PEMANFAATAN PATI TAPIOKA SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN PLASTIK BIODEGRADABEL (KAJIAN LAMA FERMENTASI DAN KONSENTRASI GLISEROL) Utilization of Tapioca Starch As Biodegradable Plastic Raw Material Preparation (Old Study Fermentation and Glycerol Concentration) WandiTua Siburian1), MaimunahHindun Pulungan2) ,Wignyanto2) UniversitasBrawijaya 2)StafPengajarJurusanTeknologiIndustriPertanian-FakultasTeknologiPertanian, UniversitasBrawijaya Jl. Veteran, Malang 65145 *email:
[email protected] 1)AlumniJurusanTeknologiIndustriPertanian-FakultasTeknologiPertanian,
ABSTRAK Tujuan penelitian menganalisa sifat mekanik (kuat tarik, kuat tusuk, elastisitas dan tingkat kecerahan) dan tingkat biodegradasi plastik pati tapioka. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan deskriptif analisis. Penelitian dilakukan dengan melakukan fermentasi PLA selama 72 jam dan penambahan gliserol dengan konsentrasi (1%,3% dan 5%). Parameter penelitian meliputi sifat mekanik (kuat tarik, kuat tusuk, elastisitas dan tingkat kecerahan) dan tingkat biodegradasi plastik biodegradabel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada hasil kuat tarik nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 5% yaitu sebesar 55,03 kg/cm2, dan untuk kuat tusuk nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 5% yaitu sebesar 2,63 kg/cm2, sedangkan untuk elastisitas nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 1% yaitu sebesar 42,25 kg/cm2, dan untuk tingkat kecerahan nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 1% yaitu sebesar 66,63%, dan untuk tingkat biodegradasi plastik biodegradable dapat terdegradasi sempurna pada gliserol 1% dengan hari ke-12. Kata Kunci:Gliserol, Plastik Biodegradabel, PLA ABSTRACT The purpose of research analyzing the mechanical properties (tensile strength, strong puncture, elasticity and brightness levels) and tapioca starch plastic biodegradation rates. The method used in this research using descriptive analysis. Research conducted by the fermentation of PLA for 72 hours and the addition of glycerol with a concentration (1%, 3% and 5%). Parameters include the study of mechanical properties (tensile strength, strong puncture, elasticity and brightness levels) and the biodegradation rate of biodegradable plastic. The results showed that the results of tensile strength values obtained the best results, namely the 5% glycerol in the amount of 55,03 kg/cm2, and for strong puncture values are obtained best results in 5% glycerol is equal to 2,63 kg/cm2, while the elasticity values obtained for the best results, namely the glycerol 1% in the amount of 42.25 kg/cm2, and for the level of brightness values obtained the best results, namely the glycerol 1% that is equal to 66.63%, and for the biodegradation rate of the biodegradable plastic can perfect relegated to glycerol 1% by day 12. Strong tensile strength and puncture the well is at a concentration of 5% glycerol, while elasticity, brightness and biodegradation rate of the well is at a concentration of 1% glycerol. Keywords:Glycerol, Plasticsbiodegradable, PLA PENDAHULUAN Plastik berperan penting dalam kehidupan manusia yaitu sebagai kemasan karena keunggulannya yang ringan, kuat, transparan, dan harga yang terjangkau oleh semua kalangan
masyarakat. Upaya yang dilakukan untuk mengurangi pencemaran lingkungan dari bahaya plastik adalah pengembangan plastik biodegradabel, artinya plastik ini dapat diuraikan kembali oleh mikroorganisme secara
alami menjadi senyawa yang ramah lingkungan. Bahan dasar pembuatan plastik biodegradabel dapat berupa selulosa, kitin, kitosan dan pati. Salah satu pati yang digunakan adalah pati tapioka yang pemanfaatannya hanya untuk pangan. Pengembangan plastik biodegradabel dari poli asam laktat (PLA) telah menarik perhatian dunia saat ini. PLA yang merupakan modifikasi asam laktat dari pati oleh mikroorganisme (Sander, 2012). Dalam hal ini pati tapioka melalui Poly Lactic Acid (PLA) dengan menggunakan bakteri Lactobacillus Bulgaricus akan menghasilkan asam laktat yang selanjutnya melalui proses polimerisasi. PLA memiliki kelebihan yaitu memiliki tingkat biodegradasi yang tinggi. BAHAN DAN METODE Bahan Penelitian Bahanpembuatanplastik biodegradable yaitu: pati tapioka, Lactobacillus Bulgaricus, gliserol. Bahan tambahan yang digunakan yaitu nutrisi berupa estrak tauge dan aquades. Bahan untuk analisa adalah indikator PP 1% dan NaOH 0,1.
