Studi Fourier Transform Infra Red pada Lapisan Kanji yang Diplastisasi dengan Polyethylene Glycol (PEG) 1000 Diani Galih Saputri1, Khairuddin2, Nanik Dwi Nurhayati3 1Program 2Dosen 3Dosen
Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret
Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret
Program Studi Pendidikan Kimia FKIP Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No. 36A, Kentingan, Jebres, Surakarta
ABSTRACT Fourier Transform Infra Red (FTIR) studies have been done on starch films plasticized with Polyethylene Glycol (PEG) 1000 to determine the functional groups of those material, and their interactions. The concentration of PEG1000/starch composite was 10 % (w/w) and mixed in water. The composites was prepared by solvent casting method. The solution was poured into teflon and dried in the oven for 14 hours at 40oC. The compossite was then tested using FTIR. The FTIR spectra in starch sample were 3425,58 cm-1 (O-H group); 2924,09 cm-1 (C-H group); 1635,64 cm-1 (C=O group); 1149.57 cm-1 (C-O-C group), whereas in PEG 1000 was 3387 cm-1 (O-H group); 2870,08 cm-1 (C-H group); 1643.35 cm-1 (C=O group); 1103.28 cm-1 (C-O-C group). The addition of PEG 1000 to starch shifted the four groups indicating a strong interaction between PEG and starch. The peak intensity spectra increased indicating that the the number of bonds in those groups increased. Also, there was no new peak indicating that new chemical bonding did not appear when starch and PEG 1000 was mixed.. Keyword: Starch, PEG 1000, FTIR. ABSTRAK Telah dilakukan studi Fourier Transform Infrared pada lapisan kanji yang diplastisasi dengan Polyethylene Glycol (PEG) 1000 untuk mengetahui gugus fungsi yang menyusun kanji dan PEG serta interaksi antara keduanya. Konsentrasi komposit PEG1000/kanji adalah 10 % (b/b) dan dicampur dengan air. Lapisan kanji-PEG1000 dibuat dengan metode solvent casting. Larutan dituangkan ke dalam teflon dan dikeringkan dalam oven selama 14 jam pada suhu 40oC dan kemudian diuji dengan FTIR. Spektrum FTIR pada kanji adalah 3425,58 cm-1 (O-H grup), 2924,09 cm-1 (C-H grup); 1635,64 cm-1 (C=O grup); 1149,57 cm-1 (C-O-C grup), sedangkan pada PEG 1000 adalah 3387 cm-1 (O-H grup); 2870,08 cm-1 (C-H grup); 1643,35 cm-1 (C=O grup); 1103,28 cm-1 (C-O-C grup). Penambahan PEG 1000 pada lapisan kanji
menyebakan pergeseran puncak pada empat gugus yang mengindikasikan adanya interaksi yang kuat antar molekul PEG dan kanji. Intensitas puncak menunjukkan peningkatan yang mengindikasikan bahwa penambahan plasticizer (PEG 1000) menambah jumlah ikatan pada grup-grup tersebut. Selain itu, pencampuran tidak memunculkan puncak baru yang menunjukkan tidak terbentuknya ikatan kimia baru akibat pencampuran tersebut. Kata kunci : Kanji, PEG 1000, FTIR. PENDAHULUAN Dalam dunia perindustrian makanan dan farmasi pengemasan produk adalah suatu hal yang sangat perlu diperhatikan. Apalagi jika dikaitkan dengan perkembangan zaman dan majunya teknologi yang semakin membuat terobosan baru bagi peluang keluarnya jenis produk-produk baru, sedangkan dalam pembuatan lapisan tersebut juga diperlukan materialmaterial tertentu yang kebanyakan bahannya disintesis dari senyawa kimia (Sin et al., 2010). Salah satu material kemasan tersebut adalah kertas konvensional (kertas minyak) untuk kemasan atau pembungkus kemasan. Secara konvensional sintesis lapisan polimer kertas minyak dapat berupa polivinilklorida (PVC), polietilena (PE) (Elizondo et al., 2009). Pati (kanji) merupakan bahan yang potensial untuk digunakan karena harganya yang relatif murah, berlimpah, tak terbarukan dan biodegradable (Gonera, A., & Cornilon, P. 2002), sehingga dapat diaplikasikan dalam pembuatan kemasan makanan. Namun, lapisan berbasis pati memiliki sifat mekanik yang rapuh dan sifat penghalang yang buruk dalam kondisi kelembaman tinggi (Tang et al, 2012). Pati atau kanji merupakan polimer yang berasal dari Dglucopyranosyl dan terbentuk lebih dari 500 molekul monosakarida, terdiri dari campuran yang didominasi amilosa linier (20-30 %) dan amilopektin bercabang (70-80 %) (Chrogan, 1998). Untuk menutupi berbagai kekurangan yang ada pada kanji telah banyak dilakukan penelitian. Salah satu teknik yang digunakan adalah dengan mencampurkan kanji dengan polimer lain, seperti pada percobaan yang dilakukan (Sin et al., 2010) dan (Zhou et al., 2009). Selain itu, perbaikan sifat kanji dapat dicapai dengan penambahan plasticizer. Penggunaan plasticizer diminimalkan karena dengan penambahan bahan tersebut dapat mengakibatkan peningkatkan permeabilitas uap air dan menurunkan sifat kohesi pada lapisan yang mempengaruhi sifat mekanik lapisan (Silva et al., 2009). Penambahan plasticizer pada kanji (starch) telah banyak dipelajari dalam beberapa tahun terakhir (Isotton et al., 2015). Gaudin et al., (2000) mengembangkan lapisan kanji berupa gandum atau terigu yang diplastisasi dengan sorbitol. Mali et al., (2004) juga mengembangkan dan mengkarakterisasi lapisan kanji yang diplastisasi dengan gliserol. Zullo dan Lannace (2009) mengembangkan pencampuran kanji dengan jenis jagung, gandum, dan kentang menggunakan gliserol dan urea.
