Bidang Unggulan
: Lingkungan
Kode/Nama Bidang Ilmu : 161/Teknologi Industri Pertanian
LAPORAN PENELITIAN HIBAH GRUP RISET UDAYANA
STUDI KONSENTRASI TAPIOKA DAN PERBANDINGAN CAMPURAN PEMLASTIS PADA PEMBUATAN BIOPLASTIK GRUP RISET: AGROINDUSTRI
Prof. Dr.Ir. BAMBANG ADMADI H., M.P. NIDN: 0021026502 I WAYAN ARNATA, S.TP., M.Si. NIDN: 0020067803
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA 2015
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Penelitian 2. Ketua Peneliti a. Nama Lengkap b. Jenis Kelamin c. NIP d. Jabatan Struktural e. Jabatan fungsional f. Fakultas/Jurusan g. Pusat Penelitian h. Alamat i. Telpon/Faks j. Telpon/Faks/E-mail
: Studi Konsentrasi Tapioka dan Perbandingan Campuran Pemlastis Pada Pembuatan Bioplastik : Prof. Dr.Ir. Bambang Admadi H., M.P. :L : 19650221 199003 1 004 : : Guru Besar/IV-D : Teknologi Pertanian/ Teknologi Industri Pertanian :: Kampus Bukit Jimbaran, Badung, Bali. : 0361-701801 : 08123830220/
[email protected]
3. Jangka Waktu Penelitian : 1 Tahun 5. Pembiayaan : Jumlah biaya yang diajukan ke LPPM UNUD : Rp 40.000.000 Denpasar, 3 September 2015 Mengetahui, Ketua Grup Riset Agroindustri Universitas Udayana,
Ketua Peneliti
Prof. Dr.Ir. Bambang Admadi H., M.P NIP. 19650221 199003 1 004
Prof. Dr.Ir. Bambang Admadi H., M.P. NIP. 19650221 199003 1 004
Mengetahui, Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Universitas Udayana
Prof. Dr.Ir. I Nyoman Gde Antara, M.Eng. NIP. 19640807 199203 1 002
ii
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui pengaruh konsentrasi tapioka dan perbandingan campuran pemlastis terhadap karakteristik bioplastik. (2) menentukan konsentrasi tapioka dan perbandingan campuran pemlastis terhadap karakteristik bioplastik. Rancangan percobaan pada penelitian ini yaitu Rancangan Acak Kelompok Faktorial. Faktor I adalah konsentrasi tapioka yang terdiri dari 3 taraf 4%, 5% dan 6% (b/b). Factor II adalah perbandingan campuran pemlastis gliserol dengan sorbitol yang terdiri dari 5 taraf yaitu (100:0)%, (95:5)%, (90:10)%, (85:15)%, (80:20)% b/b. Masing-masing kombinasi perlakuan dikelompokan menjadi 2 berdasarkan waktu proses pembuatan bioplastik, sehingga terdapat 30 unit percobaan. Apabila perlakuan berpengaruh nyata terhadap variabel yang diamati maka dilanjutkan dengan uji Duncan. Variable yang diamati meliputi uji mekanik yang terdiri dari uji kekuatan tarik (Tensile strength), uji perpanjangan (elongation at break) dan uji Modulus young (Elastisitas) dengan menggunakan alat ASTM D638, sifat biodegradasi dari bioplastik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi pati dan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol serta interaksinya berpengaruh tidak berpengaruh terhadap kadar air tetapi berpengaruh terhadap nilai elongation at break, kuat tarik, Modulus Young serta sifat biodegradasi (penyusutan) dari bioplastik. Konsentrasi pati 6% dengan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0) menghasilkan karakteristik bioplastik terbaik dengan kadar air 3,98%, elongation at break 18,75%, kekuatan tarik 930 MPa, Modulus Young 50 MPa serta penyusutan 34,68%. Kata kunci : Bioplastik, konsentrasi tapioka, campuran pemlastis
ABSTRACT
This study aims to (1) the effect of the concentration of plasticizer mixture of tapioca and comparison of the characteristics of bioplastics. (2) determine the concentration of starch and plasticizer mixture ratio on the characteristics of bioplastics. The experimental design in this study is a randomized block design factorial. The first factor is the concentration of tapioca consisting of 3 levels 4%, 5% and 6% (w / w). Factor II is a comparison with sorbitol glycerol plasticizer mixture consisting of 5 levels ie (100: 0)%, (95: 5)%, (90:10)%, (85:15)%, (80:20)% b / b. Each combination of treatments classified into two time-based bioplastic manufacturing process, so there are 30 experimental units. If treatment significantly affected the observed variables then continued with Duncan test. Variable observed mechanical test consisted of testing the tensile strength (tensile strength), test the extension (elongation at break) and test young Modulus (elasticity) by using ASTM D638, biodegradation properties of bioplastics. The results showed that the concentration of starch and plasticizer mixture ratio of glycerol: sorbitol and its interaction effect does not affect the water content but affect the value of elongation at break, tensile strength, Young's modulus and biodegradation properties (shrinkage) of bioplastics. Starch concentration of 6% with a mixture ratio of plasticizer glycerol: sorbitol (100: 0) produces the best characteristics of bioplastics with water content of 3.98%, 18.75% elongation at break, tensile strength of 930 MPa, Young's modulus of 50 MPa and depreciation 34.68 %. Keywords: Bioplastics, the concentration of tapioca, a mixture of plasticizers iii
KATA PENGANTAR
Berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa laporan penelitian dengan judul ” STUDI KONSENTRASI TAPIOKA DAN PERBANDINGAN CAMPURAN PEMLASTIS PADA PEMBUATAN BIOPLASTIK” telah terselesaikan. Laporan penelitian ini dibuat sebagai pertanggungjawaban kegiatan penelitian sesuai kontrak yang telah ditandatangani antara Ketua LPPM Univertas Udayana dengan Ketua Peneliti yang mendapatkan hibah penelitian Grup Riset tahun 2015. Pada kesempatan ini peneliti mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Rektor Universitas Udayana sebagai pemberi kebijakan program penelitian
2.
Ketua Lembaga Penelitian Universitas Udayana yang memfasilitasi program hibah penelitian Grup Riset Universitas Udayana
3.
Dekan Fakultas Teknologi Pertanian yang memfasilitasi usulan penelitian program hibah penelitian Grup Riset Universitas Udayana
4.
Semua pihak yang membantu sehingga terlaksananya penelitian dan laporan penelitian ini. Peneliti sadar bahwa laporan penelitian ini jauh dari kesempurnaan oleh karena itu kritik
dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan. Semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta masyarakat luas dalam bidang teknologi polimer khuususnya teknologi plastik biodegradable.
