PEMBUATAN MATERIAL SELULOSA-KITOSAN BAKTERI DALAM MEDIUM AIR KELAPA DENGAN PENAMBAHAN PATI DAN KITOSAN MENGGUNAKAN Acetobacter-xylinum TESIS

PEMBUATAN MATERIAL SELULOSA-KITOSAN BAKTERI DALAM MEDIUM AIR KELAPA DENGAN PENAMBAHAN PATI DAN KITOSAN MENGGUNAKAN Acetobacter-xylinum TESIS Oleh LISBETH TAMPUBOLON 067006018/KM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008 PEMBUATAN MATERIAL SELULOSA-KITOSAN BAKTERI DALAM MEDIUM AIR KELAPA DENGAN PENAMBAHAN

Lisbeth Tampubolon: Pembuatan Material Selulosa-Kitosan Bakteri Dalam medium Air Kelapa Dengan Penambahan Pati Dan Kitosan Menggunakan Acetobater-Xylinum, 2008. USU e-Repository © 2008

PATI DAN KITOSAN MENGGUNAKAN Acetobacter-xylinum

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Ilmu Kimia Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh LISBETH TAMPUBOLON 067006018/KM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008 Judul Tesis

: PEMBUATAN MATERIAL SELULOSA-KITOSAN BAKTERI DALAM MEDIUM AIR KELAPA DENGAN PENAMBAHAN PATI DAN KITOSAN MENGGUNAKAN Acetobacter-xylinum


Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi

: Lisbeth Tampubolon : 067006018 : Ilmu Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Tonel Barus) Ketua

Ketua Program Studi,

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D)

(Drs. Mimpin Ginting,MS) Anggota

Direktur,

(Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, MSc)

Tanggal Lulus: 13 Juni 2008 Telah diuji pada Tanggal : 13 Juni 2008


PANITIA PENGUJI TESIS : Ketua

: Prof. Dr. Tonel Barus, MS

Anggota

: 1. Drs. Mimpin Ginting, MS 2. Dr. Jamaran Kaban, MS 3. Dr. Rumondang Bulan, MS 4. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D


ABSTRAK Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan material selulosa-kitosan bakteri melalui fermentasi dengan memanfaatkan pati sebagai sumber glukosa untuk diubah menjadi selulosa bakteri oleh Acetobacter-xylinum dalam media air kelapa. Selulosa bakteri yang bermanfaat untuk perawatan luka pada bidang medis yang mana memiliki gugus hidroksil diharapkan selama proses fermentasi dapat membentuk interaksi dengan polisakarida aktif kitosan dengan menggunakan Acetobacter-xylinum melalui dipol-dipol maupun melalui ikatan hidrogen membentuk material selulosakitosan bakteri. Selanjutnya juga material yang dihasilkan diharapkan dapat memberikan sifat multi fungsi dari selulosa-kitosan bakteri dalam keperluan medis. Penelitian dilakukan melalui proses fermentasi dalam media air kelapa melalui penambahan urea pada pH=4 dengan menggunakan asam asetat melalui bantuan Acetobacter-xylinum. Pada kondisi ini ternyata pati dapat diubah menjadi selulosa bakteri dan juga yang diikuti dengan pemberian kitosan dapat menghasilkan material selulosa-kitosan bakteri. Dalam pembentukan material tersebut juga dilakukan penambahan kitosan yang bervariasi yaitu masing-masing 0,5 , 1,0 , 1,5 , dan 2,0 g dan setiap penggunaan sebanyak 10 g pati, 0,5 g urea dalam 100 mL air kelapa pada pH=4. Hasil analisis spektroskopi FT-IR menunjukkan bahwa hasil fermentasi memberikan spektrum yang menggambarkan struktur selulosa bakteri maupun adanya interaksi antara selulosa dengan kitosan dalam pembentukan material selulosa-kitosan bakteri. Dari hasil karakterisasi foto SEM maupun uji tarik menggambarkan bahwa material selulosa-kitosan bakteri yang dihasilkan interaksi yang terbaik adalah pada penambahan 0,5 g kitosan. Kata Kunci: Selulosa Bakteri, Pati, Kitosan, Acetobacter-xylinum


ABSTRACT In this research carry out the creating of bacterial chitosan-cellulose by fermentation using essence as the source for glucose that will be changed by Acetobacter-xylinum in cocoa liquid media. Bacterial cellulose contribute for interaction with polysacharida chitosan active by using Acetobacter-xylinum both through out dipols and hydrogen bound that from the material for bacterial chitosancellulose. Furthermore, the produced material suppose to result the multi fungtion characteristic of bacterial cellulose and chitosan for medical needs. This research is carrying out by fermentation process using cocoa liquid media by adding the based fertilizer at pH=4 and adding for vinegar acid that supported by Acetobacter-xylinum. At this condition, found that the essence could be changed into bacterial cellulose and continued by adding the chitosan that result for material of bacterial chitosan-cellulose. Then, in the forming of these material also carry out the adding for variation chitosan at 1.0 , 1.5 , and 2.0 g of chitosan and every single used essence for vinegar starch at 10.0 g , urea at 0.5 in 100 mL of cocoa liquid at pH=4. The result of spectroscopy FT-IR analysis showing that the fermentation result the spectrum depicting both the structure of bacterial cellulose and interaction between the cellulose and chitosan in the material of bacterial chitosan-cellulose. By the SEM photo characterization result and drawing test showing that the material of bacterial chitosan cellulose result for the best interaction by adding 0.5 g chitosan. Key Words: Bacterial Celluloce, Starch, Chitosan, Acetobacter-xylinum


UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya serta ridohNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairul Nisa, MSc, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Ilmu Kimia Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak memberi masukan dalam penyempurnaan tesis ini. 3. Bapak Prof. Dr. Tonel Barus, MS, selaku Ketua Komisi Pembimbing, yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan, arahan dan saran sehingga selesainya tesis ini. 4. Bapak Drs. Mimpin Ginting, MS, selaku Anggota Komisi Pembimbing, yang dengan penuh kesabaran membimbing dan member arahan untuk penyelesaian tesisi ini. 5. Kepala

Laboratorium

Penelitian

Kimia,

Laboratorium

Kimia

Organik,

Laboratorium Kimia Analitik MIPA USU Medan, beserta laborannya atas kerjasamanya dalam penyelesaian tesisi ini. 6. Rekan-rekan mahasiswa Pascasarjana Program Studi Kimia, khususnya teman saya Marnaek Nainggolan dan Simon Manurung atas kerjasamanya selama masa perkuliahan.


7. Ibuku tercinta T. br Siahaan, ucapan dan segala perbuatan takkan mungkin dapat mengungkapkan terima kasihku padamu. Suamiku tersayang Drs. Miduk Purba, MA, yang saat ini sedang menyelesaikan perkuliahannya pada program Ph.D yang telah banyak memberi dorongan dan membantu penulisan tesis ini, serta anakanakku semua, Arlina Paratiwi, Angelia Maharani, Pasca Putri, Michael Yohansen, Evan Andereas Rafael, khususnya anakku Anggraeni Glory Roito yang telah banyak membantu pengetikan dalam penyelesaian tesis ini. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa penulis masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran yang membangun untuk kesempurnaan tesis ini, terima kasih.

Medan,

Juni 2008

Penulis,

Lisbeth Tampubolon


KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah memberikan rahmat dan karunia NYA, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul

PEMBUATAN MATERIAL SELULOSA-KITOSAN

BAKTERI DALAM MEDIUM AIR KELAPA DENGAN PENAMBAHAN PATI DAN KITOSAN MENGGUNAKAN Acetobacter-xylinum. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa, M.Sc, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, 2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Kimia Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, 3. Bapak Prof. Dr. Tonel Barus, MS, selaku Ketua Komisi Pembimbing, 4. Bapak Drs. Mimpin Ginting, MS, selaku Anggota Komisi Pembimbing, 5. Kepala Laboratorium Penelitian, Laboratorium Kimia Organik, Laboratorium Kimia Analitik FMIPA USU, beserta laboran atas sarana dan bantuan yang telah diberikan, Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan saran yang membangun sehingga nantinya menjadi suatu tesis yang lebih baik. Medan,

Juni 2008

Penulis,

Lisbeth Tampubolon


RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di T.Jawa, pada tanggal 22 Mei 1959, merupakan anak pertama dari sepuluh bersaudara dari Alm. Bapak G.J Tampubolon dan Ibu T. br Siahaan. Penulis menyelesaikan sekolah di SD Negeri Tarutung pada tahun 1971, SMP Negeri 1 Tarutung pada tahun 1974, SMA Negeri 1 Tarutung pada tahun 1977. Selanjutnya penulis melanjutkan pendidikan ke IKIP Negeri Medan Progam Studi Ilmu Kimia dan menyelesaikan Sarjana Muda pada tahun 1981, Diploma III/Akta III pada tahun 1981, dan berhasil meraih gelar Sarjana Pendidikan Ilmu Kimia tahun 1984 di IKIP Negeri Medan. Penulis mulai mengajar di SMA Negeri 3 Medan sejak tahun 1983 sampai sekarang. Pada tahun 2006 penulis melanjutkan studi ke sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Program Studi Ilmu Kimia, atas beasiswa BINSOS PEMPROPSU melalui BAPPEDA Propinsi Sumatera Utara dan dinyatakan lulus pada tanggal 13 Juni 2008.


DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK

……………………………………………………….

i

ABSTRACT

……………………………………………………….

ii

UCAPAN TERIMA KASIH ……………………………………………………….. iii KATA PENGANTAR

………………………………………………………..

v

RIWAYAT HIDUP

………………………………………………………… vi

DAFTAR ISI

…………………………………………………………vii

DAFTAR TABEL

………………………………………………………… x

DAFTAR GAMBAR

………………………………………………………… xi

DAFTAR LAMPIRAN

……………………………………………………….. xiii

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………….. 1 1.1. Latar Belakang

………………………………………………………… 1

1.2. Permasalahan

………………………………………………………… 3

1.3. Tujuan Penelitian ……………………………………………………….. 3 1.4. Manfaat Penelitian ……………………………………. ………………… 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kelapa

…………………………………………………. 5

…………………………………………………………. 5


2.2. Pati

………………………………………………………… 7

2.3. Selulosa

…………………………………………………………11

2.4. Selulosa Bakteri ………………………………………………………… 12 2.4.1. Karakteristik Selulosa Bakteri ………………………………………...14 2.4.2. Aplikasi Selulosa dalam Bidang Medis ………………………………. 15 2.5. Enzim ……………………………………………………………………. 16 2.5.1 Eksoenzim dan endoenzim ……………………………………………. 16 2.6. Acetobacter-xylinum …………………………………………………….17 2.7. Kitosan

……………………………………………………………….. 19

2.7.1. Sumber Kitosan…………………………………………………………20 2.7.2. Karakteristik Kitosan …………………………………………………22 2.7.3. Aplikasi Kitosan dalam Bidang Medis ………………………………..24 2.8. Interaksi Dalam Pembentukan Material …………………………...........26

BAB III METODA PENELITIAN

…………………………………………28

3.1. Bahan-bahan

…………………………………………………………28

3.2. Alat-alat

…………………………………………………………28

3.3. Lokasi Penelitian

…………………………………………………28

3.4. Prosedur Penelitian

………………………………………................29

3.4.1. Pembuatan Selulosa Bakteri

………………………………………29

3.4.2. Pembuatan Selulosa-Kitosan Bakteri………………………………… ..30 3.4.3. Analisis Hasil Fermentasi

……………………………………. ……30

3.5. Bagan Penelitian …………………………………………………………33 3.5.1. Pembuatan Selulosa Bakteri

…………………………………………33


3.5.2. Pembuatan Material Selulosa-Kitosan Bakteri …....................................34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembuatan Selulosa Bakteri

………………………………………….35 …………………………………35

4.2 Pembuatan Material Selulosa-Kitosan Bakteri …………………………36 4.3 Analisis Spektroskopi FT-IR

…………………………………………38

4.3.1. Spektrum FT-IR Selulosa Bakteri ……………………………………..38 4.3.2. Spektrum FT-IR Pati

…………………………………………39

4.3.3. Spektrum FT-IR Selulosa

…………………………………………40

4.3.4 Spektrum FT-IR Kitosan

…………………………………………41

4.3.5. Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (0,5 g kitosan)…...42 4.3.6 Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (1,0 g kitosan)….. 43 4.3.7 Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (1,5 g kitosan).. 44 4.3.8. Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (2,0 g kitosan)

45

4.4. Analisis foto SEM

…………………………………………47

4.5. Karakterisasi Uji Tarik

…………………………………………52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 5.2. Saran

…………………………………….…….56

…………………………………………………………56

…………………………………………………………………57

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………... 58


DAFTAR TABEL Nomor

Judul

Halaman

1.

Komposisi Kimia Air Buah Kelapa

…………………………….

6

2.

Spesifikasi Kitosan yang Berasal dari Cangkang Makhluk Hidup……. 22

3.

Data Pengukuran Sampel Pada Pengujian Tarik …………………….

4.

Data Hasil Pengujian Tarik

53

……………………………………… 54


DAFTAR GAMBAR Nomor

Judul

Halaman

1.

Struktur Amilosa

……………………………………….

8

2.

Struktur Amilopektin ……………………………………………….

8

3.

Skema Unit Glukosa ……………………………………………….

9

4.

Bagian dari Struktur Selulosa

5.

Skema Biosintesis Selulosa

6.

Struktur Kitosan

7.

Diagram Alir Proses Pembuatan Kitosan

……………………….

21

8.

Pembentukan Kationik dari Kitosan ………………………………..

23.

9.

Bentuk Sampel Pengujian Kekuatan Tarik

……………………….

31

10.

Tahapan Pembuatan Selulosa Bakteri dari Pati ……………………

36

11.

Reaksi Pembentukan Selulosa Bakteri

……………….

36

12.

Selulosa Bakteri dengan Kitosan

……………………….

37

13.

Spektrum FT-IR Selulosa Bakteri

……………………………….

38

14.

Spektrum FT-IR Pati (Starch) ……………………………………….

39

15.

Spektrum FT-IR Selulosa Murni

……………………………….

40

16.

Spektrum FT-IR Kitosan

……………………………….

41

17.

Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (0,5 g kitosan) …

42

18.


43

19.


44

20.


46

21.

Foto SEM Selulosa Bakteri …………………………………………..

47

22.

Foto SEM Pati

48

………………………….............

11

……………………………………

13

…………………………….

20

……………………………………………………


23.

Foto SEM Selulosa Murni……………………………………………

48

24.

Foto SEM Kitosan

49

25.

Foto SEM Selulosa-Kitosan Bakteri (0,5 g kitosan) …………..…..

49

26.

Foto SEM Selulosa-Kitosan Bakteri (1,0 g kitosan) ……….............

50

27.


51

28.


52

………………………………………………..


DAFTAR LAMPIRAN Nomor

Judul

Halaman

1.

Kurva Load vs Stroke Selulosa-Kitosan Bakteri ……………………

61

2.

Contoh Perhitungan Nilai Kekuatan Tarik dan Regangan Maks ……

63


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Selulosa bakteri adalah sejenis polisakarida mikroba yang dihasilkan melalui fermentasi air kelapa menggunakan Acetobacter-xylinum yang mana struktur kimianya sama seperti selulosa yang berasal dari tumbuhan yaitu polisakarida yang disusun oleh D-glukosa melalui ikatan β-1-4-antar unit-unit glukosa. Perbedaan selulosa bakteri ini dengan selulosa dari alam dari bentuk struktur kimia tidak dapat dibedakan, selulosa bakteri memiliki serat panjang dan merupakan serat-serat tunggal selulosa yang saling melilit satu sama lain membentuk stuktur jaringan (Philips, 2000). Selulosa bakteri merupakan polimer alam yang bersifat sama seperti hidrogel yang tidak dijumpai pada selulosa alam. Sifat hidrogel dari selulosa bakteri memberikan daya serap yang lebih baik dan memberikan karekteristik yang mirip seperti kulit manusia. Kemiripan sifat dengan kulit manusia dari selulosa bakteri penggunaannya dimanfaatkan

serta terus dikembangkan dalam medis antara lain

digunakan sebagai pengganti kulit sementara untuk merawat luka bakar yang serius (Ciechanska,D, 2004). Pemanfaatan lainnya juga digunakan untuk menutup luka yang baik untuk pasien yang cedera mekanis maupun akibat infeksi. Demikian juga karena sifatnya yang hidrofilik tinggi dapat digunakan sebagai pembuatan pembuluh darah buatan yang sesuai untuk pembedahan makro. Pembentukan selulosa bakteri adalah dari hasil perubahan monosakarida pada media fermentasi menjadi selulosa oleh Acetobacter-xylinum seperti halnya terjadi pada pembuatan Nata de Coco dengan menggunakan media air kelapa (Bergenia, 1982).


Dalam aplikasinya untuk keperluan medis penggunaan selulosa bakteri hanya dalam waktu sementara, disebabkan kekuatan serta sifat bioaktifnya yang masih rendah. Untuk memperbaiki serta meningkatkan sifat bioaktif dari selulosa bakteri telah dilakukan perlakuan dengan menggabungkannya bersama polisakarida aktif seperti kitosan, yang mana kitosan sendiri memiliki kegunaan yang cukup luas dalam medis, seperti penutup luka, benang jahit dari bedah yang tidak perlu dibuka setelah sembuh serta beberapa pemakaian lainnya (Goosen, M.F.A, 1997). Modifikasi selulosa bakteri dengan kitosan dalam meningkatkan sifat bioaktif nya ternyata telah dilakukan dalam pembuatan material selulosa bakteri untuk keperluan medis di Institute of Chemical Fibers (ICWH) Polandia, yang mana modifikasi ini dilakukan dengan menambah polisakarida bioaktif seperti kitosan ke dalam media kultur. Dari hasil modifikasi ini ditemukan unit glukosamin dan N-Asetil glukosamin terdapat dalam rantai selulosa yang dihasilkan. Pembentukan ini dilakukan selama 7 hari pada suhu 30 C˚ dalam media standar Schramm yang dimodifikasi dengan penambahan kitosan sulfat dan kitosan laktat (Ciechanska,D, 2004). Dari uraian-uraian yang telah diutarakan di atas bahwa selulosa bakteri memiliki kegunaan yang cukup luas serta dapa berinteraksi dengan polisakarida aktif kitosan dengan memberikan sifat ganda dalam medis, demikian juga pembentukannya melalui perubahan monosakarida(glukosa) menjadi selulosa bakteri, maka dalam penelitian ini dicoba sebagai bahan baku yaitu amilum yang merupakan polisakarida sebagai sumber glukosa, dengan mengajukan judul penelitian “Pembuatan Material Selulosa-Kitosan Bakteri dalam Medium Air Kelapa dengan Penambahan Pati dan Kitosan Menggunakan Acetobacter-xylinum.


1.2 Permasalahan Apakah selulosa-kitosan bakteri dapat dihasilkan dalam medium air kelapa dengan penambahan pati dan kitosan menggunakan Acetobacter-xylinum dengan penambahan urea.

1.3 Tujuan Penelitian Untuk mendapatkan selulosa-kitosan bakteri dengan membiakkan Acetobacterxylinum dalam media yang telah dimodifasi dengan penambahan pati dan kitosan.

1.4 Manfaat Penelitian Selulosa-kitosan bakteri yang terbentuk diharapkan dapat digunakan sebagai bahan material multi fungsi yang akan dapat dimanfaatkan sebagai salah satu keperluan pengobatan dalam bidang medis.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kelapa Kelapa (Cocos nucifera L) termasuk ke dalam famili Palmae (palem), yang merupakan salah satu famili utama tumbuhan monokotil termasuk ke dalam suku “Cocoidae” yang mempunyai lebih dari dua puluh genera. Genus Cocos dikenal hanya memiliki satu anggota yaitu cocos nucifera (Salunkhe D.K., 1984). Tanaman kelapa banyak terdapat di daerah tropis, negara Indonesia merupakan negara

urutan ke tiga sebagai penghasil kelapa terbesar di dunia. Buah kelapa

merupakan bagian yang penting dari tanaman kelapa, karena mempunyai nilai ekonomis dan gizi yang tinggi. Buah kelapa tua terdiri dari

35% sabut, 12%

tempurung, 28% daging buah, dan 25 % air kelapa. Bagian penting lain dari buah kelapa adalah airnya, yang oleh beberapa orang masih dianggap sebagai limbah. Satu buah kelapa rata-rata mengandung 200 mL air kelapa, tergantung ukuran kelapa, varietas, kematangan, dan kesegaran kelapa. Di Indonesia, produksi air kelapa berlimpah yaitu sekitar 2 juta L lebih per tahun, akan tetapi pemanfaatannya oleh industri pangan atau non pangan belum begitu meningkat sehingga masih banyak air kelapa yang terbuang percuma dan limbah air kelapa dapat menimbulkan polusi asam asetat yang terbentuk akibat fermentasi air kelapa. Air kelapa mengandung air 91,27%, protein 0,29%, lemak 0,15%, karbohidrat 7,27%, serta abu 1,06%, selain itu air kelapa mengandung berbagai nutrisi seperti sukrosa, dekstrosa, fruktosa, serta vitamin B kompleks yang terdiri dari asam nikotinat, asam pantotenat, biotin, riboflavin, dan asam


follat. Nutrisi sangat berguna untuk pertumbuhan bakteri Acetobacter xylinum (Warisno, 2004). Komposisi kimia air buah kelapa seperti pada tabel 2.1 Sukrosa pada air kelapa diubah menjadi asam asetat dan benang-benang selulosa, yang selanjutnya membentuk satu massa yang kokoh yang juga dianggap selulosa bakteri yang berbentuk padat, berwarna putih, bertekstur kenyal. Tabel 2.1 Komposisi Kimia Air Buah Kelapa Sumber air kelapa dalam 100 g

