BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA DAN LILIN

LEBAH DENGAN TAMBAHAN NATRIUM ALGINAT

SEBAGAI PENGEMULSI

NOVIYANTI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Bioplastik komposit

pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi

adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum

diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber

informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak

diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks yang dicantumkan dalam

Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2014

Noviyanti

NIM G44090100

ABSTRAK

NOVIYANTI. Bioplastik Komposit Pati Tapioka dan Lilin Lebah dengan

Tambahan Natrium Alginat sebagai Pengemulsi. Dibimbing oleh TETTY

KEMALA dan NOVIYAN DARMAWAN.

Film bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan

natrium alginat sebagai pengemulsi berpotensi menjadi salah satu alternatif bahan

pengemas yang bersifat biodegradabel. Komposisi pati tapioka dan gliserol adalah

tetap, yaitu 8:2. Natrium alginat dan lilin lebah ditambahkan dengan berbagai

perbandingan komposisi, yaitu 19:6, 15:10, 12.5:12.5, 10:15, dan 6:19. Film yang

dihasilkan diuji kuat tarik, bobot jenis, permeabilitas uap air, struktur morfologi,

dan sifat termalnya. Film dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah 6:19

memiliki nilai permeabilitas uap air yang terendah, sedangkan film pada

komposisi 19:6 menunjukkan nilai bobot jenis dan kuat tarik tertinggi sebesar 1.5

g/mL dan 4.1 MPa. Film tersebut memiliki titik leleh dan bobot massa yang

hilang lebih rendah dibandingkan dengan komposisi 6:19 sehingga tidak sesuai

dengan nilai bobot jenis yang diperoleh karena kehomogenan film yang dihasilkan

masih rendah. Analisis morfologi juga menunjukkan permukaan film yang kasar

dan kurang homogen.

Kata kunci: gliserol, lilin lebah, natrium alginat, pati tapioka.

ABSTRACT

NOVIYANTI. Bioplastic Composite of Tapioca Starch and Beeswax with

Addition of Sodium Alginate as Emulsifier. Supervised by TETTY KEMALA

and NOVIYAN DARMAWAN.

Bioplastic film made of tapioca starch and beeswax with addition of sodium

alginate as emulsifier may be a potential alternative for biodegradable packing.

The composition of tapioca starch-glycerol was fixed at 8:2. The sodium alginate-

beeswax was added at various level, i.e. 19:6, 15:10, 12.5:12.5, 10:15, and 6:19.

The films were analyzed for their tensile strength, density, water vapor

permeability, morphology, and thermal properties. The film made of 6:19 sodium

alginate and beeswax addition showed the lowest water vapor permeability,

whereas the film with 19:6 sodium alginate and beeswax addition had the highest

density and tensile strength, i.e. 1.5 g/mL and 4.1 MPa, respectively. The film had

melting point and weight loss lower as compared to the 6:19 composition,

therefore, these characteristic are not corresponding to the density due to in

homogeneousity of the film. Morphology analysis showed the surface was rough

and less homogeneous.

Keyword: beeswax, glycerol, sodium alginate, tapioca starch.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

BIOPLASTIK KOMPOSIT PATI TAPIOKA DAN LILIN

LEBAH DENGAN TAMBAHAN NATRIUM ALGINAT

SEBAGAI PENGEMULSI

NOVIYANTI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Laporan : Bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan

natrium alginat sebagai pengemulsi

Nama : Noviyanti

NIM : G44090100

Disetujui oleh

Dr Tetty Kemala, SSi MSi

Pembimbing I

Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc

Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa ta’ala atas

segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian

yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini diberi judul Bioplastik komposit

pati tapioka dan lilin lebah dengan tambahan natrium alginat sebagai pengemulsi.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Tetty Kemala, SSi Msi selaku

pembimbing pertama dan Bapak Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc selaku

pembimbing kedua. Penghargaan penulis sampaikan kepada staf Laboratorium

Kimia Anorganik serta staf Komisi Pendidikan Departemen Kimia, yang telah

membantu selama penelitian berlangsung dan pengumpulan data. Ungkapan

terima kasih juga disampaikan kepada papah, mamah, dan semua keluarga atas

segala bantuan, doa, dan kasih sayangnya, serta teman seperjuangan Yusni Nur

amalina, Didin Rizki, Naadilah Ramadhan, Asep Sarifudin, Donni Eka Saputra

dan teman-teman yang sedang melakukan penelitian di Labolatorium Anorganik

serta rekan Kimia 46 atas bantuan selama penelitian.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Februari 2014

Noviyanti

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 BAHAN DAN METODE 2

Alat dan Bahan 2 Metode 2

HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Film 5 Bobot Jenis 6 Uji Tarik 7 Analisis Termal 8 Permeabilitas Uap Air 10 Analisis Morfologi 11

SIMPULAN DAN SARAN 11 Simpulan 11 Saran 12

DAFTAR PUSTAKA 12 LAMPIRAN 14

RIWAYAT HIDUP 20

TABEL

1 Komposisi film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan lilin

lebah dan natrium alginat

2

DAFTAR GAMBAR

1 Gambar dumbell 3

2 Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium

alginat dan lilin lebah

5

3 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah terhadap ketebalan

film

6

4 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan bobot jenis

dari film yang dihasilkan

7

5 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai kuat

tarik

7

6 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai

persen elongasi

8

7 Kurva DTA-TGA film dengan komposisi natrium alginat:lilin lebah

19:6 dan 6:19

9

8 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai WVP 10

9 Hasil foto SEM permukaan film dengan komposisi natrium alginat: lilin

lebah 19:6

11

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir penelitian 14

2 Data dan perhitungan ketebalan film 15

3 Data bobot jenis film pati terplastisasi gliserol dengan penambahan agar 16

4 Data dan perhitungan analisis uji tarik film 17

5 Data dan perhitungan permeabilitas uap air film 18

PENDAHULUAN

Penggunaan plastik konvensional terus mengalami peningkatan dari tahun

ke tahun. Plastik ini biasanya terbuat dari hidrokarbon turunan gas dan minyak

bumi yang merupakan sumber daya alam tidak terbarukan. Selain itu, plastik juga

tidak dapat dihancurkan dengan cepat dan alami oleh mikrob penghancur di dalam

tanah. Hal ini mengakibatkan limbah menumpuk sehingga mencemari dan

merusak lingkungan hidup (Cereda 2007). Berdasarkan data dari Deputi

Pengendalian Pencemaran Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KLH) pada

