Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan LARUTAN ANTI-ICING DENGAN BAHAN DASAR PROPILEN GLIKOL DAN KITOSAN Winarti Zahiruddin1, Bambang Riyanto2 dan Muhammad Ubit M. Adam2 ABSTRAK Deicing didefinisikan sebagai suatu proses menghilangkan akumulasi salju, embun beku, lumpur salju dan es dari suatu permukaan lapisan, celah atau engsel yang biasa terjadi pada pesawat terbang. Deicing yang menggunakan tambahan bahan pengental dalam penggunaannya dapat disebut juga sebagai anti-icing. Anti-icing adalah suatu proses pencegahan terhadap akumulasi salju, lumpur salju, pasir dan es pada permukaan bagian kritis pesawat terbang atau tempat-tempat lainnya yang dapat mengganggu mobilitas pesawat. Kitosan adalah salah satu thickener agent yang dapat digunakan sebagai bahan pengental pada larutan anti-icing. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efektivitas kitosan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan bahan anti-icing dan pengaruhnya pada pembentukan bunga es. Penelitian ini terdiri dari 2 tahap, tahapan penelitian yang pertama yaitu penentuan penambahan kitosan yang paling baik. Tahap kedua yaitu menentukan efektivitas larutan antiicing terbaik hasil penelitian tahap pertama. Pada tahap penentuan penambahan kitosan yang paling baik, holdovertime perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 0,5 %; 1 % dan 1,5 % adalah 70, 90 dan lebih dari 120 menit. Holdovertime perlakuan propilen glikol tanpa larutan kitosan adalah 50 menit dan holdovertime perlakuan tanpa pemberian larutan anti-icing (kontrol) adalah 0 menit. Perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 0,5 % adalah perlakuan terbaik dan perlu diuji efektivitasnya karena memiliki holdovertime paling lama dibandingkan perlakuan lain yang masuk dalam kisaran waktu 30-80 menit. Efektivitas propilen glikol dan kitosan diukur berdasarkan berat bunga es yang terbentuk. Semakin sedikit bunga es maka semakin efektif propilen glikol dan kitosan mencegah pembentukan bunga es. Berat bunga es yang dihasilkan oleh perlakuan propilen glikol dengan penambahan kitosan 0,5 % pada jam ke-8, 16 dan 24 adalah 0,80 gram; 1,02 gram dan 2,89 gram. Perlakuan propilen glikol tanpa penambahan kitosan pada jam ke-8, 16 dan 24 menghasilkan bunga es dengan berat 1,05 gram; 1,60 gram dan 3,12 gram. Sedangkan berat bunga es yang terbentuk pada perlakuan kontrol jam ke-8, 16 dan 24 adalah 1,29 gram; 1,72 gram dan 3,68 gram. Berdasarkan hasil tersebut diketahui bahwa penambahan kitosan pada propilen glikol efektif mencegah pembentukan bunga es. Kata kunci : Anti-icing, propilen glikol, kitosan.
PENDAHULUAN Pesawat terbang telah menjadi pilihan utama masyarakat dalam bertansportasi sejak awal abad 20, karena selain waktu tempuh yang singkat, juga dianggap lebih baik dalam segi kenyamanan. Penerbangan di Indonesia pada awalnya bertujuan untuk mengangkut pos dan dilakukan oleh dinas penerbangan militer. Sejak tanggal 26 Januari 1949 Indonesian Airways diresmikan sebagai maskapai penerbangan resmi di Indonesia, kemudian berganti nama menjadi “Garuda Indonesia Airways” pada tanggal 31 Maret 1950. Kehadiran Garuda Indonesia memiliki peran penting terhadap kemajuan perekonomian Indonesia, baik nasional maupun secara internasional. Hal ini dibuktikan dengan semakin meningkatnya jumlah penerbangan hingga saat ini (Sumbodo 2008). Jumlah penerbangan pesawat di 10 bandara internasional Indonesia pada tahun 1999 adalah 166.476 penerbangan dan meningkat menjadi 510.570 penerbangan pada tahun 2007. Selain peningkatan pada jumlah penerbangan, terjadi juga peningkatan pada jumlah penumpang yang menggunakan pesawat untuk bepergian. Pada tahun 1999 jumlah penumpang yang bepergian dengan menggunakan pesawat terbang adalah 10.826.521 penumpang dan meningkat menjadi 44.710.002 penumpang pada tahun 2007 (Angkasa Pura II 2007).