Air kelapa muda

Air kelapa tua

Kalori

17.00 kkal

18,50 kkal

Protein

0,20 g

0,14 g

Lemak

1,00 g

1,50 g

Karbohidrat

3,80 g

4,60 g

Kalsium

15,00 mg

-

Fosfor

8,00 mg

6,90 mg

Besi

0,20 mg

-

Asam askorbat

1,00 mg

-

Air

95,50 g

91,50 g

Bagian yang dapat di makan

100 g

-

Sumber : Palunkun, 1992 Air kelapa dari buah tua hanya mengandung dari beberapa vitamin dalam jumlah kecil. Kandungan vitamin C-nya hanya 0,7 – 3,7 mg/100 mg air buah, asam nikotinat 0,4 g/ml, asam pantotenat 0,52 g/ml, biotin 0,02 g/ml, ribovlafin 0,01 g/ml, dan asam folat hanya 0,003 g/ml. Air kelapa dapat digunakan untuk penyegar tenggorokan, diolah menjadi sirup, nata de coco, dan lain-lain. (Palunkun, 1992).

2.2. Pati


Pati adalah suatu senyawa karbohidrat dari jenis polisakarida yang disusun oleh dua jenis molekul utama penyusun, yaitu amilosa (20-28%) dan sisanya sebagai amilopektin. Amilosa memberikan sifat keras, sedangkan amilopeptim menyebabkan sifat lengket. Baik amilosa maupun amilopektin memiliki monomer-monomer yang sama yaitu glukosa. Amilosa merupakan makromolekul linier yang terdiri dari 250-300 unit D-glukosa yang terikat dengan ikatan ά-1,4 glikosida, dengan berat molekul 200.000 1.000.000 sedangkan amilopektin terdiri dari 24-30 molekul D–glukosa yang memiliki ikatan ά-1,6 glikosida yang membentuk percabangan yang banyak pada rantai amilopektin, sehingga berat molekulnya lebih dari 50.000.000 (Luallen, 1994). Sifatsifat pati sangat besar dipengaruhi oleh perbandingan antara amilosa dengan amilopektin, struktur amilosa dan amilopektin diperlihatkan pada gambar 2.1 dan gambar 2.2.

Gambar 2.1 Struktur Amilosa ( Fessenden dan Fessenden, 1986 )


Gambar 2.2 Struktur Amilopektin ( Fessenden dan Fessenden, 1986 ) Pati adalah polimer glukosa dalam dua bentuk makromolekul amilosa dan amilopektin dengan perbandingan tertentu, derajat polimerisasi dan distribusi ikatan ά-1,4 dan ά -1,6 tertentu. Rumus molekul pati adalah (C5H10O5)n.

Gambar 2.3.Skema Unit Glukosa, Atom Karbon diberi Nomor dari 1 sampai 6 Gambar 2.3 di atas menjelaskan kimia pati terpusat pada gugus hidroksil OH dan ikatan glikosida C- O- C. Terdapat dua zona reaksi yaitu reaksi substitusi gugus -OH dan pemutusan ikatan rantai C-O-C terdapat tiga gugus alkohol, alkohol primer pada C6 dan alkohol sekunder pada C2 dan C3 menyebabkan reaksi pati secara


fundamental adalah reaksi alkohol. Akan tetapi dengan adanya kompetisi antara oksigen nukleofilik pada gugus hidroksil dengan oksigen pada ikatan glikosida mengakibatkan sifat asam pati lebih mendominasi dan menutupi sifat basa (Fleche, 1985), sifat inilah yang menyebabkan pati bersifat hemiasetal sehingga menjadi reaktif dan mudah direaksikan dengan senyawa kimia lainnya dan dapat menghasilkan berbagai senyawa kimia yang bermanfaat. Pati dapat dihidrolisa dengan sempurna yang menghasilkan glukosa atau dengan bantuan enzim amilase, yang akan mengubah amilum (pati) menjadi maltosa dalam bentuk β- maltosa (Poedjadi, A., 1994). Dalam kehidupan manusia, pati mempunyai makna yang sangat penting sebagai sumber makanan penghasil energi yang bahan aditif dalam proses pengolahan makanan seperti stabilizer dalam pembuatan puding. Dalam industri dapat juga dipakai sebagai bahan mentah pada aplikasi industri seperti industri polimer terdegradasi, pengganti selulosa, dan pada industri kertas ( misalnya untuk keperluan pengolahan lem atau perekat pada kertas, label, alat tulis), serta untuk bahan kanji dalam industri tekstil. Pati dihasilkan melalui proses fotosintesis yang tersimpan secara alami dalam biji, umbi, akar, dan jaringan tanaman sebagai cadangan makanan. Pati terdiri dari butir kecil berbentuk kristalin, berwarna putih, dan berdiameter 1-100 μm. Secara komersial pati digolongkan atas tiga golongan. Golongan pertama, pati yang berasal dari umbi, akar, dan batang. Golongan kedua, pati yang terdapat dalam sereal jagung, gandum,

dan beras ).

(

Golongan ketiga, Waxy pati dengan kandungan

amilopektin 100 %. Pati dapat diperoleh dengan cara ekstraksi. Misalnya pati kentang dapat diperoleh dengan cara ekstraksi menggunakan umbi kentang menghasilkan bubur pati yang selanjutnya dikeringkan. Pati kentang yang kering diuji dengan secara


kualitatif dengan Iodin. Hasil reaksi memberi warna biru kehitaman menunjukkan bahwa serbuk yang dihasilkan dari ekstraksi mengandung pati.

Apabila pati

dipanaskan spiral merenggang, molekul-molekul Iodin akan terlepas sehingga warna biru hilang. Jika polimer glukosa lebih besar dari 20, pati akan memberi warna biru dan jika kurang dari 20 maka akan menghasilkan merah violet.

2.3. Selulosa Selulosa merupakan senyawa menyerupai serabut liat, tidak larut dalam air, secara alami terdapat pada kayu, kapas, rami, dan pada tumbuhan lainnya. Selulosa merupakan senyawa polimer dari β-glukosa dengan ikatan β-1-4 antar unit unit glukosa yang terdiri dari sekitar 5000 atau lebih unit D-glukosa. Selulosa pertama kali diisolasi dari kayu pada tahun 1885 oleh Charles F. Cross dan Edward Bevan di Jodrell Laboratory of Royal Botanic Gardens, Kew, London. Pada tahun 1898 tiga ahli kimia berkebangsaan Inggris, Charles Frederick Cross, Edward John Bevan dan Clayton Beadle berhasil membuat film selulosa yang selnjutnya pada tahun 1913 Dr. Jacques Brandenberger mengembangkan film tipis selulosa transparan sebagai produk komersial di pabrik ‘La Cellophane Sa, Bezons, Prancis (Hoenich, 2006).

Gambar 2.4 Bagian dari Struktur Selulosa (Deman, 1980)


Dari hasil pemeriksaan selulosa dengan menggunakan sinar X menunjukkan bahwa selulosa terdiri atas rantai linear dari unit selobiosa, yang oksigen cincinnya berselang-seling dengan posisi “ke depan” dan “ke belakang”. Molekul linear ini yang mengandung rata-rata 5000 unit glukosa, beragregasi menghasilkan fibril yang terikat bersama oleh ikatan hidrogen di antara hidroksil-hidroksil pada rantai yang bersebelahan. Selulosa memiliki ikatan hidrogen yang kuat, hal ini menyebabkan tidak dapat larut dalam air, meskipun memiliki banyak gugus hidroksil dan bersifat polar. Manusia dan hewan verteberata lainnya tidak dapat mencerna selulosa karena tidak ada enzim selulase yang dikeluarkan oleh manusia dan verteberata, akan tetapi pati dan glikogen dapat dicerna oleh usus manusia dan verteberata, satu-satunya perbedaan kimia antara pati dan selulosa adalah stereokimia ikatan glikosidik, tepatnya stereo kimia pada C-1 dari setiap unit glukosa. Sistem pencernan manusia mengandung enzim yang dapat mengkatalisis hidolisis ikatan ά-glikosidik, tetapi tidak mengandung enzim yang diperlukan untuk menghidrolisis ikatan β-glikosidik. Namun banyak bakteri yang mengandung β-glikosiade yang dapat menghidrolisis selulosa (Hart, 2003).

2.4 Selulosa Bakteri Selulosa bakteri adalah sejenis polisakarida mikroba yang dihasilkan melalui fermentasi air kelapa menggunakan Acetobacter xylinum yang berupa benang-benang yang bersama-sama dengan polisakarida membentuk jalinan yang terdiri dari serat selulosa yang dihasilkan oleh strain xylinum, subspesies β dari Acetobacter aceti, bakteri nonpatogen.Selulosa bakteri mempunyai stuktur kimia yang sama seperti selulosa yang berasal dari tumbuhan dan merupakan polisakarida berantai lurus yang


tersusun oleh molekul D-glukosa melalui ikatan β -1,4. Jalur biosintesis selulosa tertera pada bagan di bawah ini. Fosforilasiglukosa menggunakan enzim glukokinase, isomerisasi glukosa-6-fosfat menjadi glukosa-1-fosfat oleh enzim fosfoglukomutase, sintesis UDP-Glukosa oleh enzim UDPG-pirofosporilase dan sintesis selulosa oleh enzim selulosa sintase (Holmes, D., 2004).

Gambar 2.5 Skema Biosintesis Selulosa Pada pembentukan selulosa bakteri oleh sel Acetobacter-xylinum menjadi glukosa dari larutan gula dan air kelapa yang diberi asam lemak membentuk prekursor (penciri nata), pada membrane sel precursor ini selanjutnya dikeluarkan dalam bentuk ekskresi dan bersama-sama dengan enzim mempolimerisasikan glukosa menjadi selulosa diluar sel. Selulosa yang terbentuk diduga berasal dari pelepasan lendir Acetobacterxylinum yang merupakan hasil sekresi proses metabolisme gula yang ditambah pada kelapa. Menurut Krystinowich dan Bielecki,selulosa bakteri mempunyai beberapa keunggulan antara lain : kemurnian tinggi, derajat kritalinitas tinggi, mempunyai


kerapatan antara 300 dan 900 kg/m3, kekuatan tarik tinggi, elastis dan terbiodegradasi (Krystinowich, 2001).

