambar B). Penampakan yang terlihat seperti lubang
tersebut merupakan struktur polimer dari PLA yang mengalami plastisasi.
Hasil serupa juga dilaporkan Galeski et al. (2006), dimana struktur rapuh
yang dimiliki PLA (Gambar A) akan terlihat seperti berlubang jika ditambahkan
dengan pemlastis (Gambar B). Pada film dengan penambahan nanopartikel ZnO
25
terlihat penyebaran dari nanopartikel ZnO pada permukaan film (Gambar C).
Nanopartikel ZnO yang ditambahkan mampu menyebar dan mengisi daerah yang
terplastisasi dari film seperti ditunjukkan pada tanda panah.
P
3Z2
Gambar 11. Hasil SEM perbesara 200x A) Film kontrol, B) Film dengan
penambahan PEG, C) Film dengan penambahan ZnO, B1) Daerah di dalam
lingkaran, C1) Daerah yang ditunjukkan pada tanda panah
Sifat termal
Stabilitas termal dari suatu molekul polimer ditentukan oleh interaksi
molekular yang terjadi antar makromolekul dan juga sifat yang dimiliki oleh
masing-masing komponen penyusunnya. Kestabilan panas ditunjukkan dengan
tidak terjadinya perubahan base line aliran panas Termal Gravimetri pada film.
Perubahan aliran panas yang menyebabkan pengurangan berat menunjukkan
terjadinya reaksi perurairan pada polimer film. Grafik termal gravimetri sampel
ditunjukkan pada Gambar 12.
Dari analisis stabilitas panas yang dilakukan terhadap film diatas diperoleh
hasil bahwa film PLA murni memiliki kestabilan panas hingga suhu 300ºC
sedangkan untuk film dengan penambahan pemlastis PEG memiliki rentang
kestabilan terhadap panas pada suhu 222-259ºC dan film dengan penambahan
nanopartikel ZnO memiliki rentang kestabilan terhadap panas pada suhu 212227ºC (ditunjukkan pada tanda panah). Hal ini menunjukkan bahwa kestabilan
terhadap panas dari film menurun dengan adanya penambahan pemlastis PEG dan
nanopartikel ZnO. Murariu et al. (2011) menyebutkan bahwa penambahan
nanopartikel ZnO pada beberapa polimer dapat menyebabkan efek kestabilan
maupun degradasi oleh panas. Pada polimer PLA penambahan nanopartikel ZnO
dan pemlastis PEG cenderung memberikan efek terhadap degradasi polimer.
26
6
5
F
A: kontrol
B: 10(0)
4
J
C
D
C: 20(0)
Berat (g)
D: 30(0)
3
H
A
G
B
I
E
2
E: 10(1)
F: 10(2)
G: 20(1)
1
H: 20(2)
I: 30(1)
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
-1
suhu (ºC)
Gambar 12. Termogram kestabilan panas film
Film akan mengalami perubahan karakter jika berada pada suhu diatas dari
suhu kestabilan panasnya. Salah satu perubahan karakter dilihat dari reaksi
peruraian yang akan menyebabkan pengurangan berat dari film. Reaksi peruraian
pada film PLA murni terjadi sebesar 96.0% dan film dengan penambahan
pemlastis PEG menyebabkan terjadinya pengurangan berat sebesar 96.7-97.7%
sedangkan untuk film dengan penambahan nanopartikel ZnO sebesar 97.0-113.3%
dari berat semula. Film dengan penambahan nanopartikel ZnO mengalami
pengurangan berat yang sangat besar. Abe et al. (2004) menyebutkan bahwa di
dalam kondisi isothermal (pada suhu 220-225ºC) komponen Zink dapat
mengkatalisis terjadinya reaksi depolimerisasi dari polimer PLA. Semakin besar
penambahan konsentrasi nanopartikel ZnO pada film maka pengurangan berat
yang terjadi juga akan semakin besar.
Sifat antimikroba
Nanopartikel ZnO yang diinkorporasikan ke dalam matriks film PLA
memiliki kemampuan dalam aktivitas antimikroba. Analisis antimikroba
dilakukan dengan menggunakan bakteri gram negatif yaitu Escherichia coli dan
bakteri gram positif yaitu Staphylococcus aureus. Diameter area zona bening pada
film dapat dilihat pada Tabel 6.
Dari Tabel 6 dapat dilihat bahwa terdapat zona bening pada bakteri E.coli.
