SIFAT-SIFAT MEMBRAN YANG TERBUAT DARI SARI KULIT BUAH NANAS
MUHAMAD ANDRIANSYAH
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2005
1
ABSTRAK MUHAMAD ANDRIANSYAH. Sifat-Sifat Membran yang Terbuat dari Sari Kulit Buah Nanas. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan BETTY MARITA SOEBRATA . Pengolahan nanas yang banyak dilakukan dewasa ini dapat menimbulkan masalah lingkungan, di antaranya menumpuknya kulit nanas sebagai bagian dari nanas. Limbah kulit nanas dapat dimanfaatkan lebih lanjut dengan mengubahnya menjadi selulosa, yakni nata de pina. Selulosa dapat dijadikan membran yang berguna untuk proses filtrasi. Nata de pina dibentuk dengan melalui proses inkubasi selama lima hari denga n bantuan Acetobacter xylinum. Membran yang terbentuk dianalisis lebih lanjut dengan menggunakan fluks membran spektrofotometer inframerah transformasi fourier, dan mikroskop elektron susuran untuk menentukan jenis membran yang terbuat dari sari kulit buah nanas tersebut. Dari hasil penelitian didapatkan data fluks air sebesar 21.000- 24.000 L/m2 jam bar, ukuran pori 1.60- 3.00 µm, dan konfirmasi bahwa selulosa adalah penyusun membran tersebut. Data yang telah diperoleh kemudian dibandingkan dengan standar membran selulosa komersial dan nata de pina dapat dijadikan membran untuk proses mikrofiltrasi, yakni proses penyaringan untuk partikel yang berukuran 0.10–10.00 µm .
2
ABSTRACT MUHAMAD ANDRIANSYAH. Membrane Properties Made of Pineapple Peel Waste Extract. Supervised by SRI MULIJANI and BETTY MARITA SOEBRATA . Pineapple processes which have been done nowadays brought a lot of environmental problems due to enormous pineapple peel waste. Actually, those waste could be converted into valuable product such as cellulose or nata de pina. Cellulose could be used as membrane which was useful for filtration process. Nata de pina was formed through incubation process for five days with the help of Aceatobacter xylinum. The membrane then was analysed using membrane flux, fourier transform infrared spectroscopy, and scanning electron microscope instruments to define the type of membrane. The research showed that the membrane has 21.000- 24.000 L/m2 hour bar of membrane flux, 1.60- 3.00 µm of pores size, and the cellulose was confirmed by infrared spectrum. T he result indicated that nata de pina could be define d as an microfiltration membrane used for microfiltration of 0.10- 10.00 µm particle size.
3
Sifat-Sifat Membran yang Terbuat dari Sari Kulit Buah Nanas
MUHAMAD ANDRIANSYAH
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
4
Judul Nama NIM
: Sifat-Sifat Membran yang Terbuat dari Sari Kulit Buah Nanas. : Muhamad Andriansyah : G01400061
Disetujui,
Dra. Sri Mulijani, M.S. Ketua
Betty Marita Soebrata, S.Si., M.Si. Anggota
Diketahui,
Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, M.S. Dekan FMIPA
Tanggal Lulus: 26 September 2005
5
PRAKATA Puji dan syukur Penulis haturkan ke hadirat Allah AWT atas segala rahmat, dan petunjuk dalam penelitian sehingga tersusunlah karya ilmiah ini. Adapun penelitian tersebut bertujuan membuat dan mengkarakterisasi membran yang terbuat dari sari kulit buah nanas, dan dilaksanakan sejak bulan Desember 2004 hingga Juni 2005 di Laboratorium Kimia Anorganik, IPB. Penulis mengucapkan terima kasih terutama kepada Ibu Dra. Sri Mulijani, M.S. dan Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si., M.Si., sela ku pembimbing yang baik dan senantiasa menyempatkan waktu untuk berkonsultasi dan selalu memberi semangat pada Penulis untuk terus berusaha menyelesaikan penelitian ini. Ayah dan Mamah yang telah banyak berkorban materi, waktu, tenaga, dan juga senantiasa membantu dengan doa dan semangat untuk suksesnya penelitian ini. Penulis juga berterima kasih pada Ibu Rini dan Mas Winanda atas bantuannya dalam analisis fluks air; kepada Bapak Pamulih atas bantuannya dalam analisis FTIR; dan kepada Ibu Endang atas bantuannya dalam analisis SEM; serta kepada para laboran di Kimia Anorganik, khususnya kepada Bapak Syawal yang selalu membantu dalam penelitian ini. Penulis berterima kasih pula kepada Febry atas kerja samanya dalam pembuatan nata de pina dan rekan-rekan satu penelitian: Tya, Atik, Rene, dan Nisa; atas diskusi-diskusi yang sangat membantu Penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Kepada rekan-rekan di Zehn Production: Tasca, Dhea, Abang, Eddy, dan Safril; yang terus memberi semangat pada Penulis untuk tidak berputus asa dalam penelitian. Kepada Zendy Fitriana yang selalu mau membantu dan meluangkan waktu untuk membantu Penulis dalam penelitian. Kepada rekanrekan Kimia 37 lainnya, Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih. Semoga Allah SWT membalas semua budi baik kalian. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Desember 2005 Muhamad Andriansyah
6
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat, pada tanggal 31 Agustus 1982 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara sebagai anak pasangan M. Adenan Hamid dan Tati Kurniasih. Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah menengah pada tahun 2000 di SMUN 3 Bogor, dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pa da Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Pada tahun 2003 penulis melaksanakan praktik kerja lapangan di PT Yamaha Indonesia, Jakarta.
