Heru Pratomo dan Eli Rohaeti

Jurnal Penelitian Saintek, Vol. 16, Nomor 2, Oktober 2011

BIOPLASTIK NATA DE CASSAVA SEBAGAI BAHAN EDIBLE FILM RAMAH LINGKUNGAN Heru Pratomo dan Eli Rohaeti Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Jl. Colombo No. 1 Yogyakarta 55281

Abstrak Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mensintesis plastik ramah lingkungan dengan memanfaatkan limbah. Limbah berasal dari air bekas parutan singkong dibuat nata menggunakan bakteri acetobacter xylinum. Karakterisasi bioplastik meliputi penentuan gugus fungsi menggunakan Infra Red (IR), sifat termal menggunakan Differential Thermal Analysis, kristalinitas menggunakan X-Ray Diffractometry, sifat mekanik berupa kuat putus dan perpanjangan, pengamatan permukaan menggunakan Scanning Electron Microscopy, serta uji biodegradasi menggunakan lumpur aktif. Komponen utama penyusun nata de cassava adalah polimer selulosa. Hal ini ditunjukkan oleh gugus fungsi karakteristik yaitu gugus-OH bebas, C-H alifatik, C-O, struktur cincin piran, dan ikatan ȕ-1,4-glikosidik. Keberadaan selulosa yang menyusun film bioplastik nata diperkuat oleh difraktogram XRD film nata yang menunjukkan adanya fase kristalin 1D dan 1E pada 15° dan 22,5°. Keberadaan pelikel selulosa diperkuat juga oleh foto SEM. Nata de cassava merupakan film yang stabil secara termal ditunjukkan oleh pengurangan massa sebesar 20%. pada temperatur 400°C. Proses biodegradasi menyebabkan pemutusan ikatan ȕ-1,4glikosidik sehingga molekul selulosa terurai kembali menjadi molekul-molekul glukosa. Kata kunci: biodegradasi, bioplastik, nata de cassava, selulosa Abstract This research aimed to synthesize friendly plastic by using waste. Waste from cassava is made nata with using acetobacter xylinum. Characterizations of bioplastics were functional groups using IR, thermal properties using Differential Thermal Analysis, crystallinity using X-Ray Diffractometry, mechanical properties i.e. strength at break and strain at break, surface observing by using Scanning Electron Microscopy and biodegradation test using activated sludge. The primary component of nata de cassava was cellulose polymer. That is showed by functional groups i.e. –OH free, C-H allifatic, C-O, structure of piran ring, and ȕ-1,4-glikosidik link. That cellulose is supported by XRD diffractogram for film, film of nata de cassava had crystalline phase 1D and 1E at 15° dan 22,5°. The pellicle of cellulose is also supported SEM photo. Nata de cassava was stable film thermally, is showed by 20% of mass loss at 400°C. The biodegradation caused breaking of ȕ-1,4-glikosidik link until cellulose molecule dissociated to glucose molecules. Key words: biodegradation, bioplastic, nata de cassava, cellulose

PENDAHULUAN

pembungkus minyak goreng dan langsung

Telah banyak berita di media televisi

digunakan bersama minyak goreng untuk

dan surat kabar tentang penggunaan kantong

menggoreng

plastik 74 172

makanan yang digoreng dengan minyak

berbasis

minyak

bumi

sebagai

bahan

makanan.

Bahan

Bioplastik Nata (Heru Pratomo dkk)

goreng dan pembungkus plastiknya meng-

yang diakibatkan oleh limbah plastik (Ang-

hasilkan bahan makanan lebih renyah dan

gara, 2001 dan Averous, 2002), di antaranya

elastis. Padahal pembungkus plastik tersebut

adalah

bukan edible film melainkan terbuat dari

dengan cara reduce, reuse, recycle, burn dan

minyak bumi sehingga dengan pemanasan

biodegradation (Budi Santoso, 2006; Eli

akan menghasilkan zat yang membahayakan

Rohaeti dkk, 2003; Eli Rohaeti dkk, 2004).

kesehatan. Dengan demikian sudah saatnya

Reduce merupakan cara penanganan limbah

mulai memikirkan penggunaan plastik pem-

dengan cara membatasi penggunaan plastik

bungkus makanan yang edible dan ramah

untuk mengurangi jumlah limbah yang dapat

lingkungan serta aman bagi kesehatan.

ditimbulkan. Reuse merupakan penanganan

Selain itu, penggunaan plastik setiap tahunnya

juga

mengalami

penanggulangan

limbah

plastik

limbah plastik dengan cara pemakaian ulang

peningkatan

limbah plastik tanpa merubah bentuk mau-

terutama digunakan sebagai pembungkus

pun fungsinya. Recycle merupakan pendaur-

makanan maupun non makanan, misalnya

ulangan limbah plastik menjadi barang baru.

dalam bidang pertanian. Dalam bidang

Burn

pertanian, plastik digunakan sebagai media

limbah plastik dengan cara pembakaran dan

tanam, media pembibitan dan tempat pe-

biodegradation yang menggunakan mikroba

nyemaian serta sebagai kantong penampung

secara biologis atau alami. Metode atau cara

hasil panen. Peningkatan penggunaan plastik

penanggulangan limbah plastik yang paling

karena plastik lebih praktis dan ekonomis. Di

aman dan bersahabat terhadap lingkungan

samping manfaat yang bisa didapatkan,

adalah metode biodegradation atau bio-

penggunaan plastik ternyata memiliki efek

degradasi. Metode biodegradasi sifatnya

negatif. Masalah yang dapat ditimbulkan

alami dan tidak menimbulkan zat baru yang

akibat

dapat membahayakan lingkungan (Schnabel,

peningkatan

penggunaan

plastik

adalah semakin meningkatnya jumlah limbah plastik yang dihasilkan. Limbah plastik

merupakan

cara

penanggulangan

1981). Jika

dilihat

dari

sudut

pandang

merupakan salah satu limbah yang sukar

kebutuhan manusia akan plastik yang sukar

terurai secara alamiah, terutama plastik yang

untuk dikurangi apalagi dihindari, maka

terbuat dari bahan minyak bumi, akibatnya,

diperlukan suatu terobosan baru atau alter-

kelestarian lingkungan menjadi terancam.

natif untuk mengatasi masalah kelestarian

Berbagai macam cara telah dilakukan

lingkungan tanpa merugikan manusia. Salah

untuk menangani pencemaran lingkungan

satu alternatif yang dapat dipertimbangkan 75 173


adalah

dengan

menciptakan

produk

terdapat limbah cair hasil pencucian dan

bioplastik yang lebih mudah terbiodegradasi

penyaringan singkong. Limbah tersebut juga

sehingga aman bagi lingkungan (Jan van

hanya dibuang sia-sia di sekitar sungai

Beilen, 2006; Eli Rohaeti dan Senam, 2008).

terdekat.

