MODIFIKASI PEKTIN UNTUK APLIKASI MEMBRAN DENGAN ASAM DIKARBOKSILAT SEBAGAI AGEN PENAUT SILANG
SITI NURJANAH
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRAK SITI NURJANAH. Modifikasi Pektin untuk Aplikasi Membran dengan Asam Dikarboksilat sebagai Agen Penaut Silang. Dibimbing oleh SUMINAR S. ACHMADI dan RIENOVIAR. Penggunaan membran dalam teknik pemisahan dalam berbagai industri semakin luas dan berkembang. Hal ini karena pemisahan dengan menggunakan membran tidak akan mengubah struktur maupun susunan dari zat yang akan dipisahkan, dapat dioperasikan pada suhu ruang, prosesnya dapat dilakukan secara kontinu, dan tidak beracun karena tidak ada tambahan zat kimia lain selama pemisahan. Pektin sebagai bahan alami yang sangat melimpah di alam diharapkan dapat diaplikasikan dalam bidang membran. Pektin memiliki kelarutan yang sangat baik dalam air. Agar dapat diaplikasikan dalam bidang membran, maka diperlukan modifikasi pada gugus fungsinya. Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu penyabunan dan pembentukan taut silang pada pektin dengan reaksi esterifikasi menggunakan asam adipat dan asam oksalat sebagai agen penaut silang. Reaksi penyabunan bertujuan meningkatkan jumlah gugus karboksil agar tempat untuk pertukaran ion lebih banyak. Pektin adipat yang telah disintesis dicirikan menggunakan spektrofotometer inframerah (FTIR) dan analisis termal (DSC). Analisis FTIR pektin adipat menunjukkan penurunan intensitas serapan pada bilangan gelombang 3700-3100 cm-1 . Hal ini menunjukkan adanya perubahan gugus –OH menjadi gugus ester. Analisis FTIR pektin oksalat menunjukkan serapan lebar yang khas pada bilangan gelombang 3443,91 cm-1 mengindikasikan masih adanya gugus hidroksil. Oleh karena itu, asam oksalat tidak dapat digunakan sebagai agen penaut silang di bawah kondisi reaksi ini.Analisis DSC menunjukkan perbedaan yang nyata antara kurva DSC pektin dengan pektin adipat, yaitu menghilangnya puncak kurva pada suhu 153°C pada kurva DSC pektin adipat. Hal ini membuktikan bahwa telah terbentuk senyawa baru dengan titik leleh lebih dari 200°C. Pektin adipat hasil reaksi larut sebagian dalam air dalam waktu yang lama. Oleh karena itu, senyawa ini belum dapat diaplikasikan sebagai membran dalam teknik pemisahan.
ABSTRACT SITI NURJANAH. Modification of pectins for membran application using dicarboxylic acids as crosslink agent. Supervised by SUMINAR S. ACHMADI and RIENOVIAR. Membrane has been widely applied in industrial separation technique. It is because the separation using membrane do not change structure and composition of the material being separated, it could be operated at room temperature, and the process can be done continuously, non-toxic because no chemical is added along the separation process. Pectins as natural material that are largely available is expected to be suitable for membrane making. Pectins have good solubility in water. Pectins need to be modified to be apllicable as membrane. This research was done in two steps, i.e. saponification and cross-link of pectins by esterification using adipic acid and oxalic acid as cross-link agent. The aim of saponification reaction is to increase the number of carboxyl groups that enlarge the ion exchange area. The synthezised adipic pectin was characterizied using infrared spectrophotometer (FTIR) and thermal analysis (DSC). FTIR analysis of adipic pectin showed decrease of intensity in wave number at 3700-3100 cm-1. It means the –OH groups has turned into ester groups. FTIR of pectin oxalic analysis showed spesific large absorption in wave number 3443,91 cm-1, indicating that the hidroxyl group was still remain. Therefore, oxalic acid can not be used as a cross-link agent under the reaction condition. The DSC analysis showed significant difference of curves between the natural pectins and adipic pectins, The adipic pectin did not have peak at 153oC,meaning that that the new material has formed with melting point higher than 200 oC. The adipic pectins was partially soluble in water although it took a long time. It is concluded that the synthesized material is not applicable for membrane used in separation technique.