tahun 2012, jumlah sampah di 14 kota besar di Indonesia mencapai 1.9 m3 dan

53% diantaranya merupakan sampah plastik. Oleh karena itu, sekarang banyak

dikembangkan plastik yang bersifat biodegradabel (bioplastik).

Menurut Firdaus (2004), prospek pengembangan biopolimer untuk kemasan

plastik di Indonesia sangat potensial karena adanya sumber daya alam yang

mendukung, salah satunya bersumber dari biomassa pertanian (agroresources)

yang berbentuk polisakarida, seperti dalam bentuk pati dan glukomanan (Pradipta

2012). Kemala et al. (2010) membuat polipaduan antara gabus polistirena-pati

dengan poli(asam laktat) sebagai bahan pengompatibel. Resalina (2013) meneliti

plastik kemasan polietilen tereftalat (PET) bekas ditambahkan pati sagu sebagai

material yang dapat terurai.

Pati tapioka juga berpotensi sebagai bahan utama pembuatan bioplastik,

tetapi film berbahan baku pati bersifat rapuh sehingga perlu dimodifikasi agar

menghasilkan film yang bersifat hidrofobik dan tidak rapuh. Salah satu caranya

ialah dengan penambahan gliserol. Hasanah (2012) membuat film berbahan dasar

pati tapioka dengan penambahan pemlastis gliserol. Film yang dihasilkan tidak

rapuh, homogen, dan transparan, tetapi masih memiliki sifat mekanik yang rendah.

Sifat mekanik dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan lain seperti lipid

dan hidrokoloid lainnya. Ulfiah (2012) telah memodifikasi film pati terplastisasi-

gliserol dengan penambahan natrium alginat. Kuat tarik yang dihasilkan

meningkat dibandingkan dengan film pati dan gliserol, yaitu sebesar 187.50 MPa,

tetapi morfologi film yang dihasilkan masih kurang homogen.

Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Pati

terdiri atas amilosa dan amilopektin. Amilosa mempunyai rantai linear yang

biasanya memiliki hingga 3000 molekul glukosa dan dihubungkan oleh ikatan α-

1,4 glikosida. Amilopektin merupakan polimer rantai bercabang dengan hubungan

antara α-1,4 sebagai tulang punggung dan α-1,6 sebagai jembatan titik

percabangan (Beninca 2008). Sifat pati sangat dipengaruhi oleh nisbah antara

amilosa dan amilopektin. Menurut Chaplin (2006), kadar amilosa pati tapioka

berkisar 20−27%, sedangkan amilopektin berkisar 70−80%.

Dalam penelitian ini, pati tapioka terplastisasi-gliserol dimodifikasi dengan

penambahan natrium alginat sebagai zat pengemulsi dan lilin lebah. Natrium

alginat merupakan polimer alam yang mudah menyerap air (Ulfiah 2012).

Prasetya (2009) mengatakan natrium alginat sering digunakan sebagai pembentuk

gel, pengemulsi, dan penstabil emulsi terutama di industri makanan sehingga

diharapkan membuat larutan pati dan lilin lebah dapat bercampur. Lilin lebah

dalam pembuatan film berfungsi menghambat laju transmisi uap air,

memperlemah kekakuan polimer, sekaligus meningkatkan kelenturan dan

2

kemuluran polimer (Prasetyaningrum 2010). Penambahan natrium alginat dan

lilin lebah ini diharapkan mampu meningkatkan sifat mekanik dan menurunkan

laju transmisi uap air dari film pati tapioka.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah piknometer Pyrex 10 mL, alat uji tarik

Instron 3369, alat penganalisis termal diferensial dan penganalisis

termogravimetri Shimadzu DTG-60H, TA-60WS, dan FC-60A, mikroskop elektron

payaran (SEM) Jeol T330A, pelat mika, dan peralatan kaca. Bahan-bahan yang

digunakan adalah tepung tapioka (kualitas pangan), gliserol (kualitas pangan),

natrium alginat (kualitas pangan), lilin lebah, lem epoksi dan akuades.

Metode

Preparasi Plastik Pati Tapioka (modifikasi Prasetyaningrum 2010 dan

Hasanah 2012)

Komposisi pati tapioka dan gliserol dibuat tetap, yaitu 3 g pati tapioka (60%

b/b) dan 0.75 g gliserol (15% b/b), sedangkan natrium alginat dan lilin lebah

dibuat bervariasi pada berbagai komposisi (Tabel 1). Jumlah total bahan yang

digunakan yaitu 5 g. Semua bahan ditimbang sesuai dengan komposisinya. Pati

dilarutkan dalam 30 mL akuades, kemudian ditambahkan gliserol dan diaduk

hingga homogen dengan pemanasan 50 °C selama 20 menit. Natrium alginat

dimasukkan ke dalam 20 mL akuades yang telah dipanaskan sebelumnya untuk

mencegah penggumpalan, lakukan hingga semua larut dan larutan mendidih. Lilin

lebah ditambahkan ke dalam larutan natrium alginat dan diaduk hingga homogen,

lalu dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam larutan pati tapioka yang sudah

terplastisasi gliserol. Campuran dipanaskan pada suhu 64 °C selama 45 menit

hingga homogen dan mengental. Larutan film yang terbentuk didiamkan selama

10 menit agar terbebas dari gelembung udara dan dicetak pada pelat kaca. Setelah

itu, film dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam, lalu dilepaskan, dan

dianalisis sifat mekanik, permeabilitas uap air, morfologi, bobot jenis, dan sifat

termalnya.

