Pengaruh Komposisi Kitosan terhadap Sifat Mekanik dan Biodegradable Bioplastik

Yunita Dwi Hartatik1, Lailatin Nuriyah1, Iswarin1

1)Jurusan Fisika FMIPA Univ. BrawijayaEmail: dwi2arta@gmail.com

Abstrak

Bioplastik merupakan bahan alternatif untuk menggantikan plastik kemasan konvensional agar tidakmencemari lingkungan. Bioplastik dibuat dengan polimer alam sebagai bahan utama sehingga mudah dicernaoleh mikroorganisme. Penambahan kitosan pada bioplastik diharapkan mampu menghasilkan bioplastik yangtahan lama. Kitosan merupakan biopolimer yang memiliki zat antimikrobial sehingga dapat digunakansebagai bahan pengawet. Pada penelitian ini dipelajari mengenai pengaruh penambahan kitosan terhadapsifat mekanik dan degradasi bioplastik.

Pembuatan bioplastik menggunakan metode blending dan dikeringkan pada suhu ruang (22,00,5)Cdengan kelembapan (451)% selama 4 hari. Bahan utama bioplastik yang digunakan berupa pati ubi kayu,agar-agar, dan gelatin dengan sorbitol dan gliserol sebagai pemlastis. Variasi komposisi kitosan yangditambahkan adalah 0%, 1%, 2%, 3% dan 5%. Karakterisasi bioplastik dilakukan dengan uji tarik dan ujibiodegradable. Pada sebagian sampel uji tarik dilakukan uji pengaruh pemanasan bioplastik pada suhu 45Cterhadap nilai kuat tarik.

Hasil penelitian menunjukkan nilai kuat tarik optimum sebesar (9,85 1,51) MPa pada penambahankitosan 1%. Sedangkan pengaruh pemanasan bioplastik pada suhu 45C telah menambah nilai kuat tarikoptimum pada penambahan kitosan 3% sebesar (10,88 0,79) MPa. Bioplastik terdegradasi hampir 75%dalam 15 hari.

Kata kunci: bioplastik, pati ubi kayu, kitosan, kuat tarik, biodegradable

PendahuluanPlastik kemasan merupakan wadah atau

tempat untuk memberikan perlindungan sesuaitujuannya [1]. Sebagian besar penggunaan plastikkemasan adalah sebagai pembungkus makanankarena memiliki kelebihan antara lain bersifatkuat, ringan, fleksibel, tahan lama dan murah.

Selain mempunyai kelebihan yang sangatbermanfaat, plastik kemasan menimbulkanpermasalahan bagi lingkungan. Sampah yangdihasilkan oleh plastik kemasan sulit terdegradasi.Keadaan sampah yang sulit terdegradasimendorong banyak pihak untuk melakukanpenelitian membuat plastik kemasan yang mudahterdegradasi.

Plastik biodegradable yang sering disebutdengan bioplastik merupakan plastik yang dapatdigunakan layaknya plastik konvensional tetapimudah terdegradasi secara alami. Di Indonesia,penelitian bioplastik sendiri sudah banyakdilakukan. Bioplastik yang dihasilkan terbuat daripolimer alam, yaitu polisakarida dan protein[3][6-8].

Bioplastik terbuat dari polisakarida sudahdilakukan di Jurusan Fisika Universitas Brawi-jaya oleh Badriyah (2007) dan Nurmalia (2008).Bioplastik yang dihasilkan ini tidak tahanterhadap lingkungan sehingga perlu ditambahkanpengawet.

Salah satu pengawet dari bahan alam adalahkitosan. Kitosan merupakan modifikasi proteindari kitin yang ditemukan pada kulit udang,kepiting, lobster dan serangga. Kitosan mem-punyai sifat yang baik untuk dibentuk menjadiplastik dan mempunyai sifat antimikrobakterial[2]. Kitosan juga mudah terdegradasi dan mudahdigabungkan dengan material lainnya [9]. Olehkarena itu penulis melakukan penambahan kitosanpada bioplastik untuk mempelajari sifat mekanikdan kemampuan degradasinya.

Pada penelitian ini dipelajari pengaruhpemberian kitosan pada sifat mekanik bioplastik,pengaruh pengujian pemanasan pada suhu 45Cterhadap kuat tarik bioplastik dan pengaruhkitosan pada degradasi bioplastik yang dihasilkan.

MetodeBahan utama pada penelitian ini adalah

biopolimer dan pemlastis. Biopolimer yangdigunakan adalah pati ubi kayu, agar-agar dangelatin. Unsur pemlastis yang digunakan adalahsorbitol dan gliserol. Rasio antara biopolimer danpemlastis adalah 3:2 dan rasio sorbitol dangliserol 1:1. Selanjutnya, pada bahan utama akanditambah kitosan dengan konsentrasi 0%,1%, 2%,3% dan 5%.