Untuk mewujudkan hal itu maka langkah pertama

yang

perlu

serat,

glukosa

dan

adalah

karbohidrat yang cukup tinggi dalam limbah

mengkaji bahan baku pembuatan plastik dari

organik yang digunakan dalam penelitian ini

bahan alam yang mudah terbiodegradasi

(singkong)

melalui suatu penelitian.

bioplastik yang ramah lingkungan. Dalam

Penelitian biodegradasi

ini

bioplastik

dilakukan

Kandungan

mengkaji

organik

tersebut

masih

sebagai banyak

mengandung zat-zat yang terbuang sia-sia.

merupakan terobosan baru plastik ramah

Kandungan glukosa, karbohidrat dan serat

lingkungan karena kemampuannya terbiode-

(khususnya selulosa) merupakan komponen

gradasi dan mudah disintesis. Bahan baku

utama pembuatan nata, yang nantinya dapat

pembuatan nata dari limbah organik yang

digunakan untuk membuat film bioplastik.

berasal dari air perasan parutan singkong

Bioplastik yang dihasilkan merupakan bio-

sangat melimpah dan mudah didapatkan.

plastik yang tahan lama namun mudah terurai

Sebagai contoh, singkong yang diolah men-

oleh bakteri pengurai. Untuk mempelajari

jadi bermacam-macam produk khususnya

sifat bioplastik tersebut dilakukan beberapa

produk

tapioka,

karakterisasi seperti analisis gugus fungsi,

dihasilkan limbah sekitar 2/3 bagian atau

kristalinitas, sifat mekanik (yang meliputi

sekitar 75% dari bahan mentahnya. Limbah

kuat putus, perpanjangan, dan elastisitas),

bekas

sebagai

sifat termal, dan pengurangan massa serta

onggok. Onggok merupakan ampas singkong

laju pengurangan bioplastik yang dibiode-

yang biasa digunakan sebagai makanan

gradasi (Schnabel, 1981; Eli Rohaeti dan

ternak, namun saat ini onggok bekas

Senam, 2008)

pengolahan

dan

itu

nata

limbah

dimanfaatkan

yang

makanan

dari

masalah

dapat

tepung

disebut

pengolahan tepung tapioka hanya dibuang

Tujuan khusus penelitian ini adalah

sia-sia. Bahan buangan ini dapat mencemari

untuk mempelajari sifat fisika dan kimia film

lingkungan, apalagi jika musim hujan, karena

bioplastik yang berasal dari limbah rumah

onggok memiliki bau yang tidak sedap.

tangga, yaitu nata de cassava berasal dari air

Selain limbah padat (onggok) ternyata juga

perasan parutan singkong serta mempelajari

76 174


pengaruh

waktu

biodegradasi

terhadap

film berbasis limbah organik yang berasal

pengurangan dan laju pengurangan film

dari

bioplastik yang dihasilkan.

bioplastik sebagai bahan edible film dengan

Berdasarkan studi literatur, edible

rumah

tangga.

Penelitian

sintesis

menggunakan bahan baku yang berasal dari

film adalah salah satu jenis kemasan yang

limbah

ramah lingkungan bahkan bisa langsung ikut

dilakukan, padahal bahan baku tersebut

dikonsumsi bersama pangan yang dikemas-

tersedia dalam jumlah yang melimpah di

nya karena terbuat dari bagian bahan pangan

Indonesia.

alami tertentu. Edible film berperan sebagai lapisan yang dapat didegradasi oleh bakteri

rumah

tangga

masih

jarang

METODE PENELITIAN

dan terbuat dari sumber daya yang dapat

Alat-alat yang digunakan pada pe-

diperbaharui. Selain itu edible film mem-

nelitian ini antara lain FTIR 8300 Shimadzu,

berikan perlindungan yang unik dengan

SEM merk Jeol T330A, alat uji tarik

mengurangi transmisi uap air, aroma, dan

Universal Testing Machine, alat XRD, alat

lemak dari bahan pangan yang dikemas, hal

DTA-TGA, kompor gas, tabung gas, panci,

tersebut merupakan karakteristik yang tidak

saringan, loyang, stoples, sendok, pisau,

didapatkan pada kemasan konvensional.

gelas Ukur 500 mL, pengaduk, pipet, ember,

Keunggulan bioplastik yang berasal dari

rak, papan jemur, glossy plate, oven, laminar

limbah organik yaitu: ramah lingkungan,

flow, autoclave, cawan petri, gelas kimia,

dapat langsung dikonsumsi bersama bahan

Erlenmeyer, kawat oase, pembakar spirtus.

makanan yang dikemasnya, dan bahan baku

Bahan-bahan yang digunakan antara lain air

cukup melimpah. Keunggulan tersebut yang

perasan parutan singkong, starter, cuka, urea,

mendasari pemilihan proses sintesis bio-

gula pasir, asam sulfat pekat, besi sulfat,

plastik untuk bahan edible film sebagai objek

etanol,

penelitian.

