4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Plastik Biodegredable

Plastik merupakan komoditi yang sering digunakan dalam kehidupan

sehari-hari. Hampir semua peralatan atau produk yang digunakan terbuat dari

plastik dan sering digunakan sebagai pengemas bahan baku. Namun, jumlah

konsumsi plastik yang meningkat membuat limbah yang berbahan baku

plastik meningkat pula.

Tabel 2.1. Data peningkatan jumlah penggunaan plastik

No. Tahun Jumlah Penggunaan Plastik

1. 2002 1,9 juta ton

2. 2003 2,1 juta ton

3. 2004 2,3 juta ton

Sumber: Martaningtyas (2004) dalam Sri Maya Utari (2008)

Hal ini dapat memberikan dampak yang tidak baik bagi kelestarian

lingkungan karena plastik tidak mudah mengalami peruraian oleh

mikroorganisme. Plastik konvensional, yang berasal dari turunan minyak

bumi, sangat sulit diuraikan oleh mikroorganisme. Selain itu, minyak bumi

juga semakin berkurang karena digunakan untuk memenuhi kebutuhan

pembuatan plastik. Bahan petrokimia yang digunakan untuk memproduksi

plastik konvensional diantaranya polietilen dan polipropilen, yang merupakan

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

5

sumber daya alam yang tidak terbarukan sehingga memerlukan bahan

alternatif penggantinya.

Tabel. 2.2. Data perbandingan waktu daur ulang sampah

Jenis Sampah Waktu daur ulang

Kaleng Alumanium 300 tahun

Botol Plastik > 100 tahun

Popok Bayi 100 tahun

Baterai 100 tahun

Cangkir plastic 50 – 80 tahun

Puntung rokok 10 – 40 tahun

Minyak oli 10 tahun

Kulit Jeruk 6 bulan

Kertas 2 – 5 bulan

Sumber: Fakta Lingkungan (2007) dalam Sri Maya Utari (2008)

Beberapa jenis plastik biodegradable (bioplastik/biopoliester)

merupakan poliester yang masih berbasis minyak bumi, seperti

polycaprolactone (PCL), polyesteramide (PEA) dan poly(butylene succinate

adipate) (PSBA) dari keluarga poliester alifatik. Ada pula bioplastik yang

murni berbasis agro (pertanian), yaitu poly(lactic acid) (PLA) dan poly

(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) dari keluarga polyhydroxyalkanoate

(PHA). Tabel 2.3. menunjukkan perbandingan sifat-sifat bioplastik yang

sudah diproduksi oleh beberapa negara, dan Gambar 2.1. memperlihatkan

struktur kimia beberapa jenis bioplastik. Klasifikasi polimer biodegradabel

dijelaskan pada Gambar 2.2.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

6

Tabel 2.3. Perbandingan sifat beberapa jenis bioplastik

Properties

PLA PHBV PCL PEA PBSA

Dow-Cargill Monsanto Solway Bayer Showa

(NatureWorks) (Biopol D400G)

(CAPA 680)

(BAK 1095) (Bionolle

HV=7 mol% 3000)

Density. 1.25 1.25 1.11 1.07 1.23

Melting point, in °C (DSC) 152 153 65 112 114

Glass transition, in °C (DSC) 58 5 -61 -29 -45

Cristallinity (in %) 0-1 51 67 33 41

Modulus, in MPa (NFT 51-035) 2050 900 190 262 249

Elongation at break, in %(NFT 51-035)

9 15 >500 420 >500

Tensile stress at break or max., in Mpa (NTF 51-035)

- - 14 17 19

Biodegradation, Mineralization in %

100 100 100 100 90

Water permeability WVTR at 25 C (g/m2/day)

172 21 177 680 330

Surface tension (g) in mN/m. 50 - 51 59 56

gd (Dispersive component) 37 - 41 37 43

gp (Polar component) 13 - 11 22 14

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

7

Gambar 2.1. Klasifikasi polimer Biodegredable (Martin: 2008)

Plastik biodegradable atau biopolimer yaitu plastik yang terbuat dari

senyawa-senyawa yang dapat ditemui di alam. Plastik biodegradabel berasal

dari jenis polisakarida, misalnya pati, selulosa, agar-agar, dan karagenan serta

polisakarida yang berasal dari hewan contohnya kitin dan kitosan.