Diameter zona bening pada film meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah
nanopartikel ZnO yang ditambahkan. Dari hasil analisis statistik menunjukkan
terdapat perbedaan yang nyata antara penambahan nanopartikel ZnO terhadap luas
diameter zona bening yang dihasilkan dari film PLA. Hal ini menunjukkan bahwa
terdapat pengaruh antara konsentrasi nanopartikel ZnO yang ditambahkan ke
dalam matriks maka semakin besar luas area zona bening. Semakin tinggi
konsentrasi nanopartikel ZnO yang ditambahkan maka akan semakin tinggi
kemampuannya dalam menghambat pertumbuhan bakteri E.coli.
J: 30(2)
27
Tabel 6. Diameter zona bening film
Sampel
% PEG
0
10
10
10
20
20
20
30
30
30
Diameter zona bening (mm)
% ZnO
0
0
1
2
0
1
2
0
1
2
E.coli
S.aureus
0±0.0a
0±0.0a
1.5±0.25cd
2.03±0.48cd
0±0.0a
0.76±0.12c
1.38±0.08c
0±0.0a
0.74±0.14b
1.31±0.07bc
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Keterangan: Nilai yang diikuti dengan huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan nyata
pada taraf 5%
Ada beberapa mekanisme yang dapat menjelaskan bagaimana nanopartikel
ZnO dapat menghambat pertumbuhan mikroba. Nanopartikel ZnO memiliki
beberapa mekanisme untuk membunuh mikroba, diantaranya adalah dengan
merusak intregritas sel bakteri dan pembentukan ROS yang menyebabkan
kematian sel (Espitia et al 2012). Hal yang sama juga dilaporkan oleh Zhang et al.
(2010) yang menjelaskan bahwa nanopartikel ZnO dapat menghambat
pertumbuhan bakteri E.coli dengan dua mekanisme, yaitu interaksi secara kimia
dan fisik. Interaksi kimia terjadi antara nanopartikel ZnO dengan komponen dari
selubung sel (lipid bilayer, peptidoglikan, protein membran, lipopolisakarida)
yaitu dengan interaksi kimia antara komponen selubung sel dengan ion Zn2+,
interaksi kimia antara ion Zn2+ dengan komponen internal sel, interaksi kimia
antara selubung sel dengan hidrogen peroksida yang berasal dari nanopartikel
ZnO dan interaksi kimia antara hidrogen peroksida yang berasal dari nanopartikel
ZnO dengan komponen internal sel. Sementara itu, interaksi fisik antara
nanopartikel ZnO dan E.coli terjadi melalui blocking transport channel, abrasi
permukaan sel, penetrasi ZnO ke dalam sel dan efek elektrostatik antara ZnO dan
selubung sel E.coli.
Analisis warna
Pengukuran intensitas warna filmdilakukan dengan Chromameter Minolta
CR-300. Alat ini menggunakan sistem CIE L, a, b. Sistem CIE ini dapat
dikonversi menjadi ΔE yang merupakan nilai dari total perbedaan warna. Nilai ΔE
ini berkaitan dengan nilai kejernihan dari suatu film. Semakin besar nilai ΔE yang
dimiliki oleh suatu film, maka menunjukkan film tersebut semakin keruh atau
tidak transparan. Nilai ΔE pada film dapat dilihat pada Tabel 7.
28
% PEG
0
10
10
10
20
20
20
30
30
30
Tabel 7. Nilai ΔE film
Sampel
ΔE
% ZnO
0
3.48±0.17a
0
4.68±0.12b
1
5.82±0.15c
2
6.41±0.19d
0
5.86±0.7c
1
6.25±0.1d
2
7.90±0.03e
0
7.19±0.07f
1
8.15±0.08f
2
8.70±0.09g
Keterangan: Nilai yang diikuti dengan huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan nyata
pada taraf 5%
Dari Tabel 7 dapat diketahui bahwa penambahan PEG memberikan
pengaruh yang nyata terhadap warna dari film PLA pada taraf signifansi sebesar
5%. Semakin banyak konsentrasi PEG dan nanopartikel ZnO yang ditambahkan,
maka warna film yang dihasilkan akan semakin putih atau keruh. Hal ini
disebabkan akibat adanya ZnO nanopartikel yang merupakan sumber pigmen
pemutih, sehingga menjadi lebih putih seiring dengan konsentrasi ZnO
nanopartikel yang digunakan. Selain itu nanopartikel ZnO memiliki kemampuan
sebagai absorber yang efisien terhadap radiasi sinar UV (Agrawal et al. 2010).
