PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kajian bioprospeksi senyawa aktif dari bahan alam dan cara memperoleh

senyawa aktif murni merupakan salah satu topik penelitian yang terus digali

seiring dengan meningkatnya kebutuhan dan permintaan akan senyawa aktif

murni dalam industri farmasi maupun kimia. Untuk menghasilkan senyawa aktif

murni tersebut maka tahap isolasi, pemisahan, dan pemurnian menjadi langkah

utama yang dibutuhkan dan terus dikembangkan sampai saat ini. Dari beberapa

teknik pemisahan untuk menghasilkan senyawa aktif murni, kromatografi

merupakan teknik yang paling banyak digunakan. Kromatografi merupakan teknik

pemisahan yang cepat, mudah, dan tidak membutuhkan contoh yang banyak

(Sastrohamidjojo 1991).

Pada prinsipnya, semua teknik kromatografi melibatkan dua fase, yaitu fase

diam (stationary phase) dan fase gerak (mobile phase). Klasifikasi utama metode

kromatografi dilakukan berdasarkan fase geraknya, subklasifikasi lebih lanjut

didasarkan pada fase diam dan interaksi antara analit dan fase diam (Miller 1975).

Fase diam dalam kromatografi dapat berupa zat padat atau zat cair, sedangkan

fase gerak dapat berupa zat cair atau gas. Fase diam yang berbentuk zat padat

pada teknik kromatografi untuk selanjutnya disebut material separator dalam

penelitian ini.

Pemilihan dan penggunaan material separator dalam kromatografi

bergantung pada sifat dan jenis senyawa aktif yang akan dipisahkan

(Sastrohamidjojo 1991). Salah satu material separator yang dapat digunakan untuk

pemisahan senyawa aktif adalah material separator yang berbasis senyawa

polisakarida, seperti selulosa dan amilosa. Material separator jenis ini telah

digunakan sebagai fase diam pada kolom HPLC (high performance liquid

chromatography) dan dapat diperoleh secara komersial. Beberapa material

separator berbasis polisakarida adalah kolom HPLC kromasil seperti AmyCoat

yang berbasis amilosa dan CelluCoat yang berbasis selulosa, serta kolom HPLC

Astec Cellulose DMP yang berbasis selulosa. Namun demikian, sampai saat ini

material separator belum dapat diproduksi di Indonesia. Untuk penggunaannya

2

diperoleh dengan cara mengimpor dan harganya relatif mahal. Sebagai ilustrasi

untuk kolom HPLC Astec Cellulose DMP dengan panjang kolom 25 cm, diameter

internal 2,1 mm, dan ukuran partikel sebesar 5 m mempunyai harga 2.365 SGD

(dolar Singapura).

Di dalam material separator berbasis senyawa polisakarida, salah satu

polimer backbone yang dapat digunakan adalah selulosa. Selulosa merupakan

senyawa penyusun utama hampir sebagian besar jaringan tanaman. Jumlahnya

yang cukup banyak menjadikan selulosa sebagai bahan baku potensial yang dapat

digunakan di berbagai industri. Selulosa dapat diisolasi dari kayu dan bahan

organik lainnya. Limbah pertanian seperti ampas sagu atau ela sagu, ampas tebu

atau bagas tebu, jerami padi, ampas tapioka, dan lain-lain dapat dijadikan sumber

alternatif untuk mendapatkan selulosa. Di dalam penelitian ini, 3 jenis limbah

pertanian, yaitu ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi digunakan sebagai bahan

baku untuk menghasilkan polimer backbone pada material separator.

Di Indonesia, potensi ela sagu sangat besar. Sampai saat ini, luas area

tanaman sagu belum dapat diketahui dengan pasti. Namun, beberapa pakar

memperkirakan luas lahan sagu mencapai 2.201.000 ha, dengan luas lahan

terbesar berada di Papua (Papilaya 2009). Satu hektar lahan sagu memiliki rerata

masak tebang 20 pohon dengan tingkat produksi sekitar 4.400 kg tepung sagu.

Sementara itu, nisbah antara tepung sagu dan ela sagu yang dihasilkan adalah 1:6

(Rumalatu 1981 yang diacu Matitaputty dan Alfons 2006). Dengan demikian, ela

sagu yang dapat dihasilkan dapat mencapai kira-kira 58 juta ton.

