i
KARAKTERISTIK CARBOXYMETHYL CHITOSAN DENGAN VARIASI KONSENTRASI NaOH
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH 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, Januari 2014
Mochammad Jamil Awal Saputra NIM C34090045
ABSTRAK MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA. Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH. Dibimbing oleh PIPIH SUPTIJAH dan UJU. Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang diperoleh dengan modifikasi kimia sehingga larut air. Pembuatan CMCh dilakukan melalui proses alkalisasi dan karboksimetilasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik karboksimetil kitosan antara lain kelebihan natrium hidroksida pada proses alkalisasi kitosan, rasio antara kitosan dan asam monokloroasetat serta suhu karboksimetilasi kitosan menjadi karboksimetil kitosan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan konsentrasi NaOH terhadap kualitas carboxymethyl chitosan yang dihasilkan, mempelajari proses pembuatan CMCh, menetapkan konsentrasi NaOH yang tepat dalam proses pembuatan CMCh, dan menganalisis karakteristik CMCh yang dihasilkan. Berdasarkan hasil penelitian, CMCh terbaik terdapat pada penggunaan konsentrasi NaOH 10 M dengan rendemen berkisar antara 110,72%-114,22%. Nilai pH berkisar antara 3,74-4,31. Persentase kadar air sebesar 10,70%-11,42%. Kadar abu dan nitrogen masing-masing berkisar antara 0,49%-0,50% dan 4,52%4,81%. Nilai viskositas sebesar 6,50-8,25 cPs, serta kelarutan sebesar 61,61%91,50%. Gugus fungsi yang berbeda dari kitosan yaitu gugus C=O, gugus CH alkena, gugus C−O, dan gugus C−O−C. Kata kunci: carboxymethyl chitosan, gugus fungsi, karakteristik CMCh, kelarutan, kitosan.
ABSTRACT MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA. Carboxymethyl Chitosan Characteristics With Variation Of NaOH Concentration. Supervised by PIPIH SUPTIJAH and UJU. Carboxymethyl chitosan is chitosan derivative product obtained from chemical modification. CMCh were made by alkalization process and carboxymethylation process. Factors that affect CMCh characteristics were excess sodium hydroxide in alkalization process, ratio between chitosan and monochloroacetic acid, and carboxymethylation temperature. The objectives of this research were to study the NaOH effect to CMCh characteristics, to learn process of making CMCh, to set the proper concentration of NaOH, and to analyze CMCh characteristics. CMCh yields were 110.72%-114.22%. CMCh pH value were 3.74-4.31. The optimum NaOH concentration to obtain the best CHCh was 10 M. Percentage of CMCh moisture content was 10.70%-11.42%. Ash content and nitrogen content of CMCh were 0.49%-0.50% and 4.52%-4.81%. CMCh viscousity was 8.25 cps. Percentage of CMCh solubility was 61.61%91.50%. The different functional groups from chitosan which observed in CMCh were C=O group, CH group from alkene functional group, C−O group, and C−O−C group. Keywords: carboxymethyl chitosan, chitosan, CMCh characteristics, functional group, solubility.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KARAKTERISTIK CARBOXYMETHYL CHITOSAN DENGAN VARIASI KONSENTRASI NaOH
MOCHAMMAD JAMIL AWAL SAPUTRA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Perikanan pada Departemen Terknologi Hasil Perairan
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH Nama : Mochammad Jamil Awal Saputra NIM : C34090045 Program Studi : Teknologi Hasil Perairan
Disetujui oleh
Dr Pipih Suptijah, MBA Pembimbing I
Dr Eng Uju, SPi, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Joko Santoso, MSi Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
Judul Skripsi : Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH Nama :Mochammad Jamil Awal Saputra : C34090045 NIM Program Studi : Teknologi Hasil Perairan
Disetujui oleh
Dr Pip1h Suptii~fBA Pembimbing I
Tanggal Lulus:
2 2 JAN 2014
Dr Eng Vju, SPi, MSi
Pembimbing II
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 ini Karakteristik Carboxymethyl Chitosan Dengan Variasi Konsentrasi NaOH. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dorongan hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini, yaitu : 1.
2. 3. 4. 5. 6.
Dr Pipih Suptijah, MBA dan Dr Eng Uju, SPi, MSi selaku dosen pembimbing yang telah memberikan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini. Dr Ir Ruddy Suwandi, MS, MPhill selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan kritik untuk perbaikan skripsi ini. Dr Desniar, SPi, MSi selaku wakil ketua program studi yang telah mewakili departemen pada saat ujian dan saran perbaikan. Dr Ir Joko Santoso, MSi selaku ketua Departemen Teknologi Hasil Perairan. Ayah, ibu, adik-adik, dan seluruh keluarga atas pengertian dan dukungan yang diberikan. Rasta, Rafiq, Alam, Affan, Rohmad, Budi, Dhani, Galih, Caca, Batara, Yudha dan teman-teman THP 46 (Alto) lainnya atas segala doa, motivasi, dan kenangan yang diberikan.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak sangat diharapkan. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak yang memerlukannya. Bogor, Januari 2014 Mochammad Jamil Awal Saputra
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... vi PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 Latar Belakang ................................................................................................. 1 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 1 METODE PENELITIAN ..................................................................................... 2 Bahan ............................................................................................................... 2 Alat .................................................................................................................. 2 Prosedur Penelitian ........................................................................................... 2 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 6 Karakteristik Kitosan Komersil ........................................................................ 6 Rendemen Carboxymethyl Chitosan(CMCh) .................................................... 8 Karakteristik Carboxymethyl Chitosan (CMCh) ............................................... 9 Gugus Fungsi Carboxymethyl Chitosan .......................................................... 14 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 16 Kesimpulan .................................................................................................... 16 Saran .............................................................................................................. 16 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 16 LAMPIRAN ...................................................................................................... 19 RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... 22
DAFTAR TABEL 1 Karakteristik kitosan komersil....................................................................... 7 2 Karakteristik kimia carboxymethyl chitosan ................................................ 10 3 Hasil analisis gugus fungsi CMCh. ............................................................. 14
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7