sulfat, natrium dihidrosulfat, magnesium

Urgensi (keutamaan) dari penelitian pembuatan

bioplastik

ini

adalah

dapat

memberikan kontribusi terhadap pembaharu-

natrium

hidrosulfat,

ammonium

sulfat, tripton, bacto agar, ekstrak ragi, aquadest, dan natrium klorida. Sebelum membuat bioplastik, bahan–

an dan pengembangan ipteks, yaitu antara

bahan

organik

diubah

terlebih

dahulu

lain dapat memberikan informasi tentang

menjadi nata. Mula–mula limbah organik

cara pembuatan bioplastik ramah lingkungan,

yang digunakan dalam percobaan, yaitu : air

khususnya bentuk film sebagai bahan edible

perasan parutan singkong dibersihkan dari 77 175


kotoran. Limbah organik tersebut selanjutnya direbus

sampai

saat

cara menambahkan bacto agar 6 g dan

perebusan, dilakukan penambahan gula pasir

(NH 4 ) 2 SO 4 sebanyak 0,4 g ke dalam 400 mL

sebanyak 2,5% dan urea 0,5% dari banyak-

akuades dalam labu erlenmeyer kemudian

nya larutan. Setelah mendidih, dilakukan

ditutup dengan kapas bebas lemak dan

penyaringan untuk mendapatkan sari dari

aluminium foil, dilelehkan dan disterilkan

bahan hasil perebusan. Larutan yang sudah

dalam autoklaf pada temperatur 120°C,

disaring didinginkan. Setelah dingin, dilaku-

tekanan 15 psi selama 15 menit, kemudian

kan penambahan starter Acetobacter xylinum

didinginkan sampai temperatur 60°C. Setelah

(1 botol untuk 5 bak fermentasi ) dan asam

itu ditambahkan 8 mL larutan A (1 liter

asetat 0,75% dari larutan guna mempertahan-

larutan yang mengandung 73,4 g Na 2 HPO 4

kan

(Pangchayont

dan 32,4 g NaH 2 PO 4 pada pH 7,2), 8 mL

Sirikhajornnam dan panu Danwanichakul,

larutan B (20,5 g MgSO 4 .6H 2 O dilarutkan

2006). Pada proses pembuatan nata pH

dalam air destilasi dan volume akhit dibuat 1

dijaga pada rentang tersebut. Larutan hasil

L), dan 4 mL larutan C (1,83 g FeSO 4 .7H 2 O

penyaringan difermentasikan dengan cara

dilarutkan dalam air destilasi steril kemudian

disimpan selama 2 hari. Setelah dua hari,

1 tetes H 2 SO 4

nata siap dipanen. (Linda Tokarz, 2007)

dalamnya dan volume dibuat 1 L) ke dalam

pH

antara

mendidih.

3,0-4,0

Pada

Medium malka padat dibuat dengan

pekat ditambahkan ke

Tahap pembuatan bioplastik dilaku-

larutan bacto agar dalam ruang laminar flow,

kan dengan mengeringkan nata hingga

kemudian dikocok sampai homogen. Setelah

diperoleh lembaran. Pengeringan dilakukan

itu dipindahkan ke dalam beberapa cawan

dengan cara diangin-anginkan dan tidak

petri masing-masing 25 mL per cawan.

terkena cahaya matahari langsung (Anggara,

Setelah memadat disimpan dalam temperatur

2001 dan Averous, 2002).

kamar. (Eli Rohaeti dan Senam, 2008)

Lembaran film dipotong-potong dan

Proses yang dilakukan dalam bio-

dicelupkan ke dalam etanol 70% pada ruang

degradasi bioplastik adalah pertama-tama

laminar flow. Lembaran kemudian dikering-

menyiapkan

kan dan disimpan di dalam cawan petri steril

didiamkan beberapa jam hingga terpisah

dan disimpan dalam oven pada temperatur

bagian padatannya di bawah, dan bagian

70°C sampai benar-benar kering. Lembaran

cairannya di atas. Kemudian mengambil

film

bagian cairan dari lumpur aktif yang telah

yang

telah

kering

siap

dibiodegradasi (Eli Rohaeti dkk, 2004). 78 176

untuk

terpisah

lumpur

dengan

aktif

padatannya.

yang

Di

telah

dalam


laminar flow dilakukan penuangan cairan

perangkat bidang yang ada dalam kristal

kultur lumpur aktif ke dalam gelas kimia

memantulkan berkas sinar-X. Selanjutnya

steril. Film nata yang telah disterilkan ter-

berkas sinar tersebut diterima oleh detektor,

lebih dahulu kemudian dicelupkan ke dalam

sehingga diperoleh difraktogram. Difrak-

kultur campuran dan diletakkan dalam cawan

togram sampel polimer yang dihasilkan

petri yang berisi medium malka padat serta

mengandung daerah kristalin dan amorf yang

dibiarkan dalam ruang 37°C selama 5 hari,

bercampur secara acak. Difraktogram sinar-

10 hari, 15 hari, dan 20 hari. Adapun

X polimer kristalin memiliki puncak yang

penggantian medium dilakukan setiap 5 hari

tajam, sedangkan polimer amorf memiliki

sekali.

puncak yang melebar.

Proses

biodegradasi

dihentikan

dengan mencelupkan film nata ke dalam

Sifat termal dengan alat DTA-TGA

etanol 70%. Kemudian dicuci beberapa kali

dilakukan di laboratorium polimer Akedemi

dengan menggunakan akuades dan film nata

Teknologi Kulit Yogyakarta. Sifat Termal

siap untuk dikarakterisasi (Eli Rohaeti dkk,

dikarakterisasi dengan Teknik Differential

2003).

Thermal Analysis dan Thermogravimetric dalam

Analysis dengan cara sebagai berikut setiap

preparasi sampel adalah dengan pembuatan

sampel film nata dimasukkan ke dalam krus

pellet KBr. Sampel nata digerus dengan

tempat sampel dan diletakkan di dalam alat

menggunakan mortar. Campuran yang sudah

DTA-TGA.

homogen ditekan dan diperoleh pellet KBr.

dioperasikan pada suhu 30°C-400°C dengan

Selanjutnya menganalisis sampel dengan

kecepatan pemanasan 10°C/menit.

