r.
'"
PEMANFAATAN KITOSAN DARI KULIT KEPmNG (Callimetes sapidus) SEBAGAI KOAGULAN DALAM PENJERNIHAN AIR1) Oleh: lb. Benito A. KumanI2), Dadan Sumlarsa3). dan Nia Rossiana4)
ABSTRAK Penelitian rnengenai "Pemanfaatan sapidus) sebagai Koagulan
Kitosan dati Kerabang Kepiting (Callimetes Air"
dalam Penjcrnihan
telah dilakukan
Kimia Organik FMIPA dan di Laboratorium Toksikologi
dari bulan Februari
sampai
mengetahni produksi kitosan koagulan dalam penjerbihan
dengan
Agustus
2004,
di
Laboratoriurn
Lingkungan Pl:>SDAL-UNPAD Penelitian
ini bertujuan
dati kitin kerabang kepiting dan pemanfataannya air, Pelaksanaan
penelitian
untuk
~_ri
ini rcrdiri dari dua tahap, yaitu
(I) produksi kitosan dari kitin kerabang kepiting; dan (2) evaluasi penurunan kekeruhan air dengan koagulan kitosan, didasarkan
pada tingkat penurunan
koagulasi tawas (allum), Hasil penelitian menunjukkan
kekeruhan
bahwa rendemen
air dengan
isolat kitosan
dan kerabang kepiting adalah sekitar 7,2%, dan kitosan lebih efektif menurunkan tingkat kekeruhan air dibandingkan
dengan allum.
Kala kunci : kerabang kepiting, kitin. kitosan, kekeruhan; penjernlhan air.
2
THE USE OF Call/metes sapldus SHELL'S CHITOSAN AS COAGULANT WATER PURIFICATION PROCESS')
Tb. Benito A. Kumani21,
IN
Oleh: Sumiarsa", dan Nia Rossiana"
D-ddan
ABSTRACT The study on "the use of water purification Faculty
Callimentes
sapidus crab shell's chitosan as a coagulant
in
process" had been carried out at the laboratory of Organic Chemical,
of Mathematics
and Natura] Sciences
Institute of Ecology, Universitas Padjadjaran
and at the laboratory
of toxicology,
from February to August 2005. The aim of
this study was to measure the production of chitosan from crab shell's chitin and its use in water purification process as coagulant. This study stages, namely (1) chitusan production
was performed in two consecutive
from crab shell's chitin, and (2) evaluation
water turbidity removal using chitosan as coagulant compare
to
of
allum. The results of this
study show that the redemption of chitosan isolate from the shell of the crabs is 7.2%, and the chitosan is more effective in removing turbidity than allum
Keywords : crabs' shell, chitin, chitosan; turbidity, water purification
3
PEMANFAATAN KITOSAN DARt KULIT KEPITING (Callimetes sspidus) SEBAGAI KOAGULAN DALAM PENJERNIHAN AIR1)
Oleh: Tb. Benito A. Kurnani1), Dadan Sumiarsa", dan Nia Rosslana"
l.PENDAHULUAN Pertumbuhan
industri pengolahan hasillaut
di Indonesia dari tahun kc tahun terns
meningkat sejalan dengan peningkatan permintaan masyarakat khususnya dari luar negeri ata s makanan sumber protein hewani asal laut. Diantara hasil olahan makanan asal laut diminati adalah daging beku (frozen fillet) kepiting
yang paling banyak
sapidus).
Industri pengolahan
besar untuk dieksport jumlah
banyak.
menimbulkan
ini
dalarn
limb-db kerabang/
waktu
dagingnya cangkang
dalam jumlah kcpiting
han akan busuk
beberapa
dan
dalarn dapat
bau yang pada akhimya dapat mengganggu lingkungan.
adalah
(Subangsinghe,
juga rnenyisakan
Limbah
Bila ditelaah dasamya
kepiting selain menghasilkan
iCallimetes
lebih jauh, limbah industri pengolahan kepiting tersebut pada
senyawa
organik yang sekitar 70% diantaranya
1995). Senyawa ini merupakan biopolimer
seperti
adalah
yang dijumpai pada
serangga dan jamur, yang tersusun dari unit monomer N-asetil-D-glukosamina 2-amino-2-deoksi-D-glukopirnnosa)
monomer
satu dengan
kitin
lainnya
(Nsasctil-
dihubungkan
oleh
ikatan P(J-4) (Tokura dan Nishi, 1995). Kitin tidak larut dalam air, larutan basa, larutan
a.s am encer maupun
pelarut organik, namun larut dalam asam pckat seperti Hel, H2S04,
HN03, H3P04 dan HCOOH anhidrida. rcaktif, sehmgga pemanfaatannya
Dibandingkan
dengan
selulosa,
kitin kurang
tidak sebanyak seperti biopolimer selulosa.
