PEMBUATAN DAN PENCIRIAN PEKTIN ASETAT
OBIE FAROBIE
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
ABSTRAK OBIE FAROBIE. Pembuatan dan Pencirian Pektin Asetat. Dibimbing oleh SUMINAR S. ACHMADI dan RIENOVIAR. Pektin merupakan senyawa polihidroksi galakturonat yang dapat diasetilasi menjadi pektin asetat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lama waktu aktivasi dengan asam asetat glasial dan katalis H2SO4, asetilasi dengan anhidrida asetat, dan interaksi antara keduanya memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar asetil pektin asetat. Kadar asetil tertinggi didapatkan pada pektin dengan lama aktivasi 3 jam dan asetilasi 120 menit, yaitu sebesar 62,86%±0,20. Kadar asetil terendah didapatkan pada pektin dengan lama aktivasi 3 jam dan asetilasi 90 menit, yaitu sebesar 26,57%±0,13. Pola spektrum Fourier transformed infrared (FTIR) menunjukkan adanya gugus -OH karboksilat pada bilangan gelombang 3100-3700 cm-1, vibrasi ulur -CH3 pada 2920,3 cm-1, gugus karbonil (-CO) pada 1699,9-1743,3 cm-1, vibrasi tekuk -C-H pada 1456,2 cm-1, dan vibrasi ulur -C-O pada 1310,3 cm-1. Analisis termogravimetri (TGA) menunjukkan pektin asetat kehilangan massa sebesar 32,70% pada selang suhu 200-800°C. Hasil interpretasi mikroskop fotostereo menunjukkan pektin asetat dengan lama waktu aktivasi 2 jam dan asetilasi 120 menit memiliki struktur permukaan yang paling rapat. Hasil sintesis ini diharapkan dapat dikembangkan sebagai bahan dasar pembuat membran.
ABSTRACT OBIE FAROBIE. Synthesis and Characterization of Pectin Asetate. Supervised by SUMINAR S. ACHMADI and RIENOVIAR. Pectin is a galacturonic polyhydroxy compound that can be acetylated to pectin acetate. The result showed that the activation period using glacial acetic acid and H2SO4 catalyst, acetylation using acetic anhydride, and the interactions gave a significant effect on yield of pectin acetate. The highest acetyl level occured in pectin at 3 hour activation and 120 minute acetylation, was 62,86%±0,20. The lowest acetyl level occured in pectin at 3 hour activation and 90 minute acetylation, was 26,57%±0,13. Fourier transformed infrared spectrum showed the existence of -OH carboxylic at 3100-3700 cm-1 wavenumber, methyl group (-CH3) stretching vibration at 2920,3 cm-1, carbonyl group (-CO) at 1699,9-1743,3 cm-1, -C-H bending vibration at 1456,2 cm-1, -C-O stretching vibration at 1310,3 cm-1. Thermogravimetry analysis showed a decreasing 32.70% mass of pectin acetic at temperature range from 200 to 800°C. Photostereomicroscope data interpretation showed that the most filled structure of pectin acetate occured at 2 hour activation and 120 minute acetylation. This synthesis product are potential to be applied as raw materials for membrane.
i
PEMBUATAN DAN PENCIRIAN PEKTIN ASETAT
OBIE FAROBIE
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
ii
Judul : Pembuatan dan Pencirian Pektin Asetat Nama : Obie Farobie NIM : G44202003
Menyetujui: Pembimbing I
Pembimbing II,
Prof. Dr. Ir. Suminar S. Achmadi NIP 130516496
Ir. Rienoviar, M.Si NIP 090021210
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP 131473999
Tanggal lulus:
iii
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas ridho, rahmat, dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2006 ini ialah Pembuatan dan Pencirian Pektin Asetat. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Suminar S. Achmadi dan Ibu Ir. Rienoviar, M.Si selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan semangat, dan ilmu yang diberikan kepada peneliti selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada kedua orang tua (mama dan aba), Kak Ukon, Kak Ehan, serta seluruh keluarga yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih sayang kepada penulis. Terima kasih juga tak lupa penulis ucapkan kepada Bapak Sabur, Ibu Yeni, dan Ibu Aah atas segala fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan. Bapak Taufik dan sahabatku di Biru Muda, TSQ, dan Al Ghifari terima kasih atas nasihat dan semangatnya. Teman-temanku di Wisma An-Nahl, Lukmana, Kak Mamak, Izal, Zulfikar, David, Rio, Angga, Tri, Joko, dan teman-teman kimia 39 terima kasih atas persahabatan, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan semuanya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2006
Obie Farobie
iv
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Serang pada tanggal 11 Juli 1984 dari ayah Aat Syafaat dan ibu Mulyati. Penulis merupakan putra ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Cilegon dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar I dan Kimia D3 Pengelola Perkebunan pada tahun ajaran 2003/2004, asisten dosen mata kuliah Kimia Dasar II pada tahun ajaran 2004/2005, serta asisten praktikum mata kuliah Kimia Organik I, Kimia Organik II, dan Kimia Bahan Alam pada tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun 2005 penulis memenangi Lomba Karya Tulis Ilmiah AlQur’an dan Sains tingkat IPB sebagai juara I. Tahun 2005 penulis melaksanakan praktik lapangan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong. Selain itu, pada tahun 2005 penulis aktif sebagai anggota DKM Al Ghifari IPB di Departemen Dompet Umat dan pada tahun 2006 sebagai sekretaris harian.
v
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN...............................................................................................
vii
PENDAHULUAN ......................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Pengertian dan Struktur Pektin ............................................................................ Sifat Fisis dan Kimia Pektin ................................................................................. Kegunaan Pektin................................................................................................... Analisis Termogravimetri (TGA).........................................................................
1 2 2 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ..................................................................................................... Metode ................................................................................................................
3 3
HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Bahan Baku ................................................................................................... Kenampakan Pektin Asetat................................................................................... Kelarutan .............................................................................................................. Kadar Asetil.......................................................................................................... Spektrum FTIR..................................................................................................... Analisis Termogravimetri..................................................................................... Mikroskop Fotostereo...........................................................................................
5 6 7 7 8 9 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan............................................................................................................... Saran.....................................................................................................................
10 10
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
13
vi
DAFTAR TABEL Halaman 1
Ciri bahan baku .............................................................................................
5
2
Kelarutan pektin dan pektin asetat .................................................................
7
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Rantai molekul pektin ...................................................................................
1
2
Reaksi pembentukan selulosa asetat .............................................................
1
3
Unit asam galakturonat .................................................................................
2
4
Kurva TGA selulosa asetat ............................................................................
3
5
Pektin asetat hasil sintesis..............................................................................
6
6
Reaksi sintesis pektin asetat...........................................................................
6
7
Reaksi hidrolisis anhidrida asetat...................................................................
6
8
Hubungan waktu aktivasi dan asetilasi terhadap kadar asetil ........................
7
9
Spektrum FTIR pektin standar.......................................................................
8
10 Spektrum FTIR pektin asetat .........................................................................
9
11 Kurva TGA pektin asetat ...............................................................................
9
12 Hasil mikroskop fotostereo pektin asetat .......................................................
10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Diagram alir pembuatan pektin asetat............................................................
13
2
Data kadar air dan abu ..................................................................................
13
3
Data bobot ekuivalen, kadar metoksil, dan galakturonat ...............................
14
4
Data kadar asetil.............................................................................................
15
5
Analisis ragam untuk kadar asetil ..................................................................
15
6
Uji Duncan .....................................................................................................
17
7
Uji kontras polinomial ortogonal ...................................................................
19
vii
1
PENDAHULUAN Pektin menurut O’Neill et al. (2000) merupakan senyawa polisakarida kompleks yang mengandung residu α-D-galakturonat dengan ikatan α-1,4 (Gambar 1).
waktu aktivasi dan asetilasi pada kadar asetil dari pektin asetat, serta mencirikan pektin asetat yang dihasilkan.