Metode

yang

digunakan

menggunakan FTIR pada daerah 400-4000

Sifat

Kondisi

mekanik

alat

diukur

berupa

uji

dan

tarik

cm-1 sehingga diperoleh spektrum FTIR.

dilakukan di laboratorium uji polimer Pusat

Teknik FTIR ini digunakan untuk melihat

Penelitian Fisika LIPI Bandung. Sifat me-

puncak serapan dari gugus fungsi yang ada

kanik dikarakterisasi dengan menggunakan

dalam produk bioplastik.

Alat Uji Tarik Universal Testing Machine

Penentuan

kristalinitas

bioplastik

dengan kecepatan tarik 5 mm/menit, skala

dilakukan dengan alat XRD, yaitu dengan

load cell 4% dari 100 kgf. Metode pengujian

cara meletakan sampel bioplastik dalam

merupakan metode standar SI 527-2, pada

suatu tempat sehingga dapat berotasi pada

kondisi suhu 230C dan kelembaban 50%, >

salah satu sumbu. Kemudian menyinari

40 jam. Sampel yang sudah berbentuk

sampel tersebut dengan sinar-X, sehingga

dumbbell dijepitkan pada alat uji tarik 79 177


serrated mini modified dengan kapasitas 100

Perpanjangan saat putus (elongation at

kgf.

break) dihitung menggunakan persamaan (2). Morfologi

permukaan

film

nata

diamati dengan menggunakan alat SEM (Scanning Electron Microscope) merk JEOL T330A di laboratorium Uji Polimer Pusat penelitian Fisika LIPI Bandung. Metode ujinya berupa Secondary Electron Image

Young

Modulus

dihitung

persamaan (3).

V

F (1) A

ı = kuat putus bahan F = beban pada saat putus A = luas penampang

(SEI) dan preparasi sampel dilakukan dengan

(2)

teknik coating permukaan sampel dengan Emas (Au). Kondisi operasi yaitu tegangan 15 kV, arus 0,5 mA, dan perbesaran 2000x. Langkah

yang

dilakukan

untuk

mengukur persentase pengurangan massa yaitu dengan menimbang polimer sebelum dan setelah dilakukan biodegradasi. Persen pengurangan massa sesungguhnya dapat

menggunakan

İ= perpanjangan saat putus (%) Lt= panjang pada saat putus Lo = panjang mula-mula

E

V (3) H

E = modulus Young ı = kuat putus bahan İ = perpanjangan saat putus

dihitung dengan memasukkan faktor koreksi

Penentuan tingkat biodegradabilitas

massa yang diperoleh dari kontol negatif ke

bioplastik dengan cara uji pengurangan.

dalam massa sampel awal sebelum proses

sampel

biodegradasi.

mengalami proses biodegradasi dihitung

Untuk menentukan biodegradabilitas

polimer

sesungguhnya

sebelum

dengan rumus :

(laju pengurangan massa) bioplastik dilaku-

W i = W is – (W is .C )

kan dengan menimbang bioplastik sebelum

Keterangan :

dan sesudah dilakukan inkubasi. Kemudian

W i = massa sampel sesungguhnya sebelum dibiodegradasi. W is = massa sampel awal tanpa faktor koreksi. C = faktor koreksi, diperoleh dari kontrol negatif yang dihitung dengan rumus sebagai berikut:

selisih

keduanya

dibagi

dengan

waktu

inkubasi. Penentuan sifat mekanik film nata berupa kuat putus, perpanjangan saat putus, dan modulus Young. Kuat putus (strength at break) dihitung menggunakan persamaan (1). 80 178


W ic = massa sampel sebelum diinkubasi (dalam kontrol negatif) W fc = massa sampel sesudah diinkubasi (dalam kontrol negatif) Persen pengurangan sesungguhnya ditentukan dengan rumus berikut: % pengurangan massa =

Wi Wf x 100% Wi

W i = massa sampel sesungguhya sebelum diinkubasi. W f = massa sampel sesudah ibiodegradasi. Penentuan laju pengurangan massa dapat

dihitung

dengan

menggunakan

persamaan :

Nata yang dihasilkan sebagai bahan dasar bioplastik bertekstur kenyal, licin, dan transparan.

Ketebalan

nata

yang

baik

digunakan sebagai bahan dasar bioplastik adalah nata dengan umur pemeraman 2-3 hari, selebihnya nata yang terbentuk akan terlalu tebal dan sulit dikeringkan untuk dijadikan

bioplastik.

Berdasarkan

hasil

penelitian, tidak seperti nata de coco, nata yang dihasilkan dari air perasan parutan singkong berwarna putih kekuningan. Nata yang dihasilkan pada umumnya juga tidak sebaik nata yang dibuat dari nata de coco. Walaupun bertekstur kenyal dan licin, namun

W Wf v= i 't

kondisi pelikel selulosa yang dihasilkan tidak

v = laju penguranngan massa. ¨t = waktu yang dibutuhkan biodegradasi.

merata sehingga terdapat bagian yang tipis untuk

HASIL DAN PEMBAHASAN Karakter Nata yang Dihasilkan dari Limbah Air Perasan Parutan Singkong

dan bagian lainnya tebal. Oleh sebab itu, diperlukan komposisi yang tepat pada proses pembuatan nata. Proses pembuatan nata, selain nata de coco, memerlukan komposisi yang berbeda untuk setiap jenis nata.

Pada Tabel 1 ditunjukkan sifat fisik

Nata yang dapat digunakan sebagai

nata de cassava yang dihasilkan dari air

bahan dasar bioplastik adalah nata yang

perasan parutan singkong setelah mengalami

memiliki ketebalan yang merata di semua

pemeraman atau fermentasi selama 2-3 hari.

bagiannya serta tidak bergelambir. Untuk itu

Tabel 1. Sifat Fisik Nata de Cassava dari Limbah Rumah Tangga No 1 2 3 4

Sifat fisik Bentuk Warna Transparan / tidak Tekstur

Nata de cassava Lembaran kenyal berlapis-lapis Putih kekuningan Transparan Kenyal dan licin 81 179


perlu diperhatikan beberapa hal yang dapat mempengaruhi kualitas nata sebagai bahan

2) Tempat pemeraman Tempat pemeraman berkaitan dengan

dasar bioplastik antara lain:

adanya gangguan atau goncangan pada saat

1) Keasaman larutan atau pH

proses

pemeraman.