Beberapa kajian potensi ela sagu telah dilaporkan, yaitu sebagai pakan

ternak (Horigome et al. 1990 yang diacu Bintoro 2008; Matitapputty dan Alfons

2006), sebagai pupuk dan media tumbuh tanaman (Bintoro 2008), juga sebagai

arang briket (Papilaya 2009). Namun, pemanfaatan ela sagu belum maksimal dan

jika limbah ini tidak dikelola dengan baik akan menimbulkan dampak pencemaran

terhadap lingkungan karena menimbulkan bau yang kurang sedap. Selain itu, akan

mencemari sungai terutama daerah aliran sungai di sekitar tempat pengolahan

tepung sagu tersebut karena biasanya sungai menjadi tempat pembuangan ela

sagu. Sampai saat ini, belum ditemukan kajian tentang pemanfaatan selulosa dari

ela sagu sebagai polimer backbone untuk material separator.

3

Selain ela sagu, ampas tebu juga berpotensi sebagai sumber alternatif

selulosa. Ampas tebu atau lazimnya disebut bagas (bagasse) adalah hasil samping

dari proses ekstraksi (pemerahan) cairan tebu di pabrik gula. Pada tahun 2009,

produksi tebu di Indonesia mencapai 2,7 juta ton per tahun dengan luas lahan

400 ribu ha (Direktorat Jenderal Perkebunan 2010). Areal perkebunan tebu di

Indonesia tersebar di Medan, Lampung, Semarang, Solo, dan Makassar. Ampas

tebu yang dapat dihasilkan setiap pabrik gula sekitar 35-40% dari berat tebu yang

digiling (Husin 2007). Jumlah total tebu giling pada tahun 2009 sebesar 33,3 juta

ton sehingga ampas tebu yang dihasilkan mencapai 9,9 juta ton. Sebanyak 60%

dari ampas tebu yang dihasilkan tersebut dimanfaatkan oleh pabrik gula itu sendiri

sebagai bahan bakar, sedangkan sisanya sekitar 3,96 juta ton ampas tebu per tahun

belum dimanfaatkan secara maksimal. Jumlah ini akan terus bertambah seiring

dengan penambahan lahan perkebunan tebu dan peningkatan produktivitas

tanaman tebu yang telah dicanangkan oleh Pemerintah Indonesia dalam rangka

menuju swasembada gula di tahun 2012.

Kajian pemanfaatan bagas tebu selain sebagai bahan bakar adalah sebagai

bahan baku industri kertas, bahan baku industri kanvas rem, pakan ternak

(Tarmidi 2004; Widodo 2006), membran (Rodrigues et al. 2000), campuran

pembuatan asbes (Mubin & Fitriadi 2005), produksi furfural (Wijanarko et al.

2006), produksi bioetanol (Samsuri et al. 2007), metilselulosa (Viera et al. 2007),

plastisizer (Hamid et al. 2009), dan lain-lain. Bagas tebu juga telah dimanfaatkan

sebagai bahan baku pembuatan papan partikel serta bahan bakar. Sampai saat ini,

belum diperoleh informasi mengenai pemanfaatan selulosa dari bagas tebu

sebagai polimer backbone dalam material separator.

Sumber alternatif selulosa lainnya adalah jerami padi. Di Indonesia, limbah

pertanian berupa jerami padi ditemukan dalam jumlah yang cukup banyak.

Perkiraan total produksi padi pada tahun 2011 adalah 67,31 juta ton (BPS 2011).

Menurut Kim dan Dale (2004), nisbah jerami padi terhadap padi yang dipanen

adalah 1,4. Jadi, untuk menghasilkan 1 ton padi akan diperoleh 1,4 ton jerami

padi. Jadi, total potensi jerami padi di Indonesia pada tahun 2011 adalah 94,23

juta ton.

4

Beberapa kajian tentang pemanfaatan jerami padi telah dilaporkan, di

antaranya sebagai bahan baku pembuat kertas (Sun et al. 2000), bahan untuk

pupuk kompos (Zayed dan Abdel-Motaal 2005), bahan baku untuk pakan ternak

(van Soest 2006), karbon aktif (Basta et al. 2009; Fierro et al. 2010), adsorben

(Gong et al. 2008), bahan bakar gas hidrogen (Huang et al. 2010) ), papan partikel

(Li et al. 2011). Sampai saat ini, belum diperoleh informasi mengenai

pemanfaatan selulosa dari jerami padi sebagai polimer backbone dalam material

separator.

