1 Pendahuluan

1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Selulosa adalah biopolimer utama bumi dan merupakan sumber daya alam yang paling
melimpah dalam lapisan bumi (Zhang et al., 2006). Selain merupakan produk utama dari
fotosintesis, selulosa juga dapat dihasilkan oleh suatu bakteri cuka, yaitu Acetobacter.
Acetobacter xylinum adalah jenis bakteri Acetobacter yang paling subur dalam menghasilkan
selulosa. Organisme non fotosintetik ini dapat mengubah glukosa, gula, gliserol dan senyawa
organik lainnya menjadi suatu selulosa murni atau selulosa bakteri. Selulosa bakteri adalah
selulosa murni yang bebas dari lignin dan hemiselulosa, memiliki banyak keunggulan,
seperti kristalinitas dan derajat polimerisasi yang tinggi, serta mempunyai sifat fisik dan
mekanik yang kuat (Brown, 1995; Shibazaki et al., 1993).
Berdasarkan keunggulan sifat selulosa bakteri tersebut, penelitian yang menuju pada
perkembangan selulosa bakteri sebagai material yang bernilai tambah sudah banyak
dilakukan. Beberapa di antaranya adalah penggunaan selulosa bakteri sebagai bahan
diafragma audio speaker, pelapis badan mobil dan pesawat terbang, bahan pencampur dalam
industri kertas, karakterisasi sifat listrik dan magnet, pendukung untuk sensor glukosa, dan
sebagai membran dialisis. Selain itu, selulosa bakteri juga banyak digunakan untuk produk
komersial, seperti produk makanan nata-de-coco; produk kosmetik dan kecantikan, untuk
operasi plastik wajah, pelapis kuku tiruan, krim kulit, dan sebagainya (Brown, 1995;
Piluharto, 2001). Namun sayangnya, penggunaan selulosa bakteri sebagai membran pemisah
masih belum banyak dikembangkan.
Membran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan penghalang tipis semipermiabel yang
bersifat selektif dan berada di antara dua fasa, yaitu fasa umpan dan permeat. Membran
dapat meloloskan suatu spesi kimia tertentu (permeat), tetapi menahan spesi kimia yang lain
(retentat) (Mulder, 1996). Saat ini, teknologi membran telah berkembang sangat pesat dan
aplikasinya banyak digunakan di bidang teknik dan industri. Penggunaan teknologi
membran, di antaranya adalah untuk proses pemisahan, pemurnian dan pemekatan.
Contohnya, dalam industri dairy untuk pengolahan limbah hasil proses pembuatan keju dan
susu; dalam proses desalinasi air laut untuk mendapatkan air murni; sterilisasi dalam bidang
kedokteran untuk penderita gagal ginjal, dan sebagainya (Mulder, 2006; Rektor et al., 2003).
Berdasarkan proses pemisahan partikel dengan gaya dorong berupa perbedaan tekanan,
membran dapat digolongkan menjadi membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan
osmosa balik. Membran mikrofiltrasi adalah membran yang dapat digunakan untuk menahan
diameter partikel yang lebih besar dari 100 nm; membran ultrafiltrasi untuk memisahkan
makromolekul dengan berat molekul sekitar 104 sampai 106 Dalton, membran nanofiltrasi
untuk memisahkan makromolekul dengan berat molekul lebih kecil lagi dan diperlukan
tekanan lebih tinggi. Pemisahan molekul dengan berat molekul yang sangat kecil
memerlukan membran yang sangat padat (asimetris), yang disebut dengan membran osmosa
balik (Mulder, 1996).
Pada penelitian ini, dimanfaatkan penggunaan selulosa dari air kelapa yang mudah diperoleh
dan banyak tersedia di alam Indonesia. Potensi air kelapa sebagai bahan yang memberikan
nilai ekonomis sudah cukup lama diketahui orang, yaitu sebagai bahan pembuat cuka,
koagulan lateks, dan yang paling terkenal adalah sebagai bahan produk makanan nata-decoco (Yuliani, 2006). Dalam penelitian ini, dilakukan pembuatan selulosa bakteri nata-decoco melalui fermentasi air kelapa oleh Acetobacter xylinum menjadi membran pemisah
dengan perbandingan dua metode pencucian untuk meningkatkan kemurnian selulosa.
