PRODUKSI BIOHIDROGEL BERBASIS CARBOXYMETHYL STARCH - KITOSAN
MOHAMAD IRSAN FEBRIAN
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Produksi Biohidrogel Berbasis Carboxymethyl Starch - Kitosan adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Agustus 2015 Mohamad Irsan Febrian NIM F34110097
ABSTRAK MOHAMAD IRSAN FEBRIAN. Produksi Biohidrogel Berbasis Carboxymethyl Starch - Kitosan. Dibimbing oleh TITI CANDRA SUNARTI. Hidrogel merupakan struktur tiga dimensi dari polimer yang mampu menyerap dan menahan air di dalam matriksnya. Hidrogel dapat berasal dari polimer-polimer alami ataupun sintetik. Polimer alami bersifat biokompatibel dan biodegradable sehingga tidak menghasilkan efek samping. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis pengaruh konsentrasi asam metakrilat terhadap parameter grafting serta karakteristik biohidrogel yang dihasilkan dari masing-masing jenis carboxymethyl starch. Carboxymethyl starch yang digunakan berasal dari sagu dan tapioka. Proses grafting asam metakrilat pada polimer backbone terjadi akibat adanya pembentukan gugus fungsional radikal, baik pada polimer backbone maupun pada asam metakrilat itu sendiri. Kesuksesan proses grafting telah terbukti terjadi berdasarkan analisis spektrum Fourier Transform Inframerah. Rendemen dan efisiensi grafting serta konversi monomer terbaik dicapai dengan penggunaan konsentrasi asam metakrilat sebesar 0,550 g/g. Karakteristik swelling, kelarutan, dan daya serap air biohidrogel dipengaruhi oleh konsentrasi asam metakrilat. Namun, karakteristik daya serap minyak tidak terpengaruh oleh konsentrasi asam metakrilat.
Kata kunci: biohidrogel, carboxymethyl starch, grafting, kitosan
ABSTRACT MOHAMAD IRSAN FEBRIAN. Production of Carboxymethyl Starch β Chitosan Based Biohydrogel. Supervised by TITI CANDRA SUNARTI Hydrogel is a three dimensional polymeric structure which has an ability to absorb and retain water within its structure. Hydrogel can be derived from natural and synthetic polymers. The natural polymers are usually biocampatible and biodegradable thus they do not produce adverse effects. The objective of this research is to analyze the effect of methacrylic acid concentration towards grafting parameter and biohydrogel properties which derived from carboxymethyl starch. Sago and tapioca were used as the raw material of carboxymethyl starch. The grafting process of methacrylic acid onto backbone polymer occured as a consequence of generating radical functional gruops, either in backbone polymer or in methacrylic acid itself. The grafting process had successfully occured based on Fourier Transform Infrared spectra analysis. The best grafting yield, grafting efficiency, and monomer conversion achieved with using 0,550 g/g methacrylic acid. Swelling, solubility, and water absorbtion property of biohydrogel are affected by methacrylic acid concentration. Meanwhile, oil absorbtion property is not affected by methacrylic acid concentration. Keywords: biohydrogel, carboxymethyl starch, chitosan, grafting
PRODUKSI BIOHIDROGEL BERBASIS CARBOXYMETHYL STARCH - KITOSAN
MOHAMAD IRSAN FEBRIAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PRAKATA Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga penelitian dan penyusunan karya ilmiah yang berjudul βProduksi Biohidrogel Berbasis Carboxymethyl Starch-Kitosanβ ini berhasil diselesaikan tanpa menemui kendala yang berarti. Melalui kesempatan ini pula, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr Ir Titi Candra Sunarti, MSi selaku dosen pembimbing yang sangat sabar dan perhatian memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis selama masa penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. 2. Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti dan Prof Dr Ir Ani Suryani, DEA selaku dosen penguji yang memberikan masukan bermanfaat dalam karya ilmiah ini. 3. Orang tua dan adik-adik yang selalu memberikan doa-doa terbaik dan dukungannya. 4. Para laboran yang selalu membantu dalam teknis pelaksanaan penelitian. 5. Teman-teman TINformers yang selalu saling menguatkan dan memberikan dukungan satu sama lain layaknya sebuah keluarga. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini merupakan sumbangan ilmu pengetahuan yang harus selalu dikembangkan dan disempurnakan. Oleh karena itu, penulis menyambut baik segala bentuk kritik dan masukan yang membangun demi kesempurnaan pengetahuan ini di masa yang akan datang. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2015 Mohamad Irsan Febrian
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian METODE Bahan Alat Prosedur Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Pati Sagu dan Tapioka Karakteristik Carboxymethyl Starch Produksi Biohidrogel Karakteristik Produk Biohidrogel Aplikasi Produk Biohidrogel PENUTUP Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP
x x x 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 5 5 7 8 12 14 15 15 15 16 19 30
DAFTAR TABEL 1 2 3 4
Kandungan pati sagu dan tapioka Karakteristik pati alami dan pati termodifikasi CMS sagu dan tapioka Parameter grafting asam metakrilat pada backbone CMS-kitosan Karakteristik produk biohidrogel berbasis CMS-kitosan
6 7 11 12
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4
Diagram alir proses produksi biohidrogel Struktur polimer carboxymethyl starch dan kitosan Spektrum inframerah CMS sagu Spektrum inframerah biohidrogel CMS sagu-kitosan dan biohidrogel CMS tapioka-kitosan
4 8 10 10
DAFTAR LAMPIRAN 1 Prosedur karakterisasi pati sagu dan tapioka serta pati termodifikasi 2 Prosedur karakterisasi parameter grafting dan biohidrogel 3 Hasil analisis data menggunakan perangkat lunak SPSS versi 19.0
18 23 24
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Hidrogel merupakan polimer yang memiliki struktur tiga dimensi sehingga memiliki kemampuan untuk menyerap dan menahan air di dalam matriksnya. Selain itu, hidrogel juga memiliki tekstur lunak dan lembut. Terkait kemampuannya, hidrogel memiliki aplikasi yang menjanjikan di berbagai bidang, seperti matriks media nutrisi dalam pertanian (Ibrahim et al. 2007), aplikasi antibakteri dalam biomedis (Murthy et al. 2008), teknik jaringan (Kim et al. 2008), biosensor (Adhikari & Majumdar 2004), dan penghantaran obat (Saboktakin et al. 2010). Telah banyak penelitian mengenai hidrogel yang dihasilkan dari berbagai polimer alami maupun sintetik (Hoare & Kohane 2008). Akan tetapi, selama dua dekade terakhir, hidrogel alami secara bertahap digantikan oleh hidrogel sintetik yang memiliki daya pakai lebih lama serta berkapasitas serap air yang lebih tinggi (Ahmed et al. 2013). Meskipun demikian, penting untuk dipertimbangkan bahwa polimer alami memiliki keunggulan terkait biokompatibilitas dan tidak memiliki efek racun dibandingkan dengan polimer hidrogel sintetik (Wu et al. 2008) sehingga hidrogel alami lebih cocok sebagai biomaterial. Produksi ataupun sintesis hidrogel dapat dilakukan dengan berbagai cara, baik melalui ikat silang kimia (Denizli et al. 2004; Kiritoshi & Ishihara 2004), ikatan ionik (Kang et al. 2007), maupun grafting (Said et al. 2004) pada struktur polimer. Pati merupakan salah satu polimer alami yang sering dipilih sebagai basis polimer hidrogel terkait sifatnya yang tidak beracun, murah, dan ketersediannya berlimpah di alam. Produksi global pati pada tahun 2015 diperkirakan mencapai 85 juta ton dengan pertumbuhan sebesar 4% tiap tahunnya (ISI 2015). Pati merupakan polisakarida yang terdapat dalam tanaman sebagai hasil dari proses fotosintesis. Meskipun memiliki keunikan tersendiri untuk setiap jenisnya, pati sebagai polimer alami masih memiliki kekurangan, namun hal ini dapat diatasi dengan upaya modifikasi terhadapnya. Dengan demikian, pati diharapkan dapat memenuhi sifat-sifat produk yang diinginkan dalam sejumlah area penggunaannya. Salah satu pati hasil modifikasi yang secara luas digunakan adalah carboxymethyl starch (CMS). Selain pati, kitosan juga telah banyak diteliti sebagai basis polimer hidrogel terkait sifatnya yang mampu meningkatkan kualitas polimer alami lainnya (Park et al. 2006; Yun et al. 2005; Zhou et al. 2008; Kumar et al. 2008). Pencampuran CMS dengan kitosan merupakan suatu langkah yang dapat ditempuh untuk meningkatkan kualitas polimer alami sebagai basis biohidrogel. Pengembangan kualitas biohidrogel gencar dilakukan demi menghasilkan biohidrogel yang responsif terhadap lingkungan sekitarnya, seperti pH, suhu, bahkan keberadaan elektrolit. Asam metakrilat merupakan monomer fungsional yang dapat membuat biohidrogel responsif terhadap perubahan pH (Nho et al. 2005). Kandungan asam metakrilat di dalam matriks hidrogel menyediakan lebih banyak ikatan hidrogen pada pH rendah dan lebih banyak penolakan elektrostatik pada pH tinggi (Ratner 1989). Meng-grafting asam metakrilat pada backbone CMS-kitosan dapat dilakukan melalui teknik kopolimerisasi graft metode radikal bebas, seperti yang telah dilakukan oleh Saboktakin et al. (2010). Grafting dengan metode radikal bebas membutuhkan inisiator yang mampu menciptakan gugus
2 fungsional radikal sehingga monomer asam metakrilat dapat ter-grafting pada polimer backbone. Pemilihan asam metakrilat sebagai monomer fungsional yang akan di-grafting dan banyaknya asam metakrilat yang ter-grafting diduga akan mempengaruhi karakteristik produk biohidrogel yang dihasilkan. Oleh karena itu, karakteristik biohidrogel berbasis CMS-kitosan yang dikopolimerisasi oleh asam metakrilat perlu disesuaikan melalui rancangan yang tepat untuk mencapai karakter yang diinginkan sesuai dengan tujuan penggunaannya. Perumusan Masalah Biohidrogel dapat diproduksi dengan teknik grafting. Produksi biohidrogel dengan teknik grafting dipengaruhi oleh jenis polimer ataupun monomer yang terlibat. Monomer asam metakrilat yang ter-grafting pada backbone polimer CMS-kitosan mempengaruhi terbentuknya struktur biohidrogel sehingga berkorelasi dengan parameter grafting biohidrogel yang dihasilkan dari proses tersebut. Semakin banyak monomer asam metakrilat yang ditambahkan, diharapkan dapat meningkatkan rendemen grafting biohidrogel. Namun, kondisi asam yang terjadi akibat peningkatan konsentrasi asam metakrilat dapat mempercepat degradasi inisiator yang menginisiasi grafting asam metakrilat pada backbone polimer CMS-kitosan. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian adalah menganalisis pengaruh konsentrasi asam metakrilat terhadap parameter grafting dan karakteristik biohidrogel yang dihasilkan dari masing-masing jenis carboxymethyl starch. Manfaat Penelitian Hasil penelitian bermanfaat untuk mengetahui rendemen dan efisiensi grafting biohidrogel serta monomer yang terkonversi selama proses grafting berlangsung. Rendemen grafting dan konversi monomer dapat digunakan sebagai acuan untuk memproduksi biohidrogel dalam skala yang lebih besar dengan lebih efektif dan efisien. Selain itu, analisis terkait karakteristik biohidrogel dapat dijadikan pertimbangan penggunaan biohidrogel yang tepat pada bidang tertentu. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian mencakup: 1) Bahan baku carboxymethyl starch yang digunakan berasal dari pati sagu dan tapioka dan 2) Produksi biohidrogel dipadukan dengan kitosan dan dikopolimerisasi oleh asam metakrilat.