Adanya

goncangan

Pembuatan nata memanfaatkan aktivi-

tersebut dapat menyebabkan nata yang

tas bakteri Acetobecter Xylinum sehingga

terbentuk menjadi berlapis-lapis dan ber-

diperlukan kondisi yang nyaman untuk

gelambir sehingga pada saat dibuat menjadi

bakteri tersebut berkembang. Acetobacter

bioplastik akan mengelupas dan rapuh.

Xylinum dapat berkembang biak dengan baik

3) Bahan tambahan

pada pH 3-4. Oleh karena itu dalam proses

Nata terbentuk akibat aktivitas bakteri

pemeraman sedapat mungkin pH larutan

Acetobacter xylinum, bakteri tersebut meng-

dibuat 3-4 dengan menambahkan asam asetat

gunakan unsur-unsur hara seperti N, H, O,

glasial. Suhu optimum untuk pertumbuhan

dan C untuk menyusun lapisan nata. Dengan

bakteri adalah sekitar 35°C (Purnomo, 2009).

demikian dalam proses pembuatan nata harus

Pada suhu ini bakteri dapat berkembang biak

diperhatikan apakah bahan dasar sudah

dengan

mengandung unsur hara tersebut dalam

baik.

Untuk

itu

pada

proses

pemeraman, wadah harus ditempatkan dalam

jumlah yang cukup.

ruangan yang suhu dan kelembabannya

Karakter Film Bioplastik Limbah Rumah Tangga

terjaga. Perubahan suhu secara ekstrim akibat

Nata

dari

Film plastik nata dibuat dengan cara

perubahan cuaca (pancaroba) menyebabkan kualitas nata yang dihasilkan kurang baik,

diangin-anginkan

tanpa

selain itu proses pembentukkan nata menjadi

matahari

sedikit lambat (Anggara, 2001 dan Wahyono,

membutuhkan waktu kurang lebih 24 jam.

2009).

Bioplastik yang dihasilkan dari nata secara

langsung.

terkena

Proses

pengeringan

Tabel 2. Sifat Fisik Film Bioplastik Berasal dari Nata de Cassava No 1 2 3 4 5 82 180

Sifat fisik Bentuk Warna sebelum dicelupkan dalam alkohol Warna setelah dicelupkan dalam alkohol Transparan / tidak Tekstur

sinar

Nata de cassava Lembaran seperti kertas Kuning kecoklatan Bening transparan Transparan Kasar


Gambar 1. Film Nata de Cassava fisik berbentuk seperti plastik transparan

sangat jernih dan transparan. Film plastik

hanya sajaagaksedikit keruh. Pada Tabel 2

nata yang dihasilkan dari air parutan

ditunjukkan sifat fisik lembaran bioplastik

singkong berwarna coklat transparan dan

dari berbagai nata yang dihasilkan dan pada

bertekstur sedikit kasar. Bentuk film yang

Gambar 1 ditunjukkan lembaran nata yang

dibuat menyerupai lembaran kertas yang

diperoleh.

transparan. Film nata tersebut dicelupkan ke

Bioplastik yang dihasilkan berwarna

dalam larutan alkohol 70% sehingga warna

sedikit keruh karena pengaruh tumbuhnya

film yang semula coklat menjadi tidak

jamur pada permukaan nata, hal ini dapat

berwarna.

diatasi dengan mencuci bioplastik tersebut

Gambar

2

ditunjukkan

spektrum

dengan larutan alkohol 70%. Setelah dicuci

FTIR bioplastik dari nata. Selanjutnya tabel

dengan alkohol 70% bioplastik akan menjadi

korelasi gugus fungsi dari bioplastik nata

Gambar 2. Spektrum FTIR Film Bioplastik Nata de Cassava 83 181


Tabel 3. Gugus Fungsi Lembaran Bioplastik Nata Hasil Analisis Spektrum FTIR No. 1. 2. 3. 4. 5.

Bilangan Gelombang (cm-1) 3400,01 2896,14 1636,03 1110,20 617,04

hasil analisis spektrum FTIR ditunjukkan

Gugus Fungsi -OH C-H Alifatik Siklik piran ȕ – 1,4- Gikosidik Aromatik b. Puncak vibrasi di daerah 2896,14 cm-1 Vibrasi

oleh Tabel 3. Berdasarkan Terdapat beberapa

ini

menunjukkan

vibrasi

vibrasi stretching yang menunjukkan gugus

ikatan CH alifatik. CH alifatik merupakan

fungsi yang terdapat pada film Nata, yaitu:

ikatan antara atom CH yang satu dengan

a. Puncak vibrasi melebar diperlihatkan di daerah 3400,01 cm-1

CH yang lainnya yang tersusun secara

Vibrasi

ini

menunjukkan

vibrasi

daerah ulur hidrogen dengan ikatan OH).

melingkar/siklik.

Gugus

C H

tersebut

merupakan komponen utama penyusun film dikarenakan intensitas yang dihasilkan dari

Bentuk puncak yang melebar serta transmi-

analisis FTIR cukup rendah yaitu 2,730%.

tansi yang mendekati nilai 0% menunjukkan

Berdasarkan hukum Lambert-Beer diketahui

bahwa jumlah gugus fungsi –OH yang terda-

bahwa

pat dalam sampel bioplastik sangat banyak.

dengan absorbansi. Jadi semakin kecil

transmitansi

berbanding

Gambar 3. Difraktogram XRD Film Bioplastik Nata de Cassava 84 182

terbalik


transmitansinya maka jumlah komponen

dan gugus OH bebas yang ditunjukkan

dalam sampel semakin banyak.

dengan pita melebar, hal tersebut berarti di

c. Puncak vibrasi daerah 1636,03 cm-1

dalam film nata yang dihasilkan tersusun atas

Puncak

ini

menunjukkan

vibrasi

daerah yang berikatan secara siklik atau bentuk cincin aromatik.

