Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
SINTESIS HIDROGEL DARI GLUKOMANNAN UMBI PORANG (Amorphophallus muelleri Blume) DENGAN METODE DEASETILASI SEBAGAI SUPER ABSORBEN POLIMER Kukuh Eka Prasetya* , Novesa Nurgirisia , Fadilah Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta Jl. Ir.Sutami, No.36A Surakarta, Indonesia Email:
[email protected] ABSTRAK Glukomanan merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang biasanya dibuat dari turunan minyak bumi. Sumber glukomanan dapat diperoleh dari umbi porang yang tersedia melimpah di Indonesia. Salah satu metode pembuatan hidrogel adalah dengan deasetilasi glukomanan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH dan rasio tepung porang murni dengan volume larutan NaOH terhadap daya gembung (swelling) hidrogel. Tahapan penelitian terdiri dari pembuatan tepung porang, pemurnian tepung porang, deasetilasi, dan analisis daya swelling hidrogel. Konsentrasi NaOH untuk penelitian ini yaitu 0,01;0,1; dan 1 M, dan variasi rasio tepung porang murni dengan volume larutan NaOH yaitu 0,01 gram/mL; 0,02 gram/mL; 0,03 gram/mL; dan 0,05 gram/mL. Dari hasil penelitian diperoleh daya swelling maksimum hidrogel didapat sebesar 1162,17% pada rasio 0,03 gram/mL dan konsentrasi NaOH 0,01 M. Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap daya swelling didapatkan semakin besar konsentrasi larutan NaOH maka daya swelling semakin kecil, sementara daya swelling pada berbagai rasio massa tepung terhadap volume larutan pada berbagai konsentrasi NaOH memiliki kecenderungan yang sama Kata kunci: deasetilasi, glukomanan, hidrogel, larutan NaOH
PENDAHULUAN Umbi porang (Amorphophallus muelleri Blume) termasuk tanaman umbi famili Araceae yang mengandung glukomannan cukup tinggi. Glukomannan merupakan zat makanan dengan kandungan serat larut air yang tinggi, rendah kalori dan juga memiliki sifat hidrokoloid yang khas (Peiying, 2002). Kandungan glukomanan dalam umbi porang cukup tinggi (15-64 % basis kering) (Peiying,2002). Dengan menggunakan metode ekstraksi bertingkat dengan perbandingan rasio tepung porang dengan etanol 10 g : 1000 mL,kadar glukomanan dapat meningkat menjadi 84,05% (Saputro,2014). Tabel 1. Komposisi Kimia Umbi Segar dan Tepung Umbi Porang Analisis Air Glukomanan Pati Protein Lemak Serat berat Kalsium Oksalat Abu Logam berat (Cu)
Kandungan per 100 g Umbi Segar (%) Tepung (%) 83,3 6,8 3,58 64,98 7,65 10,24 0,92 3,42 0,02 2,5 5,9 0,19 1,22 7,88 0,09 0,13
Glukomanan merupakan heteropolisakarida yang mempunyai bentuk ikatan β-1,4-glikosidik (Ratcliffe, 2005). Menurut Parry (2010), glukomannan memiliki gugus asetil setiap 10-19 unit gugus karbon pada posisi C2, C3 dan C6. Glukomannan memiliki bobot molekul relatif tinggi, yaitu 200,000 – 2,000,000 Dalton dengan ukuran antara 0.5 – 2 mm, 10 – 20 kali lebih besar dari sel pati. Struktur kimia glukomannan dapat dilihat pada Gambar 1.
76
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Gambar 1. Struktur Kimia Glukomannan
Senyawa glukomannan mempunyai sifat larut dalam air, membentuk gel, merekat, mengembang, transparan (membentuk film), mencair, dan mengendap (Takigami, 2000). Keunggulan dari glukomannan adalah keunikan karakter sebagai bahan pengental (thickening agent) antara lain adalah memiliki kapasitas penyerapan air lebih dari 100x beratnya sendiri. Konjac glucomanan (KGM) bersifat water-soluble, dimana memiliki viskositas tinggi meskipun pada konsentrasi rendah dan dapat membentuk struktur gel. Dengan keunikan sifatnya glukomannan dapat dijadikan hidrogel. Hidrogel merupakan kristal polimer yang mampu menyerap air dalam jumlah banyak (Rosiak, 1999). Salah satu metode pembuatan hidrogel adalah dengan cara deasetilasi. Menurut Xuegang (2003), secara umum metode deasetilasi dilakukan dengan penambahan larutan Natrium hidroksida seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Penelitian mengenai proses deasetilasi KGM dalam larutan alkali telah dilakukan dan dapat membentuk struktur gel. Alkali memiliki peran dalam proses deasetilasi, dan proses deasetilasi sendiri akan mengurangi sifat kelarutan.