3
METODE Bahan Bahan baku yang digunakan adalah pati sagu dan tapioka yang diperoleh dari industri kecil di sekitar Bogor. Kitosan yang digunakan diperoleh dari Departemen Teknologi Hasil Perairan IPB. Bahan kimia yang digunakan adalah sodium monokloroasetat, asam metakrilat, dan cerric ammonium nitrate (CAN) dengan grade pro analysis (p.a.) yang dibeli dari Sigma-Aldrich. Isopropanol (p.a., Merck) digunakan sebagai medium dalam proses pembuatan carboxymethyl starch. Gas nitrogen digunakan untuk menghilangkan oksigen terlarut dalam medium saat proses grafting. Bahan kimia lainnya yang tidak disebutkan namun digunakan saat penelitian, semuanya juga merupakan bahan kimia dengan grade p.a. Alat Peralatan yang digunakan adalah labu leher tiga, erlenmeyer, hotplate stirrer, batang magnet pengaduk, oven, neraca analitik, dan spektrofotometer (HACH 2500). Fourier Transform Infra Red (ABB FTIR MB3000) digunakan untuk menganalisis gugus fungsional biohidrogel hasil grafting. Prosedur Penelitian Penelitian yang dilakukan terdiri dari empat tahap, yaitu tahap karakterisasi bahan baku, tahap modifikasi pati menjadi CMS, tahap produksi biohidrogel, serta tahap karakterisasi parameter grafting dan produk biohidrogel. Karakterisasi Bahan Baku Karakterisasi bahan baku meliputi analisis proksimat (kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar serat kasar, kadar protein, serta karbohidrat total), kadar amilosa, dan kadar pati. Prosedur analisis karakterisasi bahan baku dapat dilihat pada Lampiran 1. Penyiapan Pati Termodifikasi Carboxymethyl Starch Modifikasi pati sagu dan tapioka menjadi CMS dilakukan dengan mengikuti metode Sangseethong et al. (2005). Pati disuspensikan dalam isopropanol dengan perbandingan pati:isopropanol sebesar 1:10 (b:v) dan ditambahkan dengan NaOH dengan rasio molar terhadap unit glukosa anhidrat (AGU) sebesar 1,8 yang selanjutnya diaduk di atas hotplate stirrer dengan kecepatan 250 rpm selama 15 menit pada suhu 40oC. Setelah itu, ditambahkan sodium monokloroasetat dengan rasio molar terhadap AGU sebesar 1,3. Pengadukan tetap dilanjutkan selama 3 jam setelah penambahan sodium monokloroasetat. Nilai pH medium diatur sekitar 5,5-6,5 dengan penambahan HCl 50%. Produk CMS yang terbentuk kemudian dicuci dengan etanol 85% dan disaring hingga filtrat memberikan respon negatif terhadap larutan perak nitrat. Setelah itu, produk CMS dikeringkan pada suhu 50oC.
4 Produksi biohidrogel Produksi biohidrogel mengacu pada metode yang dilakukan oleh Saboktakin et al. (2010). CMS dan kitosan dengan perbandingan 12:1 (b:b) dilarutkan dalam asam format 1% dengan perbandingan 1:20 (b:v) pada suhu 40oC dan diaduk konstan 250 rpm menggunakan hotplate stirrer dalam kondisi atmosfer nitrogen. Setelah CMS dan kitosan larut dan homogen, dilakukan penambahan dengan inisiator cerric ammonium nitrate 0,005M (dalam asam nitrat 1M) sebanyak 25 mL kemudian diikuti dengan penambahan sejumlah asam metakrilat. Reaksi dilanjutkan selama 1 jam. Produk akhir dinetralkan dengan larutan NaOH 1,25 N kemudian dipresipitasi oleh metanol, disaring, lalu dikeringkan pada oven bersuhu 70oC hingga terbentuk crude product. Setelah itu, produk dicuci dengan etanol untuk menghilangkan kelebihan asam metakrilat kemudian disaring dan kembali dikeringkan pada suhu 70oC hingga didapatkan pure product. A
A Gambar 1. Diagram alir proses produksi biohidrogel Karakterisasi Parameter Grafting dan Biohidrogel Karakterisasi parameter grafting meliputi persentase rendemen (%GY), persentase efisiensi (%GE), dan persentase konversi monomer (%MC). Selain itu, juga dilakukan analisis FTIR untuk melihat keberhasilan proses grafting. Karakterisasi biohidrogel meliputi sifat-sifat penting polimer hidrogel seperti kelarutan, swelling, daya absorbsi air, dan daya absorbsi minyak. Prosedur karakterisasi parameter grafting dan biohidrogel dapat dilihat pada Lampiran 2. Rancangan Percobaan Rancangan percobaan yang digunakan pada penelitian adalah rancangan acak lengkap untuk masing-masing jenis CMS (CMS sagu dan CMS tapioka) dengan faktor konsentrasi asam metakrilat. Faktor perlakuan terdiri dari 3 taraf,
5 yaitu 0,275 g/g, 0,550 g/g, dan 0,825 g/g CMS-kitosan yang digunakan. Setiap unit percobaan diulangi sebanyak 3 kali. Pada rancangan percobaan ini akan dilihat pengaruh faktor tersebut terhadap parameter grafting serta karakter biohidrogel yang dihasilkan. Hipotesis yang akan diuji adalah: H0 : Konsentrasi asam metakrilat tidak berpengaruh nyata H1 : Konsentrasi asam metakrilat berpengaruh nyata Model matematika untuk rancangan percobaan ini adalah: πππ = π + ππ + πππ Keterangan: Yij = variabel yang akan dianalisis Β΅ = nilai rata-rata umum Pi = perlakuan terhadap satuan percobaan ke-i π = galat i = taraf perlakuan, i = 1,2,3 j = ulangan, j = 1,2,3 Prosedur Analisis Data `Analisis ragam (ANOVA) terhadap data yang diperoleh dari hasil penelitian, dianalisis menggunakan perangkat lunak SPSS versi 19.0 untuk mengetahui pengaruh faktor konsentrasi asam metakrilat terhadap parameter grafting dan karakteristik biohidrogel yang dihasilkan dari masing-masing jenis CMS. Uji lanjut Duncan dilakukan jika hasil analisis ragam menunjukkan bahwa terdapat perbedaan yang signifikan. Hasil analisis data dapat dilihat pada Lampiran 3.
