SULFONASI ONGGOK SEBAGAI SUPERABSORBEN
PRIMASTI RAMADHANI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK PRIMASTI RAMADHANI. Pembuatan Produk Sulfonasi Onggok Sebagai Superabsorben. Dibimbing oleh ANWAR NUR dan MOHAMMAD KHOTIB. Onggok merupakan hasil samping dari industri tapioka. Penelitian ini memanfaatkan onggok yang awalnya memiliki nilai jual yang rendah menjadi suatu produk yang berpotensi memiliki nilai jual lebih tinggi. Pembuatan penyerap air dari onggok singkong melalui metode sulfonasi. Proses pembuatan penyerap air diawali dengan proses oksidasi menggunakan senyawa NaIO4 dengan ragam waktu 210, 270, dan 330 menit. Kemudian proses dilanjutkan dengan dilarutkan dalam larutan yang mengandung NaHSO3 dengan bobot 15, 20, dan 35 gram pada suhu 22 ºC dengan ragam selama 60, 120, dan 180 menit. Onggok yang telah teroksidasi kemudian disulfonasi dengan NaHSO3 dengan ragam konsentrasi dan ragam waktu sulfonasi. Produk yang dihasilkan adalah onggok tersulfonasi dengan 3 parameter. Kemampuan absorbsi onggok tersulfonasi diujikan dengan perendaman produk pada air distilat selama 4 jam dan dihitung kapasitas pengembangannya. Modifikasi onggok singkong tersulfonasi menghasilkan 27 komposisi produk dari 3 parameter yang di buat beragam. Kapasitas absorbsi terbesar diperoleh dari komposisi 330 menit oksidasi, 340 menit sulfonasi dan 15 gram bisulfit sebesar 44.06 gram cairan per gram sampel. Proses oksidasi yang dilakukan memungkinkan senyawa bisulfit teradisi ke dalam gugus karbonil pada onggok banyaknya rantai karbon yang terputus saat oksidasi dengan NaIO4 menentukan banyaknya ion bisulfit yang yang pada rantai karbon. Gugus [SO3]2- berinteraksi melalui ikatan hidrogen dengan senyawa H2O. Analisis spektrometer inframerah tranformasi fourier membuktikan adanya gugus [SO3]2- yang terikat pada onggok.
ABSTRACT PRIMASTI RAMADHANI. Sulfonation of waste cassava to produce superabsorbent. Under supervision of ANWAR NUR and MOHAMMAD KHOTIB. Onggok is a waste product of tapioca industries which has low economical value. The aim of this research is to find a way to increase the added value of onggok by transforming it into a superabsorbent. The making of superabsorbent from onggok was preparated through sulfonation and preceded by oxidation. In this experiment the oxidation was carried out with 3 levels of reaction time, i.e. 210, 270, and 330 minutes. While sulfonation was carried out with 3 levels of concentration of NaHSO3, that are 15, 20 and 35 g and 3 levels of sulfonation time of 120, 180 and 240 minutes. The absorption capacity of the product was evaluated through their absorption capacity, carried out by immersing the product for 4 hours in a known volume of distill water. Its absorptive capacity is calculated based on its sample weight increases due to water absorption. The results show that the highest absorption capacity was indicated by the sample with 270 minutes of oxidation, 240 minutes of sulfonation time and 20 g of NaHSO3. Its absorption capacity was 38.54 g/g. The result of FTIR spectroscopic study and sulfur analysis indicated that bisulfite ions are incorporated into cellulose molecules of onggok.
SULFONASI ONGGOK SEBAGAI SUPERABSORBEN
PRIMASTI RAMADHANI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul Nama NIM
: Sulfonasi Onggok sebagai Superabsorben : Primasti Ramadhani : G44204083
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. (em) Dr. Ir. H. M. Anwar Nur, M.Sc
M. Khotib, S.Si NIP 19781018 200701 1 002
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 19610328 198601 1 002
Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, karunia, iman, kekuatan, dan kecerdasan kepada penulis, sehingga laporan hasil penelitian ini berhasil diselesaikan. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga. Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof. (em) Dr. Ir. H. M. Anwar Nur, M.Sc dan M Khotib S.Si selaku pembimbing yang telah memberikan motivasi dan arahan untuk kelancaran penelitian ini. Ungkapan terima kasih tidak lupa penulis haturkan kepada kepada Ibu, Nyomo, Aryo, dan keluarga tercinta; Dede dan sahabat-sahabatku; Drs Ahmad Syahriza, Dra Armi Wulanawati dan Drs Farid untuk bimbingannya, seluruh staf Lab Terpadu; Bisma, Ciwaluya 26, Pak Sabur, teman-teman di laboratorium kimia organik, teman-teman Kimia angkatan 41 atas doa dan dukungannya. Semoga laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat.
Bogor, 4 September 2009 Primasti Ramadhani
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 25 Mei 1986. Anak pertama dari 2 bersaudara merupakan anak dari pasangan Bapak Djoko Sunaryo dan Ibu Musarofah. Penulis menyelesaikan pendidikan tingkat pertama di tahun 2001 di SLTPN 09 Jakarta Timur. Tahun 2004 penulis menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMAN 39, Jakarta. Penulis diterima sebagai mahasiswi Departemen Kimia, Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor pada tahun yang sama melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) IPB pada tahun 2005/2006, asisten kimia TPB matrikulasi pada tahun 2008 dan kimia fisik ITP 2008-2009. Kegiatan praktik lapangan yang dilakukan penulis mengenai Analisis Cooling Water dilakukan pada tahun 2007 di PT Goodyear Indonesia, Bogor.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ......................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
viii
DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................
ix
PENDAHULUAN ......................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Singkong (Manihot esculenta.) .................................................................................. Onggok ....................................................................................................................
Polisakarida ............................................................................................................ Perlakuan Pendahuluan .......................................................................................... Sulfonasi ................................................................................................................. Superabsorben ........................................................................................................
1 2 2 3 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Lingkup Kerja ...................................................................................... Lingkup Kerja ........................................................................................................
4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Perlakuan Pendahuluan Asam (Marshall et. all) .........................................................
Perlakuan Pendahuluan Asam ................................................................................ Kondisi Sulfonasi Onggok Terhadap Kapasitas Absorbsi ..................................... Pencirian Onggok ...................................................................................................
6 6 7 8
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ............................................................................................................... Saran ......................................................................................................................
10 10
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................
10
LAMPIRAN ...............................................................................................................
12
DAFTAR TABEL Halaman 1 Komposisi kimia onggok singkong............................................................. 2 Rancangan Percobaan screening Sulfonasi Onggok ................................... 3 Kadar sulfur total ........................................................................................ 4 Vibrasi ulur dan tekuk dari onggok awal, sampel O1S2W1 dan O3S1W3. ..
2 6 9 9
DAFTAR GAMBAR Halaman
1 Umbi singkong ................................................................................................. 1 2 Onggok awal ..................................................................................................... 2 3 Struktur amilosa ............................................................................................... 2 4 Struktur amilopektin ........................................................................................ 2 5 Struktur selulosa .............................................................................................. 3 6 Reaksi sulfonasi polisakarida (Ramakant, 1997) ......................................... 3 7 Mekanisme hidrasi polimer superabsorben .................................................. 3 8 Proses pembengkakan polimer superabsorben ............................................ 6 9 Proses pembengkakan superabsorben onggok ......................................... 6 10 Kurva hubungan waktu perlakuan pendahuluan dengan asam dan kapasitas absorbsi ................................................................................... 7 11 Hubungan kapasitas absorbsi dengan toksidasi dan tsulfonasi sampel ............ 7 12 Hubungan kapasitas absorbsi dengan toksidasi dan bobot NaHSO3 ........... 8 13 Hubungan kapasitas absorbsi dengan tsulfonasi dan bobot NaHSO3 ......... 8 14 Gabungan spektrum FTIR onggok tanpa perlakuan (garis hitam), O1S2W1 (garis Hijau), dan O3S1W3 (garis biru) ...................................... 10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Kerangka optimasi onggok singkong ...........................................................
2 Diagram proses pembuatan tepung tapioka pada industri kecil ................... 3 Onggok tersulfonasi (Ramakant, 1996) ...................................................... 4 Perhitungan uji proksimat onggok ............................................................... 5 Data pengukuran kapasitas absorbsi awal dengan pra perlakuan ................ 6 Data ulangan pengukuran kapasitas absorbsi (QH2O) ................................. 7 Analisis Annova untuk screening sulfonasi onggok menggunakan Software Statistica V.6 ................................................................................ 8 Grafik pengaruh setiap variabel bebas terhadap Q ..................................... 9 Gambar pengaruh interaksi antar variabel-variabel bebas (x) terhadap Q.. 10 Grafik hubungan antara data prediksi dengan data pengamatan................ 12 Spektrum FTIR gabungan dari onggok awal (hitam), O1S2W1 (hijau), dan O3S1W3 (biru) .......................................................................................