Diagram alir prosedur penelitian ................................................................... 3 Kenampakan fisik kitosan komersil............................................................... 7 Rendemen carboxymethyl chitosan. .............................................................. 9 Kenampakan fisik carboxymethyl chitosan ................................................. 10 Diagram hasil analisis viskositas CMCh. .................................................... 12 Diagram hasil analisis kelarutan carboxymethyl chitosan. ........................... 13 Grafik hasil analisis gugus fungsi CMCh .................................................... 15
DAFTAR LAMPIRAN 1 Tabel analisis data dengan One Way ANOVA SPSS 17.0 ........................... 19 2 Dokumentasi pelaksanaan penelitian ........................................................... 20
PENDAHULUAN Latar Belakang Kitosan merupakan biopolimer turunan kitin yang dapat diperoleh dari kulit udang dan cangkang kepiting. Miao et al. (2008) melaporkan bahwa kitosan merupakan polisakarida kationik yang diperoleh dari deasetilasi basa kitin. Kitosan memiliki tiga tipe gugus fungsional yaitu gugus amino/asetamido dan gugus hidroksil yang berikatan secara primer maupun sekunder, masing-masing berada pada C-2 dan C-3 (Kim 2012). Mutu kitosan terdiri dari beberapa parameter yaitu bobot molekul, kadar air, kadar abu, warna, derajat deasetilasi dan kelarutan. Kelarutan merupakan salah satu karakteristik yang penting bagi kitosan. Kitosan hanya larut pada sebagian besar larutan asam organik dengan pH sekitar 4,0 tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5. Mourya et al. (2010) melaporkan bahwa rendahnya kelarutan kitosan dalam pH netral maupun alkali karena adanya struktur kristal yang stabil yang terbentuk dari ikatan kuat hidrogen, oleh karena itu aplikasi kitosan menjadi terbatas. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, kitosan yang ada dapat dimodifikasi menjadi senyawa-senyawa turunannya yang memiliki tingkat kelarutan yang tinggi dalam pH netral dan alkali. Modifikasi kitosan dapat dilakukan secara kimiawi maupun melalui proses depolimerisasi. Salah satu senyawa turunan kitosan yang dapat larut dalam pH netral adalah carboxymethyl chitosan (CMCh) (Miranda et al. 2003). Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang telah dimodifikasi dengan penambahan gugus hidrofilik sehingga dapat larut dalam air. An et al. (2009) melaporkan bahwa karboksimetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara alkilasi menggunakan reagen asam monokloroasetat. Aplikasi CMCh antara lain sebagai senyawa pengantar obat, senyawa pengantar obat yang responsif terhadap perubahan pH, kosmetik, senyawa pengantar DNA, dan senyawa peningkat aktivitas penyebaran obat. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam pembentukan karboksimetil kitosan adalah tingkat kemurnian kitosan, kelebihan natrium hidroksida pada proses alkalisasi kitosan, rasio antara kitosan dan asam monokloroasetat serta suhu karboksimetilasi kitosan menjadi karboksimetil kitosan. Informasi mengenai pengaruh konsentrasi NaOH terhadap karakteristik carboxymethyl chitosan belum diketahui, sehingga diperlukan penelitian mengenai hal tersebut.
Tujuan Penelitian Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan konsentrasi NaOH terhadap kualitas carboxymethyl chitosan yang dihasilkan. Tujuan khusus dari penelitian ini yaitu, mempelajari proses pembuatan CMCh, menetapkan konsentrasi NaOH yang tepat dalam proses pembuatan CMCh, dan menganalisis karakteristik CMCh yang dihasilkan.
2
METODE PENELITIAN Penelitian mengenai Pengaruh Perbedaan Konsentrasi NaOH Terhadap Karakteristik Carboxymethyl Chitosan dilaksanakan mulai bulan April 2013 sampai Juli 2013. Pembuatan CMCh, analisis proksimat, dan uji kelarutan dilaksanakan di Laboratorium Biokimia Hasil Perairan, Departemen Teknologi Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Analisis viskositas dilakukan di Laboratorium Rekayasa Proses Pangan, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Analisis gugus fungsi dilakukan di Laboratorium Analisis Bahan, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan CMCh adalah kitosan yang diperoleh dari CV. Bio Chitosan Indonesia, asam monokloroasetat produksi Merck, NaOH, isopropil alkohol, dan metanol. Bahan-bahan digunakan dalam analisis proksimat adalah akuades, selenium, H2SO4, NaOH, HCl, dan asam borat (H3BO3). Bahan yang digunakan dalam analisis kelarutan dan viskositas adalah aquades. Bahan yang digunakan dalam analisis pH adalah larutan buffer. Alat Alat yang digunakan untuk pembuatan CMCh adalah beaker glass, erlenmeyer, corong kaca, kertas saring, magnetic stirrer, magnetic bar, batang pengaduk, sudip, termometer, mortar, kertas pH indikator, dan sendok. Alat yang digunakan dalam analisis rendemen adalah timbangan digital. Pengujian pH menggunakan alat pH meter. Alat yang digunakan untuk analisis proksimat adalah timbangan digital, desikator, oven, cawan porselen, sudip (analisis kadar air); tabung kjeldahl, destilator, buret, labu ukur, erlenmeyer (analisis kadar protein); tanur dan desikator (analisis kadar abu). Alat yang digunakan dalam uji kelarutan adalah oven. Pengujian viskositas dilakukan dengan alat Viscometer Brookfield tipe LV dengan spindle nomor 1 dan kecepatan 60 rpm. Alat yang digunakan dalam analisis gugus fungsi adalah Fourier Transform Infrared (FTIR). Prosedur Penelitian Prosedur penelitian yang dilakukan meliputi pembuatan CMCh, analisis rendemen, analisis proksimat, analisis viskositas, analisis pH, analisis gugus fungsi, dan analisis kelarutan. Analisis proksimat yang dilakukan yaitu analisis kadar air, analisis kadar abu, dan analisis nitrogen. Pembuatan CMCh dilakukan dengan perlakuan perbedaan konsentrasi NaOH. Diagram alir pembuatan prosedur penelitian disajikan pada Gambar 1.
3 Kitosan
Pelarutan dalam 100 ml Isopropil Alkohol (40℃; 30 menit)
Penambahan 12 ml NaOH 5 M (40℃; 90 menit)
Penambahan 12 ml NaOH 10 M (40℃; 90 menit)
Penambahan 12 ml NaOH 15 M (40℃; 90 menit)
Penambahan asam monokloro asetat sebanyak 30 gram (4 x 7,5 gram; 5 menit)
Pereaksian selama 4 Jam pada suhu 60℃
Pencucian dengan methanol 90%
Pengeringan
Analisis Rendemen Analisis pH
Carboxymethyl chitosan
Analisis Proksimat Analisis Kelarutan Analisis Viskositas Analisis Gugus Fungsi
Gambar 1. Diagram alir prosedur penelitian (Xue et al. 2009 dengan modifikasi) Pembuatan carboxymethyl chitosan (CMCh) Metode yang digunakan dalam pembuatan CMCh mengacu pada Xue et al. (2009) dengan modifikasi. Proses pembuatan CMCh dimulai dengan melarutkan 10 gram kitosan ke dalam 100 ml isopropil alkohol dengan suhu 40℃ lalu diaduk selama 30 menit. NaOH (5M, 10M, 15M) sebanyak 12 ml ditambahkan ke dalam larutan lalu diaduk selama 90 menit. Sesudah itu, sebanyak 30 gram asam monokloroasetat yang terbagi menjadi 4 bagian yang sama ditambahkan dengan selang waktu 5 menit. Campuran kemudian dipanaskan hingga suhu 60 ℃ selama 4 jam. Setelah itu, campuran dicuci menggunakan methanol 90% dan dikeringkan menggunakan cahaya matahari. Gambar proses pembuatan disajikan pada Lampiran 2.