MODIFIKASI PEKTIN UNTUK APLIKASI MEMBRAN DENGAN ASAM DIKARBOKSILAT SEBAGAI AGEN PENAUT SILANG
SITI NURJANAH
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul Nama NIM
: Modifikasi Pektin untuk Aplikasi Membran dengan Asam Dikarboksilat sebagai Agen Penaut Silang : Siti Nurjanah : G44203010
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ir. Suminar S. Achmadi NIP 130 516 496
Ir. Rienoviar, M.Si NIP 090 021 210
Diketahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal lulus :
PRAKATA Alhamdulillahirrabil’aalamiin, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat, kasih sayang, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang dilaksanakan mulai Juni 2007 sampai Desember 2008 di Laboratorium Kimia Organik FMIPA IPB dan Laboratorium Balai Besar Industri Agro dengan judul Modifikasi Pektin untuk Aplikasi Membran dengan Asam Dikarboksilat sebagai Agen Penaut Silang. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Ibu Suminar Achmadi dan Ibu Rienoviar selaku pembimbing atas segala bimbingan, dorongan semangat, dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih yang tak terhingga kepada kedua orang tua tercinta (mamah dan bapa), adik-adik (Wawan dan Teguh), suami (Ace), dan sahabat-sahabat terbaik (B14, Deby, Elin, dan Rita) yang selalu memberikan doa, dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih sayang kepada penulis. Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Bapak Sabur, Ibu Yenni, Om Eman, dan Mas Heri atas segala sarana dan kemudahan yang telah diberikan. Penghargaan yang tak terhingga tak lupa penulis sampaikan kepada Bapak Farid, Bapak Sjahriza, Kak Budi dan Mbak Tuti atas segala bantuannya, serta kepada teman-teman kimia 40 atas persahabatan yang terjalin selama ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2008
Siti Nurjanah
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sumedang pada tanggal 23 Februari 1985 dari ayah Oting D. Rochmani dan ibu Yati Suhaeminah. Penulis merupakan putri pertama dari tiga bersaudara. Pendidikan formal penulis sampai dengan tingkat SMU diselesaikan di Sumedang. Pada tahun 2003 penulis lulus sari SMUN 1 Sumedang dan pada tahun yang sama lulus dari seleksi masuk IPB melalui jalur USMI. Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Bidang yang diminati penulis adalah Kimia Organik. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia Dasar TPB, Kimia Fisik untuk Program Studi Ilmu Teknologi Pangan (ITP), dan asisten Kimia Lingkungan untuk Program Studi Biokimia. Tahun 2006 penulis melaksanakan praktik lapangan di Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (Puspiptek), Serpong.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................................
x
PENDAHULUAN .......................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA Pektin ................................................................................................................. Polimer ............................................................................................................... Spektrofotometer Inframerah (FTIR).................................................................. Analisis Termal (DSC) .......................................................................................
1 3 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat .................................................................................................. 4 Metode Penelitian ............................................................................................. 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Bahan Baku ................................................................................................ Pektin Tersabunkan ........................................................................................... Pektin Ester ........................................................................................................ Kelarutan ........................................................................................................... Analisis FTIR .................................................................................................... Analisis DSC .....................................................................................................
4 5 6 6 7 8
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................ 9 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 9 LAMPIRAN ................................................................................................................... 11
DAFTAR TABEL Halaman 1. Ciri bahan baku ......................................................................................................... 4 2. Perbandingan sifat fisik pektin dengan pektin tersabunkan ...................................... 5 3. Kelarutan pektin dan pektin adipat............................................................................ 7
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Struktur pektin ........................................................................................................ 1 2.
Contoh termogram hasil analisis DSC ...................................................................... 4
3.
Reaksi saponifikasi pektin......................................................................................... 5
4.
Pektin tersabunkan .................................................................................................... 5
5.
Reaksi taut silang pektin dengan asam adipat sebagai agen penaut silang ............... 6
6.
Pektin oksalat............................................................................................................ 6
7.
Pektin adipat.............................................................................................................. 6
8.
Spektrum FTIR pektin murni .................................................................................... 7
9.