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
PENDAHULUAN Singkong disebut juga ubi kayu atau ketela pohon. Singkong memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat dan terutama diolah menjadi tepung tapioka banyak diekspor. Produk samping pembuatan tepung tapioka berupa onggok (ampas) dalam jumlah besar. Onggok biasanya digunakan untuk bahan baku industri saus, campuran kerupuk, obat nyamuk bakar, dan pakan ternak. Kandungan terbesar dalam onggok ialah selulosa dan pati (Djarir 1982). Kandungan karbohidrat dan air yang tinggi dari onggok mempermudah aktivitas mikrobe pengurai menghasilkan senyawa amonia (NH3 dan H2S) yang menimbulkan bau tidak sedap (Pudjiastuti et al. 1999). Oleh karena itu, pemanfaatan onggok untuk produk-produk yang memiliki nilai jual perlu dikembangkan lebih banyak lagi (Enie 1989). Polimer alam berupa serat, termasuk di dalamnya selulosa telah banyak dimodifikasi melalui modifikasi kimia seperti karboksimetilasi, sulfatilasi, ataupun fosforilasi. Modifikasi selulosa dapat meningkatkan kapasitas absorpsi. Hasil modifikasi tersebut biasanya dimanfaatkan dalam banyak bidang, di antaranya pembungkus makanan, teknik konstruksi, industri kimia, pengolahan limbah, dan bahan pembuat sensor (Jian 2008). Bahan utama absorben umumnya adalah poliakrilamida. Namun poliakrilamida mempunyai kekurangan dalam hal kekuatan fisik dan kestabilan pada suhu. Pembuatan komposit polimer absorben dengan mineral alam seperti bentonit, zeolit, sepiolit merupakan jenis komposit yang termasuk baru dikembangkan. Pembuatan komposit polimer absorben dapat dilakukan dengan proses sambung polimer dengan mineral alam dan proses penggabungan monomer dengan mineral alam lalu diikuti polimerisasi. Komposit polimer absorben dengan mineral alam seperti bentonit, zeolit, sepiolit merupakan jenis komposit yang termasuk baru dikembangkan (Kiatkamjorwong 2002). Ramakant (1996) telah melakukan modifikasi pulp kertas secara sulfonasi. Awalnya modifikasi ini bertujuan meningkatkan kekuatan tarik dalam kondisi basah (wet strength) dari pulp kertas, tetapi modifikasi ini juga dapat meningkatkan kapasitas absorpsi pulp kertas hingga 16 kali bobot awalnya. Selain itu nitrasi selulosa
onggok singkong juga dapat meningkatkan daya serap pada senyawa-senyawa kurkuminoid temulawak sehingga dapat memperbesar jumlah eluat hasil elusi kolom. Hal ini dapat dilihat dari hasil analisis spektroskopi UV-Vis. Filtrat hasil pengocokan onggok bekas elusi kolom dengan etanol membuktikan adanya senyawa-senyawa yang tertahan pada fase diam onggok (Maretta 2006). Penelitian ini melaporkan keberhasilan pembuatan superabsorben dari materi berbahan dasar onggok. Terdapat 27 ragam perlakuan dari 3 parameter untuk mengetahui faktor yang paling mempengaruhi kapasitas absorpsi dalam penelitian ini (Lampiran 1 ).
TINJAUAN PUSTAKA Singkong Singkong termasuk tumbuhan berbatang pohon lunak atau getas (mudah patah). Ubi kayu berbatang bulat dan bergerigi yang terjadi dari bekas pangkal tangkai daun dan bagian tengahnya bergabus. Ubi kayu bisa mencapai ketinggian 1–4 meter. Pemeliharaannya mudah dan produktif. Daun ubi kayu memiliki tangkai panjang dan helaian daunnya menyerupai telapak tangan, dan tiap tangkai mempunyai daun sekitar 3-8 lembar. Tangkai daun tersebut berwarna kuning, hijau, atau merah. Singkong merupakan makanan pokok di beberapa negara Afrika. Singkong dapat tumbuh subur di daerah yang berketinggian 1200 meter di atas permukaan air laut dan merupakan tumbuhan yang produktif (Alves 2000). Di samping sebagai bahan makanan, singkong juga dapat digunakan sebagai pakan ternak dan bahan baku industri pembuatan tepung tapioka (Gambar 1).
Gambar 1 Umbi singkong.
Onggok
Polisakarida
Onggok adalah hasil samping pengolahan singkong menjadi tapioka yang berupa limbah padat utama setelah proses pengepresan (Gambar 2). Pada industri tapioka yang sudah maju, limbah padat kebanyakan hanya mengandung serat kasar, sedangkan sisa pati yang terikat sangat kecil. Lain halnya dengan limbah padatan yang dihasilkan oleh pengrajin tapioka (industri kecil) pada umumnya onggok masih mengandung pati yang lebih tinggi (Darmadjati 1985).
Polisakarida merupakan polimer molekul-molekul berantai lurus atau bercabang yang dapat dihidrolisis dengan enzim-enzim yang spesifik kerjanya. Derajat polimerisasi (DP) selulosa sebesar 7000– 15000. Hasil hidrolisis sebagian polisakrida akan menghasilkan oligosakarida dan dapat dipakai untuk menentukan struktur molekul polisakarida (Winarno 1984). Polisakarida berbeda dalam kandungan unit monosakaridanya, panjang rantainya, dan dalam tingkat percabangannya. Terdapat dua jenis polisakarida yaitu homopolisakarida (mengandung hanya satu jenis monomer) dan heteropolisakarida (mengandung dua atau lebih jenis unit monosakarida yang berbeda). Contoh homopolisakarida adalah pati dan selulosa. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Berbagai macam pati tidak sama sifatnya, bergantung pada panjang rantai C-nya, serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya. Pati terdiri atas 2 fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas. Fraksi terlarut disebut amilosa (Gambar 3) dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin (Gambar 4). Amilosa memberikan sifat keras (pera) sedangkan amilopektin menyebabkan sifat lengket (Winarno 1984).
Gambar 2 Onggok awal. Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia onggok. Komposisi kimia onggok dipengaruhi oleh varietas singkong, kandungan mineral serta kadar air media tanam dan cara ekstraksi pati singkong. Kadar air onggok yang tinggi menyebabkan onggok perlu segera diolah lebih lanjut sebelum mengalami pembusukan (Golief 2002). Tabel 1 Komposisi kimia onggok singkong Komposisi Kadar (%) Air 12.7 Abu 9.1 Serat Kasar 8.1 Protein 2.5 Lemak 1.0 Karbohidrat 65.9
Gambar 3 Struktur amilosa
Sumber: Rinaldy 1987
Onggok segar mengandung air yang cukup tinggi (10-20%) sehingga perlu dikeringkan terlebih dahulu sebelum dimodifikasi (BPOM 2004). Di sisi lain kadar protein dan lemak onggok yang rendah memungkinkan onggok dimodifikasi tanpa menghilangkan lemak dan proteinnya terlebih dahulu.
Gambar 4 Struktur amilopektin Selulosa merupakan senyawa organik yang terdapat pada dinding sel bersama lignin yang berperan dalam mengokohkan struktur jaringan tumbuhan. Selulosa merupakan homopolisakarida yang tersusun atas unit-unit β-d-glukopiranosa yang terikat
satu sama lain dengan ikatan-ikatan glikosida (1,4). Molekul selulosa (Gambar 5) seluruhnya berbentuk linear dan memiliki kecenderungan kuat membentuk ikatan hidrogen baik inter- maupun intramolekuler.