TINJAUAN PUSTAKA Pengertian dan Struktur Pektin
Gambar 1 Rantai molekul pektin. Struktur pektin memiliki kemiripan dengan struktur selulosa. Perbedaan antara keduanya ialah pektin memiliki gugus metil ester sedangkan selulosa tidak. Selulosa yang bersumber dari kayu, kapas, maupun selulosa mikrobial dapat dimodifikasi menjadi selulosa asetat melalui reaksi sebagai berikut: CH2OCOCH3 O
CH2OH O O
CH3CO
3
OH OH
n CH3CO
O O
H2SO4
OCOCH3
OCOCH3
Gambar 2 Reaksi pembentukan selulosa asetat. Selulosa asetat tersebut dapat digunakan sebagai bahan baku pembuat membran organik. Hal tersebut yang mendasari peneliti untuk mencoba membuat pektin asetat dengan memodifikasi gugus fungsi pektin sehingga diharapkan produk sintesis yang diperoleh dapat diterapkan sebagai bahan baku pembuat membran. 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. Pada penelitian ini dibuat pektin asetat melalui tiga tahap, yaitu aktivasi, asetilasi, dan pemurnian. Tahap aktivasi dilakukan dengan menambahkan asam asetat glasial dan katalis H2SO4 pekat dengan tujuan dapat membengkakkan serat-serat polimer. Tahap asetilasi dilakukan dengan menambahkan anhidrida asetat yang memiliki selektivitas yang tinggi terhadap reaksi asetilasi. Tahap akhir ialah penambahan NaHCO3 1N untuk menghilangkan kelebihan asam dari produk yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan membuat pektin asetat dari pektin, menentukan pengaruh
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. American Chemical Society pada tahun 1944 telah menetapkan istilah baku untuk menyeragamkan nama-nama pektin yang hingga kini masih dipakai (Nussinovitch 1997), yaitu substansi pektat merupakan kelompok zat turunan karbohidrat kompleks berbentuk koloid yang dihasilkan dari tumbuh-tumbuhan dan sebagian besar mengandung asam anhidrogalakturonat dalam suatu kombinasi turunannya menyerupai rantai. Gugus karboksil asam-asam poligalakturonat dapat teresterifikasi sebagian dengan gugus metil dan sebagian atau seluruhnya dapat dinetralkan oleh satu atau lebih jenis basa. Protopektin adalah zat pektat yang tidak larut dalam air dan jika dihidrolisis menghasilkan asam pektinat atau pektin. 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. Pektin adalah istilah yang digunakan untuk asam-asam pektinat yang dapat larut dalam air dengan kandungan metil ester dan derajat netralisasi beragam dan dapat membentuk gel dengan asam dan gula pada kondisi yang sesuai. Asam pektat adalah zat pektat yang seluruhnya tersusun dari asam poligalakturonat yang bebas dari gugus metil ester. Pektin merupakan campuran polisakarida dengan komponen utama polimer asam α-Dgalakturonat (Gambar 3) yang mengandung gugus metil ester pada konfigurasi atom C-2 (Hoejgaard 2004). Komponen minor berupa polimer unit-unit α-L-arabinofuranosil bergabung dengan ikatan α-L-(1-5). Komponen minor lainnya adalah rantai lurus dari unit-unit β-D-galaktopiranosil yang mempunyai ikatan 1-4.
2
Gambar 3 Unit asam galakturonat (IPPA 2004). Menurut Nussinovitch (1997), komponen utama dari senyawa pektin adalah asam Dgalakturonat tetapi terdapat juga D-galaktosa, L-arabinosa, dan L-ramnosa dalam jumlah yang beragam dan kadang terdapat gula lain dalam jumlah kecil. Beberapa gugus karboksilnya dapat teresterifikasi dengan metanol. Polimer asam anhidrogalakturonat tersebut dapat merupakan rantai lurus atau tidak bercabang. Jumlah unit asam anhidrogalakturonat setiap rantai adalah 100 sampai lebih dari 1000. Rata-rata panjang rantai berbeda dari satu tanaman atau jaringan ke jaringan yang lain dan berubah sesuai dengan perkembangan jaringan (Glicksman 1969). Sifat Fisis dan Kimia Pektin Dalam SNI disebutkan bahwa pektin merupakan zat berbentuk serbuk kasar hingga halus yang berwarna putih kekuningan, tidak berbau, dan memiliki rasa seperti lendir. Glicksman (1969) menyebutkan pektin kering yang telah dimurnikan berupa kristal yang berwarna putih dengan kelarutan yang berbeda-beda sesuai dengan kandungan metoksilnya. Pektin yang mempunyai kadar metoksil tinggi larut dalam air dingin sedangkan pektin bermetoksil rendah larut dalam alkali dan asam oksalat. Menurut Towle dan Christensen (1973) kelarutan pektin dalam air ditentukan oleh jumlah gugus metoksil, distribusinya, dan bobot molekulnya. Secara umum, kelarutan akan meningkat dengan menurunnya bobot molekul dan meningkatnya gugus metil ester. Namun pH, suhu, jenis pektin, garam, dan adanya zat organik seperti gula juga mempengaruhi kelarutan pektin. Sifat-sifat fisis seperti kelarutan, viskositas, dan kemampuan membentuk gel bergantung pada ciri kimia pektin seperti derajat esterifikasi, bobot molekul, ditambah dengan senyawa kimia yang merupakan bagian dari molekul pektin (Nelson et al. 1977). Rouse (1977) dan Nussinovitch (1997)
menyatakan bahwa viskositas larutan pektin mempunyai kisaran cukup lebar bergantung pada konsentrasi pektin, pH, garam, ukuran rantai asam poligalakturonat, derajat esterifikasi, dan bobot molekul. Bila suhu meningkat, viskositas larutan pektin menjadi berkurang. Pektin bersifat asam dan koloidnya bermuatan negatif karena adanya gugus karboksil bebas. Larutan 1% pektin yang tidak ternetralkan akan memberikan pH 2,7-3,0. Larutan pektin stabil pada pH 2,0-4,0. Pada pH lebih dari 4,0 atau kurang dari 2,0, viskositas dan kekuatan gelnya akan berkurang karena terjadi depolimerisasi rantai pektin. Pektin dapat mengalami saponifikasi dan degradasi melalui reaksi β-eliminasi pada kondisi basa (Nelson et al. 1977). Degradasi dan dekomposisi pektin juga dapat disebabkan oleh adanya oksidator seperti asam periodat, klorin dioksida, bromin, permanganat, asam peroksida, dikromat, dan asam askorbat. Kecepatan degradasi bergantung pada suhu, pH, dan konsentrasi oksidator. Larutan pektin lebih cepat mengalami degradasi dibanding tepung pektin (Rouse 1977). Sifat penting pektin adalah kemampuannya membentuk gel. Pektin metoksil tinggi membentuk gel dengan gula dan asam, yaitu dengan konsentrasi gula 5875% dan pH 2,8-3,5. Pembentukan gel terjadi melalui ikatan hidrogen di antara gugus karboksil bebas dan di antara gugus hidroksil. Pektin bermetoksil rendah tidak mampu membentuk gel dengan asam dan gula tetapi membentuk gel dengan adanya ion-ion kalsium (Caplin 2004). Mekanismenya adalah adanya hubungan yang terjadi antara molekul pektin yang berdekatan dengan kation divalen membentuk struktur tiga dimensi melalui pembentukan garam dengan gugus karboksil pektin. Kegunaan Pektin Pektin digunakan sebagai pembentuk jeli, selai, pengental, dan dimanfaatkan dalam bidang farmasi sebagai obat diare (National Research Development Corporation 2004). Pektin cukup luas dan banyak kegunaannya baik dalam industri pangan maupun nonpangan. Pektin berkadar metoksil tinggi digunakan untuk pembuatan selai dan jeli dari buah-buahan, pembuatan kembang gula bermutu tinggi, pengental untuk minuman dan sirup buah-buahan, serta digunakan dalam emulsi flavor dan saus salad. Pektin dengan
3
kadar metoksil rendah biasa digunakan dalam pembuatan saus salad, puding, gel buahbuahan dalam es krim, selai, dan jeli. Pektin berkadar metoksil rendah efektif digunakan dalam pembentukan gel saus buah-buahan beku karena stabilitasnya yang tinggi pada proses pembekuan, thawing dan pemanasan, serta digunakan sebagai penyalut dalam banyak produk pangan (Glicksman 1969). Pektin memiliki potensi juga dalam industri farmasi, yaitu digunakan dalam penyembuhan diare dan menurunkan tingkat kolesterol darah. Pektin bisa digunakan sebagai zat penstabil emulsi air dan minyak. Pektin juga berguna dalam persiapan membran untuk ultrasentrifugasi dan elektrodialisis. Dalam industri karet pektin berguna sebagai bahan pengental lateks. Pektin juga dapat memperbaiki warna, konsistensi, kekentalan, dan stabilitas produk yang dihasilkan (Towle & Christensen 1973).
secara termal. Daerah kedua yang mulai dari suhu 300°C hingga 350°C pektin asetat memperlihatkan kehilangan massa yang besar akibat terjadinya dekomposisi termal. Pada proses ini sebanyak 60% dari selulosa asetat terdekomposisi sampai menguap. Daerah terakhir terjadi pada suhu 350°C hingga 600°C pektin asetat mengalami dekomposisi termal secara lambat (Zhang 2004).