Analisis perhitungan rendemen
4 Banyaknya rendemen CMCh yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: a (gram) Rendemen (%) = b (gram) ×100% Keterangan: a = Berat produk yang dihasilkan b = Berat awal bahan
Analisis proksimat Analisis proksimat merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui kandungan pada bahan. Analisis proksimat terdiri dari analisis kadar air, kadar abu, kadar nitrogen, dan kadar lemak. Analisis proksimat yang dilakukan pada penelitian ini hanya analisis kadar air, abu, dan nitrogen. a. Analisis kadar air (AOAC 2005) Tahap awal dalam memulai analisis kadar air yaitu mengeringkan cawan porselen di dalam oven pada suhu 102-105 oC selama 1 jam. Selanjutnya cawan tersebut diletakkan dalam desikator kurang lebih selama 15 menit hingga dingin kemudian ditimbang. Sebanyak 5 gram sampel dimasukkan kedalam cawan kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 102-105 oC selama 6 jam. Setelah 6 jam cawan tersebut dimasukkan ke dalam desikator hingga dingin kemudian ditimbang bobotnya dan diulang sampai berat konstan. Perhitungan kadar air: B-C
% Kadar air = B-A ×100% Keterangan:
A = Berat cawan kosong (gram) B = Berat cawan yang diisi sampel (gram) sebelum dioven C = Berat cawan dengan sampel (gram) setelah dioven
b. Analisis kadar abu (AOAC 2005) Tahap awal dalam menentukan kadar abu yaitu dikeringkannya cawan abu porselen di dalam oven selama 1 jam pada suhu 105 oC, lalu didinginkan dalam desikator kemudian ditimbang. Sampel ditimbang sebanyak 5 gram dan dimasukkan ke dalam cawan pengabuan yang akan dipijarkan di atas nyala api bunsen hingga tidak berasap lagi. Setelah itu dimasukkan ke dalam tanur pengabuan dengan suhu 600 oC selama 6 jam, kemudian ditimbang hingga didapatkan berat yang konstan. Proses pengabuan dilakukan sampai abu berwarna utih. Setelah itu cawan didinginkan dalam desikator selam 30 menit, kemudian ditimbang bobotnya. Perhitungan kadar abu: C-A
% Kadar abu = B-A ×100% Keterangan: A = Berat cawan kosong (gram) B = Berat cawan yang diisi sampel (gram) sebelum ditanur C = Berat cawan dengan sampel (gram) setelah ditanur.
c. Analisis kadar nitrogen (AOAC 2005)
5 Sampel sebanyak 0,25 gram ditimbang, kemudian dimasukkan ke dalam labu Kjeldahl ditambahkan 50 mL aquades dan 20 mL NaOH 40%, kemudian dilakukan proses destilasi dengan suhu destilator 100 oC. Hasil destilasi ditampung dalam labu erlenmeyer 125 mL yang berisi campuran 10 mL asam borat (H3BO3) 2% dan 2 tetes indikator bromcherosol green-methyl red yang berwarna merah muda. Setelah volume destilat mencapai 40 mL dan berwarna hijau kebiruan, maka proses destilasi dihentikan. Lalu destilat dititrasi dengan HCl 0,1 N sampai terjadi perubahan warna merah muda. Volume titran dibaca dan dicatat. Larutan blanko dianalisis seperti contoh. Kadar nitrogen dihitung dengan rumus sebagai berikut: %N=
mL HCl –mL Blanko × N HCl ×14,007 × fp × 100% mg contoh
Analisis kelarutan (Lembono 1989 dalam Khalil 2007) Tahap awal dalam melakukan analisis kelarutan yaitu kertas saring dikeringkan dalam oven selama 30 menit dan ditimbang. Sampel CMCh ditimbang sebanyak 1 gram dan dilarutkan dalam 100 mL aquades, kemudian disaring. Kertas saring yang digunakan selanjutnya dikeringkan dalam oven selama 3 jam, lalu dimasukkan dalam eksikator selama 15 menit dan kemudian ditimbang. Perhitungan kelarutan:
Kelarutan =
Berat sampel awal –Berat residu Berat sampel awal
×100%
Analisis viskositas (BSN 1998) Carboxymethyl chitosan dilarutkan dengan aquades sehingga diperoleh larutan CMCh 1%. Selanjutnya dilakukan pengukuran nilai viskositas menggunakan viskometer Brookfield tipe LV. Kekentalan larutan diukur menggunakan spindle dan kecepatan putar yang sesuai. Setelah spindle berputar sampai penunjukkan konstan, hentikan putaran spindle dan lakukan pembacaan. Nilai viskositas diukur dengan rumus: Viskositas (m.Pa.S) = Pembacaan × Faktor Analisis derajat keasaman (pH) Proses analisis pH diawali dengan kalibrasi pH meter dengan cara elektroda dicelupkan ke dalam larutan buffer yang telah diketahui pH-nya. Skala yang terbaca kemudian dicocokkan dengan pH dari buffer tersebut. Kemudian elektroda dibilas dengan aquades dan selanjutnya dicelupkan ke dalam larutan aquades, skala yang terbaca kemudian dicocokkan dengan angka 7. Selanjutnya elektroda dibilas dengan aquades dan dilap dengan tissue. Sebanyak 1 gram sampel CMCh dilarutkan dengan aquades sebanyak 100 ml sehingga diperoleh larutan CMCh 1%. Elektroda yang telah dikalibrasi dicelupkan ke dalam sampel, untuk kemudian dicatat nilai pH-nya.
Analisis gugus fungsi (Domsay 1985)
6 Sampel sebanyak 0,2 gram digerus dengan KBr dalam mortar agate sampai homogen, kemudian dimasukkan dalam cetakan pelet, dicetak dengan dipadatkan dan divakum sampai optimum, selanjutnya pelet ditempatkan dalam sel dan dimasukkan ke dalam tempat sel pada spektrofotometer inframerah IR-408 yang sudah dinyalakan dan stabil. Panjang gelombang yang digunakan yaitu sebesar 400-4000 cm-1. Prosedur analisis data Model rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan acak lengkap dengan satu faktor yaitu konsentrasi NaOH (5M, 10M, dan 15M) dengan dua kali ulangan. Nilai hasil interaksi antar faktor kemudian diolah secara statistik menggunakan software statistika (SPSS 17.0) untuk melihat, persen signifikansi (selang kepercayaan), dan pola interaksi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon. Uji lanjut yang digunakan dalam analisis data ini adalah uji Duncan untuk melihat pengaruh signifikan dari faktor. Model matematis racangan acak lengkap yang digunakan sebagai berikut: Yij = μ + Ai + εij Keterangan: Yij = Hasil pengamatan karakteristik CMCh ke-j dengan perlakuan ke-i i = Perbedaan konsentrasi NaOH (5M, 10M, dan 15M) j = Ulangan dari setiap perlakuan (dua kali) μ = Nilai tengah umum Ai = Pengaruh perlakuan ke-i Εij = Pengaruh galat Hipotesis : H0 : Perbedaan konsentrasi NaOH yang diberikan tidak berpengaruh terhadap karakteristik CMCh H1 : Perbedaan konsentrasi NaOH yang diberikan berpengaruh terhadap karakteristik CMCh
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Kitosan Komersil Kitosan adalah produk turunan kitin yang diperoleh melalui proses deasetilasi. Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan dengan rotasi spesifik [α]D11 -3 hingga -10o (pada konsentrasi asam asetat 2%). Kitosan merupakan polimer glukosamin yang larut oleh sebagian besar asam organik pada pH sekitar 4,0 tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5 serta tidak larut dalam pelarut air, alkohol, dan aseton (Sugita et al. 2009). Kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian memiliki kenampakan yang berwarna kuning pucat dengan ukuran partikel 20-30 mesh. Kenampakan fisik dari kitosan komersil yang digunakan sebagai bahan utama dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.