Pengembangan bahan plastik biodegradable merupakan salah satu alternatif

untuk mengatasi masalah tersebut. Pengembangan bahan plastik

biodegradable (bioplastik) menggunakan bahan alam terbarukan (renewable

resources) sangat diharapkan.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

8

2.2. Asam Laktat

Asam laktat merupakan asam organik multifungsi yang potensial

diproduksi dalam skala besar. Pertama kali ditemukan pada 1780 oleh

kimiawan berkebangsaan Swedia, Scheele (Datta et.al, 1995). Pertama kali

diproduksi secara komersial oleh Charles E. Avery di Littleton, Massachusett,

USA pada tahun 1881. Rathin Datta et.al pada tahun 1995 mencatat produksi

global asam laktat mencapai 40.000 ton/tahun. Sementara itu, perdagangan

global asam laktat dan lactate (termasuk polimer) telah mencapai 100.000 ton

per tahun pada 2005 dan menunjukkan tingkat pertumbuhan hampir 15%. 70

% dari total asam laktat yang diperdagangkan digunakan dalam makanan dan

pengolahan makanan sebagai pengatur pH, bahan pengawet dan agent buffer

(Jin Bo, et al., 2005 dalam Manfaati, 2010).

Asam laktat (2-hydroxypropanoic acid) adalah asam hidroksi organik

yang tersebar secara luas di alam. Asam laktat memiliki tingkat keasaman

yang sederhana dibandingkan bahan pengasam makanan yang lain, rasa dan

baunya tidak tajam dan dinyatakan sebagai bahan pengawet yang aman

(GRAS, generally recognized as safe) oleh FDA di US. Karakteristik tersebut

menyebabkan asam laktat sesuai untuk mengawetkan susu, daging, telur dan

makanan laut. Industri makanan ternak menggunakan ammonium laktat

sebagai supplement nitrogen karena terbukti lebih baik dibandingkan dengan

sumber nitrogen non-protein lain (Dominguez et al., 2005 dalam Manfaati,

2010).

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

9

Konsentrasi asam laktat yang beredar biasanya berkisar antara 50-88%,

dimana kualitasnya akan meningkat jika jumlah pengotor seperti gula, logam,

klorida, sulfat, dan abu semakin kecil (Manfaati, 2010). Asam laktat yang

dihasilkan dari proses fermentasi akan berwarna kuning. Di Amerika, 85%

permintaan asam laktat berasal dari pangan dan penggunaan terkait.

Sedangkan 15% dari industry non pangan (Datta et al, 1995:).

2.2.1. Penggunaan Asam Laktat

Asam laktat diperdagangkan dalam berbagai kualitas yang berbeda

yaitu technical, food, dan pharmaceutical grades (Manfaati, 2010). Asam

laktat adalah senyawa yang memegang peran kunci dalam beberapa proses

biokimia (Averous, 2008). Sebagai contoh, asam laktat akan selalu diproduksi

dan dihilangkan dalam suatu metabolisme yang berjalan normal maupun saat

melakukan aktifitas fisik. Asam laktat telah diproduksi dalm skala industri

sejak akhir abad 19 dan utamanya digunakan dalam bidang pangan, sebagai

contoh digunakan sebagai pengatur keasamaan, selain itu juga digunakan

dalam kosmetik, obat-obatan, dan pakan ternak (Averous, 2008). Selanjutnya,

asam laktat digunakan sebagai precursor PLA.

Asam laktat selain digunakan sebagai bahan pengawet makanan juga

merupakan bahan baku (feedstock) industri polimer biodegradable,

oxygenated chemicals, pengatur pertumbuhan tanaman, dan pelarut yang

ramah lingkungan (Datta et al, 1995). Salah satu terapan yang paling

menjanjikan dari asam laktat adalah sebagai bahan baku pembuatan PLA

(poly lactic acid) yang bersifat biodegradable dan biocompatible sebagai

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

10

alternatif pengganti plastik non-biodegradable yang dihasilkan dari minyak

bumi, batu bara atau gas alam (Jin Bo et al., 2005; J. M Dominguez et al.,

1999; Efremenko E et al., 2006 dalam Manfaati, 2010).

Gambar 2.2. Diagram penggunaan komersial dan aplikasi asam laktat beserta

garam-garamnya (sumber: Jung Wee et al, 2006)

Garam kalsium dari asam laktat diproduksi dalam bentuk granular atau

serbuk (powder). Calsium lactate trihydrate, sebagai sumber kalsium diet dan

zat pembeku darah pada kasus pendarahan dan pembedahan. Calsium lactate

digunakan sebagai bahan penolong industri antibiotik dan berfungsi sebagai

buffer pada sediaan farmasi. Plastik biodegradable berbahan baku asam laktat

digunakan sebagai benang bedah (sutures) yang tidak perlu diambil kembali.