Tabel 1 Komposisi film

Komposisi pati

tapioka-gliserol (%)

Natrium alginat (%) Lilin lebah

(%)

60:15 6 19

60:15 10 15

60:15 12.5 12.5

60:15 15 10

60:15 19 6

3

Penentuan Bobot Jenis

Setiap sampel film dipotong dengan ukuran yang seragam menggunakan

pembolong kertas. Bobot kosong piknometer ditimbang (W0). Potongan sampel

dimasukkan ke dalam piknometer dan ditimbang (W1). Akuades ditambahkan ke

dalam piknometer yang telah berisi potongan sampel hingga tidak terdapat

gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Piknometer yang hanya berisi

akuades juga ditimbang bobotnya (W3). Bobot jenis sampel ditentukan

berdasarkan data yang didapat melalui persamaan 1.

D =(W1-W0)

W3-W0 -(W2-W1)×[D1-Da]+Da (1)

Keterangan:

D = bobot jenis contoh (g/mL)

D1 = bobot jenis air (g/mL)

Da = bobot jenis udara pada suhu percobaan (g/mL)

Uji Tarik (ASTM D638 2005)

Film yang telah dikeringkan dipotong berbentuk dumbell dengan ukuran

panjang 85 mm dan lebar 20 mm (Gambar 1). Kedua ujung sampel film dijepit

pada mesin penguji, lalu panjang awal dicatat dan ujung tinta pencatat diletakkan

pada posisi 0 dalam grafik. Tombol start ditekan dan alat akan menarik sampel

sampai putus. Besarnya kekuatan tarik dan persentase elongasi dapat ditentukan

menggunakan persamaan 2 dan 3.

Gambar 1 Bentuk dumbell

σ =Fmax

A (2)

Keterangan:

𝜎 = kekuatan tarik (MPa)

Fmaks = tegangan maksimum (N)

A = luas penampang lintang (mm2)

%E=∆𝐿

𝐿0×100% (3)

Keterangan:

%E = persentase elongasi (%)

ΔL = pertambahan panjang spesimen (mm)

L0 = panjang spesimen awal (mm)

85 mm

20 mm

4

Uji Termal dengan DTA-TGA (Hasanah 2012)

Film sebanyak 23 mg digerus dalam mortar kemudian dicetak pada pelat

platinum dan dianalisis sifat termalnya. Kondisi alat diatur dan dioperasikan pada

suhu 0−400 °C dengan kecepatan pemanasan 20 °C per menit.

Uji Permeabilitas Uap Air (WVP)

Teknik yang digunakan adalah dengan mengukur laju transmisi uap air

menggunakan metode wet cup yang telah dimodifikasi berdasarkan ASTM E

96−95. Film yang diuji dijadikan penutup cawan petri yang telah diisi akuades.

Bobot akuades yang hilang dipantau berdasarkan fungsi waktu sampai keadaan

tunak dan laju transmisi uap air (WVTR) dihitung dari keadaan tunaknya.

Ketebalan film diukur pada 10 tempat berbeda. Lubang dibuat pada kertas

aluminium dengan luas lubang 10% luas permukaan akuades dan nilainya harus

diketahui dengan pasti. Lubang kemudian ditutup menggunakan film yang

direkatkan dengan lem pada kertas aluminium. Akuades sebanyak 30 mL

dimasukkan ke dalam cawan petri, lalu cawan ditutup dengan kertas alumunium

tersebut. Dengan 30 mL akuades, diharapkan jarak antara permukaan akuades dan

film sebesar 6 mm. Cawan petri yang telah ditutup disimpan selama 1 jam agar

film merekat sempurna. Cawan ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam oven

pada suhu 37±0.5 °C. Sampel diambil dan ditimbang setiap 1 jam selama 5 jam.

Kurva dibuat antara waktu uji (sumbu x) dalam menit dan bobot akuades yang

hilang (sumbu y) dalam gram.

WVTR = bobot air yang hilang (g)

waktu s × luas (m2) (4)

Keterangan:

WVTR = Laju transmisi uap air (g s-1

m-2

)

WVP (g s-1

m-1

Pa-1

)=𝑊𝑉𝑇𝑅

𝑆×(𝑅1−𝑅2)× d (5)

Keterangan:

S = Tekanan udara jenuh pada suhu 37 ˚C (6266.134 Pa)

R1 = RH dalam cawan = 100%

R2 = RH pada suhu 37°C = 81%

d = Ketebalan (m)

Analisis Morfologi dengan SEM (Ulfiah 2012)

Sampel film dimasukkan ke dalam tempat sampel dengan perekat ganda dan

dilapisi dengan logam emas pada keadaan vakum. Sampel yang telah dilapisi

diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV.