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Pati Sagu dan Tapioka Pati adalah polimer yang tersusun atas unit-unit glukosa yang terhubung melalui ikatan Ξ±-glikosidik menjadi amilosa dan amilopektin. Pati juga memiliki sedikit kandungan lainnya, seperti lemak, serat, dan protein. Amilosa dan amilopektin yang terdapat di dalam struktur granula pati memiliki rasio yang berbeda. Amilosa memiliki rasio yang lebih rendah dibandingkan dengan amilopektin. Rasio amilosa dan amilopektin pada pati sangat penting karena dapat mempengaruhi karakteristik kimia dan fungsional pada pati. Bahan baku sagu dan tapioka yang digunakan sebagai bahan baku penelitian ini memiliki kadar amilosa berturut-turut sebesar 23,05% dan 22,28%. Oleh karena itu, dapat diketahui pula bahwa kandungan amilopektin dari pati sagu dan tapioka berturut-turut adalah 76,95% dan 77,72%. Hal ini sesuai dengan pendapat yang dikemukakan oleh Pomeranz (1991) yang menyatakan bahwa perbandingan amilosa dan amilopektin adalah sekitar 1:3. Sebelum dilakukan proses karakterisasi, pati sagu dan tapioka yang digunakan terlebih dahulu diayak menggunakan ayakan 80 mesh untuk mendapatkan keseragaman ukuran. Hasil dari karakterisasi, pati sagu dan tapioka
6 sebagai bahan baku penelitian memiliki kandungan seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1. Kadar air merupakan kandungan air di dalam pati. Berdasarkan hasil karakterisasi, kadar air pada sagu lebih tinggi daripada tapioka. Hal ini menyebabkan sagu diduga memiliki kerentanan yang lebih tinggi terhadap pertumbuhan mikroba dibandingkan dengan tapioka ketika dalam masa penyimpanan. Kadar air yang dimiliki oleh pati sagu masih di bawah standar SNI 3729:2008 tentang karakterisasi sagu, yang memiliki nilai kadar air maksimum sebesar 13%. Nilai kadar air tapioka sudah memenuhi standar SNI 3451:2011 tentang karakterisasi tapioka, yang juga memiliki nilai maksimum sebesar 13%. Meskipun demikian, dilakukan penurunan kadar air pada sagu dan tapioka hingga pada kisaran 10% melalui pengeringan lanjutan sebelum keduanya siap digunakan sebagai bahan baku penelitian. Kadar air juga berkaitan dengan sifat hidrofilik pati akibat adanya tiga gugus hidroksil pada tiap unit glukosa anhidrat penyusunnya. Karena sifat hidrofilik inilah pati memiliki kecenderungan menyerap air, meskipun dari udara. Tabel 1. Kandungan pati sagu dan tapioka Bahan Baku Komposisi (%bb) Sagu Tapioka Kadar Air
16,42%
11,43%
Kadar Abu
0,11%
0,08%
Kadar Lemak
1,56%
1,83%
Kadar Serat Kasar
0,72%
0,45%
Kadar Protein
1,13%
0,53%
Karbohidrat Total
80,05%
85,69%
Kadar Pati
97,81%
96,76%
Kadar abu merupakan penghitungan terhadap bahan-bahan anorganik yang tersisa dari proses pengabuan. Kadar abu dapat dijadikan sebagai indikasi perlakuan baik atau tidaknya terhadap bahan selama proses pengolahan atau adanya pengotor dalam bahan. Kadar abu juga dapat berpengaruh terhadap warna dan tekstur bahan. Berdasarkan hasil karakterisasi, kadar abu pati sagu lebih tinggi daripada kadar abu tapioka. Hal ini diduga dapat terjadi karena pati sagu yang digunakan belum melalui proses pemutihan sehingga dari segi warna, pati sagu memiliki warna yang lebih gelap dibandingkan tapioka. Kadar serat kasar, kadar lemak, dan kadar protein merupakan kandungan minor lainnya yang terdapat pada pati. Berdasarkan hasil karakterisasi, kandungan-kandungan ini sangat kecil jumlahnya jika dibandingkan dengan kadar karbohidrat, baik pada pati sagu maupun tapioka. Kadar pati merupakan kandungan amilosa dan amilopektin yang terdapat dalam suatu bahan. Kadar pati dalam bahan penelitian ini sangat penting karena kadar pati menunjukkan banyaknya polimer pati sebagai polimer backbone biohidrogel. Baik pati sagu maupun tapioka memiliki kadar pati
7 yang tinggi. Kadar pati sagu dan tapioka berturut-turut adalah 97,81% dan 96,76%, yang nilainya juga telah sesuai dengan SNI. Karakteristik Carboxymethyl Starch Carboxymethyl starch (CMS) merupakan pati termodifikasi yang telah diproduksi dalam skala industri. CMS adalah pati modifikasi eter kelompok anionik yang dapat dipertimbangkan sebagai biopolimer yang sangat penting digunakan dalam bidang farmasi, obat-obatan, dan industri pangan. Pembentukan CMS dihasilkan melalui proses karboksimetilasi terhadap pati, yaitu dengan menyubstitusi gugus hidroksil (-OH) dalam molekul pati dengan gugus karboksimetil (CH2COOH). Secara umum, CMS akan menurunkan suhu pengentalan suatu larutan, meningkatkan kelarutan, dan meningkatkan ketahanan produk untuk waktu yang lebih lama dibandingkan dengan pati alaminya (Spychaj et al. 2013). Berdasarkan hasil karakterisasi terhadap CMS (Tabel 2), terlihat bahwa terjadi peningkatan kelarutan pada CMS, baik CMS sagu maupun CMS tapioka, jika dibandingkan terhadap pati alaminya. Peningkatan nilai kelarutan ini diduga akibat adanya peningkatan sifat hidrofilik gugus hidroksil sehingga mampu menyerap air lebih banyak. Menurut Wurzburg (1986), sifat hidrofilik gugus hidroksil pada molekul pati yang lebih tinggi akan menghasilkan kelarutan maksimum dalam air. Peningkatan sifat hidrofilik gugus hidroksil ini diakibatkan oleh adanya proses alkalinisasi yang mengubah bentuk granula pati dan mengurangi kristalinitasnya (Cardoso et al. 2007). Akibatnya, granula pati yang termodifikasi menjadi lebih lemah dan lebih larut dalam air dingin (Chen & Jane 1994). Berubahnya bentuk granula dan berkurangnya kristalinitas pati akibat proses alkalinisasi menyediakan akses yang lebih tinggi bagi agen eterifikasi untuk menyubstitusi gugus hidroksil pada molekul pati selama proses karboksimetilasi (Lawal et al. 2008). Peningkatan swelling power juga terjadi pada CMS sagu dan CMS tapioka jika dibandingkan dengan pati alaminya, seperti yang dapat dilihat pada hasil karakterisasi CMS di Tabel 2. Hal ini juga diduga diakibatkan oleh adanya proses alkalinisasi. Kondisi basa yang kuat mengubah gugus hidroksil pada molekul pati menjadi gugus alkoksida (Lefnaoui & Moulai-Mostefa 2015). Akibatnya, terdapat gaya tolak di antara gugus negatif yang mengakibatkan swelling dan menciptakan desakan tegangan kristalit-kristalit pada molekul pati yang berdekatan. Peningkatan swelling power juga berakibat terhadap kemampuan daya serap air dan minyak pada CMS terhadap pati alaminya. Tabel 2. Karakteristik pati alami dan pati termodifikasi CMS sagu dan tapioka Sagu Tapioka Parameter a Alami CMS Alamib CMS o Swelling power pada 70 C (%) 47,48 137,49 109,50 143,81 Kelarutan (%) 31,83 64,83 26,00 61,18 Daya Serap Air (%) 90,30 798,38 173,00 1022,76 Daya Serap Minyak (%) 66,40 148,09 170,00 152,68 a b Sauyana 2014; Rizkiana 2015
8 Produksi Biohidrogel Hidrogel merupakan susunan tiga dimensi rantai polimer yang mampu menyerap dan menahan air di dalam matriksnya. Hidrogel dapat berbasis polimer alami yang biasanya merupakan golongan polisakarida. Monomer penyusun polisakarida ini berpengaruh terhadap sifat hidrofilik dari hidrogel terkait adanya gugus hidroksil (-OH). CMS dan kitosan diketahui memiliki gugus hidroksil pada polimernya, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.
(a)
(b) Gambar 2. Struktur polimer carboxymethyl starch (a) dan kitosan (b) Hidrogel berbasis polimer alami secara umum memiliki sifat tidak beracun, biokompatibel, dan biodegradable sehingga dapat disebut sebagai biohidrogel. Biohidrogel mengandung ikatan yang labil, oleh karena itu merupakan suatu keuntungan dalam penggunaannya di bidang pertanian, biomedis, dan penghantaran obat. Ikatan ini dapat berada di dalam polimer backbone ataupun pada pengikat silang yang digunakan untuk membentuk struktur biohidrogel. Ikatan labil dapat dirusak melalui kondisi-kondisi tertentu, baik secara enzimatis maupun kimia (Hennink & Nostrum 2002). Namun dalam banyak kasus, ikatan labil ini dapat dirusak melalui proses hidrolisis (Hoffman 2002). Biohidrogel dapat diproduksi melalui berbagai cara, baik secara fisik maupun secara kimia. Dalam penelitian ini, biohidrogel diproduksi melalui cara ikat silang kimia. Cara ini meliputi grafting monomer ke polimer backbone ataupun menggunakan agen pengikat silang untuk menghubungkan dua rantai polimer. Proses ikat silang pada polimer alami dapat dicapai melalui reaksi terhadap gugus-gugus fungsionalnya, seperti gugus hidroksil (-OH), karboksilat (COOH), dan amina (-NH). Proses grafting monomer asam metakrilat pada
9 backbone CMS-kitosan ditempuh melalui pembentukan radikal bebas pada gugus fungsional CMS-kitosan menggunakan perlakuan kimia. Pembentukan gugus radikal ini akan memicu terbentuknya kopolimer dan ikatan silang antara polimer backbone. Pembentukan radikal bebas secara kimia pada gugus fungsional polimer backbone dapat menggunakan garam cerium (Mino & Ksizerman 1958), sistem ion hidrogen peroksida-besi (Li et al. 2010), persulfat (Lanthong et al. 2006), potasium permanganat (Mostafa et al. 2011), dan mangan pirofosfat (Gao et al. 1994). Keberhasilan proses grafting dapat diidentifikasi salah satunya menggunakan spektroskopi inframerah. Substitusi gugus karboksimetil pada molekul pati sagu dan tapioka dapat diidentifikasi dengan adanya kemunculan puncak serapan gugus karbonil dalam spektrum inframerah pada rentang bilangan gelombang 1300-860 cm-1. Puncak serapan pada rentang ini merupakan karakteristik serapan akibat adanya vibrasi ulur C-O pada C-O-C dan C-O-H dalam molekul glikosidik CMS (Zhou et al. 2007). Spektrum inframerah CMS juga harus menunjukkan kemunculan puncak baru sebagai bukti yang mengindikasikan adanya substitusi gugus karboksilat setelah proses eterifikasi. Serapan ini diidentifikasi sebagai vibrasi ulur gugus karboksilat simetris (COO- simetris) pada bilangan gelombang 1400 cm-1 dan vibrasi gugus karboksilat asimetris (COO- asimetris) pada bilangan gelombang 1600 cm-1 (Kittipongpatana et al. 2006). Spektrum inframerah CMS dapat dilihat pada Gambar 3. Puncak serapan inframerah biohidrogel CMS-kitosan ditunjukkan oleh Gambar 4. Puncak serapan yang lebar pada kisaran 3600 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur -OH, -NH, dan C-H pada polimer CMS-kitosan. Puncak serapan inframerah pada area sidik jari di rentang 1300-1000 cm-1 memperlihatkan adanya kemunculan gugus karbonil yang merupakan ikatan glikosidik (C-O-C) antar gugus amilosa dan amilopektin, serta ikatan C-OH pada rantai piranosil CMS dan kitosan. Adanya puncak serapan pada kisaran rentang 1500-1750 cm-1 dan 1400 cm-1 berturut-turut merupakan indikasi adanya vibrasi ulur asimetris COO- dan vibrasi ulur simetris COO- yang diduga berasal dari COOH pada CMS dan asam metakrilat. Hasil pembacaan spektrum inframerah biohidrogel CMS-kitosan hampir sama seperti spektrum inframerah pada CMS (Gambar 3). Akan tetapi, bukti kuat terjadinya proses grafting asam metakrilat pada backbone CMS-kitosan dapat dilihat pada puncak serapan infamerah baru yang muncul pada kisaran 2700 cm-1 yang menandakan adanya vibrasi ulur ikatan rangkap dua atom karbon (C=C) yang dimiliki oleh asam metakrilat terminus. Tidak adanya puncak serapan inframerah yang diharapkan terdapat pada bilangan gelombang 3250 cm-1 menimbulkan dugaan bahwa asam metakrilat tidak tergrafting pada gugus -NH kitosan karena rentang tersebut merupakan indikasi adanya gugus amina primer. Teknik identifikasi struktur kimia melalui spektrum FTIR didasarkan pada prinsip bahwa komponen dasar dari sebuah substansi, seperti ikatan kimia, dapat mengeksitasi dan menyerap cahaya inframerah pada frekuensi yang sama seperti frekuensi khas ikatan kimia tersebut. Spektrum hasil penyerapan inframerah menggambarkan sidik jari dari sampel yang dibaca. Teknik ini digunakan secara luas untuk mengetahui susunan struktur hidrogel dengan membandingkannya pada material awalnya (Mansur et al. 2004).