1 2
Alumni Departemen Teknologi Hasil Perairan, IPB Staf Pengajar Departemen Teknologi Hasil Perikanan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB, Bogor
378
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan Peningkatan pengguna pesawat terbang juga terjadi di wilayah lainnya. Rata-rata jumlah penerbangan pesawat setiap hari di Eropa selama tahun 1997 adalah 20.615 penerbangan. Pada tahun 2007 rata-rata jumlah penerbangan pesawat setiap hari di Eropa telah mencapai 28.154 penerbangan atau meningkat 36,57 % (Waldinger 2008). Penerbangan di Amerika Serikat juga mengalami peningkatan jumlah penerbangan dan jumlah penumpang selama rentang waktu 1996-2006. Rata-rata peningkatan jumlah penerbangan di Amerika Serikat dalam rentang waktu 1996-2006 sebesar 6,7 %. Sedangkan rata-rata peningkatan jumlah penumpang selama rentang waktu tersebut sebesar 3,6 % (International Civil Aviation Organization 2008). Meningkatnya jumlah penerbangan juga diiringi dengan meningkatnya standar keamanan yang digunakan dalam dunia penerbangan. Menurut European Aviation Safety Agency (2008), selama rentang tahun 1945-1997 terjadi penurunan probabilitas kecelakaan pesawat terbang dari 5 menjadi 0,05 kecelakaan per 100.000.000 mil penerbangan. Pada akhir tahun 2008, diestimasikan probabilitas kecelakaan pesawat terbang menurun menjadi 0,01 per 100.000.000 mil penerbangan. Meskipun probabilitas kecelakaan pesawat terbang semakin menurun, namun rata-rata kecelakaan fatal per 10.000.000 penerbangan semakin meningkat. Tiga wilayah peringkat teratas yang memiliki rata-rata kecelakaan fatal terbesar adalah Afrika (48,1); Eropa bagian utara (25,6) dan Eropa bagian tengah (20,6). Terdapat beberapa faktor yang berpotensi sebagai penyebab kecelakaan dalam pesawat terbang, seperti kasus gagal lepas landas (take off) yang bisa disebabkan kurangnya daya mesin, kesalahan manusia (human error) ataupun gangguan pada sistem kontrol pesawat. Berdasarkan catatan (Lee et al. 2001) kasus-kasus penyebab kecelakaan pesawat untuk penerbangan internasional banyak disebabkan oleh sistem kontrol pesawat yang kurang berfungsi dengan baik. Umumnya maskapai penerbangan dan industri pesawat terbang sudah menggunakan beberapa bahan kimia pada badan pesawat yang berfungsi sebagai penghilang sekaligus pencegah timbulnya es dan kotoran (deicing anti-icing) seperti etilen glikol dan propilen glikol (Wijk dan Karlberg 1993). Etilen glikol dan propilen glikol merupakan golongan alkohol yang mempunyai 2 gugus –OH (diol) yang biasa digunakan sebagai anti freezing di bidang otomotif. Etilen glikol lebih dulu digunakan sebagai deicing dan anti- icing, karena memiliki titik beku yang rendah sehingga dapat mencegah timbulnya timbunan es pada badan pesawat (Ritter 2001). Namun bahan ini mudah larut dalam air, memiliki nilai Kebutuhan Oksigen Biologis (KOB) yang besar dan sangat toksik terhadap makhluk hidup, oleh karena itu penggunannya dibatasi dan diganti dengan propilen glikol. Jika dilihat dari tingkat toksisitasnya, propilen glikol jauh lebih rendah dari pada etilen glikol (Lee et al. 2001). Penelitian terbaru dari larutan deicing anti-icing saat ini adalah adanya penggunaan bahan yang dapat memfungsikan larutan deicing anti-icing menjadi kental (Lee et al. 2001). Jia et al. (2007) memaparkan bahwa karaginan adalah salah satu material deicing anti-icing yang berfungsi sebagai pengental serta memiliki sifat tidak toksik. Dalam aplikasinya, propilen glikol juga memiliki beberapa kekurangan dimana salah satunya adalah sifat propilen glikol yang dapat meningkatkan kadar Kebutuhan Oksigen Biologis (KOB) pada suatu wilayah perairan. Oleh karena itu, saat ini dibutuhkan suatu bahan yang memiliki kemampuan pengental serta memiliki kemampuan untuk mengurangi kadar KOB. Salah satu bahan yang mampu berfungsi sebagai pengental dan dapat mengurangi toksisitas adalah kitosan. Kitosan merupakan biopolimer yang berasal dari alam dan diperoleh setelah melalui proses deasetilasi kitin. Kitosan mempunyai dua kutub, yaitu muatan negatif pada gugus OH (hidroksil) dan muatan positif pada gugus NH (amina) (Prashanth dan Tharanathan 2007). Karakterisasi kitosan dapat ditentukan dari kelarutannya dalam asam lemah, seperti asam asetat. Kitosan lebih mudah larut dalam asam asetat 1-2 % dan akan membentuk suatu kompleks ammonium asetat (Tang et al. 2007). Kitosan juga memiliki kemampuan menurunkan nilai Kebutuhan Oksigen Kimiawi (KOK) pada wilayah perairan dengan proses penguraian ion-ion 379