NaHSO3 atau campuran NaOH-SO2. Reaksi sulfonasi polisakarida dapat dilihat pada Gambar 6.
oksidasi
Gambar 6
adisi bisulfit
Reaksi sulfonasi polisakarida (Ramakant 1997)
Gambar 5 Struktur selulosa Superabsorben Selulosa mempunyai potensi yang cukup besar untuk dijadikan sebagai penyerap karena gugus –OH yang terikat dapat berinteraksi dengan komponen absorbat. Keberadaan gugus –OH. pada selulosa dan hemiselulosa menyumbang polaritas pada polimer tersebut. Dengan demikian selulosa dan hemiselulosa akan menyerap senyawa yang bersifat polar daripada yang kurang polar. Perlakuan Pendahuluan Perlakuan pendahuluan dapat dilakukan dengan memberikan perlakuan kimia, seperti direaksikan dengan asam dan basa atau dengan perlakuan fisik seperti pencucian (Marshall 1996). Perlakuan pendahuluan yang digunakan dalam penelitian ini adalah menggunakan asam nitrat. Tujuan perlakuan pendahuluan ini adalah untuk membersihkan onggok dari pengotor, lemak, dan protein yang terkandung didalamnya (aktivasi permukaan). Sulfonasi Salah satu metode untuk memodifikasi sifat fungsional polisakarida adalah sulfonasi. Sulfonasi pada dasarnya merupakan reaksi antara polisakarida dan suatu bisulfit. Perlakuan ini bertujuan mengadisikan gugus sulfonat pada karbonil dari unit dialdehid glukosa polisakarida. Awalnya sulfonasi digunakan dalam industri untuk meningkatkan kekuatan bahan dalam keadaan basah (wet strength) yang memberikan hasil yang cukup baik (Ramakan 1996). Reaksi sulfonasi selulosa dilakukan dengan mengoksidasi polisakarida terlebih dahulu menggunakan oksidator periodat, Dialdehida oksiselulosa yang dihasilkan kemudian direaksikan dengan
Superabsorben adalah suatu polimer yang dapat mengabsorpsi sejumlah besar air, larutan garam, dan cairan denganya serap mulai 10 hingga 1000 kali dari bobot awalnya. Superabsorben dapat menyimpan cairan lebih dari berat bahan yang diserapnya dan tidak melepas cairan tersebut (Kiatkamjornwong 2002). Penggunaan polimer absorben sangat banyak, di antaranya digunakan sebagai bahan pengolahan limbah, media tumbuh tanaman, bahan untuk mengurangi gesekan dalam pipa, bahan pelapis antibocor, pelindung jaringan kabel bawah tanah, bahan pembuatan kemasan barang, dan bahan pemadam kebakaran. Gambar 7 menunjukkan ikatan utama suatu polimer absorben yang mengandung gugus hidrofilik karena terdiri atas gugus bisulfit (SO3-) yang bersifat hidrofilik. Ketika polimer absorben dimasukkan dalam air atau pelarut akan terjadi interaksi antara polimer dan molekul air. Interaksi yang terjadi adalah hidrasi. Mekanisme hidrasi terjadi karena ion dari zat terlarut dalam polimer seperti SO3- dan Na+ berikatan dengan molekul polar air melalui ikatan hidrogen. (Chang 1999). -
SO3
Gambar 7 Mekanisme hidrasi polimer superabsorben Berdasarkan morfologinya, absorben diklasifikasikan menjadi absorben serbuk, partikel, bola, serat, membran, dan emulsi. Ditinjau dari jenis bahan penyusunnya terdiri atas polimer absorben makromolekul alam, semipolimer sintetis dan polimer sintetis sedangkan dilihat dari proses
pembuatannya dapat dibedakan atas polimer cangkokan dan ikatan silang (Dayo 2003).
BAHAN DAN LINGKUP KERJA Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan adalah onggok kering dari daerah Tanah Baru Bogor, NaIO4, dan NaHSO3. Alat-alat yang dipakai adalah spektroskopi inframerah transformasi fourier (FTIR) Bruker jenis Tentor 37. Lingkup Kerja Uji Proksimat Penentuan Kadar Air (AOAC 1999) Sebanyak 0.1 g onggok yang telah dihaluskan ditempatkan dalam cawan petri yang telah dikeringkan dalam oven dan telah diketahui bobot kosongnya. Cawan petri berisi sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C selama 3 jam dan didinginkan. Setelah dingin, cawan petri berisi sampel tersebut disimpan dalam desikator, lalu ditimbang. Pengeringan dilakukan beberapa kali selama 1 jam sampai diperoleh bobot yang tetap. bobot air Kadar air = ´ 100 % bobot sampel awal Kadar abu (AOAC 1999) Sampel ditimbang sebanyak 1-5 gram, lalu dimasukkan ke dalam cawan poselen yang sudah diketahui bobot tetapnya. Sampel dipanaskan diatas bunsen dengan nyala api kecil hingga berasap, selanjutnya sampel dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 500°C sampai menjadi abu bewarna putih. Cawan yang berisi abu didinginkan dalam desikator dan dilakukan penimbangan hingga diperoleh bobot tetap. Kadar abu dapat dihitung dengan rumus: Berat Abu ( g ) Kadar Abu (%) = ´ 100% Berat Sampel ( g ) Kadar Protein (AOAC 1999) Sampel ditimbang sebanyak 0.5-3 gram lalu dimasukkan ke dalam labu Kjeldahl dan didestruksi dengan menggunakan 20 ml asam sulfat pekat dengan pemanasan sampai terbentuk larutan berwarna jernih. Larutan hasil destruksi diencerkan dan didistilasikan
dengan penambahan 10 ml NaOH 10%. Destilat ditampung dalam 25 ml larutan H3BO3 3%. Larutan H3BO3 dititrasi dengan HCl standar menggunakan merah metil sebagai indikator. Dari hasil titrasi, total nitrogen dapat diketahui dengan rumus Total Nitrogen(%) =
ml titran ´ N HCL ´ fk ´ 14 BobotSampel
Fk = faktor koreksi kadar air =
´100%
100 (100 - %kadar air )
Kadar Lemak (AOAC 1999) Labu lemak yang ukurannya sesuai dengan alat ekstraksi Soxhlet dikeringkan dalam oven. Kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang hingga bobot tetap. Sebanyak 5 g sampel dibungkus dengan kertas saring, kemudian ditutup dengan kapas wool yang bebas lemak. Kertas saring yang berisi sampel tersebut dimasukkan dalam alat ekstraksi soklet. Pelarut dietil eter dituangkan ke dalam labu lemak secukupnya. Sampel kemudian direfluks selama kurang lebih 5 jam atau hingga pelarut yang turun kembali ke labu lemak tidak berwarna. Pelarut yang ada dalam labu didistilasi dan ditampung. Labu lemak yang berisi hasil ekstraksi kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105°C. Labu selanjutnya didinginkan dalam desikator dan dilakukan penimbangan hingga bobot tetap. Kadar Lemak =
Bobot Lemak ( g ) ´ 100% Bobot Sampel ( g)
Perlakuan Pendahuluan sampel onggok dengan asam (Marshall et al 1999) Ampas onggok dibersihkan dengan air keran untuk menghilangkan bau dan kotoran yang tersisa dari pengolahan singkong. Onggok kemudian dicuci kembali menggunakan air hangat (50–60 ºC) dengan perbandingan onggok:air 1:3 sambil diaduk selama 30 menit. Pencucian dilakukan 3 kali. Sampel onggok sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam gelas piala dan ditambah 33 mL asam. Asam yang digunakan adalah HNO3 0.6 M. Campuran dikocok selama 30 menit dan disaring. Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 50 °C selama 24 jam, lalu direndam dalam air panas untuk menghilangkan kelebihan asam dan dikeringkan pada suhu 50 ºC selama 24 jam, kemudian dihancurkan hingga berukuran 100–200 mesh.