Spektrum FTIR pektin oksalat .................................................................................. 7
10. Spektrum FTIR pektin adipat.................................................................................... 8 11. Kurva DSC pektin murni .......................................................................................... 8 12. Kurva DSC pektin adipat .......................................................................................... 9
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Diagram alir sintesis pektin tersabunkan ..................................................................... 13 2. Diagram alir pembuatan pektin ester ........................................................................... 14
PENDAHULUAN Seiring dengan kemajuan teknologi, penggunaan membran dalam pemisahan di berbagai industri semakin luas dan berkembang. Hal ini karena pemisahan dengan menggunakan membran tidak akan mengubah struktur maupun susunan zat yang akan dipisahkan, dapat dioperasikan pada suhu ruang, prosesnya dapat dilakukan secara berkesinambungan, dan tidak beracun karena tidak ada tambahan zat kimia lain selama pemisahan. Oleh karena itu, teknologi pemisahan dengan membran dapat juga digunakan dalam industri pangan selain pada industri kimia, bioindustri, dan industri pengolahan air dan limbah. Menurut Wenten (1999), membran organik dapat dibuat dari polimer yang memiliki massa molekul yang besar. Polimer yang biasa digunakan sebagai bahan baku membran adalah selulosa asetat, turunan selulosa, poliakrilonitril, poliamida, polisulfon, poliestersulfon, dan poliolefin. Pektin merupakan polisakarida yang banyak terdapat di alam. Senyawa ini dapat diisolasi dari berbagai macam kulit buahbuahan diantaranya kulit jeruk lemon (Fitriani 2003), kulit kakao (Lestari 2004), dan Kulit labu kuning (Andriyani 2005). Pemanfaatan pektin pada umumnya adalah sebagai pengemulsi dan pembentuk jeli. Akhir-akhir ini pektin telah banyak digunakan dalam bidang penyalutan obat (Fernandezhervas & Fell 1998; Sriamornsak 1998; Ahrabi et al. 2000) dan penjerap logam berat (Li et al. 2007). Namun, sampai saat ini belum dilakukan penelitian mengenai sintesis membran dari pektin karena sifat kelarutannya dalam air. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian mengenai modifikasi pektin untuk menghasilkan senyawa yang dapat dijadikan bahan baku membran. Farobie (2006) telah mensintesis pektin asetat melalui reaksi asetilasi. Namun senyawa ini sulit untuk disintesis. Pada penelitian ini dilakukan reaksi taut silang pada pektin untuk menghilangkan sifat kelarutan pektin dalam air. Taut silang pada suatu polimer menyebabkan perubahan sifat polimer. Suatu polimer yang mengalami taut silang memiliki ketahanan terhadap suhu maupun kelarutan yang berbeda dengan polimer asal yang tidak mengalami taut silang (Beck et al. 1992). Taut silang pada pati telah banyak dilakukan dengan mereaksikan pati dengan campuran asam adipat dan suatu anhidrida (Wurzburg 1978). Berdasarkan
pustaka ini, taut silang pada pektin dicoba menggunakan asam dikarboksilat (asam oksalat dan asam adipat) sebagai agen penaut silang.
TINJAUAN PUSTAKA Pektin Pengertian dan Struktur Pektin Pektin pertama kali ditemukan oleh Vakuelin pada tahun 1790 dan istilah pektin pertama kali dipakai oleh Broconot tahun 1825 untuk komponen pembentuk gel yang diperoleh dari buah-buahan (Nussinovitch 1997). Istilah pektin berasal dari bahasa Yunani yang berarti mengental atau menjadi padat. Kelompok senyawa pektin secara umum disebut substansi pektat yang terdiri atas protopektin, asam pektinat, dan asam pektat. Protopektin adalah zat pektat yang tidak larut dalam air (Winarno 1995) dan dapat terhidrolisis oleh asam, alkali, dan air panas sehingga dapat larut (Kertesz 1951). Asam pektinat adalah istilah yang digunakan bagi asam poligalakturonat yang mengandung gugus metil ester dalam jumlah yang cukup banyak. Asam pektinat dalam keadaan yang sesuai mampu membentuk gel dengan ion-ion logam. Asam pektat adalah zat pektat yang seluruhnya tersusun dari asam poligalakturonat yang bebas dari gugus metil ester. Pektin menurut O’Neill et al. (2000) merupakan senyawa polisakarida kompleks yang mengandung residu α-D-galakturonat dengan ikatan α-1,4 (Gambar 1).
Gambar 1 Struktur Pektin Pektin adalah polisakarida yang menyusun sepertiga bagian dinding sel tanaman (dikotil dan beberapa monokotil). Pektin meningkatkan ikatan antara sel dan menguatkan dinding sel. Pektin adalah polimer yang sebagian besar terdiri atas α(1,4)-D-asam galakturonat yang mengandung gugus metil ester pada konfigurasi atom C-2 (Hoejgaard 2004). Komponen lain ialah beberapa gula netral seperti ramnosa, arabinosa, dan galaktosa. Ramnosa terdapat bersama asam galakturonat pada rantai utama