Selain itu sedang dikembangkan pula biodegradable implant untuk patah

Food industry: - Acidulants - Preservatives - Flavours - pH regulators - improving microbial quality - mineral fortification

Pharmaceutical industry: - Parenteral/LV solution - Dialysis solution - Mineral preparation - Tablettings - Prostheses - Surgical sutures - Controlled drug delivery

systems

Chemical industry: - Descaling agents - pH regulators - Neutralizers - Chiral intermediets - Green solvents - Cleaning agents - Slow release agents - Metal complexing agents

Chemical feedstock - Propylene oxide - Acetaldehyde - Acrylic acid - Propanoic acid - 2,3-pentadione - Ethyl lactate - Dilactide - Poly(lactic acid)

Cosmetic industry: - Moisturizers - Skin-lightening agents - Skin-rejuvenating agents - pH regulators - Anti-acne agents - Humectants - Anti-tartar agents

Lactic acid

(CH3CHOHCOOH)

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

11

tulang dan luka-luka. Calsium lactate dipergunakan pula di dalam pembuatan

baking powder (Vickroy, 1985 dalam Manfaati, 2010).

Asam laktat dengan kualitas technical grades digunakan oleh industri

pembuatan cellophane sebagai pengontrol pH pada proses pelapisan film.

Asam laktat dapat direaksikan dengan alkohol dan asam sebagai plasticizers

pada pembuatan polyester dan resin phenol-formaldehid. Asam laktat

digunakan pada industri karet, logam dan tekstil. Pada industri penyamakan

kulit asam laktat telah banyak digunakan sebagai pengganti asam sulfat dan

asam formiat. Asam laktat juga dipakai pada industri pestisida, herbisida dan

fungisida (Vickroy, 1985 dalam Manfaati, 2010).

2.2.2. Sifat Kimiawi Asam Laktat

Asam laktat pertama diisolasi dari susu asam oleh Scheele pada tahun

1780, orang yang mengawali pemikiran bahwa asam laktat merupakan

komponen susu. Pada 1789, Lavoisier menamai senyawa ini sebagai “acide

lactique”, yang menjadi kemungkinan asal kata untuk lactic acid. Pada 1857

Pasteur menemukan bahwa asam laktat bukan merupakan komponen susu,

tetapi merupakan metabolit fermentasi yang dihasilkan oleh organisme

tertentu (Jung Wee et al, 2006).

Asam laktat merupakan asam karboksilat dengan rumus molekul

C3H6O3 (CH3.CHOH.COOH). Asam laktat memiliki gugus hidroksil

berdekatan dengan gugus asam karboksilat, sehingga membentuk sebuah

alpha hydroxyl acid (AHA). Asam laktat memiliki tiga karbon asam organik,

satu atom karbon merupakan bagian dari asam atau grup karboksil, atom

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

12

karbon lain merupakan bagian dari grup methyl atau hidrokarbon, dan atom

karbon yang di pusat memiliki sebuah gugus alkohol. Asam laktat dalam

larutan dapat melepaskan sebuah proton dari gugus asam, menghasilkan ion

lactate CH3(OH)COO- (Narayanan, 2004 dalam Manfaati, 2010).

Asam laktat merupakan asam chiral ( asam asimetris) yang memiliki

dua isomer optikal yaitu L(+)-lactic acid dan D(-)-lactic acid. Kedua bentuk

isomer asam laktat tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.2. Hanya asam laktat

jenis L(+)-lactic acid (sarcolactic acid, paralactic acid) ditemukan dalam

tubuh manusia.. L(+)-lactic acid dan D(-)-lactic acid ditemukan di hampir

semua sistem biologis (Jin Bo et al., 2005 dalam Manfaati, 2010). Namun,

D(-)-lactic acid berbahaya bagi metabolisme manusia dan dapat

mengakibatkan acidosis dan decalsification (Jung Wee et al, 2006).

Gambar 2.3. Isomer asam laktat (Jung Wee et al, 2006)

2.2.3. Fermentasi Asam Laktat

Asam laktat diproduksi dengan dua cara, yaitu sintesa kimia dan

fermentasi karbohidrat. Bahan baku untuk proses produksi asam laktat adalah

Lactonitrile yang dapat dihasilkan dari Hidrogen Sianida yang direaksikan

dengan Asetaldehid (Manfaati, 2010).

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

13

Addition of HCN and catalyst

Hydrolysis by H2SO4

Recovery and purification

Microbial fermentation

Pre-treatment (acid hydrolysis and/or enzymatic saccarification)

Sintesis kimia dari bahan petrokimia selalu menghasilkan senyawa

rasemik/campuran DL-asam laktat, senyawa murni D(-) atau L(+) asam laktat

dapat dihasilkan melalui fermentasi microbial dari sumber daya terbarukan

jika dipilih mikroorganisme tepat yang mampu menghasilkan satu jenis

isomer saja (Jung Wee et al, 2006).