Onggok Tersulfonasi (Ramakant, 1996) Oksidasi onggok diawali dengan dilarutkannya 30 g KIO4 dalam 425 ml air distilat dengan ragam waktu masing-masing 210, 270, dan 330 menit. Larutan dijaga pada pH 4 dengan penambahan asam sulfat. Suhu reaksi ditingkatkan antara 35–40 ºC. Setelah reaksi oksidasi selesai, pulp onggok dicuci dengan merendam pulp dalam 100 ml air distilat selama 5 menit (pH air 6). Sampel kemudian diagitasi selama 15 menit kemudian disaring. Tahap pencucian ini diulang hingga 3 kali. Pulp teroksidasi kemudian direaksikan dengan 100 ml larutan yang mengandung NaHSO3 dengan ragam bobot 15, 20, dan 35 g pada suhu 22 ºC dan ragam waktu 60, 120, dan 180 menit. Onggok tersulfonasi kemudian dicuci dengan 100 ml etanol p.a selama 5 menit kemudian disaring dan didispersikan dalam 50 ml aseton p.a. selama 5 menit lalu dikeringudarakan pada suhu 22 ºC. Pengukuran Kapasitas Penyerapan (Kiatkamjorwong 2002) Material superabsorben ditimbang sebanyak 0.1 gram kemudian dilarutkan dalam air destilat selama kurang lebih 4 jam pada suhu ruang hingga mencapai bobot pembengkakan equilibrium. Sisa air dipisahkan menggunakan kertas saring yang kemudian digantung selama 15 menit. Potongan kertas saring kering ditempatkan pada sampel untuk memastikan tidak adanya air bebas Kapasitas penyerapan Q H 2O dari sampel absorben dihitung menggunakan persamaan QH 2 O =
Bobot Sampel Mengembang - Bobot Sampel Kering Bobot Sampel Kering
Analisis Spektroskopi FTIR Sebanyak 2 mg sampel yang halus dicampurkan ke dalam 198 mg KBr. Campuran ini digerus dan dibentuk menjadi pelet untuk dianalisis dengan FTIR. Analisis Sulfur Total (Pusat Penelitian Balai Tanah 2005) Timbang 0.05 g onggok ke dalam tabung digestion blok. Kemudian tambahkan 5 ml HNO3 p.a. dan 0.5 ml HClO4 p.a. lalu dibiarkan 1 malam. Besoknya sampel dipanaskan dalam digestion blok dengan suhu 100 °C selama 1 jam, lalu suhu ditingkatkan menjadi 150 °C. Setelah uap kuning habis suhu digestion blok
ditingkatkan menjadi 200 °C. Destruksi selesai setelah keluar asap putih dan sisa ekstrak kurang lebih 0.5 ml. Tabung diangkat dan dibiarkan dingin. Ekstrak diencerkan dengan air bebas ion hingga volume tepat 50 ml dan kocok dengan pengocok tabung hingga homogen. Sebanyak 1 ml ekstrak dan deret standar S dipipet ke dalam tabung reaksi. Ditambahkan masing-masing 7 ml asam campur (campuran dari 50 ml CH3COOH glasial p.a., 20 ml HCl pekat p.a., dan 20 ml H3PO4 pekat p.a., dan 2.5 ml larutan BaCl2 kemudian kocok dengan pengocok tabung hingga homogen. Biarkan 30 menit dan tkemudian diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 432 nm. Kadar S =
ppm kurva ´ ml ekstrak 1000 ml ´ 100
Desain Faktorial Tiga Tingkat (3k) Rancangan faktorial (factorial design) merupakan salah satu cara yang digunakan dalam melakukan suatu percobaan untuk melihat efek dari dua faktor atau lebih terhadap hasil yang diperoleh. Dengan menggunakan rancangan faktorial, didefinisikan bahwa setiap percobaan yang dilakukan adalah kombinasi percobaan yang mungkin untuk setiap ragam dalam faktor yang dicoba. Rancangan faktorial merupakan solusi paling efisien, karena semua kemungkinan kombinasi tiap ragam dari faktor-faktor dapat diselidiki secara lengkap. Kelebihan desain faktorial adalah (i) lebih efisien dibandingkan dengan metode one-factor-at-a-time, (ii) mampu menunjukkan efek interaksi antar faktor, (iii) dapat memberikan perkiraan efek dari suatu faktor pada kondisi ragam yang berbedabeda dari suatu faktor lain. Salah satu jenis perancangan percobaan dengan menggunakan faktorial desain adalah 3k faktorial desain. Dalam desain menggunakan 3k faktorial desain ini, dilakukan penyusunan faktorial untuk k faktor pada 3 ragam (Mattjik 2002). Rancangan dasar adalah pembagian jenis rancangan percobaan berdasarkan kondisi lingkungan percobaan tersebut. Rancangan percobaan yang diterapkan dalam penelitian ini adalah rancangan acak lengkap faktorial 3 faktor dengan tiga kali ulangan. Rancangan acak lengkap faktorial diterapkan pada percobaan yang dilakukan pada lingkungan. Lingkungan adalah faktor-
faktor lain diluar faktor yang sedang diteliti, dan dalam percobaan ini setiap unit percobaan diacak secara sempurna, tanpa dibatasi oleh blok. Tabel 2 Rancangan percobaan screening Sulfonasi onggok. Bobot Bisulfit
tOksidasi
tSulfonasi
W1
W2
W3
O1
S1
O1S1W1
S2
O1S2W1
O1S1W2 O1S2W2
O1S1W3 O1S2W3
S3
O1S3W1
O1 S3W2
O1S3W3
S1
O2S1W1
O2S1W2
O2S1W3
S2
O2S2W1
O2S2W2
O2S2W3
S3
O2S3W1
O2 S3W2
O2 S3W3
S1
O3S1W1
O3S1W2
O3S1W3
S2
O3S2W1
O3S2W2
O3S2W3
S3
O3S3W1
O3S3W2
O3S3W3
O2
O3
HASIL DAN PEMBAHASAN Onggok sebagai bahan baku pembuatan superabsorben dihaluskan hingga berukuran 100–200 mesh untuk meningkatkan luas permukaan sehingga reaksi lebih sempurna. Ion periodat digunakan sebagai agen pengoksidasi karena dapat bereaksi dengan selulosa tanpa memutuskan rangkaian polimernya, tetapi bekerja spesifik memutuskan rantai 1,2 diol (Fessenden 1982). pH reaksi diatur antara 3 dan 4.5 dengan asam sulfat pekat. Pengaturan pH dilakukan selain untuk meningkatkan kelarutan KIO4, juga untuk menstabilkan reaksi oksidasi dan mempercepat reaksi sulfonasi. Setelah reaksi sulfonasi selesai, sampel kemudian didispersikan dalam etanol p.a. dengan tujuan untuk mengeluarkan air yang terserap dalam sampel. Setelah itu, sampel didispersikan kembali dalam aseton p.a. untuk menjerap sisa etanol yang tertinggal dalam sampel. Aseton merupakan senyawa bipolar yang dapat menyerap pelarut yang bersifat polar dan nonpolar karena memiliki gugus yang bersifat hidrofobik sekaligus hidrofilik. Polimer superabsorben yang telah dihasilkan ditentukan kapasitas absorpsinya. Uji kapasitas absorpsi dilakukan dengan cara memasukan polimer absorben ke dalam pelarut air. Polimer absorben akan mengalami penggembungan seperti pada Gambar 8.
Gambar 8 Proses pembengkakan polimer superabsorben. Air akan terdifusi dalam polimer superabsorben karena adanya gugus hidrofilik. Setelah mencapai tahap kesetimbangan, atom hidrogen dar air akan membentuk ikatan hidrogen dengan ion SO32- yang terikat pada karbon selulosa. Pada akhirnya air yang terserap akan tetap tertahan pada polimer superabsorben sehingga polimer mengalami pembengkakan. Gambar 9 menunjukkan pembengkakan sampel onggok tersulfonasi. Saat terjadi pembengkakan, air terikat melalui ikatan hidrogen sehingga membentuk gel atau hidrokoloid. Penelitian ini menunjukkan bahwa reaksi sulfonasi dapat meningkatkan kapasitas absorbsi dari onggok yang awalnya sebesar 2.22 g/g meningkat hingga menjadi 44.06 g/g.
Gambar
9
Proses pembengkakan superabsorben onggok.
Perlakuan Pendahuluan Asam Nilai kapasitas penyerapan ( QH 2O ) yang tidak berbeda antara onggok yang diberi dan tanpa perlakuan pendahuluan asam ditunjukkan oleh gambar 10. Oleh karena itu, perlakuan pendahuluan asam tidak dilanjutkan. Kadar protein dan lemak yang rendah dapat langsung direaksikan tanpa perlu menghilangkan lemak dan proteinnya. Efisiensi waktu, tenaga, dan biaya untuk penerapan perlakuan pendahuluan menjadi salah satu pertimbangan apabila produk ini dibuat dalam skala besar.
4.5
Pretreatmen 1 Pretreatment 3
tersulfonsi, dan semakin besar daya absorpsinya. Reaksi oksidasi dalam prosesnya dilakukan dengan pemanasan yang memengaruhi banyaknya rantai karbon yang terputus pada monomer selulosa onggok. Semakin lama waktu oksidasi maka semakin banyak rantai yang terputus yang dapat meningkatkan adisi bisulfit. Banyaknya jumlah bisulfit yang teradisi pada karbon onggok dapat meningkatkan jumlah H2O yang terikat melalui ikatan hidrogen.
