PEMBUATAN BIOPLASTIK DARI RUMPUT LAUT Gracilia Coronopifolia DAN KITOSAN SEBAGAI EDIBLE FILM
advertisement
PEMBUATAN BIOPLASTIK DARI RUMPUT LAUT Gracilia Coronopifolia DAN KITOSAN SEBAGAI EDIBLE FILM Diusulkan oleh: Irvan Eko Saputra Ridwan Santoso (1415041025 / 2014) (1415041053 / 2014) UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016 LEMBAR PENGESAHAN 1. Judul Kegiatan : Lomba Karya Tulis Ilmiah FST Fair 2016 BEM KBM Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Jambi 2. Ketua Pelaksana Kegiatan a. Nama Lengkap b. NIM c. Jurusan/Fakultas d. Universitas e. Alamat Rumah dan No. HP f. Alamat e-mail 3. Anggota Tim a. Nama Lengkap b. NIM c. Jurusan/Fakultas d. Universitas 4. Dosen Pembimbing a. Nama Lengkap b. NIDN c. Alamat Rumah dan No. HP : Irvan Eko Saputra : 1415041025 : Teknik Kimia : Universitas Lampung : Punggur, Lampung Tengah ( 085768091246 ) : [email protected] : Ridwan Santoso : 1415041025 : Teknik Kimia : Universitas Lampung : : : Bandar Lampung, 8 November 2016 Menyetujui, Ketua Utusan Perwakilan Dosen Pembimbing Ir. Idharmahadi Adha, M.T NIP. 195906171988031003 Irvan Eko Saputra NPM. 1415041025 Mengetahui, Wakil Dekan Bidang Kemahasiswaan dan Alumni Panca Nugrahini F., S.T., M.T NIP. 19730203 200003 2 001 KATA PENGANTAR Alhamdulillah puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan kemudahan, kelancaran, dan berkat karunia-nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan karya tulis ini. Karya tulis yang berjudul “Pembuatan Bioplastik Dari Rumput Laut Gracilia Coronopifolia dan Kitosan sebagai Edible Film”.Dalam penulisan karya tulis ini penulis mendapat petunjuk dan bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Panca Nugrahini F., S.T., M.T., selaku Wakil Dekan Bidang Kemahasiswaan dan Alumni Fakultas Teknik Universitas Lampung yang sudah menyetujui penulisan hasil karya tulis ini. 2. Bapak selaku Pembimbing yang telah memberi saran, dan masukan dalam penulisan karya ini. 3. Teman-teman dan sahabat yang telah memberi dukungan moral, serta semangat dalam penulisan hasil karya ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan karya tulis ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan karya tulis yang akan datang. Semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan umumnya adalah masyarakat umum. Penulis DAFTAR ISI Halaman COVER LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR ABSTRAK I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang B. Perumusan Masalah C. Tujuan D. Hipotesis E. Ruang Lingkup II. TINJAUAN PUSTAKA A. Edible Film B. Rumput Laut C. Kitosan D. Plasticizer Sorbitol E. Penelitian-penelitian Terdahulu III. METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu B. Bahan Percobaan C. Peralatan Percobaan D. Rancangan Percobaan E. Prosedur Penelitian F. Jadwal Penelitian IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian B. Pembahasan V. KESIMPULAN DAN SASARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Tabel 2. DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Gambar 2. PEMBUATAN BIOPLASTIK DARI RUMPUT LAUT Gracilia Coronopifolia DAN KITOSAN SEBAGAI EDIBLE FILM Oleh : Irvan Eko Saputra (1415041025), Ridwan Santoso (1415041053) Dosen Pembimbing : Universitas Lampung Abstrak Tujuan penelitian ini yaitu membuat bioplastik dari rumput laut Gracilia Coronopifolia sebagai edible film mengetahui pengaruh formulasi agar-agar Gracilia Coronopifolia-Kitosan dan variasi konsentrasi plasticizer Sorbitol terhadap sifat mekanik dan ketahanan air edible film serta menentukan kondisi optimumnya. Dalam penelitian ini dilakukan studi mengenai pembuatan bioplastik campuran agar-agar, kitosan, dan serbitol sebagai plasticizer dengan melakukan variasi rasio massa antara agar-agar dan kitosan yaitu 50:50, 60:40, 70:30, 80:29, dan 