Analisis Termogravimetri (TGA) TGA merupakan salah satu teknik analisis yang digunakan untuk menentukan stabilitas panas suatu senyawa dengan melihat perubahan massa yang hilang ketika sampel dipanaskan. Penggunaan teknik ini dilakukan dalam kondisi atmosfer lembam yang mengandung gas nitrogen, helium, dan argon. Senyawa yang dapat dianalisis dengan TGA ialah polimer, senyawa anorganik, logam, dan keramik. Suhu yang digunakan pada teknik ini berkisar antara 25-900°C. Suhu maksimum yang masih bisa digunakan sebesar 1000°C. Bobot contoh yang dapat diukur berkisar antara 1-150 mg. Bobot contoh yang biasa dipilih ialah 25 mg dengan sensitivitas bobotnya sebesar 0,01 mg. TGA memiliki banyak kegunaan, antara lain untuk menentukan suhu dan massa yang hilang dari reaksi dekomposisi polimer, menentukan kandungan molekul air yang hilang pada senyawa anorganik, mengukur kecepatan evaporasi, dan dapat menentukan kemurnian mineral. Salah satu kegunaan TGA ialah penentuan massa yang hilang pada selulosa asetat. Kurva TGA selulosa asetat dapat dilihat pada Gambar 4. Perubahan massa dapat dibagi menjadi tiga daerah. Daerah pertama, yaitu mulai dari suhu ruang hingga suhu 300°C terjadi pengurangan massa akibat proses penguapan air. Pada daerah ini perubahan massa tidak signifikan dan sampel stabil
Gambar 4 Kurva TGA selulosa asetat (Zhang 2004).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pektin p.a., asam asetat glasial 100% (v/v), anhidrida asetat 98% (v/v), H2SO4 pekat, etanol 75% (v/v), kertas pH, kertas saring, NaOH 0,5 N, NaOH 0,1 N, HCl 0,5 N, HCl 0,25 N, NaHCO3 1 N, metanol, boraks, asam oksalat, indikator fenolftalein, merah fenol, dan merah metil. Alat-alat analisis yang digunakan adalah spektrofotometer FTIR merk Perkin Elmer, alat TGA merk 209 F3 Tarsus, dan mikroskop fotostereo Nikon SMZ-1000. Metode Penelitian Penelitian ini terdiri atas tiga tahap. Tahap pertama adalah pencirian bahan baku yang meliputi penetapan kadar air, kadar abu, bobot ekuivalen, kadar metoksil, dan kadar galakturonat. Tahap kedua adalah sintesis pektin asetat dengan variasi waktu aktivasi dan asetilasi. Lama aktivasi yang digunakan 2, 3, dan 4 jam sedangkan asetilasi dilakukan selama 60, 90, dan 120 menit. Tahap ketiga adalah pencirian pektin asetat dengan
4
menggunakan spektrofotometer fourier transformed infrared (FTIR), analisis termogravimetri (TGA), mikroskop fotostereo, dan penentuan kadar asetil. Kadar Air (AOAC 1999) Cawan petri kosong dikeringkan selama satu jam pada suhu 105°C dalam oven bersirkulasi udara. Setelah itu, ditimbang bobotnya dengan teliti (W1) setelah didinginkan dalam eksikator. Sebanyak 2 g contoh uji ditimbang teliti (W2) di dalam cawan petri itu lalu dikeringkan kembali pada suhu yang sama. Bobot (contoh uji + cawan petri) ditetapkan setiap interval 1-3 hari, setelah didinginkan di dalam eksikator. Setelah tercapai bobot konstan (W3), kadar air dapat dihitung dengan persamaan berikut: Kadar air (%) = (1- W3 − W1 ) x 100% W2 Kadar Abu (AOAC 1999) Cawan porselin dikeringkan dalam tanur pada suhu 600°C lalu didinginkan dalam eksikator dan ditimbang. Sebanyak 1 g pektin ditimbang dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya kemudian dipijarkan pada tanur listrik selama 3-4 jam pada suhu 600°C. Abu yang diperoleh didinginkan dalam eksikator dan ditimbang sampai diperoleh bobot tetap. Kadar abu dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Kadar abu (%) = bobot abu (g) × 100 bobot contoh (g) Bobot Ekuivalen (BE) (Ranganna 1977) Pektin sebanyak 0,5 g dibasahi dengan 5 ml etanol dan dilarutkan dalam 100 ml air suling yang berisi satu gram NaCl. Larutan hasil campuran tersebut dititrasi perlahanlahan dengan 0,1 N NaOH dengan indikator fenol merah sampai terjadi perubahan warna menjadi merah kekuningan (pH 7,5) yang bertahan sedikitnya 30 detik. Bobot ekuivalen dihitung dengan rumus: Bobot ekuivalen = bobot contoh (mg) ml NaOH × N NaOH
Kadar Metoksil (KM) (Ranganna 1977) Larutan netral dari penentuan BE ditambah 25 ml larutan 0,25 N NaOH, dikocok, dan dibiarkan selama 30 menit pada suhu kamar dalam keadaan tertutup. Selanjutnya ditambahkan 25 ml larutan 0,25 N HCl dan dititrasi dengan 0,1 N NaOH dengan indikator fenol merah sampai titik akhir seperti penentuan BE. Kadar metoksil dihitung dengan rumus: KM (%) = ml NaOH × 31× N NaOH × 100 bobot contoh (mg) Angka 31 adalah bobot molekul metoksil yang berupa CH3O. Kadar 1970)
Galakturonat
(KG)
(McCready
Kadar galakturonat dihitung dari mek (miliekuivalen) NaOH yang diperoleh dari penentuan BE dan kadar metoksil (KM). Kadar asam anhidrogalakturonat dihitung dengan rumus: KG (%) = mek (BE+KM) × 176 ×100 bobot contoh (mg) Angka 176 adalah bobot molekul galakturonat. Sintesis Pektin Asetat Pektin sebanyak 10 g dilarutkan ke dalam asam asetat glasial sebanyak 97 ml. Larutan tersebut kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik dan dipanaskan pada suhu 40°C selama 1 jam. Setelah itu dilakukan tahap aktivasi dengan menambahkan 17 ml asam asetat glasial dan 0,1 ml H2SO4 pekat lalu dipanaskan pada suhu yang sama. Waktu aktivasi yang digunakan diragamkan selama 2, 3, dan 4 jam. Tahap selanjutnya ialah asetilasi dengan menambahkan anhidrida asetat 98% (v/v) sebanyak 74 ml. Larutan tersebut kemudian direfluks sambil diaduk dengan pengaduk magnetik. Waktu asetilasi yang digunakan diragamkan selama 60, 90, dan 120 menit. Larutan didekantasi dan disaring dengan penyaring vakum. Endapan kemudian dicuci dengan NaHCO3 1 N hingga pH netral (Lampiran 1).