Murariu et al. (2011) menunjukkan bahwa film dengan penambahan nanopartikel
ZnO memiliki nilai persen transmitansi terhadap sinar UV yang lebih rendah jika
dibandingkan film tanpa penambahan ZnO dan semakin besar nanopartikel ZnO
yang ditambahkan menunjukan nilai persen transmitansi yang semakin rendah.
Hal ini menunjukkan bahwa nanopartikel ZnO yang ditambahkan ke dalam
matriks polimer memiliki kemampuan sebagai pelindung dari sinar UV.
29
5
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Film nanokomposit berbahan dasar Poli Asam Laktat (PLA) telah berhasil
dibuat dengan metode solvent casting solution dengan menambahkan polietilen
glikol (PEG) dan nanopartikel ZnO. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
penambahan pemlastis PEG mampu meningkatkan sifat fungsional dari film PLA
dengan meningkatkan persen elongasi, menurunkan laju transmisi uap air namun
memberikan efek terhadap menurunnya stabilitas panas dari film PLA.
Penambahan nanopartikel ZnO mampu meningkatkan sifat fungsional dari film
PLA dengan meningkatkan nilai kuat tarik, meningkatkan kristalinitas,
menurunkan laju transmisi uap air dan nilai ΔE namun memberikan efek
menurunkan stabilitas panas dari film PLA. Selain itu penambahan nanopartikel
ZnO memberikan aktivitas antimikroba terhadap bakteri Escherichia coli yang
membuat film nanokomposit ini berpotensi untuk dikembangkan sebagai bahan
kemasan antimikroba.
Saran
Perlu adanya penelitian lanjut terhadap pembuatan film berbahan dasar
Poli Asam Laktat dengan penambahan pemlastis dan filler yang lainnya agar
dihasilkan film dengan elongasi yang tinggi namun juga memiliki sifat barrier
terhadap uap air dan stabilitas termal yang baik.
30
DAFTAR PUSTAKA
Abe H, Takahashi N, Kim K, Mochizuki M, Doi Y. 2004. Thermal degradation
processes of end-capped poly(L-lactide)s in the presecence and absence of
residual zinc catalyst. Biomacromoleculs. 5: 1606-1614.
Agrawal M, Gupta S, Zafeiropoulos NE, Oertel U, Hssler R, Stamm M. 2010.
Nano-level mixing of ZnO into Poly(methyl methacrylate).
Macromolecular Chemistry and Physics. 211: 1925-1932
Ahmed J, Varshney SK, Auras R, Hwang SW. 2010. Thermal and Rheological
Properties of L-Polylactide/Polyethilene glycol/Silicate Nanocomposites
Films. Journal of Food Science. 75(8): 97-108
Arabi F, Imandar M, Negahdary M, Imandar M, Noughabi MT, Akbari-dastjerdi
H, Fazilati M. 2012. Investigation anti-bacterial effect of zinc oxide
nanoparticles upon life of Listeria monocytogenes. Annals of Biological
Research. 3(7):3679-3685.
Arora A, Padua GW. 2010. Review: Nanocomposites in food packaging. Journal
of Food Science. 75: 43–48
Athanasiou KA, Niederauer GG, Agrawal CM. 1996. Sterilization, toxicity,
biocompatibility and clinical applications of polylactid acid/polyglycolic
acid copolymers. Biomaterials. 17:93-102
Auras RA, Singh SP, Singh JJ. 2005. Evaluation of oriented poly(lactide)
polymers vs existing PET and oriented PS for fresh food service
containers. Packaging Technology & Science. 18: 207-216.
Avérous L. 2008. Polylactic Acid: Synthesis, Properties and Applications.
Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources
1st Editon, Chapter 21. Amsterdam: Elsevier Ltd.
Azam A, Ahmed AS, Oves M, Khan MS, Habib SS, Memic A. 2012.
Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive
and Gram-negative bacteria: a comparative study. International Journal of
Nanomedicine. 7:6003-6009
Baiardo M, Frisoni G, Scandola M, Rimelen M, Lips D, Ruffieux. 2003. Thermal
and mechanical properties of plasticized poly (L-lactide acid). Journal of
Applied Polymer. 90: 1731-1738.
Botelho, Nadia, Felipe A. 2004. Polylactic Acid Production from Sugar Molasses,
International Patent WO 2004/057008 A1.