5

HASIL DAN PEMBAHASAN

Film

Film dibuat dari pati tapioka yang terlebih dahulu diplastisasi dengan

gliserol untuk meningkatkan kelenturan paduan dan mengurangi keretakan film

berbahan dasar pati. Plastisasi adalah proses terdispersinya molekul pemlastis,

yaitu gliserol ke dalam fase polimer. Proses plastisasi ini dilakukan pada suhu

40 °C. Larutan pati tapioka terplastisasi-gliserol kemudian dicampurkan dengan

larutan natrium alginat dan lilin lebah pada komposisi tertentu (Tabel 1). Proses

selanjutnya ialah gelatinisasi pada suhu 20−27 °C. Gelatinisasi mengakibatkan

ikatan hidrogen intermolekul yang mempertahankan struktur granula pati rusak

dan molekul air masuk sehingga granula pati membengkak dan tidak dapat

kembali kebentuk semula.

Kompatibilitas film dapat dianalisis secara kualitatif melalui pengamatan

visual. Semakin kompatibel suatu film, semakin homogen penampakannya

(Kemala 2010). Hasil pengamatan pada Gambar 2 yang diperoleh dengan

menggunakan kamera digital menunjukkan film yang dihasilkan tidak berwarna,

elastis, dan cenderung transparan. Peningkatan konsentrasi lilin lebah dan

penurunan konsentrasi natrium alginat membuat permukaan film memjadi lebih

kasar dan kurang homogen. Lilin lebah tergolong lipid sedangkan pati bersifat

larut dalam air, maka dibutuhkan suatu zat pengemulsi agar kedua bahan tersebut

dapat saling bercampur. Semakin rendah komposisi natrium alginat yang

ditambahkan sebagai zat pengemulsi, pencampuran pati dengan lilin lebah tidak

berjalan sempurna sehingga homogenitas film yang dihasilkan semakin rendah.

A B C

D E

Gambar 2 Film pati tapioka terplastisasi gliserol dengan penambahan natrium

alginat dan lilin lebah sebesar 19:6 (A), 15:10 (B), 12.5:12.5 (C), 10:15

(D), dan 6:19 (E)

6

Penambahan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah ke dalam pati

tapioka terplastisasi-gliserol juga berpengaruh pada ketebalan film. Penambahan

konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah menaikkan total padatan terlarut dalam

larutan film, sehingga menyebabkan film semakin tebal (Gambar 3). Penelitian ini

menghasilkan bioplastik yang mempunyai ketebalan 0.082−0.117 mm (Lampiran

2). Peningkatan ketebalan terjadi karena lilin lebah dapat membentuk jejaring

kristal yang berbentuk ortorombik pada matriks film sehingga ketebalan film

bertambah (Santoso 2006). Menurut Winarno (2002), bila suatu lemak

didinginkan, hilangnya panas akan memperlambat gerakan molekul-molekul

dalam lemak sehingga jarak antara molekul-molekul lebih pendek. Jika jarak

tersebut mencapai 5 Å, maka akan timbul gaya tarik menarik antar molekul yaitu

gaya Van der Walls. Akibat adanya gaya ini, radikal-radikal asam lemak dalam

molekul lemak akan tersusun berjajar dan saling bertumpuk serta berikatan

membentuk kristal. Ketebalan film ini akan berpengaruh pada permeabilitas uap

air dan sifat uji tarik film.

Gambar 3 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah terhadap

ketebalan film

Bobot Jenis

Penentuan bobot jenis dilakukan untuk melihat keteraturan molekul dalam

menempati ruang. Semakin besar nilai bobot jenis dari suatu polimer, maka

polimer tersebut memiliki tingkat keteraturan yang semakin tinggi (Kemala 2010).

Penentuan bobot jenis dilakukan dengan menggunakan piknometer. Variasi

penambahan komposisi natrium alginat dan lilin lebah pada film pati tapioka

terplastisasi-gliserol menunjukkan perubahan nilai bobot jenis (Gambar 4). Nilai

bobot jenis yang diperoleh pada perbandingan natrium alginat dan lilin lebah 19:6,

15:10, 12.5:12.5, 10:15, dan 6:19 berturut-turut adalah 1.5174, 1.4384, 1.3342,

1.2781, dan 1.2118 g/mL (Lampiran 3). Semakin besar komposisi natrium alginat

dan semakin rendah komposisi lilin lebah, maka semakin besar nilai bobot jenis

yang diperoleh. Menurut Ulfiah (2010), natrium alginat memiliki bobot jenis

sebesar 1.601 g/mL sehingga kenaikan konsentrasi natrium alginat dapat

meningkatkan keteraturan molekul dalam matriks film. Semakin tinggi nilai bobot

jenis suatu bahan, struktur molekulnya semakin rapat dan semakin kuat bahan

yang dihasilkan (Syamsu et al. 2008). Kemala (2010) mengatakan kuat tarik,

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

Teb

al f

ilm

(m

m)

Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah

7

kekerasan, dan kekakuan suatu polimer akan meningkat jika nilai bobot jenisnya

meningkat. Kenaikan tersebut juga terlihat pada nilai kuat tariknya.

.

Gambar 4 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan bobot

jenis dari film yang dihasilkan

Uji Tarik

Uji tarik merupakan salah satu pengujian sifat mekanik dari suatu bahan

polimer. Sifat ini dipengaruhi oleh komponen-komponen penyusun film, yaitu

pati, gliserol, natrium alginat, lilin lebah, dan air. Sifat mekanik film meliputi

besarnya kekuatan tarik dan persentase perpanjangan tarik. Kekuatan tarik

merupakan kekuatan tegangan maksimum spesimen untuk menahan gaya yang

diberikan sedangkan perpanjangan tarik atau elongasi merupakan perubahan

panjang yang terjadi pada ukuran tertentu panjang spesimen akibat gaya yang

diberikan (Stevens 2001). Faktor penting yang memengaruhi sifat mekanik pada

suatu film adalah interaksi tiap komponen penyusunnya. Dengan adanya

peningkatan interaksi maka semakin banyak ikatan antarmolekul (Yusmarlela

2009).