5
(τβ)ij
Kadar Asetil (ASTM D-678-91) Kandungan asetil ditentukan dengan cara melihat banyaknya NaOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan contoh O
O
R(O-C-CH3)x xNaOH
R(OH)x
Na O-C-CH3
Contoh kering sebanyak 1 g dimasukkan ke dalam erlenmeyer kemudian ditambahkan 40 ml etanol 75% (v/v) dan dipanaskan pada penangas air selama 30 menit pada suhu 60°C. Ke dalam contoh ditambahkan 40 ml NaOH 0,5 N dan dipanaskan selama 30 menit pada suhu yang sama. Contoh didiamkan selama 72 jam dan kelebihan NaOH dititrasi dengan HCl 0,5 N menggunakan indikator fenolftalein sampai warna merah muda lenyap. Contoh didiamkan selama 24 jam untuk memberi kesempatan bagi NaOH berdifusi. Selanjutnya contoh dititrasi dengan NaOH 0,5 N sampai terbentuk warna merah muda. Pengukuran blanko dilakukan sama dengan contoh. Kadar asetil (KA) dihitung dengan rumus: KA (%) = [(D-C)Na + (A-B)Nb] × (F/W) dengan A = volume NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi contoh B = volume NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi blanko C = volume HCl yang dibutuhkan untuk titrasi contoh D = volume HCl yang dibutuhkan untuk titrasi blanko Na = Normalitas HCl Nb = Normalitas NaOH F = 4.305 untuk kadar asetil W = bobot contoh Rancangan Percobaan Pengaruh waktu aktivasi dan asetilasi terhadap kadar asetil pektin asetat dianalisis secara statistik dengan metode Rancangan Acak Lengkap (RAL) lalu dilanjutkan dengan uji Duncan dan kontras polinomial ortogonal (Mattjik & Sumertajaya 2002). Model rancangan tersebut adalah Yijk = µ + τi + βj + (τβ)ij + εijk Keterangan: Yijk = kadar asetil pektin asetat pada waktu aktivasi ke-i, waktu asetilasi ke-j, serta ulangan ke-k, dengan i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3, dan k = 1, 2, 3, 4. µ = rataan umum τi = pengaruh waktu aktivasi ke-i βj = pengaruh waktu asetilasi ke-j
= pengaruh interaksi waktu aktivasi ke-i serta waktu asetilasi ke-j εijk = pengaruh acak dari waktu aktivasi ke-i, waktu asetilasi ke-j, serta ulangan ke-k. Hipotesis yang diuji 1 Pengaruh waktu aktivasi Ho = τ1 = τ2 = τ3 = 0 (waktu aktivasi memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar asetil) H1 = setidaknya ada satu i dengan τi ≠ 0, i = 1, 2, 3 2 Pengaruh waktu asetilasi Ho = β1 = β2 = β3 = 0 (waktu asetilasi memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar asetil) H1 = setidaknya ada satu j dengan βj ≠ 0, j = 1, 2, 3 3 Pengaruh interaksi antara waktu aktivasi dan waktu asetilasi Ho = (τβ)ij = 0 untuk semua ij H1 = setidaknya ada satu (τβ)ij ≠ 0
HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Bahan Baku Fungsi pencirian bahan baku ialah menentukan kemurnian dan kelayakan pektin terhadap proses asetilasi. Hasil pencirian disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Ciri bahan baku Pencirian
Pektin p.a.
SNI
Kadar air (%) Kadar abu (%) Bobot Ekuivalen Kadar Metoksil (%) Kadar Galakturonat (%)
8,48±0,03 2,19±0,03
maks. 12 maks. 10
2,56×103±70,27
-
6,38±0,07
maks. 7
43,11±0,57
min. 35
Kadar air yang diperoleh pada pektin sebesar 8,48%±0,03 (Lampiran 2). Kadar air ini sesuai dengan kadar air yang ditetapkan SNI (1979), yaitu maksimum 12%. Kadar air pektin berpengaruh pada jalannya reaksi asetilasi. Reaksi asetilasi bersifat reversibel sehingga kadar air pektin yang terlalu tinggi akan menyebabkan hasil reaksi yang digunakan tidak tercapai karena pektin asetat akan terhidrolisis. Kadar air juga berpengaruh pada anhidrida asetat. Kadar air yang tinggi akan menghidrolisis anhidrida asetat menjadi
6
asam asetat. Asam asetat ini tidak mampu mengasetilasi gugus hidroksil pektin. Kadar abu yang diperoleh pada pektin sebesar 2,19%±0,03 (Lampiran 2). Kadar abu yang diperoleh masih memenuhi standar mutu kadar abu yang ditetapkan dalam SNI (1979), yaitu tidak melebihi 10%. Nilai bobot ekuivalen pektin yang diperoleh sebesar 2,56×103 g/ek±70,27. Hal tersebut menunjukkan bahwa pektin merupakan makromolekul. Kadar metoksil yang dihasilkan sebesar 6,38%±0,07 (Lampiran 3) berarti pektin tersebut termasuk ke dalam jenis pektin bermetoksil rendah. Kandungan metoksil merupakan faktor yang penting bagi setting time dari pektin, sensitifnya terhadap kation polivalen, dan penggunaannya. Pektin dengan kadar metoksil rendah adalah pektin yang sebagian gugus karboksilnya tidak teresterifikasi. Pektin jenis ini dapat membentuk gel yang baik dengan adanya ion polivalen seperti ion kalsium. Ion kalsium akan membentuk ikatan silang ionik di antara gugus karboksil molekul-molekul pektin yang berdekatan. Kadar galakturonat dari pektin yang diperoleh sebesar 43,11%±0,57 (Lampiran 3). Hal ini sesuai menurut SNI (1979) kadar galakturonat minimum adalah 35%. Pektin yang sebagian asam galakturonatnya teresterifikasi mengandung 10% atau lebih komponen organik seperti arabinosa, galaktosa, dan gula. Perhitungan kandungan asam galakturonat sangat penting untuk mengetahui kemurnian pektin (Ranganna 1977). Hasil pencirian bahan baku menunjukkan bahwa pektin yang digunakan sudah memenuhi SNI (1979).
Gambar 5 Pektin asetat hasil sintesis. Reaksi asetilasi diawali dengan aktivasi pektin menggunakan asam asetat glasial dan katalis H2SO4. Menurut Sjostorm (1993), asam asetat glasial dapat membengkakkan serat-serat polimer sehingga reaktivitasnya semakin meningkat. Kecepatan proses asetilasi dari polisakarida yang sudah teraktivasi tiga kali lebih tinggi dari polisakarida yang tidak teraktivasi. Reaksi esterifikasi yang terjadi berupa penggantian satu atau dua gugus hidroksil dari unit galakturonat dengan gugus asetil dari anhidrida asetat (Gambar 6). Ada beberapa senyawa yang digunakan untuk mengasetilasi gugus -OH dari pektin, yaitu:
OH
O
CH3-C-O-C-CH3
H2SO4
O
O
O OH
H2O
2 CH3-C-OH
Gambar 7 Reaksi hidrolisis anhidrida asetat.
O
O
H3C
O
O
R-C-Cl
O
COOH
OR
O O
COOCH3
O
COOH
OH
O
R-C-O-C-R
Amida dan ester sangat lambat untuk bereaksi dengan gugus -OH pektin sedangkan halida asam mempunyai reaktivitas yang sangat tinggi. Oleh karena itu, pereaksi yang dipilih untuk mengasetilasi gugus -OH pektin ialah anhidrida asetat. Hal ini disebabkan anhidrida asetat mempunyai gugus pergi (R-COO-) yang baik dan selektivitasnya lebih besar dibandingkan dengan halida asam. Syarat terpenting dari proses asetilasi ialah kondisi reaksinya harus bebas air. Apabila terdapat air maka anhidrida asetat akan terhidrolisis menjadi asam asetat (Gambar 7). Asam asetat ini tidak mampu mengasetilasi gugus -OH dari pektin.