Bukit Jimbaran, 3 September 2015 Peneliti
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................................... ii ABSTRAK........................................................................................................................ iii KATA PENGANTAR....................................................................................................... iv DAFTAR ISI .................................................................................................................... v DAFTAR TABEL…………………………………………………………………………. vi BAB I. PENDAHULUAN………………………………………………………………… 1 1.1. Latar Belakang .......................................................................................................... 1 1.2. Tujuan Penelitian ....................................................................................................... 3 1.3. Manfaat Penelitian ...................................................................................................... 3 BAB II. STUDI PUSTAKA……………………………………………………………….. 4 2.1. Plastik ........................................................................................................................ 4 2.2. Bioplastik ................................................................................................................... 5 2.3. Tepung Tapioka ......................................................................................................... 6 2.4. Plastisizer ................................................................................................................... 9 2.5. Sorbitol ...................................................................................................................... 9 2.6. Gliserol ...................................................................................................................... 10 2.7. Sifat Mekanik Plastik ................................................................................................. 12 2.8. Biodegradasi .............................................................................................................. 12 BAB III. METODE PENELITIAN……………………………………………………… 13 3.1. Roadmap Penelitian.................................................................................................... 13 3.2. Alat dan Bahan ........................................................................................................... 13 3.3. Rancangan Percobaan ………………………………………………………………….13 3.4. Pembuatan Plastic dari Tepung Tapioka ..................................................................... 14 3.5. Variabel yang Diamati ................................................................................................ 14 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………………………………..17 4.1. Kadar Air Bioplastis ................................................................................................... 17 4.2. Elongation at Break, Kuat Tarik dan Modulus Young Bioplastik .............................. 17 4.3. Penyusutan Bioplastik …………………………………………………………………19 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN………………………..………………………… 20 5.1. Kesimpulan……………………………………………………………………………..20 5.2. Saran……………………………………………………………………………………20 DAFTAR PURTAKA………………………………………………………………………21 LAMPIRAN……………………………………………………………………………….. 23
v
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 1. Kandungan Gizi dalam 100 gram tepung tapioka …………………………………8 Tabel 2. Kadar air (%) bioplastik …………………………………………………………...17 Tabel 3. Elongation at break, kuat tarik dan Modulus Young bioplastik …………………...18 Tabel 4. Penyusutan (%) bioplastik dalam pengujian biodegradable .………………….…...19
vi
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penggunaan plastik telah meluas hampir ke seluruh bidang kehidupan. Berbagai produk dan peralatan dihasilkan dari bahan ini karena dinilai lebih ekonomis, tidak mudah pecah, fleksibel, dan ringan. Salah satu contoh produk berbahan plastik yang paling sering dipakai oleh masyarakat adalah kantong dan peralatan dari plastik. Menurut Inaplas (2011), konsumsi plastik per kapita Indonesia sekitar 10 kg/kapita/tahun. Dibandingkan dengan negara ASEAN lainnya, jumlah pemakaian plastik di Indonesia masih lebih rendah. Malaysia, Singapura, dan Thailand mencapai angka di atas 40 kg/kapita/tahun. Meskipun rendah, potensi peningkatan permintaan masih cukup besar, yakni sekitar 4,6 juta ton/tahun dengan pertumbuhan sekitar 5% per tahun (Damayanti, 2012). Penggunaan plastik sebagai bahan kemasan maupun peralatan lainnya telah menimbulkan masalah lingkungan. Sampah plastik semakin lama semakin menumpuk, karena sampah plastik tidak mudah hancur baik oleh cuaca hujan dan matahari ataupun mikroba yang hidup di tanah sehingga meningkatkan kerusakan lingkungan seperti pencemaran tanah (Hasan, 2006). Hal ini disebabkan, plastik yang selama ini dipakai berasal dari minyak bumi, gas alam, dan batu bara. Saat ini, bahan dasar tersebut mulai mengalami pengurangan serta tidak bisa diperbarui (Darni, 2008). Guna mengatasi masalah lingkungan ini, salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu mengembangkan bahan biodegradable plastic (bioplastik) yaitu plastik yang mudah diurai oleh mikroorganisme menjadi senyawa sederhana yang ramah lingkungan. Pengembangan bahan bioplastik menggunakan bahan alam yang terbaharui (renewable resources) sangat diharapkan untuk mengatasi pencemaran lingkungan (Hardaning, 2001 dalam Darni, 2010). Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat biodegradable plastic diantaranya senyawa-senyawa polimer yang terdapat pada tanaman seperti pati, selulosa,dan lignin, serta pada hewan seperti kasein, kitin dan kitosan dan sebagainya (Averous, 2004). Salah satu jenis bahan hasil tanaman yang berpotensi sebagai bahan baku biodegradable plastic (bioplastik) adalah pati tapioka (Firdaus dan Anwar, 2004). Pati tapioka sangat potensial dikembangkan karena harganya murah dan diproduksi secara masal dalam skala industri sehingga terjamin ketersediaannya sebagai bahan baku (Kumoro dan Purbasari, 2014). Pembuatan bioplastik berbasis pati telah banyak dikembangkan, namun hanya dengan menggunakan pati, karakteristik bioplastik yang dihasilkan masih memiliki beberapa kelemahan. Darni dan Herti (2010) menyatakan bahwa penggunaan pati dalam pembuatan bioplastik 1
mempunyai kelemahan yaitu bioplastik yang dihasilkan tidak tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya sangat rendah. Untuk mengatasi hal ini, maka dalam pembuatan plastik diperlukan bahan-bahan tambahan biopolimer lain untuk memperbaiki sifat plastis dan mekanis pada plastik tersebut (Ban, 2006). Karakteristik bioplastik berbasis pati dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti diantaranya bahan baku asal, jenis dan konsentrasi pati, campuran bahan polimer, pH, suhu pembentukan gel, jenis dan konsentrasi plasticizer (pemlastis), campuran plastisizer, lama pengadukan, suhu dan lama pengeringan dan sebagainya. Setiani et al. (2013) menyatakan bahwa penggunaan pati dengan konsentrasi yang tinggi dapat menyebabkan tingginya penyerapan air. Ini berarti ketahanan terhadap air juga rendah, sedangkan pada plastic - plastik konvensional diharapkan penyerapan terhadap air rendah. Beberapa penelitian bioplastik dengan variasi jenis dan konsentrasi pati telah dilakukan. Penggunaan pati sukun pada konsentrasi 6% yang ditambahkan 30% sorbitol sebagai pemlastis mempunyai karakteristik daya serap air 212,98 %, nilai kuat tarik sebesar 16,34 MPa, nilai elongasi sebesar 6,00 % dan modulus young sebesar 2,72 MPa. Lebih lanjut Setiani et al. (2013) menyatakan bahwa peningkatan kadar pati sampai dengan 10 % ternyata menghasilkan lapisan bioplastik yang terlalu kaku dan lengket. Pembuatan bioplastik dengan menggunakan pati pisang kepok 2% menghasilkan bioplastik dengan karakteristik nilai kuat tarik yaitu 2,11 MPa dan nilai kuat lentur 20,78 MPa (Mulyadi et al., 2013). Dari hasil-hasil penelitian ini, menunjukan bahwa karakteristik bioplastik sangat dipengaruhi oleh jenis dan konsentrasi pati. Umumnya konsentrasi pati yang dipergunakan berkisar antara 2 - 6%. beberapa penelitian ini menunjukkan bahwa belum adanya konsentrasi pati yang optimal dalam pembuatan bioplastik terutama bioplastik dengan bahan tapioka. Berkaitan dengan hal tersebut maka dalam penelitian ini akan dicoba untuk menentukan konsentrasi pati dari jenis pati singkong atau tapioka. Guna memperbaiki atau meningkatkan sifat plastis atau elastisitas bioplastik diperlukan pencampuran pati dengan bahan pemlastis (plasticizer). Bahan pemlastis yang sering dipergunakan adalah gliserol dan sorbitol. Pada beberapa penelitian pembuatan bioplastik, umumnya hanya menggunakan salah satu dari kedua jenis pemlastis tersebut. Kumoro dan Purbasari (2014) menyatakan penambahan gliserol 2% (b/b) menghasilkan nilai modulus young 40,5 MPa, kuat tarik 17 MPa dan persentase elongation at break 38%. Dan hasil penelitian Romadloniyah (2012) menunjukan penambahan sorbitol 1,5 ml menghasilkan nilai kuat tarik 126,87 MPa dan persentase elongation at break 23,33%. Dari penelitian-penelitian ini terlihat bahwa penggunaan masing-masing pemlastis tersebut secara terpisah dengan berbagai ukuran konsentrasi, ternyata belum menghasilkan karakteristik bioplastik yang diinginkan. Berkaitan 2
dengan hal tersebut maka perlu diteliti penggunaan pemlastis dengan menggabungkan kedua pemlastis tersebut dengan perbandingan dan konsentrasi tertentu sehingga diharapkan dapat menghasilkan sifat mekanis plastik yang baik dan mudah terdegradasi.
1.2.Tujuan Penelitian a. Mengetahui pengaruh konsentrasi tapioka dan perbandingan campuran pemlastis terhadap karakteristik bioplastik b. Menentukan konsentrasi tapioka dan perbandingan campuran pemlastis terhadap karakteristik bioplastik
1.3.Manfaat Penelitian Pengembangan ilmu dan teknologi bioplastik serta aplikasinya sebagai kemasan yang ramah lingkungan.