7
Gambar 2
Kenampakan fisik kitosan komersil
Beberapa karakteristik fisika-kimia dari kitosan yang dianalisis yaitu kadar air, kadar abu, kadar protein, ukuran partikel, dan derajat deasetilasi. Karakteristik fisika-kimia kitosan komersil yang digunakan disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Karakteristik kitosan komersil Standar Kitosanb Parameter Kitosan Komersila Kenampakan Kuning Pucat ≤ 10% Kadar Air 8,6% ≤ 2% Kadar Abu 0,3% ≤ 5% Kadar Protein 0,5% Ukuran Partikel
20-30 mesh
Derajat Deasetilasi
88,5%
serpihan/bubuk ≥70%
Sumber: aCV. Bio Chitosan Indonesia.; bProtan Laboratories diacu dalam Ibrahim et al. (2009).
Mutu kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian telah memenuhi standar mutu yang ditetapkan oleh Protan Laboratories. Berdasarkan hasil pada tabel tersebut diketahui bahwa kadar air kitosan komersil yang digunakan sebesar 8,6%, kadar abu sebesar 0,3%, kadar protein sebesar 0,5%, dan derajat deasetilasi sebesar 88,5%. Berdasarkan hasil pada Tabel 1, diketahui bahwa kadar air kitosan komersil memiliki nilai yang telah memenuhi standar mutu yang ditetapkan Protan Laboratories. Lembabnya lingkungan serta lamanya penyimpanan dapat memberikan pengaruh terhadap persentase kadar air kitosan karena menurut Sofia et al (2010) penyimpanan yang lama memungkinkan terjadinya perubahan kadar air, tergantung kondisi kelembaban lingkungannya. Selain kelembaban lingkungan, menurut Kurniasih dan Kartika (2011) sifat kitosan yang higroskopis menyebabkan berikatannya molekul air dengan gugus amina kitosan sehingga memungkinkan terjadinya peningkatkan kadar air. Kadar abu merupakan salah satu parameter yang dapat mengindikasikan kandungan mineral dalam sampel. Kadar abu kitosan komersil yang diperoleh adalah 0,3%. Nilai tersebut telah memenuhi standar mutu kadar abu kitosan menurut Protan Laboratories yaitu kurang dari sama dengan 2%. Faktor yang dapat mempengaruhi kadar abu pada kitosan adalah efektivitas proses demineralisasi, karena menurut Kim (2004) kadar abu merupakan indikator keefektivan proses demineralisasi dalam menghilangkan kalsium karbonat. Kadar protein dalam kitosan merupakan salah satu parameter yang menentukan mutu kitosan. Hasil pada Tabel 1 menunjukkan bahwa kadar protein
8 pada kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 0,5%. Nilai tersebut lebih rendah dari pada kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian Zahid (2012) yang mencapai 1,33%. Perbedaan nilai kadar protein ini dapat disebabkan oleh lamanya waktu deproteinasi, karena menurut Poeloengasih et al. (2008) semakin lama waktu yang digunakan untuk proses deproteinasi, maka semakin rendah kandungan nitrogen pada kitin dan kitosan. Faktor lain yang mempengaruhi kadar protein pada kitosan yaitu suhu proses dan konsentrasi NaOH yang digunakan pada proses deasetilasi. Menurut Zahiruddin et al. (2008), protein yang masih terikat setelah proses deproteinasi akan semakin sedikit jumlahnya apabila proses deasetilasi dilakukan dengan suhu yang semakin meningkat dan konsentrasi NaOH yang tinggi. Deasetilasi merupakan proses menghilangkan gugus asetil dari rantai molekul kitin. Nilai derajat deasetilasi kitosan komersil yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 88,5%. Nilai tersebut telah memenuhi standar yang ditetapkan oleh Protan Laboratories. Besarnya nilai derajat deasetilasi dipengaruhi oleh konsentrasi NaOH yang digunakan dalam proses deproteinase. Zahiruddin et al. (2008) melaporkan bahwa konsentrasi NaOH yang cukup tinggi pada saat deproteinase akan mempermudah pemutusan gugus asetil pada saat deasetilasi. Rendemen Carboxymethyl Chitosan (CMCh) Rendemen merupakan salah satu parameter karakteristik yang dapat diamati sebagai respon dari perlakuan yang diberikan. Rendemen CMCh dihitung sebagai persentase bobot CMCh yang dihasilkan terhadap bobot awal kitosan. Rendemen CMCh yang diperoleh berkisar antara 110,72%-114,22%. Persentase rendemen CMCh yang dihasilkan lebih besar daripada persentase rendemen hasil penelitian Khalil (2007) yang hanya mencapai 91,66%-98,82%. Nilai persentase rendemen tertinggi terdapat pada perlakuan alkalisasi menggunakan 10 M NaOH yaitu sebesar 114,27±1.76%, sedangkan nilai rendemen terendah terdapat pada perlakuan alkalisasi menggunakan 5 M NaOH yaitu sebesar 110,70±2.49%. Hasil rendemen yang lebih besar dai 100% diduga disebabkan oleh adanya kompetisi reaksi substitusi ion Cl- dari asam monokloroasetat dengan NaOH yang menghasilkan sodium klorida (NaCl) dan sodium glikolat (HOCH2-COONa). Berikut merupakan rekasi kimia yang terjadi pada proses pembuatan CMCh menurut Basmal et al. (2005)a: Kitosan-OH + NaOH → Kitosan-ONa Kitosan-ONa + ClCH2COOH → Kitosan-OCH2COONa + NaCl +2H2O ClCH2COOH + 2NaOH → HOCH2-COONa + NaCl + H2O Sodium klorida dan sodium glikolat yang dihasilkan merupakan senyawa yang menjadi pengotor pada CMCh. Hasil penelitian Wijayani et al. (2005) menunjukkan bahwa kemurnian carboxymethyl cellulose meningkat pada penambahan NaOH tetapi mengalami penurunan bila ClCH2COONa semakin naik, penurunan yang terjadi disebabkan oleh semakin banyaknya NaCl yang dihasilkan. Persentase rendemen CMCh yang mencapai lebih dari 100% menurut Basmal et al. (2007) juga disebabkan karena adanya substitusi H+ pada atom C6 dengan CH2COO- dari asam monokloroasetat. Hasil perlakuan penambahan konsentrasi NaOH yang berbeda terhadap rendemen CMCh disajikan pada Gambar 3.