Pektin asetat yang dihasilkan pada penelitian ini berbentuk serbuk yang berwarna kuning kecokelatan (Gambar 5). Menurut Fengel dan Wegener (1995), perubahan warna ini disebabkan oleh perubahan-perubahan oksidatif pada molekul pektin yang terbentuk selama proses asetilasi. Perubahan warna yang terjadi dari kuning muda menjadi kuning kecokelatan sudah terlihat ketika dilakukan penambahan anhidrida asetat.
O
O
R-C-OR'
bertambahnya kereaktifan
Kenampakan Pektin Asetat
OH
O
O
R-C-NH2
CH3
O O
OR
OR
O
O COOCH3
Gambar 6 Reaksi sintesis pektin asetat, dengan R = H atau -COCH3.
OR
7
Kelarutan Uji kelarutan dilakukan dengan tujuan mengetahui apakah pektin sudah termodifikasi menjadi pektin asetat. Hasil uji kelarutan pada beberapa pelarut polar dan nonpolar disajikan pada Tabel 2.
90 sampai 120 menit (Gambar 8). Persentase kadar asetil tertinggi didapatkan pada lama aktivasi 3 jam dan lama asetilasi 120 menit. Hal ini diduga bahwa pada waktu aktivasi 3 jam dan asetilasi 120 menit gugus -OH dari pektin secara maksimum sudah digantikan oleh gugus asetil dari anhidrida asetat. kadar asetil (% )
Waktu asetilasi yang digunakan diragamkan selama 60, 90, dan 120 menit. Setelah 60 menit berlangsung, larutan menjadi kental dan warna berubah dari kuning muda menjadi kuning kecokelatan yang menunjukkan pektin sudah terasetilasi. Setelah 120 menit larutan pektin berubah menjadi cokelat tua. Hal ini yang mendasari penggunaan waktu asetilasi selama 60, 90, dan 120 menit.
70 60 50 40 30 20 10 0
aktivasi 2 jam
aktivasi 3 jam
aktivasi 4 jam
60
90
120
waktu asetilasi (menit)
Gambar 8 Hubungan waktu aktivasi dan asetilasi terhadap kadar asetil.
Tabel 2 Kelarutan pektin dan pektin asetat Pelarut Air Etanol DMSO Aseton Kloroform n-heksana
Pektin larut tidak larut tidak larut tidak larut tidak larut tidak larut
Pektin asetat tidak larut tidak larut larut tidak larut tidak larut tidak larut
Berdasarkan uji kelarutan, pekin asetat tidak larut dalam air tetapi larut dalam DMSO. Hal ini menunjukkan bahwa pektin telah terasetilasi menjadi pektin asetat. Secara teoretis, pektin dapat larut dalam air karena mempunyai banyak gugus hidroksil. Setelah pektin diasetilasi, terjadi penggantian satu atau dua gugus hidroksil dengan gugus asetil dari anhidrida asetat sehingga hasil sintesis tidak larut dalam air. Kadar Asetil Kadar asetil merupakan ukuran jumlah anhidrida asetat yang diesterifikasi pada rantai pektin. Kadar asetil yang diperoleh pada perlakuan ini berkisar antara 26,57%±0,13 sampai 62,86%±0,20 (Lampiran 4). Kadar asetil pektin asetat yang diperoleh berbeda dengan kadar asetil selulosa asetat, yaitu sebesar 39,0-40,0% (SNI 1991). Perbedaan ini dikarenakan struktur pektin awal mengandung gugus metil ester sedangkan selulosa tidak. Pada waktu aktivasi 2 jam, kadar asetil pektin asetat semakin menurun sedangkan pada waktu aktivasi 3 dan 4 jam kadar asetil menurun pada selang waktu 60 sampai 90 menit dan meningkat tajam pada selang waktu
Hasil analisis ragam pada α = 5% menunjukkan bahwa waktu aktivasi, waktu asetilasi, serta interaksi antara keduanya memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar asetil pektin asetat (Lampiran 5). Hal ini menunjukkan bahwa kadar asetil pektin asetat dipengaruhi oleh lama waktu aktivasi dan asetilasi. Uji lanjut Duncan pada α = 5% menunjukkan bahwa pada waktu aktivasi 2 jam, ketiga waktu asetilasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain (Lampiran 6). Waktu asetilasi 60 menit menghasilkan kadar asetil 54,89%±0,20 berbeda nyata dengan waktu asetilasi 90 menit dengan kadar asetil 45,62%±0,41. Waktu asetilasi 90 menit kadar asetil juga berbeda nyata dengan waktu asetilasi 120 menit dengan kadar asetil 42,22%±0,34. Hal tersebut juga terjadi antara waktu asetilasi 60 menit dengan 120 menit yang menghasilkan kadar asetil pektin asetat berbeda nyata. Uji lanjut Duncan pada waktu aktivasi 3 dan 4 jam menunjukkan kesimpulan yang sama dengan waktu aktivasi 2 jam, yaitu bahwa ketiga waktu asetilasi (60, 90, dan 120 menit) memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain (Lampiran 6). Uji kontras polinomial ortogonal pada α = 5% menunjukkan bahwa hubungan antara waktu aktivasi dengan kadar asetil pektin asetat yang dihasilkan berbentuk kuadratik dengan persamaannya y = 4,47x2 - 30,41x + 79,74. Hal tersebut juga terjadi pada hubungan antara waktu asetilasi dan kadar asetil, yaitu berbentuk kuadratik dengan persamaan y = 1,258x2 - 2,0978x + 121,82 (Lampiran 7).
8
Spektrum FTIR Gugus fungsi antara pektin dan pektin asetat tidak ada perbedaan yang signifikan (Gambar 6). Keduanya memiliki gugus fungsi -OH karboksilat dan karbonil. Perbedaannya hanya terdapat pada perubahan gugus -OH dari pektin menjadi gugus asetil (-OCOCH3). Spektrum FTIR pektin standar dan pektin asetat dapat dilihat pada Gambar 9 dan 10. Kedua spektrum tesebut menunjukkan adanya beberapa perbedaan serapan, yaitu pada bilangan gelombang 3700-3100 dan 1700 cm-1. Pada daerah bilangan gelombang 37003100 cm-1, pektin asetat memiliki serapan yang sangat lebar. Hal tersebut diduga ada pengaruh air pada saat preparasi serta menunjukkan bahwa tidak semua gugus -OH pektin dapat terasetilasi menjadi gugus asetil. Selain itu, serapan tersebut juga menunjukkan bahwa gugus karboksil (-COOH) pektin diduga tidak terasetilasi dengan anhidrida asetat melalui persamaan berikut: O
O
O
2 R-C-OH CH3-C-O-C-CH3
O
O
Tidak terasetilasinya gugus karboksil disebabkan oleh meruahnya gugus di sekitarnya sehingga anhidrida asetat tidak mampu mengasetilasi gugus karboksil tersebut. Spektrum FTIR pektin asetat (Gambar 10) memperlihatkan pita serapan pada bilangan gelombang 1699,4 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus karbonil (-C=O). Hal tersebut menunjukkan bahwa gugus -OH pektin telah terasetilasi menjadi gugus asetil. Serapan pada bilangan gelombang 2920,3 cm-1 merupakan vibrasi ulur dari -CH3 dan pada bilangan gelombang 1456,2 cm-1 dengan puncak yang tajam merupakan ciri khas dari serapan vibrasi tekuk -C-H (Shriner et al. 2004). Serapan lainnya ada pada daerah bilangan gelombang 1310,3-1398 cm-1 untuk vibrasi ulur -C-H dan pada daerah 1310,3 cm-1 untuk vibrasi ulur -C-O.
O
R-C-O-C-R 2 CH3-C-OH
(Fessenden RJ & Fessenden JS 2005)
Gambar 9 Spektrum FTIR pektin standar.
9
Gambar 10 Spektrum FTIR pektin asetat. Analisis Termogravimetri Kurva TGA dari analisis ini memberikan informasi tentang perubahan massa pektin asetat selama proses pemanasan. Selama peningkatan suhu, sampel mungkin mengalami kenaikan massa akibat proses oksidasi. Akan tetapi, kebanyakan kurva TGA memperlihatkan indikasi pengurangan massa pada suhu ≤ 100°C dan dekomposisi termal pada suhu > 250°C (Zhang 2004). Gambar 11 memperlihatkan pengurangan massa pektin asetat selama analisis termal.