7
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................viii DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................viii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................viii PENDAHULUAN................................................................................................ 1 TINJAUAN PUSTAKA....................................................................................... Nanas ........................................................................................................... Bakteri Pembentuk Nata .............................................................................. Definisi Membran ....................................................................................... Klasifikasi Membran .................................................................................... Karaktersitik Membran ................................................................................
2 2 2 3 3 4
BAHAN DAN METODE .................................................................................... 7 Bahan dan Alat ............................................................................................. 7 Metode Penelitian......................................................................................... 7 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................ 8 Nata de Pina ................................................................................................ 8 Analisis Fluks Air ........................................................................................ 9 Kajian Spektrum FTIR Membran ............................................................... 11 Analisis Ukuran Pori-Pori .......................................................................... 12 SIMPULAN DAN SARAN................................................................................. 13 Simpulan...................................................................................................... 13 Saran ............................................................................................................ 13 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 13 LAMPIRAN......................................................................................................... 15
8
DAFTAR TABEL Halaman 1 Komposisi Kimia Buah Nanas ....................................................................... 2 2
Kisaran Fluks dan Tekanan Berbagai Jenis Membran ................................ 5
3
Nilai Fluks yang Terukur pada Sampel.......................................................... 10
4
Hasil Analisis dengan FTIR ......................................................................... 11
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Prinsip Cross-Flow Filtration ........................................................................ 6 2 Prinsip Dead-End Filtration........................................................................... 6 3 Wadah dan Larutan Saat Inkubasi.................................................................
8
4 Nata de Pina Setelah 5 Hari Inkubasi dengan Ketebalan 5 mm .................... 8 5 Nata de Pina yang Telah Dipanen dan Dibersihkan...................................... 9 6 Nata de Pina yang Telah Dipress .................................................................. 9 7
Hubungan antara waktu dan fluks air pada membran membran 1:4 (sari kulit nanas dan air) dan gula 5% b/v ............................................................ 11
8
Spektrum IR membran membran 1:4 (sari kulit nanas dan air) dan gula 5% b/v ............................................................................................................ 12
9
Spektrum IR membran membran 1:1 (sari kulit nanas dan air) dan gula 10% b/v .......................................................................................................... 12
10 Spektrum IR Selulosa Asli ........................................................................... 12 11 Spektrum IR Membran dan Selulosa Asli..................................................... 12 12 Permukaan membran 1:4 (sari kulit nanas dan air) dan gula 5% b/v dengan perbesaran 1500X .............................................................................. 12
DAFTAR LAMPIRAN 1
Halaman Bagan alir metode percobaan ......................................................................... 16
2 Data Pengukuran Fluks Air Pada Membran................................................... 17
1
