KARAKTERISASI BIONANOKOMPOSIT SERAT DAUN NANAS SEBAGAI BAHAN PLASTIK KEMASAN MAKANAN
JERRY RIZKY RUDWIYANTI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakterisasi bionanokomposit serat daun nanas sebagai bahan plastik kemasan makanan 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 skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2014 Jerry Rizky Rudwiyanti NIM G74100076
ABSTRAK JERRY RIZKY RUDWIYANTI. Karakterisasi Bionanokomposit Serat Daun Nanas sebagai Bahan Plastik Kemasan Makanan. Dibimbing oleh SITI NIKMATIN dan KURNIA WIJI PRASETIYO. Bionankomposit yang berasal dari serat daun nanas sebagai filler dan pati tapioka terplastisasi gliserol sebagai matriks dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan plastik dan dapat mengurangi penggunakan plastik dari minyak bumi. Perlu dilakukan pengembangan biokomposit ini karena ketersedian minyak bumi yang terbatas, selain itu plastik yang dihasilkan ramah lingkungan dan dapat dimakan. Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi biokomposit plastik kemasan berbasis pati tapioka dengan plastisizer gliserol menggunakan metode cetak dengan variasi konsentrasi filler 3%, 4% dan 5%. Hasil pengujian mekanik optimum dihasilkan pada konsentrasi serat daun nanas sebanyak 5% sebesar 4.6320 Mpa untuk kuat tarik dan untuk elongasi 24.87 %. Permeabilitas uap air terbaik untuk kemasan terdapat pada konsentrasi serat 5% yaitu sebesar 2,5226 ×10-9 gs-1m-1Pa-1. Penambahan serat daun nanas menyebabkan penurunan massa jenis komposit, permeabilitas uap air dan penyerapan cahaya UV-Vis. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa serat daun nanas layak digunakan sebagai pengisi pada plastik. Kata kunci: bionanokomposit, pati tapioka, serat daun nanas, sifat mekanik JERRY RIZKY RUDWIYANTI. Characterization of Pineapple Leaf Fiber Bionanokomposit as Material Plastic Food Packaging. Supervised by SITI NIKMATIN and KURNIA WIJI PRASETYO. Bionanocomposites from pineapple leaf fibers as filler and tapioca starch plastisizer glycerol as a matrix can be used as raw material for making plastic and the use of plastic from oil soil can be decreased. This is necessary to develop biocomposites because of limited availability of oil soil, potensial alternative as biodegredeble plastic and can be eaten. Synthesis and characterization of bionanocomposites tapioca starch plastic packaging with using glycerol plasticizer has been perfomed with filler concentration variation at 3%, 4% and 5%. Results of mechanical testing produced the optimum concentration of pineapple leaf fiber as much as 5% at 4.6320 MPa for the highest tensile strength and elongation at break to 24.87%. Water vapor permeability are best for packing on the fiber concentration of 5% at 2,5226 ×10-9 gs-1 m-1Pa-1. The addition of pineapple leaf fiber compositescould increase density, water vapor permeability and absoban UVVis. The test result showed that the pineapple leaf fiber is reliable to use as the filling material for plastic packaging Keywords: biocomposites, mechanical properties, pineapple leaf fibers, tapioca starch
KARAKTERISASI BIONANOKOMPOSIT SERAT DAUN NANAS SEBAGAI BAHAN PLASTIK KEMASAN MAKANAN
JERRY RIZKY RUDWIYANTI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Karakterisasi Bionanokomposit Serat Daun Nanas sebagai Bahan Plastik Kemasan Makanan Nama : Jerry Rizky Rudwiyanti NIM : G74100076
Disetujui oleh
Dr Siti Nikmatin, MSi Pembimbing I
Kurnia Wiji Prasetiyo, S.Hut, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Akhiruddin Maddu Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA Alhamdulillahirabbil'alamin. Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat, hidayah dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul ”Karakterisasi Bionanokomposit Serat Daun Nanas sebagai Bahan Plastik kemasan Makanan” sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian. Dalam penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Dr. Siti Nikmatin, M.Si dan Bapak Kurnia Wiji Prasetiyo,S.Hut,M. Si selaku pembimbing skripsi, Bapak Ardian Arief, M.Si dan Bapak Dr. Agus Kartono selaku dosen penguji serta semua dosen dan staff Departemen Fisika IPB. 2. Kedua orang tua Mama, Bapak, kakak dan adik-adik tersayang yang telah mendoakan, memberikan motivasi dan kasih sayangnya kepada penulis. 3. Tim peneliti komposit Hani monavita, Ade Mulyawan dan Setiawan Hari Santoso. 4. Sahabat seperjuangan Nindya Khoirunisa, Hani Monavita, Handra Havisko, Ardiyanto, Febri Dwi Irawati, Siska Clara Sari, Ratih Widyaningtias, Demos Wira Arjuna, Ade Mulyawan, Risal Fauzi dan juga teman – teman angkatan 47 lainnya yang telah banyak memberi motivasi bagi penulis. 5. Teman-teman TPB dan teman asrama A3 lorong 2. 6. Sahabat tersayang Muhammad Yaritsal Firdaus yang telah memotivasi. 7. Bapak Wanto, Bapak Rahman, Bapak Ismadi, Bapak Asep dan Kak Ruzy yang telah membantu selama proses penelitian. Selanjutnya, penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kemajuan penelitian ini.
Bogor, September 2014 Jerry Rizky Rudwiyanti
DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
3
Waktu dan Tempat Penelitian
3
Alat dan Bahan
3
Prosedur Penelitian
3
Karakterisasi bionanokomposit
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Kadar Kandungan Serat dengan metode Van Soest
6
Bionanokomposit
6
Uji Mekanik Bionanokomposit
7
Morfologi Bionanokomposit
9
Uji Optik Bionanokomposit
11
Permeabilitas Bionanokomposit Terhadap Uap Air
13
Massa Jenis
13
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
17
DAFTAR TABEL 1 Produksi nanas di beberapa provinsi di Indonesia tahun 2012 2 Absorbansi bionanokomposit dengan variasi konsentrasi filler
1 11
DAFTAR GAMBAR 1 Bionanokomposit dengan variasi komposisi filler 3, 4 dan 5% 2 Hubungan Stroke (%) dengan Stress (N/mm2) pada variasi konsntrasi filler (a), Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan kuat tarik (b), dan Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan % elongasi (c) 3 Hasil pencitraan SEM (Scanning Elektron Microscopy) serat daun nanas perbesaran 2500 x 4 Hasil pencitraan SEM (Scanning Elektron Microscopy) biokomposit perbesaran 2500 x 5 Hubungan absorbansi dengan panjang gelombang 6 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan permeabilitas uap air 7 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan massa jenis
7
9 10 10 12 13 14
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6
Diagram Alir Penelitian Hasil Pengujian Mekanik Hasil Pengujian SEM Hasil Pengujian Optik Hasil Pengujian Permabilitas Bionanokomposit Terhadap Uap Air Hasil Pengujian Massa Jenis
17 18 22 23 27 29