90:10% (gr/gr) dan variasi konsentrasi Sorbitol sebagai plasticizer yaitu 20, 25, 30, dan 35%. Hasil penelitia berupa edible film dalam bentuk lembaran, dengan hasil terbaik penelitian ditunjukkan pada formulasi agar-kitosan 80:20 gr/gr, konsentrasi serbitol 35%, dengan hasil kuat tarik 30.625 MPa dan Modulus Young 169.014 MPa. Kata kunci : Edible film, Kitosan, Rumput laut, Serbitol. BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pola kehidupan manusia sekarang ini hampir tidak terpisahkan dari keberadaan bahan-bahan pengemas. Peningkatan laju konsumsi dan teknologi pangan meningkatkan pula laju pembuangan kemasan bekas bahan pangan di lingkungan hidup manusia. Sehingga terdapat masalah-masalah yang berasal dari sampah kemasan bahan pangan, apalagi kemasan dengan bahan yang sukar didegradasi secara alami seperti gelas, plastik, dan kaleng. Hal tersebut memnculkan dorongan untuk mengkaji dan mencari solusisolusi permasalahan ini, diantaranya adalah penelitian mengenai bahan kemasan yang bersifat ramah lingkungan tetapi juga mempunyai keunggula khas jika diterapkan sebagai kemasan pada bahan pangan. Hasil pengkajian dan penelitian tersebut antara lain adalah bahan kemasan edilble film (Nugrogalih, 2009). Edible film adalah salah satu jenis kemasan yang ramah lingkungan bahkan bisa langsung ikut dionsumsi bersama pangan yang dikemasnya karena terbuat dari bagian bahan pangan alami tertentu. Menurut Parris et al. (1995), edible film berperan sebagai lapisan yang dapat didegradasi oleh bakteri dan terbuat dari sumber daya yang dapat diperbaharui. Selain itu edible film memberikan perlindungan yang unik dengan mengurangi transmisi air, aroma, dan lemak dari bahan pangan yang dikemas, hal tersebut merupakan karakteristik yang tidak didapatkan pada kemasan konvensional. Pembuatan edible film menggunakan Gracilaria Coronopifolia sebagai bahan baku utama mempunyai potensi yang cukup besar. Karena, rumput jenis gracilaria Coronopofolia mudah diperoleh dan harganya yang murah. Dalam proses pembuatan edible film, diperlukan penambahan plasticizer untuk memperoleh edible film, seperti Xylithol, Mannitol, Glycerol, ierythritol, Poliethilen Glikol, Diethylene Glikol, Glicerol Diacetate, Sorbitol, dan lainnya. Sehingga diperoleh edible film yang tidak mudah robek, fleksibel. B. Perumusan Masalah Biopolimer yang berasal dari tanaman jenis polisakarida mempunyai beberapa kelemahan, yaitu sifat dasar dari pati yang hidrofilik yang dapat menyebabkan biopolimer tersebut mudah terdegradasi oleh air. Seperti yang kita ketahui syarat plastik yang terdapat di pasaran kuat, elastis, tahan air, dan murah harganya. Oleh karena itu, untuk mengatasi masalah tersebut perlu dilakukan modifikasi sifa pati yang bersifat hidrofilik menjadi hidrofobik dengan cara mencampurkan kitosan ke dalam pati. Pada penelitian ini digunakan kitosan sebagai bahan formulasi bioplastik, hal ini disebabkan karena kitosan mempunyai sifat hidrofobik atau tahan terhadap air apabila dicampurkan ke dalam pati. Kitosan juga tidak beracun, ramah lingkungan atau mudah mengalami biodegradasi dan bersifat polielektrolit. Selain itu juga kitosan mudah didapatkan karena berasal dari hasil sintesis limbah cangkang udang, juga relatif lebih banyak digunakan pada berbagai bidang industri terapan dan industri farmasi serta kesehatan. Sebelumnya pernah dilakukan penelitian serupa oleh Sri Maya Sari pada tahun 2008 dengan menggunakan campuran agar-agar gracilaria, kitosan dengan gliserol, namun sifat mekanik boiplastik yang didapat kurang baik sehingga akan diujikan pembuatan plastik biodegradable menggunakan campuran rumput laut gracilaria dengan kitosan untuk membuktikan apakah dengan variasi sorbitol sebagai plasticizer terhadap formulasi rumput laut Gracilaria Coronopifolia dan kitosan mempunyai pengaruh pada proses pembuatan plastik biodegradable yang tahan air, fleksibel dan kuat yang sesuai dengan standar plastik yang ada di pasaran sehingga dapat dimanfaatka sebagai edible film. C. Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Memanfaatkan plastik biodegradale dari rumput laut Gracilaria Coronopifolia sebagai edible film (kemasan pangan). 2. Mengetahui pengaruh konsentrasi plasticizer terhadap formulasi rumput laut Gracilaria Coronopifolia-Kitosan terhadap sifat mekanik dan ketahanan air bahan bioplastik. D. Hipotesis Hipotesis dari penelitian ini adalah : 1. Campuran agar-agar Gracilaria Coronopifolia-Kitosan dengan konsentrasi plasticizer akan meningkatkan sifat-sifat fisik bioplastik yang dihasilkan berupa ketahanan terhadap air serta dpat terdegradasi di lingkungan. 2. Semakin besar konsentrasi sorbitol sebagai plasticizer maka dapat meningkatkan sifat mekanik edible film yang dihasilkan. E. Ruang Lingkup Dalam penelitian ini dilakukan studi mengenai pembuatan edible film dari campuran Rumput laut Gracilaria Coronopifolia-Kitosan dan Sorbitol sebagai plasticizer dengan temperatur gelatinisasi yaitu pada T = 850C serta variasi rasio massa (gram/gram) antara rumput laut Gracilaria Coronopifolia dengan Kitosan yaitu 50:50, 50:40, 70:30, 80:20, 90:10 berdasarkan berat keringan campuran rumput laut jenis Gracilaria Coronopifolia dengan Kitosan yaitu 20% (gram/gram). Pada penelitian selanjutnya variasi pengguaan Sorbitol sebagai plasticizer adalah 20%, 25%, 30%, dan 35% (gram/gram). Serta penggunaan Asam Asetat sebagai pelarut kitosan 20% (mL/ML) dari campuran larutan total. Waktu pengadukan campuran selama 25 menit dan temperatur pengeringan dalam oven adalah 600C selama 12 jam. Kemudian disimpan kedalam desikator selama 24 jam, edible film yang telah sesuuai dibuat siap untuk dilakukan uji sifat mekanik dan analisis DSC. BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Edible Film Menurut Arpah (1997) dikutip Christsainia (2008), edible packaging pada bahan pangan pada dasarnya dibagi menjadi tiga jenis bentuk, yaitu : edible film, edible coating, dan enkapsulasi. Hal yang membedakan edible coating dengan edible film adalah cara pengaplikasiannya. Edible coating langsung dibentuk pada produk, sedangkan pada edible film pembentukannya tidak secara langsung pada produk yang akan dilapisi/dikemas. Enkapsulasi adalah edible packaging yang berfungsi sebagai pembawa zat flavor berbentuk serbuk. Edible film didefinisikan sebagai lapisan yang dapat dimakan yang diletakkan diatas atau diantara komponen makanan (Lee dan Wan, 2006 dalam Hui, 2006). Edible film sebagai bagian dari bahan pangan harus mempunyai komposisi yang dapat mendukung dan dapat diterapkan pada produk pangan yang diinginkan. Sifat fungsional, organoleptik, nutritional, dan mekanik dari edible film dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan-bahan kimia tertentu, misalnya antioksidan, antimikroba, asam organik, nutrisi tambahan, flavor, pewarna, dan lain-lain. BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Lampung dari bulan Februari – April 2016. 3.2. Bahan Percobaan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : a. Rumput Laut Gracilaria Coronopifolia Rumput Laut Gracilaria Coronopifolia (Desa Sumur Batu dan Desa Lengudi, Kalianda Lampung Selatan). b. Kitosan Kitosan yang dugunakan adalah Alpha-Gel yaitu nama merek dagang dari kitosan sapi yang diproduksi oleh CV. Multi Ekstraksi Indonesia (CV MEI). Alpha-Gel merupakan kitosan_Tipe A berupa Powder Kitosan dan Liquid Kitosan dengan bahan baku yang berasal dari cangkang udan atau cangkang kepiting yang diperoleh dari RPH di jawa Timur yang telah memperoleh sertifikat Halal MUI melalui proses audit yang ketat. c. Asam Asetat Asam Asetat