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan logam (Ohkawa et al. 2000). Dengan adanya dua gugus yang dimiliki (hidroksil dan amina), larutan kitosan diduga dapat menjadi bahan tambahan deicing yang lebih baik dibandingkan karaginan. Penggunaan kitosan merupakan terobosan baru untuk industri yang menggunakan bahan anti-icing sebagai pencegah terbentuknya bunga es. Aplikasi kitosan diharapkan akan memberikan kontribusi yang besar dalam industri penerbangan Indonesia, terutama untuk penerbangan internasional. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efektivitas kitosan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan larutan anti-icing selama waktu penghambatan pembentukan bunga es. METODOLOGI Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juni 2008 hingga Februari 2009 bertempat di Laboratorium Karakteristik Bahan Baku Hasil Perairan dan Laboratorium Mikrobiologi Hasil Perairan, Departemen Teknologi Hasil Perairan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan; Laboratorium Rekayasa Proses Pangan, Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bahan baku yang digunakan untuk penelitian ini adalah larutan propilen glikol 90 % (v/v), aquades dan larutan kitosan 5 % (b/v) yang kemudian diencerkan hingga konsentrasi 0,5 %; 1 % dan 1,5 % (b/v). Larutan kitosan yang digunakan dalam penelitian ini dibeli dari PT Araminta Sidhakarya (spesifikasi kitosan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 4.). Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sprayer dengan volume 100 ml, erlenmeyer, pipet, sudip, gelas ukur 50 ml, termometer merk Yenaco dengan suhu terendah -20 oC dan suhu tertinggi 50 oC, pengaduk, timbangan merk Sartorius 5025 dengan ketelitian 1/100, stopwatch, botol sampel volume 100 ml, Viscometer Brookfield LV, plat alumunium (10 x 5 cm) dan freezer Goldstar GR-191 ADA. Tahapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama adalah penentuan penambahan kitosan yang paling baik. Konsentrasi larutan kitosan yang ditambahkan meliputi 0,5 %, 1 % dan 1,5 % (b/v). Rentang konsentrasi ini berdasarkan penelitian Tye et al. (1987) yang menggunakan karaginan dengan konsentrasi 0,05 % - 1,5 %. Jumlah volume kitosan yang digunakan sebanyak 50 ml dari 100 ml larutan antiicing. Parameter uji yang digunakan meliputi holdovertime atau waktu mulai dari plat aluminium disemprotkan larutan anti icing hingga terbentuknya bunga es (menit) serta pengukuran berat awal dan berat akhir es yang terbentuk (gram). Penelitian tahap kedua bertujuan untuk melihat efektivitas campuran propilen glikol dan kitosan hasil terbaik dari penelitian tahap pertama dalam menghambat terbentuknya bunga es dibandingkan dengan larutan anti-icing yang hanya berupa pemberian propilen glikol dan tanpa pemberian larutan anti-icing. Waktu pengamatan yang digunakan meliputi 8, 16 dan 24 jam. Respon pada penelitian ini adalah berat bunga es yang terbentuk. Semakin sedikit bunga es yang terbentuk maka semakin efektif larutan anti-icing tersebut dalam mencegah pembentukan bunga es. Secara lengkap tahapan penelitian yang dilakukan adalah : Penentuan perlakuan kitosan Larutan kitosan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan kitosan 5 % (b/v). Larutan kitosan konsentrasi ini selanjutnya diencerkan dengan aquades menjadi 3 larutan kitosan berbeda dimana konsentrasi masing-masing tersebut adalah 0,5 %, 1 % dan 1,5 % (b/v). Kemudian 50 ml dari larutan kitosan tersebut dicampur dengan 50 ml propilen glikol 90 % (v/v), perbandingan volume larutan kitosan dan propilen glikol adalah 1:1. Campuran tersebut kemudian diaduk hingga merata selama ± 30 detik. Setelah itu masing-masing disemprotkan dengan menggunakan sprayer pada plat aluminium hingga larutan propilen glikol dan kitosan yang ada di dalam sprayer habis. Selain itu dilakukan juga penyemprotan pada plat aluminium dengan menggunakan 380
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan propilen glikol tanpa penambahan kitosan. Kode perlakuan dan jenis perlakuan yang digunakan adalah : A1 = Kontrol (tanpa pemberian larutan anti-icing) A2 = Perlakuan propilen glikol tanpa larutan kitosan A3 = Perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 0,5 % A4 = Perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 1 % A5 = Perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 1,5 % Plat aluminium selanjutnya diletakkan dalam freezer yang memiliki kecepatan blower 605 rpm dengan suhu -5 oC. Pengamatan holdovertime dilakukan setiap 10 menit selama 2 jam. Respon pertama yang diamati pada penelitian ini adalah holdovertime atau waktu yang dihitung mulai dari plat aluminium diberi perlakuan hingga terbentuknya bunga es. Holdovertime terbaik adalah waktu yang paling lama dan berada pada kisaran waktu 30-80 menit (Lemma 1998). Respon yang kedua adalah berat bunga es. Bunga es yang terbentuk pada plat aluminium ditimbang secepat mungkin agar bunga es tidak mencair. Viskositas setiap perlakuan diukur dengan menggunakan Viscometer Brookfield LV (gambar alat yang digunakan ada pada Lampiran 5.). Spindle yang digunakan adalah spindle nomor 1 dengan kecepatan putaran 60 rpm. Semakin besar nomor spindle maka larutan yang diuji semakin kental. Larutan yang akan diuji viskositasnya dimasukkan ke dalam botol ukur. Kemudian spindle yang dipasang pada bagian bawah viskometer dicelupkan ke dalam larutan yang diuji. Spindle harus tercelup pada larutan hingga mencapai batas yang ditentukan agar jarum penunjuk viskometer dapat membaca viskositas larutan yang diuji. Saat viskometer dinyalakan