2.4.1 Karakteristik Selulosa Bakteri Selulosa bakteri hasil fermentasi memiliki struktur kimia yang sama seperti selulosa yang berasal dari tumbuhan, akan tetapi selulosa bakteri yang dihasilkan dari fermentasi tersusun oleh serat selulosa yang lebih baik dari selulosa yang berasal dari tumbuhan. Setiap serat tunggal dari selulosa bakteri mempunyai diameter 50 μm, dan selulosa bakteri terdapat dalam bentuk kumpulan serat-serat tunggal yang berdiameter sekitar 0,1 - 0,2 μm. Serat-seratnya saling melilit satu sama lainnya membentuk struktur jaringan sehingga panjang seratnya tidak dapat ditentukan karena kumpulan serat-serat tunggal selulosa saling melilit satu sama lain membentuk struktur jaringan. Dan sebagai pembandingnya, diameter dari selulosa bentuk kristalin adalah 10-30 μm (Philips, 2000).

2.4.2 Aplikasi Selulosa Bakteri dalam Bidang Medis Penelitian yang mengarah pada pengembangan selulosa bakteri sebagai material yang bernilai tambah sudah banyak dilakukan antara lain penggunaan selulosa baterial dalam bidang medis salah satu diantaranya untuk penyembuhan luka secara efektif yakni dengan menjaga tingkat kelembapan, luka harus dirawat pada keadaan basah dan temperatur konstan pada dasar luka,

melindungi sel sel yang baru terbentuk,


memudahkan angiogenesis dan repitelisasi, mengurangi sakit dan melindungi luka terhadap serangan bakteri serta komtaminasi (Tunner, 1979). Penutup luka yang baik adalah kulit dari pasien tersebut, yang bersifat permeabel terhadap uap dan melindungi jaringan tubuh bagian dalam terhadap cedera mekanis dan infeksi. Untuk beberapa waktu, penutup luka biologis yang berasal dari kulit babi atau kulit dari jenazah manusia telah digunakan, tetapi bahan tersebut mahal dan hanya dapat digunakan untuk waktu yang singkat. Selulosa bakteri yang disintesis oleh Acetobacter-xylinum menunjukkan kinerja yang cukup baik untuk dapat digunakan dalam penyembuhan luka. Selulosa bakteri juga mempunyai kerangka jaringan yang sangat baik dan hidrofisilitas yang tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pembuluh darah buatan yang sesuai untuk pembedahan mikro (Hoenich, 2006). Selulosa bakteri merupakan polimer alam yang bersifat sama seperti hidrogel yang diperoleh dari polimer sintetik yakni memperlihatkan kandungan air yang tinggi (98-99%), daya serap cairan baik, tidak alergenik dapat disterilisasi tanpa mempengaruhi karakteristik dari bahan tersebut, karena karakteristiknya mirip seperti kulit manusia, selulosa bakteri dapat digunakan sebagai pengganti kulit untuk merawat luka bakar yang serius (Ciechanska,D, 2004).

2.5. Enzim Enzim adalah suatu kelompok protein yang mempunyai peranan yang sangat penting dalam proses aktivitas biologis, dan berfungsi sebagai biokatalisator dalam sel dan sifatnya sangat khas yaitu suatu enzim hanya mampu menjadi biokatalisator untuk reaksi tertentu saja. Misalnya enzim amilase substratnya adalah amilum dan bentuk


reaksinya adalah mengubah substrat menjadi glukosa. Molekul pati merupakan polimer dari ά D-glikopiranosa akan dipecah enzim pada ikatan ά 1,4 dan ά 1,6 glikosida. Dalam jumlah yang sangat kecil, enzim dapat mengatur reaksi enzimatis tertentu sehingga pada organisme yang normal tidak terjadi penyimpangan dari hasil reaksi.

2.5.1. Eksoenzim dan endoenzim Perbedaan antara eksoenzim dengan endoenzim dapat dilihat dari salah satu contoh contoh enzim amilase ,enzim ini merupakan enzim golongan glikosida hidrolase yang paling penting. Enzim amilase adalah enzim pengurai pati dan dikelompokkan atas dua kelompok, yaitu enzim yang mengkatalis ikatan 1,6 antara rantai- rantai dan yang mem utuskan ikatan 1,4 antara satuan glukosa pada rantai lurus. Golongan terakhir ini terdiri atas endoenzim yang memutuskan ikatan pada titik acak sepanjang rantai, dan eksoenzim yang memutuskan ikatan pada titik khusus dekat ujung rantai . Enzim beta-amilase (β-1,4-Glukan maltohidrolase) merupakan endoenzim dan memutuskan satuan maltose yang berurutan dari ujung yang tidak mereduksi pada rantai glukosida. Sedangkan enzim glukoamilase (ά-1,4-Glukan

glukohidrolase)

merupakan eksoenzim yang memutuskan satuan glukosa secara berturut –turut dari ujung tak mereduksi rantai substrat. Eksoenzim disekresikan oleh sel bakteri dan berdiffusi plasma melalui membran sel menuju medium disekelilingnya. Pada prinsipnya,ukuran molekul- molekul kompleks bakteri terlalu besar, sehingga sel bakteri tidak mampu untuk menguraikan molekul tersebut secara langsung dan harus direduksi terlebih dahulu,dalam hal ini bakteri sangat bergantung pada enzim


yang bersifat hidrolisa, yang dibebaskan kedalam medium untuk memisahkan molekul yang

besar

secara proses kimia yaitu proses hidrolisis.Enzim- enzim hidrolisa

merupakan contoh –contoh eksoenzim yang mengkatalisa hidrolisis molekul besar menjadi molekul molekul kecil.

2.6 Acetobacter-xylinum Sel-selnya berbentuk elips atau tongkat yang melengkung, ukurannya 0,6-0,8 x 1,0-3,0 μm terdapat dalam bentuk tunggal, berpasangan atau dalam bentuk rantai. Acetobacter merupakan aerobik sejati, membentuk kapsul, bersifat nonmotil dan tidak membentuk spora suhu optimumnya adalah 30˚C. Kultur yang masih muda merupakan bakteri gram negatif, sedangkan kultur yang sudah agak tua merupakan bakteri gram yang bervariasi. Acetobacter dapat mengoksidasi etanol menjadi asam asetat, juga dapat mengoksidasi asetat dan laktat menjadi CO2 dan H20. Acetobacter-xylinum

mempunyai

sifat

oksidier

lanjut,

yaitu

mampu

mengoksidasi asam asetat lebih lanjut menjadi gas CO2. Berbagai spesies Acetobacter dapat ditemukan pada buah-buahan dan sayursayuran.

Bakteri inilah yang menyebabkan pengasaman

jus buah-buahan dan

minuman beralkohol (Bir dan Anggur, 1981). Acetobacter-xylinum berperan dalam pembuatan nata de coco. Acetobacterxylinum mampu mensistesis selulosa dari gula yang dikomsumsi. Nata yang dihasilkan berupa pelikel yang mengambang di permukaan substrat. Defenisi nata adalah suatu zat yang menyerupai gel, tidak larut dalam air dan terbentuk pada permukaan media fermentasi air kelapa dan beberapa sari buah yang


masam. Di bawah mikroskop, nata tampak sebagai massa benang yang melilit yang sangat banyak seperti benang-benang kapas (Hidayat, 2006). Bakteri Acetobacter-xylinum tumbuh baik dalam media yang memiliki pH 3-4. Jika pH lebih dari 4 atau kurang dari tiga, proses fermentasi tidak akan bisa berjalan sempurna. Suhu optimum untuk petumbuhan Acetobacter xylinum adalah 26-27˚ (Warisno, 2004).

2.7. Kitosan Kitosan adalah turunan kitin yang pertama kali ditemukan pada tahun 1894 oleh Hoppe Seyler. Proses pendeasetilan yang dilakukan ialah dengan merefluks kitin dalam kalium hidroksida. Penggunaan kitosan dalam berbagai aplikasi mendapat perhatian yang sangat besar, antara lain penggunaan dalam bidang biomedik dan ditemukan sangat biokompatibel (Muzzarelli, 1988) yaitu sebagai bahan pembalut luka, material hemostatik dalam bentuk gel atau spon, bahan penutup luka, dan bahan pembalut luka. Kitosan merupakan senyawa turunan dari kitin yang memiliki struktur (1,4)-2-amino-2-deoksi-β-D-glukosa sumber kitosan yang sangat potensial adalah kerangka Crusiaceae (Muzzarelli, 1997). Kitosan ini mempunyai reaktifitas kimia yang baik karena mempunyai sejumlah gugus hidroksil (OH) dan gugus amin (NH2) ada rantainya. Kebanyakan polisakarida yang terdapat di alam bersifat netral dan asam seperti selulosa, dekstran, peptin, asam alginat, agar, agarose, dan carrageenan. Sedangkan kitin dan kitosan adalah contoh polisakarida yang bersifat basa. Selulosa adalah suatu homopolimer, sedangkan kitin dan kitosan adalah heteropolimer (Kumar, 2000).


Kitosan adalah polimer polisakarida amina yang tersusun oleh unit glukosamin dan N-asetil glukosamin yang merupakan polimer hidrofilik tidak beracun, cocok secara biologis (biocompatible) dan dapat didegradasi secara biologis (Hosokawa, 1990). Struktur kitosan seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 2.6 Struktur Kitosan

2.7.1 Sumber Kitosan Modifikasi kimia kitin yang paling sering dilakukan adalah deasetilasi dengan penambahan basa pada kitin, di mana gugus asetamida akan terhidrolisis menghasilkan gugus amino bebas dan terbentuklah kitosan. Hidrolisis dapat dilakukan dengan penambahan NaOH 40%, di mana apabila derajat deasetilasi 45-55% bersifat dapat larut dalam air, sedangkan untuk derajat deasetilsi >60% atau <40% bersifat tidak larut dalam air (Muzzarelli, 1986). Penambahan

asam dilakukan

untuk

menghilangkan

mineral

sehingga

kandungan abu dalam kitosan adalah kurang dari 0,1%. Perlakuan ini juga memungkinkan penghilangan protein yang terikat dalam matriks kitin-mineral, kemudian kitin ditambahkan dengan larutan basa pekat yang panas. Kitosan dihasilkan melalui rangkaian prosedur seperti gambar di bawah ini yang mencakup penambahan asam maupun basa.


Cangkang ↓ Prapencucian ↓ Demineralisasi ↓ Pencucian ↓ Deproteinasi ↓ Pencucian ↓ Deasetilasi ↓ Pencucian ↓ Pengeringan

Gambar 2.7 Diagram Alir Proses Pembuatan Kitosan Tabel 2.2 menunjukkan spesifikasi kitosan yang berasal dari cangkang makhluk hidup.