Chen B, Evans JRG, Greenwell HC, Boulet P, Coveney PV, Bowden AA,
Whiting A. 2008. A critical appraisal of polymer–clay nanocomposites.
Chemical Society Review. 37: 568-94.
Chrissafis K. 2010. Detail kinetic analysis of the thermal decomposition of PLA
with oxidized multi-walled carbon nanotubes. Thermochimica Acta.
511:163-7.
Dorgan JR, Lehermeier H, Mang M. 2010. Thermal and rheological properties of
commercial-grade poly(lactic acid)s. Journal of Polymer Environment.
8:1–9.
Du M, Guo B, Jia D. 2006. Thermal stability and flame retardant effects of
halloysite nanotubes on poly(propylene). Journal of European Polymer.
42:1362-9.
31
Duquesne E, Moins S, Alexandre M, Dubois P. 2007. How can nanohybrids
enhance polyester/sepiolite nanocomposite properties. Macromolecular
Chemistry and Physic. 208:2542-50.
El kader FHA, Hakeem NA, Elashmawi IS, Ismail AM. 2013. Structural, Optical
and Thermal Characterization of ZnO Nanoparticles Doped in PEO/PVA
Blend Films. Australian Journal of Basic & Applied Science. 7(10):608619
Emamifar A, Kadivar M, Shahedi M, Soleimanian-Zad S. 2011. Effect of
nanocomposite packaging containing Ag and ZnO on inactivation of
Lactobacillus plantarum in orange juice. Food Control. 22:408-413
Espitia P.J.P, Soares NFF, Coimbra JSR, Andrade NJ, Cruz RS, Medeiros EAA.
2012. Zinc oxide nanoparticles: synthesis, antimicrobial activity and food
packaging applications. Journal Food and Bioprocess Technology 5(5):
1447-1464.
Fina A, Monticelli O, Camino G. 2010. POSS-based hybrids by melt/reactive
blending. Journal of Material Chemistry. 20:9297-305.
Fortunati E, Armentano I, Zhou Q, Iannoni A, Saino E, Visai L, Berglund LA,
Kenny JM. 2012. Multifunctional bionanocomposite films of poly(lactic
acid), cellulose nanocrystals and silver nanoparticles. Carbohydrate
Polymers. 87:1596-605.
Frone AN, Berlioz S, Chailan JF, Panaitescu DM, Donescu D. 2011. Cellulose
Fiber- Reinforced Polylactic Acid. Polymer Composite. 32:976-85.
Fukushima K, Tabuani D, Camino G. 2009. Nanocomposites of PLA and PCL
based on montmorillonite and sepiolite. Material Science and Engineering
C. 29:1433-41.
Galeski A, Piorkowska E, Kulinski Z, Masirek R. 2006. Plasticization of
semicrystalline poly(L-lactide) with poly(propylene glycol). Polymer. 47:
7178-7188
Gatenholm P, Klemm D. 2010. Bacterial nanocellulose as a renewable material
for biomedical applications. MRS Bulletin. 35:208-13.
Gaur MS, Singh PK, Chauhan RS. 2010. Optical and thermo electrical oroperties
of ZnO nanoparticles filled polystyrene. Journal Applied Polymer Science.
118: 2833-2840.
Gennadios A. 2002. Protein Based Films and Coating. Florida : CRC Press.
Han J. 2005. Innovations in Food Packaging. London : Elsevier Science &
Technology Books.
Harada M, Ohya T, Iida K, Hayashi H, Hirano K, Fukuda H. 2007. Increased
impact strength of biodegradable poly(lactic acid)/poly(butylenes
succinate) blend composites by using isocyanate as a reactive processing
agent. Journal Applied Polymer Science. 106:1813–20.
He L, Liu Y, Mustapha A, Lin M. 2011. Antifungal activity of zinc oxide
nanoparticles against Botrytis cinerea and Penicillium expansum.
Microbiology Research.166:207-215
Herron N, Thorn DL. 1998. Nanoparticles: Uses and relationships to molecular
cluster compounds. Advance Materials. 10:1173-84.
Hossain K, Ahmed I, Parsons A, Scotchford C, Walker G, Thielemans W, Rudd
CD. 2012. Physico-chemical and mechanical properties of nanocomposites
32
prepared using cellulose nanowhiskers and poly(lactic acid). Journal of
Material Science. 47:2675-86.
