PREPARASI PRODUK NATA DE PINA DAN APLIKASI PENGIKATANNYA TERHADAP LOGAM KOBALT(II)
LIA APRILIA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK LIA APRILIA. Preparasi Produk Nata de Pina dan Aplikasi Pengikatannya terhadap Logam Kobalt(II). Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan MUHAMAD FARID. Limbah kulit nanas dapat diubah melalui fermentasi dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum menjadi produk yang lebih bermanfaat, yaitu produk nata de pina. Nata termodifikasi kimia diduga dapat digunakan sebagai adsorben yang lebih unggul dalam menjerap logam berat dibandingkan lembaran kering nata tanpa modifikasi. Kobalt merupakan logam transisi yang diperlukan dalam konsentrasi rendah tetapi dapat menjadi racun dalam konsentrasi tinggi, misalnya penyebab penyakit kanker. Modifikasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah modifikasi nata menggunakan asam sulfat, NaOH, dan asam monokloroasetat (konversi menjadi karboksimetil selulosa). Pencirian lembaran kering nata termodifikasi kimia menggunakan Fourier transfom infrared (FTIR). Urutan kapasitas adsorpsi terbesar dari setiap nata termodifikasi kimia dan tanpa modifikasi terhadap kobalt(II) adalah modifikasi NaOH > tanpa modifikasi > modifikasi asam sulfat > modifikasi asam monokloroasetat, dengan nilai kapasitas adsorpsi maksimumnya berturut-turut sebesar 520.89, 420.67, 95.67, dan 47.39 µg/g adsorben. Urutan nilai efisiensi adsorpsi terbesar dari nata termodifikasi kimia dan tanpa modifikasi terhadap logam kobalt(II) adalah modifikasi NaOH > tanpa modifikasi > modifikasi asam sulfat > modifikasi asam monokloroasetat, dengan nilai efisiensi adsorpsi maksimumnya berturut-turut 40.71, 23.99, 8.26, dan 4.25%. Nata termodifikasi kimia (NaOH) dapat menjerap 19.24% lebih banyak logam kobalt dibandingkan nata tanpa modifikasi.
ABSTRACT LIA APRILIA. Preparation of Nata de Pina Product and Its Aplication in Cobalt(II) Binding. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and MUHAMAD FARID. Pineapple’s peel waste fermentated with Acetobacter xylinum becomes a useful product. The product is called nata de pina. Chemically modified nata was estimated as more excellent adsorben in adsorbing heavy metals as compared with unmodified nata. Cobalt is transition metal which is needed in low concentration but it could be toxic in high concentration, for example it caused cancer. Modifications in this research on the nata used sulfuric acid, sodium hydroxide, and monochloroacetic acid (conversion to carboxymethyl cellulose). Chemically modified nata was characterized using Fourier transfom infrared (FTIR). The value of adsorption capacity from each chemically modified and unmodified nata toward cobalt(II) was NaOH modified > unmodified > sulfuric acid modified > monochloroacetic acid modified with maximum value of adsorption capacity were 520.89, 420.67, 95.67, and 47.39 µg/g adsorben, respectively. The value of adsoption efficiency from each chemically modified and unmodified nata toward cobalt(II) was NaOH modified > unmodified > sulfuric acid modified > monochloroacetic acid modified with maximum value of adsorption efficiency were 40.71, 23.99, 8.26, and 4.25%, respectively. Chemically modified nata could adsorb 19.24% cobalt more than the unmodified nata.