Perubahan massa dapat dibagi menjadi tiga daerah. Daerah pertama, yaitu mulai dari suhu ruang hingga suhu 200°C terjadi pengurangan massa akibat proses penguapan air. Pada daerah ini perubahan massa tidak signifikan dan sampel stabil secara termal. Daerah kedua yang mulai dari suhu 200°C hingga 800°C pektin asetat memperlihatkan kehilangan massa yang besar akibat terjadinya dekomposisi termal. Pada proses ini sebanyak 32,70% dari sampel terdekomposisi sampai menguap. Daerah terakhir terjadi pada suhu 800°C hingga 900°C pektin asetat mengalami dekomposisi termal secara lambat.
TGA mg
Suhu (°C) 900
800 700
90
600 500 80
400 300 200
70
100
Gambar 11 Kurva TGA pektin asetat.
10
Mikroskop Fotostereo Struktur permukaan pektin asetat dapat dilihat dengan mikroskop fotostereo. Hasil mikroskop fotostereo (Gambar 12) memperlihatkan struktur permukaan yang tidak seragam. Struktur permukaan dari masing-masing perlakuan berbeda satu sama lain. Pektin asetat dengan perlakuan lama waktu aktivasi 2 jam dan asetilasi 120 menit dengan kadar asetil 42.22%±0.34 memiliki struktur permukaan yang paling rapat. Hal ini dikarenakan kadar asetil pektin asetat dengan perlakuan waktu aktivasi 2 jam dan asetilasi 120 menit mendekati kadar asetil selulosa asetat menurut SNI (1991), yaitu 39,0-40,0%. Pektin asetat dengan kadar asetil tertinggi, yaitu pada perlakuan waktu aktivasi 3 jam dan asetilasi 120 menit memiliki struktur permukaan yang menggumpal dan memadat. Struktur permukaan pektin asetat dengan kadar asetil terendah (waktu aktivasi 3 jam dan asetilasi 90 menit) cenderung retak-retak.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Dari hasil penentuan kadar asetil dan uji kelarutan dapat disimpulkan bahwa pektin dapat terasetilasi menjadi pektin asetat. Kadar asetil tertinggi didapatkan pada pektin dengan lama aktivasi 3 jam dan asetilasi 120 menit, yaitu 62,86%±0,20. Hasil analisis ragam pada α = 5% menunjukkan bahwa waktu aktivasi, waktu asetilasi, serta interaksi antara keduanya memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar asetil pektin asetat. Analisis TGA menunjukkan bahwa selama asetilasi tidak ada massa pektin asetat yang hilang. Hasil interpretasi mikroskop fotostereo menunjukkan pektin asetat dengan lama waktu aktivasi 2 jam dan asetilasi 120 menit memiliki struktur permukaan yang paling rapat. Saran
2j, 60’
2j, 90’
2j, 120’
3j, 60’
Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai aplikasi pektin asetat yang dihasilkan. Pektin asetat dapat dicoba dibuat melalui reduksi gugus -COOH dan -COOCH3 terlebih dahulu dengan menggunakan LiAlH4 sebelum tahap aktivasi dan asetilasi.
DAFTAR PUSTAKA 3j, 120’
4j, 90’
3j, 90’
4j, 60’
Gambar 12 Hasil mikroskop fotostereo pektin asetat. Interpretasi mikroskop fotostereo pektin asetat digunakan untuk tahap lanjut, yaitu pembuatan membran. Pektin asetat yang dipilih sebagai bahan dasar pembuat membran adalah yang memiliki permukaan yang paling rapat, dalam hal ini dipilih pektin asetat dengan perlakuan lama waktu aktivasi 2 jam dan asetilasi 120 menit.
AOAC. 1995. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemist. Vol IA. Washington DC: AOAC Int. ASTM. 1991. ASTM D871: Standard Methods of Testing Cellulose Acetate. Philadelphia: American Society for Testing and Materials. Caplin M. 2004. Pectin. http://www.Isbu. ac.uk/water/hypec.html. [2 Februari 2006]. Fengel D, Wegener G. 1995. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, dan Reaksi-Reaksi. Sastrohamidjojo H, penerjemah; Yogyakarta: UGM Pr. Terjemahan dari: Wood: Chemistry, Ultrstructure and Reactions.
11
Fessenden RJ, Fessenden JS. 2005. Kimia Organik. Jilid ke-2. Pudjaatmaka AH, penerjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Organic Chemitry. Glicksman M. 1969. Gum Technology in The Food Industry. New York: Academic Pr. Hlm. 34-38. Hoejgaard S. 2004. Pectin Chemistry, Functionally, and Applications. http://www.cpkelco.com/ptalk/ptalk.htm. [30 Januri 2006] [IPPA] International Pectins Procedure Association. 2004. Pectins. http://www.ippa.info/history of pectin. htm. [2 Februari 2006]. Mattjik AA, Sumertajaya M. 2002. Perancangan Percobaan dengan Aplikasi SAS dan Minitab. Bogor: IPB Pr. Hlm. 63-101. McCready RM. 1970. Pectin. Di dalam: Joslyn ME, editor. Methods in Food Analysis. New York: Academic Pr. National Research Development Corporation. 2004. High Grade Pectin from Lime Peels. http://www.nrdcindia.com /pages/pect.htm. [2 Februari 2006]. Nelson DB, Smith CJB, Wiles RL. 1977. Commercially Important Pectic Substances. Di dalam: Graham HD, editor. Food Colloids. Connecticut: Westport. Hlm 419-500. Nussinovitch. 1997. Hydrocolloid Aplications Gum Technology in The Food and Other Industries. London: Blackie Academic and Professional. Hlm. 46-51. O’Neill MA, Ridley BL, Mohnen D. 2000. Pectins: structure, biosynthesis, and oligogalacturonide-related signaling. Phytochemistry 57: 929-967. Ranganna S. 1977. Manual of Analysis of Fruit and Vegetable Products. New Delhi: McGraw-Hill. Rouse AH. 1977. Pectins: Distribution, Significance. Di dalam: Nagy S, Shaw PE, Veldhuis MK, editor. Citrus Science and Technology. Vol ke-1. Connecticut: AVI. hlm. 111-199.
Shriner RL, Hermann CKF, Morrill TC, Curtin DY, Fuson RC. 2004. The Systematic Identification of Organic Compounds. Brennan D, Donovan C, Pigliucci NM, editor. Ed ke-8. New Caledonia: John Wiley&Sons. Sjostorm E. 1993. Kimia Kayu, Dasar-Dasar, dan Penggunaannya. Ed ke-2. Sastrohamidjojo H, penerjemah; Yogyakarta: UGM pr. Terjemahan dari: Wood Chemistry, Fundamentals, and Applications. SNI. 1979. SNI-02-2101-1979: Pektin. Jakarta: Dewan Standardisasi Nasional. SNI. 1991. SNI 06-2115-1991: Selulosa Asetat. Jakarta: Dewan Standardisasi Nasional. Towle GA, Christensen O. 1973. Pectins. Di dalam: Whistler RL, editor. Industrial Gum. New York: Academic Pr. Hlm. 429-455. Wenten IG. 1999. Teknologi Membran Industrial. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Zhang X. 2004. Investigation of biodegradable nonwoven composite based on cotton, bagasse and other annual plants [tesis]. China: Tianjin University.