spindle akan berputar dan jarum penunjuk pada viskometer akan bergerak menunjukkan seberapa besar viskositas dari larutan yang diuji. Penentuan efektivitas campuran propilen glikol dan kitosan Penelitian tahap kedua bertujuan untuk melihat efektivitas campuran propilen glikol dan kitosan hasil terbaik dari penelitian tahap pertama dalam menghambat terbentuknya bunga es dibandingkan dengan pemberian propilen glikol tanpa kitosan dan kontrol yaitu tanpa pemberian larutan anti-icing. Pada penelitian tahap kedua ini terdapat 2 faktor pengujian yaitu pemberian larutan anti-icing dan lama waktu penyimpanan plat aluminium dalam freezer dimana setiap faktor memiliki 3 taraf berbeda. Taraf pada faktor pertama adalah: B1 = Campuran propilen glikol dan kitosan yang paling baik hasil penelitian tahap pertama B2 = Propilen glikol tanpa kitosan B3 = Kontrol (tanpa pemberian larutan anti-icing) Faktor kedua adalah lama waktu penyimpanan dalam freezer dengan taraf sebagai berikut : C1 = 8 (delapan) jam C2 = 16 (enam belas) jam C3 = 24 (dua puluh empat) jam B1 dan B2 disiapkan dalam sprayer berukuran 100 ml, kemudian dilakukan penyemprotan pada 2 plat yang berbeda masing-masing 2 kali ulangan. Plat yang telah disemprot dengan B1 dan B2 kemudian dimasukkan ke dalam freezer selama 24 jam. Respon pertama yang diamati pada penelitian tahap kedua ini adalah berat bunga es yang terbentuk. Penimbangan bunga es dilakukan pada jam ke-8, 16 dan 24. Penimbangan harus dilakukan secepat mungkin agar tidak ada bunga es yang mencair dalam proses penimbangan tersebut. Respon yang kedua adalah holdovertime.
381
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan Prosedur Pengujian Holdovertime Holdovertime dihitung mulai dari plat aluminium dimasukkan ke dalam freezer hingga terbentuknya bunga es pada lapisan permukaan plat aluminium. Plat aluminium yang telah dimasukkan ke dalam freezer diamati setiap 10 menit selama 2 jam. Plat aluminium yang lapisan permukaannya mulai terbentuk bunga es diangkat dan dihitung waktu pembentukannya dengan menggunakan stopwatch. Berat bunga es Bunga es terbentuk karena adanya udara yang masuk ke dalam freezer atau ruangan yang memiliki suhu maksimal 0 °C. Untuk bisa menjadi bunga es udara tersebut membutuhkan media tumbuh baik mikroskopis seperti CO2 dan N2 maupun makroskopis seperti besi sebagai tempat pembentukannya. Pengujian berat bunga es yang terbentuk pada plat aluminium di dalam freezer dilakukan bersamaan dengan pengujian holdovertime. Plat aluminium yang lapisan permukaannya mulai terbentuk bunga es dikeluarkan dari freezer. Bunga es yang terbentuk kemudian dikerik dengan menggunakan sudip dan ditimbang beratnya. Penimbangan harus dilakukan secepat mungkin untuk mencegah pencairan bunga es karena adanya kenaikan suhu lingkungan. Analisis Data Analisis data yang digunakan untuk penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap Faktorial (RAL Faktorial) dengan dua kali ulangan (Steel dan Torrie 1993). Data yang diperoleh dari penelitian sebelumnya dianalisis dengan menggunakan software Microsoft Excel 2007 dengan metode Rancangan Acak Lengkap Faktorial atau Anova Two Factor With Replication. Faktor pertama dalam rancangan ini yaitu pemberian larutan anti-icing (propilen glikol dengan kitosan, propilen glikol tanpa kitosan dan kontrol). Sedangkan faktor kedua adalah lama waktu penyimpanan dalam freezer (8, 16 dan 24 jam). Respon yang diamati adalah berat bunga es yang terbentuk serta interaksi antara waktu dan pemberian larutan anti-icing. HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan Perlakuan Kitosan Kitosan mampu meningkatkan kekentalan dari propilen glikol. Meningkatnya kekentalan dari propilen glikol membuat waktu yang dibutuhkan untuk terjadinya timbunan bunga es lebih lama, karena propilen glikol lebih lama bertahan pada suatu lapisan permukaan. Konsentrasi kitosan paling baik yang digunakan sebagai bahan tambahan pada propilen glikol diukur berdasarkan 2 parameter yaitu holdovertime dan berat bunga es. Holdovertime Holdovertime menjadi salah satu bagian dalam panduan prosedur pemeriksaan sebelum keberangkatan pesawat, khususnya untuk negara-negara yang memiliki 4 musim. Adanya holdovertime memberikan informasi waktu yang efektif dari suatu larutan anti-icing untuk menghilangkan sekaligus mencegah akumulasi es dan kotoran pada suatu lapisan permukaan akan lebih mudah didapatkan (Nixon dan Williams 2001). Semakin tinggi konsentrasi kitosan yang ditambahkan pada propilen glikol maka waktu untuk terbentuknya bunga es akan semakin lama. Holdovertime A1 (kontrol) memperlihatkan waktu sebesar 0 menit, holdovertime A2 (propilen glikol tanpa penambahan kitosan) 50 menit dan holdovertime perlakuan A3 (propilen glikol dengan kitosan 0,5 %) adalah 70 menit. Sedangkan holdovertime A4 (propilen glikol dengan kitosan 1 %) adalah 90 menit dan holdovertime A5 (propilen glikol dengan kitosan 1,5 %) adalah lebih dari 120 menit (>120 menit). Holdovertime masing-masing perlakuan dapat dilihat pada Gambar 5.