PENDAHULUAN Latar Belakang Nanas (Ananas comosus MERR) pada umumnya hanya dimanfaatkan buahnya sebagai sumber bahan pangan. Penyebaran tanaman nanas di Indonesia hampir merata terdapat di seluruh daerah, dikarenakan wilayah Indonesia memiliki keragaman agroklimat yang memungkinkan pengembangan berbagai jenis tanaman. Buah nanas dikonsumsi dalam bentuk segar maupun olahan berupa jus, selai, dan buah kaleng, sedangkan daun nanas selama ini tidak dimanfaatkan. Sebenarnya tanaman nanas dapat dimanfaatkan sebagai salah satu tanaman alternatif penghasil serat dengan ekstraksi dari daunnya. Tanaman nanas dapat dimanfaatkan secara maksimal dengan mengolah daun nanas yang belum banyak dimanfaatkan menjadi sebuah bahan baku pengemas makanan yang dapat digunakan membungkus olahan tanaman nanas seperti buah, kue dan selai. Serat daun nanas mempunyai banyak kelebihan bila dibandingkan dengan serat sintetis. Kelebihan serat daun nanas adalah dapat terdegradasi secara alami (biodegradable), mempunyai karakteristik yang dapat diperbaharui, ramah terhadap lingkungan, memiliki massa jenis yang rendah, dan mempunyai kekuatan spesifik dan kekakuan yang tinggi.1 Penggunaan serta pemilihan biokomposit dalam rekayasa material disebabkan oleh issue dampak mengenai lingkungan serta keberlanjutan dari sumber serat. Keberadaan serat daun nanas sebagai serat alternatif pengganti serat sintetik, memberi harapan untuk menurunkan tingkat CO2 di udara, kemampuan serat untuk dapat terurai oleh bakteri (biodegradable) dan sifat mekanik yang dapat disandingkan dengan serat gelas. Dengan berbagai perlakuan terhadap serat daun nanas, menyebabkan serat daun nanas dapat digunakan untuk memperkuat berbagai jenis polimer, menjadi jenis material komposit yang dikenal sebagai eco-composites atau biocomposites.2 Pada Tabel 1 dapat terlihat penyebaran tanaman nanas di berbagai wilayah Indonesia. Lampung, Sumatera Utara, Jawa Timur dan Jawa Barat merupakan wilayah yang memiliki tingkat penghasil nanas terbanyak di Indonesia yaitu secara berurutan sekitar 585.608 ton, 262.090 ton, 196.581 ton dan 174.451 ton pada tahun 2012. Selain buah, limbah daun nanas yang dihasilkan akan melimpah, pengolahan limbah daun nanas menjadi serat alami merukapan solusi dalam menyelesaikan permasalahan lingkungan akan penumpukan limbah. Tabel 1 Produksi nanas di beberapa provinsi di Indonesia tahun 2012.3 Provinsi Nanas (ton) Sumatera Utara 262.090 Jawa Barat 174.451 Lampung 585.608 Kaltim 21.074 Jambi 144.896 Jawa Timur 196.581 Papua 331 Indonesia 1.781.899
2 Saat ini serat daun nanas di Indonesia digunakan sebagai bahan baku pembuatan beberapa produk seperti tikar, tas, sandal dan tekstil. Penggunaan daun nanas sebagai filler bionanokomposit kemasan dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan daun nanas dan juga menghasilkan produk inovatif sebagai alternatif plastik kemasan sintetis. Pengemasan makanan memiliki fungsi untuk menjaga bahan pangan dari kerusakan fisik, kimia, biologis dan lingkungan. Bahan baku plastik saat ini umumnya menggunakan polyethylene bersumber dari minyak bumi yang membutuhkan waktu sangat lama untuk memperbaharui sumber daya alam tersebut. Telah dikembangkan kemasan makanan bersumber dari polimer alam yang ramah lingkungan dan banyak tersedia, seperti selulosa, pati, kitin dan kitosan. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan bahan bionanokomposit berbasis pati tapioka terplastis gliserol sebagai matriks dan nanofiber serat daun nanas sebagai bahan filler. Bionanokomposit yang biodegradable diharapkan merupakan salah satu penyelesaian dalam mengatasi keterbatasan sumber daya alam yang tidak terbaharui. Perumusan Masalah 1. Bagaimana memanfaatkan serat daun nanas menjadi suatu produk yang lebih bermanfaat? 2. Bagaimana serat nanas dapat memperkuat polimer alami sebagai kemasan makanan yang tidak berancun dan tidak menimbulkan sampah ? 3. Bagaimana mendapatkan optimasi parameter sintesa bionanokomposit sebagai kemasan makanan ? Tujuan Penelitian 1. Mensintesa dan karakterisasi biokomposit filler serat daun nanas. 2. Mendapatkan optimasi parameter proses sintesa biokomposit bermatriks tepung tapioka, plastisizer gliserol dengan konsentrasi filler maksimal dan didukung sifat fisis-mekanis serta struktur mikro. Manfaat Penelitian 1. Mengembangkan penelitian tentang sintesa biokomposit plastik yang saat ini sudah banyak diteliti oleh para peneliti sebelumnya. 2. Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat diaplikasikan untuk produksi skala kecil dengan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik dari plastik kemasan yang ada sekarang. 3. Hasil penelitian ini dapat dijadikan sumber informasi dan referensi bagi penelitian dan pengembangan bahan daun nanas dan pati, serta dapat dikembangkan lebih lanjut dengan menggunakan parameter-parameter atau bahan yang berbeda. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mensintesa biokomposit filler serat daun nanas dengan matrik pati singkong dan plastisizer gliserol pada aplikasi plastik kemasan makanan dengan parameter konsentrasi fiber optimum dan ekonomis serta sifat fisik dan mekanik yang lebih baik Hasil dari penelitian ini diharapkan
3 dapat mengembangkan penelitian sintesa biokomposit plastik kemasan makanan yang dapat dimakan. METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan selama 6 bulan dari Februari sampai Juli 2014. Tempat pelaksanaan penelitian ini di Laboratorium Fisika Terapan dan Biofisika FMIPA IPB, Laboratorium Biomaterial LIPI, Laboratorium Bioteknologi LIPI, Laboratorium Biologi LIPI,Laboratorium Ilmu dan Teknologi Pakan Fapet IPB, dan Puslitbang Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan. Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan antara lain Labsonic® P (The high-performance ultrasonic homogenizer), disc refiner, kontainer, piknometer,plat kaca, cawan petri, selotip, timbangan (neraca analitik),hot plate magnetic stirer, stiring, oven, Scanning Electron Microscopy (SEM), dan UTM (Universal Test Machine). Bahan-bahan yang digunakan serat daun nanas, tepung pati, gliserol, aseton, alumunium foil, dan akuades. Prosedur Penelitian Preparasi sampel Bahan yang digunakan dalam pembuatan plastik ini adalah serat daun nanas yang berasal dari Subang. Daun nanas di dekortikasi untuk menghasilkan serat kemudian proses selanjutnya hidrolisis menggunakan digester untuk mengurangi lignin. Untuk mendapatkan serat berukuran mikro dilakukan fibrilasi dengan menggunakan dics refiner sebanyak 30 kali. Kemudian dilakukan uji Van Soest di laboratorium Ilmu dan Teknologi Pakan Fakultas Peternakan IPB dengan metode ADF dan NDF. Tujuan dari pengujian Van Soest selain pengecekan kadungan selulosa untuk mengetahui pula lignin dan hemiselulosa, jika kandungan lignin lebih sedikit dari selulosamaka serat daun nanas dapat digunakan sebagai filler. Serat daun nanas dianalisis menggunakan metode Van Soest dan Robertson agar didapatkan data yang lebih akurat mengenai fraksi kandungan serat seperti selulosa, lignin dan hemiseulosa berdasarkan atas keterikatan dengan anion atau kation detergen.3 Metode detergen netral merupakan sistem netral untuk mengukur jumlah total serat atau serat yang tidak larut dalam detergen netral. Neutral Detergent Fiber (NDF) menggambarkan semua komponen karbohidrat struktural dalam dinding sel tanaman yang meliputi selulosa, hemiselulosa dan lignin. Acid Detergent Fiber atau ADF dapat didefinisikan sebagai banyaknya fraksi yang tidak terlarut setelah melalui proses pelarutan pada larutan detergen asam (Acid Detergent Solution). Selulosa dan lignin merupakan komponen penyusun dari ADF.4 Setelah berukuran mikro serat daun nanas disonikasi menggunakan Labsonic® P (The high-performance ultrasonic homogenizer) untuk memperoleh serat daun nanas yang berukuran nano. Besar frekuensi Labsonic® P mencapai 24 KHz. Metode sonikasi ini menggunakan efek energi kavitasi pada suatu media