Tabel 2.2 Spesifikasi Kitosan yang berasal dari cangkang makhluk hidup Spesifikasi

Kadar

Kelembapan

6-10%


Abu

0.5%

Protein

0.1%

% Deasetilasi

77-83%

Range viskositas

100-800 cps

Densitas bulk

0.2 gr/cc

Klorida

0.5%

Natrium

0.25%

SiO2

400 ppm

Total logam berat

<5 ppm

(Colwell dan Sinskey, 1984) 2.7.2 Karakteristik Kitosan Kitosan merupakan padatan putih yang tidak larut dalam air pada pH netral sebab amina dalam bentuk yang bebas tidak larut dalam air. Kitosan juga tidak larut dalam pelarut organik, alkali, dan asam mineral dalam berbagai kondisi. Kitosan larut dalam asam formiat, asam asetat, dan asam organik lainnya dalam keadaan dipanaskan sambil diaduk. Kitosan larut dalam asam mineral pekat, apabila dalam kondisi yang bagus diperoleh dalam bentuk endapan. Namun dengan asam nitrat, kitosan yang terbentuk adalah kitosan nitrat yang sukar larut. (Manskaya dan Drodzora, 1968). Kitosan larut baik dalam asam organik encer seperti asam formiat, asam asetat dan asam sitrat. Pelarut yang paling sering digunakan adalah CH3COOH 1%. Kelarutan kitosan dalam pelarut asam anorganik adalah terbatas. Kitosan dapat larut dalam HCl 1% tetapi tidak larut dalam asam sulfat dan asam fosfat. Stabilitas larutan kitosan pada pH di atas 7 adalah rendah akibat dari pengendapan ataupun pembentukan gel yang terjadi pada range pH alkali. Larutan kitosan membentuk kompleks poli-ion dengan hidrokoloid anionik dan menghasilkan gel (Nadarajah,K, 2005 ). Kitosan mudah mengalami degradasi secara biologis, tidak beracun , flokulan


dan koagulan yang baik, mudah membentuk membran atau film dan mempunyai gugus fungsional yaitu amin. Sifat yang penting dari kitosan adalah kitosan memiliki muatan positif dalam larutan asam. Sifat ini disebabkan oleh gugus amina primer dalam molekul kitosan yang mengikat proton menurut persamaan berikut. Chit-NH2+H3O+↔Chit-NH3++H2O

+ H3O+

↔

OH

+ H2O NH3+

Gambar 2.8 Pembentukan Kationik dari Kitosan Aktivasi anti mikroba dari kitosan dipengaruhi beberapa faktor, baik intrinsik maupun ekstrinsik. Kitosan yang memiliki molekul rendah mempunyai aktivitas yang lebih baik. Kitosan yang terdeasitilasi lebih sempurna bersifat anti-mikroba dibandingkan dengan kitosan yang memiliki proporsi gugus amino terasetilasi lebih besar, karena peningkatan kelarutan dan densitas muatan yang lebih besar. pH yang lebih rendah juga meningkatkan aktivitasi mikroba dengan alasan yang sama, faktor kesamaan juga mempengaruhi organisme target. Temperatur yang lebih tinggi (sekitar 37˚C) meningkatkan aktivitas anti-mikroba dan faktor matriks dari lingkungannya yang paling besar pengaruhnya terhadap aktivitas anti-mikroba kitosan. (Rhoades, 1994).

2.7.3 Aplikasi Kitosan dalam Bidang Medis Kitosan menunjukkan aktivitasi anti-bakteri, anti-metastatik, anti-urikemik, anti-osteporotik dan imunoadjuvant, menunjukkan potensi umum yang besar dari


polisakarida dalam penyakit alleviasi (alleviating disease), untuk mencegah penyakit atau kontribusi terhadap kesehatan yang baik. (Muzzarelli, 1996). Kitosan bersifat anti-mikroba terhadap berbagai organisme target. Aktifitasnya tergantung kepada jenis kitosan yang digunakan. Jamur dan kapang merupakan kelompok yang paling terpengaruhi, diikuti dengan bakteri gram positif dan yang terakhir adalah bakteri negative (Rhoades, 1994). Kitosan tidak terdapat pada jaringan tubuh manusia, tetapi di dalam glikoprotein dan glikosaminoglikan terdapat asetilglukosamin. Secara biologis kitosan dapat didegradasi, non immunogenik dan cocok dengan jaringan tubuh hewan, oleh karenanya banyak penelitian dilakukan untuk mengaplikasikan kitosan dalam bidang medis, seperti kulit buatan dan anti koagulan. Setiap makhluk hidup secara biologis memiliki fungsi perlindungan tubuh terhadap infeksi penyakit luka, apabila terdapat luka pada jaringan dapat ditutupi atau dirawat dengan menggunakan membran, lembaran spons, kapas, bubuk halus, larutan, dan balsem yang terbuat dari kitosan maupun senyawa turunannya, yang mana pada kulit yang luka, aktivasi kitinase meningkat dan terjadi rangsangan terhadap pertumbuhan jaringan baru. Penyembuhan luka dapat dipercepat karena terhambatnya infeksi oleh mikroba. Beberapa penutup luka seperti kulit buatan yang berasal dari kitosan telah banyak diproduksi dan dijual sebagai penyembuh luka pada manusia maupun hewan. Metode untuk mengobati luka dilakukan menggunakan perban luka untuk kulit dengan penutup luka yang telah dilapisi dengan bahan antimikroba dan telah terbukti efektif untuk mengendalikan invasi bakteri melalui matriks yang berpori. Atas dasar inilah dibuat suatu penutup luka polielektrolit yang dilapisi dengan obat dalam bentuk


spons yang terbuat dari kitosan dan sodium alginat dalam mempercepat proses penyembuhan luka dan regenerasi jaringan. Penutup luka yang baik dan pas pada tapak luka merupakan pelindung yang baik terhadap serangan infeksi dari luar. Pada pengobatan modern, memelihara kelembaban luka sangat penting, kondisi lembab memudahkan penetrasi zat transdermal aktif kedalam luka, dan memungkinkan tanpa rasa sakit, mudah mengganti pembalut tanpa kerusakan pada kulit yang baru dibentuk. Produk dari kitin yang dikomersialkan diantaranya benang jahit untuk bedah yang tidak perlu dibuka seusai pembedahan, karena benang tersebut diuraikan oleh lysozim dalam jaringan tubuh. Kegunaan kitosan secara meluas antara lain sebagai membran sistim transfortasi obat-obatan, membran pemisah, matriks pendukung untuk biosensor dan bioadhesif untuk meningkatkan retensi pada bidang penggunaannya.

2.8 Interaksi Dalam Pembentukkan Material Gaya tarik antara molekul dapat terjadi apabila muatan positif dan negatif pada molekul yang berlainan letaknya relatif agak berjauhan. Gaya tarik antar molekul digolongkan atas: a. Gaya tarik-menarik dipol sesaat-dipol terimbas ( gaya London ). Peluang untuk menemukan elektron di daerah tertentu adalah pada orbital. Elektron senantiasa bergerak pada orbital . Perpindahan elektron dari suatu daerah ke daerah lainnya menyebabkan suatu molekul yang secara normal bersifat nonpolar menjadi polar sehingga terjadi dipol sesaat. Dipol sesaat pada suatu molekul dapat mengimbas molekul di sekitarnya sehingga membentuk suatu dipol terimbas,


terjadi gaya tarik-menarik antar molekul yang lemah. Hal ini dikemukakan oleh Fritz London dari Jerman, sehingga disebut gaya London

( gaya dispersi ).

Gaya London adalah gaya yang relatif lemah. b. Gaya tarik dipol-dipol. Molekul yang sebaran muatannya tidak simetris bersifat polar dan mempunyai dua ujung yang bermuatan atau dipol. Dalam zat polar, molekulmolekulnya cenderung menyusun diri dengan ujung pol ( positif) berdekatan dengan ujung (negative) dari molekul didekatnya menghasilkan suatu gaya tarikmenarik yang disebut gaya tarik-menarik dipol-dipol. Gaya tarik dipol-dipol lebih kuat dibandingkan gaya London. Gaya dipol-dipol dan gaya London disebut juga gaya Van der Walls. c. Ikatan Hidrogen Ikatan hidrogen dapat terjadi antara molekul molekul yang sangat polar dan mengandung atom hidrogen. Ikatan hidrogen adalah gaya tarik dipol-dipol yang teristimewa kuat terjadi antara molekul yang mengandung hidrogen yang terikat pada nitrogen, oksigen dan fluor yang sangat elektronegatif. Atom hidrogen yang parsial positif dari satu molekul ditarik oleh pasangan electron menyendiri dari atom suatu molekul lain yang elektronegatif. Tarikan ini disebut ikatan hidrogen. Atom hidrogen adalah kecil dibandingkan terhadap atom lain dan dapat menempati suatu kedudukan yang sangat dekat dari elektron menyendiri dari atom elektron negatif, akibatnya terjadi gaya tarik menarik yang sangat kuat, ikatan hidrogen ini lebih kuat dari gaya Van der Waals. Itulah sebabnya mengapa zat yang memiliki ikatan hidrogen mempunyai titik cair dan titik didih yang tinggi. Ikatan idrogen diantaranya terdapat pada HF, NH3, H2O, etanol, selulosa.


BAB III METODA PENELITIAN

3.1 Bahan-bahan Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari E Merck yang berderajat pro analisis seperti: urea, pati, dan CH3COOH 25%, kitosan diperoleh analitik, stirrer, pH meter, cawan penguap, termometer, oven, bunsen, pinset, scanning electro microscope (SEM), spektroskopi FT-IR dan alat uji tarik (tensilmeter) type SCSC2DE kapasitas 2000 kgf merk fisherse secientific model 630D.

3.2 Alat-alat Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas, neraca analitik, stirrer, pH meter, cawan penguap, termometer, oven, bunsen, pinset, scanning electro microscope (SEM), spektroskopi FT-IR dan alat uji tarik (tensilmeter) type SCSC2DE kapasitas 2000 kgf merk fisherse secientific model 630D.

3.3 Lokasi Penelitian Pembuatan material selulosa-kitosan bakteri dari fermentasi pati dalam medium air kelapa dengan penambahan kitosan menggunakan Acetobacterial-xylinum dilakukan di laboratorium kimia organik dan laboratorium Mikrobiologi FMIPA-USU Medan, karakterisasi secara spektroskopi FT-IR dilakukan di laboratorium kimia organik FMIPA-UGM Yogyakarta, SEM di laboratorium Microscope Electron PTKI Medan, dan uji tarik di laboratorium penelitian FMIPA USU Medan.