Gambar 5 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai kuat

tarik

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

Den

sita

s (g

/mL

)

Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah

0

1

2

3

4

5

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

Kuat

tar

ik (

MP

a)

Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah

8

Penentuan kuat tarik ini berhubungan erat dengan jumlah komposisi natrium

alginat dan lilin lebah yang ditambahkan. Kuat tarik film yang dihasilkan pada

penelitian berkisar 1.4661−4.0649 MPa (Lampiran 4). Peningkatan konsentrasi

natrium alginat dan penurunan konsentrasi lilin lebah dapat menaikkan nilai kuat

tariknya (Gambar 5). Film pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah sebesar

19:6 menghasilkan kuat tarik yang paling tinggi. Menurut Prasetyaningrum (2010),

konsentrasi lilin lebah yang tinggi dapat menurunkan nilai kuat tarik dari suatu

bahan. Lilin lebah merupakan lipid yang tidak larut dalam air pada saat

pembuatan film sehingga ikatan yang terjadi tidak terbentuk dengan baik dan

menurunkan nilai kuat tariknya.

Hasil uji persen elongasi ditunjukkan pada Gambar 6. Dari data yang

diperoleh menunjukkan secara umum peningkatan konsentrasi natrium alginat

dapat menurunkan nilai persen elongasinya. Konsentrasi natrium alginat yang

tinggi menghasilkan film yang sangat kental sehingga film yang terbentuk lebih

kaku daripada komposisi lainnya (Prasetyaningrum 2010). Pengaruh ini

disebabkan natrium alginat merupakan hidrokoloid yang akan menghasilkan

struktur matriks yang kokoh sehingga film menjadi kaku dan mudah patah

sedangkan lilin lebah mempunyai sifat untuk memperlemah kekakuan dan

meningkatkan kelenturan dan kemuluran polimer sehingga sifat elastis film dapat

bertambah. Nilai elongasi mengalami peningkatan dari komposisi natrium alginat

dan lilin lebah 19:6 sampai 10:15 tetapi pada komposisi 6:19 terjadi penurunan

nilai elongasinya yaitu 5.9%. Hal ini disebabkan pada komposisi 6:19 campuran

melampaui titik jenuh sehingga lilin lebah yang berlebih berada pada fase

tersendiri di luar fase pati yang menyebabkan film semakin tidak homogen.

Gambar 6 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai

persen elongasi

Analisis Termal

Analisis termal merupakan pengukuran sifat fisik dan kimia bahan polimer

sebagai fungsi suhu. Analisis termal ini menggunakan alat DTA-TGA. Secara

umum terdapat tiga kurva pada termogram yang dihasilkan dari analisis termal

0

2

4

6

8

10

12

14

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

Elo

ngas

i (%

)

Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah

9

menggunakan DTA-TGA, yaitu kurva kenaikan suhu, DTA, dan TGA. TGA

adalah suatu teknik analitik untuk menentukan stabilitas termal suatu material dan

fraksi komponen volatil dengan menghitung perubahan bobot yang dihubungkan

dengan perubahan suhu (Asy’ari 2013). Pada suhu tertentu akan terjadi degradasi

senyawa-senyawa pada sampel. Hasil TGA pada komposisi natrium alginat dan

lilin lebah 19:6 menunjukkan berat massa yang hilang sekitar 18.0640 mg atau

69.5% sedangkan untuk komposisi 6:19 berat massa yang hilang, yaitu sebesar

19.3960 mg atau 74.3% selama 20 menit. Semakin tinggi konsentrasi lilin lebah

yang ditambahkan membuat berat massa polimer yang hilang lebih banyak karena

film semakin tidak homogen sehingga komponen penyusunnya masih berada pada

fase tersendiri yang menyebabkan semakin mudah polimer tersebut mengalami

degradasi.

Gambar 7 Kurva DTA-TGA film dengan komposisi natrium alginat dan lilin

lebah 19:6 (a) dan 6:19 (b)

10

Prinsip analisis DTA adalah pengukuran panas yang diserap atau dilepaskan

dari suatu sampel yang diamati dengan cara mengukur perbedaan suhu antara

material sampel dengan pembanding. Pembanding yang digunakan adalah

Al(OH)3. Perubahan panas yang dicatat akibat adanya reaksi dalam sampel baik

secara endotermik maupun eksotermik. Reaksi endotermik menunjukkan suhu

sampel lebih rendah dari suhu pembanding sedangkan reaksi eksotermik

menunjukkan suhu sampel lebih tinggi dari suhu pembanding. Secara umum,

kurva DTA yang dihasilkan menunjukkan suhu transisi yang tidak tajam, tetapi

cenderung melebar. Hal ini menggambarkan sifat polimer yang cenderung amorf.

Hasil DTA dari kedua film menunjukkan suhu leleh sebesar 124.58 °C untuk

komposisi film natrium alginat dan lilin lebah 19:6 dan untuk komposisi 6:19

yaitu sebesar 130.20 °C (Gambar 7). Pada proses ini terjadi perubahan atau

transisi fase dari komponen penyusun film. Data DTA TGA ini tidak sesuai

dengan nilai bobot jenis yang diperoleh. Semakin tinggi nilai bobot jenis, semakin

tinggi pula suhu lelehnya. Hal ini disebabkan oleh kurang homogennya film yang

dihasilkan sehingga mempengaruhi peningkatan atau penurunan titik leleh saat

pengujian terutama pada film dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah

6:19.