Huang HC, Hsieh TE, 2010. Preparation and characterizations of highly
transparent UV-curable ZnO-acrylic nanocomposites Ceramic Interfaces.
36: 1245-1251.
Huang JW, Hung YC, Wen YL, Kang CC, Yeh MY. 2009. Polylactide/nano and
microscale silica composite films. I. preparation and characterization.
Journal of Applied Polymer Science. 112:1688-94.
Jacobsen S, Fritz HG. 1999. Plasticizing polylactide—the effect of different
plasticizers on the mechanical properties. Polymer Engineering and
Science. 39:1303–10.
Jayaramudu J, Das K, Sonaskhi M, Reddy SM, Aderigbe B, Sadiku R, Ray SS.
2014. Structure and properties of highly toughened biodegradable
polylactide/ZnO biocomposites film. Journal of Biomacromoleculs. 64:
428-434
Jin T, Sun D, Su JY, Zhang H, Sue HJ. 2009. Antimicrobial efficacy of zinc oxide
quantum dots against Listeria monocytogenes, Salmonella Enteritidis, and
Escherichia coli O157H7. Journal of Food Science. 74:46-52
Kamyar S, Mansor Bin Ahmad, Wan Md Zin Wan Yunus, Nor Azowa Ibrahim,
Maryam Jokar, Darroudi M. 2010. Silver/poly (lactic acid)
nanocomposites: preparation, characterization, and antibacterial activity.
International Journal of Nanomedicine. 5:573-9
Kawashima N, Ogawa S, Obuchi S, Matsuo M, Yagi T. 2002. Poly lactic acid
―LACEA.‖ In: Doi Y, Steinbuchel A, editors. Biopolymers polyesters III
applications and commercial products. Weinheim: Wiley–VCH Verlag
GmbH. p 251–74.
Ke T, Sun X. 2001. Thermal and mechanical properties of poly(lactic acid) and
starch blends with various plasticizers. Transactions of American Society
of Agricultural Engineers. 44:945–53.
Ke T, Sun XS. 2003. Starch, poly(lactic acid), and poly(vinyl alcohol) blends.
Journal Polymer Environment. 11:7–14.
Ke T, Sun SX, Seib P. 2003. Blending of poly(lactic acid) and starches containing
varying amylose content. Journal of Applied Polymer Science. 89:3639–
46.
Krochta JM. 2001. Control of Mass Transfer in Food with Edible Coatingand
Films. Di dalam : Singh RP. danWirakartakusumah MA (eds). Advances
in Food Engineering. CRC Press : Boca Raton, F.L. : pp 517-538.
Kuoa SW, Chang FC. 2011. POSS related polymer nanocomposites. Progress in
Polymer Science. 36:1649-96.
Labrecque LV, Kumar RA, Dave V, Gross RA, McCarthy SP. 1997. Citrate esters
as plasticizers for poly(lactic acid). Journal of Applied Polymer Science.
66:1507–13.
Li H, Huneault MA. 2007. Effect of nucleation and plasticization on the
crystallization of poly(lactic acid). Polymer. 48:6855–66.
Li S.C, Li Y,N. 2010. Mechanical and antibacterial properties of modified nanoZnO/High-Density Polyethylene composite films with a low doped content
of nano-ZnO. Journal of Applied Polymer Science. 116: 2965-2969.
33
Li Y, Shimizu H. 2009. Improvement in toughness of poly(l-lactide) (PLLA)
through reactive blending with acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
(ABS): Morphology and properties. European Polymer Journal.45:738–
46.
Lim JY, Kim SH, Lim S, Kim YH. 2001. Improvement of flexural strengths of
poly (L-lactic acid) by solid-state extrusion. Macromolecular Chemistry
and Physics. 202:2447–53.
Lin N, Huang J, Chang PR, Feng J, Yu J. 2011. Surface acetylation of cellulose
nanocrystal and its reinforcing function in poly(lactic acid). Carbohydrate
Polymer. 83:1834-42.
Ljungberg N, Wesslen B. 2002. The effects of plasticizers on the dynamic
mechanical and thermal properties of poly(lactic acid). Journal Applied
Polymer Science. 86:1227–34.
Llorens A, Lloret E, Picouet PA, Trbojevich R, Fernandez A. 2012. Metallicbased micro and nanocomposites in food contact materials and active food
packaging. Trends Food Science Technology. 24:19-29
Lu D, Zhang X, Zhou T, Ren Z, Wang S, Lei Z. 2008. Biodegradable poly (lactic
acid) copolymers. Progress in Chemistry. 20:339–50.