Pada penelitian ini, plasticizer PEG dicampur dengan kanji, dan ingin diketahui bagaimana interaksi yang terjadi antara keduanya dengan menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Penggunaan FTIR diharapkan dapat memberikan informasi tentang pembentukan ikatan baru, kontak atau interaksi yang terjadi antar molekul, serta peningkatan atau penurunan gugus tertentu akibat pencampuran tersebut.
MATERIAL DAN METODE Pada penelitian digunakan jenis kanji singkong (amylum manihot) dan plasticizer Polyethylene Glycol (PEG) dengan berat molekul 1000, dengan akuades sebagai pelarut. Konsentrasi komposit PEG 1000/ kanji adalah 10 % (b/b). Kemudian larutan kanji dipanaskan pada suhu 80oC selama 60 menit dengan laju pemanasan selama 30 menit. Sementara itu, larutan PEG 1000 distirrer selama 2 jam dan kemudian kedua larutan tersebut dicampur dan distirrer pada suhu 70oC selama 30 menit. Hasil pengolahan dari larutan kanji-PEG1000 dituangkan kedalam teflon dan dikeringkan dalam oven selama 14 jam pada suhu 40oC. Sampel kanji-PEG1000 berbentuk padatan yang mudah retak jika ditekan. Setelah itu, dilakukan satu kali pembuatan sampel untuk kanji tanpa adanya penambahan PEG1000. Hasil pengolahan dalam bentuk padatan tetapi lebih fleksibel dan berwarna bening putih. Kemudian lapisan yang dibuat diuji interaksi antara molekulnya dengan menggunakan uji FTIR. HASIL DAN PEMBAHASAN R. Ortega-Toro et al (2016) telah melakukan pengujian pada lapisan kanji-gliserol yang diplastisasi dengan PEG, dimana diperoleh hasil uji FTIR pada kanji murni yang nilai dari bilangan gelombang dan intensitasnya tidak jauh berbeda dengan hasil yang diperoleh pada pencampuran kanji-PEG, untuk kanji-gliserol murni gugus hidroksil diperoleh pada puncak 3300 cm-1, untuk gugus metil dan eter masing-masing pada puncak 2926 cm-1 dan 1149 cm-1. Pengaruh perubahan intensitas absorbansi pada lapisan kanji tanpa adanya penambahan plasticizer dan lapisan dengan penambahan PEG 1000 dapat ditunjukkan pada Gambar 1. sedangkan untuk perbandingan kanji dan PEG1000/kanji serta PEG1000 dapat dilihat pada Gambar 2. Hasil puncak yang menunjukkan kandungan keempat gugus pada lapisan kanji maupun kanji/PEG1000, PEG1000 dari uji FTIR diberikan pada Tabel 1.