4 cairan. Serat daun nanas sebanyak 10 gram dimasukan kedalam gelas kaca dengan dicampur akuades sebanyak 1000 ml. Sonikasi dilakukan selama 120 menit secara bertahap. Sintesa binanokomposit Persiapkan bahan dan alat pembuatan film. Metode pembuatan plastik menggunakan tepung pati tapioka dan gliserol dengan konsentrasi yang tetap yaitu tepung pati sebanyak 7 gram dan gliserol 3 gram, yang ditambahkan serat daun nanas dengan konsentrasi 3%, 4% dan 5% (b/v). Gliserol dan serat daun nanas dicampurkan dengan akuades sebanyak 99 ml kedalam gelas kaca. Campuran diaduk dengan hot plate magnetik stirrer pada temperatur 60˚C dengan kecepatan putar 20 rpm selama 10 menit. Lalu masukan tepung pati tapioka, aduk hingga larutan mengental selama 10 menit. Setelah mengental aduk dengan electronic overhead stirrer pada kecepatan putar 800 rpm selama 5 menit hingga homogen. Cetak dengan plat kaca lalu dikeringkan dengan oven suhu 40˚C selama 2-3 hari lalu di diamkan pada suhu ruang hingga mengering dan terlepas dari plat kaca. Karakterisasi bionanokomposit a. Karakterisasi sifat mekanik Bionanokomposit yang dihasilkan diukur ketebalannya menggunakan jangka sorong digital dengan ketelitian alat 0,01 mm. Bionanokomposit yang akan dianalisis dipotong berdasarkan ASTMD882-02,6 dengan ukuran lebar 10 mm dan panjang 60 mm. Setelah itu, spesimen diuji tarik (tensile strength) menggunakan UTM. Hasil yang diperoleh berupa data kuat tarik dan persentase elongasi yang diolah menggunakan Persamaan 1 dan 2. 𝜎=
𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠 𝐴
(1)
Keterangan: = kuat tarik (MPa) 𝜎 𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠 = tegangan maksimum (N) 𝐴 = luas penampang lintang (mm2 ) %ɛ =
∆𝐿 × 100 % 𝐿0
(2)
Keterangan: %ɛ = elongasi (regangan) (%) = pertambahan panjang spesimen (mm) ∆𝐿 𝐿0 = panjang spesimen awal (mm) b. Karakterisasi dengan SEM Uji SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi serta ukuran serat dari sampel. Sampel yang diuji merupakan sampel dengan nilai hasil pengujian mekanik yang tertinggi. Sebelum dikarakterisasi sampel terlebih dahulu melalui proses coating menggunakan emas selanjutnya diletakkan pada plat alumunium 4 sisi, setting SEM pada tegangan 20 kV dengan perbesaran 2500 kali.
5 c. Karakterisasi optik Karakterisasi optik dilakukan menggunakan monokromator, sensor dan interface yang terhubung dengan seperangkat komputer. Sumber cahaya polikromatis akan dilewatkan pada plastik, kemudian cahaya ditangkap yang ditransmisikan dengan serat optik untuk kemudian diteruskan dan diolah oleh spektrofotometer Ocean Optik 4000. Spektrofotometer terhubung langsung dengan software yang terdapat pada komputer, yang selanjutnya data dapat diolah menggunakan Microsoft Office Excell. Prosedur untuk pengambilan data diawali dengan merekam data intensitas referensi (I 0), yang dalam hal ini adalah kaca objek, selanjutnya menentukan data intensitas gelap (background) (ID) yaitu intensitas ketika jalur cahaya dari sumber ke monokromator ditutup dalam keadaan lampu sumber cahaya menyala. Kemudian mengambil data intensitas transmisi sampel (I) dengan cara meletakan plastik ke tempat sampel dan data absorbansi dapat diperoleh oleh software. d. Karakterisasi permeabilitas uap air Untuk karakterisasi uap air dilakukan dengan mengukur laju transmisi uap air menggunakan metode wet cup berdasarkan ASTM E 96-95.7 Masing-masing bionanokomposit diukur ketebalannya. Cawan petri diukur luas dan diisi akuades sebanyak 30 mL kemudian ditutup menggunakan alumunium foil. Alumunium foil diberi lubang yang besarnya 10% luas permuakaan akuades. Bionanokomposit yang akan diuji dijadikan penutup lubang pada alumunium foil yang telah terisi akuades yang direkatkan menggunakan lem epoksi. Cawan petri yang telah ditutup didiamkan selama 10 menit agar merekat sempurna. Cawan petri ditimbang kemudian dimasukan ke dalam oven pada suhu 37 ± 0.5 °C. Sampel diambil dan ditimbang setiap 1 jam selama 5 jam. Nilai Laju Transmisi Uap Air (WVTR) dan Permeabilitas Uap Air (Water Vapor permeability) masingmasing diperoleh menggunakan Persamaan 3 dan 4. 𝑊𝑉𝑇𝑅 =
𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑎𝑖𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔 (𝑔) 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢(𝑠) × 𝑙𝑢𝑎𝑠(𝑚2 )
(3)
Keterangan: WVTR = Laju transmisi uap air (g s-1m-2 ) 𝑊𝑉𝑃 =
𝑊𝑉𝑇𝑅 ×𝑑 𝑆 × (𝑅1 − 𝑅2 )
(4)
Keterangan: d = ketebalan film (m) S = tekanan uap jenuh pada suhu 37˚C (6266.134 Pa) R1 = RH di dalam cawan (100%) R2 = RH pada suhu 37˚ C (81%) WVP = Permeabilitas uap air (g s-1 m-1Pa-1) e. Karakterisasi massa jenis (densitas) Densitas atau kerapatan didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume material. Bahan yang diuji adalah masing-masing sampel bionanokomposit. Sampel dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan pembolong kertas. Kemudian masing-masing sampel ditentukan besar W0,
6 W1,W2, dan W3 dengan menggunakan neraca analitik. Besar kerapatannya ditentukan dengan persamaan 5. (𝑊 −𝑊 )
𝐷 = (𝑊 −𝑊 1)−(𝑊0 −𝑊 ) × [𝐷𝐼 − 𝐷𝑎 ] + 𝐷𝑎 3
0
2
1
(5)
Keterangan: 𝐷 = massajenis contoh (g cm-3) 𝐷𝐼 = massajenis air (g cm-3) 𝐷𝑎 = massajenis udara pada suhu percobaan (g cm-3) 𝑊1 = massapiknometer + contoh(g) 𝑊2 = massapiknometer + contoh + akuades (g) 𝑊3 = massapiknometer + akuades (g) 𝑊0 = massapiknometer kosong (g) HASIL DAN PEMBAHASAN Kadar Kandungan Serat dengan Metode Van Soest Hasil pengukuran kadar selulosa, lignin dan hemiselulosa dengan metode Van Soest diperoleh kandungan hemiselulosa sebesar 22.41%, selulosa 19.62 % dan lignin sebesr 2.32%. Berdasarkan literatur kandungan serat daun nanas sebelum proses hidrolisis pada digester (pulping) memiliki kadar alpha selulosa 69.5-71.5% dan kandungan lignin sebanyak. 4.4-4.7%. Kandungan lignin yang lebih kecil akan menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik, karena lignin memiliki sifat hidrofobik (menolak air) dan kaku sehingga dapat menyulitkan proses penguraian serat.8 Hidrolisis pada digester menghasilkan serat yang terurai secara kimia. Proses hidrolisis dilakukan dengan melarutkan serat dan larutan alkali NaOH. Selulosa bersifat tidak larut dalam alkali sedangkan lignin, hemiselulosa, pektin dan komponen serat lainnya dapat larut dalam larutan alkali NaOH. Proses pulping serat daun nanas dengan menggunakan larutan alkali NaOH belum optimal karena larutan alkali dapat melarutkan lignin juga dapat merusak selulosa pada serat non kayu. Kerusakan selulosa pada serat daun nanas terjadi ketika putusnya rantai molekul diakibatkan reaksi hidrolisis yang terjadi pada jembatan glukosida, sehingga nilai kandungan selulosa serat daun nanas mengalami penurunan.9 Bionanokomposit Bionanokomposit dibuat terlebih dahulu menggunakan larutan pati terplastis gliserol yang dicampurkan dengan serat daun nanas pada konsentrasi 0%, 3%, 4%, dan 5% (b/v), diperlihatkan pada Gambar 1. Proses plastisasi pada prinsipnya adalah dispersi molekul pemlastis ke dalam fase polimer. Apabila adanya gaya interaksi antara pemlatis dan polimer, dapat terjadi proses dispersi dan terbentuk larutan polimer terplastisisasi yang kompatibel. Kompatibel komposit dapat diamati secara visual dan dianalisis secara kualitatif. Komposit yang dihasilkan akan semakin homogen ketika larutan semakin kompatibel.10 Komposit yang dihasilkan merupakan edible film. Edible film adalah sebuah kemasan primer yang biodegradable dan ramah lingkungan. Berfungsi untuk mengemas dan melindungi bahan pangan serta dapat menampakkan produk pangan.