Ma YX, Zhang WD. 2009. Effects of flower-like ZnO nanowhiskers on the
mechanical, thermal and antibacterial properties of waterborne
polyurethane. Polymer Degradation and Stability 94: 1103-1109.
Manfredi E, Meyer F, Verge P, Raquez JM, Thomassin JM, Alexandre M,
Dervaux B, Du Prez F, Van Der Voort P, Jerome C, Dubois P. 2011.
Supramolecular design of highperformance poly(L-lactide)/carbon
nanotube nanocomposites: from melt-processing to rheological,
morphological and electrical properties. Journal of Material Chemistry.
21:16190-6.
Manikantan MR, Varadharaju N. 2011. Preparation and Properties of PolypropyleneBased Nanocomposite Film for Food Packaging. Packaging Technology
Science. 24:191-209.
Martin O, Avérous L. 2001Poly(lactic acid): plasticization and properties of
biodegradable multiphase system. Polymer. 42: 6209–19.
Mitrus M, Wojtowicz A, Moscicki L. 2009. Thermoplastic Starch: Biodegradable
Polymers and Their Practical Utility. Weinheim: Willey Publisher.
Murariu M, Doumbia A, Bonnaud L, Dechief AL, Paint Y, Ferreira M, Campagne C,
Devaux E, Dubois P. H. 2011. High-performance Polylactide/ZnO
nanocomposites designed for films and fibers with special end-use properties.
Biomacromolecules. 12:1762-1771.
Narayanan PM, Wijo SW, Ashish TA, Murugan S.2012. Synthesis,
Characterization, and Antimicrobial Activity of Zinc Oxide Nanoparticles
Against Human Pathogens. Bio Nano Science. 2: 329-335.
Panea B, Ripoll G, Gonzaless J, Angel F.C. Alberti P. 2014. Effect of
nanocomposite packaging containing different proportions of ZnO and Ag
on chicken breast meat quality. Journal of Food Engineering. 123: 104112.
Park S, Chang Y, Cho JH, Noh I, Kim C, Kim SH, Kim YH. 1998. Synthesis and
thermal properties of copolymers of L-lactic acid and ε-caprolactone.
Polymer. 22:1–5.
34
Park SD, Todo M, Arakawa K. 2004. Effect of annealing on fracture mechanism
of biodegradable poly(lactic acid). Key Engineering Materials. 261–
263:105–10.
Parra J, Fusaro F, Gaboardi, dan Rossa DS. 2006. Influence of Poly(ethylene
glycol) on the thermal, mechanical, morphological, physical chemical and
biodegradation properties of poly (3-Hidroxybutyrate). Journal of Polymer
Degradation & Stability. 20:
Pavlidou S, Papaspyrides CD. 2008. A review on polymer–layered silicate
nanocomposites. Progress in Polymer Science. 1119-98.
Pillin I, Montrelay N, Grohens Y. 2006. Thermo-mechanical characterization of
plasticized PLA: is the miscibility the only significant factor. Polymer.
47:4676–82.
Piorkowska E, Kulinski Z, Galeski A, Masirek R. 2006. Plasticization of
semicrystallin poly (L-lactide) with poly (propylene glycol). Polymer 47:
7178-7188.
Quan D, Liao K, Zhao J. 2004. Effects of physical aging on glass transition
behavior of poly(lactic acid)s. Acta Polymerica Sinica 5:726–30.
Rasal RM, Hirt DE. 2008. Toughness decrease of PLA-PHBHHx blend films
upon surface-confinedphotopolymerization. Journal Biomedical Materials
Research Part A. 88A:1079-86
Ren Z, Dong L, Yang Y. 2006. Dynamic mechanical and thermal propertiesof
plasticized poly (lactic acid). Journal of Applied Polymer Science.
101:1583–90.
Rhim JW, Kanmani P. 2013. Properties and characterization of bionanocomposite
films prepared with various biopolymers and ZnO nanoparticles.
Carbohydrate Polymer. 106: 190-199.
Sawai J. 2003. Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide
powders (ZnO, MgO and CaO) by conductometric assay. Journal
Microbial Methods. 54: 177-182.