382
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan Holdovertime menunjukkan daya tahan larutan anti-icing untuk menghambat terbentuknya bunga es pada suatu lapisan permukaan dari timbunan bunga es atau salju dalam selang waktu tertentu. Suatu larutan anti-icing dapat dikatakan ideal jika memiliki holdovertime berkisar antara 30-80 menit (Lemma 1998). Berdasarkan hasil yang didapat maka larutan yang dapat digunakan untuk penelitian selanjutnya adalah A2 dan A3, karena memiliki holdovertime yang masuk kategori ideal. A2 memiliki holdovertime sebesar 50 menit sedangkan A3 memiliki holdovertime 70 menit. Hal tersebut dapat dilihat dari bunga es pada lapisan permukaan aluminium perlakuan A2 yang mulai terbentuk setelah pengamatan pada menit ke-60, sedangkan pada A3 bunga es mulai terbentuk pada menit ke-80. Perlakuan A3 dapat disebut sebagai perlakuan yang terbaik karena memiliki holdovertime yang lebih lama dari perlakuan A2. Selain itu, holdovertime A3 juga masuk dalam kisaran holdovertime antara 30-80 menit.
Gambar 5. Grafik holdovertime dan berat bunga es dari larutan anti-icing pada berbagai perlakuan yang dicobakan Berdasarkan hasil penelitian tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar konsentrasi kitosan yang dicampurkan pada propilen glikol maka holdovertime akan semakin lama. Penggunaan kitosan mampu meningkatkan kekentalan dari propilen glikol. Campuran propilen glikol dan kitosan diduga mampu menghambat pembentukan bunga es dengan membentuk suatu lapisan pada permukaan plat aluminium sehingga uap air atau udara tidak berubah menjadi bunga es. Uap air dan udara yang menempel pada lapisan tersebut membutuhkan suhu lebih rendah untuk membentuk bunga es karena propilen glikol memiliki titik beku yang rendah. Propilen glikol dapat menurunkan titik beku pada suatu lapisan permukaan dengan cara menghalangi bergabungnya molekul-molekul air dalam proses pembekuan sehingga titik beku menjadi lebih rendah. Titik beku dari propilen glikol lebih rendah dari etilen glikol yaitu sebesar -51 °C dan dapat diturunkan lagi hingga suhu -60 °C dengan modifikasi konsentrasi (Ritter 2001). Kitosan juga diduga berikatan baik dengan propilen glikol sehingga gaya tarik menarik antara propilen glikol dan lapisan permukaan cukup kuat. Kemampuan kitosan untuk membentuk gel lebih baik dari polimer lain seperti karaginan karena kitosan memiliki gugus hidroksil dan amina sehingga gel yang terbentuk lebih stabil (Rinaudo 2006). Hal tersebut dapat dilihat dari hasil perbandingan viskositas antara campuran propilen glikol dan kitosan dengan campuran propilen glikol dan karagenan hasil penelitian Tye et al. (1987) pada Gambar 6. Hasil perbandingan memperlihatkan bahwa viskositas campuran propilen glikol dan kitosan 0,5 %; 1 % dan 1,5 % adalah 14,5 cP; 16,4 cP dan 24,5 cP. Sedangkan propilen glikol dan karagenan 0,5 %; 1 % dan 1,5 % adalah 154,5 cP; 180 cP dan 225 cP. Kitosan berbentuk spesifik dan mengandung gugus amino dalam rantai karbonnya. Hal ini menyebabkan kitosan bermuatan positif yang berlawanan dengan polisakarida lainnya (Tang et al. 2007). Kitosan yang larut dalam asam mempunyai keunikan membentuk gel yang stabil dan mempunyai dua kutub, yaitu muatan negatif pada gugus hidroksil dan muatan positif pada gugus amina.