Pretreatment 2 Rerata onggok awal
4
Kapasitas Absorbsi
3.5 3
2.5 2 15
30
45
Waktu Praperlakuan
60
75
Gambar 10 Hubungan antara waktu pra perlakuan asam dan kapasitas absorbsi. Kondisi Sufonasi Onggok Terhadap Kapasitas Absorbsi Hasil analisis statistik untuk desain RAL faktorial lengkap dari proses sulfonasi onggok menggunakan perangkat lunak statistika V.6 menghasilkan persamaan; Q = 25.61+14.47*O+5.064*O2+3.99*S2.21*S2+2.80*W-2.04*W21.14*O*S +0.38*O*S2-3.47*O2*S+0.69*O2*S21.23*O*W-1.92*O*W2-1.13O2W2.10*O2*W2-0.33*S*W+0.17*S*W2+ 0.11*S2*W-1.48*S2*W Dengan nilai koefisien R2 = 89.74% Persamaan ini menunjukkan bahwa dengan data variable bebas (waktu oksidasi, waktu sulfonasi, dan bobot bisulfit), dalam penelitian ini dengan memasukkan data kapasitas absorpsi kedalam persamaan akan dapat mempredikisi daya serap produk dengan tingkat kepercayaan 89% dari yang seharusnya. Hasil analisis Anova (Lampiran 7) menunjukkan bahwa nilai probabilitas, baik pengaruh liniear atau kuadratik dari variable waktu oksidasi lebih kecil dari 0.05 (P =0.05), artinya waktu oksidasi berpengaruh nyata terhadap nilai Q (kapasitas absorpsi) pada tingkat kepercayaan 95%. Kesempurnaan oksidasi dengan periodat akan memberikan peluang terbentuknya dialdehida pada C2 dan C3 dari selulosa sehingga adisi ion bisulfit berlangsung lebih banyak dan mudah. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa waktu oksidasi merupakan variabel penentu, atau tahap paling kritis yaitu tidak terjadi sulfonasi jika tidak tersedia karbon yang mudah diadisi seperti gugus aldehida. Semakin banyak karbon yang teroksidasi, semakin banyak kemungkinan yang
Q
toksidasi
toksidasi
Gambar 11 Hubungan antara kapasitas absorbsi dengan toksidasi dan tsulfonasi sampel Ragam waktu sulfonasi yang digunakan adalah 120, 180 dan 240 menit. Lampiran 8 menunjukkan bahwa perpanjangan waktu sulfonasi mmenurunkan kapasitas penyerapan. Hal ini dipengaruhi oleh viskositas sampel pada saat disulfonasi. Pada sulfonasi 120 menit sampel lebih mudah diaduk sehingga homogenitasnya tinggi. Saat reaksi sulfonasi memasuki waktu 240 menit pengadukan, terpaksa dilanjutkan secara manual karena tingginya viskositas sampel. Pada visualisasi Gambar 11 interaksi waktu oksidasi dan waktu sulfonalasi menunjukkan bahwa kondisi optimal akan tercapai dengan menambah waktu oksidasi dan sulfonasi. Pada waktu oksidasi 300 menit dan waktu sulfonasi 120–140, menit kapasitas absorpsinya mendekati optimum. Kondisi optimum dapat dicapai dengan memperpanjang waktu oksidasi. Hal ini didukung dari visualisasi interaksi bobot bisulfit dan waktu sulfonasi (Gambar 13) yang menunjukkan nilai kapasitas absorpsi yang tinggi juga dicapai pada waktu sulfonasi dan bobot bisulfit yang rendah. Namun, nilai kapasitas absorpsi optimum yang diperoleh dari bobot bisulfit dan waktu
sulfonasi rendah lebih kecil dibandingkan dengan nilai kedua faktor ditingkatkan. Bobot NaHSO3 yang digunakan belum menemukan titik optimumnya (Lampiran 8). Peningkatan jumlah bisulfit dalam penelitian ini meningkatkan kapasitas penyerapan onggok. namun ketika diusahakan untuk mencapai nilai Q optimum ternyata terhambat oleh mengentalnya sampel. Demikian juga interaksi waktu oksidasi dan bobot bisulfit yang ditunjukkan oleh Gambar 12 bahwa kondisi optimal dapat dicapai dengan memperpanjang waktu oksidasi tanpa menambah bobot bisulfit.
optimumnya apabila jumlah bisulfit yang ditambahkan rendah namun mengalami waktu sulfonasi yang lebih lama lagi. Namun hubungan kedua variabel ini tidak terlalu signifikan terhadap nilai QH 2O dilihat dari sedikitnya peluang yang ada.
Q
Q
Wbisulfit
Wbisulfit
toksidasi
Gambar 12 Hubungan kapasitas absorbsi dengan toksidasi dan bobot NaHSO3 Hal ini memperkuat dugaan bahwa faktor yang paling menentukan daya absorpsi onggok tersulfonasi adalah waktu oksidasi. Selain itu gambar 13 juga dapat memprediksi peningkatan waktu oksidasi dan bobot bisulfit dapat meningkatkan nilai Q. Adanya penurunan nilai Q pada variabel O3 pada waktu 330 menit sehingga viskositas sampel yang tinggi menyebabkan sampel menjadi sulit diaduk ditunjukkan pada lampiran 8 Namun sedikitnya dapat digambarkan apabila waktu oksidasi dan jumlah bisulfit ditingkatkan, dapat memberikan pengaruh pada peningkatan nilai QH 2O . Visualisasi interaksi bobot bisulfit dan waktu sulfonasi (Gambar 13) yang menunjukkan nilai kapasitas absorpsi yang tinggi juga dicapai pada waktu sulfonasi dan bobot bisulfit yang rendah. Akan tetapi, nilai kapasitas absorpsi optimum yang diperoleh dari bobot bisulfit dan waktu sulfonasi yang rendah lebih kecil dibandingkan dengan semua faktor ditingkatkan. QH 2O dapat mencapai nilai
tsulfonation
Gambar 13 Hubungan kapasitas penyerapan dan tsulfonasi dan bobot NaHSO3 Hasil O2S1W3 dapat menunjukkan dari total senyawa NaHSO3 yang ditambahkan sebanyak 35 gram hanya 10.76 gram senyawa NaHSO3 yang dapat bereaksi dengan sampel atau sekitar 68.78% senyawa NaHSO3 yang hilang, hal ini dapat terjadi saat dispersi sampel dalam etanol dan aseton untuk mengikat pelarut, dalam hal ini ion bisulfit yang tidak bereaksi dengan sampel akan terlarut dalam pelarut dan terbuang saat dispersi. penelitian ini menghasilkan QH 2O tanpa ulangan sebesar 44.06 g/g. Pencirian Onggok Tabel 3 menunjukkan adanya peningkatan kadar sulfur total sebanyak 167 kali, dari onggok awal dengan kadar sulfur 0.02 menjadi 3.36% setelah disulfonasi. Adanya peningkatan kadar sulfur total, mengindikasikan adanya bisulfit yang teradisi pada sampel. Viskositas sampel juga dipengaruhi oleh banyaknya senyawa bisulfit yang digunakan. Pada produk absorben, sulfur dalam bentuk ion bisulfit dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air sehingga dapat meningkatkan kapasitas absorbsi suatu sampel (Ramakant 1996). Sampel yang digunakan dalam pengukuran
kadar sulfur total adalah sampel onggok awal dan sampel onggok tersulfonasi jumlah bisulfit terbanyak. Hal ini bertujuan untuk membandingkan total sulfur yang terkandung dalam sampel, sebelum dan sesudah reaksi. Tabel 3 Kadar sulfur total Sampel Onggok
Kadar Sulfur Total (%) 0.02
Kadar Sulfonat(%) 0.50
Derajat Subtitusi 0.01
Sampel
3.36
8.40
1.68
Pencirian dilakukan pada sampel yang belum mendapat perlakuan dan sampel dengan waktu oksidasi dan jumlah bisulfit terendah (O1S2W1), serta sampel dengan waktu oksidasi dan jumlah bisulfit tertinggi (O3S1W3) (Lampiran 11). Hal ini bertujuan membandingkan spektrum sebelum dan sesudah perlakuan dengan 2 kondisi berbeda. Spektrum FTIR tidak menunjukkan adanya adanya reaksi sulfonasi karena serapan gugus SO32- belum ditunjukkan pada kedua sampel yang telah diberi perlakuan. Namun hasil analisis FTIR bukanlah suatu hasil yang pasti dalam penelitian ini karena hasil analisis sulfur menunjukkan adanya peningkatan kadar sulfur total dalam sampel. Spektrum FTIR dari onggok O1S2W1 dan O3S1W3, memperlihatkan pita serapan dari F beberapa gelombang yang menunjukkan gugus yang terkandung dalam sampel. Salah satu pita serapan tersebut adalah pita serapan dari gugus –OH dan –CH. Karakteristik vibrasi ulur –OH terlihat pada daerah bilangan gelombang 3550–3200 cm-1, sedangkan vibrasi ulur –CH terdapat pada bilangan gelombang 3000–2840cm-1 (Silverstein et al). Spektrum FTIR dari sampel O3S1W3 pada daerah 3700–3500 cm-1 yang merupakan vibrasi ulur gugus –OH yang intensitasnya menurun apabila dibandingkan dengan onggok awal Serapan pada bilangan gelombang 3000-2840 cm-1 merupakan vibrasi ulur C-H. Serapan pada daerah bilangan gelombang 1205-1124 cm-1 merupakan serapan dari vibrasi ulur C-O dari alkohol sekunder yang mulai hilang pada sampel yang telah di sulfonasi. Serapan pada daerah bilangan gelombang 1150–1000 cm-1 terdapat ulur –CO dari aklohol sekunder, pada daerah ini juga terdapat banyak pita lain, yang menandakan besar kemungkinan senyawa yang diidentifikasi adalah senyawa karbohidrat. Pita –CO