7
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 1 Bionanokomposit dengan variasi komposisi filler 0% (a), 3% (b), 4% (c) dan 5% (d) Hasil pada Gambar 1 diperoleh dengan menggunakan kamera Ujipengamatan tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu digital. Pada Gambar 1 menunjukan proses coating serta aplikasi sebagai pembungkus buah. Dengan tujuan untuk memperlambat proses pembusukan. Dari hasil pengamatan secara visual dapat terlihat semua bonanokomposit yang dihasilkan tidak berwarna dan cenderung transparan. Ketika disentuh permukaan bionanokomposit terasa licin. Pembuatan plastik dengan pati membentuk plastik yang rapuh dan tidak dapat digunakan sebagai pengemas pangan. Untuk mengatasinya ditambahkan plasticizer pada bionanokomposit. Gliserol memiliki sifat mudah larut dalam air, meningkatkan viskositas larutan dan mengikat air sehingga cocok digunakan sebagai plasticizer.11 Penambahan serat daun nanas pada komposit dapat memperbaiki sifat mekanik material. Dengan bertambahnya konsentrasi serat dapat meningkatkan kekuatan dari suatu material. Sifat Mekanik Bionanokomposit Pengujian mekanik yang dilakukan yaitu pengujian tarik pada material komposit. Pengujian tarik pada komposit bertujuan untuk mengetahui respon material ketika dikenakan beban atau deformasi dari luar. Pengujian tarik dapat memberikan informasi representatif dari prilaku mekanis material. Mekanisme dari pengujian tarik suatu material berdasarkan bentuk dan ukuran tertentu ditarik
8 pada beban kontinyu dengan diukur pertambahan panjangnya. Data yang dihasilkan berupa perubahan panjang dan gaya.12 Berdasarkan hasil pengukuran penambahan konsentrasi serat daun nanas berhubungan positif dengan kuat tarik komposit dan presentase elongasi, data pengukuran dapat dilihat pada Lampiran 2. Proses penambahan panjang hingga terjadinya patahan pada komposit menunjukan keliatan (ductility) dapat dilihat pada Gambar 2 (a). Berdasarkan gambar dapat terlihat serat daun nanas memiliki kuat tarik yang sangat tinggi dan pati terplastisasi gliserol memiliki kuat tarik yang relatif rendah. Masing-masing Gambar 2 (a) dan Gambar 2 (b) menunjukan nilai rata-rata untuk kuat tarik dan elongasi bionanokomposit. Bionanokomposit tanpa filler memiliki kuat tarik rata-rata sebesar 0.53 MPa dengan elongasi sebesar 3.32%. Penambahan filler dapat memperbesar sifat mekanik dari suatu komposit dengan diperoleh data pada konsentrasi 3% diperoleh kuat tarik rata-rata sebesar 1.2979 MPa dan elongasi sebesar 21,56% . Pada peningkatan konsentrasi filler 4% terjadi kuat tarik rata-rata yaitu sebesar 2.1565 MPa dan elongasi sebesar 22.77% . Ratarata kuat tarik pada konsentrasi 5% adalah yang tertinggi yaitu sebesar 4.6320 MPa dan elongasi 24.87 MPa. Pada daerah kristalin serat daun nanas memiliki molekul-molekul yang tersusun lebih kuat dengan ikatan hidrogen, sehingga serat daun nanas memiliki kekuatan relatif tinggi.13 Serat daun nanas sebagai pengisi pada bionanokomposit dapat meningkatkan kuat tarik sehingga dapat dikatakan selain sebagai pengisi serat daun nanas dapat berfungsi sebagai penguat material. Serat berdifusi dengan rantai polimer yang mengakibatkan semakin besarnya interaksi antarmolekul komposit.14 Menurut Nakagaito et al15 luas permukaan nanofiber selulosa dapat memperkuat komposit dengan meningkatnya kerapatan pada komposit. Penambahan serat daun nanas sebagai filler meninggakatkan sifat mekanik pati terplastisasi gliserol. Bertambahnya konsentrasi serat daun nanas dapat menghasilkankan komposit dengan sifat mekanik yang lebih besar. 9 8
Stress (N/mm2)
7
6 3%
5
4%
4
5%
3
serat
2
0%
1 0 -1 0
5
10
15
20
Stroke Strain (%) (a) U ji tari k me mb erik an
25
30
9 4,63
Kuat tarik (MPa)
5,00 4,00 3,00
2,42
2,00 1,00
1,30 0,53
0,00 0%
3%
4%
5%
Konsentrasi
Presentasi elongasi (%)
(b)
30,00 25,00
21,56
23,89
24,87
4%
5%
20,00 15,00 10,00 5,00
3,31
0,00 0%
3%
Konsentrasi (c) Gambar 2 Hubungan stroke strain (%) dengan stress (N/mm2) pada variasi konsentrasi filler (a), Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan kuat tarik (b), dan Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan % elongasi (c) Morfologi Bionanokomposit Hasil yangmemberikan diamati pada SEM dibentuk menggunakan Uji tarik informasi tentangdengan sifat mekanik suatu berkas-berkas elektron pada energi kinetik 1-25 kV mengenai sampel. Energi yang terpakai pada perbesaran 2500 kali sebersar 10kV. Setelah mengenai sampel elektron akan direfleksikan sebagai elektron sekunder yang akan muncul dan menentukan gambar yang teramati pada layar micrograph pada alat SEM. Lembaran bionanokomposit plastik bersifat non-konduktif sehingga akan mudah terbakar ketika dikenai energi yang sangat tinggi. Diperlukan pelapisan logam yang sangat tipis pada material non-kondukif sehingga dilakukan coating permukaan dengan lapisan emas pada material. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran, dan susunan serat. Serat daun nanas yang telah melalui proses ultrasonikasi dianalisis morfologi dan ukuran dengan SEM yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3 dengan perbesaran 2500 kali. Dengan metode ultrasonikasi
10 dapat menimbulkan efek kavitasi untuk memperkecil ukuran serat daun nanas, pada Gambar 3 dapat terlihat penyebaran ukuran serat yang tidak homogen. Besar serat daun nanas rata-rata adalah sebesar 281.7 nm berdasarkan data pada Lampiran 3 dari hasil pengukuran sebelas titik. Metode ultrasonikasi masih belum tepat untuk memperoleh ukuran nanometer yang homogen pada serat daun nanas. Ukuran serat daun nanas yang diperoleh tidak homogen dengan masih terdapatnya serat daun nanas yang berukuran mikro. Morfologi bionanokomposit dengan hasil sifat mekanik tertinggi dapat dilihat pada Gambar 4. Berdasarkan pada hasil citra SEM terlihat serat daun nanas tersebar di seluruh permuakan relatif homogen. Pada gambar dapat terlihat adanya gumpalan pati yang tidak terlarut dengan gliserol secara homogen yang merupakan penyusun matriks. Citra hasil SEM menunjukan adanya gabungan antara matriks dan filler yang terjadi adalah ikatan antar fasa difusi mekanik yang tidak saling melarutkan dimana serat daun nanas berfungsi sebagai penguat dan matrik pati terplastisasi gliserol sebagai pengikat.