Keberadaan selulosa yang menyusun film bioplastik nata berasal dari limbah

d. Puncak vibrasi 1110,20 cm-1

melebar

Puncak

ini

vibrasi

rantai polimer selulosa [13, 15].

di

daerah

menunjukkan

adanya ikatan CO. Dalam selulosa juga ter

rumah tangga diperkuat oleh difraktogram XRD seperti ditunjukkan oleh Gambar 4. Berdasarkan difraktogram XRD film nata, menunjukkan adanya fase kristalin 1D dan 1E

dapat ikatan CO yang berikatan secara

masing-masing pada 15° dan 22,5°. Fase

glikosidik yang ditunjukkan oleh vibrasi di

kristalin selulosa 1D dan 1E masing-masing

daerah 1371,921428,00 cm-1. -1

e. Puncak vibrasi di daerah 617,04 cm

Puncak vibrasi pada daerah 617, 04 -1

cm menunjukkan adanya ikatan CC. Berdasarkan

hasil

analisis

FTIR

pada bidang 1001Į, 1101ȕ, dan 0101ȕ te rjadi pada sudut 15°, bidang 1101Į dan 2001ȕ pada sudut 22.5° (Barud et al. (2007). Struktur selulosa yang menyusun

dapat

film nata berbentuk benang-benang fibril

diketahui bahwa bioplastik memiliki gugus

seperti ditunjukkan oleh foto SEM nata pada

fungsi karakteristik yang sama dengan

Gambar 4.

selulosa, yaitu adanya gugus OH bebas,

Selanjutnya hasil uji sifat mekanik

CH alifatik, C=C, cincin aromatik,

berupa uji tarik menggunakan alat Universal

struktur piran, ikatan ȕ-1,4-glikosidik, dan

Testing Machine model UCT-5T dengan

ikatan CC tunggal. Ikatan ȕ-1,4-glikosidik

metode uji ISO 527-2 yang dilakukan pada

Gambar 4. Foto SEM Permukaan Film Nata de Cassava 85 183


Tabel 4. Hasil Uji Tarik Sampel Film Nata de Cassava No 1 2 3 4

Sampel nata Tensile strength (MPa) Break strength (MPa) Break strain (%) Modulus Young (MPa)

Nilai 73,9 73,9 1,8 4106

suhu 230C dengan kelembaban ruang uji 50%

modulus Young sangat tinggi pada penelitian

ditunjukkan oleh Tabel 4. Kecepatan tarik

ini. Dengan demikian film bioplastik dari

pada

nata de cassava menunjukkan kekakuan

pengujian

sifat

mekanik adalah 5

mm/menit, load cell 4% dari 100 kgf. Untuk spesimen

uji

tarik

berbentuk

dumbble

sangat tinggi. Berdasarkan

analisis

sifat

termal

dipreparasi dengan ISO 527-2-5A, meng-

dengan alat Differential Thermal Analysis

gunakan pengukur ketebalan berupa micro-

dan Thermogravimetric Analysis (DTA-

meter digital, penjepitnya berupa serrated

TGA) selanjutnya dapat diperoleh termogram

mini modified dengan kapasitas 100 kgf.

DTA dan TGA untuk film nata de cassava.

Berdasarkan data pada Tabel 4, film

Film nata de cassava menunjukkan puncak

nata de cassava menunjukkan kekuatan tarik

eksoterm pada 60,92°C. Puncak eksoterm

pada saat putus sebesar 73,9 MPa. Nilai

yang muncul merupakan temperatur kristali-

tersebut lebih rendah dibandingkan nata de

sasi, terjadi pada saat transisi dari satu fasa

coco tetapi lebih tinggi dibandingkan dengan

kristalin ke fasa kristalin lainnya. Film nata

nata de oryza. Perpanjangan saat putus nata

yang dihasilkan mengalami transisi dari fasa

de cassava sangat rendah. Dengan demikian

kristalin D ke E. Hal tersebut diperkuat oleh

nata de cassava, keelastisannya sangat

difraktogram XRD nata de cassava pada

rendah. Untuk meningkatkan keelastisan bio-

Gambar 3 menunjukkan intensitas suatu

plastik dapat dilakukan dengan penambahan

daerah kristalin (sekitar 250°) sangat tajam.

bahan pemlastis (Bourtoom, 2006). Namun

Transisi gelas dari film nata de cassava

berdasarkan data modulus young nata de

sebesar 150°C. Tingginya transisi gelas dari

cassava sangat tinggi. Modulus Young

nata yang berasal dari limbah air rebusan

menunjukkan perbandingan tensile strength

parutan singkong menunjukkan film nata

terhadap break strain. Bahan yang sangat

yang dihasilkan sangat kaku. Hal tersebut

kaku akan menunjukkan nilai modulus

didukung oleh hasil uji sifat mekanik film

Young tinggi. Nata de cassava memiliki

nata de cassava memiliki modulus Young

86 184


Tabel 5. Perubahan Massa Nata de Cassava Hasil Analisis TGA sebagai Fungsi Temperatur Temperatur (0C) 50 100 150 200 250 300 350 400

Massa (%) 99,17 96,68 94,35 94,20 91,66 87,47 83,74 80,00

sangat tinggi. Sifat fisik dan kimia bioplastik dapat diperbaiki sesuai tujuan penggunaannya dengan cara modifikasi (Weiping Ban et

Kehilangan massa (%) 0,83 3, 32 5,65 5,80 8,34 12,53 16,36 20,00

Kemudahan Biodegradasi Film Bioplastik Nata dari Limbah Rumah Tangga

Pada Tabel 6 ditunjukkan keadaan film nata setelah mengalami biodegradasi

al., 2005). Tabel 5 ditunjukkan massa nata de

pada selang waktu tertentu. Pada bio-

cassava pada temperatur yang bervariasi.

degradasi selama 5 hari, keadaan film nata

Nata de cassava merupakan film yang stabil

yang berlubang dan berwarna hitam. Pada

secara termal. Pada temperatur 400°C, massa

biodegradasi selanjutnya lubang menjadi

film nata de cassava sebesar 80% atau

bertambah banyak, kemudian film sangat

mengalami pengurangan massa sebesar 20%.

lunak dan lama kelamaan film hancur atau

Berdasarkan Tabel 5 dapat diketahui bahwa

terbiodegradasi secara sempurna (Gambar 5).

sampai

temperatur

250°C,

film

nata

mengalami kehilangan massa di bawah 10%.