Pembuatan bioplastik dilakukan menggu-nakan metode blending yaitu dengan mencam-

purkan semua bahan menjadi satu dan dipanaskanhingga suhu (902)C. Adapun pembuatanbioplastik dilakukan dalam empat tahapan. Tahappertama yaitu dengan mencampur semua bahanutama, kemudian diaduk perlahan dan didiamkanselama 10 menit. Tahap kedua melarutkan kitosanke dalam asam asetat. Selanjutnya dituangkan kedalam bahan utama. Tahap ketiga yaitupemanasan dan pengadukan bahan yang dilakukansecara terus menerus hingga larutan mencapaisuhu (902)C. Pengadukan ini untuk menghi-langkan gelembung pada sampel. Tahap terakhiradalah pencetakan dengan menuangkan bahanpada loyang teflon secara merata. Kemudianbioplastik dikeringkan dengan cara disimpan padaruangan bersuhu (22,00,5)C dengankelembaban (451)%.

Uji Mekanik BioplastikSifat mekanik bioplastik diketahui dari uji

mekanik yakni dengan uji tarik bioplastikmenggunakan Tensile Strenght ZP recorder 50 NImada. Uji tarik akan mendapatkan informasimengenai kuat tarik dan elongasi bioplastik.Kemudian sampel dianalisis dengan persamaan(1) dan persamaan (2).= = (1)% = 100% (2)Pengujuan Pengaruh Suhu

Pengujian pengaruh suhu dilakukan padapemanasan sampel pada suhu 45C. Sampeldimasukkan pada oven bersuhu 45C selama 1jam sebagai perlakuan dan didinginkan, lalusampel diuji tarik.

Uji Ketahanan terhadap MikrobaUji ketahanan terhadap mikroba ditunjukkan

dengan tingkat kerusakan bioplastik. Kerusakanbioplastik dapat diketahui dari pengurangan massabioplastik saat dikubur dalam tanah. Sebelumdikubur, sampel ditimbang sebagai massa awal(m0). Kemudian dikubur dalam tanah denganvariasi waktu selama 5 hari, 10 hari dan 15 hari.Sampel bioplastik yang sudah dikubur tersebutlalu diambil, dikeringkan dan ditimbang. Massabioplastik yang telah dikubur disebut sebagai m1.Nilai presentase pengurangan massa rata-rata daribioplastik yang telah dikubur diperoleh melaluipersamaan (3).% = 100% (3)

Hasil dan PembahasanHasil Bioplastik

Gambar 1 merupakan gambar dari bioplastikyang dihasilkan, yaitu berupa lembaran tipis,transparan yang tidak tembus pandang, danelastis. Bioplastik dengan tambahan kitosan yanglebih banyak, tampak sedikit basah, berbau tajamdan asam. Bau tajam dan asam pada bioplastikdisebabkan oleh asam asetat yang digunakansebagai pelarut kitosan. Bioplastik ini mempunyaiketebalan sekitar 70-145 m.

Gambar 1. Bioplastik yang dihasilkan berupalembaran tipis dan transparan

Sifat Mekanik BioplastikSifat mekanik bioplastik diketahui dari

respon uji tarik. Uji tarik yang telah dilakukanmemberikan informasi kuat tarik dan elongasibioplastik.

Kuat tarik merupakan gaya maksimum yangdapat ditahan oleh bioplastik hingga terputus.Gambar 2 menunjukkan bahwa pada penambahankitosan sebesar 1% dan 2%, nilai kuat tarikbioplastik mengalami kenaikan, sedangkan padapenambahan kitosan sebanyak 3% dan 5%, nilaikuat tarik bioplastik mengalami penurunan. Hasilpenambahan kitosan pada bioplastik menunjukkanbahwa adanya interaksi dalam film campuran(bioplastik pati-kitosan). Penambahan kitosandapat menambah nilai kuat tarik pada bioplastik.Semakin banyak kitosan yang ditambahkan, makanilai kuat tarik bioplastik akan menurun. Dengankata lain, bioplastik yang dihasilkan akanmempunyai sifat yang rapuh.

Pemanasan bioplastik pada suhu 45Cmenghasilkan kuat tarik bioplastik cenderungnaik. Kenaikan nilai kuat tarik disebabkan karenaberkurangnya kandungan air pada bioplastik. Jadistruktur molekul pada bioplastik semakin rapatdan homogen yang menyebabkan kuat tariksemakin besar.

Gambar 2. Grafik kuat tarik bioplastik

Uji tarik pada bioplastik menyebabkanperubahan pertambahan panjang pada sampelyang disebut dengan elongasi. Gambar 3 meru-pakan grafik nilai elongasi pada bioplastik padasuhu ruang 21C dan bioplastik denganpemanasan pada suhu 45C yang dinyatakandengan presentase pemanjangan.

Bioplastik pada suhu ruang 21C maupunbioplastik dengan pemanasan pada suhu 45C,persen pemanjangan bioplastik paling tinggiadalah bioplastik tanpa kitosan. Penambahankitosan pada bioplastik menyebabkan penurunanpersen pemanjangan bioplastik. Semakin banyakkitosan yang ditambahkan, persen pemanjanganbioplastik semakin menurun.