Rendemen (%)
9 140 120 100 80 60 40 20 0
110,70a
114,27a
112,10a
5
10
15
Konsentrasi NaOH (M)
Gambar 3 Rendemen carboxymethyl chitosan. Hasil yang diperoleh merupakan basis kering. aAngka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5%. Gambar 3 menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan rendemen CMCh yang dihasilkan seiring dengan peningkatan konsentrasi NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase rendemen akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi persentase rendemen CMCh yang dihasilkan adalah jumlah asam monokloroasetat yang ditambahkan, karena menurut Oktavia et al. (2005) bila jumlah monokloroasetat yang ditambahkan cukup banyak, rendemen karboksimetil kitosan juga meningkat. Faktor lain yang mempengaruhi peningkatan rendemen CMCh adalah waktu reaksi pada saat karboksimetilasi, hal ini dibuktikan dalam penelitian An et al. (2009) yang melaporkan bahwa terjadinya peningkatan rendemen yang sejalan dengan peningkatan waktu reaksi karboksimetilasi dari 1 hingga 3 jam, namun setelah itu tidak terjadi peningkatan rendemen yang signifikan. Karakteristik Carboxymethyl Chitosan (CMCh) Carboxymethyl chitosan merupakan senyawa turunan kitosan yang telah dimodifikasi dengan penambahan gugus hidrofilik sehingga dapat larut dalam air. Prinsip pembuatan CMCh secara umum merupakan reaksi asam basa. Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa prinsip pembentukan CMCh yaitu, kitosan yang telah berikatan dengan ion Na+ direaksikan dengan asam monokloroasetat sehingga terjadi pertukaran ion antara ion Na + yang mudah larut dalam air dengan ion Cl- yang dilepaskan oleh asam monokhloroasetat membentuk larutan garam NaCl, sedangkan kitosan yang telah melepaskan ion Na+ akan bersifat reaktif terhadap gugus karboksil dari asam monokloroasetat sehingga membentuk CMCh. CMCh yang dihasilkan memiliki warna kuning pucat hingga kecoklatan dan berbentuk serpihan. Kenampakan fisik CMCh yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 4.
10
Gambar 4 Kenampakan fisik carboxymethyl chitosan Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi karakteristik CMCh yang dihasilkan adalah konsentrasi NaOH yang digunakan pada proses alkalisasi kitosan. Analisis karakteristik kimia yang dilakukan terhadap CMCh yang telah dihasilkan antara lain: kadar air, kadar abu, kadar nitrogen, dan pH. Karakteristik kimia CMCh yang dihasilkan disajikan pada Tabel 2. Tabel 2 Karakteristik kimia carboxymethyl chitosan Parameter pH Kadar Air (%) Kadar Abu (%) Kadar Nitrogen (%)
Hasil 5M 10M 15M 3,74±0,06a 4,00±0,28a 4,31±0,18a 10,70±4,57a 12,60±0,35a 11,42±0,35a 0,50±0,00a 0,49±0,00a 0,50±0,00a 4,63±0,01a 4,52±0,17a 4,81±0,02a
Khalil (2007) 4,33-4,57 17,12-20,7 0,76-1,24 3,03-3,59
Standarb 7,00-9,00 ≤15,00% ≤1,00% -
Sumber:bWuxi Asailuo 2013. aAngka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% .
Tabel 2 menunjukkan nilai hasil analisis karakteristik kimia CMCh yang dihasilkan. Nilai pH CMCh yang dihasilkan berkisar antara 3,74 hingga 4,31. Persentase kadar air CMCh yang dihasilkan berkisar antara 10,70% hingga 12,60%. CMCh yang dihasilkan memiliki nilai persentase kadar abu dan nitrogen masing-masing berkisar antara 0,49%-0,50% dan 4,52%-4,81%. Derajat keasaman (pH) Derajat keasaman merupakan parameter yang menunjukkan konsentrasi ion hidrogen pada suatu bahan. Berdasarkan Tabel 2 nilai pH CMCh yang dihasilkan meningkat seiring peningkatan konsentrasi NaOH, namun berdasarkan hasil ANOVA perbedaan konsentrasi NaOH yang digunakan tidak mempengaruhi pH CMCh yang dihasilkan (p>0,05). Nilai pH tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 4,31±0,18, sedangkan pH terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 5 M yaitu sebesar 3,74±0,06. Nilai pH CMCh yang didapatkan masih dibawah netral. Nilai pH CMCh yang dihasilkan lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian Oktavia et al. (2005) yang mencapai 3,5-4. Selain karena pencucian yang dilakukan menggunakan methanol tidak sampai netral, rendahnya nilai pH yang dihasilkan menurut Khalil (2007) dapat disebabkan pula oleh natrium hidroksida yang menyebabkan semua larutan mengendap sehingga sulit dipisahkan dan tidak dapat ditarik dengan isopropil alkohol.
11 Kadar air Kadar air merupakan parameter yang digunakan untuk mengetahui kadar zat yang mudah menguap termasuk pelarut organik dan air. Hasil pada Tabel 2 menunjukkan terjadinya kecenderungan peningkatan kadar air seiring peningkatan konsentrasi NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase nilai kadar air akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Persentase kadar air tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 10 M yaitu sebesar 12,60±0,35%, sedangkan nilai kadar air terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 5 M yaitu sebesar 10,70±4,57%. Nilai persentase kadar air CMCh yang dihasilkan lebih rendah dari pada hasil penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase sebesar 17,12%-20,7%, namun nilai tersebut masih lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian Basmal et al. (2007) dengan nilai persentase sebesar 9,75%-9,82%. Nilai kadar air CMCh yang yang dihasilkan telah memenuhi standar mutu Wuxi Asailuo yang nilainya kurang dari 15%. Perbedaan kadar air yang terkandung dalam CMCh dapat disebabkan oleh banyaknya asam monokloroasetat yang digunakan. Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa semakin banyak asam monokloroasetat yang digunakan menyebabkan jumlah gugus karboksimetil (-CH2COO-) yang berikatan dengan kitosan lebih banyak sehingga pada saat dikeringkan jumlah air di dalam CMCh yang keluar lebih sedikit. Kadar abu Kadar abu merupakan parameter yang digunakan untuk mengetahui jumlah bahan anorganik yang terkandung dalam suatu bahan. Basmal et al. (2005)b melaporkan bahwa komponen-komponen anorganik tersebut biasanya terdiri dari kalsium, sodium, besi, magnesium, dan mangan. Hasil pada Tabel 2 menunjukkan bahwa kadar abu CMCh yang dihasilkan tidak mengalami perubahan untuk setiap peningkatan konsentrasi NaOH. Berdasarkan hasil uji ANOVA, perbedaan konsentrasi NaOH yang digunakan tidak mempengaruhi kadar abu CMCh yang dihasilkan (p>0,05). Nilai persentase kadar abu yang dihasilkan lebih rendah dari pada hasil penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase sebesar 0,76%-1,24%, namun nilai CMCh yang dihasilkan telah memenuhi standar mutu dari Wuxi Asailuo. Tidak terpengaruhnya nilai persentase kadar abu yang dihasilkan diduga karena jumlah asam monokloroasetat yang digunakan sama untuk setiap perlakuan. Basmal et al. (2005)a melaporkan bahwa jumlah asam monokloroasetat yang diberikan pada waktu eterifikasi berpengaruh terhadap peningkatan jumlah kadar abu pada CMCh. Kadar nitrogen Berdasarkan hasil pada Tabel 2, diketahui bahwa nilai kadar nitrogen CMCh yang dihasilkan cenderung meningkat seiring peningkatan konsentrasi NaOH yang digunakan. Meskipun demikian, peningkatan persentase nilai kadar nitrogen akibat tingginya konsentrasi NaOH yang digunakan secara statistik tidak memberikan pengaruh yang berbeda nyata (p>0,05). Persentase kadar nitrogen tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 4,81±0,02%, sedangkan nilai kadar nitrogen terendah terdapat pada
12 CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 10 M yaitu sebesar 4,52±0,17%. Nilai persentase kadar nitrogen yang dihasilkan lebih tinggi daripada hasil penelitian Khalil (2007) dengan nilai persentase kadar nitrogen sebesar 3,03%3,59%. Tidak terpengaruhnya kadar nitrogen CMCh oleh perlakuan yang diberikan diduga karena NaOH hanya digunakan sebagai senyawa untuk mengaktifkan gugus OH sehingga tidak bereaksi dengan gugus amino pada kitosan. Wijayani et al. (2005) melaporkan bahwa alkalisasi menggunakan NaOH bertujuan untuk mengaktifkan gugus-gugus OH dan berfungsi sebagai pengembang pada molekul selulosa. Viskositas carboxymethyl chitosan (CMCh) Pengujian viskositas merupakan salah satu cara untuk mengetahui karakteristik reologi suatu cairan. Viskositas adalah ukuran gaya yang diperlukan untuk menggeser suatu cairan pada suatu kecepatan yang dinyatakan dalam mPa.s yang diukur pada suhu tertentu (BSN 1998). Hasil analisis viskositas CMCh disajikan pada Gambar 5.