Gambar 2. Reaksi Deasetilasi Dengan Menggunakan NaOH Di dalam air, molekul glukomannan akan mengalami hidrasi dan terbentuk ikatan hidrogen Antara atom O dalam air dengan gugus OH- di dalam rantai glukomannan. Namun jika terdapat ion OH- di dalam air, akan terjadi kerusakan ikatan hydrogen tersebut. Gaya tolak menolak elektrostatis terjadi Antara ion OH- di dalam larutan dengan gugus OH- pada rantai glukomannan. Gugus asetil pada rantai glukomannan akan terlepas sehingga terjadi penggumpalan. Menurut Xian (2008), pembentukan hidrogel dapat dilakukan melalui proses deasetilasi dari Konjac Glukomannan (KGM) menggunakan larutan NaOH 0,025 M. Hidrogel yang terbentuk digunakan untuk memodifikasi suatu molekul DNA dalam bidang kesehatan. Sedangkan pengaruh berbagai konsentrasi larutan NaOH dan rasio tepung porang murni terhadap rasio swelling dan struktur hidrogel yang dihasilkan belum pernah dilaporkan
77
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Produksi umbi porang di daerah Madiun, Jawa Timur melimpah dan belum banyak dimanfaatkan. Kandungan glukomannan pada umbi porang berpotensi untuk dijadikan hidrogel. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh berbagai konsentrasi larutan NaOH dan rasio tepung porang murni terhadap rasio swelling dan struktur hidrogel yang dihasilkan.
METODE PENELITIAN Persiapan Bahan Baku Umbi porang (Amorphophallus muelleri Blume) diperoleh dari daerah Madiun, Jawa Timur. Umbi Porang yang telah dibersihkan dari kulitnya, kemudian diiris kurang lebih setebal 3 mm lalu dikeringkan dengan bantuan sinar matahari. Umbi Porang yang telah kering kemudian ditumbuk atau diubah dalam bentuk tepung. Tepung ini yang disebut dengan tepung porang kemudian digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan hidrogel Proses Pemurnian Bahan Baku Tepung porang yang diperoleh kemudian dimurnikan dengan proses ekstraksi bertingkat. Tepung porang dimasukkan ke dalam gelas beaker dan ditambahkan pelarut etanol 60% dengan perbandingan massa tepung dan volume pelarut 10 gr : 1000 mL. Campuran tersebut diaduk menggunakan magnetic stirer dengan kecepatan pengadukan tetap (300 rpm) selama 30 menit. Tepung porang dan pelarut etanol 60% kemudian dipisahkan dengan menggunakan kertas saring. Proses ekstraksi dilanjutkan untuk pelarut etanol 60% dan 80%. Residu yang diperoleh kemudian di oven pada suhu 60oC sampai massa residu konstan. Proses Deasetilasi SejumLah 1 gram tepung hasil pemurnian dimasukkan ke dalam larutan 100 mL NaOH 0,01 M dan mengaduknya dengan magnetic stirer selama 2 jam. Larutan asam asetat yang ekuivalen dengan larutan NaOH sebanyak 100 mL kemudian ditambahkan ke dalam larutan campuran tersebut sedikit demi sedikit. Etanol 96% ditambahkan ke dalam filtrat yang didapat sehingga terbentuk struktur gel. Gel yang terbentuk dan filtrat dipisahkan dan produk yang diperoleh dikeringkan pada suhu 60oC sampai massanya konstan. Proses tersebut kemudian diulangi dengan setiap variasi konsentrasi NaOH sebesar 0,01M;0,1M;dan 1M untuk massa tepung porang 2 gram, 3 gram, dan 5 gram. Pengujian Daya Serap Air (Water Absorption) Hidrogel hasil proses deasetilasi yang telah kering ditimbang terlebih dahulu untuk mengetahui berat keringnya (Wd), kemudian direndam dalam air suling (aquades) selama 24 jam. Hidrogel kemudian dikeluarkan dari tempat perendaman, air di permukaan hidrogel basah dikeringkan dengan kertas tissue, dan hidrogel ditimbang (Ws). Daya serap air dihitung dengan persamaan berikut : Daya serap air (Swelling Ratio), SR =
(1)
Dengan: Ws= berat hidrogel setelah swelling (g) Wd= berat hidrogel kering (g)
HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini menggunakan bahan baku umbi porang yang dimurnikan menggunakan metode ektraksi bertingkat. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah konsentrasi NaOH dan rasio tepung porang murni terhadap volume larutan NaOH. Variasi konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 0,01 M; 0,1 M; dan 1M. Variasi rasio tepung porang murni yang digunakan adalah 0,01 gram/mL; 0,02 gram/mL; 0,03 gram/mL; dan 0,05 gram/mL.
78
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Daya Swelling
Gambar 3. Grafik Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Daya Swelling pada Berbagai Rasio Massa Tepung terhadap Volume NaOH Dari Gambar 3 menunjukkan semakin besar konsentrasi NaOH maka daya swelling semakin kecil. Pada rasio 0,03 gram/mL diperoleh daya swelling paling tinggi pada berbagai konsentrasi NaOH. Kenaikan daya swelling dari rasio 0,01 gram/mL ke 0,03 gram/mL untuk konsentrasi NaOH 0,01 M sebesar 2,7 kali semula, konsentrasi NaOH 0,1 M sebesar 1,66 kali semula, dan untuk konsentrasi NaOH 1 M sebesar 3,1 kali semula. Sedangkan penurunan daya swelling dari rasio 0,03 gram/mL ke 0,05 gram/mL untuk konsentrasi NaOH 0,01 M sebesar 0,51 kali semula, untuk konsentrasi NaOH 0,1 M sebesar 0,79 kali semula, dan untuk konsentrasi NaOH 1 M sebesar 0,41 kali semula. Daya swelling paling besar diperoleh saat rasio 0,03 gram/mL dan konsentrasi NaOH 0,01 M yaitu 1162,17%.