Gambar

6

ditunjukkan

spektrum

FTIR film nata sesudah mengalami biode-

Tabel 6. Pengamatan Fisik Film Nata de Cassava setelah Dibiodegradasi Hari ke5 10 15 20

Pengamatan Film menjadi agak tebal kembali, warna film menjadi putih, terdapat beberapa bagian yang berlubang berwarna hitam. Lubang menjadi semakin banyak. Film menjadi sangat lunak dan hancur Film sudah terbiodegradasi sempurna

87 185


Gambar 5. Film Nata de Cassava sesudah Biodegradasi dalam Lumpur Aktif selama 15 Hari (Kiri) dan 20 Hari (Kanan) gradasi selama 15 hari. Film nata yang

dengan hasil FTIR film nata sebelum

dihasilkan menunjukkan spektrum FTIR

biodegradasi pada Gambar 2 menunjukkan

dengan gugus fungsi sama sebagaimana tabel

jenis

korelasi hasil analisis spektrum FTIR film

keberadaan gugus fungsi dalam film nata

nata sesudah biodegradasi pada Tabel 7.

sebelum dengan sesudah biodegradasi adalah

vibrasi

ikatan

yang

terjadi

atau

Untuk hasil FTIR setelah proses

sama. Dengan demikian proses biodegradasi

biodegradasi pada Gambar 6 dibandingkan

tidak menyebabkan perubahan gugus fungsi.

Gambar 6. Spektra FTIR Film Nata de Cassava sesudah Biodegradasi 88 186


Tabel 7. Hasil Analisis Gugus Fungsi Nata Sesudah Biodegradasi selama 15 Hari Bilangan Gelombang (cm-1) 3306,13 2896,80 1648,11 1203,97 – 1427,86 1035,52 617,79 – 668,64

No 1 2 3 4 5 6

Gugus Fungsi OH bebas CH alifatik C=C- aromatik Struktur piran CO -CC- tunggal

Hal ini menunjukkan bahwa dalam proses

yang mengalami kenaikan transmitansi dari

biodegradasi pemutusan ikatan terjadi pada

3,787% menjadi 44,736%, ikatan E-1,4-

ikatan ȕ-1,4-glikosidik sehingga molekul

glikosidik

selulosa terurai kembali menjadi molekul-

transmitansi dari 1,944% menjadi 23,873%

molekul glukosa secara bertahap, ditunjuk-

dan

kan oleh jenis gugus fungsi yang sama antara

mengalami kenaikan transmitansi secara

molekul selulosa dengan molekul glukosa.

signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa

Selanjutnya dapat dilihat misalnya pada film

terjadi penurunan jumlah gugus fungsi pada

nata de coco bahwa puncak vibrasi pada

bioplastik.

-1

gugus

yang fungsi

mengalami yang

kenaikan

lainnya

juga

daerah 3400,01 cm mengalami penyempit-

Berdasarkan Tabel 7 dapat diketahui

an dan peningkatan transmitansi. Hal ini

bahwa jenis gugus fungsi dari film nata

menunjukkan bahwa gugus –OH dalam

sesudah mengalami biodegradasi menunjuk-

sampel bioplastik semakin berkurang.

kan jenis yang sama dengan gugus fungsi

Hal tersebut sesuai dengan Hukum Lambert-

pada film nata sebelum biodegradasi. Dengan

Beer yang menyatakan bahwa transmitansi

demikian biodegradasi menyebabkan pe-

berbanding terbalik dengan absorbansi dan

mutusan ikatan glikosidik dan menghasilkan

konsentrasi. Hal serupa terjadi pada gugus

jenis gugus fungsi yang sama dengan

fungsi karakteristik yang lain seperti C-H

molekul glukosa.

alifatik pada daerah 2896,14 cm-1 yang mengalami

penyempitan

serta

Berdasarkan Tabel 8 dapat disimpul-

kenaikan

kan bahwa semakin bertambahnya waktu

transmitansi dari 2,73% menjadi 26,06%,

biodegradasi, persen pengurangan massa film

-1

nata semakin meningkat pula. Film nata

gugus fungsi C=H pada daerah 1636,03 cm

89 187


Tabel 8. Pengurangan Massa Rata-Rata Film Nata de Cassava selama Biodegradasi Hari ke 5 10 15

Pengurangan massa rata-rata (%) 29,033 62,220 78,902

mengalami biodegradasi sempurna pada hari

mengalami penurunan. Laju pengurangan

ke-20, film nata hancur dan tidak dapat

massa terbesar diperlihatkan pada 5 hari

diambil karena menyatu dengan medium

pertama biodegradasi. Hal ini disebabkan

malka. Dengan demikian terbukti bahwa film

oleh

bioplastik dari nata ternyata mudah meng-

kandungan gugus fungsi yang akan menjadi

alami biodegradasi. Oleh sebab itu, perlu

sumber nutrisi yang dibutuhkan mikro-

adanya bahan tambahan agar film nata

organisme pengurai pada 5 hari pertama.

menjadi tahan lama namun dapat dibio-

Semakin lama biodegradasi, gugus fungsi

degradasi ketika tidak dipergunakan lagi.

yang terdapat dalam film nata terbiode-

Nata

de

cassava

masih

banyaknya

nutrisi

atau

menunjukkan

gradasi semakin berkurang karena semakin

pengurangan massa sebesar 78,902% ketika

banyak gugus fungsi yang sudah mengalami

biodegradasi

Dengan

hidrolisis sebelumnya sehingga nutrisi atau

demikian, nata yang dihasilkan termasuk film

senyawa yang dibutuhkan mikroorganisme

nata

Hal

menjadi berkurang. Nata de cassava menun-

tersebut dapat disebabkan oleh adanya gugus

jukkan laju pengurangan massa cukup tinggi

fungsi yang dapat dihidrolisis oleh enzim

untuk setiap variasi waktu biodegradasi.

yang

selama mudah

15

hari.

dibiodegradasi.

berada pada daerah yang mudah diakses. Tabel 9 menunjukkan laju pengurang-

KESIMPULAN

an massa film nata pada proses biodegradasi.