383
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan
Gambar 6. Grafik perbandingan viskositas campuran propilen glikol kitosan dan propilen glikol karagenan Berat bunga es Berdasarkan Gambar 4 dapat juga dilihat bahwa berat awal bunga es yang terbentuk pada perlakuan A1 adalah 0,02 gram. Seiring dengan bertambahnya waktu maka berat bunga es yang terbentuk juga terus meningkat. Pada menit 120 yang merupakan akhir penelitian, berat bunga es yang terbentuk sebesar 0,14 gram. Pada perlakuan A2, berat awal bunga es yang terbentuk adalah 0,02 gram dan meningkat menjadi 0,06 gram setelah 120 menit. Pada perlakuan A3, berat awal bunga es yang terbentuk adalah 0,02 gram dan meningkat menjadi 0,05 gram setelah 120 menit. Pada perlakuan A4 berat awal bunga es yang terbentuk sebesar 0,02 gram dan meningkat menjadi 0,03 gram setelah 2 jam. Sedangkan untuk perlakuan A5 berat awal bunga es awal yang terbentuk tidak diketahui karena hingga 120 menit yang merupakan akhir dari penelitian tidak terjadi pembentukan bunga es pada lapisan permukaan plat aluminium. Semakin lama waktu penyimpanan maka berat bunga es yang terbentuk semakin besar. Berdasarkan Gambar 5 dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi kitosan yang ditambahkan ke dalam propilen glikol maka semakin sedikit jumlah bunga es yang terbentuk pada akhir penelitian. Adanya modifikasi kekentalan propilen glikol dengan menggunakan kitosan mampu menghambat pembentukan bunga es. Suatu bahan pengental dapat ditambahkan pada larutan berbasis glikol sehingga meningkatkan daya adhesi dari larutan tersebut (Tye et al. 1987). Munculnya timbunan bunga es dapat terjadi bila holdovertime dari larutan antiicing telah terlewati sehingga kemampuan dalam mencegah pembentukan bunga es hilang (Beisswenger 2006). Timbunan bunga es mulai terbentuk pada suhu 0°C dan semakin lama akan semakin terakumulasi. Bunga es terbentuk karena adanya udara yang masuk ke dalam freezer atau ruangan yang memiliki suhu maksimal 0 °C. Untuk bisa menjadi bunga es udara tersebut membutuhkan media tumbuh baik mikroskopis seperti CO2 dan N2 maupun makroskopis seperti besi sebagai tempat pembentukannya. Seiring dengan berjalannya waktu maka jumlah udara yang kemudian berubah menjadi bunga es akan semakin banyak (Brookes 2006). Rata-rata berat bunga es yang terbentuk selama 2 jam dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Berat rata-rata bunga es yang terbentuk dari campuran propilen glikol kitosan dengan konsentrasi berbeda, propilen glikol tanpa kitosan dan kontrol
384
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan Efektivitas Campuran Propilen Glikol dan Kitosan Campuran propilen glikol dan kitosan dapat dikatakan efektif bila mampu menghambat pembentukan bunga es pada lapisan permukaan plat aluminium yang telah dilapisi. Parameter yang diamati adalah berat bunga es dan lama waktu penyimpanan dalam freezer. Diagram batang berat pembentukan bunga es pada plat aluminium dapat dilihat pada Gambar 8. 4,00 3,50
Gambar 8. Perbandingan rata-rata berat bunga es yang terbentuk dari perlakuan propilen glikol dengan kitosan, propilen glikol tanpa kitosan dan kontrol (tanpa perlakuan apapun). Hasil penelitian memperlihatkan bahwa berat bunga es perlakuan B1 (propilen glikol dengan kitosan), B2 (propilen glikol tanpa kitosan) dan B3 (kontrol) yang terbentuk pada jam ke-8 adalah 0,80 gram; 1,05 gram dan 1,29 gram. Berat bunga es perlakuan B1, B2 dan B3 pada jam ke-16 adalah 1,02 gram; 1,60 gram dan 1,72 gram. Sedangkan untuk jam k-24 berat bunga es yang terbentuk pada perlakuan B1, B2 dan B3 adalah 2,89 gram; 3,12 gram dan 3,68 gram. Rendahnya berat es pada perlakuan B1 terjadi karena propilen glikol menurunkan titik beku pada lapisan permukaan plat aluminium. Mekanisme kerja propilen glikol adalah dengan cara menurunkan titik beku atau freezing point (Samuels et al. 2006). Propilen glikol menghalangi bergabungnya molekul-molekul air dalam proses pembekuan sehingga titik beku dari permukaan plat aluminium yang disemprot dengan propilen glikol menjadi lebih rendah (Puspitasari 2009). Propilen glikol memiliki titik beku yang rendah yaitu -51 °C dan dapat diturunkan lagi hingga suhu -60 °C dengan modifikasi pengenceran (Ritter 2001). Selain itu penggunaan kitosan diduga mampu memperbaiki kekentalan dari propilen glikol sehingga menunda pembentukan bunga es. Adanya partikel terlarut dalam air akan menurunkan titik beku larutan tersebut, karena pada peristiwa pembekuan molekulmolekul air yang akan bergabung terhalang oleh partikel terlarut. Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa pemberian propilen glikol baik yang dicampur kitosan maupun yang tidak dicampur kitosan menunjukkan hasil yang berbeda nyata (Lampiran 2). Hasil dari uji lanjut Beda Nyata Terkecil menunjukkan bahwa perlakuan B1 memberikan respon yang paling baik karena jumlah bunga es yang dihasilkan paling sedikit dan berbeda nyata dengan perlakuan B2 dan B3. Dengan uji BNT juga dapat diketahui bahwa perlakuan B2 berbeda nyata dengan B3 karena selisih nilai tengah perlakuan B2 dan B3 lebih besar dari nilai BNT sehingga dapat disimpulkan bahwa perlakuan B2 dan B3 berbeda nyata terhadap pembentukan bunga es (Lampiran 3). Adanya zat terlarut akan mengganggu gaya kohesif normal antar molekul air sehingga semakin sulit bagi molekul air untuk membentuk struktur kristal pada suhu pembekuan normal. Sulitnya suatu molekul air membentuk struktur kristal berakibat pada semakin rendahnya suhu yang dibutuhkan untuk penataan ulang struktur kristal pelarut dan terlarut (Puspitasari 2009). Kekentalan dari propilen glikol juga meningkat dengan penggunaan kitosan sehingga propilen glikol lebih lama bertahan pada permukaan yang disempotkan. Perlakuan propilen glikol dan kitosan menghasilkan bunga es dengan jumlah yang paling sedikit karena kitosan dapat memberikan pelapisan terhadap permukaan plat aluminium sehingga pembentukan bunga es dapat dihambat. Suatu bahan pengental dapat ditambahkan pada larutan berbasis glikol sehingga meningkatkan daya adhesi dari larutan tersebut (Tye et al. 1987).