Untuk memperbaiki/meningkatkan sifat fisik dan kimia biopolimer yang

dihasilkan dari limbah pertanian berbasis selulosa seperti ela sagu, bagas tebu, dan

jerami padi, maka perlu dilakukan kajian untuk merekayasa biopolimer tersebut

melalui teknik pencangkokan (grafting) dan taut silang (crosslinking). Berbagai

jenis polimer dapat dicangkokkan ke rantai selulosa melalui gugus hidroksil pada

posisi C2, C3, dan C6 (Enomoto-Rogers et al. 2009). Dengan memilih monomer

yang tepat, maka kekuatan mekanik dan stabilitas termal material berbasis

selulosa yang direkayasa/dimodifikasi dengan teknik pencangkokan dan taut

silang juga dapat ditingkatkan (Princi 2005). Selain itu, produk yang dihasilkan

akan memiliki struktur makromolekular seperti gel atau hidrogel, resin polimer,

membran atau material komposit yang dapat diaplikasikan untuk teknologi

pemisahan (Crini 2005).

Berdasarkan analisis peluang dan permasalahan tersebut di atas, maka masih

perlu dilakukan penelitian mengenai rekayasa biopolimer dari limbah pertanian

berbasis selulosa dan mengevaluasi kinerja produk hasil rekayasa dengan cara

mengaplikasikannya sebagai material separator untuk pemisahan senyawa aktif

dari bahan alam pada skala laboratorium. Pada penelitian ini, biopolimer berupa

selulosa diisolasi dari 3 jenis limbah pertanian, yaitu ela sagu, bagas tebu, dan

jerami padi. Isolat selulosa selanjutnya akan digunakan sebagai backbone pada

tahap rekayasa dengan teknik kopolimerisasi cangkok dan taut silang untuk

menghasilkan material separator. Isolat selulosa dari ketiga limbah pertanian

memiliki karakteristik khusus dan berbeda, sesuai dengan jenis limbahnya

sehingga material separator yang dihasilkan juga akan memiliki karakteristik yang

berbeda untuk setiap jenis backbone selulosa yang digunakan. Uji kinerja material

5

separator dievaluasi sebagai kolom pemisahan pada teknik kromatografi untuk

memisahkan senyawa aktif xantorizol pada ekstrak kasar temu lawak.

Rekayasa biopolimer dari limbah pertanian berbasis selulosa untuk

diaplikasikan sebagai material separator seperti yang dilakukan pada penelitian ini

dapat menjadi solusi permasalahan dalam teknologi separasi dan juga

permasalahan yang ditimbulkan akibat pemanfaatan limbah pertanian yang belum

optimal. Selain itu, akan mendorong kemandirian nasional dalam memenuhi

kebutuhan material separator dan penyediaan senyawa aktif xantorizol ekstrak

kasar temu lawak untuk kebutuhan industri farmasi.

Perumusan Masalah

Berbagai limbah pertanian seperti ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi

diketahui mengandung selulosa (Awg-Adeni et al. 2010; Samsuri et al. 2007;

Jiang et al. 2011). Selulosa yang diperoleh dari tanaman berbeda akan memiliki

karakteristik yang berbeda pula, sehingga melalui tahapan isolasi dan pencirian

selulosa akan diperoleh informasi karakteristik selulosa dari ela sagu, bagas tebu,

dan jerami padi. Selanjutnya, selulosa dari ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi

akan dijadikan sebagai backbone pada tahap rekayasa untuk menghasilkan

material separator.

Selulosa merupakan polimer hidrofilik dengan tiga gugus hidroksil reaktif di

tiap unit hidroglukosa, tersusun atas ribuan gugus anhidroglukosa yang

tersambung melalui ikatan 1,4--glikosida membentuk molekul berantai yang

panjang dan linier (Lehninger 1993). Gugus hidroksil pada selulosa ini dapat

dimanfatkan pada saat memodifikasi selulosa, yaitu dengan cara memasukkan

gugus fungsi tertentu pada selulosa melalui teknik pencangkokan. Modifikasi

kimia dengan teknik pencangkokan ini bertujuan memperbaiki dan meningkatkan

sifat hidrofilik atau hidrofobik, elastisitas, kemampuan pertukaran ion, ketahanan

panas, dan ketahanan terhadap serangan mikroba. Modifikasi lebih lanjut terhadap

selulosa melalui teknik taut silang membuat struktur material polimer yang

terbentuk menjadi lebih kuat dan stabil (Saika dan Ali 1999; Princi 2005).