3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Plastik Bahan kemasan plastik dibuat dan disusun melalui proses polimerisasi. Komponen utama plastik sebelum membentuk polimer adalah monomer, yakni rantai yang paling pendek. Polimer merupakan gabungan dari beberapa monomer yang akan membentuk rantai yang sangat panjang. Bila rantai tersebut dikelompokkan bersama-sama dalam suatu pola acak, menyerupai tumpukan jerami maka disebut amorp, jika teratur hampir sejajar disebut kristalin dengan sifat yang lebih keras dan tegar (Winarno, 1994). Kemasan plastik memiliki beberapa keunggulan yaitu sifatnya kuat tapi ringan, inert, tidak karatan dan bersifat termoplastis (heat seal) serta dapat diberi warna.Sifat permeabilitas plastik terhadap uap air dan udara menyebabkan plastik mampu berperan memodifikasi ruang kemas selama penyimpanan (Winarno, 1994). Kelemahan bahan ini adalah adanya zat-zat monomer dan molekul kecil lain yang terkandung dalam plastik yang dapat melakukan migrasi ke dalam bahan makanan yang dikemas. Plastik berisi beberapa aditif yang diperlukan untuk memperbaiki sifat-sifatfisiko kimia plastik itu sendiri. Bahan aditif yang sengaja ditambahkan itu disebut komponen non plastik, diantaranya berfungsi sebagai pewarna, antioksidan, penyerap cahaya ultraviolet, penstabil panas, penurun viskositas, penyerap asam, pengurai peroksida, pelumas, peliat, dan lain-lain (Winarno, 1994). Plastik dapat dikelompokkan atas sifat ketahanan terhadap panas terdapat dua jenis plastik, yaitu thermoplastik dan termoset.Thermoplastik adalah plastik yang dapat dilunakkan berulangkali dengan menggunakan panas, antara lain polietilen,polipropilen, polistiren dan polivinilklorida.Jenis plastik ini meleleh ketika dipanaskan dan menjadi padat kembali ketika didinginkan.Sedangkan termoset adalah plastic yang tidak dapat dilunakkan oleh pemanasan, antara lain bakelit, melamin, phenol formaldehid dan urea formaldehid (Whyman, 2006).Berdasarkan bentuk dan keadaan pada suhu ruang dibedakan antara plastic jenis kaca, plastic liat keras, plastic elastis dan plastic kental. Plastic jenis kaca, seperti plastic fenol (PP) adalah sangat getas. Plastic liat keras seperti polivinilklorida (PVC), berciri dapat berubah bentuk jika ada pengaruh gaya yang kuat. Plastic elastis, seperti busa dari poliuretan (PUR), berubah bentuk ketika dibebankan dan berubah bentuk kembali seperti semula jika beban dilepaskan.Plastic kental seperti minyak silicon (SI), adalah masa liat cair yang disebut fluidoplastik.Berdasarkan bentuk makromolekulnya dapat dibedakan antara plastic dengan makromolekul benang dan plastic dengan makromolekul bentuk jarring.Makromolekul bentuk 4
benang dapat bersusun tak bercabang (seperti PVC keras) atau bercabang seperti pada polietilen PE.Didalam plastic, makromolekul dapat tersusun amorf seperti PVC keras atau Kristalsebagaian seperti PE. Pada struktur amorf letak makromolekul sama sekali tidak berorientasi dan pada struktur Kristal-sebagian molekul-molekul rasaksa tak bercabang itu tersusun sejajar sehingga terjadi Kristal-kristal kecil yang dikelilingi oleh daerah amorf (Kramer dan scharnagl, 1994). Plastik memiliki kelebihan yaitu plastik dapat dibentuk menjadi berbagai macam bentuk, ringan dan relative murah, dapat diproduksi dalam berbagai warna dan panas dan listrik tidak dapat merambat melalui plastic dengan mudah, karena plastik isolator yang baik. Tetapi plastik memiliki kekurangan yaitu plastic dibuat dari bahan-bahan yang sulit di daur ulang, karena tidak dapat membusuk secara alami (biodegradasi) plastik dapat merusak lingkungan dan plastic dapat bersifat asap berracun karena leleh pada suhu tinggi (Whyman, 2006). Plastik yang selama ini dipakai berasal dari minyak bumi, gas alam, dan batu bara. Bahan dasar tersebut mulai mengalami pengurangan di alam serta tidak bisa diperbarui (Yuli Darni, 2008).Penggunaan plastic yang berlebihan dan dengan intensitas yang tinggi berpengaruh terhadap persediaan minyak bumi, diperkirakan minyak bumi akan habis dalam kurun waktu 100 tahun. Selain itu penggunaan plastik yang berasal dari minyak bumi, gas alam dan batu bara akan meningkatkan pencemaranlingkungan seperti pencemaran tanah. Untukmengatasi masalah lingkungan ini, salahsatu cara yang dapat dilakukan yaitu mengembangkan bahan plastik biodegradable atau bioplastik (Abadi dan Nuryati, 2007).
2.2 Bioplastik Bioplastik
adalah
plastik
yang
dapat
digunakan
seperti
layaknya
plastikkonvensional,namun akan hancur terurai oleh aktivitas mikroorganisme menjadi dan karbondioksida setelah habis terpakai dan dibuang ke lingkungan. Karena bahan penyusun nya berasal dari alam seperti pati dan selulosa sehingga mudah diuraikan kembali.Plastik biodegradabel adalah suatu bahan dalam kondisi tertentu dan pada waktu tertentu mengalami perubahan dalam struktur fisis dan kimianya karena pengaruhmikroorganisme yang kemudian mempengaruhi sifat-sifat yang dimilikinya.Karena sifatnya yang dapat kembali ke alam, maka dikategorikan sebagai plastik yang ramah lingkungan (Firdaus dan Anwar, 2014). Berdasarkan bahan baku yang dipakai plastikbiodegradasi dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok dengan bahan baku petrokimia dan kelompok dengan bahan baku produk tanaman seperti pati dan selulosa. Pembentukan film plastik dari pati, pada prinsipnya merupakan gelatinasi molekul pati. Pembuatan film berbasis pati pada dasarnya menggunakan 5
prinsip gelatinasi. Dengan adanya penambahan sejumlah air dan dipanaskan pada suhu yang tinggi maka akan terjadi gelatinasi. Gelatinasi mengakibatkan ikatan amilosa akan cenderung saling berdekatan karena adanya ikatan hidrogen. Proses pengeringan akan mengakibatkan penyusutan sebagai akibat lepasnya air sehingga gel akan membentuk film yang stabil (Firdaus dan Anwar, 2014). Plastik biodegradable adalah plastik yang tergradasi di alam dalam waktu yang singkat.Bahan itu lebih murah dibanding bahan plastik lainnya.Waktu hancurnya lebih singkat.Bahan ini juga tidak beracun dan sangat aman untuk membungkus makanan.Plastik berbahan dasar tepung aman bagilingkungan. Sebagai perbandingan, plastik tradisional membutuhkan waktu sekira 50 tahun agar dapat terdekomposisi alam, sementara plastik biodegradable dapat terdekomposisi 10 hingga 20 kali lebih cepat. Plastik biodegradable yang terbakar tidak menghasilkan senyawa kimia berbahaya. Kualitas tanah akan meningkat dengan adanya plastik biodegradable, karena hasil penguraian mikroorganisme meningkatkan unsur hara dalam tanah. Namun plastik mudah terurai memiliki kelemahan terhadap sifat mekaniknya, kebanyakan plastik mudah terurai kurang bagus dalam sifat mekaniknya sehingga perlu ditambahkan plastizer (Malcom, 2007).