385
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan Saat bahan pelapis ditempatkan pada permukaan suatu material maka akan terbentuk 2 gaya yang berbeda yaitu kohesi dan adhesi. Kohesi terjadi saat molekul dari bahan pelapis berinteraksi dengan molekul lain yang ada di dalam bahan pelapis tersebut, sedangkan adhesi terjadi saat molekul dari bahan pelapis berinteraksi dengan material yang dilapisinya. Besarnya gaya kohesi akan membuat daya lapis pada material semakin membesar dan mengurangi fleksibilitas dari lapisan film yang terbentuk. Sedangkan besar gaya adhesi dipengaruhi oleh afinitas elektrostatik antara pelapis dan bahan yang dilapisi (Guilbert dan Biquet 1996). Berdasarkan hasil dari analisis ragam dapat diketahui bahwa lama waktu penyimpanan dalam freezer memberikan pengaruh yang nyata terhadap pembentukan bunga es (Lampiran 2). Hasil uji BNT untuk faktor lama waktu penyimpanan dalam freezer menunjukkan bahwa perlakuan C1 memiliki perbedaan yang nyata dengan perlakuan C2 dan perlakuan C3. Selisih nilai tengah perlakuan C1 dan C2 serta selisih nilai tengah perlakuan C1 dan C3 lebih besar dari nilai BNT. Berdasarkan hal tersebut dapat disimpulkan bahwa perlakuan C1 memiliki perbedaan yang nyata dengan perlakuan C2 dan juga memiliki perbedaan yang nyata dengan perlakuan C3. Untuk perlakuan C2 dan C3, selisih nilai tengah perlakuan C2 dan C3 juga lebih besar dari nilai BNT sehingga dapat disimpulkan bahwa perlakuan C2 dan C3 berbeda nyata terhadap pembentukan bunga es (Lampiran 3). Udara yang masuk ke dalam freezer membutuhkan suatu partikel yang berfungsi sebagai tempat pembentukan bunga es. Partikel tersebut dapat berukuran mikroskopis maupun makroskopis. Semakin lama udara tertahan di dalam freezer maka semakin banyak jumlah udara yang terbentuk menjadi bunga es dalam partikel tersebut (Brookes 2006). Untuk interaksi antara pemberian larutan anti-icing dengan perbedaan waktu penyimpanan memperlihatkan bahwa interaksi pemberian propilen glikol dan kitosan dengan waktu penyimpanan dalam freezer tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap pembentukan bunga es. Hal tersebut dapat terjadi diduga karena kemampuan propilen glikol dan kitosan hanya dalam menghambat pembentukan bunga es terbatas hingga 70 menit. Setelah melewati 70 menit bunga es akan terbentuk. Seiring dengan berjalannya waktu maka jumlah udara yang kemudian berubah menjadi bunga es akan semakin banyak (Brookes 2006). KESIMPULAN DAN SARAN Holdovertime perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 0,5 %, 1 % dan 1,5 % adalah 70, 90 dan lebih dari 120 menit. Holdovertime perlakuan propilen glikol tanpa larutan kitosan adalah 50 menit dan holdovertime perlakuan tanpa pemberian larutan anti-icing (kontrol) adalah 0 menit. Perlakuan propilen glikol dengan penambahan larutan kitosan 0,5 % disebut perlakuan yang terbaik dan perlu diuji efektivitasnya karena memiliki holdovertime paling lama dibandingkan perlakuan lain yang masuk dalam kisaran waktu 30-80 menit. Efektivitas propilen glikol dan kitosan diukur berdasarkan berat bunga es yang terbentuk. Semakin sedikit bunga es maka semakin efektif propilen glikol dan kitosan mencegah pembentukan bunga es. Berat bunga es yang dihasilkan oleh perlakuan propilen glikol dengan penambahan kitosan 0,5 % pada jam ke-8, 16 dan 24 adalah 0,80 gram; 1,02 gram dan 2,89 gram. Perlakuan propilen glikol tanpa penambahan kitosan pada jam ke-8, 16 dan 24 menghasilkan bunga es dengan berat 1,05 gram; 1,60 gram dan 3,12 gram. Sedangkan berat bunga es yang terbentuk pada perlakuan kontrol jam ke-8, 16 dan 24 adalah 1,29 gram; 1,72 gram dan 3,68 gram. Berdasarkan hasil tersebut diketahui bahwa penambahan kitosan pada propilen glikol efektif mencegah pembentukan bunga es. Saran yang dapat diberikan adalah perlu adanya uji kekuatan penempelan larutan anti-icing pada lapisan plat aluminium dengan menggunakan blower kecepatan tinggi. Tujuan penelitian tersebut untuk mengetahui batas kemampuan penempelan larutan anti-icing pada suatu lapisan permukaan. Selain itu juga perlu dilakukan pengujian kadar KOB pada lingkungan perairan yang terpapar larutan anti-icing.