Karakteristik film nata de cassava

Semakin bertambahnya waktu biodegradasi,

yang dihasilkan ditinjau dari gugus fungsi

laju pengurangan massa film nata de cassava

menunjukkan

bahwa

komponen

Tabel 9. Laju Pengurangan Massa Film Nata selama Biodegradasi Hari ke 5 10 15 90 188

Laju pengurangan massa rata –rata (mg/hari) 1,867 1,300 1,177

utama


penyusun nata adalah polimer selulosa. Hal ini

ditunjukkan

dengan

gugus

fungsi

karakteristik yaitu gugus-OH bebas, C-H alifatik, C-O, struktur cincin piran, struktur aromatik, ikatan C-C dan ikatan ȕ-1,4glikosidik. Gugus fungsi tersebut merupakan gugus fungsi karakteristik untuk selulosa. Keberadaan selulosa yang menyusun film bioplastik nata berasal dari limbah rumah tangga yaitu air rebusan parutan singkong yang diperkuat oleh difraktogram XRD film nata yang menunjukkan adanya fase kristalin 1D dan 1E pada 15° dan 22,5°. Keberadaan pelikel selulosa diperkuat juga oleh foto SEM film nata. Film nata de cassava bersifat kaku ditunjukkan oleh tensile strength dan modulus Young sangat tinggi, tetapi break strain sangat rendah. Nata de cassava

merupakan film yang stabil secara termal ditunjukkan oleh massa film sebesar 80% atau mengalami pengurangan massa sebesar 20%.

pada

temperatur

400°C.

Seiring

bertambahnya waktu biodegradasi, massa bioplastik yang berkurang semakin banyak dengan

kata

lain

persen

pengurangan

com. Diunduh pada tanggal 1 Januari 2010.

Averous, Luc. (2002). “Biodegradable multiphase systems based on plasticized starch: a review“. Journal of Macromolecular Science, United Kingdom. Barud, H.S., C. A. Ribeiro, Marisa S. Crespi, M. A. U. Martines, J. Dexpert-Ghy, R. F. C. Marques, Y. Messadde1 and S.J.L. Ribeiro. (2007). “Thermal Characterization of Bacterial Cellulose-Phosphate Composite Membrane”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol 87 (3), 815-818. Bourtoom. (2006). “Effect of plasticizer type and concentration on the properties of edible film from water-soluble fish proteins in surimi wash-water”. Food Science and Technology International, Vol. 12, No. 2, 119-126. Budi Santoso. (2006). “Karakterisasi komposit edible film buah kolang-kaling (Arenge Pinnata) dan Lilin Lebah (Beeswax)”. Jurnal Teknologi dan Industri Pangan, Vol 17. Eli Rohaeti, N.M. Surdia, C.L. Radiman, E. Ratnaningsih. (2003). “Pengaruh variasi komposisi amilosa terhadap kemudahan biodegradasi poliuretan”. Jurnal Matematika & Sains, Volume 8 No.4, 157161.

DAFTAR PUSTAKA

Eli Rohaeti, N.M.Surdia, C.L.Radiman, E. Ratnaningsih. (2004). “Pengaruh dua macam perlakuan mikroorganisme terhadap kemudahan degradasi poliuretan hasil sintesis dari monomer Polietilen Glikol berat molekul 400 dengan Metilen-4,4’-difenildiisosianat”. Proc. ITB Sains & Tek., Volume 36A No.1, 1-9

Anggara. (2001). Pati tapioka dan pati jagung. www.Natadecassava.wordpress.

Eli Rohaeti dan Senam. (2008). “Efek minyak nabati pada biodegradasi poli

massanya meningkat. Proses biodegradasi menyebabkan

pemutusan

ikatan

ȕ-1,4-

glikosidik sehingga molekul selulosa terurai kembali menjadi molekul-molekul glukosa.

91 189


uretan hasil sintesis dari PEG400 dan MDI”. Laporan Penelitian. Jakarta: Dikti. Jan

van Beilen. (2006). http://www. bioplasticsmagazine.net. Diakses tanggal 1 Januari 2010.

Linda Tokarz. (2007). “Edible films made from dairy, biofuel byproducts”. Agricultural Research Magazine, May/June 2007. Pongchayont Sirikhajornnam dan Panu Danwanichakul. (2006). http://id.shvoong. com/exact-sciences/1803964-proses pembuatan-nata-coco, Diakses tanggal 1 Januari 2010. Purnomo, Dayu Senoaji ANP. (2009). “Pembuatan dan karakterisasi edible film dari pati ubi kayu dan ganyong dengan

92 190

penambahan sorbitol dan gliserol”. Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Malang. Schnabel, W. (1981). Biodegradation dalam Polymer Degradation, Principles and Practical Applications. New York: Macmillan Publishing Co, Inc., 154- 176. Wahyono. (2009). “Karakteristik edible film berbahan dasar kulit dan pati biji durian (durio sp) untuk pengemasan buah strawberry”. Tesis, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Weiping Ban et al. (2005). ”Improving the physical and chemical functionally of starch-derived films with biopoly-mers”. Journal of Applied Polymer Science 2006 Vol. 100, United States.

Heru Pratomo dan Eli Rohaeti

Recommend Documents