(a) Gambar 3 Hasil pencitraan SEM serat daun nanas perbesaran 2500 kali
Gambar 4 Hasil pencitraan SEM bionanokomposit filler 5% perbesaran 2500 kali
11 Uji Optik Bionanokomposit Absorbansi terjadi pada saat foton bertumbukan langsung dengan atomatom pada material dan kehilangan energi pada elektron foton. Pengukuran absorbansi bionanokomposit menggunakan spektofotometer UV-Vis. Daerah UV berada dalam rentang panjang gelombang 200-400 nm sedangkan rentang cahaya visibel berada pada panjang gelombang 400-800 nm. Hubungan absorbansi dan panjang gelombang dengan variasi konsentrasi filler dapat dilihat pada Gambar 5 berdasarkan data pada Lampiran 4. Menurut Leceta et al16 nilai absorbansi meningkat tajam pada daerah panjang gelombang 200-400 nm untuk penambahan gliserol pada bionanokomposit. Tabel 2 menjelaskan besar nilai aborbansi cahaya yang dapat diserap. Bionanokomposit dengan konsentrasi filler 0% menyerap sinar UV sebesar 0.8% pada rentang panjang gelombang 200 nm, kemudian cahaya pada rentang panjang gelombang 210 nm hingga 800 nm diteruskan oleh material. Semakin meningkatnya konsentrasi filler menurukan nilai absorbansi. Bionanokomposit dengan filler 3 % memiliki daerah puncak pada panjang gelombang 255 nm dengan absorbansi sebesar 0.228 %, Penambahan filler sebanyak 4% menghasilkan beberapa puncak dengan nilai absorbansi yang lebih kecil dari penambahan filler 3% sebesar 0.199 % pada puncak pertama dengan panjang gelombang 236.73 nm. Puncak kedua terdapat pada daerah panjang gelombang 303.1 nm dengan absorbansi 0.129 %. Penambahan filler sebanyak 5% menghasilkan beberapa puncak. Puncak pertama berada di daerah panjang gelombang 253.37 nm dengan absorbansi sebesar 0.131%, puncak kedua dengan absorbansi sebesar 0.087 % berada pada panjang gelombang 343.89 nm. Menurut Riswoko17 berbagai jenis selulosa memiliki persentasi penetrasi cahaya pada berbagai panjang gelombang di daerah near infra red, visible dan ultra violet. Cahaya pada daerah viseble yang ditransmisikan oleh bionanokomposit berperan dalam proses fotosintesis tumbuhan. Klorofil akan mengabsorbansi cahaya pada panjang gelombang 470-500 nm dan 650-750 nm, sedangkan cahaya UV yang tidak diperlukan oleh proses fotosintesis akan diabsorbansi oleh bionanokomposit. Terdapat beberapa puncak di daerah UV pada penambahan filler hal tersebut menunjukan bahwa gelombang cahaya dihamburkan. Berdasarkan gagasan Compton cahaya dapat bersifat gelombang dan juga dapat bersifat sebagai partikel yang memiliki energi diskrit dan momentum linier. Dalam bionanokomposit dibutuhkan penyerapan cahaya yang rendah agar energi cahaya yang terserap tidak merusak atau mendegradasi bionanokomposit. Semakin kecil nilai absorbansi dapat menunjukan kualitas bionanokomposit yang semakin baik. Selain itu peningkatkan absorbansi cahaya suatu komposit dapat meningkatkan kandungan oksigen. Kandungan oksigen yang meningkat dapat menimbulkan mikroorganisme yang berkembang pada komposit. Tabel 2 Absorbansi biokomposit dengan variasi konsentrasi filler Absorbansi (%) Konsentrasi (%) (190-300) nm (300-400) nm (400-800) nm 0 0.8 3 0.228 4 0.199 0.129 5 0.131 0.087 -
12
Absorbansi (%)
1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 190
290
390 490 λ (nm) (a)
590
690
790
Absorbansi (%)
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 200
300
400 λ (nm)
500
600
700
800
(b)
Absorbansi (%)
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 200
300
400
500
600
700
800
λ (nm) (c)
Absorbansi (%)
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 200
300
400
500
600
700
800
λ (nm) (d)
Gambar 5 Hubungan aborbansi dengan panjang gelombang pada konsentrasi filler 0% (a), konsentrasi filler 3% (b), konsentrasi filler 4% (c) dan konsentrasi filler 5% (d).
13 Permeabilitas Bionanokomposit Terhadap Uap Air WVP (Water Vapor Permeability) adalah kemampuan plastik untuk menjaga kandungn air dalam produk pangan agar tidak mudah menguap. Permeabilitas uap material dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu rasio hidrofilikhidrofobik, rantai polimer dan struktur kristal. Hubungan antara konsentrasi serat dengan WVP dapat dilihat pada Gambar 6 berdasarkan dengan data pada Lampiran 5. Menurut Laxmeshwar et al18 selulosa termodifikasi dapat bekerja efektif sebagai penghalang oksigen. Semakin meningkatkan konsentrasi serat daun nanas pada bionanokomposit, nilai WVP semakin menurun. Permeabilitas tertinggi terdapat pada konsentrasi filler 3% dan terjadi penurunan dengan penambahan filler 4%. Pada konsentrasi 5 % memiliki permeabilitas terendah sebesar 2,52268×10-9 g s-1m-1Pa-1. Penambahan filler pada bionanokomposit akan memperkuat ikatan molekulnya sehingga permeabilitas uap air akan menurun dengan bertambahnya konsentrasi filler. WVP merupakan kemampuan material untuk menahan uap air. Semakin kecil nilai WVP maka material akan semakin baik untuk digunakan sebagai pengemas makanan.19 Peningkatan nilai WVP akan mengakibatkan kandungan uap air pada pangan yang dikemas akan semakin meningkat sehingga dapat menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme semakin semakin cepat. Bionanokomposit dengan konsentrasi 5% memiliki nilai WVP terendah sehingga dapat menghambat perpindahan uap air dan baik digunakan dalam aplikasi kemasan.
WVP (g s-1m-1Pa-1x10-9)
7
6,1279
6
5,743
5 3,614
4
2,52268
3 2 1 0 0%
3%
4%
5%
Konsentrasi Gambar 6 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan WVP Uji tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu Massa jenis Pengujian densitas biokomposit menggunakan piknometer agar didapatkan hasil yang baik. Dengan mempertimbangankan berbagai parameter terkait, bionanokomposit terlebih dahulu dipotong-potong dengan ukuran yang sama menggunakan pembolong kertas. Material yang memiliki kerapat rendah akan menempati volume yang lebih besar dengan massa tertentu, sehingga dapat dihasilkan komposit yang lebih ringan.8
14 Hasil pengujian densitas ditunjukan dengan Gambar 7 berdasarkan data pada Lampiran 6. Diperoleh hasil kecenderungan peningkatan massa jenis seiring dengan bertambahnya konsetrasi filler pada bionanokomposit. Berdasarkan penelitian Vinod et al9 diketahui densitas serat daun nanas sebesar 1.526 g cm-3.9 Bionanokomposit tanpa penambahan filler memiliki massa jenis yang rendah sebesar 0,0259 g cm-3. Penambahan konsentrasi filler mengakibatkatnya semakin besarnya massa jenis. Massa jenis terbesar berada pada bionanokomposit dengan konsentrasi filler 5% yaitu sebesar 0,1291 g cm-3. Untuk bionanokomposit dengan konsentrasi 4% memiliki massa jenis sebesar 0,0770 g cm-3. Konsentrasi filler 3% pada bionanokomposit memiliki massa jenis yaitu 0,0485 g cm-3. Serat daun nanas berfungsi sebagai pengisi pada komposit sehingga dapat menaikan densitas dengan fungsi serat daun nanas sebagai mengisi dari struktur makromolekul.