3.4 Prosedur Penelitian 3.4.1 Pembuatan Selulosa Bakteri Sebanyak 100 mL air kelapa hasil penyaringan dituangkan kedalam gelas Beaker ukuran 250 ml yang telah dilengkap dengan pengaduk magnet, ditambah 10 g pati, 0.5 g urea

dan diaduk hingga homogen. Kemudian diasamkan dengan

penambahan CH3COOH 25% hingga PH=4, dan selanjutnya dipanaskan hingga mendidih selama 15 menit. Kemudian campuran ini dituang dalam keadaan panas kedalam wadah fermentasi yang telah di sterilkan dan ditutup. Dibiarkan hingga suhu kamar, ditambahkan 20 mL media Starter Acetobacter-xylinum. Difermentasi selama 8-14 hari pada suhu kamar sambil dilakukan pengamatan pembentukan pelikel, selanjutnya lapisan yang terbentuk dicuci dengan aquadest kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 70-80˚C. Produk yang diperoleh di karakterisasi secara spektroskopi FT-IR,foto SEM dan uji tarik.

3.4.2 Pembuatan Selulosa-Kitosan Bakteri Sebanyak 100 mL air kelapa hasil penyaringan dituangkan kedalam gelas Beaker ukuran 250 mL yang telah dilengkapi dengan pengaduk magnet, ditambahkan 10 g pati, 0.5 g urea, dan diaduk hingga homogen. Kemudian diasamkan dengan penambahan CH3COOH 25% hingga pH=4, dan ditambah 0.5 g kitosan dipanaskan sambil diaduk hingga mendidih selama 15 menit. Selanjutnya dituangkan dalam keadaan panas ke dalam wadah fermentasi yang telah disterilkan dan ditutup rapat hingga mencapai suhu kamar, dan ditambahkan 20 mL Acetobacler xylinum. Dipermentasikan selama 8-14 hari pada suhu kamar, sambil dilakukan pengamatan


pembentukan pelikel. Selanjutnya lapisan pelikel yang terbentuk dicuci dengan aquadest kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 70-80˚C. Produk yang diperoleh dikarakterisasi secara spektroskopi FT-IR, foto SEM dan uji tarik. Selanjutnya diulangi perlakuan yang sama dengan penambahan kitosan, masing-masing sebanyak 1 g, 1,5 g, dan 2 g.

3.4.3 Analisis Hasil Fermentasi a. Analisis secara spektroskopi FT-IR Film hasil dari permentasi di potong sedemikian rupa untuk pembuatan sampel. Selanjutnya di jepit pada tempat sampel, kemudian diletakkan pada alat ke arah sinar infra merah. Hasilnya akan direkam kedalam kertas berskala berupa aliran kurva bilangan gelombang terhadap instensitas. b. Analisis bentuk permukaan secara SEM Material selulosa-kitosan bakteri dipotong sedemikian rupa, kemudian ditempatkan di atas tempat sampel yang terbuat dari kuningan. Selulosa-kitosan bakteri disepuh dengan emas (coating) dengan alat ion coater selama kuranglebih 5 menit. Selanjutnya selulosa -kitosan bakteri dimasukkan ke unit elektron gun melalui bilik pergantian sampel. Kemudian selulosa- kitosan bakteri diset dengan bantuan mikrostage sampai mendapatkan fokus yang tepat. Tombol utama pada posisi ON dan diset detector Accelelerate voltage set, 20 kilo volt. Filamen pada posisi ON sampel diset sampai didapatkan sampel current yang tepat yang ditandai dengan munculnya gambar pada osiloskop. Gambar yang diperoleh dapat langsung di foto.


c. Analisis uji tarik Film hasil spesimen dipotong membentuk spesimen untuk pengujian uji tarik. Film hasil spesimen yang dicetak dibentuk sedemikian rupa menurut bentuk untuk sampel pengujian. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik (Tensile Test). Bentuk sampel uji dibuat sesuai dengan standar pengujian, seperti pada gambar berikut. Formatted: Justified, Line spacing: single

10 mm

24 mm

20 mm 60 mm 70 mm Gambar 3.1 Bentuk Sampel Pengujian Kekuatan Tarik Prosedur percobaan pengujian tarik: 1. Benda uji atau sampel yang telah dipotong sesuai dengan ukuran diletakkan pada kedua penjepit (grip) yang posisinya tegak lurus pada alat tarik, 2. Saklar mesin lentur dan saklar pencatat grafik dihidupkan. Kecepatan mesin adalah 50 mm/menit, 3. Dari hasil pengujian mesin uji diperoleh hubungan antara gaya tarik terhadap pertambahan panjang.


3.5 Bagan Penelitian 3.5.1. Pembuatan Selulosa Bakteri 100 mL air kelapa hasil penyaringan ← ditambahkan 10 g pati ← ditambahkan 0.5 g urea ← distirrer hingga homogen ← diasamkan dengan CH3COOH 25% hingga pH=4 ← dipanaskan hingga mendidih Media Fermentasi ← dituangkan ke dalam wadah fermentasi dalam keadaan panas dan ditutup ← dibiarkan hingga suhu kamar ← ditambahkan 20 mL media starter Acetobacter xylinum ← difermentasikan hingga 12 hari pada suhu kamar, dan diamati secara kontiniu

Lapisan Pelikel

Filtrat

← dicuci dengan akuades ← dikeringkan dalam oven pada suhu 70-80˚C Lapisan tipis (selulosabakteri)

FT-IR

SEM

Uji tarik


3.5.2. Pembuatan Material Selulosa Kitosan Bakteri 100 mL air kelapa hasil penyaringan ← ditambahkan 10 g pati ← ditambahkan 0.5 g urea ← distirrer hingga homogen ← diasamkan dengan CH3COOH 25% hingga pH=4 ← ditambahkan 0.5 g; 1 g; 1.5 g; dan 2 g kitosan ← distirrer sampai homogen, dipanaskan hingga mendidih Media Fermentasi ← dituangkan ke dalam wadah fermentasi dalam keadaan panas dan ditutup ← dibiarkan hingga suhu kamar ← ditambahkan 20 mL media starter Acetobacter xylinum ← difermentasikan hingga 12 hari pada suhu kamar, dan diamati secara kontiniu

Lapisan Pelikel ← dicuci dengan akuades ← dikeringkan dalam oven pada suhu 70-80˚C Lapisan Tipis (selulosa- kitosan bakteri) FT-IR

SEM

Filtrat

Uji tarik


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembuatan Selulosa Bakteri Dalam media air kelapa yang ditambahkan pati, urea, diaduk hingga homogen dan diasamkan dengan asam asetat hingga pH = 4, sambil dipanaskan hingga mendidih selama 15 menit, kemudian di dinginkan hingga mencapai suhu kamar. Setelah penambahan Acetobacter xylinum selanjutnya difermentasi selama 10 hari. Setelah masa fermentasi 48

jam mulai terbentuk lapisan tipis yang mengambang pada

permukaan media. Lapisan tipis ini disebut pelikel, yang merupakan selulosa bakteri. Proses terbentuknya pelikel merupakan rangkaian aktivitas bakteri Acetobacter xylinum dengan nutrient yang ada pada media. Dalam penelitian ini sumber glukosa adalah pati yang ditambahkan ke dalam medium air kelapa dalam suasana asam oleh Acetobacter xylinum diluar sel dihidrolisis menjadi glukosa. Selanjutnya selama fermentasi melalui proses phosporilasi di dalam sel glukosa diubah kedalam bentuk glukosa-6-pospat dengan bantuan enzim glukokinase, dan kemudian terjadi isomerisasi menjadi glukosa1-pospat oleh enzim fosfoglukomutase, selanjutnya pembentukan UDP-glukosa oleh enzim UDPG firoposporilase dan pembentukan selulosa diluar sel oleh enzim selulosa sintase

(Holmes,D,2004)

yang

mana

langkah-langkah

pembentukan

tersebut

digambarkan pada gambar 4.1, sedangkan reaksinya secara umum digambarkan pada gambar 4.2.

(C6H10O5)n + H2O Pati

H+

nC6H12O6 Glukosa


Glukosa-6-fospat Glukosa-1-fospat UDP-Glukosa

Selulosa

Gambar 4.1 Tahapan Pembuatan Selulosa Bakteri dari Pati.

Glukosa

Selulosa Bakteri Gambar 4.2.Reaksi pembentukan Selulosa Bakteri

4.2 Pembuatan Material Selulosa Kitosan Bakteri Dalam medium air kelapa yang dimodifikasi terhadap pati dengan penambahan kitosan yang bervariasi (0,5 g; 1,0 g; 1,5 g; 2,0 g) setelah ditambahkan starter Acetobacter-xylinum dilakukan fermentasi hingga selama 12 hari. Terbentuk pelikel yang terapung pada permukaan media setelah 48 jam. Pelikel ini adalah selulosa kitosan bakteri dan lebih tebal dari hanya menggunakan pati. Selama fermentasi, terjadi interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan yang dibuktikan melalui pengujian spektroskopi FT-IR, uji permukaan dengan foto SEM, dan pengujian tarik menggunakan tensil meter. Interaksi ini secara hipotesis digambarkan pada

gambar

4.3 berikut :


Glukosa

selulosa bakteri

Gambar 4.3. Interaksi Selulosa Bakteri dengan Kitosan Gugus-NH2 dari kitosan melalui dipol-dipol dan ikatan hidrogen berinteraksi dengan gugus –OH pada molekul selulosa yang dibuktikan melalui karakterisasi

FT-

IR, foto SEM dan uji tarik. 4.3 Analisis Spektroskopi FT-IR 4.3.1. Spektrum FT-IR Selulosa Bakteri Spektrum FT-IR selulosa bakteri dapat dilihat pada gambar 4.4 di bawah ini.


Gambar 4.4 Spektrum FT-IR Selulosa Bakteri Pada gambar 4.4 menunjukkan spektrum FT-IR selulosa bakteri dengan serapan puncak-puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang (cm-1)

3406,39

yang

menunjukkan adanya gugus -OH dari selulosa; 2930,93 merupakan serapan C-H; 1664,05 menunjukkan adanya gugus fungsi C=O pada rantai ujung dari monomer glukosa; dan bilangan gelombang 1424,12 - 1374,77 cm -1 menunjukkan adanya gugus C-O-H, yang kesemuanya menunjukkan gugus fungsi dari molekul selulosa bakteri.