Shankar S, Teng X, Li G, Rhim JW. 2015. Preparation, characterization, and
antimicrobial activity of gelatin/ZnO nanocomposite films. Food
hydrocolloids.45: 264-271
Sinclair RG. 2006. The case for polylactic acid as a commodity packaging plastic.
Journal of Macromolecul Science Pure Applied Chemistry. 33:585–97.
Singh Tomer N, Singh RP, Kumar AP, Depan D. 2009. Nanoscale particles for
polymer degradation and stabilization-Trends and future perspectives.
Progress in Polymer Science. 34:479-515.
Suyatma NE, Tighzert L, Copinet A. 2005. Effects of hydrophilic plasticizers on
mechanical, thermal, and surface properties of chitosan films. Journal of
Agricultural and Food Chemistry. 53: 3950-3957.
Svagan AJ, Akesson A, Cardenas M, Bulut S, Knudsen JC, Risbo J, Plackett D.
2012. Transparent films based on PLA and montmorillonite with tunable
oxygen barrier properties. Biomacromolecules. 13:397-405.
Tayel AA, El-Tras WF, Moussa S, El-Baz AF, Mahrous H, Salem MF, Brimer L.
2011. Antibacterial action of zinc oxide nanoparticles against foodborne
pathogens. Journal of Food Safety. 31:211-218
35
Tsuji H, Ikada Y. 1996. Blends of aliphatic polyesters. I. Physical properties and
morphologies of solution-cast blends from poly(DL-lactide) and poly(εcaprolactone). Journal of Applied Polymer Science. 60:2367–75.
Uyama H, Ueda H, Doi M, Takase Y, Okubo T. 2006. Plasticization of poly
(lactic acid) by bio-based resin modifiers. Polymer Preprints Japan
55:5595.
Wang HS, Qiu ZB. 2012. Crystallization kinetics and morphology of
biodegradable poly(Llactic acid)/graphene oxide nanocomposites:
Influences of graphene oxide loading and crystallization temperature.
Thermochimica Acta. 527:40-6.
Wang N, Zhang X, Yu J, Fang J. 2008. Study of the properties of plasticized
poly(lactic acid) with poly(1,3-butylene adipate). Polymer Composites.
16:597–604.
Xie Y, He Y, Irwin PL, Jin T, Shi X. 2011. Antibacterial activity and mechanism
of action of zinc oxide nanoparticles against Campylobacter jejuni.
Journal of Applied Environment Microbiology. 77:2325-2331.
Yamamoto O, Hotta M, Sawai J, Sasamoto J, Kojima H. 1998. Influence of food
powder characteritic of znO on antibacterial activity: effect of spesific
surface area. Journal of The Ceramic Society of Japan. 106: 1007-1011.
Zhang L, Jiang Y, Ding Y, Daskalakis N, Jeuken L, Povey M, O’Neill AJ, York
DW. 2010. Mechanistic investigation into antibacterial behaviour of
suspensions of ZnO nanoparticles against E. coli. Journal of Nanoparticle
Research. 12:1625–1636
36
37
LAMPIRAN
38
Lampiran
Lampiran 1. Hasil analisis statistik diameter zona bening bakteri E.coli
ANOVA
diameter zona bening
Sum of
Squares
Between Groups
Within Groups
Total
Df
Mean Square
26.800
4
6.700
.395
15
.026
27.195
19
F
Sig.
254.430
.000
diameter zona bening
Duncan
konsentrasi
nano zno
N
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Sig.
4
4
4
4
4
Subset for alpha = 0.05
1
2
3
4
5.5000
7.5000
8.0000
8.0000
1.000
1.000
1.000
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
Lampiran 2. Hasil analisis statistic diameter zona bening S.aureus
ANOVA
diameter zona bening
Sum of
Squares
Between Groups 23.362
Within Groups .292
Total
23.655
Df
Mean Square F
Sig.
4
15
19
5.841
.019
.000
299.513
9.0000
1.000
39
diameter zona bening
Duncan
konsentrasi
nano zno
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Sig.
Subset for alpha = 0.05
N
4
4
4
4
4
1
2
3
4
5
4.5000
5.5000
6.5000
7.0250
1.000
1.000
1.000
1.000
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
Lampiran 3. Hasil analisis statistik nilai kuat tarik film
ANOVA
nilai kuat tarik
Sum of
Df
Mean Square F
Squares
Between Groups 1496.535
Within Groups 1847.620
Total
3344.155
9
20
29
166.282
92.381
1.800
Sig.