PREPARASI PRODUK NATA DE PINA DAN APLIKASI PENGIKATANNYA TERHADAP LOGAM KOBALT(II)
LIA APRILIA
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 2009
Judul Nama NIM
: Preparasi Produk Nata de Pina dan Aplikasi Pengikatannya terhadap Logam Kobat(II) : Lia Aprilia : G44203018
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si, M. Si. NIP 131 694 523
Drs. Muhamad Farid NIP 132 002 064
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Bismillahirrahmanirrahim… Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Penelitian dilaksanakan dari bulan September 2007 hingga Agustus 2008 di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor dengan judul Preparasi Produk Nata de Pina dan Aplikasi Pengikatannya terhadap Logam Kobat(II). Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M. Si. dan Bapak Drs. Muhamad Farid selaku pembimbing atas segala saran, kritik, dorongan, dan bimbingannya selama penelitian dan dalam penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih yang tak terhingga kepada ayah, ibu, dan adik-adikku tercinta yang selalu memberikan cinta, semangat, bantuan materi, doa yang tulus, kesabaran, dan kasih sayang tiada henti. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Kak Khotib, S. Si. atas diskusi yang berharga, Pak Mail, Pak Nano, Bu Ai, Pak Eman, dan Pak Sabur atas fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan. Saya ucapkan banyak terima kasih kepada Noerhayati, Rita, Ani, Yuli, Isya, Dewi, Sari, Mba Aci, Utin, Laskar MSC, Fusi-G, Tim Asistensi PAI IPB 2007/2008, Kimia 40, Zaid 2006, dan rekan-rekan seperjuangan di Laboratorium Kimia Fisik dan Lingkungan atas semangat dan dukungannya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
Lia Aprilia
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tangerang tanggal 7 April 1986 dari ayah Safeih dan ibu Fatimah. Penulis merupakan putri pertama dari lima bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Negeri 32 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus dari seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di dalam organisasi kampus di IPB dan di luar IPB. Tahun 2003 penulis menjadi anggota KOPMA IPB dan anggota UKM Panahan IPB. Tahun 2005 penulis menjadi anggota Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia komisariat IPB. Periode kepengurusan 2005-2006 menjadi staf di Departemen Olahraga dan Seni DKM Al-Ghifari IPB dan staf Departemen Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa BEM FMIPA IPB. Pada tahun 2006 penulis melaksanakan praktik lapangan di Pusat Sarana Pengendalian Dampak Lingkungan KLH RI. Penulis juga aktif menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Fisik dan Lingkungan tahun ajaran 2007-2008, asisten mata kuliah Pendidikan Agama Islam tahun ajaran 2006-2007 dan 2007-2008, serta penanggung jawab asistensi Pendidikan Agama Islam FMIPA tahun ajaran 20072008. Selain itu, penulis aktif mengikuti seminar-seminar, baik yang berbasis iptek dan wirausaha selama mengikuti perkuliahan di IPB.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL .....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
viii
PENDAHULUAN .....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Nanas ................................................................................................................. Selulosa Bakterial.............................................................................................. Adsorpsi............................................................................................................. Modifikasi Adsorben ........................................................................................ Karboksimetil Selulosa (CMC) ....................................................................... Analisis Kobalt ..................................................................................................
1 2 3 3 3 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ................................................................................................. Metode Penelitian .............................................................................................
5 5
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Nata ................................................................................................ Sintesis Karboksimetil Selulosa ........................................................................ Penentuan Kondisi Optimum Adsorben ............................................................ Aplikasi Pengikatan Kobalt pada Produk Nata ................................................. Kajian Fourier Transform Infrared (FTIR) .....................................................
7 7 8 10 11
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .......................................................................................................... Saran .................................................................................................................
12 13
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................
13
LAMPIRAN ...............................................................................................................
15
DAFTAR TABEL Halaman 1
Komposisi kimia daging buah nanas masak ..........................................................
2
2
Sifat fisik selulosa bakterial dan beberapa material organik ................................
2
3
Nilai Q dan E adsorben dengan modifikasi dan tanpa modifikasi........................
10
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Struktur selulosa ....................................................................................................
3
2
Struktur karboksimetil selulosa .............................................................................
3
3
Reaksi antara Nitroso-R-salt dan kobalt ................................................................
5
4
Lembaran nata .......................................................................................................
6
5
Nata setelah inkubasi lima hari ..............................................................................
7
6
Karboksimetil selulosa hasil sintesis .....................................................................
8
7
Warna kompleks kobalt-garam nitroso-R pada berbagai konsentrasi ...................
8
8
Hubungan waktu dengan kapasitas adsorpsi kobalt pada lembaran nata .............
9
9
Hubungan waktu dengan kapasitas adsorpsi kobalt pada CMC ............................
9
10 Hubungan bobot dengan kapasitas adsorpsi kobalt pada CMC ...........................
9
11 Hubungan bobot dengan efisiensi adsorpsi kobalt pada CMC ..............................
9
12 Kapasitas adsorpsi adsorben lembaran nata terhadap Co(II) .................................
10
13 Efisiensi adsorpsi adsorben lembaran nata terhadap Co(II) ..................................
11
14 Spektrum FTIR nata tanpa modifikasi...................................................................
11
15 Spektrum FTIR nata termodifikasi NaOH.............................................................
12
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Bagan alir penelitian ..............................................................................................
16
2
Pengamatan Fisik lembaran nata kering ................................................................
17
3
Pola serapan kompleks kobalt-garam nitroso-R pada beberapa panjang gelombang .............................................................................................................
18
4
Pembuatan kurva standar kobalt ............................................................................
18
5
Data kurva standar kobalt ......................................................................................
19
6
Kapasitas adsorpsi pada variasi waktu penjerapan kobalt pada lembaran nata .....
19
7
Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada variasi waktu penjerapan kobalt pada karboksimetil selulosa ..................................................................................
8
Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi pada variasi bobot karboksimetil selulosa..................................................................................................................
9
20
21
Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi kobalt oleh nata termodifikasi asam sulfat ......................................................................................................................