adalah pita yang memiliki penurunan intensitas yang paling drastis hal ini dapat membuktikan adanya pemutusan antara rantai karbon 1 dan 5. Selain itu pita-pita berintensitas sangat lemah di daerah ini yang mengindikasikan hilangnya gugus –CO pada sampel O1S2W1 dan O3S1W3, gugus –CO pada sampel telah teradisi dengan ion –SO3 sehingga berubah menjadi gugus hidroksil. Pada daerah 800–900cm-1 terdapat serapan dari vibrasi senyawaan nitro yang terdapat pada asam amino atau protein singkong. Tabel 4 Vibrasi ulur dan tekuk dari onggok awal, sampel O1S2W1 dan O3S1W3 A (3700-3500) B (3000–2500)
ulur -OH terikat dari karbohidrat C-H terisolasi, runcing dari karbon polisakarida Tekuk NH+, diduga berasal dari asam amino atau proteinnya vibrasi ulur C-O dari alkohol sekunder Ulur –CO diduga berasal dari CH2O-CH2 -NH2 yang diduga terdapat pada protein
C (1400-1600) D (1300-1100) E (1150-1000) F (800-900)
Serapan gugus –OH dan –CH yang menurun ketajamannya disebabkan adanya reaksi oksidasi pada gugus –OH yang memutus rantai (Gambar 14). Adanya perubahan intensitas sulfur akibat adisi gugus SO3- kurang tampak. Serapan gugus – OH dan –CH yang melemah disebabkan adanya reaksi oksidasi pada gugus –OH yang memutus rantai yang menyebabkan putusnya gugus hidroksil. Meskipun masih terdapat juga –OH dan –CH yang tidak putus. 145.0
Laboratory Test Result
140
130 120
X
2935.78
110
3417.55 1640.16
100
3423.26 1650.98 1029.76
90
%T
80
3885.83 3848.16 3827.30 3765.26
860.92 1037.83 1647.05
930.51 765.61
70
1420.59 1369.68 2930.33
60 576.02 531.50
50
40 1157.59
30
1080.70 3401.58
20 15.0 4000.0
1019.93
3600
3200
2800
2400
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
cm-1
Gambar 14 Gabungan spektrum FTIR onggok tanpa perlakuan (garis hitam) , O1S2W1 (garis Hijau) dan O3S1W3 (garis biru).
450.0
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Pemberian perlakuan pendahuluan asam pada onggok tidak memberikan perubahan signifikan pada kapasitas absorbsi onggok, sehingga dalam penelitian ini onggok awal tidak diberi perlakuan pendahuluan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa onggok dapat ditingkatkan kapasitas absorbsinya melalui reaksi sulfonasi. Dari ketiga parameter yang diamati ternyata faktor oksidasi adalah penentu pada peningkatan kapasitas absorpsi Nilai kapasitas absorpsi tertinggi dihasilkan sampel O3S3W1 (waktu oksidasi 330 menit, waktu sulfonasi 240 menit, dan jumlah pereaksi bisulfit sebanyak 15 g) yang memiliki rerata nilai kapasitas absorbsi sebesar 38.54 g/g. nilai ini meningkat cukup tinggi dari kapasitas absorbsi onggok awal sebesar 2.22 g/g. Analisis data menunjukkan bahwa kapasitas absorbsi onggok belum mencapai kapasitas penyerapan optimumnya hal ini dapat dilihat dari bentuk kurva yang belum mencapai titik maksimumnya. Hasil analisis sulfur total menunjukkan adanya peningkatan jumlah sulfur total pada sampel O3S1W3 (sampel dengan QH 2O tertinggi keempat) sebanyak 167 kali dari sulfur total pada onggok awal.
Saran Perlu diadakan penelitian lanjutan untuk meningkatkan kapasitas penyerapan air pada onggok. factor oksidasi sebaiknya lebih diperhatikan seperti jenis, konsentrasi, waktu pengoksidasi disamping pengkajian yang lebih teliti pada perlakuan
DAFTAR PUSTAKA Adam RS, Johnson JR. 1949. Laboratory experiments in Organic Chemistry. Ed ke-4. The Macmillan. Anonim. 2008. Pengolahan pangan. [Terhubung Berkala]. http://www.iptek.net.id. [23 Maret 2009]. [BPOM] Badan Pengawas Obat Dan Makanan. 2004. Monografi Ekstrak Tumbuhan Obat Indonesia. Jakarta: BPOM RI.
Darmadjati D.S. 1985. Strategi Penelitian Limbah Ubi Kayu di Indonesia. Di dalam F.G. Winarno (ed) Monografi Limbah Pertanian. Kantor menteri muda Urusan Peningkatan Produksi Pangan. David J. 2007. Kajian Nisbah LigninNaHSO3 dan Ph Pada Reaksi Sulfonasi Lignin Kraft Untuk Menghasilkan Natrium Lignosulfonat [Skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Dayo G. 2003, ”Superabsorbent Polymer Composite (SAPC) Materials and their Industrial and High-Tech Applications”, Dissertation, Der Technischen U ät Bergakademie Fiberg University. Erdener K. O¨ mer Barýs_ zu¨m, Dursun Saraydýn, Olgun Gu¨ven, 2006, “Swelling characterization of gammaradiation induced crosslinked acrylamide/maleic acid hydrogels in urea solutions” Materials and Design Journals 27. Gritter RJ, Bobbitt JM, Schwarting AE. 1991. Pengantar Kromatografi. Ed ke2.Kosasih Padmawinata, penerjemah. Bandung: Penerbit ITB. Terjemahan dari: Introduction to Chromatograph. Hwang JK, Penemu: LG Household & Healthcare. 24 feb 2004. Antibacterial Composition Having Xanthorrizol. US patent 6 696 404. Jenie B.S.L dan Fachda.1991. Pemanfaatan Onggok Singkong dan Dedak Padi Untuk Produksi Pigmen Angkik oleh Monescus Purpureus. Pertemuan Ilmiah Tahunan. Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia. Ketaren, S. 1988. Penentuan Komponen Utama Minyak Atsiri Temulawak (Curcuma xanthorrhiza Roxb.) [Skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Lehninger AL. 1982. Dasar-Dasar Biokimia. Maggy Thenawijaya, Penerjemah. Jakarta: Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Principles of Biochemistry.
Lembaga Penelitian Tanah. 2005. Penuntun Analisis Kimia Tanah Dan Tanaman. Bogor: Balai Penelitian Tanah. Marshall WE, Wartelle LH, Boler DE. 1999. Enhanced Metal Adsorption by Soybean Hulls Modified with Citric Acid. Biores Technol 69: 263-268. Netty, MR. Pemanfaatan Onggok Singkong Ternitrasi dan Terasetilasi Sebagai Fase Diam Kromatografi Kolom. [skripsi]. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahian Alam. IPB. Pakpahan A, Pasaribu SM, Djauhari A, Nasution A.1993. Cassava Marketing System In Indonesia. IARD-J.15:52-59. Pudjiastuti L, Suwarno N, Nurhatika S. 1999. Pemanfaatan limbah padat industri tepung tapioka menjadi etanol dalam usaha minimasi pencemaran lingkungan [Laporan Penelitian]. Surabaya: Pusat Penelitian Kementrian Lingkungan Hidup, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Rinaldy W. 1987. Pemanfaatan onggok singkong (Manihot esculenta Crantz) sebagai bahan pembuatan etanol [Tesis]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Santi. 2006. Onggok Sagu Termodifikasi Sebagai Fase Diam dalam Kromatografi
Kolom [skripsi]. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahian Alam. IPB. Sherma J, Fried B, editor. 2001. Handbook of Thin Layer Chromatography. Ed ke-2. New York: Marcel Dekker. Shet Ramakan T, Penemu; Kimberly-Clark Coorperation. 4 Jun, 1996. Sulfonated Cellulose and Method of Preparation. US patent 5 522 967. Sidik, Mulyono MW, Mutadi A. 1995. Temulawak (Curcuma xanthorriza Roxb). Jakarta: Phyto Medika. Skoog DA, Holler FJ, Nieman TA. 1998. Principles of Instrumental Analysis. Ed ke-5. Philadelphia: Harcourt Brace. Suda K, Kanlaya M, Manit S, 2002. ”Synthesis and Property Characterization of Cassava Starch Grafted Polyacrylamide-Maleic Acid Superabsorbent via Gamma Irradiation”, Polymer Journal 43. Tjokroadikoesoemo, S. 1986. HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya. Gramedia. Jakarta. Winarno FG. 1997. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.
LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram Pembuatan Onggok Tersulfonasi 10 gram
120 menit
20 gram 30 gram 10 gram
210 menit
180 menit
240 menit
20 gram 30 gram 10 gram 20 gram 30 gram 10 gram
120 menit
20 gram 30 gram 10 gram
Onggok
270 menit
180 menit
20 gram 30 gram 10 gram
240 menit
20 gram 30 gram 10 gram
120 menit
20 gram 30 gram 10 gram
330 menit
180 menit
20 gram 30 gram 10 gram
240 menit
20 gram 30 gram
Lampiran 2 Diagram proses pembuatan tepung tapioka pada industri kecil
Singkong
Pengupasan Kulit (manusia)
Pencucian
Kulit dan Kotoran
Air Buangan
Pemarutan (mesin) Bubur Singkong
Ampas (Onggok) dikeringkan
Pemerasan dan Penyaringan (manusia)
Manusia
Pompa Air
Pemerasan dan Penyaringan (mesin) Ampas (Onggok) dikeringkan
Limbah Cair
Limbah Cair (dibuang ke lingkungan)
Pengendapan
Lindur Elot
Pengendapan Pati
Pengeringan
Penggilingan dan Pengayakan
Pengeringan Pengepakan Lindur/Elot Kering
Tapioka
Limbah Cair (dibuang ke lingkungan)
Lampiran 3 Diagram pembuatan onggok tersulfonasi (Ramakant, 1996)
100 g pulp onggok
30 gram NaIO4 dalam 425ml air destilat t = 38 ºC, T = 210 menit
pencucian
rendam onggok dalam 400 ml air destilat (pH = 6), agitasi 15 menit. saring. Ulangan 2 kali
20 gram NaHSO3 dalam 400 liter air destilat. T = 37.5 ºC, t= 120 menit
Pencucian kembali.
Cuci dalam 100 ml ethanol anhidrat, selama 15 menit, saring dan kering udarakan.
Cuci dalam 50 ml aseton anhidrat, selama 15 menit, saring dan keringkan pada suhu 22 ºC
Lampiran 4 Perhitungan uji proksimat onggok Kadar air Ulangan Bobot Cawan kosong (g) bobot cawan kosong + sampel (g) Bobot sampel (g) Bobot cawan kosong + sampel ( setelah oven) (g) Bobot Sampel Setelah Oven (g) Kadar air (%) rerata (%)
1 85.6735 95.3116 9.6381 940.8420 8.4107 12.73
2 82.4882 95.1757 12.6878 93.5281 11.0399 12.99 12.86
Contoh Perhitungan
Kadar air =
bobot air 1.2274 g ´ 100% = ´ 100% = 12.73% bobot sampel awal 9.6381 g
Kadar Abu
Bobot Cawan kosong (g) bobot cawan kosong + sampel (g) Bobot sampel (g) Bobot cawan kosong + abu ( setelah oven) (g) Bobot abu (g) Kadar abu (%) rerata (%)a
Ulangan 1 2 33.3302 34.6598 35.3972 37.8705 2.0670 3.2107 33.3526 34.6938 0.0224 0.0340 1.08 1.06 1.07
Contoh Perhitungan Kadar Abu (%) =
Berat Abu ( g ) Berat Sampel ( g )
´ 100% =
0.0224 g ´ 100% = 1.08% 2.067 g
Kadar Lemak Bobot (g) 11.4915 76.7889 76.7729 0.0160
Sampel Labu + lemak Labu + lemak Lemak Contoh Perhitungan Kadar Lemak =
Bobot Lemak ( g ) 0.0160 g ´ 100% = = 0.14% Bobot Sampel ( g ) 11.4915 g
Lampiran 5 Data pengukuran kapasitas absorbsi Onggok awal dan onggok dengan perlakuan pendahuluan Onggok Awal Ulangan 1 2 3 Rerata
Bobot (g) Awal Akhir 1.0045 3.1240 1.0002 2.9905 1.0030 3.5706
QH2O (g/g) 2.11 1.99 2.56 2.22
Praperlakuan Ulangan 1
Waktu (menit) 15 30 45 60 75
Bobot (g) awal akhir 1.0030 3.6740 1.0932 4.2274 1.0357 4.4040 1.0870 4.2521 1.1087 5.7639
QH2O (g/g) 2.66 2.87 3.25 2.91 4.20
Praperlakuan Ulangan 2 Bobot (g) Waktu (menit) 15 30 45 60 75
awal 1.0058 1.0021 1.0341 1.0097 1.0511
akhir 3.9343 3.5692 4.5863 4.0853 4.7545
QH2O (g/g) 2.91 2.56 3.44 3.05 3.52
Praperlakuan Ulangan 3
Waktu (menit) 15 30 45 60 75
Bobot (g) awal akhir 1.0045 3.9075 1.0648 3.9504 1.0025 4.4009 1.0362 4.6007 1.1002 4.9179
QH2O (g/g) 2.89 2.71 3.39 3.44 3.47
Lampiran 6 Kapasitas absorbsi (QH2O) untuk semua perlakuan dengan 3 kali ulangan Ulangan 1
20 juni
Ulangan 2 Bobot
Awal
O1S1W1 O1S1W2 O1S1W3 O1S2W1 O1S2W2 O1S2W3 O1S3W1 O1 S3W2 O2S1W3 O2S1W1 O2S1W2 O1S3W3 O2S2W1 O2S2W2 O2S2W3 O2S3W1 O3S1W2 O2 S3 W3 O3S1W1 O3S1W2 O3S1W3 O3S2W1 O3S2W2 O3S2W3 O3S3W1 O3S3W2 O3S3W3
0.1139
Akhir 1.192
21 juni
Ulangan 3
Bobot QH2O 9.45
Awal
24 juni
rerata
Bobot
Akhir
QH2O
Awal
Akhir
QH2O
0.1005
1.6311
15.23
0.1174
2.4924
20.23
Ulangan 1
Ulangan 2
Ulangan 3
Rerata
9.45
15.23
20.23
14.97
0.1102
1.172
9.63
0.177
2.2602
11.77
0.1403
1.8477
12.17
9.63
11.77
12.17
11.19
0.1577
1.8731
10.88
0.1095
1.902
16.37
0.1565
2.7137
16.34
10.88
16.37
16.34
14.53
0.1048
1.1708
10.17
0.1732
2.6742
14.44
0.1284
2.1147
15.47
10.17
14.44
15.47
13.36
0.1011
1.007
8.22
0.1303
2.7584
20.17
0.2139
3.6812
16.21
8.22
20.17
16.21
14.9
0.1285
2.6445
19.58
0.1806
3.5505
18.66
0.123
2.2312
17.14
19.58
18.66
17.14
14.46
0.1199
1.3538
10.34
0.2642
4.3821
15.58
0.1175
1.1756
13.95
10.34
15.58
13.95
13.29
0.1686
3.3298
18.75
0.1256
3.2354
24.76
0.1004
2.6445
25.34
18.75
24.76
25.34
22.95
0.1778
5.2682
28.63
0.1694
4.6771
26.61
0.1678
4.4802
25.7
28.63
26.61
25.7
26.98
0.1054
3.4276
31.52
0.1226
3.7233
29.37
0.1077
3.0586
27.4
31.52
29.37
27.4
29.43
0.1825
4.8088
25.35
0.1884
5.7763
29.66
0.1403
4.1444
28.54
25.35
29.66
28.54
27.85
0.1695
5.2612
30.04
0.1343
4.824
34.92
0.1047
3.2163
29.72
30.04
34.92
29.72
31.56
0.1117
3.6916
32.05
0.1216
4.065
32.43
0.1762
4.6358
25.31
32.05
32.43
25.31
29.93
0.1373
3.1057
21.62
0.184
4.6699
24.38
0.1039
2.5403
23.45
21.62
24.38
23.45
23.15
0.1172
4.3117
35.79
0.1756
4.9027
26.92
0.1122
3.4905
30.11
35.79
26.92
30.11
30.94
0.1476
4.503
29.51
0.1362
4.2521
30.22
0.3292
10.8076
31.83
29.51
30.22
31.83
30.52
0.1243
3.3946
26.31
0.1213
3.6402
29.01
0.1263
2.7293
20.61
26.31
29.01
20.61
25.31
0.1007
3.169
30.47
0.2006
5.9377
28.6
0.3764
13.4337
34.69
30.47
28.6
34.69
31.26
0.1225
3.4483
27.15
0.2891
6.6897
22.14
0.1664
5.5993
26.64
27.15
22.14
26.64
25.32
0.4217
12.0437
27.56
0.1205
3.8078
30.6
0.0876
2.6954
29.77
27.56
30.6
29.77
29.29
0.1099
3.9454
34.9
0.1769
6.2569
34.37
0.1496
4.4984
29.07
34.9
34.37
29.07
32.78
0.1757
5.3606
29.51
0.1712
4.4785
25.16
0.1862
6.044
31.46
29.51
25.16
31.46
28.71
0.1561
4.5487
28.14
0.2173
4.4111
19.3
0.098
2.5362
24.88
28.14
19.3
24.88
24.11
0.1241
4.3211
33.82
0.2221
8.3287
36.56
0.1035
3.8346
36.05
33.82
36.56
36.05
35.46
0.1271
4.7218
36.15
0.21
7.6461
35.42
0.1249
5.6279
44.06
36.15
35.42
44.06
38.54
0.1087
4.3936
39.42
0.1985
7.0685
34.61
0.1602
4.2677
25.64
39.42
34.61
25.64
33.22
0.1618
5.2002
31.14
0.2238
5.9776
25.7
0.1246
4.7372
37.02
31.14
25.7
37.02
31.29
Lampiran 7 Nilai koefisien Persamaan screening & Analisis Annova untuk sulfonasi onggok menggunakan Software Statistica V.6 Effect
Std.Err.