Glasial sebagai pelarut kitosan. d. Sorbitol Sorbitol yang dipakai adalah sorbitol sebagai plasticizer dari MERCK. e. Aquades 3.3. Peralatan Percobaan Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian antara lain Gelas ukur (500 ml, 200 ml, 100 ml, 50 ml), Water Batch, Drying oven, Termometer skala 0100oC, Digital balance, Cetakan, Cawan petri, motor pengaduk, Zipbag lock, Pipet, Stopwatch, Pengaduk, Botol sampel, dan Dessicator. Sedangkan peralatan analisisnya yaitu Universal Testing Machine, Mikrometer, Power – Compensation DSC. 3.4. Rancangan Percobaan 1. Variabel yang divariasikan : a. Variasi konsentrasi Sorbitol sebagai plasticizer adalah 20%, 25%, 30%, dan 35%. b. Formulasi campuran Rumput laut Gracilaria coronopifolia-Kitosan dengan perbandingan 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 massa. 2. Variabel yang di tetapkan : a. Waktu pengadukan 25 menit. b. Temperatur Gelatinisasi yaitu 85oC c. Total campuran antara Rumput laut Gracilaria coronopifolia terhadap Kitosan yang dilarutkan dalam Asam asetat terhadap Sorbitol adalah 85,2 gram dan konsentrasi larutan 40 gram/120mL. d. Temperatur pengeringan dalam oven adalah 600C selama 12 jam. e. Larutan Asam asetat. f. Larutan kitosan 20%(gram/mL) yang dilarutkan kedalam asam asetat. Adapun rancangan percobaan yang digunakan adalah full factorial design dengan 2 parameter yaitu konsentrasi sebanyak 4 level yaitu 20%, 25%, 30%, 35%, dan perbandingan % massa antara rumput laut Gracilaria coronopifolia dengan Kitosan sebanyak 5 level (50:50, 60:40, 70:30, 80:20, dan 90:10) berdasarkan berat kering dari total campuran rumput laut Gracilaria cornopifolia-Kitosan yaitu 4 gram. 3.5. Prosedur Penelitian 1. Preparasi bahan baku a. Rumput laut Gracilaria Coronopifolia sebanyak 250gram direnddam dalam H2SO4 1N dalam 5 liter air selama 10 menit, kemudian dicuci sampai pHnya 7. b. Rumput laut kemudian dimasak dengan aquades 100mL selama 3 jam. c. Filtrat kemudian disaring dan dibekukan di dalam freezer. d. Hasil bekuannya kemudian diangin-anginkan dan endapannya dan di oven sampai kering dan dihaluskan. 2. Pembuatan bioplastik menurut metode yang dihasilkan oleh Cervera, dkk (2003). Langkah-langkahnya sebagai berikut : a. Timbang sejumlah massa rumput laut dan kitosan yang diinginkan. b. Buat larutan kitosan yang dilarutan ke dalam asam asetat dan larutan rumput laut melalui penambahan aquades sesuai dengan kumlah volume yang telah dihitung pada gelas ukur yang terpisah. Larutan rumput laut pada gelas ukur 500 mL dan larutan kitosan pad gelas ukur 50 mL. c. Ukur volume larutan sorbitol : Contoh perhitungan pad rasio massa rumput laut : kitosan (50 : 50) : Sorbitol 20% (gram/gram). Msorbitol = massa campuran rumput laut dan kitosan x % sorbitol = 4 gram x 0,2 = 0,8 gram ρsorbitol murni Vsorbitol = π π = 1,489 g/mL. = 0,8 ππππ 1,489 π/ππΏ = 0,537 ππΏ Jadi, sorbitol yang dibutuhkan adalah 0,8 gram atau 0,537mL. Pada penelitian ini digunakan larutan kitosan 20% (gram/mL) Massa kitosan = 50% x 4 gram = 2 gram πππ π π πΎππ‘ππ ππ % Kitosan = ππππ’ππ πΎππ‘ππ ππ 20% = ππππ’ππ πΎππ‘ππ ππ 2 ππππ Volume kitosan = 10 mL. Volume larutan rumput laut = volume total larutan – volume larutan kitosan – volume sorbitol = 120 mL – 10 mL – 0,537 mL = 109,46 mL. d. Hidupkan water batch dan atur temperatur yang akan digunakan yaitu 850C e. Letakkan gelas ukur 500mL merisi larutan rumput laut pada motor pengaduk denga kecepatan adukan 375 rpm. f. Tambahkan larutan kitosan ke dalamnya dan aduk (mix) selam 25 menit. g. Setelah 25 menit tambahkan sorbitol pada larutan rumput laut dan kitosan aduk sampai homogen. h. Setelah homogen, matikan water batch dan mixer. i. Keluarkan gelas ukur berisi larutan, kemudian dinginkan sebelum dicetak. j. Tuangkan larutan (sebanyak 8 gram) ke dalam cetakan teflon, kemudian letakan cetakan ke dalam oven pada T = 600C selama 12 jam. k. Setelah dikeringkan di dalam oven, lepaskan edible film dari cetakannya. Kemudian simpan edible film di dalam desikator selama 24 jam. l. Setelah disimpan di dalam desikator, maka edibel film siap untuk dianalisis. 