Permeabilitas Uap Air

Analisis permeabilitas uap air dilakukan untuk mengetahui daya tembus

film oleh uap air. Permeabilitas uap air (WVP) merupakan salah satu sifat penting

yang menunjukkan ketahanan suatu film dalam menjaga kandungan uap air dalam

bahan yang dikemas terutama dalam sistem pangan. Semakin besar nilai WVP,

maka semakin buruk pula film tersebut dapat diaplikasikan sebagai bahan

kemasan karena semakin banyak uap air yang dapat tembus ke dalam film

menyebabkan kadar air bahan yang dikemas semakin meningkat (Asy’ari 2013).

WVP dilakukan dengan terlebih dahulu mengukur laju transmisi uap air

berdasarkan metode ASTM E 96−95. Pengukuran laju transmisi uap air ini

dilakukan selama 5 jam karena menurut Hu (2001) pada waktu 5 jam tersebut laju

transmisi uap air telah berada pada kondisi steady state.

Gambar 8 Hubungan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah dengan nilai

WVP

0

1

2

3

4

5

6

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

WV

P (

x1

0-9

gs-1

m-1

Pa-1

)

Konsentrasi natrium alginat : lilin lebah

11

Penambahan natrium alginat dan lilin lebah pada film pati tapioka

menunjukkan adanya perubahan nilai permeabilitas uap air. Semakin banyak

konsentrasi lilin lebah yang ditambahkan pada film, nilai permeabilitas uap air

pada film semakin menurun (Gambar 8). Nilai WVP terbesar dihasilkan pada film

dengan komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6 yaitu sebesar 5.6219x10-9

gs-1

m-1

Pa-1

. Pada komposisi 15:10, 12.5:12.5, dan 10:15 nilai WVP yang

diperoleh adalah 5.2108x10-9

, 4.8603x10-9

, dan 4.5621x10-9

gs-1

m-1

Pa-1

. Nilai

WVP terkecil yaitu pada komposisi 6:19 sebesar 4.4042x10-9

gs-1

m-1

Pa-1

(Lampiran 5). Lilin lebah berguna untuk menahan laju transmisi uap air. Pada

waktu pengeringan, lilin lebah membentuk jejaring kristal sehingga dapat

berfungsi sebagai penahan uap air. Menurut Deberaufort (1993) laju transmisi uap

air akan menurun dengan meningkatnya sifat hidrofobik dari senyawa penyusun

film.

Analisis Morfologi

Analisis morfologi dilakukan untuk mengetahui kehomogenan film.

Analisis dilakukan menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM). Film yang

dianalisis adalah yang paling homogen yaitu pada komposisi natrium alginat dan

lilin lebah 19:6. Analisis menggunakan SEM dilakukan dengan perbesaran 1500

kali. Gambar SEM (Gambar 9) menunjukkan hasil yang kurang homogen dengan

permukaan yang kasar. Permukaan kasar tersebut diduga akibat kurang

homogennya pencampuran pati dan lilin lebah.

Gambar 9 Hasil foto SEM permukaan film dengan komposisi natrium alginat dan

lilin lebah 19:6

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Film pati tapioka terplastisasi-gliserol dengan komposisi natrium alginat dan

lilin lebah 19:6 merupakan komposisi yang optimum karena memiliki tingkat

keteraturan molekul yang tinggi sehingga nilai kuat tarik dan bobot jenisnya juga

meningkat, namun masih memiliki nilai permeabilitas uap air yang tinggi.

12

Analisis termal film pada penambahan konsentrasi natrium alginat dan lilin lebah

19:6 menunjukkan berat massa yang hilang dan titik leleh yang lebih rendah

dibandingkan dengan komposisi 6:19 karena pada komposisi 6:19 film yang

dihasilkan mempunyai homogenitas yang rendah sehingga mempengaruhi saat

pengujian. Morfologi film pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6

mempunyai permukaan yang kasar karena pencampuran antara pati dan lilin lebah

yang belum sempurna.

Saran

Perlu dilakukan pengadukan menggunakan homogenizer pada pembuatan

film sehingga menghasilkan film yang lebih homogen. Penggunaan zat

pengemulsi dapat diganti menggunakan zat pengemulsi alami atau sintetik agar

pati dan lilin lebah dapat bercampur dengan baik. Perlu dilakukan juga pengujian

adesif, kelarutan, permeabilitas gas oksigen dan karbon dioksida, serta analisis

derajat kristalinitas menggunakan difraktogram sinar-x (XRD). Selain itu,

penggantian lilin lebah dengan lipid atau bahan komposit film lainnya juga dapat

dilakukan agar menghasilkan film dengan sifat mekanik yang lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

[ASTM] America Sociaty for Testing and Materials. 2005. Standard Test Methods

for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. Philadelphia (US): ASTM.

Asy’ari A. 2013. Film biodegradabel karaginan yang dipadukan dengan tepung

kedelai [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Beninca C. 2008. Thermal Behaviour of Corn Starch Granules Modified by Acid

Treatment at 30 and 50 oC. Ecletica Quimica 33:3.

Cereda M. 2007. Characterization of Edible Film of Cassava Starch by Electron

Microscopy. J Food Technology :91-95.

Chaplin M. 2006. Starch as an ingredients: manufacture and applications. Di

dalam: Eliasson AC, editor. Starch in Food: Structure, Function, and

Application. Boca Raton (US): CRC Press.

Debeaufort F, Martin Polo M, dan Volley. 1993. Polarity Homogenity and

Structure Affect Water Vapour Permeability of Model Edible Film. J Food

Sci. 58:426-434.

Firdaus F, Chairil Anwar. 2004. Potensi limbah padat-cair industri tepung tapioka

sebagai bahan baku film plastik biodegradabel. J Sains-teknologi LOGIKA

1(2):38-44.