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Bioindustri dan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya. Waktu pelaksanaanya dimulai bulan febuari 2014 sampai dengan selesai. Rancangan Percobaan Percobaan dilakukan dengan melakukan fermentasi asam laktat terlebih dahulu dengan jam fermentasi 64 jam, 72 jam dan 86 jam. Fermentasi asam laktat yang diambil untuk penelitian yaitu pada fermentasi asam laktat yang di 72 jam, sehingga akan dilanjutkan untuk proses pembuatan plastik biodegradabel. Parameter penelitian meliputi sifat mekanik (kuat tarik, kuat tusuk, elastisitas dan tingkat kecerahan) dan tingkat biodegradasi plastik biodegradabel. Pelaksanaan Penelitian Penelitian dilakukan dengan 3 tahap yaitu fermentasi asam laktatyang dapat dilihat pada Gambar 1 dan pembuatan PLA dan pembuatan plastik biodegradabel pati tapiokayang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 1 Diagram Alir Proses FermentasiAsamLaktat
PatiTapioka
PLA
PatiTapioka : PLA (10 : 40 (w/w) Gliserol 1 %,3%, 5% Dicampur (suhu 200oC selama 7 menit) Dicetakdalambentukpersegi (ukuran 30×20 cm) Dikeringkandalam oven (suhu 50oC, selama 5 jam)
Dilepasdaricetakan
Dikondisikandalamruangterbuka (suhuruang ± 27oC selama 24 jam)
PlastikBiodegrad abel
1. Ujimekanik (kuattarik, kuattusuk, elastisitasdantingkatk ecerahan) 2. Ujibiodegradabel (denganSoil Burial Test)
Gambar2 Diagram AlirPembuatanPlastik Biodegradable
Analisa sifat mekanik meliputi: kuat Tarik metode Tensile Strength, kuat tusuk metode Force Gauge, elastisitas metode Tensile Strength, dan tingkat kecerahan metode Color Reader. Analisa tingkat biodegradasi (metode soil burial test) (Lardjane, 2009). Data yang didapatkan dilakukan analisis dengan metode deskriptif analisis. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Fermentasi Asam Laktat Nilai asam laktat mencapai 7,4% pada jam 72, hal ini disebabkan pada proses fermentasi tidak dilakukan pemurnian. Pada fermentasi asam laktat ini nilai yang didapat merupakan hasil konversi dari nilai total asam dengan pendekatan nilai asam laktat yang dihasilkan dari proses fermentasi dengan menggunakan bakteri Lactobacillus Bulgaricus (bakteri hemofermentatif) akan menghasilkan 80% asam laktat (Hidayat, 2006). Untuk mencapai kadar asam laktat 50-85% diperlukan proses pemurnian dengan menggunakan ekstraksi pelarut ataupun proses esterifikasi (Amin, 2007). Dari hasil percobaan I tentang fermentasi asam laktat diperoleh hasil bahwa lama fermentasi 72 jam merupakan fermentasi yang dapat menghasilkan total asam paling tinggi. Waktu fermentasi ini akan digunakan pada percobaan kedua, yakni pada proses pembuatan plastik biodegradabel. Kuat Tarik Nilai rata-rata kuat tarik plastik biodegradabel berkisar antara 6 kg/cm2 sampai 55,03 kg/cm2. (Gambar 4.1)
Pada Gambar 4.1 tampak bahwa nilai kuat tarik plastik biodegradabel mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya konsentrasi gliserol. Semakintinggikonsentrasigliserol, makakuattarikplastikakansemakintinggi pula. Sebaliknya, kuat tarik plastik menjadi rendah dengan semakin rendahnya konsentrasi gliserol. Menurut pendapat Latief (2011), menyatakan bahwa kuat tarik plastik dipengaruhi oleh bahan pemlastis yang ditambahkan dalam proses pembuatan plastik biodegradabel. Kuat Tusuk Nilai rata-rata kuat tusuk plastik biodegradabel berkisar antara 1,64 kg/cm2 sampai 2,63 kg/cm2. (Gambar 4.2)
K U A T T U S U K Kg/cm2