dapat dirnanfaatkan hila diubah menjadi kitosan dengan menghilangkan
Kitin barn
gugus metil pada
1) Disajikan pada Sirnposium Kebudayaan Indonesia-Malaysia IX, Universitas Padjadjardll- Universiti Kebangsaan Malaysia. 8andung. Indonesia 10-12 Mel 2005 2) Staf Pcngajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran. 3) Staf Pengajar Jurusan Kimia Fakultas Matematik dan Ilmu Pengetahuan Alarn Universitas Padja-djaran 4) Staf Pengaiar Jurusan Biologi Fakultas Matematik dan Ilmu Pcngetahuan Alam Universitas Padja-djaran
4
kitin tcrsebut
(melalui
merniliki
gugus
keasaman
(pH)
tersebut,
reaksi N-deasetilasi).
amino
(N1i2
yang sesuai,
Kitosan
), dan
hidroksil
kitosan
bersifat
kitosan teLah mulai dimanfaatkan
lebih reaktif
(OH). Pada
konscntrasi
polielektrolit
kation.
dalam pengolahan
bahan baku air minum sebagai koagulan (Kawamura,
dari kitin karena dan decajat
Karena
sifatnya
air limbah maupun
air
]995).
Di lain pihak, pelayanan terhadap pemeouhan kebutuhan air bersih dari 'PDAM di sisanya dari surnber
wilayah Bandung saat ini barn mencapai sekitar 40 %, sedangkan
daya air lainnya. Akan tempi, kualitas air dari sumber di luar PDAM masih belurn memenuhi
persyaratan
terutarna tingkat kekeruhannya
perlu diolah terlebih dahulu sebclum dikonsumsi produksi,
Penurunan
atau digunakan dalam berbagai proses
dan COD seringkali
tingkat kekeruhan
besar, yang pada gilirannya
dan COD yang tinggi, sehingga
akan meningkatkan
memerlukan
ongkos produksi
dana yang
dari suatu produk,
sehingga harga jualnya menjadi relatif lebih mahal. Tingkat kekeruhan air disebabkan banyaknya materi koloid yang sukar rnengenclap dan sulit disaring, sehingga
diperlukan
7.81
pembantu
penggumpalan
(koagulan)
terbentuk endapan stabil yang dapat dipisahkan. Koagulan yang biasa diguna-
kan untuk mengurangi tawas, alumunium Dampak
sehingga
tingkat kekeruhan
sulfat (Ah(S04)3.12
penggunaan
koagulan
adalah polimer polielektrolit
sintctis serperti
H20), :FeC1:.l dan polialumnium
klroida (PAC).
sintetis tersebut belum ban yak diteliri dan dimengerti,
namun endaparmya (sludge) disinyalir dapat membcrikan mengandung
dampak negatif karena banyak
logam alumunium (Peavy, ] 985).
Usaha pencarian koagulan alternatif yang efelktif, namun ramah lingkungan banyak dilakukan. Hasil penclitian menunjukkan bahwa polimer mempunyai koagulan.
sifat polielektrolit
kationik
sehingga
dapat
Bahkan beberapa negara telah memanfaatkan
limbah maupun air minum sebagai flokulan
(Kawamura,
alam kitosan
digunakan
sebagai
dalam air sebagai
kitosan dalam pengolahan 1995).
telah
air
Oleh karena itu perlu
dilakukan pcnelitian mengcnai kitin dari kerabang kepiting (Callimetes sapidus) sebagai sumber kitosan dan pemanfaatannya tujuan dari penelitian
sebagai koagulan dalam penjernihan
ini adalah untuk mengetahui
kcpiting dan konsentrasi
kitosan yang diperlukan
produksi kitosan dari kitin kerabang untuk menurunkan
tingkat kekeruhan
bahan baku air minum atau industri sehingga sesuai dengan peruntukannya
5
aic. Adapun
2. MET ODE PENELITIAN Bahan yang digunakan dalam penclitian ini adalah kerabang kepiting (Cailinectes sapidus) sebanyak 5 kg yang diperoleh dari industri pcngolahan kepiting di Cirebon. Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah air sungai Cikapundung yang biasa digunakan