10
Gambar 3. Spektrum inframerah CMS (Purwanto et al. 2013)
Gambar 4. Spektrum inframerah biohidrogel CMS sagu-kitosan (a) dan biohidrogel CMS tapioka-kitosan (b) Proses grafting asam metakrilat pada backbone CMS-kitosan menghasilkan kopolimer CMS/kitosan-g-poli(asam metakrilat). Kesuksesan proses grafting ini dapat dievaluasi dengan parameter grafting seperti rendemen, efisiensi, dan konversi monomer (Tabel 3). Persentase rendemen grafting (%GY) merupakan perbandingan jumlah asam metakrilat yang ter-grafting terhadap jumlah bahan awal yang tidak mengandung asam metakrilat. Persentase efisiensi grafting (%GE) merupakan perbandingan jumlah asam metakrilat yang ter-grafting pada polimer backbone terhadap jumlah asam metakrilat yang ter-grafting secara keseluruhan (baik yang ter-grafting pada polimer backbone maupun yang membentuk homopolimer). Persentase konversi monomer (%MC) merupakan
11 perbandingan asam metakrilat yang ter-grafting terhadap banyaknya asam metakrilat yang digunakan. Tabel 3. Parameter grafting asam metakrilat pada backbone CMS-Kitosan Konsentrasi Asam Metakrilat (g/g) Parameter 0,275 0,550 0,825 Biohidrogel CMS Sagu-kitosan Rendemen (%) 14,85 Β± 0,22a 46,12 Β± 0,91c 36,76 Β± 0,90b Efisiensi (%) 83,81 Β± 1,34a 85,62 Β± 2,63ab 88,37 Β± 1,76b Konversi Monomer (%) 64,46 Β± 0,62b 98,04 Β± 1,15c 50,45 Β± 0,27a Biohidrogel CMS Tapioka-kitosan Rendemen (%) 16,31 Β± 0,27a 47,09 Β± 0,64c 37,19 Β± 0,30b Efisiensi (%) 84,37 Β± 2,35a 86,75 Β± 1,08ab 89,21 Β± 0,65b Konversi Monomer (%) 70,35 Β± 1,16b 98,80 Β± 0,17c 50,57 Β± 0,07a Angka-angka pada baris yang sama, diikuti dengan huruf yang sama tidak berbeda secara signifikan pada tingkat kepercayaan 95%
Berdasarkan hasil analisis ragam (Lampiran 3) pada tingkat kepercayaan 95%, terlihat bahwa terjadi perbedaan %GY yang signifikan pada setiap taraf konsentrasi asam metakrilat, dengan %GY tertinggi sebesar 46,12Β±0,91% untuk biohidrogel CMS sagu dan 47,09Β±0,64% untuk biohidrogel CMS tapioka. Nilai %GE juga terlihat mengalami perbedaan yang signifikan dengan nilai %GE tertinggi sebesar 88,37Β±1,76% untuk biohidrogel CMS sagu dan 89,21Β±0,65% untuk biohidrogel CMS tapioka. Perbedaan yang signifikan juga terlihat pada %MC dengan nilai tertinggi sebesar 98,04Β±1,15% dan 98,80Β±0,17% berturut-turut untuk biohidrogel CMS sagu dan tapioka. Perlu diperhatikan bahwa baik pada biohidrogel CMS sagu-kitosan maupun biohidrogel CMS tapioka-kitosan terjadi penurunan %GY dan %MC yang signifikan ketika digunakan asam metakrilat melampaui konsentrasi 0,550 g/g. Fenomena ini dapat terjadi diduga karena peningkatan konsentrasi monomer memicu akumulasi monomer di dekat backbone polimer CMS-kitosan sehingga menghalangi pembentukan gugus radikal pada polimer backbone. Ketika akumulasi monomer menghalangi polimer backbone maka reagen inisiator diduga tidak akan membuat gugus fungsional polimer backbone menjadi radikal, melainkan membuat radikal gugus fungsional pada asam metakrilat sehingga cenderung membentuk homopolimer asam metakrilat. Selain itu, peningkatan penambahan asam metakrilat akan menurunkan pH medium yang membuat reagen inisiator lebih cepat terdegradasi (Tahlawy et al. 2006) sehingga diduga berdampak pada penurunan nilai %MC. Penurunan nilai %MC merupakan sebuah pertanda bahwa monomer asam metakrilat tidak lagi melakukan polimerisasi yang diduga akibat tidak terdapatnya gugus radikal, baik pada gugus polimer backbone maupun pada asam metakrilat itu sendiri. Ketiadaan reagen inisiator akan menghentikan proses radikalisasi gugus fungsional sehingga tidak terjadi proses polimerisasi. Hal yang berbeda dapat terlihat pada %GE yang nilainya selalu meningkat signifikan seiring dengan penambahan asam metakrilat. Hal ini merupakan tanda bahwa dari sekian banyak asam metakrilat yang ter-grafting, sebagian besar telah ter-grafting pada polimer backbone. Dengan kata lain, monomer asam metakrilat yang membentuk
12 homopolimer asam metakrilat selama proses kopolimerisasi berlangsung, diduga jumlahnya sedikit. Tingginya nilai %GE dipengaruhi oleh penggunaan inisiator yang baik, yang dalam penelitian ini menggunakan inisiator cerric ammonium nitrate (CAN). Menurut Liu et al. (1993) dan Kutsevol et al. (2006), CAN merupakan inisiator yang digunakan secara luas dalam proses grafting polimer pada pati karena memiliki energi aktivasi yang rendah, waktu pembentukan radikal yang tidak lama, dan memiliki efisiensi grafting yang tinggi dibandingkan dengan inisiator lainnya, namun demikian memiliki harga yang mahal. Masing-masing parameter grafting memiliki peranan yang penting dalam proses produksi biohidrogel. Namun, parameter terpenting yang perlu diperhatikan adalah %MC karena parameter ini memperlihatkan efektivitas reaksi polimerisasi. Peningkatan konsentrasi monomer melampaui batas maksimum efektivitas reaksi polimerisasi akan menurunkan efektivitas reaksi polimerisasi itu sendiri karena monomer yang akan di-grafting tidak terpolimerisasi dan pada akhirnya akan terbuang secara percuma selama proses pemurnian produk. Dalam kegiatan produksi, hal ini dapat dipertimbangkan sebagai salah satu bentuk kerugian biaya produksi. Parameter lainnya seperti %GY dan %GE dapat digunakan sebagai parameter pemantau proses polimerisasi karena melalui %GY dan %GE, dapat dilihat banyaknya monomer yang ter-grafting pada polimer backbone dan banyaknya homopolimer yang terbentuk. Karakteristik Produk Biohidrogel Karakteristik penting yang perlu dimiliki oleh biohidrogel antara lain adalah kemampuan menggembung (swelling), kelarutan, serta daya serap. Hasil pengamatan terhadap karakteristik produk biohidrogel berbasis CMS-kitosan dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Karakteristik produk biohidrogel berbasis CMS-kitosan Konsentrasi Asam Metakrilat (g/g) Parameter 0,275 0,550 0,825 Biohidrogel CMS Sagu-Kitosan Swelling (%) 169,52 Β± 5,13a 278,15 Β± 13,95c 197,21 Β± 11,55b Kelarutan (%) 59,03 Β± 1,81c 36,03 Β± 1,77a 50,85 Β± 2,86b Daya Serap Air (%) 781,82 Β± 13,45b 1046,28 Β± 64,15c 669,94 Β± 40,15a Daya Serap Minyak (%) 255,15 Β± 10,72a 250,12 Β± 6,30a 251,27 Β± 11,64a Biohidrogel CMS Tapioka-Kitosan Swelling (%) 198,88 Β± 4,23b 230,92 Β± 5,64c 180,82 Β± 3,53a Kelarutan (%) 52,41 Β± 1,17b 43,33 Β± 1,05a 55,32 Β± 1,10c Daya Serap Air (%) 955,91 Β± 49,42b 1113,26 Β± 39,11c 893,13 Β± 10,38a Daya Serap Minyak (%) 256,84 Β± 18,91a 250,29 Β± 7,59a 253,38 Β± 7,83a Angka-angka pada baris yang sama, diikuti dengan huruf yang sama tidak berbeda secara signifikan pada tingkat kepercayaan 95%
Swelling dan Kelarutan Swelling merupakan kemampuan biohidrogel untuk menggembung terkait adanya proses penyerapan air ke dalam matriks biohidrogel. Produk biohidrogel
13 berbasis CMS-kitosan yang dihasilkan memiliki sifat responsif terhadap pH karena dikopolimerisasi dengan asam metakrilat. Hal ini menyebabkan adanya penggembungan yang tinggi ketika biohidrogel didispersikan ke dalam air karena gugus -COOH terionisasi. Penggembungan ini terjadi sebagai hasil adanya relaksasi secara ekstensif akibat gaya tolak muatan yang sama (Shaikh et al 2014). Berdasarkan hasil analisis ragam (Lampiran 3) pada tingkat kepercayaan 95%, terlihat bahwa terdapat perbedaan swelling dan kelarutan biohidrogel yang signifikan pada setiap taraf konsentrasi asam metakrilat untuk kedua jenis biohidrogel. Terjadi penurunan swelling yang signifikan pada kedua jenis biohidrogel tersebut ketika digunakan konsentrasi asam metakrilat pada taraf 0,825 g/g. Hal ini terkait dengan %GY yang juga mengalami penurunan signifikan pada taraf tersebut sehingga mengurangi jumlah gugus -COOH yang berasal dari asam metakrilat. Berkurangnya gugus -COOH akan mengurangi penggembungan biohidrogel akibat adanya ionisasi pada gugus tersebut. Kelarutan memiliki korelasi negatif terhadap swelling karena pengukuran kelarutan pada hidrogel didasarkan pada pengukuran bobot kering bagian tak larut setelah hidrogel di rendam dalam air (Katayama et al. 2006). Berdasarkan data karakteristik swelling dan kelarutan