Pada Gambar 4.2ada konsentrasi gliserol 1% nilai plastik biodegradabel yaitu 1,64 kg/cm2, tetapi pada konsentrasi gliserol 3% mengalami penaikan yaitu 2,09
kg/cm2, dan semakin menaik lagi pada konsentrasi gliserol 5% yaitu 2,63 kg/cm2 . Nilai kuat tusuk tertinggi adalah pada plastic biodegradable dengan konsentrasi gliserol 5%, sedangkan pada konsentrasi gliserol 1% nilai kuat tusuk terendah. Kuat tusuk akan berbanding lurus dengan kuat Tarik plastic biodegradable dan keduanya dipengaruhi oleh konsentrasi gliserol sebagai bahan pemlastis. Hal ini didukung oleh literatur yang menyatakan bahwa aspek mekanik dipengaruhi oleh bahan pemlastis yang ditambahkan dalam proses pembuatan plastik (Latief, 2011). Elastisitas Nilai rata-rata elastisitas plastik biodegradabel berkisar anatar 13,3 kg/cm2 sampai 42,25 kg/cm2. (Gambar 4.3) E l a st is it a s
Pada gambar 4.3 menunjukkan bahwa pada konsentrasi gliserol 1% nilai elastisitas plastik biodegradabel menunjukkan nilai elastisitas tertinggi sebesar 42,25 kg/cm2, sedangkan pada konsentrasi gliserol 3% mengalami penurunan sebesar 31,89 kg/cm2, dan pada konsentrasi gliserol 5% semakin mengalami penurunan lagi sebesar 13,33 kg/cm2. Tampak bahwa nilai elastisitas plastik biodegradabel mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya konsentrasi gliserol. Artinya, semakin tinggi konsentrasi
gliserol, plastik akan semakin elastis (Latief, 2011). Menurut Jastrzbeski (2008), bahan pemlastis merupakan suatu bahan yang ditambahkan pada bahan polimer dapat meningkatkan plastisitas dan fleksibilitas plastik. Tingkat Kecerahan Nilai rata-rata tingkat kecerahan plastik biodegradabel berkisar antara 41,83% sampai 66,63%. (Gambar 4.4)
T i n g k a t K e c e r a h a n
Pada gambar 4.4 menunjukkan bahwa nilai tingkat kecerahan plastik biodegradabel yang paling tinggi terdapat pada konsentrasi gliserol 1% sebesar 66,63%, sedangkan pada kosentrasi gliserol 3% terjadinya penurunan tingkat kecerahan plastik biodegradabel sebesar 46,37%, dan semakin berkurangnya konsentrasi gliserol 5% tingkat kecerahan plastik biodegradabel semakin menurun lagi yaitu 41,83%. Semakin tinggi tingkat konsentrasigliserol, maka akan semakin menurun tingkat kecerahannya. Tingkat kecerahan plastic pada konsentrasigliserol 5% masih cukup baik dan transparan, yakni 41,83 dengan tingkat kecerahan maksimal adalah 100. Menurut Pranamuda (2011) menyatakan bahwa PLA dapat dibuat menjadi
lembaran plastik yang transparan. PLA dalam penelitian ini berwarna merah kehijau-hijauan yang berkombinasi dengan pati tapioka yang berwarna putih. Semakin tinggi tingkat kecerahan, maka plastic akan memiliki penampilan fisik yang semakin baik (Susanto, 2008). Tingkat Biodegradasi Hasil pengamatan biodegradasi plastik biodegradabel menunjukkan bahwa plastik biodegradabel telah terdegradasi secara alamiah di dalam tanah dengan ditandai menurunnya nilai kuat tarik dan persen pemanjangan plastik biodegradabel, yang diakibatkan oleh beberapa faktor diantaranya adalah faktor mikroorganisme pengurai, kelembaban tanah dan kadar air tanah. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa dengan konsentrasi gliserol 1% tingkat nilai kuat tarik dan persen pendek plastik biodegradabel dapat terdegradasi secara sempurna pada hari ke-12, sedangkan pada konsentrasi gliserol 5% nilai kuat tarik dan persen pendek plastik biodegradabel paling lama terdegradasi di dalam tanah dalam 12 hari. (Gambar 4.5).