Hasanah N. 2012. Pembuatan dan pencirian plastik pati tapioka dengan pemlastis

gliserol [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Hu Y, Topolkaraev V, Hiltner A, dan Baer E. 2001. Measurement of water vapor

transmission rate in highly permeable films. J App Polym Sci. 81:1624-1633.

Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian paduan

polistirena-pati. Indones J Mat Sci. 12(1):30-35.

13

Kementerian Lingkungan Hidup. 2012. Pengelolaan Sampah Perkotaan di

Indonesia. Bahan Menteri Lingkungan Hidup dalam Pembahasan RUU

tentang Pengelolaan Sampah.

Pradipta IMD, Mawarani MJ. 2012. Pembuatan dan karakterisasi polimer ramah

lingkungan berbahan dasar glukomanan umbi porang. J Sains dan Seni

POMITS 1(1):1-6.

Prasetya T. 2009. Pra perancangan pabrik pembuatan natrium alginat (Na-alginat)

dari rumput laut coklat (Phaeophyceae) dengan proses ekstraksi [Skripsi].

Medan (ID): Universitas Sumatera Utara.

Prasetyaningrum A, Rokhati N, Kinasih DN, Wardhani FDN. 2010. Karakterisasi

bioactive edible film dari komposit alginat dan lilin lebah sebagai bahan

pengemas makanan biodegradable. Seminar rekayasa kimia dan Proses,

ISSN:1411-4216.

Santoso B. 2006. Karakterisasi komposit edible film buah kolang kaling (Arenge

pinnata) dan lilin lebah (beeswax). J Teknol Indust Pangan 2(1):17.

Stevens MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I, penenerjemah. Jakarta (ID):

Erlangga. Terjemahan dari Polymer Chemistry: An Introduction.

Syamsu K, Pandji C, Waldi J. 2008. Karakterisasi bioplastik poli-β-

hidroksialkanoat yang dihasilkan oleh Ralstonia eutropha pada

substrathidrolisat pati sagu dengan pemlastis isopropil palmitat. J Teknol

Pertan. 3(2):68-78.

Ulfiah. 2012. Pencirian edible film tepung tapioka terplastisasi gliserol dengan

penambahan natrium alginat [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Winarno FG. 2002. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta (ID): Gramedia.

Yusmarlela J. 2009. Studi pemanfaatan plastisizer gliserol dalam film pati ubi

dengan pengisi serbuk batang ubi kayu [tesis]. Medan (ID): Universitas

Sumatra Utara.

14

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Larutan natrium

alginat dan lilin lebah

Pembuatan Film

Kemasan

Pati tapioka terplastisasi

gliserol

Film

Pati tapioka terplastisasi gliserol

dengan penambahan natrium

alginat dan lilin lebah

Uji

Tarik

Bobot

Molekul

SEM

DTA/TGA

Permeabilitas

uap air

Komposisi natrium

alginat-lilin lebah

19:6. 15:10. 12.5:12.5,

10:15, 6:19

15

Lampiran 2 Data dan perhitungan ketebalan film

Ulangan

Tebal Tebal film (mm)

lakban (mm) Konsentrasi natrium alginat:lilin lebah

4 lapis 19:6 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

1 0.961 0.080 0.100 0.105 0.110 0.11

2 0.961 0.080 0.085 0.105 0.100 0.110

3 0.941 0.070 0.080 0.105 0.100 0.120

4 0.951 0.080 0.095 0.115 0.115 0.120

5 0.961 0.080 0.100 0.110 0.120 0.115

6 0.951 0.090 0.090 0.115 0.115 0.115

7 0.951 0.085 0.090 0.110 0.115 0.120

8 0.951 0.095 0.090 0.110 0.120 0.115

9 0.941 0.085 0.090 0.115 0.110 0.115

10 0.941 0.080 0.095 0.115 0.115 0.120

Rerata (mm) 0.951 0.082 0.092 0.110 0.112 0.117

Contoh perhitungan:

Rerata = Ketebalan film

Banyaknya ulangan

= 0.080+0.080+0.070+0.080+0.080+0.090+0.085+0.095+0.085+0.080 mm

10

= 0.082mm

16

Lampiran 3 Data bobot jenis film bioplastik komposit pati tapioka dan lilin lebah

dengan penambahan natrium alginat

Suhu = 28°C

D1 = 0.99623g/mL

D0 = 0.00125g/mL

konsentrasi

na-alginat:lilin

lebah

W0

(gram)

W1

(gram)

W2

(gram)

W3

(gram)

D

(g/mL)

Drerata

(g/mL)

19:06

9.9568 9.9579 20.0966 20.0962 1.5648

1.5174 9.9568 9.9576 20.0965 20.0962 1.5932

9.9568 9.9575 20.0964 20.0962 1.3942

15:10

9.9568 9.9577 20.0965 20.0962 1.4937

1.4384 9.9568 9.9576 20.0964 20.0962 1.3279

9.9568 9.9577 20.0965 20.0962 1.4937

12.5:12.5

9.9568 9.9576 20.0964 20.0962 1.3279

1.3342 9.9568 9.9575 20.0964 20.0962 1.3942

9.9568 9.9577 20.0964 20.0962 1.2805

10:15

9.9568 9.9574 20.0963 20.0962 1.1952

1.2781 9.9568 9.9575 20.0964 20.0962 1.3942

9.9568 9.9573 20.0963 20.0962 1.2450

6:19

9.9568 9.9574 20.0963 20.0962 1.1952

1.2118 9.9568 9.9573 20.0963 20.0962 1.2450

9.9568 9.9574 20.0963 20.0962 1.1952

Contoh Perhitungan :