Beberapa penelitian sebelumnya, telah melakukan percobaan dengan memanfaatkan nata-decoco sebagai membran ultrafiltrasi (Piluharto, 2001), membran dialisis (Shibazaki et al.,
1993), membran osmosa balik (Putra, 2001), dan modifikasi nata-de-coco sebagai membran
selulosa asetat (Yuliani, 2006). Membran pemisah tersebut diperoleh dari nata-de-coco yang
sebelumnya telah mengalami proses pencucian dengan perendaman variasi konsentrasi
NaOH (Piluharto, 2001), pencucian dengan NaOH (Shibazaki et al., 1993; Yuliani, 2006),
dan variasi larutan NaOH-NaClO (Putra, 2001). Proses pencucian tersebut berguna untuk
memurnikan nata-de-coco sehingga dihasilkan selulosa murni yang memiliki hubungan antar
rantai yang kuat dan rapat serta dapat menghasilkan membran pemisah yang efektif.
Berdasarkan pada penelitian sebelumnya maka pada penelitian ini, dilakukan perbandingan
hasil karakterisasi membran nata-de-coco antara metode pencucian dengan larutan basa
NaOH dan pencucian dengan alat ultrasonik. Prinsip utama dari ultrasonik adalah dengan
memanfaatkan sifat gelombang ultrasound, yang umumnya memiliki frekuensi antara 15400 kHz. Kinerja ultrasonik yang terbukti cepat, tidak memerlukan banyak tenaga, dan
efisien ini, diharapkan dapat mengoptimalkan membran nata-de-coco sebagai membran
pemisah yang efektif, dengan peningkatan pada laju permeasi (nilai fluks) tanpa mengurangi
kemampuan menahan suatu spesi (nilai rejeksi) (Feng et al., 2005). Selain itu, diharapkan
pencucian membran dengan ultrasonik, dapat meminimalkan penggunaan bahan-bahan kimia
di laboratorium.
2
Karakterisasi berupa nilai fluks dan persen rejeksi dari dekstran T-70, T-500, T-2000,
dilakukan untuk memperoleh gambaran mengenai kemampuan membran dalam melewatkan
spesi kimia tertentu. Morfologi permukaan dan penampang lintang membran dapat dilihat
dengan
menggunakan
Scanning
Electron
Microscopy
(SEM).
Dengan
optimasi
menggunakan dua metode pencucian yang berbeda ini, diharapkan diperoleh hasil
karakterisasi membran nata-de-coco yang lebih baik sehingga dapat digunakan sebagai
membran pemisah yang lebih efektif.
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian Tugas Akhir yang dilakukan ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh metode
pencucian nata-de-coco terhadap karakteristiknya sebagai membran pemisah. Hal ini
dilakukan dengan membandingkan hasil karakterisasi terhadap metode pencucian membran
nata-de-coco menggunakan variasi waktu ultrasonik, yaitu 0,5; 1; 1,5 jam dan metode
pencucian dengan perendaman membran nata-de-coco dalam NaOH 1% (w/v). Karakterisasi
meliputi penentuan fluks air, selektivitas terhadap dekstran, uji tarik dan analisis morfologi
membran, dilakukan untuk mengetahui hasil optimal dari kegunaan membran pemisah
tersebut.
1.3 Ruang Lingkup Penelitian
Pada penelitian Tugas Akhir ini, dilakukan pembuatan membran nata-de-coco melalui proses
fermentasi air kelapa dengan menggunakan Acetobacter xylinum. Hasil nata-de-coco yang
terbentuk lalu dibagi untuk dilakukan dua metode pencucian. Sebagian nata-de-coco
dilakukan metode pencucian dengan menggunakan variasi waktu ultrasonik, yaitu 0,5; 1; dan
1,5 jam dan sisanya dilakukan metode pencucian dengan perendaman dalam larutan NaOH 1
% (w/v) selama 24 jam.
Setelah dilakukan proses tekan pada membran nata-de-coco hasil pencucian dengan
menggunakan alat hydraulic press, membran tersebut dikeringkan lalu dikarakterisasi untuk
menentukan kemampuan dan sifatnya. Karakterisasi yang dilakukan meliputi pengukuran
nilai fluks air dan dekstran (T-70, T-500, dan T-2000), serta persen rejeksi dari masingmasing dekstran untuk mencari nilai MWCO (Molecular Weight Cut Off). Selain itu
dilakukan uji mekanik, yaitu uji tarik terhadap membran dan analisis morfologi permukaan
serta penampang lintang membran dengan menggunakan SEM (Scanning Electron
Microscopy).
3