Pengaruh Rasio Massa Tepung / Volume Larutan terhadap Daya Swelling
Gambar 4. Grafik Pengaruh Rasio Massa Tepung / Volume Larutan terhadap Daya pada Berbagai Konsentrasi NaOH
Swelling
Dari Gambar 4 menunjukkan kecenderungan data untuk daya swelling pada berbagai rasio massa tepung terhadap volume larutan pada berbagai konsentrasi NaOH sama. Pada konsentrasi NaOH 0,01 M daya swelling dari rasio 0,01 gram/mL ke 0,02 gram/mL menurun, kemudian naik pada rasio 0,03 gram/mL, dan menurun lagi pada rasio 0,05 gram/mL. Untuk konsentrasi NaOH 0,01 M dan 1 M kecenderunganya sama, menurun pada rasio 0,02 gram/mL, kemudian naik pada rasio 0,03 gram/mL, dan
79
Prosiding SENATEK 2015 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Purwokerto Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2
menurun pada rasio 0,05 gram/mL. Besarnya penurunan daya swelling untuk rasio 0,01 gram/mL ke 0,02 gram/mL pada konsentrasi NaOH 0,01 M sebesar 0,93 kali semula, untuk konsentrasi NaOH 0,1 M sebesar 0,84 kali semula, dan untuk konsentrasi NaOH 1 M sebesar 0,54 kali semula. Besarnya kenaikan daya swelling dari rasio 0,02 gram/mL ke 0,03 gram/mL untuk konsentrasi NaOH 0,01 M sebesar 2,9 kali semula, untuk konsentrasi NaOH 0,1 M sebesar 1,98 kali semula, dan untuk konsentrasi NaOH 1 M sebesar 5,74 kali semula. Sementara besarnya penurunan daya swelling dari rasio 0,03 gram/mL ke 0,05 gram/mL untuk konsentrasi NaOH 0,01 M sebesar 0,51 kali semula, untuk konsentrasi NaOH 0,1 M sebesar 0,79 kali semula, dan untuk konsentrasi NaOH 1 M sebesar 0,41 kali semula. Hasil yang diperoleh berbeda dengan yang dilaporkan Xian Wen (2008), Xian wen melaporkan bahwa semakin besar rasio massa tepung porang maka daya swelling juga semakin besar.
KESIMPULAN Dari penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi NaOH maka daya swelling akan semakin kecil untuk berbagai konsentrasi. Sementara kecenderungan data untuk daya swelling pada berbagai rasio massa tepung terhadap volume larutan pada berbagai konsentrasi NaOH sama. Daya swelling dari rasio 0,01 gram/mL ke 0,02 gram/mL menurun, kemudian naik pada rasio 0,03 gram/mL, dan menurun lagi pada rasio 0,05 gram/mL. Daya swelling terbesar pada penelitian ini diperoleh saat rasio 0,03 gram/mL dengan konsentrasi NaOH 0,01 M yaitu 1162,17%.
DAFTAR PUSTAKA Ohtsuki, T.,(1968),Studies on Reverse Carbohydrate of Flour Armophophallus Species, with Special Reference to Mannan, Botanical Magazine Tokyo, Tokyo Parry, J.,(2010), Konjac glucomannan. In A. Imeson (Ed.), Food stabilisers, thickeners and gelling agents, Blackwell Publishing Ltd., Singapore Peiying,(2002), Professional Standard of the People: Konjac Flour, Republic of China for Agriculture, China Rosiak, J. M. and Yoshii, F.,(1999),Hydrogels and their medical applications. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 151, pp.56-64. Saputro,E.A,dan Lefiyanti,O.,(2014),Pemurnian Tepung Glukomanan dari Umbi Porang Menggunakan Proses Ekstraksi/Leaching Dengan Larutan Etanol Secara Bertingkat,RAPI XVIII ,Surakarta Takigami, S.,(2000), Konjac mannan. In G. O. Phillips, & P. A. Williams (Eds.), Hand-book of hydrocolloids, FL: CRC Press, pp. 413–424. Wen X,Wang T.,Wang Z.,Li L and Zhao C.,(2008), Preparation of konjac glucomannan hydrogels as DNA controlled release matrix, International Journal of Biological Macromolecules, China Lao,X., He,P., and Lin,X..,(2013), The mechanism of sodium hydroxide solution promoting the gelation of Konjac glucomannan (KGM), Engineering Research Center of Biomass Materials, Ministry of Education, Southwest University of Science and Technology, China Zhang YQ, Xie BJ and Xin G.,(2005), Advance in the Application of Konjac Glucomannan and Its Derivatives, J Biol Chem, China
80