t(8)
p
-95.%
+95.%
Coeff.
Std.Err.
-95.%
+95.%
Mean/Interc. 25.61472 0.886538 28.89298 0.000000 23.57036 27.65908 25.61472 0.886538 23.57036 27.65908 (1)Oksi (L) 14.47139 2.171565 6.66404 0.000158 9.46375 19.47903 7.23569 1.085783 4.73188 9.73951 Oksi (Q)
5.06458 1.880631 2.69302 0.027368 0.72784 9.40133 2.53229 0.940315 0.36392 4.70066
(2)tSulfo (L) 3.99417 2.171565 1.83930 0.103156 -1.01347 9.00181 1.99708 1.085783 -0.50674 4.50090 tSulfo (Q)
-2.21625 1.880631 -1.17846 0.272475 -6.55299 2.12049 -1.10813 0.940315 -3.27650 1.06025
(3)Wbis (L) 2.79889 2.127691 1.31546 0.224804 -2.10757 7.70535 1.39944 1.063845 -1.05379 3.85268 Wbis (Q)
-2.04417 1.917875 -1.06585 0.317599 -6.46679 2.37846 -1.02208 0.958937 -3.23340 1.18923
1L by 2L
-1.14500 2.605878 -0.43939 0.672005 -7.15417 4.86417 -0.57250 1.302939 -3.57708 2.43208
1L by 2Q
0.38250 2.256757 0.16949 0.869618 -4.82159 5.58659 0.19125 1.128378 -2.41080 2.79330
1Q by 2L
-3.47417 2.256757 -1.53945 0.162257 -8.67826 1.72992 -1.73708 1.128378 -4.33913 0.86496
1Q by 2Q
0.69042 1.954409 0.35326 0.733021 -3.81646 5.19729 0.34521 0.977204 -1.90823 2.59865
1L by 3L
-1.23167 2.605878 -0.47265 0.649089 -7.24083 4.77750 -0.61583 1.302939 -3.62042 2.38875
1L by 3Q
-1.92042 2.348907 -0.81758 0.437268 -7.33701 3.49617 -0.96021 1.174454 -3.66850 1.74809
1Q by 3L
-1.12917 2.256757 -0.50035 0.630301 -6.33326 4.07492 -0.56458 1.128378 -3.16663 2.03746
1Q by 3Q
-2.10187 2.034213 -1.03326 0.331703 -6.79278 2.58903 -1.05094 1.017107 -3.39639 1.29451
2L by 3L
-0.32833 2.605878 -0.12600 0.902843 -6.33750 5.68083 -0.16417 1.302939 -3.16875 2.84042
2L by 3Q
0.16875 2.348907 0.07184 0.944491 -5.24784 5.58534 0.08437 1.174454 -2.62392 2.79267
2Q by 3L
0.11583 2.256757 0.05133 0.960323 -5.08826 5.31992 0.05792 1.128378 -2.54413 2.65996
2Q by 3Q
-1.48063 2.034213 -0.72786 0.487452 -6.17153 3.21028 -0.74031 1.017107 -3.08576 1.60514
Persamaan kapasitas absorbsi dari onggok tersulfonasi Q=25.61+14.47*O+5.064*O2+3.99*S-2.21*S2+2.80*W-2.04*W2-1.14*O*S +0.38*O*S2-3.47*O2*S+0.69*O2*S2-1.23*O*W-1.92*O*W2-1.13O2W2.10*O2*W2-0.33*S*W+ 0.17*S*W2+0.11*S2*W-1.48*S2*W2 Ket: R-sqr =.89736 Q = Persamaan kuadratik L = Persamaan liniear
Lampiran 8 Grafik pengaruh setiap masing-masing variabel bebas (waktu oksidasi, waktu sulfonasi dan bobot bisulfit) terhadap kapasitas absorbsi (Q) tSulfo Waktu sulfonat
Wbis bobot bisulfit
Desirability #98 #97 #96 #95 #94 #93 #92 #91 #90 #89 #88 #87 #86 #85 #84 #83 #82 #81 #80 #79 #78 1. #76 #75 #74 #73 38.540 #72 #71 #70 #69 #68 #67 #66 #65 #64 #63 #62 #61 #60 #59 #58 #57 #56 #55 #54 #53 #52 #51 .5 #49 #48 #47 24.865 #46 #45 #44 #43 #42 #41 #40 #39 #38 #37 #36 #35 #34 #33 #32 #31 #30 #29 #28 #27 #26 #25 #24 0. #22 #21 #20 11.190 #19 #18 #17 #16 #15 #14 #13 #12 #11 #10 #9 #8 #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1
50.000
35.936
Q
0.0000
Desirability
.90479
210.
330.
120.
240.
15.
35.
Q
Oksioksidasi Waktu
Lampiran 9 Kurva Pengaruh interaksi antar variabel-variabel bebas (waktu oksidasi, waktu sulfonasi dan bobot bisulfit) terhadap kapasitas absorbsi (Q)
Desirability Surface/Contours; Method: Spline Fit
0.8 0.6 0.4 0.2
1
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
2
1 0.9 0.8 0.7 0.6
3
Keterangan 1. Hubungan kapasitas penyerapan dengan waktu oksidasi dan waktu sulfonasi sampel 2. Hubungan kapasitas penyerapan dengan waktu oksidasi dan bobot bisulfit 3. Gambar 13 Hubungan kapasitas penyerapan dengan waktu sulfonasi dan bobot bisulfit
Lampiran 10 Grafik hubungan antara data prediksi dengan data pengamatan nilai kapasitas absorbsi (Q) 40
35
Predicted Values
30 Nilai yang Diharapkan
25
20
15
10 5
10
15
20
25
Nilai Observed Hasil Pengamatan Values
30
35
40
45
Lampiran 11 Spektrum FTIR gabungan dari onggok awal (hitam), O1S2W1 (hijau), dan O3S1W3 (biru) 145.0
Laboratory Test Result
140
130 120
2935.78
110
3417.55
100
1640.16
3423.26 1650.98 1029.76
90 3885.83
%T
80
3848.16 3827.30 3765.26
860.92 1037.83 1647.05
930.51 765.61
70
1420.59 1369.68 2930.33
60 576.02 531.50
50
40 1157.59
30
1080.70 3401.58
20
1019.93
15.0 4000.0
3600
3200
2800
2400
2000
1800 1600 cm-1
1400
1200
1000
800
600
450.0