O-H
Intensitas Absorbansi
0,2
C-O-C 0,1
C-H
C=O
0 1100
1600
2100
2600
3100
3600
Bilangan Gelombang (1/cm) Kanji
Kanji+PEG 1000
Intensitas Absorbansi
Gambar 1. Grafik spektrum kanji dan kanji-plasticizer (PEG 1000) 0,9 0,8 0,7 0,6 C-O-C 0,5 0,4 0,3 0,2 C=O 0,1 0 1100 1600
C-H O-H
2100
2600
3100
3600
Bilangan Gelombang (1/cm) Kanji
Kanji+PEG 1000
PEG 1000
Gambar 2. Grafik spektrum kanji, kanji-plasticizer (PEG 1000), dan PEG 1000 Tabel 1. Puncak absorbansi pada lapisan kanji, kanji-PEG 1000, kanji-gliserol, PEG 1000 Gugus
Kanji
K+PEG 1000
PEG 1000
Puncak O-H Intensitas Abs
3425,58 0,088035
3402,43 0,179113
3387 0,153121
Puncak C-H Intensitas Abs
2924,09 0,054352
2924,09 0,060153
2870,08 0,384132
Puncak C=O Intensitas Abs
1635,64 0,048261
1635,64 0,041049
1643,35 0,041397
C-O-C Puncak Intensitas
1149,57 0,053201
1149,57 0,085827
1103,28 0,869317
Abs
Dari Gambar 1. tersebut dapat diketahui 4 jenis gugus (O-H, C-H, C=O, C-O-C), dimana bilangan gelombang antara 3387 cm-1 sampai 3425 cm-1 merupakan gugus dari O-H, untuk bilangan gelombang gugus C-H ditunjukkan pada rentang 2870,08 cm-1 sampai 2931,80 cm-1, pada rentang 1635 cm-1 hingga 1643 cm-1 merupakan panjang gelombang dari gugus C=O karbonil ester, sedangkan pada bilangan gelombang 1103 cm-1 sampai 1149 cm-1 menunjukkan gugus C-O-C eter. Hasil yang diperoleh pada lapisan kanji dan PEG 1000/kanji menunjukkan nilai yang sama dengan hasil dari penelitian Jagadish et al (2012) dan Yu et al (2013), walaupun terdapat sedikit pergeseran puncak pada gugus hidroksil, dimana lapisan kanji murni diketahui memiliki bilangan gelombang pada gugus O-H sebesar 3425,58 cm-1 dengan intensitas 0,088035, bilangan gelombang pada gugus C-H metil (2924,09 cm-1) dengan intensitas 0,054352, dan pada gugus C=O ester (1635 cm-1) dan gugus C-O-C eter (1149 cm-1) yang memiliki intensitas masing-masing sebesar 0,048261, 0,053201, sedangkan untuk lapisan kanji dengan penambahan PEG 1000 mempunyai bilangan gelombang pada gugus O-H (3402,43 cm-1) dengan intensitas 0,179113 dan pada gugus C-H (2924,09 cm-1) dengan intensitas sebesar 0,060153, untuk absorbansi pada gugus C=O (1635 cm-1) dan C-O-C (1149 cm-1). Jika dibandingkan dari nilai bilangan gelombang yang diperoleh dari kanji murni sebelum ditambahkan kanji untuk gugus O-H adalah 3425,58 cm-1 dan nilai bilangan gelombang untuk PEG 1000 adalah 3387 cm-1 kemudian setelah dicampur, puncak pada percampuran diantara keduanya bergeser menjadi menjadi 3402,43 cm-1. Untuk gugus C-H diperoleh nilai puncak dari kanji adalah sebesar 2924,09 cm-1 sedangkan untuk PEG 1000 diperoleh 2870,08 cm-1, pada saat kanji ditambahkan dengan PEG 1000 terjadi pergeseran puncak menjadi 2924,09 cm-1. Puncak dengan nilai konstan ditunjukkan pada gugus C=O dengan nilai sebesar 1635,64 cm-1 ketika kanji dicampur dengan PEG 1000, padahal nilai bilangan gelombang pada PEG 1000 sebelum ditambahkan dengan kanji adalah 1643,35 cm-1. Investigasi terakhir pada gugus C-O-C, dimana pada kanji menunjukkan puncak yang bernilai 1149,57 cm-1 sedangkan PEG 1000 menunjukkan nilai puncak pada 1103,28 cm-1 dan ketika kanji dicampur dengan PEG 1000, nilai puncak bergeser menjadi 1149,57 cm-1 (R. OrtegaToro et al, 2016). Nilai intensitas yang diperoleh dari pencampuran antara PEG1000/kanji menunjukkan peningkatan yang mengindikasikan bahwa penambahan plasticizer (PEG 1000) menambah jumlah ikatan dalam grup tersebut. Pada Tabel 1. dapat dilihat bahwa perolehan puncak untuk perbandingan kanji murni dan kanji-PEG1000 juga cukup sama, artinya hal ini membuktikan teori penelitian R. OrtegaToro et al (2016) benar bahwa hasil yang diperoleh cukup dekat diantara keduanya. Dalam
perbandingan diantara kedua lapisan tersebut tidak memunculkan puncak baru, hal ini menunjukkan bahwa tidak terdapat ikatan kimia baru selama proses pembuatan lapisan (R. Ortega-Toro et al., 2013).