Gambar 2.4. Overview metode sintesa asam laktat: a) sistesa kimia dan b)

fementasi mikrobiologi (Jung Wee et al, 2006)

Fermentasi asam laktat telah banyak dipelajari oleh peneliti terdahulu

dengan menggunakan berbagai jenis mikroorganisme, sumber karbon,

sumber nitrogen, dan kondisi operasi berupa pH, suhu, serta volume dan

konsentrasi inokulum. Manfaati (2010) menyatakan bahwa jenis

mikroorganisme yang dapat menghasilkan asam laktat adalah bakteri dan

jamur. Jenis bakteri asam laktat dapat digolongkan sebagai homofermentative

Renewable resources

Optically pure L(+) or D(-) lactic acid

Fermentable carbohydrates

Fermented broth

b) Chemical synthesis a) Microbial fermentation

Petrochemical resources

Only racemic DL-lactic acid

Acetaldehyde (CH3CHO)

Lactonitrile (CH3CHOHCN)

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

14

lactid acid bacteria karena mampu menghasilkan asam laktat dalam jumlah

besar, sel, dan sedikit produk samping melalui Embden-Meyerhof pathway.

Metode yang banyak digunakan dalam fermentasi asam laktat adalah

batch, fed-batch, batch berulang, dan continuous. Konsentrasi asam laktat

yang lebih tinggi dapat dihasilkan dari kultur batch dan fed-batch,

dibandingkan dengan kultur continuous, sedangkan produktifitas yang lebih

tinggi dihasilkan oleh kultur continuous (Jung Wee et al, 2006).

Bakteri asam laktat secara khusus memiliki kebutuhan nutrisi yang

kompleks, dikarenakan keterbatasan kemampuan bakteri untuk mensintesa

growth factors seperti vitamin B dan asam amino (Jung Wee et al, 2006).

Bakteri asam laktat membutuhkan beberapa elemen untuk tumbuh seperti

sumber karbon dan nitrogen, karbohidrat, asam amino, vitamin, dan mineral.

Terdapat beberapa factor stimulant pertumbuhan yang memiliki

pengaruh terhadap tingkat produksi asam laktat. Campuran dari asam amino,

protein, dan amida asam amino biasanya menstimulasi pertumbuhan bakteri

asam laktat, dan hasilnya, tingkat pertumbuhan menjadi lebih tinggi

dibandingkan dengan yang tidak diberi nutrisi tambahan berupa asam amino.

Namun, selama nutrisi tersebut tidak asensial berpengaruh terhadap laju

pertumbuhan bakteri, jumlah nutrisi yang terdapat di media biasanya sudah

mencukupi (Jung Wee et al, 2006). Temperature dan pH selama proses

fermentasi merupakan faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan

bakteri dan produksi asam laktat.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

15

2.3. Polylactid Acid (PLA)

PLA merupakan polyester alifatik serbaguna yang tersusun dari

monomer asam laktat. PLA telah dikenal sejak thun 1932. PLA pertama kali

disintesis oleh Wallace Carothers, peneliti Dupont, dengan memanaskan asam

laktat pada kondisi vacuum. PLA merupakan polyester termoplastik linear

yang mengandung ikatan ester dan diproduksi dari sumber yang dapat

diperbaharui. Ikatan ester tersebut menyebabkan PLA dapat terdegradasi

secara hidrolisis baik melalui reaksi kimia maupun secara enzimatik (Warsiki,

2007). Degradasi PLA dapat terjadi secara alami baik oleh panas, cahaya, dan

bakteri. PLA dapat terdegradasi dalam tubuh tanpa menimbulkan efek

berbahaya.

Penggunaan PLA disarankan baik sebagai biodegradable (contohnya

sebagai pengemas singkat) dan sebagai biokompatibel yang kontak dengan

sel hidup (digunakan untuk aplikasi biomedis seperti implant, benang jahit,

salut obat, dsb). PLA dapat terdegradasi melalui degradasi abiotik yang

merupakan hidrolisis sederhana dari ikatan ester tanpa membutuhkan enzim

atau katalis. Selama proses biodegradasi biotik, dan hanya pada tahap kedua,

enzim mendegradasi residu oligomer sampai mineralisasi akhir (Averous,

2008)

PLA telah digunakan diberbagai bidang seperti jas pelindung,

pengemas makanan, kantong sampah, mulch film, shrink wrap,dan rak (Jung

Wee et al, 2006).

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

16

Gambar 2.5. Teknologi dan produk potensial asam laktat (Datta et al, 1995)

Polimer biodegradable menunjukkan range properties yang luas dan

saat ini mampu bersaing dengan polimer konvensional di beberapa bidang

(pengemas, tekstil, biomedis, dsb). Diantara poliester-poliester tersebut, saat

ini PLA merupakan salah satu yang paling diminati. PLA dapat diproduksi

melalui berbagai metode (Averous: 2008).