Viskositas (cps)
10 8
6,5 a
7,69 b
8,25 b
10
15
6 4 2 0 5
Konsentrasi NaOH (M)
Gambar 5 Diagram hasil analisis viskositas CMCh. Huruf diatas balok yang berbeda menunjukkan hasil yang berbeda nyata dari uji lanjut Duncan Bedasarkan Gambar 5 diketahui bahwa nilai viskositas CMCh yang diperoleh berkisar antara 6,50-8,25 cPs. Nilai viskositas tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 8,25±0,35 cPs, sedangkan nilai viskositas terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 5 M yaitu sebesar 6,50±0,00 cPs. Hasil ANOVA menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi NaOH mempengaruhi nilai viskositas CMCh (P<0,05)(Lampiran 1). Hasil uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa perlakuan konsentrasi NaOH menghasilkan pengaruh yang berbeda nyata terhadap viskositas CMCh, dimana perlakuan konsentrasi 5 M berbeda nyata dengan konsentrasi 10 M dan 15 M (Lampiran 1). Gambar 5 menunjukkan terjadinya peningkatan nilai viskositas CMCh seiring dengan peningkatan konsentrasi NaOH yang digunakan. Peningkatan viskositas ini diduga karena semakin banyak terbentuknya sodium glikolat yang sukar larut dalam air sehingga meningkatkan sifat tahanan dari larutan CMCh. Santoso et al. (2012) melaporkan bahwa sodium glikolat dan sodium klorida memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam air dingin.
13 Nilai viskositas CMCh yang dihasilkan lebih rendah daripada hasil penelitian Khalil (2007) dengan nilai sebesar 123,67-338,33 cPs, namun nilai viskositas tersebut masih memenuhi standar mutu Wuxi Asailuo yang nilainya sebesar ≤100 mpa.s. Miranda et al. (2003) melaporkan bahwa viskositas suatu cairan dipengaruhi oleh suhu dan tekanan, namun untuk senyawa polimer dipengaruhi oleh massa molar, struktur polimer, konsentrasi, bahan tambahan, suhu dan sifat pelarut. Berdasarkan hasil penelitian Basmal et al. (2007) suhu eterifikasi mempengaruhi viskositas CMCh, semakin tinggi suhu nilai viskositas semakin menurun. Kelarutan carboxymethyl chitosan (CMCh) Kelarutan merupakan salah satu karakteristik yang penting untuk CMCh. Basmal et al. (2007) melaporkan bahwa data kelarutan kitosan larut air dapat memberikan informasi mengenai banyaknya jumlah kitosan larut air yang dapat terlarut dalam setiap mL air sehingga dapat memprediksi jumlah pemakaian CMCh dalam industri pangan dan non pangan. Hasil analisis kelarutan CMCh disajikan pada Gambar 6. Kelarutan (%)
100
87,06 a
91,5 a 61,61 b
80 60 40 20 0 5
10
15
Konsentrasi (M)
Gambar 6 Diagram hasil analisis kelarutan carboxymethyl chitosan. Huruf diatas balok yang berbeda menunjukkan hasil yang berbeda nyata dari uji lanjut Duncan Berdasarkan Gambar 6 diketahui bahwa persentase kelarutan CMCh yang diperoleh berkisar antara 61,61%-91,50%. Nilai persen kelarutan tertinggi terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 10 M yaitu sebesar 91,50±0,71%, sedangkan nilai viskositas terendah terdapat pada CMCh dengan perlakuan konsentrasi NaOH 15 M yaitu sebesar 61,61±9,49%. Hasil ANOVA menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi NaOH mempengaruhi persentase kelarutan CMCh (P<0,05) (Lampiran 1). Hasil uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa perlakuan konsentrasi NaOH menghasilkan pengaruh yang berbeda nyata terhadap persentase kelarutan CMCh yang dihasilkan, dimana perlakuan konsentrasi 15 M menghasilkan pengaruh berbeda nyata terhadap perlakuan konsentrasi 5 M dan 10 M (Lampiran 1). Gambar 6 menunjukkan terjadinya peningkatan persentase kelarutan CMCh dari 87,06% menjadi 91,50% pada perlakuan konsentrasi NaOH 5 M menjadi 10M, namun mengalami penurunan menjadi 61,61% pada perlakuan konsentrasi NaOH 15 M. Penurunan persentase kelarutan ini diduga karena semakin banyak terbentuknya sodium glikolat dan sodium klorida dengan meningkatnya konsentrasi NaOH yang digunakan sehingga substitusi gugus
14 hidroksil dengan gugus karboksil terhambat. Muzzarelli et al. (1982) dalam Mourya et al. (2010) melaporkan bahwa konsentrasi alkali lebih dari 60% menyebabkan terjadinya reaksi samping antara NaOH dengan asam monokloroasetat sehingga reaksi substitusi menurun. Nilai kelarutan CMCh yang dihasilkan lebih rendah daripada penelitian Khalil (2007) dengan nilai sebesar 95,08%-99,84%. Perbadaan nilai persentase kelarutan ini dapat dipengaruhi oleh jumlah asam monokloroasetat yang digunakan, suhu dan waktu pada saat proses karboksimetilasi, serta rasio penggunaan air dengan isopropil alkohol. Mourya et al. (2010) menjelaskan bahwa peningkatan suhu reaksi menyebabkan meningkatnya fraksi pada proses karboksimetilasi sehingga meningkatkan ketidaklarutan dalam pH yang rendah, sedangkan peningkatan rasio antara air dan isopropil alkohol sebagai pelarut dapat menurunkan fraksi pada proses karboksimetilasi sehingga meningkatkan ketidaklarutan dalam pH yang tinggi. Gugus Fungsi Carboxymethyl Chitosan Spektrum inframerah digunakan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat dalam CMCh yang dihasilkan. Pebriani et al. (2012) melaporkan bahwa analisis FTIR dapat digunakan untuk mengetahui gugus fungsi pada suatu senyawa organik maupun senyawa polimer pada daerah sidik jari 400-4000 cm-1. Hasil analisis gugus fungsi CMCh disajikan pada Tabel 3. Tabel 3 Hasil analisis gugus fungsi CMCh. Daerah Serapan Gugus Fungsional Alkana Alkena Eter