KESIMPULAN Penambahan plasticizer (PEG 1000) pada lapisan kanji akan menyebabkan pergeseran puncak pada empat gugus (hidroksil, metil, karbonil ester, dan eter) dimana hasil dari pergeseran puncak untuk masing-masing gugus, yaitu 3402,43 cm-1 (O-H grup), 2924,09 cm-1 (C-H grup); 1635,64 cm-1 (C=O grup); 1149,57 cm-1 (C-O-C grup). Hal ini menandakan adanya interaksi antara kanji dan PEG1000. Efek dari penambahan PEG 1000 adalah peningkatan jumlah ikatan seperti yang ditunjukkan oleh peningkatan intensitas di grup tersebut. Pada gugus O-H intensitas meningkat dari 0,088035 menjadi 0,179113, untuk grup metil (C-H) intensitas meningkat dari 0,054352 menjadi 0,060153, hal yang sama juga terjadi pada grup eter (C-O-C) dimana intensitas meningkat dari 0,053201 menjadi 0,085827, namun pada grup karbonil ester (C=O) terjadi penurunan intensitas (sangat kecil) dari 0,048261 menjadi 0,041049. Tidak adanya puncak baru yang terbentuk pada sampel komposit PEG1000/kanji menunjukkan tidak terbentuk ikatan kimia baru akibat pencampuran tersebut.
UCAPAN TERIMAKASIH Ide dan pendanaan penelitian ini berasal dari Bapak Khairuddin, Jurusan Fisika FMIPA UNS.
DAFTAR PUSTAKA Croghan, M. (1998). 100 years of starch innovation. Food cience & Technologi Today. March, 17-24. Elizondo, N.J., Sobral, P.J.A., & Menegalli, F.C. (2009). Development of film based on blends of amaranthus cruentus flour and poly(vinly alcohol). Carbohydrat Polymer, 75, 592-598. Gaudin, S., Lourdin, D., Forssell, P. M., Colonnna, P. (2000). Antiplasticisation and Oxygen Permeability of Strach Sorbitol Films. Carbohydr. Polym, 43, 33-37. Gonera, A., & Cornillon, P. (2002). Gelatinization of starch/gum/sugar system studiedby using DSC, NMR, and CSLM. Starch/starke, 54, 508-516.
Isotton, F. S., Bernardo, G. L., Baldasso, C., Rosa, L. M., Zeni, M. (2015). The Plasticizer Effect on Preparation and Properties of Etherified Corn Starchs Films. Industrial Crops and Products, 76 (2015). 717-724. Jagadish, R. S., Raj, B., Parameswara, P., & Somashekar, R. (2012). Structure property relations in polyethylene oxide/starch blended films using WAXS. Techniques Journal of Applied Polymer Science, 127(2), 1191e1197. Mali, S., Grossman, M. V. E., Garcia, M. A., Martino, M. N., Zaritzky, N. E. (2004). Barrier, Mechanical and Octical Properties of Plasticized Yam Strach Films. Carbohyd. Polym, 56, 129-135. R. Ortega-Toro., Munoz, A., Talens, P., Chiralt, A. (2016). Improvement of Properties of Glycerol Plasticized Starch Films by Blending with a Low Ratio of Polycaprolactone and/or Polyethylene Glycol. Food Hydrocolloid, 56, 9-19. Silva, M. A., Bierhalz, A. C. K., and Kiecbusch, T. G. (2009). Alginate and Pectin Composite Films Crosslinked with Ca2+ ions Effect of the Plasticizer Concentration. Carbohyd. Polym., 77, pp. 736-742. Sin, L.T., Rahman, W.A., Rahmat, A.R., Khan, M.I. (2010). Detection of synergistic interaction of polyvinyl alcohol-cassava starch blends through DSC. Carbohydr. Polym, 79, 224-226. Tang, X. Z & Alavi, S. (2012). Strukture aZhond physical properties of starch/poly vinyl alchohol/ laponite RD nanocomposite films. J. agric. Food Chem, 60, 1954-1962. Yu, F., Prashanthaa, K., Soulestin, J., Lacrampea, M. F., & Krawczak, P. (2013). Plasticizedstarch/poly(ethylene oxide) blends prepared by extrusion. Carbohydrate Polymers, 91(1), 253e261. Zhou. Y.X., Cui. F.Y., Jia. D.M., Xie. D. (2009). Effect of complex plasticizer on the structure and properties of the thermoplastic PVA/ starch blends. Polym-Plast. Technol. Eng, 48, 489-495. Zullo, R., Lannace, S. (2009). The Effects of Different Starch Sources and Plasticizers on Film Blowing of Thermoplastic Starch: Correlation Among Process, Elongational Properties and Macromolecular Structure. Carbohyd. Polym, 77. 376-383.