Bobot jenis pada komposisi natrium alginat dan lilin lebah 19:6 ulangan 1

D = W1 − W0

W3 − W0 − W2 − W1 × D1 − D0 + D0

D = 9.9579-9.9568

20.0962-9.9568 - 20.0966-9.9579 × 0.99623 − 0.00125 + 0.00125

= 1.5648 𝑔

mL

Drerata = Bobot jenis

Banyaknya ulangan =

(1.5648 + 1.5932 + 1.3942)𝑔

mL

3

= 1.5174 𝑔

mL

17

Lampiran 4 Data dan perhitungan analisis uji tarik film

Konsentrasi

na-

alginat:lilin

lebah

Ulan

gan

Gaya

maks

(N)

∆P maks

(mm)

Luas

(mm2)

Kuat

tarik

(MPa)

Elongasi

(%)

rerata

Kuat

tarik

(MPa)

Elongasi

(%)

19:06 1 4.3842 1.3619 1.65 2.6571 1.6 4.0649 5.3

2 9.0300 7.6933 1.65 5.4727 9.1

15:10 1 4.8956 11.5387 1.83 2.6752 13.6 3.3053 8.1

2 7.2019 2.1415 1.83 3.9355 2.5

12.5:12.5 1 3.6059 4.0777 2.21 1.6316 4.8 2.5264 8.4

2 7.5609 10.2436 2.21 3.4212 12.1

10:15 1 8.2902 2.6201 2.24 3.7010 3.1 3.4480 12.3

2 1.4496 18.3339 2.24 0.6472 21.6

6:19 1 5.0777 4.2950 2.34 2.1700 5.1 3.6329 5.9

2 1.7838 5.6860 2.34 0.7623 6.7

Panjang film mula-mula (P0) = 85 mm

Contoh Perhitungan:

Kuat tarik = Fmaks

Luas

= 4.3842 N

1.65 mm2= 2.6571 MPa

Rerata kuat tarik =Fmaks1+Fmaks2

2= 2.6571+5.4727 MPa

2

= 4.0649 MPa

%E = ∆P

P0

×100% =1.3619 mm

85 mm×100% = 1.6%

Rerata %E =%E1+%E2

2=

1.60% +9.05 %

2= 5.3%

18

Lampiran 5 Data dan perhitungan permeabilitas uap air film

Jam ke-

Bobot yang hilang (gram)

konsentrasi na-alginat:lilin lebah

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

1 0.2319 0.2351 0.1605 0.1740 0.1286

2 0.1993 0.2239 0.1573 0.1598 0.1217

3 0.1841 0.1754 0.1024 0.1024 0.0956

4 0.1621 0.1680 0.0944 0.0952 0.0866

5 0.1520 0.1565 0.0853 0.0876 0.0809

Rerata 0.1859 0.1918 0.1200 0.1238 0.1027

Jam ke-

Water vapor transmission rate (WVTR) (g s-1

m-2

)

Konsentrasi na-alginat:lilin lebah

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

1 0.1012 0.0831 0.0701 0.0682 0.0561

2 0.0870 0.0792 0.0687 0.0626 0.0531

3 0.0804 0.0620 0.0447 0.0401 0.0417

4 0.0708 0.0594 0.0412 0.0373 0.0378

5 0.0663 0.0553 0.0372 0.0343 0.0353

Rerata 0.0811 0.0678 0.0524 0.0485 0.0448

Jam ke-

Water vapor permeability (WVP) (g s-1

m-1

Pa-1

)

Konsentrasi na-alginat:lilin lebah

19:06 15:10 12.5:12.5 10:15 6:19

1 7.0137x10-09 6.3879x10

-09 6.5018x10-09 6.4121x10

-09 5.5160x10-09

2 6.0277x10-09 6.0836x10

-09 6.3721x10-09 5.8888x10

-09 5.2200x10-09

3 5.5680x10-09 4.7658x10

-09 4.1482x10-09 3.7735x10

-09 4.1005x10-09

4 4.9026x10-09 4.5647x10

-09 3.8241x10-09 3.5082x10

-09 3.7145x10-09

5 4.5972x10-09 4.2522x10

-09 3.4555x10-09 3.2281x10

-09 3.4700x10-09

Rerata 5.6219x10-09 5.2108x10

-09 4.8603x10-09 4.5621x10

-09 4.4042x10-09

Contoh perhitungan:

WVTR =bobot hilang

waktu s ×luas m2

=0.2319gram

3600s×0.00063643m2= 0.1012

gsm2

19

Permeabilitas uap air =WVTR

S× R1-R2 ×ketebalan

=0.1012

gsm2

6266.134 Pa× 1-0.81 ×0.000082 m

=1.0208×10−9 gs m Pa

20

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 5 April 1991 dari ayah Husen dan

ibu Rohmanih. Penulis merupakan putri ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2009

penulis lulus dari SMA Negeri 4 Bekasi dan pada tahun yang sama lulus ujian

SMPTN. Penulis diterima di Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Kimia

Polimer pada tahun ajaran 2012/2013. Penulis juga pernah aktif pada himpunan

mahasiswa Imasika sebagai staf Departemen Peningkatan Kualitas dan

Keprofesian Mahasiswa. Penulis juga pernah menjadi panitia dalam acara Reaktan

47, Improved self and soft skill & stadium generale 2010, dan Rakernas XI

Ikahimki 2011. Pada bulan Juli-Agustus 2012 penulis melaksanakan Praktik

Lapangan di Balai Besar Pengembangan dan Penelitian Pascapanen Bogor dengan

judul laporan praktik lapang yaitu Pengaruh Pelarut pada Aktivitas Antibakteri

Filtrat Bawang Putih (Allium sativum L.) dan Proses Mikroenkapsulasinya.