2.3.1. Polimerisasi PLA

Sintesis PLA merupakan proses multi tahap yang diawali dengan

produksi asam laktat sampai proses polimerisasi. Tahap intermediet

seringkali berupa pembentukan laktit.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

17

Gambar 2.6. Metode sintesa untuk memproduksi PLA dengan berat molekul

tinggi (Averous, 2008)

Rute pertama, polimerisasi asam laktat merupakan polimerisasi

kondensasi untuk menghasilkan molekul dengan berat molekul rendah,

plomer yang rapuh, yang pada banyak bagian adalah tidak terpakai, kecuali

jika ditambahkan agen untuk meningkatkan panjang rantai polimer (L.

Averous, 2008).

Rute kedua, merupakan kondensasi azeotropik dehidrasi asam laktat,

yang menghasilkan PLA dengan berat molekul tinggi tanpa menggunakan

agen.

Rute ketiga, merupakan polimerisasi bukaan rantai (ring-opening

polymerization) dari asam laktat untuk menghasilkan PLA dengan berat

molekul tinggi, dipatenkan oleh Cargill (US) pada 1992 (Averous, 2008).

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

18

2.3.2. Sifat Fisis dan Kimia PLA

Tabel 2.4. Sifat Fisis dan Mekanis PLA (Warsiki, 2007)

Parameter Nilai Berat Molekul (Daltons) 100 000-300 000 Suhu Transisi Gelas (Tg, C)

55-70

Titik Leleh (C) 130-215 Kristalinitas (%) 10—40 Densitas Jan-00 Yield Strength (Mpa) 49 Elongasi (%) 2.5 Kekuatan Akhir (Mpa) 53 Kekuatan Fleksur (Mpa) 88

2.4. Lactobacillus

Sekarang, bakteri asam laktat (BAL) terdiri dari beberapa genus bakteri

gram-positif: Carnobacterium, Enterococus, Lactobacillus, Lactococcus,

Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus,

Vagococcus, dan Weisella. BAL termasuk bakteri jenis coccus, kecuali

Lactobacillus dan carnobacteria yang berupa rod, tidak dapat membentuk

ATP melalui respirasi, dan mendapatkan asam laktat sebagai produk akhir

utama dari konservasi energi fermentasi gula (Hofvendahl, 2000).

Sebagian besar BAL berupa bakteri anaerobic fakultatif, catalase

negative, nonmotile, dan tidak membentuk spora. BAL memiliki toleransi

asam tinggi dan bertahan hidup pada pH 5 atau lebih rendah. Hal ini membuat

BAL memiliki kelebihan kompetitif dibanding dengan bakteri lain.

Temperatur optimal untuk pertumbuhan genus-genus BAL adalah 20 hingga

450C (Hofvendahl, 2000).

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

19

Fermentasi gula oleh LAB melalui pathway berbeda yaitu homo-,

hetero-, atau fermentasi mixed-acid. Fermentasi homo- hanya memberikan

asam laktat dari metabolisme glukosa sebagai produk akhirnya dan

menggunakan Embden-Meyerhof-Parnas pathway.

Pada fermentasi hetero-, ekuimolar dari jumlah asam laktat,

karbondioksida, dan etanol atau asetat dibentuk dari glukosa melalui

phosphoketolase pathway. Rasio etanol dan asetat yang terbentuk tergantung

dari potensi redoks dari sistem. Pathway ini digunakan oleh fermenter

fakultatif, seperti Lactobacillus Casei. Berdasarkan Kandler, semua BAL

kecuali Lactobacilli tipe I (contoh: Lactobacillus Delbrueckii) mampu

memfermentasi pentosa, termasuk heterofermenter fakultatif (Hofvendahl,

2000).

Mixed-acid terbentuk oleh homofermenter seperti Lactococci selama

pengurangan glukosa, dan selama penambahan dari gula yang lain, sebagai

contoh Lactococcus Lactis pada maltosa, laktosa, dan galaktosa, atau pada

peningkatan pH dan peningkatan temperatur. Etanol, asetat, dan format juga

terbentuk. Disini berlaku Pathway homofermentatif, tapi terdapat sedikit

perbedaan pada metabolisme dari piruvat. Dimana piruvat juga dimetabolis

menjadi format dan asetil-CoA oleh pyruvat formate lyase (PFL) dan PFL ini

tidak aktif dengan keberadaan oksigen. Jika hal tersebut terjadi, maka yang

berlaku adalah metabolisme piruvat akan diaktifkan melalui dehidrogenase

piruvat (DHP), yang menghasilkan karbondioksida, asetil-CoA dan NADH

(Hofvendahl, 2000).

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

20

Lactobacillus adalah salah satu tipe dari BAL. Terdapat banyak jenis

spesies dari Lactobacillus. Lactobacillus merupakan bakteri ramah yang

secara normal hidup dalam pencernaan, urinary, dan system genital kita tanpa

menyebabkan penyakit. Lactobacillus juga ditemukan pada beberapa

makanan fermentasi seperti yogurt dan pada suplemen diet.