produk biohidrogel yang terdapat pada Tabel 4, terlihat bahwa telah terjadi peningkatan nilai swelling dan penurunan nilai kelarutan jika dibandingkan dengan nilai swelling dan kelarutan dari produk CMS nya (Tabel 2). Hal ini terjadi karena adanya ikatan silang yang terbentuk pada produk biohidrogel CMS-kitosan diduga membuat struktur polimer lebih mampu menggembung dan mengurangi kelarutannya akibat membentuk struktur polimer tiga dimensi. Polimer amilosa yang berperan dalam kelarutan diduga telah terikat silang sehingga menyebabkan nilai kelarutan produk biohidrogel menurun. Banyaknya ikatan silang yang terbentuk juga merupakan faktor yang menurunkan nilai swelling karena ikatan silang membuat sulitnya penetrasi air ke dalam struktur polimer biohidrogel. Daya Serap Air dan Minyak Daya serap air adalah sifat fisik yang dimiliki oleh biohidrogel untuk mencegah terlepasnya air dari struktur tiga dimensi polimernya. Daya serap air pada biohidrogel dipengaruhi oleh struktur biohidrogel itu sendiri. Daya serap air berkorelasi positif terhadap kemampuan swelling yang dimiliki oleh biohidrogel. Semakin tinggi kemampuan swelling biohidrogel maka daya serap air biohidrogel tersebut juga akan semakin tinggi. Berdasarkan hasil analisis ragam (Lampiran 3) pada tingkat kepercayaan 95%, terlihat bahwa terdapat perbedaan daya serap air yang signifikan pada masing-masing taraf penambahan asam metakrilat untuk kedua jenis biohidrogel. Daya serap air tertinggi biohidrogel CMS sagu adalah sebesar 1046,28Β±64,15% sedangkan daya serap air tertinggi biohidrogel CMS tapioka adalah sebesar 1113,26Β±39,11%. Terjadi penurunan daya serap air yang signifikan pada kedua jenis biohidrogel tersebut ketika digunakan konsentrasi asam metakrilat pada taraf 0,825 g/g. Hal ini berkorelasi positif terhadap karakteristik swelling yang juga mengalami penurunan signifikan pada perlakuan tersebut. Penurunan daya serap air ini diakibatkan oleh berkurangnya gaya tolak gugus -COOH yang terionisasi sehingga tidak mengizinkan air dalam jumlah yang banyak untuk masuk ke ruang-ruang di antara struktur tiga dimensi biohidrogel. Terdapat peningkatan nilai daya serap air pada produk biohidrogel dibandingkan
14 dengan produk CMS nya (Tabel 2). Hal ini dikarenakan terciptanya struktur tiga dimensi pada biohidrogel akibat adanya ikatan silang oleh asam metakrilat membuat polimer biohidrogel memiliki gaya tolak ketika terionisasi. Proses ini diduga membuat air lebih banyak terjerab di dalam matriks biohidrogel. Jika dibandingkan dengan rendemen grafting (Tabel 3), nilai daya serap air produk biohidrogel berbanding lurus dengan %GY. Semakin tinggi %GY maka akan meningkatkan daya serap air pada produk biohidrogel yang dihasilkan terkait adanya dugaan bahwa adanya proses ionisasi yang terjadi pada gugus βCOOH asam metakrilat. Kemampuan biohidrogel untuk menyerap minyak menandakan bahwa pada struktur biohidrogel tersebut tidak hanya mengandung gugus yang bersifat hidrofilik, namun juga gugus lipofilik. Hal ini dikarenakan pada produk biohidrogel berbasis CMS-kitosan yang dihasilkan terdapat gugus amina (-NH) yang berasal dari penambahan kitosan sehingga memberikan tempat terikatnya minyak pada pati. Selain itu, adanya kandungan amilosa pada struktur polimer pati dapat mempengaruhi daya serap minyak karena amilosa memiliki kemampuan untuk membentuk kompleks dengan minyak menghasilkan amilosalipid. Berdasarkan hasil analisis sidik ragam (Lampiran 3) pada tingkat kepercayaan 95%, terlihat bahwa pengaruh penambahan asam metakrilat tidak menyebabkan perbedaan daya serap minyak yang signifikan. Hal ini diduga karena tidak ada asam metakrilat yang ter-grafting pada gugus amina kitosan (dibuktikan dengan tidak adanya puncak serapan inframerah yang menunjukkan keberadaan amina primer) sehingga banyaknya gugus amina tempat melekatnya minyak tidak berbeda jumlahnya secara signifikan. Nilai tertinggi daya serap minyak untuk biohidrogel CMS sagu adalah sebesar 255,15Β±10,72% sedangkan untuk biohidrogel CMS tapioka adalah sebesar 256,84Β±18,91%. Aplikasi Produk Biohidrogel Kemampuan biohidrogel untuk menyerap dan mempertahankan air di dalam matriksnya, menjadikannya banyak digunakan di berbagai bidang, seperti pertanian (Ibrahim et al. 2007), biomedis (Murthy et al. 2008), teknik jaringan (Kim et al. 2008), biosensor (Adhikari & Majumdar 2004), dan penghantaran obat (Saboktakin et al. 2010). Hal ini menuntut produk biohidrogel harus memiliki sifat-sifat ideal polimer hidrogel, beberapa diantaranya adalah memiliki kapasitas serap yang tinggi, kelarutan rendah, mengandung sedikit residu monomer, dan biodegradable (Ahmed 2013). Aplikasi biohidrogel untuk produk-produk higienis seperti dalam bidang biomedis dan penghantaran obat menyaratkan produk biohidrogel memiliki kapasitas serap yang tinggi dan mengandung sedikit residu monomer. Selain itu, dibutuhkan pula sifat-sifat tambahan seperti sifat responsif terhadap pH atau suhu. Namun secara umum, sifat utama yang dikehendaki dari sebuah produk hidrogel adalah memiliki daya serap air yang tinggi (superabsorbent polymer). Produk biohidrogel CMS sagu-kitosan dan biohidrogel CMS tapioka-kitosan yang dihasilkan melalui teknik grafting dalam penelitian ini memiliki kemampuan daya serap air berkisar Β±1000% atau setara dengan 10 kali lipat (Tabel 4). Hal ini telah mencapai kategori produk biohidrogel dapat dikatakan sebagai superabsorbent polymer. Menurut Turakhiya et al. (2013), superabsorbent polymer merupakan struktur tiga dimensi dari polimer hidrofilik
15 yang memiliki kemampuan untuk menyerap air ataupun cairan lainnya sebanyak 10-1000 kali bobot awalnya. Meskipun termasuk dalam kategori superabsorbent polymer, produk biohidrogel yang dihasilkan melalui penelitian ini dirasa masih belum optimum untuk digunakan dalam bidang-bidang yang menghendaki sifat daya serap yang tinggi, seperti dalam bidang pertanian, pemurnian limbah dan produk-produk popok. Sifat swelling produk biohidrogel juga dapat dijadikan sebagai pertimbangan penggunaan produk biohidrogel tersebut. Produk biohidrogel yang dihasilkan melalui penelitian ini memiliki nilai swelling tertinggi pada kisaran Β±250% (Tabel 4). Nilai ini sesuai bagi produk biohidrogel untuk digunakan sebagai matriks pembawa obat, seperti yang telah dilaporkan oleh Saboktakin et al. (2010) dan Shaikh et al. (2014). Tingkatan swelling ini perlu dicapai agar matriks hidrogel dapat melepaskan substansi obat yang dikandungnya.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Produksi biohidrogel berbasis CMS-kitosan dapat dilakukan melalui teknik grafting menggunakan inisiasi pembentukan radikal bebas pada gugus fungsional CMS-kitosan. Konsentrasi asam metakrilat mempengaruhi persentase rendemen dan efisiensi grafting serta persentase konversi monomer asam metakrilat itu sendiri secara signifikan. Persentase rendemen grafting tertinggi terdapat pada taraf konsentrasi asam metakrilat sebesar 0,550 g/g CMS-kitosan yang digunakan. Terjadi penurunan persentase konversi monomer secara signifikan ketika asam metakrilat melampaui konsentrasi 0,550 g/g CMS-kitosan. Akan tetapi, persentase efisiensi grafting meningkat secara signifikan seiring dengan peningkatan konsentrasi asam metakrilat. Hal-hal tersebut mempengaruhi karakteristik produk biohidrogel yang dihasilkan. Konsentrasi asam metakrilat berpengaruh secara signifikan terhadap swelling, kelarutan, dan daya serap air biohidrogel CMSkitosan. Akan tetapi daya serap minyak tidak terpengaruh secara signifikan oleh konsentrasi asam metakrilat. Saran Penggunaan asam metakrilat sebagai monomer fungsional diketahui mampu membuat biohidrogel menjadi responsif terhadap perubahan pH. Oleh karena itu, diperlukan adanya studi lebih lanjut mengenai karakter biohidrogel terkait perubahan pH. Penggunaan biohidrogel dalam bidang farmasi sebagai matriks pembawa obat memerlukan adanya kajian terhadap perilaku biohidrogel terhadap perubahan pH karena pada sistem pencernaan terdapat kondisi pH yang berbeda.