di daerah Dago Atas
sebagai bahan baku air minum. Bahan kirnia dan pereaksi yang
digunakan meliputi Iarutan HC1 1 N, air suling, larutan NaOH
1 M, as am asetat 0,2 M.
Tawas, PAC, HN03, larutan NaOCI. Penelirian ini dilakukan
dalam dua tahap, yaitu (1) produksi
kerabang kepiting, dan (2) evaluasi penururan
tingkat kekeruhan
kitosan dari kitin
air dengan koagulan
kitosan .. 2.1. Produksi
Kito..~an
2.1.1. lsoIa~iKitin Produksi menggunakan
diawali dengan isolasi kitin dari kcrabang
Kitosan
prosedur Sophanodora
Kepiting
dengan
(1995) yang terdiri atas tiga tahapan, meliputi:
1). Proses DemineraUsasi
Callinectes sapidus yang diperoleh
Limbah kulit kepiting/rajungan pengolahan akuades, sampai
rajungan
disaring, 10108
di Cirebon
Residunya
dicuci
dikeringkan
saringan berukuran
1 mm.
dengan
air mengalir,
dalam oven 65°C,
direndam kernudian
Bubuk kulit kepiting scbanyak
dimasukkan ke dalam gelas kimia 2 liter, lalu ditambahkan
1,5 liter larutan
pabrik dalam digerus
100 gram HCI 1 N
sambiJ diaduk dengan magnetik stirer pada suhu kamar selama 24 jam sampai gas COz yang terbentuk habis sempurna. Selanjutnya disaring, residunya dicuci dengan akuades sampai pH air cucian netral, kemudian residu dikeringkan
dalam oven pacta
suhu 60 "C selama 4 jam. lalu ditimbang.
2). Proses Deproteinasi Residu dan tahap demineralisasi
ditimbang, lalu dimasukkan
ke dalam gelas
kimia, ditambahkan larutan NaOH 1 N sebanyak 10 kali lipat, kemudian ditempatkan dalam penangas air pada suhu 60 °C sambil diaduk dengan rnagnetik stirer selama 2 jam. Selanjutnya
larutan disaring, residunya dicuci dengan akuades sampai pH air
cucian netral, lain residu dikeringkan dalam oven pada suhu 60 lalu ditimbang.
6
0
C sclama 4 jam,
3). Proses penghilangan warna Kitin 50 gram yang belum mumi ditirnbang, lalu dibungkus
dengan kertas
saring, dimasukkan ke dalam alat sokhlet, kemudian disokletasi aseton (1: 10) selama 8 jam dalam penangas air,
dengan pelarut
dikeringkan dalam oven pada suhu
80 nC selama 4 jam, dan ditimbang.
2.1.2. Produksi Kitosan Kitin sebanyak 10 gram dalam gelas kimia, ditambah 20 m1 larutan NaOH 50 %. lalu diaduk dengan magnetik
stirer pada suhu 110-120 °C selarna 2 jam. Campuran
tersebut disaring, residunya dicuci
dengan akuades sampai pH air cucian netral,
residu
dikeringkan dalam oven pada suhu 60 "C selama 4 jam, lalu dirimbang.
1). Karakterisasi
kitosao
(1). Kadar Air Sejumlah kitin atau kitosan WO gram dimasukan ke dalam kui porselin yang beratnya konstan (WI). kemudian dipanaskan dalam oven 115 "C sampai diperoleh beratnya konstan (W2). Kadar air (%) ditentukan berdasarkan persamaan : Kadar air
= (Wl-
W2)1 WO x 100 %
(2). Kadar abu Kui
porselin
yang
beratnya
sudah
diketahui
pemanasan di tanur 600 °C, disirnpan di dalam eksikator. sejumlah
konstan
setelah
Ke dalam kui dimasukan
kitosan dan dipanaskan dalarn tanur 600 "C selarna 6 jam,
oleh beratnya konstan, Kadar abu dihitung dengan menggunakan Kadar abu
= berat
abuJ berat contoh x 100
melalui
sampai diper-
rumus :
%
(3). Peneotuan Mr Sejumlah kitosan ditimbang, dilarutkan dalam campuran asam asetat 0,2 M, tarutan
NaCl
0,00625%
0,1 N dan larutan urea 4 M. sehingga
sampai
0,4
%, 1cemudian diukur
diperoleh
viskositasnya
konsentrasinya
dengan
Ubbelohhde pada suhu 25 oC .. Persamaan Sakurda-Houwink:
LTl] = KM a; M adalah berat molekul kitosan dan 7
a adalah
viskositas intrinsik
viskometer
2). Derajat dea.~etilasi Derajat membandingkan
dcasetilasi
diukur
dengan
spektrofotometer
inframerah
dengan
nilai absorb ansi (A) bilangan gelornbang 1650 - 1700 em" (serapan
pita amida I) dan absorb ansi (A) pada bilangan gclombang 3200 - 3500 cm' _ Untuk N- deasetilasi
kitin yang sempurna
(100 %) diperoleh
nilai A1655
=
1,3, maka
derajat deasetilasi dihtung : % Nvseasetilasi
e
lA1650 fA 3450j X 0,33 x 100 %.