2.5. Jenis Bakteri Lactobacillus

Genus bakteri ini membentuk sebagian besar dari kelompok bakteri

asam laktat, dinamakan demikian karena kebanyakan anggotanya dapat

mengubah laktosa dan gula lainnya menjadi asam laktat. Kebanyakan dari

bakteri ini umum dan tidak berbahaya bagi kesehatan. Banyak spesies dari

Lactobacillus memiliki kemampuan membusukkan materi tanaman yang

sangat baik. Produksi asam laktatnya membuat lingkungannya bersifat asam

dan mengganggu pertumbuhan beberapa bakteri merugikan.

Genus Lactobacillus untuk saat ini terdiri atas lebih dari 125 spesies

dan mencakup jenis organisme yang luas. Genus ini polifiletik dengan genus

Pediococcus membagi kelompok L. casei, dan spesies L. acidophilus, L.

salivarius, dan L. reuteri menjadi perwakilan dari tiga subclade yang

berbeda. Genus Paralactobacillus termasuk di dalam kelompok L. salivarius.

Dalam beberapa tahun ini, anggota lain dari genus Lactobacillus (dulunya

dikenal dengan cabang Leunocostoc dari Lactobacillus) telah diklasifikasi

ulang ke dalam genera Atopobium, Carnobacterium, Weissella, Oenococcus,

dan Leuconostoc. Baru akhir-akhir ini, P. dextrinicus, yang merupakan

spesies Pediococcus, telah telah diklasifikasi ulang sebagai spesies

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

21

Lactobacillus (http://id.wikipedia.org/wiki/Lactobacillus diakses pada 8 Juni

2012).

Dilihat dari metabolismenya, spesies Lactobacillus dapat dibagi

menjadi tiga kelompok:

a. Homofermentatif obligat (Kelompok I)

a. Contoh: L. acidophilus, L. delbrueckii, L. helveticus, L. salivarius

b. Heterofermentatif fakultatif (Kelompok II)

a. Contoh: L. casei, L. curvatus, L. plantarum, L. sakei

c. Heterofermentatif obligat (Kelompok III)

Contoh: L. brevis, L. buchneri, L. fermentum, L. reuteri

Gambar 2.7. Pathway BAL fermentatif Gambar 2.8. Pathway BAL heterofermentatif

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

22

Gambar 2.9. Pathway fermentasi BAL mixed acid (Hofvendahl, 2000)

2.6. Kulit Singkong

Kulit singkong merupakan limbah hasil pengupasan pengolahan produk

pangan berbahan dasar umbi singkong, jadi keberadaannya sangat dipengaruhi

oleh eksistensi tanaman singkong yang ada di Indonesia. Kulit singkong

terkandung dalam setiap umbi singkong dan keberadaannya mencapai 16% dari

berat umbi singkong tersebut (Supiyadi, 1995). Berdasarkan data BPS 2008,

diketahui produksi umbi singkong pada tahun 2008 adalah sebanyak 20.8 juta ton,

artinya potensi kulit singkong di Indonesia mencapai angka 3,3 juta ton/tahun.

Untuk melihat penyebaran ketersediaan kulit singkong di Indonesia, perlu

mengetahui jumlah produksi dan peta penyebaran umbi singkong di Indonesia.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

23

Tabel 2.5 Kandungan Nutrisi Singkong

Kandungan nutrisi Daun (%) Batang (%) Umbi (%) Kulit umbi (%) Protein kasar 23,2 10,9 1,7 4,8 Serat kasar 21,9 22,6 3,2 21,2 Ekstrak eter 4,8 9,7 0,8 1,22 Abu 7,8 8,9 2,2 4,2 Ekstrak tanpa N 42,2 47,9 92,1 68 Ca 0,972 0,312 0,091 0,36 P 0,576 0,341 0,121 0,112 Mg 0,451 0,452 0,012 0,227 Energi metabolis 2590 2670 1560 2960 Sumber: Devendra (1977)

Dari tabel tersebut diketahui bahwa kulit singkong masih memiliki

kandungan nutrisi yang dapat dimanfatkan lanjut, salah satu pemanfaatannya

berupa penggunaan kulit singkong sebagai bahan baku pembuatan plastic PLA

setelah melalui hidrolisis.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

24

Tabel 2.6. Potensi Kulit Singkong Indonesia

Provinsi Tahun produksi 2004 (ton) 2005 (ton) 2006 (ton) 2007 (ton) 2008 (ton)