22
10 Kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi kobalt oleh nata termodifikasi NaOH ..
22
11 Spektrum FTIR CMC ............................................................................................
23
PENDAHULUAN Buah nanas (Ananas comosus) merupakan salah satu tanaman yang banyak diusahakan petani di Indonesia, terutama di daerah Sumatera dan Jawa. Tiap tahun produksinya terus meningkat. Pada tahun 2005 produksi nanas di Indonesia mencapai 925.082 ton dan 1.427,781 ton pada tahun 2006 (Biro Pusat Statistik 2007). Satu buah nanas hanya 53% bagian saja yang dapat dikonsumsi, sedangkan sisanya dibuang sebagai limbah, sehingga limbah kulit nanas makin lama makin menumpuk dan umumnya hanya dibuang sebagai sampah (Rulianah 2002). Hal tersebut membuka peluang dalam pemanfaatan limbah kulit nanas menjadi produk yang lebih bermanfaat melalui fermentasi dengan bakteri Acetobacter xylinum menjadi produk nata (nata de pina) yang mempunyai dapat digunakan sebagai bahan makanan. Studi mendalam terhadap nata untuk berbagai bidang aplikasi sangat diperlukan untuk meningkatkan nilai tambah bagi produk nata dan tidak terbatas pada pemanfaatannya sebagai produk makanan. Kandungan utama nata de pina adalah selulosa. Selulosa bakterial mempunyai kekhasan sifat struktural dan fisikokimiawi dibandingkan selulosa kayu (Yoshinaga et al. 1997). Apalagi selulosa bakterial dihasilkan dalam keadaan murni, seperti bebas lignin, hemiselulosa, dan produk-produk biogenik lainnya (Geyer et al. 1994). Penelitian yang mengarah pada pengembangan selulosa bakterial sebagai material yang bernilai tambah sudah banyak dilakukan. Beberapa diantaranya adalah penggunaan selulosa bakterial sebagai bahan diafragma tranduser, bahan pencampur dalam industri kertas, karakterisasi sifat listrik dan magnetnya, sebagai support untuk sensor glukosa dan sebagai lembaran dialisis (Ighuci et al. 2000). Studi pemanfaatan kulit nanas sebagai nata telah banyak dilakukan. Andriansyah (2006) telah melakukan penelitian mengenai sifat-sifat membran yang terbuat dari sari kulit nanas yang meliputi optimasi waktu inkubasi, ketebalan, dan komposisi bahan (sari kulit nanas, air, dan gula). Putri (2006) meneliti ciri membran selulosa berpori dari sari kulit nanas. Pasla (2006) melakukan pencirian membran selulosa asetat berbahan dasar selulosa bakteri dari limbah nanas. Pisesidharta et al. (2003) telah melakukan penelitian mengenai pengikatan membran
nata de coco yang telah dimodifikasi dengan etilendiamin terhadap ion Cu2+. Penelitian ini membuktikan bahwa bahan biologi (biomassa) dapat digunakan untuk mengikat logam berat. Penelitian bahwa selulosa (non bakterial) dapat mengikat logam berat telah banyak dilakukan, diantaranya oleh oleh Rajawane (2008) yang menyatakan kulit buah kakao yang mengandung pektin dan selulosa berpotensi sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi 724.90 µg/g adsorben. Sulistyawati (2008) memodifikasi selulosa pada tongkol jagung dan memanfaatkannya sebagai adsorben logam Pb(II) dari limbah industri aki dengan kapasitas adsorpsi sebesar 121.71 µg/g adsorben, lebih basar dari adsorben tanpa modifikasi. Nata termodifikasi kimia diduga dapat digunakan sebagai adsorben yang lebih unggul dalam menjerap logam berat dibandingkan nata tanpa modifikasi. Karboksimetil selulosa (CMC) merupakan turunan dari selulosa yang dikarboksimetilasi. CMC dibuat dengan menggunakan bahan baku selulosa. Penggunaan selulosa bakterial sebagai bahan baku pembuatan CMC mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya selulosa yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang relatif tinggi dibandingkan dengan selulosa yang berasal dari tanaman (Awalludin 2004). CMC berpotensi sebagai adsorben yang dapat menjerap logam berat dilihat dari struktur senyawanya. Tujuan penelitian ini adalah memodifikasi nata menggunakan asam sulfat, NaOH, dan asam monokloroasetat (konversi menjadi CMC). Selain itu dipelajari pula kemampuan nata termodifikasi dalam mengikat logam Kobalt(II) dan penciriannya dengan Fourier transfom infrared (FTIR). Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan kontribusi bagi perkembangan material polimer alam dan meningkatkan nilai tambah nata sebagai material yang bermanfaat.
TINJAUAN PUSTAKA Nanas Tanaman nanas telah ada sejak lama di Indonesia. Menurut Morton (1987), tanaman nanas berasal dari Amerika Selatan. Nanas merupakan tanaman buah yang selalu tersedia sepanjang tahun. Bulan-bulan panen besar adalah Desember, Januari, dan Juli.