2.2. Evalu8si Penurunan Tingkat Kekeruhan Air dengan Koagulan Kitosan Pada 6 (en am) bush gelas kimia ukuran 1000 ml yang dilengkapi dengan pengaduk Iistrik diisi dengan 200 mL air sungai, atau air tanah, ukur COD dan tingkat kekeruhannya (NTU) dengan Turbidimeter.
Kemudian
dilakukan
variasi pcnambahan
sejurnlah
larutan tawas sehingga diperoleb konsentrasi koagulan 0; 15; 20; 25; 30 ppm, pH larutan campuran diatur sekitar 7,0, dikocok dengan magnciik stirer (100 rpm) selama 10 detik, kemudian didianikan setama 20 menit sampai terjadi flokulasi. Lalu diukur tingkat kekeruhannya dengan Turbidimeter.
Proscdur dan kondisi percobaan tersebut eli atas diu lang
untuk mengcvaluasi keberhasilan koagulan Kitosan,
3. BASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Produksi
Kitosan
Hasil isolasi kitosan melalui demineralisasi,
deproteinasi,
dan deasetilasi
dari
lirnbah kulit kepiting diperoleb isolat dengan rendemen 7,2 gram kitosan 100 gram cangkang kepiting
Tingkat rendemen kitosan dibandingkan
dan
x 100 %
= 7,2
%.
kulit kepiting sebanyak 7,2 % lebih kecil jika
dengan kelompok udang-udangan
(Crustaceaei yang mencapai lebih dari
10% (3). Adapun karaketeristik isolat kitosan sebagai bcri.k.ut :
8
Tabell. KuaUtas Parameter
Isolat Kitosan Standar*)
Hasil
Bentuk partikel
Butiran/serbuk
Serbuk
Kadar air (% w/w)
<10
4,68
Kadar abu (% w/w)
<2
0,067
Derajat deasetilasi
15-70
71,88 %
Mr
3,37
x 10" Dalton
..
*) Sumber : Protan Laboratones
Jika dibandingkan
(Bastaman, 1989)
dengan kualitas
kitosan dari
Protan Laboratories,
kitosan
kerabang kepi ling hasil isolasi ini memenuhi standar,
4.2. Basil Uji Kuagulan
Isolat Kitosan
Sampel air dari sungai Cikapundung
Ii
dari berbagai titik pengambilan
Dago Alas yang diambil secara komposit
contoh, tinglcat kekeruhannya
adalah 182 NTU. Tingkat
kekeruhan ini telah melebihi baku mutu peruntukan bahan baku air minum Tahun 2001 Tentang Pengelolaan
Kualitas Air dan Pengendalian
NTIJ. Untuk menurunkan kek:cruhan tersebut
Pencemaran
I
25
!
bahan kimia polimer sinretis klorida dan atau allum, penggunaan
I
waktu
yang lama menurut
gangguan
kesehatan,
para peneliti
misalnya
PPRI No.41 Air yakni
PDAM Kota Bandung rnenggunakan
di Amerika Serikat
PAC akan menghasilkan
bahan kimia dalam dapat
senyawa
menyebabkan
metahalogen
yang
toksik.
Pada Tabel 2 disajikan basil uji efektivitas Kitosan dan Tawas (Allum) pada berbagai konsentrasi
sebagai koagulan,
dan penurunan tingkat kekeruhan
(NTU) pada
contoh air dari sungai Cikapundung Dago Atas, Dari label 4.2. tersebut terlihat kitosan sebagai koagulan lebih efektif dibandingkan konsentrasi
2,0 ppm kitosan
mampu menurunkan
dengan
allum,
tingkat kek.eruhan
bahwa
yakni
pada
dari 495 NTU
mcnjadi 4 NTU. sedangkan jika mcnggunakan allum memerlukan 300 ppm.