4.3.2. Spektrum FT-IR Pati (Starch) Spektrum FT-IR pati dapat dilihat pada gambar 4.5. di bawah ini.


Gambar 4.5 Spektrum FT-IR Pati (Starch) Pada gambar 4.5 menunjukkan spektrum FT-IR pati dengan serapan puncakpuncak bilangan gelombang (cm-1): 3447,53 yang menunjukkan adanya gugus -OH; 2928,83 menunjukkan adanya rentangan C-H; 1646,38 menunjukkan adanya gugus C=O aldehid pada ujung monomer; 1425,14 - 1373,43

menunjukkan adanya gugus

C-O-H bengkok; 1161,01 – 1082,78 menunjukkan adanya gugus C-O-C eter; dan bilangan gelombang 989,4 – 858,3 cm-1 menunjukkan adanya ikatan yang CH2 yang kesemuanya menggambarkan gugus fungsi yang ditemukan pada struktur molekul dari pati.

4.3.3. Spektrum FT-IR Selulosa Murni Spektrum FT-IR selulosa murni dapat dilihat pada gambar 4.6 di bawah ini.


Gambar 4.6 Spektrum FT-IR Selulosa Murni Pada gambar 4.6 menunjukkan spektrum FT-IR selulosa dengan serapan puncakpuncak bilangan gelombang (cm-1): 3382,9 yang menunjukkan adanya gugus OH; 2904,6 merupakan serapan C-H; 1164,9 menunjukkan adanya serapan dari ikatan CO-C dari bentuk glikosida; 1033,8

menunjukkan adanya rentangan C-O gugus

hidroksil pada unit anhidroglukosa; dan bilangan gelombang 898,8 cm-1 khas untuk piranosa yang kesemuanya menunjukkan gambaran gugus fungsi yang terdapat pada molekul selulosa. Lebih jauh telah dibuktikan bahwa yang terbentuk dari hasil fermentasi bukan amilum melalui pengujian terhadap larutan selulosa bakteri dengan penambahan larutan Iodin (KI + I2) tidak membentuk warna biru, seperti halnya terhadap larutan amilum akan membentuk larutan yang berwarna biru.

4.3.4. Spektrum FT-IR Kitosan


Spektrum FT-IR kitosan dapat dilihat pada gambar 4.7 di bawah ini.

Gambar 4.7 Spektrum FT-IR Kitosan Pada gambar 4.7 menunjukkan spektrum FT-IR kitosan dengan serapan puncakpuncak bilangan gelombang (cm-1): 3386,8 yang menunjukkan adanya gugus –OH, NH bending; 2877,6 menunjukkan adanya C-H ; 1400 – 1100 menunjukkan adanya gugus C-O; 1654,8 menunjukkan adanya gugus C = O amida; 1596,6 menunjukkan adanya gugus N-H amina primer dan gugus NH2. Dari spektrum ini menunjukkan gugus fungsi yang dimiliki kitosan.

4.3.5. Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (0,5 g kitosan) Spektrum FT-IR material selulosa kitosan bakteri dengan penambahan 0,5 g kitosan dapat dilihat pada gambar 4.8 di bawah ini.


Gambar 4.8 Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (0,5 g kitosan) Pada gambar 4.8 menunjukkan spektrum FT-IR material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan sebanyak 0,5 g kitosan dengan serapan puncak-puncak bilangan gelombang (cm-1): 3375,58 yang menunjukkan adanya gugus -OH dari selulosa, NH2; 2927,75 menunjukkan adanya C-H ; 1655,10 menunjukkan adanya gugus C=O khas amida dari N-asetil glukosamin dan bilangan gelombang 1021 cm-1 menunjukkan adanya cincin piranosa dari ikatan glikosida. Dari data spektrum ini menunjukkan terjadi interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan, tidak ada gugus baru yang terbentuk.

4.3.6. Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (1 g kitosan) Spektrum FT-IR

material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan 1 g

kitosan dapat dilihat pada gambar 4.9 di bawah ini.


Gambar 4.9 Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (1 g kitosan) Pada gambar 4.9 menunjukkan spektrum FT-IR material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan sebanyak 1 g kitosan dengan serapan puncak-puncak bilangan gelombang (cm-1): 3405,00 yang menunjukkan adanya gugus -OH dari selulosa, gugus - NH2 - dari glukosamin dan - NH - Amida dari N-asetil glukosamin; 2928,95 merupakan serapan C-H; 1655,20 menunjukkan adanya gugus C=O khas amida;

1021,74 menunjukkan adanya cincin piranosa dari ikatan glikosida.

Dari

spektrum ini menunjukkan bahwa material tersebut merupakan interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan. 4.3.7. Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (1,5 g kitosan) Spektrum FT-IR material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan 1,5 g kitosan dapat dilihat pada gambar 4.10 di bawah ini.


Gambar 4.10 Spektrum FT-IR Meterial Selulosa-Kitosan Bakteri (1,5 g kitosan) Pada gambar 4.10 menunjukkan spektrum FT-IR material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan 1,5 g kitosan dengan serapan puncak-puncak bilangan gelombang (cm-1) : 3402,70 yang menunjukkan adanya gugus -OH dari selulosa, gugus -NH2 dari glukosamin dan –NH- amida dari N- asetil glukosamin saling bertumpang tindih; 2928,11 menunjukkan adanya serapan C-H; 1655,2 menunjukkan adanya gugus C=O khas amida; 1156,99-1078,58 menunjukkan adanya gugus

C-O-C; dan bilangan

gelombang 761,74-633,67 cm-1 menunjukkan adanya kibasan gugus

-NH.

Dari

spektrum ini menunjukkan bahwa terjadi interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan, dan tidak ada gugus baru yang terbentuk.

4.3.8. Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (2 g kitosan) Spektrum FT-IR material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan 2 g kitosan dapat dilihat pada gambar 4.11 di bawah ini.


Gambar 4.11 Spektrum FT-IR Material Selulosa-Kitosan Bakteri (2,0 g kitosan) Pada gambar 4.11 menunjukkan bakteri dengan penambahan 2 g kitosan

spektrum FT-IR material selulosa-kitosan dengan serapan puncak-puncak bilangan

gelombang (cm-1): 3414,92 yang menunjukkan adanya gugus -OH dari selulosa, gugus -NH2 dari glukosamin dan -NH- dari N-asetil glukosamin yang saling tumpang tindih; 2926,8 menunjukkan adanya serapan khas C-H; dan bilangan gelombang


1655,39 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O dari amida. Dari spektrum ini menunjukkan terjadi interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan.

4.4 Analisis Foto SEM Analisis foto SEM dilakukan untuk mempelajari sifat morpologi terhadap material. Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.12 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari selulosa bakteri.

Gambar 4.12 Foto SEM Selulosa Bakteri Pada gambar 4.12 foto SEM selulosa bakteri dengan perbesaran

400 kali,

menunjukkan morfologi permukaan dari selulosa bakteri tidak merata dan membentuk kerutan-kerutan. Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.13 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari pati.


Gambar 4.13 Foto SEM Pati

Gambar 4.13 menunjukkan foto SEM dari pati sebagai bahan awal dari pembuatan selulosa bakteri yang memberikan morfologi permukaan yang benar-benar merata. Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.14 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari selulosa murni.

Gambar 4.14 Foto SEM Selulosa Murni Gambar 4.14 menunjukkan foto SEM dari selulosa murni yang memberikan morfologi permukaan yang tidak merata dan berongga.


Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.15 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari kitosan.

Gambar 4.15 Foto SEM Kitosan Pada gambar 4.15. foto SEM kitosan menunjukkan morfologi permukaan yang halus. Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.16 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari selulosa kitosan bakteri dari media dengan penambahan sebanyak 0,5 g kitosan.

Gambar 4.16 Foto SEM Selulosa Kitosan Bakteri (0,5 g kitosan) Pada gambar 4.16 foto SEM selulosa kitosan bakteri dengan penambahan

0,5

g kitosan, perbesaran 400 kali menunjukkan morfologi permukaan yang merata, rongga-rongga dari selulosa bakteri telah diisi oleh kitosan, memberikan dukungan bahwa terjadi interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan dalam pembentukan material tersebut.


Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.17 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari selulosa kitosan bakteri dari media dengan penambahan sebanyak 1,0 g kitosan.

Gambar 4.17 Foto SEM Selulosa Kitosan Bakteri (1,0 g kitosan) Pada gambar 4.17 foto SEM selulosa kitosan bakteri dengan penambahan 1 g kitosan dengan perbesaran 400 kali menunjukkan morfologi permukaan yang kurang merata dan membentuk kerutan-kerutan dibandingkan dengan penambahan 0,5 g kitosan Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.18 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari selulosa kitosan bakteri dari media dengan penambahan sebanyak 1,5 g kitosan.


Gambar 4.18 Foto SEM Selulosa Kitosan Bakteri (1,5 g kitosan) Pada gambar 4.18 foto SEM selulosa kitosan bakteri dengan penambahan

1,5

g kitosan, perbesaran 400 kali menunjukkan morfologi permukaan yang kurang merata dan membentuk kerutan-kerutan dibandingkan dengan penambahan 0,5 g kitosan. Hasil analisis pemeriksaan foto SEM gambar 4.19 berikut menunjukkan bentuk permukaan dari selulosa kitosan bakteri dari media dengan penambahan sebanyak 2,0 g kitosan.

Gambar 4.19. Foto SEM Selulosa-Kitosan Bakteri (2,0 g kitosan) Pada gambar 4.19 foto SEM selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan 2,0 g kitosan, perbesaran 400 kali menunjukkan morfologi permukaan yang halus, tetapi muncul butiran-butiran kitosan yang berlebih di atas permukaan.


Dari foto SEM ini menunjukkan bahwa dengan penambahan 0,5 g kitosan sudah cukup baik untuk menghasilkan material selulosa kitosan bakteri dengan permukaan yang halus dan merata.