Massa Jenis (g cm-3 )
0,1400
0,1291
0,1200 0,1000 0,0770
0,0800 0,0600 0,0400
0,0485 0,0259
0,0200
0,0000 0%
3%
4%
5%
Konsentrasi Gambar 7 Hubungan konsentrasi serat daun nanas dengan massa jenis Uji tarik memberikan informasi tentang sifat mekanik suatu
15 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Hasil analisa kadar selulosa dengan menggunakan metode Van Soest dan Robertson menunjukkan bahwa kadar selulosa yang terdapat pada serat daun nanas sebesar selulosa 19.62%, hemiselulosa sebesar 22.41% dan lignin sebesar 2.32%. Konsentrasi filler optimum bionanokomposit pati tapioka terplastisasi gliserol dengan panambahan serat daun nanas sebanyak 5% dapat digunakan sebagai pembungkus buah yang memiliki besar kuat tarik sebesar 4.6320 MPa dan elongasi sebesar 24.87 %. Dengan metode ultrasonikasi dihasilkan serat daun nanas berukuran 281.7 nm. Hasil morfologi SEM menunjukkan penyebaran filler serat daun nanas di seluruh permuakan relatif homogen dan terjadi penggumpalan. Hasil pengujian optik terendah diperoleh bionanokomposit pada konsentrasi filler 5% yang menghasilkan beberapa puncak. Puncak pertama berada pada daerah panjang gelombang 253.37 nm dengan absorbansi sebesar 0.131%. Puncak kedua pada daerh panjang gelombang 343.89 memiliki absorbansi sebesar 0.087%. Panjang gelombang 400 nm hingga 800 nm akan ditransmisikan, yang artinya tidak ada spektrum warna yang diserap oleh bionanokomposit. Hasil pengujian permeabilitas uap air tertinggi diperoleh bionanokomposit dengan penambahan filler 3% sebesar 5.743×10-9 g s-1 m-1Pa-1 dan terendah pada bionanokomposit dengan penambahan filler 5% sebesar 2.522×10-9 g s-1 m-1Pa-1. Optimasi bionanokomposit dengan penambahan filler 5% dapat dengan baik menahan uap air sehingga dapat digunakan sebagai pembungkus makanan. Hasil pengujian densitas tertinggi pada bionanokomposit terdapat pada penambahan filler sebanyak 5% dengan densitas sebesar 0.1291 g cm-3 dan terendah pada bionanokomposit dengan penambahan filler 3% sebesar 0.0485 g cm-3. Optimasi bionanokomposit dengan penambahan filler 5% dapat dengan baim digunakan karna memiliki tingkat kerapat yang lebih besar. Saran Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal sehingga memenuhi syarat standar nasional untuk diaplikasikan ke pasaran. Perlu adanya pengujian anti toksis untuk mengetahui kadar zat yang berbahaya bagi tubuh dan jumlah molekul yang dapat diserap tubuh. Perlu adanya uji orgonoleptikuntuk mengetahui perubahan rasa yang terjadi ketika bahan pangan dilapisi edible film.
16
DAFTAR PUSTAKA 1. 2.
3. 4.
5.
6. 7. 8. 9.
10.
11. 12.
13. 14.
15.
16.
17.
A Rizki. Sifat Biokomposit Serat Rami (Boehmeria Nivea L.) dengan Matriks Polipropillen[Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013. Rohaeti, Eli. Mujiyono. Rochmadi. Biokomposit dari Matriks Alam Hasil Modifikasi Sekresi Kutu lak dengan Reinforcement Serat Rami. Universitas Negeri Yogyakarta : Yogyakarta. 2013. Anonim. Tanaman Nanas. [terhubung berkala] http://bps.go.id [28 September 2013]. 2012. F Vina. Optimasi Serat Kenaf Sebagai Filler Biokomposit dengan Aditif Serbuk Daun Tembakau pada Aplikasi Papan Gipsum Plafon. [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013. Nursiam I. Pendugaan Kadar Neutral Devergent dan Acid Detergent Fier pada Pakan Berdasarkan Hasil Analisis Proksimat [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2012. ASTM D882-02. Standard Test Methods for Tensile Properties of Thin Plastics Sheeting. American National Standard. 2002. ASTM E 96-95. Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of materials. American National Standard. 1995. M Eka. Pembuatan dan Karaktersasi Membran Nanofilter untuk Pengolahan Air [Thesis]. Universitas Brawijaya : Semarang. 2012. B Vinod. J Sudev L. Effect of Fiber Orientation on The Flexural Properties of PLAF Reinforced Bisphenol Composite. International Journal of Science and Engineering Applications. 2:166-169. 2013. Ulfiah. Pencirian Edible Film Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol dengan Penambahan Natrium Alginat [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013. Ardiansyah R. Pemanfaatan Pati Umbi Garut untuk Pembuatan Plastik Biodgradable [Skripsi]. Universitas Indonesia : Depok. 2011 N Siti. Bionanokomposit filler nanopartikel serat kulit kenaf sebagai material pengganti komposit sintetis fiber glass pada komponen kendaraan bermotor [disertasi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2012. M Eka. Pembuatan dan Karaktersasi Membran Nanofilter untuk Pengolahan Air [Thesis]. Universitas Brawijaya : Semarang. 2012. Sogiana M. Pencirian Bioplastik Tepung Tapioka Terplastisasi Gliserol denganPenambahan Karanginan [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013. Nakagaito AN, Takagi H, Pandey JK. 2011. The Processing and Mechanical Performance of Cellulose Nanofiber Based Composites. International Journal of Ocean System Engineering. 1(4):180-184. I. Leceta, P. Guerrero, I. Ibarburu, M.T. Dueñas, K. de la Caba. Characterization and antimicrobial analysis of chitosan-based films. Journal of Food Engineering. 166:889-899. 2013. Riswoko Asep. Pengaruh Perubahan Struktur Kimia Selulosa Ester Film Terhadap Sifat Transmisi Cahaya. Prosiding Simposium Nasional Polimer. 5:95-98. 2005.
17 18. Laxmeshwar S S, Kumar D J M, Vivka S, Nagaraja G K. Preparation and Properties of Biodegradable Film Composite Using Modified Cellulose FibreReinforced with PVA. International Scholarly Research Network Polymer Science. 2012:1-8. 2012. 19. Wijaya D. Pencirian Edible Film Pati Tapioka Terplastisasi Sorbitol dengan Penambahan Natrium Alginat [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013. 20. Kurniawan D. Sintesa Nanopartikel Serat Rami dengan metode Ultrasoikasi [Skripsi]. Institut Pertanian Bogor : Bogor. 2013.