16
DAFTAR PUSTAKA [AOAC] Association of Analytical Chemist. 1995. Official Methods of Analysis. Washington DC (US): Association of Analytical Chemist. [AOAC] Association of Analytical Chemist. 1998. Official Methods of Analysis. Washington DC (US): Association of Analytical Chemist. [AOAC] Association of Analytical Chemist. 2000. Official Methods of Analysis. Washington DC (US): Association of Analytical Chemist. [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1992. SNI 01-2891: Cara Uji Makanan Minuman. Jakarta (ID): Badan Standardisasi Nasional. [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2008. SNI 3729: Tepung Sagu. Jakarta (ID): Badan Standardisasi Nasional. [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2011. SNI 3451: Tepung Tapioka. Jakarta (ID): Badan Standardisasi Nasional. [ISI] International Starch Institute. 2015. Global production of starch. [internet]. [diakses 6 Juni 2015]. Tersedia pada: http://starch.dk/isi/stat/rawmaterial.asp Adhikari B, Majumdar S. 2004. Polymers in sensor applications. Prog Polym Sci. 29: 699-766. Ahmed EM. 2013. Hydrogel: preparation, characterization, and application. J Adv Res. [internet]. [diunduh 28 September 2014]. Tersedia pada: http://dx.doi.org/10.1016/j.jare.2013.07.006 Ahmed EM, Aggor FS, Awad AM, El-Aref AT. 2013. An innovative method for preparation of nanometal hydroxide superabsorbent hydrogel. Carbohydr Polym. 91: 693-698. Bello-Perez LA, Acevedo EA, Zamudio-Flores PB, Mendez-Montealvo G, Rodriguez AS. 2010. Effect of high acetylation degree in morphological, physicochemical, and structural characteristics of barley starch. LWT-Food Sci Technol. 43:1434-1440. Cardoso MB. Putaux JL, Samios D, da Silveira NP. 2007. Influence of alkali concentration on the deproteinization and/or gelatinization of rice starch. Carbohydr Polym. 70: 160-165. Chen J, Jane J. 1994. Preparation of granular cold-water-soluble starches by alcoholic-alkaline treatment. Cereal Chem. 71: 618-622. Denizli BK, Can HK, Rzaev ZMO, Guner A. 2004. Preparation conditions and swelling equilibria of dextran hydrogels prepared by some crosslinking agents. Polymer. 45: 6431-6435. El-Mohdy HL, Hegazy EA, El-Nesr EM, El-Wahab MA. 2012. Synthesis, characterization, and properties of radiation-induced starch/(EG-co-MAA) hydrogels. Arab J Chem. [internet]. [diunduh 28 September 2014]. Tersedia pada: http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.04.022 Gao J, Tian R, Yu J, Duan M. 1994. Graft copolymer of MAA onto canna starch using manganic pyrophosphate as an initiator. J App Polym Sci. 53: 10911102. Guo Q, Wang Y, Fan Y, Liu X, Ren S, Wen Y, Shen B. 2015. Synthesis and characterization of multi-active site grafting starch copolymer initiated by KMnO4 and HIO4/H2SO4 systems. Carbohydr Polym. 117: 247-254.
17 Hennink WE, Nostrum CF. 2002. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 54: 13-36. Hoare TR, Kohane DS. 2008. Hydrogels in drug delivery: progress and challenges. Polymer. 49:1993-2007. Hoffman AS. 2002. Hydrogels for biomedical application. Adv Drug Deliv Rev. 43: 3-12. Ibrahim SM, El Salmawi KM, Zahran AH. 2007. Synthesis of crosslinked superabsorbent carboxymethylcellulose/acrylamide hydrogels through electron-beam irradiation. J Appl Polym Sci. 104: 2003-2008. Kang HS, Park SH, Lee YG, Son TI. 2007. Polyelectrolyte complex hydrogel composed of chitosan and poly(Ξ³-glutamic acid) for biological application: Preparation, physical properties, and cytocompatibility. J App Polym Sci. 103: 386-394. Katayama T, Nakauma M, Todoriki S, Philips GO, Tada M. 2006. Radiationinduced polymerization of gum arabic (Acacia sengal) in aqueous solution. Food Hydrocoll. 20: 983-989. Kim J, Lee K, Hefferan T, Currier B, Yaszemski M, Lu L. 2008. Synthesis and evaluation of novel biodegradable hydrogels based on poly(ethylene glycol) and sebaic acid as tissue engineering scaffolds. Biomacromolecules. 9: 149157. Kiritoshi Y, Ishihara K. 2004. Synthesis of hydrophilic cross-linker having phosphorylcholine-like linkage for improvement of hydrogel properties. Polymer. 45: 7499-7504. Kittipongpatana O, Burapadaja A, Kittipongpatana N. 2008. Development of pharmaceutical gel base containing sodium carboxymethyl mungbean starch. Chiang Mai J Sci. 7: 23-32. Kutsevol N, Guenet J, Melnik N, Sarazin D, Rochas C. 2006. Solution properties of dextran-polyacrylamide graft copolymer. Polymer. 47: 2061-2068. Lanthong P, Nuisin R, Kiatkamjornwong S. 2006. Graft copolymerization, characterization, and degradation of cassava starch-g-acrylamide/itaconic acid superabsorbents. Carbohydr Polym. 66: 229-245. Lawal OS, Lechner MD, Kulicke WM. 2008. Single and multistep carboxymethylation of water yam (Dioscorea alata) starch: synthesis and characterization. Int J Biol Macromol. 42: 429-435. Lefnaoui S, Moulai-Mostefa N. 2015. Synthesis and evaluation of th structural and physicochemical pregelatinized starch as a pharmaceutical excipient. Saud Pharm J. [internet]. [diunduh 4 Juli 2015]. Tersedia pada: http://dx.doi.org/10.1016/j.jsps.2015.01.021 Li M, Zhu Z, Jin E. 2010. Graft copolymerization of granular allyl starch with carboxyl-containing vinyl monomers for enhancing grafting efficiency. Fib Polym. 11: 683-688. Liu M, Cheng R, Wu J, Ma C. 1993. Graft copolymerization of methyl acrylate onto potato starch initiated by ceric ammonium nitrate. J App Polym Sci. 31: 3181-3186. Mansur HS, Orefice RL, Mansur AAP. 2004. Characterization of poly(vinyl alcohol)/poly(ethylene glycol) hydrogels and PVA-derived hybrids by small-angle X-ray scattering and FTIR spectroscopy. Polymer. 45: 71937202.
18 Medcalf DG, Gilles KA. 1965. Wheat starches: Comparison of physicochemical properties. Cereal Chem. 42: 558-568. Mino G, Ksizerman S. 1958. A new method for the preparation of graft copolymer polymerization initiated by ceric ion redox systems. J Polym Sci. 31: 242-243. Mostafa KM, Samarkandy AR, El-Sanabary AA. 2011. Preparation of poly(DMAEM)-cross linked pregelled starch graft copolymer and its application in waste water treatments. Carbohydr Polym. 86: 491-498. Murthy PSK, Mohan YM, Varaprasad K, Sreedhar B, Raju KM. 2008. First successful design of semi-IPN hydrogel-silver nanocomposites: a facile appoach for antibacterial application. J Coll Int Sci. 318: 217-224. Pomeranz Y. 1991. Functional properties of food component. 2nd ed. London: Academic Press Inc. Purwanto S, Hambali E, Suprihatin. 2013. Sintesis flokulan dari pati sagu dan akrilamida menggunakan microwave initiated technique untuk aplikasi penurunan kadar padatan tersuspensi dalam air. J Teknol Indust Pert. 23: 46-60. Ratner BD. 1989. Comprehensive Polymer Science: The Synthesis, Characterisation, Reactions, & Applications of Polymers. Oxford (UK): Pergamon Pr. Rizkiana W. 2015. Produksi pati tapioka nanokristalin terasetilasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Saboktakin MR, Tabatabaie RM, Maharramov A, Ramazanov MA. 2010. Synthesis and characterization of chitosan-carboxymethyl starch hydrogels as nano carriers for colon-specific drug delivery. J Pharm Educ Res. 1: 111. Said HM, Alla SGA, El-Naggar AWM. 2004. Synthesis and characterization of novel gels based on carboxymethyl cellulose/acrylic acid prepared by electron beam irradiation. React Func Polym. 61: 397-404. Sangseethong K, Ketsilp S, Sriroth K. 2005. The role of reaction parameters on the preparation and properties of carboxymethyl cassava starch. Starch. 57: 84-93. Sauyana Y. 2014. Produksi pati asetat dengan menggunakan pati sagu nanokristalin [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Shaikh MM, Patil AS, Ajure PL, Lonikar SV. 2014. Starch-acrylic hydrogel: Preparation and swelling characteristic. Res J Sci Tech. 6: 75-78. Spychaj T, Zdanowicz M, Kujawa J, Schmidt B. 2013. Carboxymethyl starch with high degree of substitution: synthesis, properties, and application. Polimery. 58: 503-511. Turakhiya JM, Savani HD, Patel JM, Akbari BV, Prajapati NG, Shah VS. 2013. A review superporous hydrogel (SPH) β an approach for controlled drug delivery. Univ J Pharm. 2: 47-58. Wu Y, Sasaki T, Irie S, Sakurai K. 2008. A novel biomass-ionic liquid platform for the utilization of native chitin. Polymer. 49: 2321-2327. Wurzburg OB. 1986. Modified Starches: Properties and Uses. Florida (US): CRC Pr. Zhou X, Yang J, Qu G. 2007. Study on synthesis and properties of modified starch binder for foundry. J Mater Process Technol. 183: 407-411.