LAMPIRAN
13
Lampiran 1 Diagram alir pembuatan pektin asetat
Pektin p.a. (10 g) + Asam asetat glasial 97 ml T = 40oC, t = 1 jam
+ Asam asetat glasial 17 ml + H2SO4 pekat 0,1 ml T = 40oC, t = 2, 3, 4 jam
+ 74 ml anhidrida asetat 98% Direfluks selama 60’, 90’, 120’
Disaring dan dicuci dengan NaHCO3 1 N Dikeringkan pada T = 40oC
Pektin asetat
Lampiran 2 Data kadar air dan abu Hasil kadar air pektin Pengamatan Bobot cawan petri kosong (g) Bobot contoh sebelum pengeringan (g) Bobot contoh setelah pengeringan (g) Kadar air (%) Rerata
ulangan 1
2
3
4
55,8686 2,0006 57,6987 8,50
39,9824 2,0004 41,8134 8,47
34,9509 2,0002 36,7817 8,47
32,7138 2,0005 34,5447 8,48
8,48±0,03
Hasil kadar abu pektin Pengamatan Bobot cawan porselin kosong (g) Bobot contoh sebelum pengeringan (g) Bobot contoh setelah pengeringan (g) Kadar air (%) Rerata
ulangan 1
2
3
4
20,0340 1,0096 20,0563 2,21
19,9680 1,0002 19,9899 2,19
19,6485 1,0026 19,6704 2,18
20,3604 1,0028 20,3824 2,19
2,19±0,03
14
Lampiran 3 Data bobot ekuivalen, kadar metoksil, dan galakturonat Data bobot ekuivalen Pengamatan Bobot contoh (g) Volume NaOH (ml) Normalitas NaOH (N) Bobot ekuivalen (BE) Rerata
ulangan 1
2
3
4
0,5016 2,00 0,0980 2,56×103
0,4969 1,95 0,0980 2,60×103
0,5016 2,00 0,0980 2,56×103
0,5021 2,05 0,0980 2,52×103
2,56×103±70,27
Data kadar metoksil Pengamatan Bobot contoh (g) Volume NaOH (ml) Normalitas NaOH (N) Kandungan metoksil (%) Rerata
ulangan 1
2
3
4
0,5016 10,45 0,0980 6,33
0,4969 10,45 0,0980 6,39
0,5016 10,55 0,0980 6,39
0,5021 10,60 0,0980 6,41
6,38±0,07
Data kadar galakturonat Pengamatan Bobot contoh (g) mek BE mek metoksil Kadar galakturonat (%) Rerata
ulangan 1
2
3
4
0,5016 0,1960 10,241 42,81
0,4969 0,1911 10,241 43,04
0,5016 0,1960 10,339 43,15
0,5021 0,2009 10,388 43,45
43,11±0,57
15
Lampiran 4 Data kadar asetil Waktu aktivasi (jam)
2
3
4
Ulangan 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Waktu asetilasi (menit) 60 90 120 54.90 45.54 42.12 54.99 45.88 42.38 54.91 45.43 42.04 54.76 45.64 42.31 µ = 54.89±0.20 µ = 45.62±0.41 µ = 42.22±0.34 29.27 26.46 62.72 29.07 26.43 62.89 29.22 26.47 62.94 29.14 26.57 62.87 µ = 29.18±0.19 µ = 26.48±0.13 µ = 62.86±0.20 39.49 32.52 48.79 39.84 32.74 48.76 39.62 32.79 48.86 39.80 32.82 48.70 µ = 39.69±0.35 µ = 32.72±0.29 µ = 48.78±0.14
Mencari derajat kesalahan (l.e) = tσ n
dengan σ = simpangan baku t = 4,303 Æ pada saat α = 5% n = jumlah pengamatan contoh perhitungan pada saat waktu aktivasi 2 jam dan asetilasi 60 menit: l.e = 4,303 × 0,0956 = 0,20 4 Lampiran 5 Analisis ragam untuk kadar asetil Hipotesis yang diuji 1 Pengaruh waktu aktivasi Ho = τ1 = τ2 = τ3 = 0 (waktu aktivasi memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar asetil) H1 = setidaknya ada satu i dengan τi ≠ 0, i = 1, 2, 3 2 Pengaruh waktu asetilasi Ho = β1 = β2 = β3 = 0 (waktu asetilasi memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar asetil) H1 = setidaknya ada satu j dengan βj ≠ 0, j = 1, 2, 3 3 Pengaruh interaksi antara waktu aktivasi dan asetilasi Ho = (τβ)ij = 0 untuk semua ij H1 = minimal ada satu (τβ)ij ≠ 0 Langkah perhitungan: 2 2 FK = ΣΣΣ Y ... = (1529 .68 ) = 64997.8028 a.b.r (3)(3)( 4) JKT = Σ Yijk2 – FK = (54.902 +54.99 2 + 54.912 +...+ 48.702) – 64997.8028 = 4619.625 2 JKA = ∑ ∑ Yi .. - FK b.r ( 570 .90 2 + 474 .05 2 + 484 .73 2 ) - 64997.8028 = 3 .4 = 469.9793
16
JKB
2 = ∑ ∑ Y . j. - FK a.r
2 2 2 = (495.01 + 419.29 + 615.38 ) - 64997.8028
(3)(4)
= 1629.8262 2 JKP = ∑ Yi j. - FK r 2 2 2 = (219.56 + 116.7 + ... + 195.11 ) - 64997.8028 4 = 4619.2020 JKAB = JKP-JKA-JKB = 4619.2020-469.9793-1629.8262 = 2519.3965 JKG = JKT-JKP = 4619.625-4619.2020 = 0.4230 = a-1 = 2 dbA = b-1 = 2 dbB dbAB = (a-1)(b-1) = 4 = ab(r-1) = (3)(3)(3) = 27 dbG = abr-1 = (3)(3)(4)-1 = 35 dbT KTA = JKA/dbA KTB = JKB/dbB KTAB = JKAB/dbAB KTG = JKG/dbG Tabel ANOVA Sumber Keragaman taktivasi tasetilasi taktivasi*tasetilasi Galat Total
Derajat bebas (db) 2 2 4 27 35
Jumlah Kuadrat (JK) 469.9793 1629.8262 2519.3965 0.4230 4619.6250
Kuadrat Tengah (KT) 234.9897 814.9131 629.8491 0.0157
Fhitung
Ftabel
14996.1519 52004.6650 40194.5820
F0.05(2,27) = 3.354 F0.05(2,27) = 3.354 F0.05(4,27) = 2.278
Kesimpulan: 1 Karena Fhitung taktivasi > F0,05(2,27) maka tolak Ho Artinya: Waktu aktivasi memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar asetil 2 Karena Fhitung tasetilasi > F0,05(2,27) maka tolak Ho Artinya: Waktu asetilasi memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar asetil 3 Karena Fhitung interaksi taktivasi*tasetilasi > F0,05(2,27) maka tolak Ho Artinya: interaksi antara waktu aktivasi dan asetilasi memberikan pengaruh yang nyata terhadap kadar asetil
17
Lampiran 6 Uji Duncan ¾ 1
Uji Duncan untuk masing-masing taktivasi Pada waktu aktivasi 2 jam
Nilai kritis Duncan: Rp = rα(p,dbg) R2 = r0,05 (2,27)
0,01567 4
= 0,2099
R3 = r0,05 (3,27)
0,01567 4
= 0,1853
tasetilasi (menit) 60 90 120
KTG , p = 2, 3 r
Total 219,56 182,49 168,85
Rata-rata 54,89 45,62 42,21
µ1 = 42,21; µ2 = 45,62; µ3 = 54,89 tolak Ho |µ1-µ2| = 3,41 > R2 = 0,2099 tolak Ho |µ2-µ3| = 9,27 > R2 = 0,2099 |µ1-µ3| = 12,68 > R3 = 0,1853 tolak Ho Artinya: pada waktu aktivasi 2 jam, masing-masing waktu asetilasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 2
Pada waktu aktivasi 3 jam Total tasetilasi (menit) 60 116,7 90 105,93 120 251,42
Rata-rata 29,17 26,48 62,85
|µ1-µ2| = 2,69 > R2 = 0,2099 |µ2-µ3| = 33,68 > R2 = 0,2099 tolak Ho |µ1-µ3| = 251,42 > R3 = 0,1853 Artinya: pada waktu aktivasi 3 jam, masing-masing waktu asetilasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 3
Pada waktu aktivasi 4 jam Total tasetilasi (menit) 60 158,75 90 130,87 120 195,11
Rata-rata 39,69 32,72 48,78
|µ1-µ2| = 6,97 > R2 = 0,2099 |µ2-µ3| = 9,09 > R2 = 0,2099 tolak Ho |µ1-µ3| = 16,06 > R3 = 0,1853 Artinya: pada waktu aktivasi 4 jam, masing-masing waktu asetilasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. ¾ 1
Uji Duncan untuk masing-masing tasetilasi Pada waktu asetilasi 60 menit
Nilai kritis Duncan:
Rp = rα(p,dbg)
R2 = r0,05 (2,27)
0,01567 4
= 0,2099
R3 = r0,05 (3,27)
0,01567 4
= 0,1853
KTG , p = 2, 3 r
18
Lanjutan taktivasi (jam) 2 3 4
Total 219,56 116,70 158,75
Rata-rata 54,89 29,17 39,69
|µ1-µ2| = 10,51 > R2 = 0,2099 tolak Ho |µ2-µ3| = 15,20 > R2 = 0,2099 |µ1-µ3| = 25,71 > R3 = 0,1853 Artinya: pada waktu asetilasi 60 menit, masing-masing waktu aktivasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 2
Pada waktu asetilasi 90 menit Total taktivasi (jam) 2 182,49 3 105,93 4 130,87
Rata-rata 45,62 26,48 32,72
|µ1-µ2| = 6,23 > R2 = 0,2099 tolak Ho |µ2-µ3| = 12,90 > R2 = 0,2099 |µ1-µ3| = 19,14 > R3 = 0,1853 Artinya: pada waktu asetilasi 90 menit, masing-masing waktu aktivasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain. 3
Pada waktu asetilasi 120 menit taktivasi (jam) Total 2 168,85 3 251,42 4 195,11
Rata-rata 42,21 62,85 48,78
|µ1-µ2| = 6,56 > R2 = 0,2099 |µ2-µ3| = 14,08 > R2 = 0,2099 tolak Ho |µ1-µ3| = 20,64 > R3 = 0,1853 Artinya: pada waktu asetilasi 120 menit, masing-masing waktu aktivasi memberikan pengaruh yang berbeda satu sama lain.