2.3 Tepung Tapioka Pati adalah cadangan makanan utama pada tanaman. Senyawa ini sebenarnya campuran dua polisakarida, yaitu amilosa yang terdiri dari 70 hingga 350 unit glukosa yang berikatan membentuk garis lurus dan amilopektin yang terdiri hingga 100.000 unit glukosa yang berikatan membentuk struktur rantai bercabang. Kira-kira 20% dari pati adalah amilosa. Pati berwarna putih, berbentuk serbuk bukan kristal yang tidak larut dalam air dingin (Gaman dan Sherrington, 1992dalam Chandra 2011). Pati merupakan bentuk karbohidrat yang ditimbun di dalam tanaman dansebagai sumber energi pada makanan. Pati terdiri dari rantai molekul-molekulglukosa yang panjang dengan 2 jenis, yaitu amilosa dari rantai molekul glukosa yang panjang dan lurus serta amilopektin yang terdiri dari rantai molekul glukosa yang lebih pendek dan bercabang. Amilopektin mempunyai sifat koloidal sehingga jika dipanaskan, campuran air dengan pati akan menjadi kental. Komposisi amilopektin dan amilosa berbeda dalam pati berbagai bahan makanan.Amilopektin pada umumnya terdapat dalam jumlah lebih besar.Sebagian besar pati mengandung antara 15% dan 35% amilosa (Winarno, 1991). Pati dapat digolongkan berdasarkan sifat-sifat pasta yang dimasak. Patiserealia (jagung, gandum, beras dan sorghum) membentuk pasta kental yang mengandung bagian-bagian pendek 6
dan pada pendinginan membentuk gel yang buram. Pati akar dan umbi (kentang, ketela dan tapioka) membentuk pasta sangat kental dan mengandung bagian-bagian panjang. Pasta ini biasanya jernih dan pada pendinginan hanya membentuk gel lunak (deMan, 1997). Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik.Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, tergantung dari panjang rantai C, serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi yang tidak terlarut dinamakan amilopektin. Amilosa memiliki struktur lurus dengan ikatan α-(1,4)-D-glukosa sedangkan amilopektin mempunyai cabang dengan ikatan α-(1,6)-D-glukosa sebanyak 4-5 dari berat total (Winarno, 1991). Apabila pati mentah dimasukkan ke dalam air dingin, granula patinya akanmenyerap air dan membengkak. Namun demikian jumlah air yang terserap dan pembengkakannya terbatas. Air yang terserap tersebut hanya dapat mencapai 30%. Peningkatan volume granula pati yang terjadi di dalam air pada suhu antara 55oC sampai 65oC merupakan pembengkakan yang sesungguhnya, dan setelah pembengkakan ini granula pati dapat kembali pada kondisi semula. Granula pati dapat dibuat membengkak luar biasa, tetapi bersifat tidak dapat kembali lagi pada kondisi semula. Perubahan tersebut dinamakan gelatinisasi. Suhu gelatinisasi tergantung pada konsentrasi pati. Makin kental larutan, suhu tersebut makin lambat tercapai, sampai suhu tertentu kekentalan tidak bertambah, bahkan kadang-kadang turun.Suhu gelatinisasi berbeda-beda tiap jenis pati dan merupakan suatu kisaran.Dengan viscometer suhu gelatinisasi ditentukan, misalnya pada tapioka yaitu 52oC – 64 oC (Winarno, 1991). Selain konsentrasi, pembentukan gel ini dipengaruhi pula oleh pH larutan.Pembentukan gel optimum pada Ph 4-7. Bila pH terlalu tinggi, pembentukan gel makin cepat tercapai tapi cepat turun lagi, sedangkan bila ph terlalu rendah terbentuknya gel lambat dan bila pemanasan diteruskan, viskositas akan turun lagi (Winarno, 1991). Salah satu jenis pati yang berasal dari ubi yaitu tepung tapioka.Tepung tapioka yang berasal dari ubi kayu (singkong) merupakan sumber karbohidrat yang cukup baik, kandungan pati dari ubi kayu (singkong) yaitu 34,6% (Winarno, 1991).Tapioka banyak digunakan dalam berbagai industri karena kandungan patinya yang tinggi dan sifat patinya yang mudah membengkak dalam air panasdengan membentuk kekentalan yang dikehendaki.Selain itu pemakaian tapiokadisukai karena memiliki larutan yang jernih, daya gel yang baik, rasa yang netral,warna yang terang (Somaatmadja, 1984). Tanaman singkong mudah dijumpai di Indonesia, karena dapat tumbuh di dataran rendah dan tinggi (10-1.500 m dpl). Selain itu singkong juga dapat dikembangbiakkan dilahan-lahan marginal, kurang subur dan kekurangan air (Abidin, 2009). Ditinjau dari segikarakteristiknya, Komponen pati dari tapioka secara umum terdiri dari 29,9% amilosadan 70,1% amilopektin 7
(Richana et al. 2000 dalam Yulianti dan Herlina 2012).Amilose dalam pati akan membentuk tekstur dan permukaan yang teratur, serta meningkatkan elastisitas dan kelekatan pada produk berbasis pati (De la Guerivier , 1976 dalam Kumoro 2014). Artinya, pati yang mempunyai kadar amilosa yang tinggi akan membentuk gel yang lebih keras (Novelo-Cen dan BetancurAncona, 2005dalam Kumoro 2014). Oleh karena itu, tepung tapioka merupakan bahan yang sangat diperlukan untuk menghasilkan produk yang memerlukan tekstur yang kuat.Penggunaan tepung tapioka karena tepung ini mempunyai kelebihan antara lain: ekstraksi yang relatif mudah, sifat patinya yang unik dengan warna dan flavor netral menyebabkan tapioka banyak dimanfaatkan, kandungan karbohidrattepung tapioka cukup tinggi yaitu sekitar 86,9%, mudah didapat, harga relatif murah dibanding jenispati yang lain, kandungan karbohidrat tepung tapioka cukup tinggi (Feryanto, 2007). Kandungan tepung tapioka secara lengkap disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Kandungan Gizi dalam 100 gram tepung tapioka Zat makanan
Tepung Tapioka
Kalori (kal) 362 Protein (gr) 0,5 Lemak (gr) 0,3 Karbohidrat (gr) 88,2 Air (g) 12,00 Zat kapur (mg) 84 Phospor (mg) 125 Zat besi (mg) 1,0 Vitamin A (S.I) 0 Thiamine (mg) 0,4 Vitamin C (mg) 0 Direktorat Gizi Dep. Kes. RI dalam Feryanto 2007 Tepung tapioka adalah tepung yang dibuat dari umbi ubi kayu (singkong), melalui penepungan dengan mengindahkan ketentuan – ketentuan keamanan pangan.Singkong yang digunakan untuk menghasilkan tepung tapioka berkualitas baik yaitu berusia antara 7-9 bulan.Dengan kualitas singkong yang baik, dapat menghasilkan tepung tapioka sebanyak 40% dari jumlah keseluruhan singkong yang digunakan (Feryanto, 2007).Tepung tapioka harus sesuai dengan syarat mutu yaitu bebas dari serangga dan bendaasing, kadar pati minimal 75% (b/b), kadar abu maksimal 1,5%, kadar air maksimal12% (b/b), berwarna putih, bau dan rasa khas singkong, kehalusan (lolos ayakan 80mesh) minimal 90%, serat kasar maksimal 4% (SNI 012997-1996).
8
2.4 Plasticizer Plastisizer (bahan pelembut) adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang ditambahkan pada suatu produk dengan tujuan untuk menurunkan kekakuan dari polimer, sekaligus meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas polimer (Puramawati, 2011). McHugh dan Krochta (1994), menyatakan bahwa poliol seperti sorbitol dan gliserol adalah plasticizer yang cukup baik untuk mengurangi ikatan hidrogen internal sehingga akan meningkatkan jarak intermolekul. Plasticizer didefinisikan sebagai bahan organik dengan berat molekul rendah, bahan non volatil, bertitik didih tinggi jika ditambahkan pada material lain sehingga dapat merubah sifat material tersebut. Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekuler dan meningkatkan fleksibilitas film dan menurunkan sifat barrier film. Gliserol dan sorbitol merupakan plasticizer yang efektif karena memiliki kemampuan untuk mengurangi ikatan hidrogen internal pada ikatan intermolekuler, plasticizer ditambahkan pada pembuatan plastik untuk mengurangi kerapuhan, meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan plastik terutama jika disimpan pada suhu rendah (Chandra, 2011).