NAD 63.867 53.424 46.504 41.558 54.067 Sumatera Utara 464.960 509.796 452.450 438.573 557.204 Sumatera Barat 117.437 114.199 133.095 114.551 119.801 Riau 47.922 41.668 47.586 51.784 56.498 Jambi 44.446 39.780 40.779 44.794 44.146 Sumatera Selatan 248.844 179.952 228.321 150.133 194.769 Bengkulu 59.659 79.9344 113.488 76.924 60.772 Lampung 4.673.091 4.806.254 5.499.403 6.394.906 6.823.516 Kep. Bangka Belitung 22.138 19.234 17.264 18.666 17.782 Kep. Riau 3.526 6.899 7.077 9.928 DKI Jakarta 815 791 804 628 570 Jawa Barat 2.074.022 2.068.981 2.044.6674 1.922.840 2.144.736 Jawa Tengah 3.663.236 3.478..970 3.553.820 3.410.469 3.264.030 DIY 817.398 920.909 1.016.270 976.610 945.352 Jawa Timur 3.963.478 4.023.614 3.680.567 3.423.630 3.497.884 Banten 163.969 144.110 143.561 117.550 126.510 Bali 142.221 155.808 159.058 174.189 179.980 NTB 88.030 92.991 87.041 88.527 88.237 NTT 1.041.279 891.783 938.010 794.121 836.863 Kalimantan Barat 207.832 243.251 250.173 221.630 221.646 Kalimantan Tengah 112.319 73.866 65.661 67.617 72.027 Kalimantan Selatan 67.292 80.377 82.389 117.322 138.491 Kalimantan Timur 89.389 93.885 101.249 105.395 116.116 Sulawesi Utara 57.314 68.463 82.416 74.406 84.413 Sulawesi Tengah 45.106 48.256 52.791 70.858 59.637 Sulawesi Selatan 586.350 464.435 567.749 514.277 520.824 Sulawesi Tenggara 263.972 256.467 238.039 239.271 232.793 Gorontalo 14.507 12.211 9.410 7.432 12.024 Sulawesi Barat 56.717 40.413 45.921 47.571 Maluku 91.351 94.995 103.260 105.761 107.564 Maluku Utara 144.313 142.680 123.833 118.354 115.966 Papua Barat 25.897 21.838 17.834 17.370 Papua 48.150 33.957 37.825 34.450 34.742

Jawa 10.682.918 10.637.375 10.439.696 9.851.727 9.979.082 Luar Jawa 8.741.789 8.683.808 9.546.944 10.136.331 10.815.847 Indonesia 19.424.707 19.321.183 19.986.640 19.988.058 20.794.929

Sumber: BPS (2008)

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

25

2.7. Plasticizer

Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih

tinggi jika ditambahkan pada material lain sehingga dapat merubah sifat

material tersebut. Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan

intermolekuler dan meningkatkan fleksibilitas film dan menurunkan sifat

barrier film. Gliserol dan sorbitol merupakan plasticizer yang efektif karena

memiliki kemampuan untuk mengurangi ikatan hidrogen internal pada

ikatan intermolekuler, plasticizer ditambahkan pada pembuatan edible film

untuk mengurangi kerapuhan, meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan film

terutama jika disimpan pada suhu rendah (Teknopangan dan Agroindustri,

2008).

Plasticizer adalah bahan organik dengan berat molekul rendah yang

ditambahkan dengan maksud untuk memperlemah kekakuan dari polimer,

sekaligus meningkatkan flesibilitas dan sekstensibilitas polimer. Plasticizer

larut dalam tiap-tiap rantai polimer sehingga akan mempermudah gerakan

molekul polimer dan bekerja menurunkan suhu transisi gelas (Tg), suhu

kristalisasi atau suhu pelelehan dari polimer. Pada daerah diatas Tg, bahan

polimer menunjukkan sifat fisik dalam keadaan lunak (soft) seperti karet,

sebaliknya dibawah Tg polimer dalam keadaan sangat stabil seperti gelas

(Paramawati, 2001).

Plasticizer sangat efektif mengurangi ikatan hydrogen internal yang

dapat meningkatkan jarak antar molekul sehingga dengan mengurangi

kerapuhan dan meningkatkan fleksibilitas. Garcia et al. (2000) melaporkan

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

26

bahwa film dengan Plasticizer menunjukkan permukaan yang retak tanpa

pori atau retak dibandingkan dengan tanpa menggunakan Plasticizer.

2.3.1 Gliserol

Gambar 2.10. Rumus struktur gliserol

Gliserol merupakan senyawa alkohol yang memiliki 3 gugus

hidroksil. Gliserol memiliki nama baku 1,2,3-propanatriol. Senyawa ini

berwujud cair, tidak berwarna dengan titik didih 290 oC. Titik didih tinggi

yang dimiliki oleh senyawa dengan bobot molekul 92,09 g/mol ini

disebabkan adanya ikatan hidrogen yang sangat kuat antar molekul

gliserol. Gliserol merupakan bahan baku pembentuk trigliserida, yang

dapat membentuk ikatan ester dengan asam lemak.