18 LAMPIRAN Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Mulai Pembelian daun nanas Preparasi sampel dekortikasi dan digester
Disk refiner Ultrasonikasi Nanofiber daun nanas Pati tapioka + gliserol Sintesa bionanokomposit
Karakterisasi Uji mekanik (tarik, elongasi)
Uji permeabilitas uap air, optik, SEM, densitas
Perhitungan & analisa data
Penyusunan Laporan
Karakterisasi SEM dan Van Soest
19 Lampiran 2 Hasil Pengujian Mekanik Ketebalan (mm)
Panjang awal (mm)
Panjang akhir (mm)
F maks (N)
Elongasi (%)
Kuat tarik (MPa)
Rata-rata
0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
11.18 13.06 13.49 10.69 12.83 12.25
16.169 17.169 16.046 13.874 14.523 15.56
0.339 0.299 0.246 0.221 0.187 0.26
4.989 4.109 2.556 3.184 1.693 3.31
0.75888 0.57247 0.45521 0.5167 0.36352 0.53
Komposisi Filler (%)
Ketebalan (mm)
Panjang awal (mm)
Panjang akhir (mm)
F maks (N)
Elongasi (%)
Kuat tarik (MPa)
Rata-rata
0.02 0.04 0.04 0.05 0.06 0.04
10.23 9.97 10.04 10.16 9.95 10.07
11.86 12,60 11.56 12.56 12.56 12.23
0.34 0,74 0.24 0.56 0.74 0.58
16.31 26,30 15.16 23.95 26.08 21.56
1.6801 1,8572 0.5992 1.1073 1.2458 1.2979
Komposisi Filler (%)
Ketebalan (mm)
Panjang awal (mm) 10.32 9.61 10.11 9.62 10.76 10.08
Panjang akhir (mm) 12.64 12.35 12.18 11.78 13.42 12.47
F maks (N) 0.46 0.50 0.44 0.43 0.56 0.58
Komposisi Filler (%)
0%
3
Elongasi (%)
Rata-rata
0.01 0.04 0.02 0.03 0.02 0.02
Komposisi Filler (%)
Ketebalan (mm)
Panjang awal (mm)
Panjang akhir (mm)
F maks (N)
Elongasi (%)
Kuat tarik (MPa)
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
10.74 10.07 9.96 10.50 10.04 10.26
13.04 12.69 12.74 12.82 12.45 12.75
0.33 0.54 0.53 0.50 0.47 0.58
23.05 26.22 27.81 23.21 24.05 24.87
3.0552 5.3811 5.2711 4.7649 4.6876 4.6320
4
5
Rata-rata
23.20 27.38 20.70 21.62 26.58 23.89
Kuat tarik (MPa) 4.4816 1.3089 2.1792 1.4943 2.6139 2.4156
20 Lanjutan Lampiran 2 Komposisi Ketebalan Filler (%) (mm) 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
0%
Rata-rata
Panjang awal (mm)
Panjang akhir (mm)
F maks (N)
Elongasi (%)
Kuat tarik (MPa)
11.18 13.06 13.49 10.69 12.83 12.25
16.169 17.169 16.046 13.874 14.523 15.56
0.339 0.299 0.246 0.221 0.187 0.26
4.989 4.109 2.556 3.184 1.693 3.31
0.75888 0.57247 0.45521 0.5167 0.36352 0.53
Contoh perhitungan 𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠 0.33 𝑁 Kuat tarik = = = 3.0552 MPa 𝐴 0.01 𝑚𝑚 × 10.74 𝑚𝑚
% Elongasi =
∆𝐿 13.04 𝑚𝑚 − 10.74 𝑚𝑚 × 100 % = × 100% = 23.05 % 𝐿0 10.74 𝑚𝑚
6 5.6
4.9
4.2
Stre ss(N/mm 2)
3.5
2.8
2.1
1.4
0.7
0 -0.5 0
4
8
12
16
20 Stroke Strain(%)
Konsentrasi filler 0%
24
28
32
36
40
21 Lanjutan lampiran 2 6 5.6
4.9
4.2
2.8
2.1
1.4
0.7
0 -0.5 0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
36
40
Stroke Strain(%)
Konsentrasi filler 4%
6 5.6
4.9
4.2
3.5 Stre ss(N/mm 2)
Stre ss(N/mm 2)
3.5
2.8
2.1
1.4
0.7
0 -0.5 0
4
8
12
16
20 Stroke Strain(%)
Konsentrasi filler 5%
24
28
32
22 Lanjutan lampiran 2 0.8
0.7
0.6
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 -0.15 0
1
2
3
4
5
6
15
18
7
8
Stroke Strain(%)
Konsentrasi filler 3% 215
180
150
120 Stre ss(N/mm 2)
Stre ss(N/mm 2)
0.5
90
60
30
0
-30
-57 0
3
6
9
12 Stroke Strain(%)
Serat daun nanas
21
24
25.4
23 Lampiran 3 Hasil Pengujian SEM h
c
b
i a
e
f j d g
a b c d e f g h i j La1 Rata-Rata
= = = = = = = = = = = =
363.6 nm 258.1 nm 225.4 nm 109.0 nm 338.2 nm 378.1 nm 443.6 nm 334.5 nm 225.4 nm 200.0 nm 223.4 nm 281.7 nm
24 Lampiran 4 Hasil Pengujian Optik Tabel 3 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 0% Panjang Panjang Absorbansi Absorbansi No Gelombang No Gelombang (A) (A) (nm) (nm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
190 200.03 201.32 205.42 210.15 212.3 214.66 216.81 218.31 225.39 242.07 252.73 273.54 283.07 294.67 302.25 314.44 327 342.22 357.8 371.25 382.8 391.85 402.71 408.24 413.34 423.13 429.63 440.18 454.92 471.61 483.02 492.99 504.92 521.34
0.454 0.801 0.453 0.473 0.491 0.497 0.517 0.516 0.518 0.512 0.478 0.474 0.473 0.47 0.469 0.465 0.469 0.495 0.511 0.529 0.544 0.548 0.548 0.545 0.543 0.543 0.544 0.544 0.543 0.543 0.541 0.54 0.538 0.536 0.533
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
534.73 552.16 552.35 554.5 558.2 559.76 561.51 564.62 569.09 573.74 575.49 578.2 582.26 586.69 591.7 598.43 602.08 603.04 614.51 618.71 620.23 622.7 635.99 638.45 697.85 698.4 703.93 714.21 736.26 745.31 753.61 761.69 770.09 782.91 801.45
0.53 0.527 0.527 0.526 0.525 0.525 0.525 0.524 0.523 0.521 0.521 0.52 0.518 0.517 0.516 0.514 0.512 0.512 0.507 0.505 0.505 0.504 0.498 0.497 0.477 0.477 0.475 0.473 0.465 0.462 0.458 0.454 0.451 0.448 0.437
25 Lanjutan Lampiran 4 Tabel 4 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 3% Panjang Panjang Absorbansi Absorbansi No Gelombang No Gelombang (A) (A) (nm) (nm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
220.89 231.39 240.36 241 250.18 255 255.5 255.71 255.92 256.14 256.35 260.39 270.79 280.32 283.91 290.25 300.78 303.1 310.87 320.72 330.55 340.14 342.64 350.33 359.46 370.22 380.54 392.67 400.05 411.71 423.94 430.24 439.16 458.75 470.21
0.125 0.13 0.153 0.159 0.203 0.228 0.222 0.22 0.215 0.212 0.214 0.177 0.162 0.12 0.141 0.125 0.142 0.13 0.12 0.097 0.087 0.086 0.082 0.084 0.074 0.063 0.052 0.043 0.041 0.042 0.043 0.041 0.044 0.045 0.047
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
481.02 482.82 490 502.54 503.53 510.27 522.72 530.21 541.99 550.2 560.15 570.64 580.71 582.06 592.67 601.69 604.95 612.79 622.32 623.08 632.58 642.04 644.68 653.15 672.06 680.81 682.11 693.23 702.64 707.6 724.81 742.6 762.94 787.16 802.68
0.047 0.048 0.048 0.051 0.051 0.052 0.054 0.055 0.057 0.058 0.059 0.062 0.063 0.063 0.065 0.066 0.066 0.067 0.068 0.068 0.07 0.071 0.071 0.071 0.073 0.073 0.074 0.075 0.075 0.076 0.077 0.079 0.079 0.079 0.081