2.5 Sorbitol Sorbitol adalah senyawa monosakarida polyhidric alcohol. Nama kimia lain dari sorbitol adalah hexitol atau glusitol dengan rumus kimia C6H14O6.Struktur molekulnya mirip dengan struktur molekul glukosa hanya yang berbedagugus aldehid pada glukosa diganti menjadi gugus alkohol. Sorbitol pertama kali ditemukan dari juice Ash berry (Sorbus auncuparia L) di tahun 1872. Setelah itu,sorbitol banyak ditemukan pada buah-buahan seperti apel, plums, pears, cherris, kurma, peaches, dan apricots. Zat ini berupa bubuk kristal berwarna putih yang higroskopis, tidak berbau dan berasa manis, sorbitol larut dalam air, gliserol, propylene glycol, serta sedikit larut dalam metanol, etanol, asam asetat, phenol dan acetamida. Namun tidak larut hampir dalam semua pelarut organik. Sorbitol dapat dibuat dari glukosa dengan proses hidrogenasi katalitik bertekanan tinggi. Sorbitol umumnya digunakan sebagai bahan baku industry barang konsumsi dan makanan seperti pasta gigi, permen, kosmetik, farmasi,vitamin C, dan termasuk industri textil dan kulit (Othmer, 1960). Sorbitol yang dikenal juga sebagai glusitol, adalah suatu gula alkohol yang dimetabolisme lambat di dalam tubuh.Sorbitol diperoleh dari reduksi glukosa, mengubah gugus aldehid menjadi gugus hidroksil, sehingga dinamakan gula alkohol. Glukosa dinamakan juga dekstrosa atau gula pasir yang terdapat dalam :sayur, buah, sirup jagung, sari pohon dan
9
bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Glukosa merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltose dan laktosa pada hewan dan manusia.(Faith,keyes, fourth edition, 1975 ). Nama sorbitol diturunkan dari nama ilmuwan dari pegunungan Ash, Sorbus aucuparia L. Buah Rosaceae yang kaya akan kandungan sorbitol, antara lain : plums 1.7 - 4.5 % berat, pear 1.2 – 2.8 % berat kering, peache 0.5 – 1.3 % berat dan apel 0.2 – 1 % berat. Di dalam buah dan daun – daun, sorbitol dibentuk sebagai bahan kimia intermediet di dalam sintesa pati, selulosa, sorbuse, atau vitamin C. Di dalam hewan, sorbitol dapat diketahui sebagai intermediet dalam absorbsi glukosa (Wikipedia.org). Sorbitol merupakan plastizer yang efektif karena memiliki kelebihan mampu untuk mengurangi ikatan hydrogen internal pada ikatan intermolekuler sehingga baik untuk menghambat penguapan air dari produk, dapat larut dalam tiap-tiap rantaipolimer sehingga akan mempermudah gerakan molekul polimer, tersedia dalamjumlah yang banyak, harganya murah dan bersifat non toksik (Sulaiman, 1996).Berikut ini sifat fisik dan kimia dari sorbitol (Perry, 1950 dalam anonym…) a. Sifat-sifat Fisika : - Specific gravity : 1.472 (-5o C) - Titik lebur : 93o C (Metasable form) 97,5o C (Stable form) - Titik didih : 296o C - Kelarutan dalam air : 235 gr/100 gr H2O - Panas Pelarutan dalam air : 20.2 KJ/mol - Panas pembakaran : -3025.5 KJ/mol b. Sifat-sifat Kimia : - Berbentuk kristal pada suhu kamar - Berwarna putih tidak berbau dan berasa manis - Larut dalam air,glycerol dan propylene glycol - Sedikit larut dalam metanol, etanol, asam asetat dan phenol - Tidak larut dalam sebagian besar pelarut organik
2.6 Gliserol Gliserol dengan nama lain propana-1,2,3-triol, atau gliserin, pada temperature kamar berbentuk cairan memiliki warna bening seperti air, kental, higroskopis dengan rasa yang manis. Gliserol adalah senyawa alkohol polihidrat (polyol) dengan 3 buah gugus hidroksil dalam satu molekul atau disebut alcohol trivalent. Gliserol terdapat secara alami dalam persenyawaaan sebagai gliserida didalam semua jenis minyak dan lemak baik dari tumbuhan maupunhewan, dan 10
gliserol didapatkan dari proses saponifikasi minyak pada pembuatansabun, atau pemisahan secara langsung dari lemak pada pemroduksian asam lemak.Sejak 1949 gliserol juga diproduksi secara sintetis dari propilen. Dan proses secarasintetis tercatat kurang lebih sekitar 50% dari total gliserol di pasaran. Kegunaan dari gliserol sangatlah banyak tetapi kebutuhan yang paling besarpada pembuatan resin sintetis dan ester gums, obat - obatan, kosmetika, dan pasta gigi. Pemrosesan tembakau dan makanan juga membutuhkan gliserol dalam jumlah yang besar.Sifatsifat fisika dan kimia Gliserol adalah sebagai berikut (Winarno, 1992) : a. Sifat Fisika : - berat molekul : 92,09 kg/kmol - titik beku : 17,9 0 C - titik didh : 2040 C - spesifik gravity : 1,260 - densitas : 0.847 g/cm 3 70 °C - viskositas : 34 cP - Fasa : Cair ( 30 0 C, 1 atm ) - sempurna dalam air - mudah terhidrogenasi - merupakan asam lemak tak jenuh b. Sifat Kimia : - Larut dalam air - Merupakan senyawa hidroskopis - tidak stabil pada suhu kamar - Rumus Kimia Gliserol :C3H8O3
Gliserol merupakan salah satu plasticizer yang banyakdigunakan karena cukup efektif mengurangi ikatan hidrogen internal sehingga akan meningkatkan jarak intermolekuler. Gliserol merupakanplastizicer yang bersifat hidrofilik, sehingga cocok untuk bahan pembentuk plastic yang bersifat hidrofilik seperti pati.Ia dapat meningkatkan sorpsi molekul polar seperti air. Peran gliserol sebagai plasticizer dan konsentrasinya meningkatkan fleksibilitas plastik.Molekul plastizicer akan mengganggu kekompakan pati, menurunkan interaksi intermolekuler dan meningkatkan mobilitas polimer. Selanjutnya mengakibatkan peningkatan elongation dan penurunan tensile strength seiring dengan peningkatan konsentrasi gliserol. Penurunan interaksi intermolekuler dan peningkatan mobilitas molekul akan memfasilitasi migrasi molekul uap air (Gontard et al, 1993). 11
2.7 Sifat Mekanik Plastik Sifat mekanik plastik terdiri dari kekuatan tarik (Tensile Strength), perpanjang (elong at break) dan keelastisannya (Krochta, 1994).Tensile Strength (MPa) adalah ukuran untuk kekuatan film secara spesifik,merupakan tarikan maksimum yang dapat dicapai sampai film tetap bertahansebelum putus/sobek (Krochta and Mulder-johnston, 1997). Pengukuran ini untuk mengetahui besarnya gaya yang diperlukan untuk mencapai tarikan maksimum pada setiap luas area film.Kekuatan tarik (%) dipengaruhi oleh bahan pemplastis yang ditambahkan dalam proses pembuatan film. Persen pemanjangan saat putus merupakan perubahan panjang maksimum film sebelum terputus.Perpanjangan didefinisikan sebagai persentase perubahan panjang film pada saat film ditarik sampai putus. Kekuatan regang putus merupakan tarikan maksimum yang dapat dicapai sampai film dapat tetap bertahan sebelum film putus atau robek. Pengukuran kekuatan regang putus berguna untuk mengetahui besarnya gaya yang dicapai untuk mencapai tarikan maksimum pada setiap satuan luas film untuk merenggang atau memanjang. Perbandingan antara kuat putus dan perpanjangan saat putus dikenal dengan modulus elastisitas.Modulus elasitas bahan disebut modulus Young. Moduluds Young memiliki satuan sama seperti kuat putus karena unuit regangan merupakan bilangan tanpa dimensi (Ricky Kristyanto dkk, 2011 dalam Anonim..). Standar Plastik Internasional (ASTM5336) besarnya kuat tarik untuk plastik PLA dari Jepang mencapai 2050 MPa dan plastik PCL dari Inggris mencapai 190 MPa, persentase pemanjangan (elongasi) untuk plastik PLA dari Jepang mencapai 9% dan plastik PCL dari Inggris mencapai >500 % (Aveorus, 2009 dalam Utomo dkk, 2013).