Wilayah Serapan a (cm-1) 2.950-2.800 1.430-1.290 1.300-100
Puncak Serapan CMCh (cm-1) 2.939 1.389 dan 1.327 1.080
Asam Karboksilat
3.400-2.400 1.320-1.210
3.394 dan 3.364 1.250 dan 1.149
Peregangan C−H C−H in-plane bend Peregangan C−O−C Peregangan O−H Peregangan C−O
Amida
1.640-1.550 1.680-1.630
1.535 1.643
Ikatan N−H Peregangan C=O
Keterangan
Sumber: aCentral Connecticut State University (2013)
Berdasarkan Tabel 3, diketahui bahwa spectrum FTIR CMCh memiliki puncak-puncak spesifik, yaitu gugus hidroksil (-OH) pada bilangan gelombang 3.349 cm-1 dan 3.364 cm-1, gugus CH pada bilangan gelombang 2.939 cm-1 dan 2.893 cm-1, gugus C = O pada bilangan gelombang 1.643 cm-1, gugus amina (-NH2) pada bilangan gelombang 1.535 cm-1, gugus CH pada bilangan gelombang 1.389 cm-1 dan 1.327 cm-1 merupakan gugus metil dari gugus fungsi alkena, gugus C−O pada bilangan gelombang 1.250 cm-1 dan 1.149 cm-1, dan gugus C−O−C pada bilangan gelombang 1.080 cm-1. Hasil analisis gugus fungsi yang membandingkan antara gugus fungsi CMCh dengan kitosan komersil disajikan pada Gambar 7.
15 a) C=O
OH
C-O
C-O-C
CH
NH
CH
b)
OH
CH
NH
Gambar 7 Grafik hasil analisis gugus fungsi CMCh. a) CMCh, b)Kitosan Gambar 7 menunjukkan perbedaan gugus fungsi yang diperoleh antara CMCh dengan gugus fungsi kitosan komersil yang digunakan. Perbedaan yang didapatkan yaitu munculnya gugus C=O, C-O, C-O-C, dan gugus CH dari gugus fungsional alkena pada CMCh yang tidak ada pada kitosan komersil. Adanya vibrasi molekul O-H dan C-O menunjukkan bahwa kitosan telah berhasil disubstitusi oleh asam monokloroasetat yang merupakan senyawa dari grup asam karboksilat. Grup asam karboksilat memiliki gugus karboksil yang bersifat polar sehingga kitosan yang berhasil disubstitusi dapat larut dalam air. Gugus karboksil (-COOH) memiliki sifat polar dan tak terintangi (Fessenden 2006). Gugus C-O pada bilangan gelombang 1.250 cm-1 dan 1.149 cm-1 mewakili senyawa (–CH2COOH). Zamani et al. (2010) melaporkan bahwa puncak pada bilangan gelombang 1.728 cm-1 mewakili vibrasi peregangan C=O dan puncak 1.238 cm-1 mewakili vibrasi peregangan ikatan C-O dari senyawa (–CH2COOH). Gugus C-O-C pada bilangan gelombang 1.080 cm-1 menunjukkan bahwa karboksimetilasi terdapat pada gugus hidroksil primer dari kitosan, hal ini sesuai dengan pernyataan Xue et al. (2009) yang melaporkan bahwa semakin kuatnya vibrasi ikatan ether pada bilangan gelombang 1.076 cm-1, dan tidak signifikannya
16 puncak alkohol primer pada bilangan gelombang 1.031 cm-1 menunjukkan bahwa karboksimetilasi terdapat pada gugus hidroksil primer dari kitosan.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Perbedaan konsentrasi NaOH dalam proses alkalisasi mempengaruhi persentase kelarutan serta viskositas CMCh yang dihasilkan. Hasil CMCh terbaik terdapat pada perlakuan konsentrasi NaOH sebesar 10 M. Nilai persentase rendemen pada perlakuan alkalisasi menggunakan 10 M NaOH yaitu sebesar 114,27±1.76%. Nilai pH CMCh pada perlakuan alkalisasi menggunakan 10 M NaOH sebesar 4,00±0,28. Nilai kadar air, kadar abu, dan kadar nitrogen CMCh pada perlakuan alkalisasi dengan 10 M NaOH masing-masing sebesar 12,60±0,35%, 0,49±0,00%, dan 4,52±0,17%. Nilai viskositas dan kelarutan CMCh pada perlakuan alkalisasi dengan 10 M NaOH masing-masing sebesar 7,69±0,27 cps dan 91,50±0,71%. Spektrum FTIR CMCh menunjukkan munculnya gugus C=O, C−O, C−O−C, dan gugus CH dari gugus fungsional alkena pada CMCh yang tidak ada pada kitosan komersil. Saran Perlakuan penggunaan asam monokloroasetat dengan berbagai konsentrasi yang berbeda serta suhu dan waktu reaksi karboksimetilasi dalam pembuatan CMCh dapat dilakukan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap karakteristik fisika-kimia CMCh. Pengujian kelarutan CMCh dalam berbagai rentang pH dapat dilakukan untuk mengetahui tingkat kelarutan CMCh dalam pH asam maupun basa. Banyaknya gugus karboksimetil mensubsitusi kitosan dapat diketahui dengan pengujian derajat substitusi. Penelitian tentang perubahan warna yang terjadi pada CMCh dapat dilakukan untuk mengetahui mekanisme dan faktor yang menyebabkan perubahan warna pada CMCh.
DAFTAR PUSTAKA An TN, Thien DT, Dong NT, Dung PL. 2009. Water-soluble Ncarboxymethylchitosan derivatives: preparation, characteristics and its application. Carbohydrate Polymers. 75:489-497. [AOAC] Association of official Analytical Chemist. 2005. Official Method of Analysis of the Association of Official Analytical of Chemist. Virginia (US): Published by The Association of Analytical Chemist, inc. [BSN] Badan Standarisasi Nasional. 1998. Cara Uji Viskositas Larutan Karboksimetil Selulosa (CMC). SNI 06-4558-1998. Jakarta: Bandar Standarisasi Nasional.