26 Lanjutan Lampiran 4 Tabel 5 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 4% Panjang Panjang Absorbansi Absorbansi No Gelombang No Gelombang (A) (A) (nm) (nm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
223.25 227.1 227.53 236.52 236.73 237.16 237.37 238.23 238.65 245.06 252.73 264.21 266.97 282.86 290.04 301.62 303.1 310.66 320.93 323.65 340.56 343.89 351.58 362.98 374.97 384.45 400.67 403.33 410.49 422.72 424.55 430.24 432.27 443.41 451.7
0.123 0.119 0.116 0.19 0.199 0.203 0.195 0.186 0.188 0.172 0.182 0.115 0.112 0.111 0.11 0.12 0.129 0.139 0.104 0.103 0.122 0.122 0.109 0.089 0.074 0.077 0.07 0.067 0.068 0.069 0.07 0.069 0.071 0.071 0.071
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
461.37 469.4 482.62 483.22 490.6 501.35 502.74 512.05 520.75 531.98 536.69 545.71 552.35 552.94 571.81 582.84 583.41 599.78 603.99 622.51 635.04 642.04 643.73 650.89 663.09 673.74 686.01 694.34 703.19 722.25 733.54 753.07 764.37 783.62 803.91
0.07 0.071 0.072 0.072 0.072 0.073 0.073 0.074 0.075 0.075 0.076 0.077 0.077 0.077 0.078 0.079 0.079 0.081 0.08 0.082 0.082 0.082 0.082 0.082 0.083 0.083 0.082 0.083 0.082 0.083 0.083 0.08 0.079 0.077 0.076
27 Lanjutan Lampiran 4 Tabel 6 Data pengukuran nilai absorbansi dengan konsentrasi filler 5% Panjang Panjang Absorbansi Absorbansi No Gelombang No Gelombang (A) (A) (nm) (nm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
219.81 220.03 220.24 223.25 240.36 242.5 253.37 253.58 253.8 254.43 254.65 262.94 264.64 270.79 282.86 293.62 294.46 302.46 308.77 320.51 321.35 330.55 334.93 343.89 352.62 354.69 362.98 373.73 381.15 383.21 393.29 402.92 403.33 410.69 414.57
0.054 0.056 0.052 0.043 0.1 0.102 0.131 0.126 0.127 0.128 0.122 0.069 0.079 0.062 0.055 0.052 0.057 0.072 0.083 0.042 0.04 0.074 0.086 0.087 0.061 0.061 0.053 0.047 0.041 0.039 0.039 0.041 0.041 0.043 0.045
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
423.13 423.53 431.26 436.53 444.83 452.3 453.31 472.61 475.22 482.42 489.61 502.94 503.53 510.67 523.91 525.88 538.26 543.55 564.24 580.71 598.62 603.61 625.56 645.05 666.65 673.74 684.15 698.03 705.77 722.98 743.69 763.3 782.73 802.86 822.95
0.047 0.047 0.049 0.048 0.05 0.051 0.051 0.054 0.055 0.056 0.056 0.059 0.059 0.061 0.063 0.063 0.065 0.066 0.07 0.072 0.076 0.077 0.08 0.082 0.084 0.085 0.086 0.087 0.088 0.09 0.091 0.09 0.091 0.091 0.091
28 Lampiran 5 Hasil Pengujian Permeabilitas Bionanokomposit Tehadap Uap Air 0% Waktu (s)
Bobot yang hilang (g)
WVTR (g s-1m-2)
0.2197 0.6176 0.9978 1.3752 2.1487
0.1225704 0.1722791 0.1855571 0.1918056 0.2397514
4.11805E-09 5.78814E-09 6.23425E-09 6.44418E-09 8.05504E-09
Tebal (m)
Bobot yang hilang (g)
WVTR (g s-1 m-2)
WVP (g s m-1Pa-1)
0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979
0.00004 0.00004 0.00004 0.00004 0.00004
0.1955 0.5376 0.9234 1.4082 2.0396
0.1090692 0.1499632 0.1717212 0.1964082 0.2275781
3.66445E-09 5.03838E-09 5.7694E-09 6.59882E-09 7.64605E-09
Waktu (s)
Luas (m²)
Tebal (m)
Bobot yang hilang (g)
WVTR (g s-1 m-2)
WVP (g s m-1Pa-1)
3600 7200 10800 14400 18000
0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979
0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003
0.1769 0.4466 0.7255 1.1309 1.8042
0.0986923 0.1245788 0.1349185 0.1577319 0.2013122
2.48686E-09 3.13915E-09 3.39969E-09 3.97455E-09 5.07269E-09
Luas (m²)
Tebal (m)
Bobot yang hilang (g)
WVTR (g s-1 m-2)
WVP (g s-1 m-1Pa-1)
0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979
0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003
0.2036 0.3625 0.5225 0.6825 0.838
0.1135882 0.1011191 0.0971674 0.0951915 0.0935038
2.86221E-09 2.54801E-09 2.44843E-09 2.39865E-09 2.35612E-09
3600 7200 10800 14400 18000 3% Waktu (s) 3600 7200 10800 14400 18000
Luas (m²)
Tebal (m)
0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979 0.0004979
0.00004 0.00004 0.00004 0.00004 0.00004
Luas (m²)
WVP (g s m-1Pa-1) -1
-1
4%
5% Waktu (s) 3600 7200 10800 14400 18000
Contoh perhitungan: Laju transmisi uap =
bobot air yang hilang g waktu s × luas m2
-1
29 Lanjutan Lampiran 5 =
0.1955 g 3600 s × 0.0004979 m2
= 0.1090692 gs-1 m-2 Laju transmisi uap(g s-1m-2) Permabilitas uap air = ×d S × (R1 − R 2 ) 0.1090692(g s-1m-2) = × 0.00004 (𝑚) 6266.134 Pa × (1 − 0.81) = 3.66445×10-9 g s-1 m-1Pa-1
30 Lampiran 6 Hasil Pengujian Densitas Komposisi 0%
3%
4%
5%
`
w0 9.9595 9.9764 9.9583 9.9731 9.976 9.9778 9.9796 10.0183 9.9845 9.9811 9.9806 9.9803
Bobot (gram) w1 w2 9.9623 20.1492 9.9785 20.1755 9.9603 20.1585 9.9749 20.1838 9.9779 20.1514 9.9799 20.2085 9.9844 20.1923 10.0205 20.2033 9.9873 20.2119 9.985 20.2000 9.9856 20.2191 9.9836 20.1775
w3 20.2505 20.2505 20.2505 20.2318 20.2318 20.2318 20.2393 20.2393 20.2393 20.2436 20.2436 20.2436
Massa jenis (g cm3) 0.02768 0.027984 0.021898 0.03708 0.023677 0.084777 0.095071 0.058864 0.095078 0.084261 0.173949 0.048802
Rata-rata 0.025854
0.048511
0.076967
0.129105
31
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 4 Januari 1993 dari pasangan Drs. Rudi Katriyudo. dan Elly Haryati. Penulis adalah anak kedua dari enam bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 2 Bogor dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA). Selama menempuh pendidikan. penulis menjadi asisten praktikum Fisika pada tahun ajaran 2013/2014. Penulis juga pernah aktif di beberapa kegiatan kepanitian organisasi. yaitu aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika sebagai anggota Divisi Komunikasi dan informasi (Kominfo) tahun ajaran 2011/2012. Penulis juga mendapatkan beasiswa Bantuan Belajar Mahasiswa (BBM) selama kuliah di IPB. Penulis juga aktif menulis paper dengan judul “Mechanical and Optical Characterization of Bio-nanocomposite from Pineapple Leaf Fiber Material for Food Packaging” yang di publis dalam “The International Seminar on Photonics Optics and its Application (ISPHOA 2014)”.