2.8. Biodegradasi Biodegradasi didefinisikan sebagai suatu proses oksidasi senyawa organic oleh mikroorganisme, baik di tanah, perairan, atau pada instalasi pengolahan limbah (Paramita, dkk 2012). Biodegradasi terjadi karena bakteri dapat melakukan metabolismezat organik melalui sistem enzim untuk menghasilkan karbon dioksida, air dan energi.Energi digunakan untuk sintesis, motilitas dan respirasi (Husin, 2008).
12
BAB III. METODE PENELITIAN
Penelitian dan Pengembangan Bioplastik
Indikator capaian Tahun (Produk intermediet/hilir)
3.1 Roadmap Penelitian
2016
2015
Bioplastik
Bioplastik
Pengujian Karakteristik bioplastik
Pengujian Karakteristik bioplastik
Pengoven pada suhu 50o C selama 24 jam
Pengoven dengan variasi suhu pengovenan
Pencetakan pada Plat kaca
Pencetakan pada Plat kaca
Pemanasan dengan suhu 60oC sampai membentuk gel
Pemanasan dg variasi berbagai suhu gelatinisasi)
Pencampuran dengan pemlastis (penentuan perbandingan konsentrasi campuran)
Pencampuran dengan pemlastis Sesuai perlakuan terbaik th I
Pati Singkong (Tapioka) (Dicobakan dalam berbagai Konsentrasi)
Pati Singkong (Tapioka) (Konsentrasi pati sesuai dg perlakuan terbaik th I)
= Penelitian yang akan dilakukan
3.2 Alat dan Bahan Water bath, oven, cetakan plat kaca ukuran 20 x 15 cm, gelas beaker, pipet tetes, batang pengaduk dan alat uji mekanik plastik yaitu autograph-sidmazu berdasarkan ASTM D638 dan scanning electron microscopy (SEM). Bahan-bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah tepung Tapioka, Asam asetat (CH3COOH), Sorbitol, Gliserol, dan Aquades.
3.3 Rancangan Percobaan Rancangan percobaan pada penelitian ini yaitu Rancangan Acak Kelompok Faktorial. Faktor I adalah konsentrasi pati tapioca yang terdiri dari 3 taraf 4%, 5% dan 6% (b/b). Factor II adalah perbandingan campuran pemlastis gliserol dengan sorbitol yang terdiri dari 5 taraf yaitu (100:0)%, (95:5)%, (90:10)%, (85:15)%, (80:20)% b/b. Masing-masing kombinasi perlakuan dikelompokan menjadi 2 berdasarkan waktu proses pembuatan bioplastik, sehingga terdapat 30 13
unit percobaan. Apabila perlakuan berpengaruh nyata terhadap variabel yang diamati maka dilanjutkan dengan uji Dunchan.
3.4. Pembuatan Plastik dari Tepung Tapioka Tepung tapioka dengan konsentrasi sesuai perlakuan dimasukkan kedalam beaker glass, kemudian ditambahkan 100 ml aquades. Campuran kemudian ditambahkan 0,2 gr asam asetat. Setelah itu ditambahkan campuran plasticizer (pemlastis) 1 gr dengan perbandingan sesuai perlakuan. Kemudian campuran tersebut diaduk dengan batang pengaduk selama 5 menit agar campuran homogen dan dipanaskan dalam waterbath pada suhu 60oC sampai membentuk gel. Gel yang terbentuk kemudian dicetak diatas plat cetakan kaca. Setelah itu dipanaskan pada oven dengan suhu 50oC selama 24 jam. Lapisan plastik yang terbentuk diangkat perlahan dan didinginkan pada suhu ruang. Diagram alir pembuatan plastik dari tepung tapioka dapat dilihat pada Gambar 1.
3.5. Variabel Yang Diamati Uji mekanik yang terdiri dari uji kekuatan tarik (Tensile strength), uji perpanjangan (elongation at break) dan uji Modulus young (Elastisitas) dengan menggunakan alat ASTM D638, kemampuan atau lama waktu degradasi dari bioplastik yang dihasilkan dan morfologi dari bioplastik dengan menggunakan scanning electron microscopy (SEM).
3.5.1 Uji Kekuatan Tarik Uji kekuatan tarik atau tensile strength dilakukan dengan menggunakan alat ASTM D68 Dengan mengikuti prosedur kerja alat maka akan didapatkan data untuk tensile strength. Dari alat tersebut akan didapatkan data untuk gaya (force) yang diperlukan untuk memutuskan plastik. Berikut ini adalah rumus untuk menghitung tensile strength : Tensile strength (N/cm2) =
𝐺𝑎𝑦𝑎 (𝑁) 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 𝐿𝑢𝑎𝑠 (𝑐𝑚 2 )
3.5.2 Uji Perpanjangan (elongation at break) Uji perpanjangan atau elongation dilakukan dengan menggunakan alat ASTM D68 Dengan mengikuti prosedur kerja alat maka akan didapatkan data untuk elongasi plasik. Dari alat tersebut akan didapatkan data untuk gaya (force) yang diperlukan untuk memutuskan plastik. Perpanjangan edible film (cm) x 100% Elongasi (%) =
Panjang awal edible film(cm) 14
Tepung tapioka sesuai perlakuan dan 100 ml aquades Asam Asetat 0,2gr
Pencampuran Penambahan plasticer sesuai perlakuan Pengadukan 10 menit
Pemanasan dengan suhu 60oC sampai membentuk gel Pencetakan pada Plat kaca Pengoven pada suhu 50o C selama 24 jam Didinginkan pada suhu ruang selama 24 jam Bioplastik Gambar 1. Proses pembuatan bioplastik (modifikasi Jaya dan Sulistyawati, 2010)
3.5.3 Uji Modulus young (Elastisitas) Modulus young (Elastisitas) diperoleh dari perbandingan antara kuat tarik dengan elongasi. Elastisitas =
𝐾𝑢𝑎𝑡 𝑇𝑎𝑟𝑖𝑘 (𝑀𝑃𝑎 ) 𝑒𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑠𝑖 (%)
3.5.4 Uji Kemampuan Biodegradasi Sifat biodegradable film diuji dengan cara mengubur plastik dalam tanah. Pengujian biodegradable dilakukan dengan menimbang plastik sebelum dan sesudah penguburan dalam 15
tanah untuk diketahui berat susut film dan diamati perubahan pada plastik tersebut serta lama waktu yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan pada bioplastik tersebut.
3.5.5 Uji Morfologi Uji morfologi bioplastik dari tepung tapioka dilakukan dengan menggunakan scanning electron microscopy (SEM). Dengan mengkuti prosedur alat, hasil gambar yang diperoleh dari mikroskop kemudian dilakukan pemotretan sehingga diketahui morfologi dari bioplastik tersebut.
16
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Kadar Air Bioplastis Analisis keragaman menunjukkan bahwa konsentrasi pati dan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol tidak berpengaruh nyata terhadap kadar air bioplastis. Tabel 2 memperlihatkan bahwa rerata kadar air bioplastik tidak ada perbedaan yang nyata, dengan kisaran 3,72 – 4,21%. Hal ini disebabkan penambahan air dari kandungan bahan baku bioplastik baik itu pati, gliserol dan sorbitol sangat rendah dibanding total bahan, apalagi dalam pembuatan bioplastis melalui proses pengeringan sehingga sebagian besar air dalam campuran bahan baku plastik teruapkan. Menurut Anonymous (2013), dalam pengeringan terjadi proses pindah panas dan pindah massa uap air yang terjadi secara simultan.