19
LAMPIRAN Lampiran 1. Prosedur karakterisasi pati sagu dan tapioka serta pati termodifikasi Kadar Air (AOAC 2000) Cawan alumunium dipanaskan dalam oven bersuhu 130oC selama 1 jam kemudian didinginkan di dalam desikator selama 30 menit dan ditimbang sebagai W1. Sampel sebanyak 2 g kemudian dimasukkan ke dalam cawan alumunium (W). Cawan yang berisi sampel dimasukkan ke dalam oven pada suhu 130oC selama 1 jam kemudian didinginkan di dalam desikator selama 30 menit kemudian ditimbang sebagai W2. Kadar air ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. % Kadar air =
π2 β π1 Γ 100 π
Keterangan: W = Bobot sampel (g) W1 = Bobot cawan kosong (g) W2 = Bobot cawan + sampel (g) Kadar Abu (AOAC 2000) Cawan porselen dipijarkan dalam tanur pada suhu 550oC yang sebelumnya cawan tersebut terlebih dahulu dipanaskan pada penangas listrik dengan nyala api kecil selama 1 jam. Setelah itu, cawan didinginkan di dalam desikator selama 1 jam kemudian ditimbang sebagai W1. Sebanyak 3-5 g sampel (W) dimasukkan ke dalam cawan kemudian diarangkan di atas penangas listrik dengan nyala api kecil. Setelah itu, diabukan dalam tanur pada suhu 550oC sampai putih kelabu selama 58 jam. Cawan didinginkan di dalam desikator selama 30 menit kemudian ditimbang sebagai W2. Kadar abu ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. % Kadar abu =
π2 β π1 Γ 100 π
Keterangan: W = Bobot sampel (g) W1 = Bobot cawan kosong (g) W2 = Bobot cawan + sampel (g) Kadar Serat Kasar (AOAC 1995) Sampel kering dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 mL kemudian ditambahkan 50 mL larutan H2SO4 1,25% dan dididihkan selama 30 menit dengan menggunakan pendingin tegak. Setelah itu ditambahkan 50 mL larutan NaOH 3,25% dan dididihkan kembali selama 30 menit. Dalam keadaan panas, dilakukan penyaringan dengan corong buchner yang berisi kertas saring yang telah dikeringkan dan diketahui bobotnya. Endapan yang terdapat pada kertas saring berturut-turut dicuci dengan H2SO4 1,25% panas, air panas, dan etanol 96%. Kertas saring beserta isinya diangkat, dimasukkan ke dalam wadah timbang yang
20 juga telah diketahui bobotnya, kemudian dikeringkan pada suhu 105oC. Setelah itu, sampel yang telah kering didinginkan di dalam desikator dan ditimbang (W1). Kadar serat kasar ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. % Serat kasar =
π1 Γ 100 π
Keterangan: W = Bobot sampel (g) W1 = Bobot endapan pada kertas saring (g) Kadar Lemak (SNI 01-2891-1992) Kadar lemak dianalisis dengan menggunakan soxhlet. Labu lemak dikeringkan di dalam oven 105oC selama 15 menit, didinginkan di dalam desikator, dan ditimbang sebelum digunakan. Sebanyak 1-2 g sampel dimasukkan ke dalam selongsong kertas saring yang dialasi dengan kapas. Selongsong kertas yang berisi sampel disumbat dengan kapas kemudian dikeringkan di dalam oven pada suhu tidak lebih dari 80oC selama 1 jam. Selongsong kertas tersebut kemudian dimasukkan ke dalam alat soxhlet yang telah dihubungkan dengan labu lemak. Lemak yang terkandung dalam sampel diekstraksi dengan heksan selama 6 jam. Ekstrak lemak di dalam labu lemak kemudian dikeringkan dalam oven 105oC selama 12 jam. Didinginkan di dalam desikator, dan ditimbang beratnya. Kadar lemak dihitung dengan persamaan sebagai berikut. % Kadar lemak =
aβb Γ 100 c
Keterangan: a = bobot labu lemak setelah proses ekstraksi b = bobot labu lemak sebelum proses ekstraksi c = bobot sampel Kadar Protein (AOAC 1998) Kadar protein dianalisis dengan menggunakan metode Kjeldahl. Sebanyak 100-250 mg sampel dimasukkan ke dalam labu Kjeldahl kemudian ditambahkan dengan 1,9 g K2SO4, 40 mg HgO, 2 mL H2SO4 pekat, dan 2-3 butir batu didih. Sampel dipanaskan hingga mendidih sampai diperoleh cairan jernih. Setelah didinginkan, isi labu dipindahkan ke dalam labu destilasi dengan dibilas menggunakan 1-2 mL akuades sebanyak 5-6 kali. Air cucian dipindahkan ke labu destilasi kemudian ditambahkan dengan 8-10 mL larutan 60% NaOH-5% Na2S2O3. Di tempat terpisah, 5 mL larutan H3BO3 dan 2-4 tetes indikator merah metil-biru metil dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Labu erlenmeyer kemudian diletakkan di bawah kondensor dengan ujung kondensor terendam di bawah larutan H3BO3. Proses destilasi dilakukan sampai diperoleh sekitar 15 mL destilat. Destilat yang diperoleh diencerkan dengan akuades hingga 50 mL kemudian dititrasi dengan larutan HCl 0,02N terstandar sampai terjadi perubahan warna menjadi abu-abu. Volume larutan HCl 0,02N terstandar yang digunakan untuk titrasi dicatat. Tahap yang sama dilakukan untuk larutan blanko sehingga
21 diperoleh volume larutan HCl 0,02N untuk blanko. Kadar protein dihitung berdasarkan kadar nitrogen (%N) % Kadar N =
v1 β v2 Γ NHCl Γ 14,007 Γ 100 w
% Kadar protein = % kadar N Γ 6,25 Keterangan: v1 = volume larutan HCl untuk titrasi sampel (mL) v2 = volume larutan HCl untuk titrasi blanko (mL) w = bobot sampel (mg) Kadar Amilosa (AOAC 1995) 1. Pembuatan Kurva Standar Sebanyak 40 mg amilosa standar ditambahkan dengan 1 mL etanol 95% dan 9 mL NaOH 1N lalu dipanaskanpada suhu 80-100oC selama 10 menit sampai tergelatinisasi. Kemudian larutan didinginkan lalu dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL dan ditera dengan akuades. Selanjutnya dari labu takar tersebut dibuat beberapa konsentrasi mulai dari 50, 100, 150, sampai 300 ppm. Sampel diambil sebanyak 1 mL dari masing-masing konsentrasi lalu ditambahkan 0,1 mL iod 0,2%, 0,2 mL asam asetat 1N, dan 3 mL akuades. Setelah didiamkan selama 20 menit, diukur nilai absorbansi pada spektrofotometer dengan panjang gelombang 620 nm.