3. Analisis edible film Pengujian Sifat Mekanik Kekuatan mekanik (mechanical strength) suatu bahan dapat diketahui dengan melakukan pengujian tarik statis dengan menggunakan Universal Testing Machine. Pengujian dilakukan dengan memberikan beban secara perlahan samapai bahan mengalami putus. Pada penelitian ini sifat mekanik bahan ditentukan melalui kekuatan tarik (ultimate tensile strength), persen perpanjanagan (elongation at break) dan modulus young (elastisitas). BAB IV PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian Penelitian edible film ini dilaksanakan di laboratorium operasi teknik kimia jurusan teknik kimia universitas lampung. Penelitian ini diawalai dengan penyiapan bahan baku agar-agar, setiap 250 gram rumput laut didapatkan 3 – 4 gram agar-agar yang kemudian dilanjutkan dengan pembuatan serta analisis edible film, dalam setiap pemasakan sebanyak 120mL larutan total didapatkan 2 – 3 lembar edible film. Karakteristik yang didapat dari edible film dengan formulasi agar-agar – kitosan dengan plasticizer berupa sorbitol ini antara lain sifat fisik berupa ketebalan dan suhu transisi serta sifat mekaniknya berupa kuat tarik, persen pemanjanangan, modulus young, dan WVP. Tabel 1. Data hasil penelitian variasi konsentrasi sorbitol Konsentrasi Sorbitol (%) 20 25 30 Rasio Massa (gr/gr) 50:50 60:40 70:30 80:20 90:10 50:50 60:40 70:30 80:20 90:10 50:50 60:40 70:30 80:20 90:10 Tebal (mm) Kuat Tarik (MPa) % Pemanjangan Modulus Young (MPa) 0,200 0,202 0,300 60,025 53,900 37,975 13,125 21,090 13,035 471,905 257,076 291,568 0,234 0,296 33,075 53,900 15,505 33,130 215,229 163,495 0,392 0,400 0,296 30,625 42,875 30,625 21,680 28,630 23,675 143,129 120,380 129,625 Ketahanan Air (%) 44,444 38,450 42,857 18,181 23,076 14,280 45,870 15,320 20,000 55,540 50,420 19,230 18,250 28,980 42,500 35 50:50 60:40 70:30 80:20 90:10 Standart Edible Film 0,242 0,254 40,425 30,625 17,780 18,230 228,899 169,014 0,1 - 0,5 10 - 45 12 - 35 100 - 400 40,000 42,857 26,666 16,666 38,120 10 – 40 4.2. Pembahasan Penelitian ini dilakukan sebagai upay pemanfaatan plastik biodegradable dari rumput laut Gracilaria coronopifolia sebagi edible film (kemasan pangan), mengetahui pengaruh konsentrasi plasticizer terdapat formulasi rumput laut gracilaria coronopifolia-Kitosan dengan ratio 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 (gr/gr) terhadap sifat mekanik dan ketahanan air bahan bioplastik serta menentukan konsentrasi Sorbitol yang terbaik dari 20%, 25%, 30%, dan 35%. Hasil penelitian berupa lembaran plastik berwarna coklat kehitaman. Didapatkan hasil terbaik sesuai dengan yang tertera pad tabel berikut : Tabel 2. Hasil terbaik dengan standart edible film yang berada di pasaran Hasil terbaik pada Kriteria Standart Edible Film Kuat Tarik (MPa) 10 – 45 30,625 Modulus Young (MPa) 100 – 400 169,014 Persen Perpanjangan (%) 12 – 35 18,230 Ketebalan Film (mm) 0,1 – 0,5 0,254 10 – 40 16,670 Putih – Kekuningan Coklat Ketahanan Air / % Air yang terserap Warna 80:20 (gr/gr), 35% Berdasarkan tabel 2 di atas dapat dilihat hasil terbaik untuk sifat mekanik dan sifat Edible film adalah pada formulasi agar – kitosan 80 : 20 gr/gr dengan konsentrasi sorbitol 35%, secara garis besar telah menyamai sifat dari standart Edible film namun bioplastik tersebut belum dapat diaplikasikan sebagai plastik pembungkus makanan, karena warna yang dihasilkan belum memnuhi standart Edible film yang berada di pasaran. Pada lampiran 1 tertera hasil yang didapat dalam proses uji.