Tabel 2. Kadar air (%) bioplastik Perlakuan
Rerata Kadar Air (%)
Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 4,21a Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 3,98a Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 3.95a Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 3.89a Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 3.79a Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 4.16a Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 3.92a Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 3.90a Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 3,87a Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 3.76a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 3,98a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 3,94a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 3,89a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 3,80a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 3,72a Keterangan : huruf yang sama di belakang nilai rata-rata pada kolom yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan yang nyata pada taraf kepercayaan 5%
4.2. Elongation at Break, Kuat Tarik dan Modulus Young Bioplastik Analisis keragaman menunjukkan bahwa konsentrasi pati dan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol serta
interaksinya berpengaruh sangat nyata terhadap nilai
elongation at break, kuat tarik dan Modulus Young dari bioplastik. Tabel 3 memperlihatkan adanya beberapa perbedaan rerata elongation at break, kuat tarik dan Modulus Young. Rerata elongation at break berkisar 18,75 – 65,31%, kuat tarik berkisar 0,51 – 0,93 MPa, Modulus Young berkisar 0,01 – 0,05 MPa. 17
Tabel 3. Elongation at break, kuat tarik dan Modulus Young bioplastik Perlakuan
Rerata Elongation at break (%)
Rerata kuat tarik (x1000 MPa)
Rerata Modulus Young (x1000 MPa) Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 34,38cd 0,66bc 0,02bc Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 38,75bc 0,55c 0,01c Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 50,63ab 0,53c 0,01c Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 68,75a 0,52c 0,01c Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 69,88a 0,51c 0,01c Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 26,56d 0,78b 0,03b Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 30,63cd 0,63bc 0,02bc Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 41,19bc 0,62bc 0,02bc Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 63,75a 0,56c 0,01c Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 65,31a 0,55c 0,01c Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 18,75e 0,93a 0,05a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 23,75d 0,79b 0,03b Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 34,69cd 0,78b 0,03b Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 48,13ab 0,65bc 0,02bc Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 51,88ab 0,64bc 0,02bc Keterangan : huruf yang sama di belakang nilai rata-rata pada kolom yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan yang nyata pada taraf kepercayaan 5%
Tabel 3 memperlihatkan bahwa bioplastik yang dibuat dengan konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% mempunyai elongation at break (18,75%) terendah dibanding lainnya. Nilai tersebut lebih tinggi dibanding hasil penelitian Setiani et al. (2013) yang menggunakan pati sukun pada konsentrasi 6% yang ditambahkan 30% sorbitol sebagai pemlastis dengan karakteristik nilai elongation at break sebesar 6,00 %. Tabel 3 juga memperlihatkan bahwa bioplastik yang dibuat dengan konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% mempunyai kuat tarik (930 MPa) tertinggi dibanding lainnya. Nilai ini lebih tinggi dibanding hasil penelitian Kumoro dan Purbasari (2014) yang menggunakan penambahan gliserol 2% (b/b) yang menghasilkan kuat tarik 17 MPa dan juga hasil penelitian Romadloniyah (2012) yang menggunakan penambahan sorbitol 1,5 ml yang menghasilkan nilai kuat tarik 126,87 MPa. Bioplastik yang dibuat dengan konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% mempunyai nilai Modulus Young (50 MPa) tertinggi dibanding lainnya. Nilai ini juga lebih tinggi dibanding hasil penelitian Kumoro dan Purbasari (2014) yang menggunakan penambahan gliserol 2% (b/b) yang menghasilkan nilai modulus young 40,5 MPa.
18
4.3. Penyusutan Bioplastik Analisis keragaman menunjukkan bahwa konsentrasi pati dan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol serta interaksinya berpengaruh sangat nyata terhadap penyusutan bioplastik pada pengujian biodegradasi. Tabel 4 memperlihatkan bahwa penguburan bioplastik pada hari ke-3, 6 dan 9 menunjukkan semakin lama penguburan bioplastik dalam tanah, semakin besar persen penyusutan yang terjadi. Penguburan pada hari ke-3 terjadi penyusutan berkisar antara 10,00 – 19,85%, pada hari ke-6 terjadi penyusutan
17,82 – 30,94% dan pada hari ke-9
terjadi penyusutan 19,36 – 44,78%. Penyusutan ini terjadi karena pati, gliserol dan sorbitol yang digunakan sebagai bahan baku sifatnya hidrofilik (Gontard et al, 1993). Lebih lanjut dijelaskan bahwa sifat ini cenderung suka air atau menyerap air sehingga mudah ditumbuhi mikroorganisme pengurai yang menyebabkan biodegradasi.
Tabel 4. Penyusutan (%) bioplastik dalam pengujian biodegradable Perlakuan
Rerata Rerata Rerata Penyusutan Penyusutan Penyusutan (%) pada (%) pada (%) pada hari ke-3 hari ke-6 hari ke-9 Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 17,94a 20,89b 42,86a Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 13,34b 17,82c 19,36f Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 16.92ab 19,33b 21,88ef Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 18.76a 20,30b 24,80de Konsentrasi pati 4%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 19.85a 25,81ab 27,83cd Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 14.36b 27,78a 37,77ab Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 10.00c 25,62ab 32,42bc Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 13.21b 26,22ab 34,66bc Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 14,69b 29,24 a 35,97ab Konsentrasi pati 5%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 14.70b 29,82 a 36,05ab Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)% 13,93b 29,61a 34,68bc Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (95 : 5)% 10,34c 27,65ab 29,06cd Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (90 : 10)% 12,15bc 30,33 a 36,63ab Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (85 : 15)% 13,16b 30,63 a 40,21a Konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (80 : 20)% 13,67b 30,94a 44,78a Keterangan : huruf yang sama di belakang nilai rata-rata pada kolom yang sama menunjukkan tidak ada perbedaan yang nyata pada taraf kepercayaan 5%
19
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 1) Konsentrasi pati dan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol serta interaksinya berpengaruh tidak berpengaruh terhadap kadar air tetapi berpengaruh terhadap nilai elongation at break, kuat tarik, Modulus Young serta sifat biodegradasi dari bioplastik. 2) Konsentrasi pati 6% dengan perbandingan campuran pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0) menghasilkan karakteristik bioplastik terbaik dengan kadar air 3,98%, elongation at break 18,75%, kekuatan tarik 930 MPa, Modulus Young 50 MPa serta penyusutan 34,68% .
5.2. Saran Guna meningkatkan sifat-sifat plastic dari bahan baku tapioca perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang factor-faktor yang berpengaruh seperti campuran bahan polimer, pH, suhu pembentukan gel, jenis dan konsentrasi plasticizer (pemlastis), lama pengadukan, suhu dan lama pengeringan dan sebagainya.
20
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous,
2013.
Pengertian
dan
prinsip
dasar
pengeringan.