Pada grafik terlihat garis yang merupakan error bar yang digunakan untuk mengetahui perbedaan kecepatan tingkat biodegradasi plastik pada tiap harinya. Degradasi plastik biodegradable mulai terjadi pada hari ke-9 sampai hari ke-12. Error bar dari masing-masing perlakuan pada hari ke2 hingga hari ke-8 menunjukkan tingkat perubahan yang tidak signifikan, sedangkan hari ke-9 hingga hari ke-12
menunjukkan perubahan yang berbeda sangat jauh dikarenakan adanya perlakuan yang mengalami degaradasi sempurna Kenaikan nilai kuat Tarik plastic biodegradable berbahan dasar pati tapioca mencerminkan adanya degradasi matriks plastic oleh mikroorganisme yang menyebabkan rantai polimer melemah dan putus terutama pati tapioka. Proses terjadinya biodegradasi plastic biodegradable pada lingkungan akan dimulai dengan tahap degradasi kimia yaitu dengan proses oksidasi molekul, menghasilkan polimer dengan berat molekul yang rendah. Proses berikutnya adalah serangan mikroorganisme (bakteri, jamur dan alga) dan aktivitas enzim. Hal yang sama juga diungkapkan oleh Kaur dan Gautam (2010), menyatakan bahwa penurunan berat dan sifat mekanik plastik biodegardabel karena masuknya mikroorganisme dalam tanah dan penyerapan kadar air dalam sampel plastik biodegradabel. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Nilai asam laktat tertinggi mencapai 7,4% pada jam ke-72 gliserol didapatkan hasil terbaik yang berpangaruh pada disebabkan pada proses fermentasi tidak dilakukan pemurnian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada hasil kuat tarik nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 5% yaitu sebesar 55,03 kg/cm2, dan untuk kuat tusuk nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 5% yaitu sebesar 2,63 kg/cm2, sedangkan untuk elastisitas nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 1% yaitu sebesar 42,25 kg/cm2, dan untuk tingkat kecerahan nilai yang diperoleh hasil terbaik yaitu pada gliserol 1% yaitu sebesar 66,63%, dan untuk tingkat biodegradasi plastik biodegradable dapat terdegradasi sempurna pada gliserol 1% dengan hari ke-12. Kuat tarik dan kuat
tusuk paling baik adalah pada konsentrasi gliserol 5%, sedangkan elastisitas, tingkat kecerahan dan tingkat biodegradasi paling baik adalah pada konsentrasi gliserol 1%. Saran Adanya kajian tentang aplikasi plastik biodegradable yang disesuaikan dengan fungsinya sebagai pengemasan produk pangan. Hal ini diharapkan dapat diperbaiki untuk penelitian selanjutnya. . DAFTAR PUSTAKA Amin. 2007. CiriCiriUtamaLactobacillus Bulgaricus. Rapra Technology Limited. ISBN: 1-85957-389-4. Jastrzbeski, 2008.PengertianBahanPemlastis. McGraw Hill International Ed. New York.
Kaur & Gautam, 2010. Penurunan Berat dan Sifat Plastik Biodegradabel. Rapra Technology Limited. ISBN: 185957-389-4. Lardjane, N. 2009.Migration of Additives in Simulated Landfills and Soil Burial Degradation of Plasticized PVC. Journal of Applied Polymer Science 111(1): 525-531. Latief. 2011. KeunggulanPlastikSintesis. JurnalOseania 30(3):21-26. Pranamuda. 2011. PolimerPlastikBiodegradabel. PascaSarjanaUniversitasDiponego ro. Semarang.