386
Seminar Nasional Perikanan Indonesia 2009 3-4 Desember 2009, Sekolah Tinggi Perikanan DAFTAR PUSTAKA Angkasa Pura II. 2007. Laporan Tahunan 2007:Together We Build a Better Future. Jakarta : PT. Angkasa Pura II. Beisswenger A. 2006. Aircraft Deicing and Anti-icing Fluid Testing. Aircraft and Airfield Deicing and Stormwater Conference. Anti-icing Materials International Laboratory. Brooks M. 1999. Get a Grip on Genetics. London : The Ivy Press Limited. European Aviation Safety Agency. 2008. Annual Safety Review 2008. Cologne : Safety Analysis and Research Department of European Aviation Safety Agency. Guilbert S, Biquet B. 1996. Edible films and coatings. Dalam: G. Bureau and J. L. Multon (Ed). Food Packaging Technology. New York:VCH Publishers, Inc.Internatioanal Civil Aviation Organization. 2008. Regional Report:APAC Reinforcing The Principles of Efficiency and Safety in An Unprecedented Era of Growth. Montreal : ICAO Kanada. Jia YT, Gong J, Gu Xy, Kim HY, Dong J, Shen XY. 2007. Fabrication and characterization of polyvinyl alcohol/chitosan blend nanofibers produced by electrospinning method. Carbohydrate Polymers 67 : 403-409 Landsberg B. 2008. Safety Advisor : Aircraft Icing. AOPA Air Safety Foundation. Lee R, Gulley, Meltzer P. 2001. Materials Research Results in Improved Aircraft Antiicing/Deicing Fluid. Air Force Research Laboratory's Materials and Manufacturing. Lemma S. 1998. Anti-icing Fluids. US Patent Issued on 12 May 1998. Nixon WA, Williams AD. 2001. A Guide for Selecting Anti-icing Chemicals. IIHR Technical Report No. 420. Ohkawa K, Yamada M, Nishida A, Nishi N dan Yamamoto H. 2000. Biodegradation of Chitosan-Gellan and Poly(L-lysine)-Gellan Polyion Complex Fibers by Pure Cultures of Soil Filamentous Fungi. Journal of Polymers and the Environment. Prashant KVH, Tharanathan RN. 2007. Chitin/chitosan: modification and their unlimited application potential – an overview. Food Science and Technology vol. 18. Hal : 117-131 Puspitasari D. 2009. Sifat Koligatif Larutan : Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku. Universitas Pendidikan Indonesia e-Learning. Ritter S. 2001. Aircraft Deicers. Chemical & Engineering News. Rinaudo M. 2006. Chitin and Chitosan : properties and applications. Prog. Polym. Sci. 31 : 603-632 Samuels WD, Conkle HN, Monzyk BF, Simmons KL, Frye Jr. JG, Werpy TA, Kuczek SF, Chauhan SP. 2006. Deicing/Anti-icing Fluids. Battelle Memorial Institute, Columbus, OH (US). United States Patent. Patent number 7105105 B2. Steel RD, Torrie JH. 1993. Prinsip dan Prosedur Matematika. Terjemahan : Bambang Sumantri. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Sumbodo S. 2008. Kisah Indonesian Airways dan Kontroversi Sejarah. www. indoflyer.net Tang ZX, Shi LE, Qian JQ. 2007. Neutral lipase from aqueous solutions on chitosan nano-particles. Biochemical Engineering Journal 34 : 217-223 Tye RJ, Wiscasset, Lauterbach GE, Standel PR, Lamoine. 1987. Aircraft anti–icing fluid containing carrageenan. United States Patent. Patent number 4698172. Waldinger P. 2008. Future of Air-Traffic-Management : How to Overcome A Potential Capacity Wall. DFS Deutsche Flugsicherung GmbH Technical University Darmstadt Feldstraße 24 E, D-61352 Bad Homburg, Germany. Wijk A and Bo K. 1993. Determination of Glycol in Aircraft Ground Deicing/Anti-icing Fluids Using Flow Injection with Refractive index Detection. Department of Analytical Chemistry, Stockholm University, Stockholm, Sweden.
387