19
Lampiran 7 Uji kontras polinomial ortogonal 1) Hubungan antara waktu aktivasi dengan kadar asetil ¾ Linear Waktu aktivasi Total perlakuan Linear (Ci) CiYi Ci2
2 jam 570,90 -1 -570,90 1
(ΣCiYi )
2
JKCLinear =
a.r.Σ Ci 2
3 jam 474,05 0 0 0
4 jam 484,73 1 484,73 1
ΣCi2 = 2
4 jam 484,73 1 484,73 1
ΣCi2 = 6
ΣCiYi = -86,17
2 = (−86,17) = 309,39 3.4.2
¾ Kuadratik Waktu aktivasi Total perlakuan Kuadratik (Ci) CiYi Ci2 JKCKuadratik =
Kontras Linear Kuadratik
2 jam 570,90 1 570,90 1
(ΣCiYi )2 a.r.Σ Ci 2
3 jam 474,05 -2 -948,1 4
ΣCiYi = 107,53
2 = (107,53) = 160,59 3.4.6
derajat bebas 1 1
JKC 309,39 160,59
KTC 309,39 160,59
Fhit 19744,09 6862,16
Ftabel F0,05(1,27) = 7,677 F0,05(1,27) = 7,677
Karena Fhit linear dan kuadratik > Ftabel = F0,05(1,27) = 7,677 maka hubungan antara waktu aktivasi dan kadar asetil berbentuk kuadratik. Persamaan kontras polinomial ortogonal y= αo + α1P1(x) + α2P2(x) αo = Σ Y ... = 1529,68 = 42,49 µ = 2+3+ 4 = 3 3.3.4 3 a.b.r ( Σ YiCi ) lin α1 = = − 86,17 = -3,59 d = 3-2 = 1 3.4.2 a.r. Σ Ci 2 α2 = ( Σ YiCi ) kuad = 107,53 = 1,49 3.4.6 a.r. Σ Ci 2 P1(x) = λ1 ⎛⎜ x − µ ⎞⎟ = 1 ⎛⎜ x − 3 ⎞⎟ = x - 3 ⎝ d
⎠
⎝ 1 ⎠
2 2 P2(x) = λ2 ⎡ ⎛ x − µ ⎞ − ⎛⎜ a − 1 ⎞⎟ ⎤ = 3 ⎡ ⎛ x − 3 ⎞ − ⎛ 9 − 1 ⎞ ⎤ = 3x2 - 18x + 25 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎥ ⎟ ⎢ ⎥ ⎢⎜ ⎜ 12 ⎟ ⎝ 12 ⎠ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎝ d ⎠ ⎢⎣ ⎝ 1 ⎠ ⎝ ⎠ ⎥⎦ y = αo + α1P1(x) + α2P2(x) y = 42,49 + (-3,59)(x - 3) + 1,49(3x2 - 18x + 25) y = 4,47x2 - 30,41x + 79,74 2
20
Lanjutan 2) Hubungan antara waktu asetilasi dengan kadar asetil ¾ Linear
Waktu asetilasi Total perlakuan Linear (Ci) CiYi Ci2 JKCLinear =
(ΣCiYi )2 b.r. Σ Ci
2
60’ 495,01 -1 -495,01 1
90’ 419,29 0 0 0
120’ 615,38 1 615,38 1
ΣCiYi = 120,37 ΣCi2 = 2
120’ 615,38 1 615,38 1
ΣCiYi = 271,81 ΣCi2 = 6
2 = (120,37) = 603,70 3.4.2
¾ Kuadratik
Waktu asetilasi Total perlakuan Kuadratik (Ci) CiYi Ci2 JKCKuadratik =
Kontras Linear Kuadratik
60’ 495,01 1 495,01 1
(ΣCiYi )2 b.r. Σ Ci 2
90’ 419,29 -2 -838,58 4
2 = ( 271,81) = 1026,12 3.4.6
derajat bebas 1 1
JKC 603,70 1026,12
KTC 603,70 1026,12
Fhit 38526,16 65483,09
Ftabel F0,05(1,27) = 7,677 F0,05(1,27) = 7,677
Karena Fhit linear dan kuadratik > Ftabel = F0,05(1,27) = 7,677 maka hubungan antara waktu asetilasi dan kadar asetil berbentuk kuadratik. Persamaan kontras polinomial ortogonal y = αo + α1P1(x) + α2P2(x) αo = Σ Y ... = 1529,68 = 42,49 µ = 2+3+ 4 = 3 3.3.4 3 a.b.r ( Σ YiCi ) lin 120,37 = = 5,01 d = 3-2 = 1 α1 = 3.4.2 a.r. Σ Ci 2 α2 = ( Σ YiCi ) kuad = 271,81 = 3,78 3.4.6 a.r. Σ Ci 2 P1(x) = λ1 ⎛⎜ x − µ ⎞⎟ = 1 ⎛⎜ x − 90 ⎞⎟ = ⎛⎜ x − 90 ⎞⎟ ⎝ d
⎠
⎝ 30 ⎠
⎝ 30 ⎠
2 2 2 P2(x) = λ2 ⎡ ⎛ x − µ ⎞ − ⎛⎜ a − 1 ⎞⎟ ⎤ = 3 ⎡ ⎛ x − 90 ⎞ − ⎛ 9 − 1 ⎞ ⎤ = x − 180 x + 7500 ⎟ ⎜ ⎟⎥ ⎟ ⎢⎜ ⎢⎜ ⎜ 12 ⎟ ⎥ 300 ⎝ 12 ⎠ ⎦⎥ ⎝ ⎠ ⎦⎥ ⎣⎢ ⎝ d ⎠ ⎣⎢ ⎝ 30 ⎠ y = αo + α1P1(x) + α2P2(x) 2 y = 42,49 + 5,01 ⎛⎜ x − 90 ⎞⎟ + 3,78 ⎛⎜ x − 180 x + 7500 ⎞⎟ ⎜ ⎟ 300 ⎝ 30 ⎠ ⎝ ⎠ -2 2 y = 1,26.10 x - 2,10x + 121,82
2