PENDAHULUAN Nanas merupakan jenis buah yang terkenal baik di Indonesia maupun di belahan dunia lainnya. Selain dikonsumsi sebagai buah segar, nanas juga merupakan salah satu jenis buah–buahan yang diolah menjadi bahan baku untuk industri pengolahan makanan. Hasil pengolahan buah nanas yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari–hari di antaranya sari buah, selai, manisan, dan juga sebagai bahan pelengkap dalam pembuatan makanan. Selain mudah untuk diolah, buah nanas juga memiliki kandungan gizi yang cukup tinggi dan dapat diperoleh dengan harga yang relatif murah. Produksi nanas di Indonesia mengalami pertumbuhan yang pesat tiap tahunnya. Menurut Sunarjono (2004), produksi buah nanas pada tahun 2000, 2001, dan 2002 masing–masing mencapai 393.299, 494.968, dan 555.588 ton, sedangkan yang mengalami pengolahan lebih lanjut hanya terpakai 53% saja dan sisanya merupakan limbah yang tidak terpakai, sehingga dapat dibayangkan berapa besar limbah yang dihasilkan dari pengolahan buah nanas tersebut. Limbah dari buah nanas terutama kulit buahnya menumpuk dan menimbulkan masalah bagi lingkungan (Susanto et al. 2000). Berdasarkan permasalahan tersebut, maka terdapat suatu peluang untuk memanfaatkan limbah kulit nanas dan mengubahnya menjadi produk yang dapat dimanfaatkan lebih lanjut. Salah satu produk yang dapat diciptakan dari limbah buah nanas ialah nata. Nata merupakan produk hasil fermentasi dari gula (glukosa) dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum yang kemudian diubah menjadi selulosa. Menurut Susanto et al. (2000) pembentukan nata terjadi karena proses pengambilan glu kosa oleh sel–sel A. xylinum. Kemudian glukosa tersebut digabungkan dengan asam lemak membentuk prekursor pada membran sel. Prekursor ini selanjutnya dikeluarkan dalam bentuk ekskresi dan bersama enzim mempolimerisasikan glukosa menjadi selulosa di luar sel. Jenis nata yang dipakai dalam penelitian ini ialah nata de pina yang terbuat dari sari kulit buah nanas. Dilihat dari pencirian nata yang merupakan gabungan dari serat –serat karbon yang menjadi satu membentuk suatu bentuk yang kokoh dan berpori, maka nata memiliki potensi untuk dimanfaatkan sebagai membran selain sebagai makanan kaya serat yang dapat dikonsumsi.
Membran adalah lapisan tipis dari suatu material berpori (porous material) yang dapat digunakan untuk beberapa proses pemisahan (Eryan 2004). Proses pemisahan dengan menggunakan membran merupakan salah satu proses pemisahan yang ekonomis, efektif, dan tidak menimbulkan perubahan pada zat yang dipisahkan baik fisik maupun kimia. Keunggulan membran dibandingkan dengan proses pemisahan yang lain ialah terjadi penghematan energi karena pemisahan dilakukan pada suhu kamar, lebih bersih, dan ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan kimia dan mudah untuk terdegradasi. Selain itu proses penggunaan membran dapat dengan mudah dipasang secara cepat dan tidak membutuhkan ruangan yang luas (Eryan 2004). Keberhasilan teknik pemisahan dengan membran bergantung pada sifat fisik, sifat kimia, sifat mekanis, dan struktur pori. Pada saat ini teknologi membran telah digunakan secara luas dalam dunia industri. Industri –industri yang menerapkan teknologi membran antara lain: bioindustri, industri makanan dan minuman, farmasi, pengolahan limbah industri, industri kertas , dan lain–lain. Pada umumnya membran dibuat dari polimer alami dan modifikasinya seperti selulosa, dan polimer sintetis seperti polisulfon dan poliamida (Susanto et al. 2000). Selulosa merupakan polisakarida yang terdapat pada tanaman dan merupakan bahan yang dapat digunakan dalam pembuatan membran. Sumber utama selulosa ialah bubur kayu at au kapas, tetapi pertambahan penduduk dan perkembangan teknologi yang semakin pesat mengakibatkan terjadinya peningkatan kebutuhan hidup. Oleh karena itu diperlukan sumber selulosa lain selain kayu, maka dikembangkanlah proses pembuatan selulosa yang berasal dari sari buah–buahan salah satunya ialah nata de pina yang berasal dari sari buah nanas tetapi dalam penelitian ini digunakan sari kulit buah nanas. Penelitian ini bertujuan membuat dan mengpencirian membran yang berasal dari sari kulit buah nanas. Penelitian ini mengacu pada suatu pemikiran bahwa nata de pina merupakan suatu selulosa yang dapat digunakan sebagai bahan dasar dalam pembuatan membran selulosa. Sehingga nata de pina dapat digunakan sebagai bahan pembuat membran yang kemudian mengpencirian membran tersebut. Hasil pencirian membran itu kemudian dibandingkan dengan pustaka yang tersedia untuk mengetahui jenis membran yang terbentuk dari nata de pina ini.