Gambar 3. Grafik persen pemanjangan bioplastikUji Ketahanan terhadap Mikroba

Gambar 4 menunjukkan pengurangan massapada bioplastik selama 5, 10 dan 15 hari. Pengu-buran bioplastik selama 5 hari sudah mencapai50% lebih. Besarnya pengurangan massa ini

dikarenakan komposisi bioplastik adalah bahanalam yang mudah dicerna oleh mikroba.

Pada bioplastik tanpa kitosan, penguburanselama 5 hari sudah mengalami penguranganmassa bioplastik sebesar (68,781,05)%. Pengu-rangan massa yang besar dikarenakan bioplastikterbuat dari polimer alam dan tidak ada bahanpengawet pada bioplastik ini. Pengurangan massabioplastik ditunjukkan pada Gambar 4.

Berbeda dengan bioplastik dengan kitosan,penguburan bioplastik selama 5 hari tingkatkerusakannya sedikit lebih rendah dibandingdengan bioplastik tanpa kitosan. Pada 10 haripenguburan, tingkat kerusakan bioplastik naikserta penguburan selama 15 hari sudahmenunjukkan bahwa secara keseluruhanbioplastik terdegradasi hampir 75%. Aktivitaskitosan sebagai pengawet di sini tidak terlihatsecara spesifik. Namun, semakin banyak kitosanyang ditambahkan pada bioplastik, tingkatkerusakan bioplastik semakin rendah danterdegradasi lebih lama.

Gambar 4. Grafik pengurangan massa bioplastik

SimpulanPemberian kitosan mempengaruhi sifat

mekanik bioplastik yaitu bioplastik menjadisemakin rapuh. Pemanasan bioplastik pada suhu45C mempengaruhi nilai kuat tarik bioplastik.Bioplastik yang dihasilkan menjadi lebih kuat.Semakin besar penambahan kitosan, makasemakin menurun nilai kuat tarik dan elongasibioplastik. Namun panambahan kitosan dapatmemperbesar nilai kuat tarik pada konsentrasikitosan kurang dari 2%. Penambahan kitosan padabioplastik dapat memperlambat kerusakan bio-plastik. Semakin banyak kitosan yang ditambahpada bioplastik, semakin lama kerusakan padabioplastik tersebut.

8.079.85 9.31

8.14 8.1

10.41 9.92 10.35 10.88 9.37

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 5

Ku

at T

ari

k (M

pa)

Konsentrasi kitosan (%)

Grafik Kuat Tarik Bioplastik

21C45C

79.4475.56

63.8966.67

61.67

81.67

70.67 68.3 67.78

61.11

40

50

60

70

80

90

0 1 2 3 5

Pers

en Pe

ma

njan

gan

(%

)

Konsentrasi Kitosan (%)

Grafik Persen Pemanjangan Bioplastik

21C45C

55

65

75

5 10 15

Pers

en Pe

ngu

ran

ga M

ass

a (%

)

Hari

Grafik Pengurangan Massa Bioplastik

0%1%2%3%5%

Daftar Pustaka[1] Badriyah, Kuni. 2007. Pengaruh Komposisi Gelatin dan Pati Ubi Kayu terhadap Sifat Mekanik dan ketahanan

Kimia Bioplastik. Laporan Skripsi Jurusan Fisika Universitas Brawijaya: Malang.[2] Dutta, P. K., S. Tripati, and G. K. Mehrotra. 2009. Physicochemical and Bioactivity of Cross-linked Chitosan-PVA

Film for Food Packaging Applications. Journal of Biogical Macromolrcules. 45:72-76[3] Firdaus, F., S. Mulyaningsih, dan H. Anshory. 2008. Green Packgaking Berbasis Biomaterial: Karakteristik

Mekanik dan Ketahanan terhadap Mikroba Pengurai Film Kemasan dari Komposit Pati Tropis-PLA-Kitosan.Seminar Nasional Tekno (Prosiding). B27-32.

[4] Nurmalia, Elys. 2008. Pengaruh Komposisi Pemlastis gliserol dan Sorbitol Terhadap Sifat Mekanik dan KetahananKimia Bioplastik. Laporan Skripsi Jurusan Fisika Universitas Brawijaya: Malang.

[5] Nurmimah, Mimi. 2002. Penelitian Sifat Berbagai Bahan Kemasan Plastik dan Kertas. USU digital library.[6] Purwanti, Ani. 2010. Analisis Kuat Tarik dan Elongasi Plastik kitosan Terplastisasi Sorbitol. Jurnal Teknologi.

3(2):99-106[7] Rahardiyanto, T. P. dan R. Agustini. 2013. Pengaruh Massa Gliserol Terhadap Titik Leleh Plastik Biodegradable

dari pati ubi Kayu. UNESA Journal of Chemistry. 2:109-113[8] Sanjaya I. G. dan T. Puspita. 2011. Pengaruh Penambahan Khitosan dan Plasticizer Gliserol pada karakteristik

Plastik Biodegradable dari Pati Limbah Kulit Singkong. Jurusan Teknik Kimia-ITS[9] Viorica, N. S., M. Olteanu, M. F. Spriroiu, E. Pincu and V. Meltzer. 2011. Strach/Chitosan Film Forming

Hydrogel. Revue Rumaine de Chimie. 56(8):827-832.