4.5 Karakterisasi Uji Tarik Uji kekuatan tarik selulosa bakteri dan selulosa-kitosan bakteri dilakukan pada suhu kamar dengan berat beban 2000 kgf. Kekuatan tarik selulosa bakteri dan selulosakitosan bakteri dapat diketahui dari nilai load dan stroke serta (%) elongation yang dimilikinya (kurva load vs stroke selulosa kitosan bakteri pada lampiran 1, dan contoh perhitungan untuk mendapatkan nilai kekuatan tarik dan nilai regangan maksimum pada lampiran 2). Data pengukuran uji tarik seperti pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Data Pengukuran Sampel pada Pengujian Tarik

No Jenis Sampel

1 2 3 4 5

Selulosa bakteri tanpa kitosan Selulosa bakteri dengan 0,5 g kitosan Selulosa bakteri dengan 1 g kitosan Selulosa bakteri dengan 1,5 g kitosan Selulosa bakteri dengan 2 g kitosan

Perlakuan

Dimensi sampel yang diuji tarik Panjang l (mm)

Lebar b (mm)

Tebal h (mm)

Luas A (mm)²

Dibentuk

50

10

0,50

5

Dibentuk

50

10

0,25

2,5

Dibentuk

50

10

0,25

2,5

Dibentuk

50

10

0,25

2,5

Dibentuk

50

10

0,25

2,5


Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Tarik No Jenis sampel 1 Selulosa bakteri tanpa kitosan 2 Selulosa bakteri dengan 0,5 g kitosan 3 Selulosa bakteri dengan 1 g kitosan 4 Selulosa bakteri dengan 1,5 g kitosan 5 Selulosa bakteri dengan 2 g kitosan

Perlakuan

Panjang ∆l l (mm) (mm)

Luas A(mm)²

Pmax (N)

σ max (MPa)

Ξ max (%)

Dibentuk

50

2

5

48,61

9,72

4

Dibentuk

50

1

2,5

17,15

6,86

2

Dibentuk

50

0,5

2,5

14,90

5,96

1

Dibentuk

50

1

2,5

2,45

0,98

2

Dibentuk

50

1

2,5

1,18

0,47

2

Dari data hasil pengujian tarik di atas diperoleh: 1. Untuk hasil pengujian tarik, dari selulosa bakteri yang di buat tanpa kitosan, tegangan maksimun sebesar 9,72 MPa dan regangan maksimum sebesar 4%. 2. Untuk hasil pengujian tarik, pada material selulosa kitosan bakteri dengan penambahan 0,5 g kitosan, tegangan maksimum sebesar 6,86 MPa dan regangan maksimum 2%. Dengan penambahan 1 g kitosan, tegangan maksimum 5,96 MPa dan regangan maksimum 1%. Dengan penambahan 1,5,g kitosan, tegangan maksimum 0,98 MPa dan regangan maksimum 2%. Dengan penambahan 2 g kitosan, tegangan maksimum 0,47 MPa dan regangan maksimum 2%.


3. Dari data di atas bahwa untuk uji tarik selulosa bakteri tanpa penambahan kitosan lebih besar nilainya dari pada material selulosa kitosan bakteri.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 1. Dalam medium air kelapa dengan penambahan pati dan kitosan dengan menggunakan Acetobacter-xylinum mampu menghasilkan material selulosa-kitosan bakteri di mana terjadi interaksi antara selulosa bakteri dengan kitosan. 2. Dalam medium air kelapa dengan penambahan pati, urea dan dimodifikasi dengan penambahan kitosan yang massanya bervariasi dengan menggunakan Acetobacterxylinum dapat dihasilkan selulosa-kitosan bakteri dengan tekstur permukaan yang berbeda-beda. Tekstur permukaan yang paling baik diperoleh pada penambahannya sebanyak 0,5 g kitosan pada pH = 4. 3. Hasil pengujian tarik, pada material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan sebanyak 0,5 g kitosan, tegangan maksimum sebesar 6,86 MPa dan regangan maksimum 2%. Uji tarik dari material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan sebanyak 0,5 g kitosan lebih besar nilainya dari pada material selulosa-kitosan bakteri dengan penambahan 1,0 , 1,5 , dan 2,0 g kitosan.

5.2. Saran Dari hasil yang diperoleh pada pembentukan material selulosa-kitosan bakteri, sebaiknya di uji secara medis, sehingga produk yang dihasilkan dapat digunakan dalam bidang kesehatan atau keperluan lainnya.


DAFTAR PUSTAKA

Alimuniar, A. dan Zainuddin, R. 1992. An Economical Thechinique For Producing Chitosan. Elsevier, London. Anonim, 1976. The Merck Index. Ninth Edition. Merck and Co.Inc., New Jersey. Banwart, G.K. 1981. Basic Food Microbiology. Van Nonstrand Reinhold Company, New York. Bergenia H.A., 1982. Reserve osmosis of coconut water through cellulose acetat membrane, Proceedings of the second ASEAN workshop Membrane Technology. Biemann, K. 1983. Table of Spectral Data for Structure Determination of Organic Compounds. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany. Ciechanska, D. 2004. Multifunctional Bacterial Cellulose/Chitosan Composite Materials for Medical Applications. Fiber & Textiles in Eastern Europe Volume 12 No.4(48): p. 69-72, Institute of Chemical Fiber, Poland. Colonna, P, “Fundamental And Industrial Aspects of Starch Gelation”. In H. Innagaki And G.O. Phillips, Eds, 1989, Cellulose CS Utilization Research And Rewards In Cellulose. Elsevier Science Publisher, England. Colwell, .R., Pariser, E.R., dan Sinskey, A.J. 1984. Biotechnology of Marine Polysaccharides. Third Edition. Massachusetts Institute of Technology, Washington. Duffresne, A., Jean-Yves CavaiLLe and William Helbert 1996. “New Nano Composites Material, Micro Crystaline Starch Reinforced Thermoplastic” Macromelecules, 29, 7624-7626, Elsevier Science, England. Demam, J.M. 1980. Principles of Food Chemistry. Van Nonstrand Reinhold Company, New York. E. Pisesidharta, Zulfikar, B. Kuswandi. Preparasi Membran Nata de CocoEtilendiamin dan Studi Karakteristik Pengikatannya Terhadap Ion Cu+2. Jurusan kimia FMIPA Universitas Jember, Jember. Fessenden.R.J dan Fessenden.J.S. 1986. Kimia Organik. Edisi ketiga. Jilid kedua. Erlangga. Jakarta. Goosen, M.F.A. 1997. Applications of Chitin and Chitosan. Technomic Publishing Co.Inc., Lancaster. Holmes, D. 2004. Bacterial Cellulose. Disertation. Christchurch, New Zealand


Department of Chemical and Process Engineering University of Canterbury. Hart, H., Craine, L.E., and Hart, D.J. 2003. Kimia Organik. Edisi Kesebelas. Erlangga, Jakarta. Hidayat, N., Padaga, M.C., dan Suhartini, S.2006. Mikrobiologi Industri. Penerbit ANDI, Yogyakarta. Hoenich, N. 2006. Cellulose for Medical Applications. Bioresources. Volume 1(2): p. 270-280, Hosokawa, J., Nishiyama, M., Yoshihara, K., and Kubo, T. 1990. Biodegrable Film Derived from Chitosan and Homogenized Cellulose. Ind.Eng.chem.Res Volume 29: p. 800-805, Japan. Krystynowicz, 2001. Biosynthesis of Bacterial Cellulose and its Potential Application In The Differen Industries, http://www.biotecnology.pl.com/science/krystynomcz.htm. Kumar, M.N.V.R. 2000. Review of Chitin and Chitosan Application. Reactive & Functional Polymers. Volume 46: p. 1-27, Pergamen Press, Oxford. Laullen, E.T. 1985. Starch as a Functional Ingrediant Food Technol, p. 59-63. Manskaya, S.M. and Drodzora, T.V. 1968. Geochemistry of Organic Substance Pergamon Press, Oxford. Muzzarelli, R.A., Ch. Jeuniawe, Gooday, G.W. 1986. Chitin and Nature and Technology. Plennum Press, New York. Muzzarelli, R.A. 1997. Chitin. Pergamon Press, Oxford. Nadarajah, K., 2005. Devolopment and Characterization of Antimicrobial Edible Films from Crawfish Chitosan. Disertation Louisiana, Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College, USA. Onifade, A.K., Jeff –Agboola, Y.A. 2003. Effect of Fungal Infection on Proximate Nutrient Composition of Coconut (Cocos nucifera Linn) fruit. Food, Agriculture & Environment. Volume 1(2): p. 141-142, . Palunkun, Ronny, 1992 “Aneka Produk Olahan Kelapa”. Penebak Swadaya, Jakarta. Phillips, G.O. and Williams, P.A. 2000. Handbook of Hydrocolloids. Woodhead Publishing Limited, Cambridge. Poedjiadi, Anna. 1994. Dasar-Dasar Biokimia, Penerbit Universitas Indonesia, UI Press, Jakarta.


Rhoades, J., Rastall, B. Chitosan as an Antimicrobial Agent. Ingredients & Additivies, Food Technology International: hal. 32-33. Roberts, G.A.F., 1992. Chitin Chemistry. Macmillan, Indianapolis. Salunkhe, D.K. dan Desai, B.B. 1984. Postharvest Biotechnology of Fruits. Volume II. CRC Press, Inc., Florida. Silverstein, R.M., Bassler, G.C. dan Moill, T.C., 1981. Spectrometric Identification of Organic Compounds. Fourth Edition. Jhon Wiley & Sons, USA. Tunner, D.T, Pharm, J, 1979, volume 222, p. 421-422, CRC Press, Inc., Florida. Warisno, 2004. Mudah & Praktis Membuat Nata de Coco. Cetakan kedua. Agromedia Pustaka, Depok. Warrand, J., 2006. Healthy Polysaccharides The Next Chapter in Food Product. Food Technol. Biotechnol. Volume 44(3): p. 355-370, Whistler Roy L, BeMiller James N, and Paschall Eugene F., 2nd Edn, 1984. Starch Chemistry and Technology, Academic Press Inc, New York. Zuhuriaan-Mehr, M.J., 2004. Advances in Chitin and Chitosan Modification Through Graft Copolymerization: A Comprehensive Review. Iranian Polymer Journal Volume 14(3): hal. 235-265.



(b) Selulosa bakterial dari 100 mL air kelapa + 10 g pati + 0.5 g kitosan (c) Selulosa bakterial dari 100 mL air kelapa + 10 g pati + 1.0 g kitosan (d) Selulosa bakterial dari 100 mL air kelapa + 10 g pati + 1.5 g kitosan (e) Selulosa bakterial dari 100 mL air kelapa + 10 g pati + 2 g kitosan


Lampiran 2: Perhitungan Mendapatkan Nilai Kekuatan Tarik dan Nilai Regangan Maksimum Diketahui:

A

= 5 mm2

=

5.10-6 m2

l

= 2 mm = 2. 10-3 m

l

= 50 mm

= 50. 10-3 m

P maks = 4,96 Kgf = 48,61 N Dicari: Tegangan maksimum (σ maks) dan Regangan maksimum (Є ) Penyelesaian: Tegangan maks:

P maks σ maks = ----------A0 48,61 N = -----------5. 10-6 m2 = 9,72 MPa

l Regangan maks: Є = ------------ x 100% L 2 = -------------- x 100% 50 =4% Dengan cara yang sama dapat ditentukan nilai kekuatan tarik dan regangan maksimum untuk masing-masing percobaan berikutnya.


PEMBUATAN MATERIAL SELULOSA-KITOSAN BAKTERI DALAM MEDIUM AIR KELAPA DENGAN PENAMBAHAN PATI DAN KITOSAN MENGGUNAKAN Acetobacter-xylinum TESIS

Recommend Documents