Koagulan alum, Ah(SQUs. pada konsemrasi kelarntannya
rendah
dan pH air netral atau basa akan menyebabkan
atau kurang dad batas terbentuknya
kornplek
polimcr AI6(a-I)15 dan polimer ini teradsorpsi oleh partikel keloid, sedangkan agar terjadi pengendapan
secara cepat partikel keloid harus terjerat kedalam endapan, 9
Untuk
itu jumlah
koagulan
Koagulan
dari
poJieleklrolit
allum minimal
polimer
alam
seperti
dan
lebih kitosan
batas kelarutannya.(Weber,
dalam
air
dapat
1972}.
bertindak
sebagai
kationik olch k.arena adanya gugus amino bebas dan hidoksil yang dapat
mempercepat
pengendapan.
Dispersi
partikeI
keloid
penyebab
kekeruhan
air. sungai
umumnya bermuatan negatip sehingga polieketrolit alarni kitosan yang bcrmuatan positif akan mengaglomerasi
koloid dalarn air. Tingkat kelarutan kitosan daJam Iarutan asam
lebih tinggi dibandingkan
dengan
koagulan
allum, sehingga
kitosan sudah dapat membentuk polielektrolit kationik ((Chandra,
pada konsentrasi
rendah
1998).
TabeJ 2. Basil Uji Tingkat Penurunan Kekeruhan (%) pada Contob air Sungai Cikapundung Dago Alas oleb Kitosan dan Allum (Kondisi pH air Sungai 7,3)
._ Penurunan
[KitosanJ
Kekeruhan
ppm 0
N11J
(%)
495
-
0,1
146
0,25 0.5 0,75 1,0
140 97
70,46 71,66 76,21 80,37
74
1,25
34
1,5
14
1,75
8
U8
[TawasJ
Kekeruhan N11J
ppm 0
Penurunan
(%)
495
-
10
361
27
30 50 75
242
51.1
158 152
68.1 69.3
85,03
100
93,11 97,14
ISO
79 66
86.7
200
98,86 250 2,0 4 99,13 300 Sumber : Data Primer Hasil Pengukuran Bulan September 2004
37 37
7
84 92.5 92.5 98.5
KFb1MPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disusun kesimpnlan sebagai berikut : 1. Rendemen Isolet kitosan dan kerabang kepiting (Calli metes sapidus) adalah sekitar 7,2 %, dcngan karakteristik 2.
memenuhi standar Prolan Laboratories.
Kitosan sebagai koagulan lebih cfektif dibandingakan
Agar informasi bervariasi
kitosan
sebagai koagulan
dengan altum
lebih lengkap
dan dapal digunakan
untuk bcrbagai jenis air. kondisi seperti derajat keasaman
Icbih
perlu dilakukan
penelitian mengenai variasi contoh air, derajat keasaman dan parameter kimia lainnya.
10
DAFfAR PUSTAKA Chandra, A., 1998. Penentuan
Dosis Optimum
Koagulan
Pengolahan Limbah Cair Pabrik Tekstil,
Fero Sulfat-Kapur,
dalam
Bandung, Jurusan Tcknik Kimia
Universitas Parahyangan. Kawamura, S. 1995, Collection of Working Paper 28, Chitin and Chitosan The Versatile Environmentally
Friendly
Modem
Materials,
Penerbit
Universitii
Kebangsaan
Malaysia
Peavy, H.S_, D.R. Rowe, and George. T, 1995, Environmental
Engineering,
Me Graw-
Hill Book Company, USA
Sophanodhora, P,
and N. Hutadilok, 1995, Feasibility Study of a Shrimp-Based
ChitinlChitosan Industry in SouthemThailand, Collection of Working Paper 28, Chitin and Chitosan The Versatile Environmentally
Friendly Modem Materials,
Penerbit Universiti Kebangsaan Malaysia
Subangsinghe,
1995, The Development
and Chitosan
Resources,
of Crustacean and Molu.1OCIndustries For Chitin
Collection
of Working
Chitosan The Versatile Environmentally
Papers
Friendly Modern
28, 27 Chitin and Materials,
Penerbit
Universiti Kebangsaan Malaysia Tokura, S., and N. Nishi, 1995. Collection The Versatile Environmentally
of
Friendly
Kebangsaan Malaysia
11
Working Paper 28, Chitin and Chitosan Modern
Materials, Penerbit Universiti