17 Basmal J, Prasetyo A, Fawzya YN. 2005a. Pengaruh konsentrasi asam monokloro asetat dalam proses karboksimetilasi kitosan terhadap karboksimetil kitosan yang dihasilkan. Jurnal Penelitian Perikanan Indonesia. 11(8):1-9. Basmal J, Andhita D, Sediarso. 2005b. Pengaruh alkalinasi selulosa terhadap produksi sodium karboksimetil selulosa. Jurnal Penelitian Perikanan Indonesia. 11(4):61-70. Basmal J, Prasetyo A, Farida Y. 2007. Pengaruh suhu eterifikasi terhadap kualitas dan kuantitas kitosan larut air yang dibuat dari cangkang rajungan. Jurnal Pascapanen dan Bioteknologi Kelautan dan Perikanan. 2(2): 99-106. Central Connecticut State University. Table of IR Absorptions. www.ccsu.edu. [17 September 2013] Domsay TM, Robert. 1985. Evaluation of Infra Red Spectroscopic Techniques for analyzing Chitosan. Journal Macromol Chemical. 186:1671. Fessenden R. J, Fessenden J.S. 2006. Kimia Organik. Jakarta: Erlangga. Ibrahim B, Suptijah P, Prantommy. 2009. Pemanfaatan kitosan pada pengolahan limbah cair industri perikanan. Jurnal Pengolahan Hasil Perikanan. 12(2):154166. Khalil M. 2007. Kajian pengolahan dan toksisitas khitosan larut air dengan menggunakan tikus putih (Rattus norvegicus) [tesis]. Bogor (ID): Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Kim SOK. 2004. Physicochemical and functional properties of crawfish chitosan as affected by different processing protocols [tesis]. Seoul (KR). Seoul National University. Kim SK. 2012. Marine Cosmeceuticals Trend and Prospect. United State of America: CRC Press. Kurniasih M, Kartika D. 2011. Sintesis dan karakterisasi fisika-kimia kitosan. Jurnal Inovasi. 5(1): 42-48. Miao J, Chen G, Gao C, Dong S. 2008. Preparation and characterization of N,Ocarboxymethyl chitosan/Polysulfone composite nanofiltration membrane crosslinked with epichlorohydrin. Desalination. 233: 147-156. Miranda ME, Rodrigues CA, Bresolin TMB, Freitas RA, Teixeira E. 2003. Rheological aspect of n-carboxymethyl chitosan in diluted solutions. Alimentos e Nutrição Araraquara. 14(2):141-147. Mourya VK, Inamdar NN, Tiwari A. 2010. Carboxymethyl chitosan and its applications. Advanced Materials Letters. 1(1):11-33. Oberholzer ID. 2003. Evaluation of the enzyme inhibitory effect of carboxymethylated chitosan [disertasi]. Potchefstroom (AZ): Potchefstroomse Universiteit Vir Christelike Hoer Onderwys. Oktavia DA, Wibowo S, Fawzya YN. 2005. Pengaruh jumlah monokloro asetat terhadap karakteristik karboksimetil kitosan dari kitosan cangkang dan kaki rajungan. Jurnal Penelitian Perikanan Indonesia. 11(4):79-88. Pebriani HR, Rilda Y, Zulhadjri. 2012. Modifikasi komposisi kitosan pada proses sintesis komposit TiO2-Kitosan. Jurnal Kimia Unand. 1(1):40-47. Poeloengasih CD, Hernawan, Angwar M. 2008. Isolation and characterization of chitin and chitosan prepared under various processing times. Indonesia Journal Chemical. 8(2):189-192.
18 Santoso PS, Sanjaya N, Ayucitra A, Antaresti. 2012. Pemanfaatan kulit singkong sebagai bahan baku pembuatan natrium karboksimetil selulosa. Jurnal Teknik Kimia Indonesia. 11(3):124-131. Sofia I, Pirman, Haris Z. 2010. Karakterisasi fisikokimia dan fungsional kitosan yang diperoleh dari limbah cangkang udang windu. Jurnal Teknik Kimia Indonesia. 9(1):11-18. Sugita P, Wukirsari T, Sjahriza A, Wahyono D. 2009. Kitosan Sumber Biomaterial Masa Depan. Bogor: IPB Press. Wijayani A, Ummah K, Tjahjani S. 2005. Karakterisasi karboksimetil selulosa (CMC) dari eceng gondok (Eichornia crassipes (Mart) Solms). Indonesia Journal Chemical. 5(3):228-231. Wuxi Asailuo. 2013. Carboxymethyl Chitosan. asl888.en.made-in-china.com [27 Agustus 2013]. Xue X, Li L, He J. 2009. The performance of carboxymethyl chitosan in wash-off reactive dyeing. Carbohydrate Polymers. 75:203-207. Zahid A. 2012. Uji efektivitas kitosan mikrokristalin sebagai alternatif zatantibakteri alami dalam mouthwash [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Zahiruddin W, Ariesta A, Salamah E. 2008. Karakteristik mutu dan kelarutan kitosan dari ampas silase kepala udang windu (Penaeus monodon). Buletin Teknologi Hasil Perikanan. 11(2):140-151. Zamani A, Henriksson D, Taherzadeh MJ. 2010. A new foaming technique for production of superabsorbents from carboxymethyl chitosan. Carbohydrate Polymers. 80:1091-1101.
19
LAMPIRAN Lampiran 1 Tabel analisis data dengan One Way ANOVA SPSS 17.0 Uji ANOVA Uji Lanjut Duncan Parameter Grup Nilai Sig. P1 P2 P3 Rendemen 0,092 pH 0,136 Kadar Air 0,787 Karakteristik limbah Kadar Abu 0,465 Kadar Nitrogen 0,124 Viskositas 0,015 a b b Kelarutan 0,023 a a b
20 Lampiran 2 Dokumentasi pelaksanaan penelitian
Proses alkalisasi
Proses karboksimetilasi
21
Proses pencucian
Proses pengeringan
22
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Serang tanggal 27 November 1991. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Wawan Sutiawan dan Ibu Junaiah. Penulis telah menempuh pendidikan di SDN 12 Serang lulus tahun 2003, SMPN 1 Serang lulus tahun 2006, SMAN 1 Kota Serang lulus tahun 2009. Penulis diterima di Institut Pertanian Bogor pada Program Studi Teknologi Hasil Perairan melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Selama menjalani masa studi, penulis aktif sebagai asisten praktikum Metode Statistika (2011), asisten praktikum Teknologi Pengolahan Hasil Perairan (2012-2013), dan asisten praktikum Teknologi Pengembangan Kitin dan Kitosan (2013). Penulis juga aktif dalam organisasi kemahasiswaan kampus sebagai pengurus Himpunan Mahasiswa Teknologi Hasil Perairan (HIMASILKAN) (2011-2012) sebagai anggota Divisi Sosial Kemasyarakatan Peduli Pangan, pengurus majalah EMULSI (2011-2012), serta aktif dalam berbagai kepanitiaan di lingkungan Institut Pertanian Bogor. Penulis merupakan penerima beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) sejak tahun 2010.