2. Analisis Sampel Sebanyak 100 mg sampel dilarutkan dalam 1 mL etanol 95% dan 9 mL NaOH 1N lalu dipanaskanpada suhu 80-100oC selama 10 menit sampai tergelatinisasi. Kemudian larutan didinginkan lalu dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL dan ditera dengan akuades sebagai larutan induk. Selanjutnya sampel yang telah diencerkan dari larutan induk diambil sebanyak 1 mL lalu
22 ditambahkan 0,1 mL iod 0,2%, 0,2 mL asam asetat 1N, dan 3 mL akuades. Setelah didiamkan selama 20 menit, diukur nilai absorbansi pada spektrofotometer dengan panjang gelombang 620 nm. Kadar amilosa ditentukan melalui persamaan sebagai berikut. % Amilosa =
konsentrasi pati Γ faktor pengenceran Γ 100 bobot sampel
Kadar Pati (Metode Luff Schroll) Sebanyak 1 g sampel dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 mL lalu ditambahkan dengan 200 mL HCl 3% kemudian dilanjutkan dengan hidrolisis di dalam otoklaf selama 1 jam pada suhu 121oC. Sampel kemudian didinginkan dan setelahnya dinetralkan dengan NaOH 40%. Sampel yang telah netral dimasukkan ke dalam labu takar 250 mL dan ditera dengan akuades hingga batas tera. Sebanyak 10 mL dari larutan ini kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 mL dan ditambahkan dengan 25 mL larutan luff schroll. Sampel dididihkan di bawah pendingin tegak selama 10 menit kemudian didinginkan. Setelah dingin. Ke dalam sampel ditambahkan 20 mL larutan KI 20% dan 25 mL H2SO4 25% secara perlahan. Sampel kemudian dititrasi mengunakan larutan natrium tiosulfat 0,1N dengan indikator kanji. Kadar pati ditentukan melalui persamaan berikut. % Kadar pati =
0,9 Γ pengenceran Γ mg monosakarida Γ 100 mg sampel
Kelarutan dan Swelling Power (Modifikasi metode Bello-Perez et al. 2010) Sebanyak 0,5 g sampel dicampur dengan 50 mL akuades dalam labu erlenmeyer 250 mL. Sampel ditempatkan pada penangas air pada suhu 70oC selama 2 jam dengan pengadukan secara kontinyu. Pada suspensi tersebut diambil 30 mL larutan yang jernih kemudian diletakkan pada cawan petri yang telah diketahui bobotnya. Cawan petri dikeringkan pada oven 100oC hingga bobotnya tetap, kemudian ditimbang dan dihitung kenaikan bobotnya. % Kelarutan =
% ππ€ππππππ πππ€ππ =
Keterangan: a = bobot cawan petri awal b = bobot cawan petri akhir c = bobot erlenmeyer awal d = bobot erlenmeyer akhir
b β a Γ 50mL Γ 100 0,5 g Γ 30 mL
dβc Γ 100 g sampel Γ (100 β %kelarutan)
23 Daya Serap Air dan Minyak (Medcalf & Gilles 1965) Sebanyak 5 g pati dimasukkan ke dalam tabung sentrifugasi, kemudian ditambahkan 50 mL akuades atau minyak. Suspensi pati didiamkan selama 1 jam kemudian disentrifugasi (3000 rpm) selama 10 menit. Bobot endapan dihitung sebagai daya serap air atau minyak mengikuti persamaan sebagai berikut. % Daya serap air atau minyak =
bobot endapan Γ 100 bobot sampel
24 Lampiran 2. Prosedur karakterisasi parameter grafting dan biohidrogel Penentuan Parameter Grafting (Guo et al. 2015) Parameter grafting meliputi rendemen (%GY) dan efisiensi grafting (%GE) serta konversi monomer (%MC). Penentuan parameter grafting mengikuti persamaan sebagai berikut dengan terlebih dahulu mengukur W0, W1, W2, dan Wn. %GY =
π2 β π1 Γ 100% π0 %MC =
%GE =
(π2 β π0) Γ 100 (π1 β π0)
(π1 β π0) Γ 100 ππ
Keterangan: W0 = bobot CMS-kitosan W1 = bobot crude product W2 = bobot pure product Wn= bobot asam metakrilat Kelarutan dan Swelling (Katayama et al. 2006) Penentuan kelarutan dan swelling hidrogel mengacu pada Japanese Industrial Standard (JIS) K7223. Hidrogel kering dicelupkan dalam akuades selama 16 jam pada suhu ruang. Setelah swelling, hidrogel disaring menggunakan saringan stainless-steel berukuran 100 mesh. Kelarutan dan swelling dihitung mengikuti persamaan sebagai berikut. %Kelarutan =
ππ Γ 100 ππ
%ππ€ππππππ =
ππ Γ 100 ππ
Keterangan: Wi = bobot awal sampel hidrogel kering Wd = bobot kering bagian tak larut setelah perendaman Daya Serap Air dan Minyak (El-Mohdy et al. 2012) Sebanyak 1 g sampel hidrogel direndam dengan 15 mL akuades atau minyak di dalam botol (vial) selama 1 jam. Daya absorbsi air atau minyak dihitung mengikuti persamaan sebagai berikut. % Daya serap air atau minyak = Keterangan: Ww = bobot hidrogel setelah perendaman Wi = bobot awal sampel hidrogel kering
Ww Γ 100 Wi
25 Lampiran 3. Hasil analisis data menggunakan perangkat lunak SPSS versi 19.0 Analisis Ragam Parameter Grafting dan Karakteristik Biohidrogel CMS Sagu-Kitosan 1. Parameter Grafting a. Analisis Ragam
%GY
%GE
%MC
Perlakuan Galat Total Perlakuan Galat Total Perlakuan Galat Total
Jumlah Kuadrat 1545,993 3,343 1549,336 31,638 23,600 55,239 3588,163 3,571 3591,735
Derajat bebas 2 6 8 2 6 8 2 6 8
Kuadrat F Tengah 772,996 1387,204 0,557 15,819 3,933
Sig. 0,000
4,022
0,078
1794,082 3014,307 0,595
0,000
b. Uji Homogenitas %GY Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,275 3 14,8433 0,825 3 36,7633 0,550 3 46,1167 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 c. Uji Homogenitas %GE Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 0,275 3 83,8100 0,550 3 85,6167 85,6167 0,825 3 88,3700 sig. 0,3070 0,1400 d. Uji Homogenitas %MC Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,825 3 50,4533 0,275 3 64,4633 0,550 3 98,0400 sig. 1,0000 1,0000 1,0000
26 2. Kelarutan dan Swelling a. Analisis Ragam Jumlah Kuadrat Kelarutan Perlakuan 1632,085 Galat 72,851 Total 1704,936 Swelling Perlakuan 38234,821 Galat 1771,596 Total 40006,416
Derajat bebas 2 15 17 2 15 17
Kuadrat Tengah 816,043 4,857 19117,41 118,106
F
Sig.
168,023
0,000
161,866
0,000
b. Uji Homogenitas Kelarutan Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,550 6 36,0283 0,825 6 50,8467 0,275 6 59,0367 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 c. Uji Homogenitas Swelling Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,275 6 169,522 0,825 6 197,2100 0,550 6 278,148 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 3. Daya Serap Air dan Daya Serap Minyak a. Analisis Ragam
Daya Serap Air
Daya Serap Minyak
Perlakuan Galat Total Perlakuan Galat Total
Jumlah Derajat Kuadrat Kuadrat bebas Tengah 448187,639 2 224093,820 29540,084 15 1969,339 477727,723 17 41,641
2
20,821
580,596 622,237
6 8
96,766
F
Sig.
113,791
0,000
0,215
0,812
27 b. Uji Homogenitas Daya Serap Air Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,825 6 669,942 0,275 6 781,8167 0,55 6 1046,2850 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 c. Uji Homogenitas Daya Serap Minyak Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 0,550 3 250,1200 0,825 3 251,2767 0,275 3 255,1500 sig. 0,5660
Analisis Ragam Parameter Grafting dan Karakteristik Biohidrogel CMS Tapioka-Kitosan 1. Parameter Grafting a. Analisis Ragam
%GY
Perlakuan Galat Total %GE Perlakuan Galat Total %MC Perlakuan Galat Total
Jumlah Kuadrat 1480,975 1,147 1482,122 35,093 14,254 49,347 3526,726 2,752 3529,478
Derajat bebas 2 6 8 2 6 8 2 6 8
Kuadrat F Tengah 740,488 3873,744 0,191 17,546 2,376
Sig. 0,000
7,386
0,024
1763,363 3843,890 0,459
0,000
28 b. Uji Homogenitas %GY Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,275 3 16,3133 0,825 3 37,1867 0,550 3 47,0900 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 c. Uji Homogenitas %GE Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 0,275 3 84,3700 0,550 3 86,7500 86,7500 0,825 3 89,2067 sig. 0,1070 0,0990 d. Uji Homogenitas %MC Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,825 3 50,5700 0,275 3 70,3533 0,550 3 98,8000 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 2. Kelarutan dan Swelling a. Analisis Ragam Jumlah Kuadrat Perlakuan 470,011 Galat 18,439 Total 488,450 Perlakuan 8448,072 Galat 313,716 Total 8761,787
Derajat bebas 2 15 17 2 15 17
Kuadrat Tengah 235,005 1,229 4224,036 20,914
b. Uji Homogenitas Kelarutan Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,550 6 43,3250 0,275 6 52,4117 0,825 6 55,3233 sig. 1,0000 1,0000 1,0000
F
Sig.
191,176
0,000
201,968
0,000
29 c. Uji Homogenitas Swelling Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,825 6 180,8183 0,275 6 190,8783 0,550 6 230,9717 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 3. Daya Serap Air dan Daya Serap Minyak a. Analisis Ragam
Daya Serap Air Perlakuan Galat Total Daya Serap Perlakuan Minyak Galat Total
Jumlah Kuadrat 154320,794 20398,019 174718,813
Derajat bebas 2 15 17
Kuadrat Tengah 77160,397 1359,868
64,425
2
32,212
952,963 1017,388
6 8
158,827
b. Uji Homogenitas Daya Serap Air Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 2 3 0,825 6 893,1283 0,275 6 955,9133 0,550 6 1113,2633 sig. 1,0000 1,0000 1,0000 c. Uji Homogenitas Daya Serap Minyak Subset for alpha = 0,05 Perlakuan N 1 0,550 3 250,2900 0,825 3 253,3767 0,275 3 256,8400 sig. 0,5600
F
Sig.
56,741
0,000
0,203
0,822
30
RIWAYAT HIDUP Mohamad Irsan Febrian, lahir di Jakarta tanggal 9 Februari 1993 dari ayah M. Syamsi Utiarahman dan Ibu Euis Komala. Penulis adalah anak pertama dari 3 bersaudara. Pada tahun 2011 penulis lulus setelah menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 81 Jakarta sebelum melanjutkan pendidikan di Institut Pertanian Bogor (IPB) pada tahun yang sama. Penulis diterima di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB melalui jalur tertulis Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri. Selama menjalani masa kuliah, penulis berpartisipasi dalam beberapa kegiatan kemahasiswaan seperti Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian IPB tahun 2013 dan International Association of Students in Agriculture and Related Sciences IPB (IAAS IPB) tahun 2011-2013. Penulis juga aktif dalam beberapa kegiatan kepanitiaan seperti 3rd IAAS olympic tahun 2011, 4th IAAS olympic tahun 2012, dan Hari Warga Industri 2013. Selain itu, penulis menjadi asisten mata kuliah Praktikum Bioproses pada tahun 2015. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada bulan Juni-Agustus 2014 di PT Badranaya Putra, Bandung, Jawa Barat dengan topik βPenerapan Statistical Process Control sebagai Upaya Peningkatan Mutu Proses Produksi dan Produk Sosis di PT Badranaya Putraβ. Selanjutnya, pada tahun 2015 penulis melaksanakan penelitian dengan judul βProduksi Biohidrogel Berbasis Carboxymethyl Starch-Kitosanβ di bawah bimbingan Dr Ir Titi Candra Sunarti, MSi.