Umumnya, material separator konvensional berbasis pada penggunaan satu

jenis gugus fungsi yang bertindak sebagai tapak dimana proses pemisahan terjadi.

6

Pada penelitian ini, material separator yang dihasilkan memiliki multigugus

fungsi (-OH, -COOH, -COONH2, dsb.) yang diharapkan dapat meningkatkan

resolusi dan efisiensi pemisahan melalui sistem multipartisi. Adanya taut silang

juga dapat membantu proses pemisahan melalui efek sterik, di samping

memberikan kontribusi terhadap stabilitas material separator sehingga lebih tahan

dan dapat diregenerasi untuk penggunaan ulang. Teknik kopolimerisasi

pencangkokan dan taut silang terhadap selulosa dari limbah pertanian berbasis

selulosa yang dipadu dengan proses hidrolisis parsial, memungkinkan diperoleh

material separator dengan multigugus fungsi seperti tersebut di atas.

Secara spesifik permasalahan yang akan diteliti adalah sebagai berikut:

1. Kondisi proses isolasi selulosa dari ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi,

serta karakteristik selulosa yang dihasilkan dari ketiga contoh tersebut di

atas

2. Kondisi proses rekayasa biopolimer untuk menghasilkan material

separator dengan menggunakan selulosa sebagai polimer backbone,

akrilamida sebagai monomer untuk menghasilkan polimer cangkok, dan

N,N-metilena-bis-akrilamida sebagai pereaksi penaut silang.

3. Uji kinerja material separator dalam pemisahan senyawa aktif xantorizol

pada ekstrak temu lawak.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan mendapatkan material separator molekul melalui

rekayasa biopolimer dari limbah pertanian berbasis selulosa dengan teknik

kopolimerisasi cangkok dan taut silang.

Manfaat Penelitian

Material separator yang dihasilkan dari penelitian ini diharapkan dapat

diaplikasikan dalam teknologi separasi senyawa aktif bahan alam, meningkatkan

nilai tambah limbah pertanian berbasis selulosa, dan mendorong kemandirian

nasional dalam memenuhi kebutuhan material separator, serta penyediaan

senyawa aktif xantorizol dalam ekstrak temu lawak untuk kebutuhan industri

farmasi.

7

Hipotesis

Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah:

1. Selulosa yang diperoleh dari ketiga jenis limbah pertanian yang digunakan

bersifat khas/unik. Hal ini akan terlihat melalui nilai derajat polimerisasi,

bobot molekul, indeks kristalinitas, dan stabilitas termal.

2. Material separator dapat diperoleh melalui rekayasa biopolimer selulosa

melalui teknik kopolimerisasi cangkok dan taut silang.

3. Material separator yang dihasilkan dapat memisahkan senyawa aktif

xantorizol secara efektif dan efisien. Hal ini akan terlihat dari efisiensi dan

resolusi pemisahan senyawa tersebut dengan teknik kromatografi.

Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup tahapan penelitian yang dikerjakan adalah sebagai berikut:

1. Analisis komponen kimia ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi

2. Isolasi dan pencirian selulosa yang diperoleh dari ela sagu, bagas tebu, dan

jerami padi.

3. Penentuan kondisi rekayasa biopolimer dengan teknik kopolimerisasi

cangkok dan taut silang dari ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi untuk

menghasilkan material separator

4. Uji kinerja material separator untuk pemisahan senyawa aktif xantorizol

dalam ekstrak kasar temu lawak dengan teknik kromatografi

5. Analisis finansial dan nilai tambah material separator potensial

8

Kebaruan

Kebaruan dari penelitian ini adalah:

1. Teknik isolasi selulosa, khususnya isolasi selulosa dari ela sagu

2. Rekayasa biopolimer selulosa dari ela sagu, bagas tebu, dan jerami padi

dengan teknik pencangkokan dan taut silang menggunakan akrilamida dan

N,N-metilena-bis-akrilamida.

3. Teknik pemisahan senyawa aktif xantorizol dari ekstrak temu lawak

dengan material separator berbasis limbah pertanian