.131
7.5000
1.000
40
Lampiran 4. Hasil analisis statistik nilai persen elongasi film
ANOVA
nilai elongasi
Sum of
df
Mean Square
F
Squares
Between Groups
Within Groups
Total
75.695
7.913
83.608
9
20
29
8.411
.396
21.257
nilai elongasi
Duncan
PEG_ZnO
N
Subset for alpha = 0.05
1
2
3
4
P0Z0
3
1.8333
P2Z2
3
2.3667
P3Z2
3
2.5333
2.5333
P1Z1
3
2.6667
2.6667
P1Z2
3
2.7000
2.7000
P3Z1
3
3.6333
3.6333
P2Z1
3
3.8667
P1Z0
3
4.6667
P2Z0
3
6.1000
P3Z0
3
6.8333
Sig.
.144
.062
.070
.169
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
Sig.
.000
41
Lampiran 5. Hasil analisis statistik nilai WVTR film
ANOVA
nilai wvtr
Sum of
Squares
df
Mean Square
Between Groups
Within Groups
Total
11566.050
4070.500
15636.550
9
10
19
1285.117
407.050
nilai wvtr
Duncan
PEG_ZnO
N
P1Z0
2
P3Z0
2
P1Z2
2
P2Z0
2
P2Z1
2
P2Z2
2
P1Z1
2
P3Z2
2
P0Z0
2
P3Z1
2
Sig.
Means for groups
displayed.
Subset for alpha = 0.05
1
76.0000
90.0000
1.0750E2
1.0900E2
1.2150E2
2
90.0000
1.0750E2
1.0900E2
1.2150E2
1.2750E2
1.2950E2
1.3400E2
1.3600E2
3
1.2150E2
1.2750E2
1.2950E2
1.3400E2
1.3600E2
1.6550E2
.065
.067
.075
in homogeneous subsets are
F
3.157
Sig.
.044
42
Lampiran 6. Hasil analisis statistik diameter zona bening film
ANOVA
diameter zona bening
Sum of
Squares
Between Groups
Within Groups
Total
df
10.287
.662
10.949
Mean Square
9
10
19
1.143
.066
F
17.276
diameter zona bening
Duncan
PEG_Zn
O
Subset for alpha = 0.05
N
1
2
3
4
P0Z0
2
.0000
P1Z0
2
.0000
P2Z0
2
.0000
P3Z0
2
.0000
P3Z1
2
.7400
P2Z1
2
.7650
P3Z2
2
1.3150
1.3150
P2Z2
2
1.3750
P1Z1
2
1.5000
1.5000
P1Z2
2
2.0250
Sig.
1.000
.058
.508
.069
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
Sig.
.000
43
Lampiran 7. Hasil analisis statistik nilai ΔE film
ANOVA
nilai ΔE
Sum of
Squares
Between Groups
Within Groups
Total
df
70.024
.737
70.761
Mean Square
9
20
29
7.780
.037
F
Sig.
211.206
.000
Nilai ΔE
Duncan
Subset for alpha = 0.05
PEG_ZnO
N
1
2
3
4
P0Z0
3
3.4783
P1Z0
3
4.6786
P1Z1
3
5.8222
P2Z0
3
5.8556
P2Z1
3
6.2532
P1Z2
3
6.4047
P3Z0
3
P2Z2
3
P3Z1
3
P3Z2
3
Sig.
1.000
1.000
.834
.345
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
5
6
7
7.1926
7.9031
8.1459
1.000
.137
8.6963
1.000
44
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 17 Agustus 1990 sebagai anak
kedua dari 2 bersaudara dari pasangan Bapak Darno dan Ibu Siti Halimah. Penulis
memulai pendidikan tingkat dasar di SDN 02 Pasar Minggu lulus pada tahun
2002, kemudian melanjutkan ke jenjang tingkat menengah pertama di SMPN 41
Jakarta lulus pada tahun 2005. Jenjang pendidikan menengah atas lulus tahun
2008 di SMUN 38 Jakarta. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi
Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas
Gadjah Mada lulus pada tahun 2012. Pada tahun 2013 semester genap, Penulis
melanjutkan program magister di Program Studi Ilmu Pangan, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Sebuah artikel yang berjudul ―Pengaruh
Penambahan Polietilen glikol dan Nanopartikel ZnO terhadap Sifat Fungsional
Film Berbasis Poli Asam Laktat‖ sedang dalam proses penelaahan oleh mitra
bestari di jurnal Agritech UGM.