2.3.2 Glukosa

Gambar 2.11. Rumus strukur glukosa

Glukosa adalah salah satu karbohidrat terpenting yang digunakan

sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Glukosa merupakan

salah satu hasil utamafotosintesis dan awal bagi respirasi. Bentuk alami

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

27

(D-glukosa) disebut juga dekstrosa, banyak digunakan terutama pada

industri pangan (Anonim).

Glukosa memiliki rumus molekul C6H12O dan berat molekul

180.18 merupakan heksosa-monosakarida yang mengandung enam atom

karbon. Glukosa merupakan aldehida. Lima karbon dan satu oksigen

membentuk cincin yang disebut cincin piranosa yang merupakan bentuk

paling stabil untuk aldosa berkabon enam. Dalam cincin ini, tiap karbon

terikat pada gugus samping hidroksil dan hidrogen kecuali atom

kelimanya, yang terikat pada atom karbon keenam di luar cincin,

membentuk suatu gugus CH2OH. Struktur cincin ini berada dalam

kesetimbangan dengan bentuk yang lebih reaktif, yang proporsinya

0.0026 % pada pH 7 (Anonim).

2.3.4 Sorbitol

Gambar 2.12. Rumus Struktur Sorbitol

Sorbitol atau D-Sorbitol atau D-Glucitol atau D-Sorbite adalah

monosakarida poliol (1,2,3,4,5,6–Hexanehexol) dengan rumus kimia

C6H14O6. Sorbitol berupa senyawa yang berbentuk granul atau kristal dan

berwarna putih dengan titik leleh berkisar antara 89 oC sampai dengan

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

28

101 oC, higroskopis dan berasa manis. Sorbitol memiliki tingkat

kemanisan relatif sama dengan 0,5 sampai dengan 0,7 kali tingkat

kemanisan sukrosa dengan nilai kalori sebesar 2,6 kkal/g atau setara

dengan 10,87 kJ/g. Penggunaannya pada suhu tinggi tidak ikut berperan

dalam reaksi pencoklatan (Maillard). Sorbitol termasuk dalam golongan

GRAS, sehingga aman dikonsumsi manusia, tidak menyebabkan karies

gigi dan sangat bermanfaat sebagai pengganti gula bagi penderita diabetes

dan diet rendah kalori. JECFA menyatakan sorbitol merupakan bahan

tambahan pangan yang aman untuk dikonsumsi manusia (Anonim).

2.8. Penelitian Terdahulu

Penelitian plastik biodegredabel dengan menggunakan plasticizer

sorbitol telah dilakukan oleh Ani Purwanti (2010). Metode yang

digunakan adalah produksi plastic kitosan demham cara melarutkan

khitosan ke dalam larutan asam asetat 1% dengan konsentrasi 1%.

Larutan kemudian dicetak dalam loyang teflon dan dikeringkan dalam

oven pada 80 oC. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, dengan

penambahan plastisizer dengan konsentrasi 2 gr sorbitol/g kitosan, nilai

kuat tarik plastic kitosan mengalami penurunan dari 3.94 MPa menjadi

0.2 MPa dan nilai elongasi plastic mengalami peningkatan dari 1.5%

menjasi 16.6%.

Yuli Darni (2009) telah mengkaji pengaruh dari penambahan

selulosa sebagai biopolimer pencampur dan plasticizer gliserol terhadap

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013

29

sifat fisik dan ketahanan air (hidrofobisitas) plastik biodegradabel.

Metode yang digunakan adalah dengan mencampurkan pati tapioka dan

selulosa dengan formulasi pati-tapioka 10:0, 9:1, 8:2, 7:3 dan 6:4 (m/m)

kemudian diaduk dengan kecepatan pengadukan 50 rpm dan suhu 900C

selama 30 menit. Plasticizer gliserol ditambahkan sebanyak 20 %, 25%,

dan 30 % dari total 10 gram campuran pada 5 menit terakhir pengadukan.

Kemudian plastik dicetak dan dipanaskan dalam oven dengan temperatur

600C selama 24 jam. penambahan gliserol dapat meningkatkan nilai

perpanjangan (elongation at break) film plastik. Besarnya penyerapan air

yang paling rendah dan nilai tensile strength tertinggi dihasilkan oleh

formulasi pati-tapioka 8:2 dengan konsentrasi plasticizer 25%. Sedangkan

untuk film plastik yang memiliki nilai elongation at break terbesar adalah

pada formulasi pati-tapioka 7:3 dengan konsentrasi plasticizer 30%.

Kajian Pemanfaatan Kulit Singkong..., Listianingrum, Fakultas Teknik UMP, 2013