http://coretanmbon.blogspot.co.id/2013/02/pengertian-dan-prinsip-dasar-pengeringan.html
Abidin, Rusdy. 2009. Membuat Bensin Dari Singkong. Bentara Cipta Prima, Jakarta. Abadi, R. dan N. Nuryati. 2007. Bahan-bahan Penolong Kita. Pakar Raya. Bandung Averous, L., 2004.Biodegradable Multiphase System Based on Plasticized Starch : A Review, Journal of Macromolecular Science, United Kingdom. Ban, W. 2006. Influence of natural biomaterials on the elastic properties of starch-derived films: An optimization study, Journal of Applied Polymer Science, 15, 30-38. Chandra, L.H. 2011.Plasticizer ChapterII.pdf. respository.usu.ac.id/…/ chapter%20II.pdf Akses Tanggal 1 Desember 2014 Darni, Yuli., Chici A., Sri Ismiyati D. 2008. Sintesa Bioplastik dari Pati Pisang dan Gelatin dengan Plasticizer Gliserol. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008 Lampung: Universitas Lampung. Darni, Y., dan H. Utami. 2010. Studi Pembuatan dan Karakteristik Sifat Mekanik dan Hidrofobisitas Bioplastik dari Pati Sorgum.Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Vol. 7, No. 4, hal.88-93, 2010 ISSN 1412-5064. Universitas Lampung Firdaus, F., dan C. Anwar. 2014. Potensi Limbah Padat Cair Industri Tepung Tapioka Sebagai Bahan Baku Film Plastik Biodegradable. Jurnal Logika Volume I No 2, 2014. Feryanto, A. 2007.Membuat Tepung Secara Sederhana. Saka Mitra Kompetensi, Klaten. Gontard, N.S., Guilbert, & J.L., Cuq. 1993. Water and Glycerol as Plasticizer effect mechanical and Water Vapor Barrier Properties of an Edible Wheat Gluten Film. J.Food Sci., Vol. 58, No. 1, 206-211. Husin.2006. Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu Dengan Biofiltrasi Anaerob dalam Reaktor Fixed-Bed. Universitas Sunatera Utara, Medan. Hasan, M. 2006. Pembuatan Bioplastik Untuk Kemasan Antara Polikaprolaton (PCL) dan Pati Tapioka Dengan Pemanfaatan Minyak Kelapa Sawit Sebagai Pemlastis Alami. Banda Aceh. Kumoro, A.C. dan A. Purbasari.2014. Sifat Mekanik Dan Morfologi Plastik Biodegradable Dari Limbah Tepung Nasi Aking Dan Tepung Tapioka Menggunakan Gliserol Sebagai Plasticizer. Jurnal Teknik Kimia ISSN 0852-1697, Universitas Diponegoro. Kramer, H. dan J. Scharnagl. 1994. Pengetahuan Bahan Untuk Industri. Penebar Swadaya, Jakarta. McHugh, T.H. & J.M., Krochta, 1994.Sorbitol vs Glycerol Plasticed Whey Protein Edible Film : Integrated Oxygen Permeability and Tensite Property Evaluation. J.Agic and food Chem, Vol. 2,No.4, 841-845. 21
Maghifiroh, W. Sumarni, dan E. B. Susatyo.2013. Sintesis Dan Karakterisasi Edible Film Kitosan Termodifikasi PVA Dan Sorbitol.Indonesian Journal of Chemical Science. Universitas Negeri Semarang Paramita., M.Shovitri, dan N.D. Kuswytasari. 2012. Biodegradasi Limbah Organik Pasar dengan Menggunakan Mikroorganisme Alami Tangki Septik. Jurnal Sains dan Seni Vol. 1 ISSN :2301-928X. Institut Teknologi Sepuluh November (ITS). Romadloniyah, F. 2012. Pembuatan Dan Karakterisasi Plastik Biodegradable Dari Onggok Singkong Dengan Plasticizer Sorbitol.Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga. Yogyakarta Utomo, A. W., B.D. Argo., dan M.B. Hermanto. 2013. Pengaruh Suhu Dan Lama Pengeringan Terhadap Karakteristik Fisikokimiawi Plastik Biodegradable Dari Komposit Pati Lidah Buaya (Aloe Vera)-Kitosan. Jurnal Bioproses Komoditas Tropis Vol. 1 No. 1 Yulianti, R. dan Erlina, G. 2012.Perbedaan Karakteristik Fisik Edible Film dari Umbi-umbian yang Dibuat dengan Penambahan Plasticizer.Balai Penelitian Tanaman Kacangkacangan dan Umbi-umbian. Malang Winarno, F.G. 1991. Kimia Pangan Dan Gizi. PT. Gramedia Pusaka Utama, Jakarta. Winarno, F.G. 1994. Sterilisasi Komersial Produk Pangan. PT. Gramedia Pusaka Utama, Jakarta. Whyman, K. Seri Life Skill Lingkungan hidup plastik dan lingkungan. Pakar Raya Pustaka, Bandung.
22
Lampiran 1. Foto bioplastik sesuai perlakuan
23
24
25
26
27
Lampiran 2. Foto hasil SEM pada bioplastis konsentrasi pati 6%, pemlastis gliserol : sorbitol (100 : 0)%
28
LAPORAN PENGGUNAAN DANA
No
Tanggal
1
4 Mei 2015
Pengurusan ijin penelitian di lab FTP
1 400,000
400,000
2
8 Mei 2015
Pengurusan ijin penelitian di lab FT
1 400,000
400,000
3
11 Mei 2015
Pengurusan ijin penelitian di lab Biosains
1 400,000
400,000
4
12 Mei 2015
Suvai bahan penelitian
1 710,000
710,000
5
15 Mei 2015
Survai bahan kimia
1 900,000
900,000
6
19 Mei 2015
Survai peralatan pendukung
1 900,000
900,000
7
25 Mei 2015
Transport pembelian bahan penelitian
1 200,000
200,000
8
25 Mei 2015
Pembelian bahan - bahan penelitian
1 950,000
950,000
10
28 Mei 2015
Transport pembelian gliserol ke malang
1 980,000
980,000
11
29 Mei 2015
Pembelian gliserol
1 975,000
975,000
12
3 Juni 2015
Transport pembelian sorbitol ke Yogya
1 980,000
980,000
13
3 Juni 2015
1 990,000
990,000
14
5 Juni 2015
Pembelian sorbitol Transport pembelian bahan kimia pendukung ke surabaya
1 800,000
800,000
15
5 Juni 2015
Pembelian bahan kimia pendukung
1 900,000
900,000
16
8 Juni 2015
Transport pembelian peralatan pendukung
1 200,000
200,000
17
Pembelian peralatan pendukung
30 30,000
900,000
Upah penelitian tahap 1
96 35,000
3,360,000
19
8 Juni 2015 10 - 24 Juni 2015 10 - 24 Juni 2015
Pembelian konsumsi
28 35,000
980,000
20
26 Juni 2015
Biaya analisa mekanik
30 30,000
900,000
21
29 Juni 2015
Biaya analisa morfologi
30 40,000
1,200,000
18
Kegiatan
Satuan
Harga satuan (Rp)
29
Jumlah
22
30 Juni 2015
Biaya analisa biodegradable
30 32,000
960,000
23
Biaya analisa data
30
900,000
Upah penelitian tahap 2
80 35,000
2,800,000
25
30 Juni 2015 1 - 13 Juli 2015 1 - 13 Juli 2015
Pembelian konsumsi
26 35,000
910,000
26
16 Juli 2015
Biaya analisa mekanik
30 30,000
900,000
27
20 Juli 2015
Biaya analisa morfologi
30 40,000
1,200,000
28
22 Juli 2015
Biaya analisa biodegradable
30 32,000
960,000
29
23 Juli 2015
Biaya analisa data
30 30,000
900,000
30
27 Juli 2015
Pembelian gliserol di malang
1 975,000
975,000.00
25
29 Juli 2015
Pembelian sorbitol di yogyakarta
1 990,000
990,000.00
26
31 Juli 2015 1 -7 Agustus 2015 1 - 7 Agustus 2015 8 Agustus 2015 9 Agustus 2015 10 Agustus 2015 11 Agustus 2015 12 Agustus 2015 12 Agustus 2015 13 Agustus 2015 19 Agustus 2015 22 Agustus 2015
Pembelian bahan kimia pendukung di Sby
1 600,000
600,000.00
24
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
30,000
Upah lanjutan penelitian tahap 2
48 35,000
1,680,000.00
Pembelian konsumsi
14 35,000
490,000
Biaya analisa mekanik
30 30,000
900,000
Biaya analisa morfologi
30 40,000
1,200,000
Biaya analisa biodegradable
30 32,000
960,000
Biaya analisa data
30
30,000
900,000
Pembuatan laporan kemajuan
1
600,000
600,000
Biaya SENASTEK
1
1,000,000
1,000,000
45,000
450,000
Pencetakan dan penjilidan lap.kemajuan
10
Pembuatan laporan lengkap Pencetakan dan penjilidan laporan lengkap
1
800,000
800,000
20
45,000
900,000 40,000,000
30
Bukit Jimbaran, 30 Oktober 2015 Mengetahui, Ketua LPPM Unud
Ketua Peneliti
Prof. Dr.Ir. I Nyoman Gde Antara, M.Eng. NIP. 19640807 199203 1 002
Prof. Dr. Ir. Bambang Admadi H NIP. 19650121 199003 1004
31
32
33
