dan kerabang kepiting adalah sekitar 7,2%, dan...
TRANSCRIPT
r.'"
PEMANFAATAN KITOSAN DARI KULIT KEPmNG (Callimetes sapidus)SEBAGAI KOAGULAN DALAM PENJERNIHAN AIR1)
Oleh:lb. Benito A. KumanI2), Dadan Sumlarsa3). dan Nia Rossiana4)
ABSTRAK
Penelitian rnengenai "Pemanfaatan Kitosan dati Kerabang Kepiting (Callimetes
sapidus) sebagai Koagulan dalam Penjcrnihan Air" telah dilakukan di Laboratoriurn
Kimia Organik FMIPA dan di Laboratorium Toksikologi Lingkungan Pl:>SDAL-UNPAD
dari bulan Februari sampai dengan Agustus 2004, Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahni produksi kitosan dati kitin kerabang kepiting dan pemanfataannya ~_rikoagulan dalam penjerbihan air, Pelaksanaan penelitian ini rcrdiri dari dua tahap, yaitu
(I) produksi kitosan dari kitin kerabang kepiting; dan (2) evaluasi penurunan kekeruhan
air dengan koagulan kitosan, didasarkan pada tingkat penurunan kekeruhan air dengan
koagulasi tawas (allum), Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen isolat kitosan
dan kerabang kepiting adalah sekitar 7,2%, dan kitosan lebih efektif menurunkan tingkatkekeruhan air dibandingkan dengan allum.
Kala kunci : kerabang kepiting, kitin. kitosan, kekeruhan; penjernlhan air.
2
THE USE OF Call/metes sapldus SHELL'S CHITOSAN AS COAGULANT INWATER PURIFICATION PROCESS')
Oleh:Tb. Benito A. Kumani21, D-ddan Sumiarsa", dan Nia Rossiana"
ABSTRACT
The study on "the use of Callimentes sapidus crab shell's chitosan as a coagulant in
water purification process" had been carried out at the laboratory of Organic Chemical,
Faculty of Mathematics and Natura] Sciences and at the laboratory of toxicology,
Institute of Ecology, Universitas Padjadjaran from February to August 2005. The aim of
this study was to measure the production of chitosan from crab shell's chitin and its use
in water purification process as coagulant. This study was performed in two consecutive
stages, namely (1) chitusan production from crab shell's chitin, and (2) evaluation of
water turbidity removal using chitosan as coagulant compare to allum. The results of this
study show that the redemption of chitosan isolate from the shell of the crabs is 7.2%, and
the chitosan is more effective in removing turbidity than allum
Keywords : crabs' shell, chitin, chitosan; turbidity, water purification
3
PEMANFAATAN KITOSAN DARt KULIT KEPITING (Callimetes sspidus)
SEBAGAI KOAGULAN DALAM PENJERNIHAN AIR1)
Oleh:Tb. Benito A. Kurnani1),Dadan Sumiarsa", dan Nia Rosslana"
l.PENDAHULUAN
Pertumbuhan industri pengolahan hasillaut di Indonesia dari tahun kc tahun terns
meningkat sejalan dengan peningkatan permintaan masyarakat khususnya dari luar negeri
ata s makanan sumber protein hewani asal laut. Diantara hasil olahan makanan asal laut
yang paling banyak diminati adalah daging beku (frozen fillet) kepiting iCallimetes
sapidus). Industri pengolahan kepiting selain menghasilkan dagingnya dalam jumlah
besar untuk dieksport juga rnenyisakan limb-db kerabang/ cangkang kcpiting dalarn
jumlah banyak. Limbah ini dalarn waktu beberapa han akan busuk dan dapat
menimbulkan bau yang pada akhimya dapat mengganggu lingkungan.
Bila ditelaah lebih jauh, limbah industri pengolahan kepiting tersebut pada
dasamya adalah senyawa organik yang sekitar 70% diantaranya adalah kitin
(Subangsinghe, 1995). Senyawa ini merupakan biopolimer seperti yang dijumpai pada
serangga dan jamur, yang tersusun dari unit monomer N-asetil-D-glukosamina (Nsasctil-
2-amino-2-deoksi-D-glukopirnnosa) monomer satu dengan lainnya dihubungkan oleh
ikatan P(J-4) (Tokura dan Nishi, 1995). Kitin tidak larut dalam air, larutan basa, larutan
a.sam encer maupun pelarut organik, namun larut dalam asam pckat seperti Hel, H2S04,
HN03, H3P04 dan HCOOH anhidrida. Dibandingkan dengan selulosa, kitin kurang
rcaktif, sehmgga pemanfaatannya tidak sebanyak seperti biopolimer selulosa. Kitin barn
dapat dirnanfaatkan hila diubah menjadi kitosan dengan menghilangkan gugus metil pada
1) Disajikan pada Sirnposium Kebudayaan Indonesia-Malaysia IX, UniversitasPadjadjardll- Universiti Kebangsaan Malaysia. 8andung. Indonesia 10-12 Mel 2005
2) Staf Pcngajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran.3) Staf Pengajar Jurusan Kimia Fakultas Matematik dan Ilmu Pengetahuan Alarn
Universitas Padja-djaran4) Staf Pengaiar Jurusan Biologi Fakultas Matematik dan Ilmu Pcngetahuan Alam
Universitas Padja-djaran
4
kitin tcrsebut (melalui reaksi N-deasetilasi). Kitosan lebih reaktif dari kitin karena
merniliki gugus amino (N1i2 ), dan hidroksil (OH). Pada konscntrasi dan decajat
keasaman (pH) yang sesuai, kitosan bersifat polielektrolit kation. Karena sifatnya
tersebut, kitosan teLah mulai dimanfaatkan dalam pengolahan air limbah maupun air
bahan baku air minum sebagai koagulan (Kawamura, ]995).
Di lain pihak, pelayanan terhadap pemeouhan kebutuhan air bersih dari 'PDAM di
wilayah Bandung saat ini barn mencapai sekitar 40 %, sedangkan sisanya dari surnber
daya air lainnya. Akan tempi, kualitas air dari sumber di luar PDAM masih belurn
memenuhi persyaratan terutarna tingkat kekeruhannya dan COD yang tinggi, sehingga
perlu diolah terlebih dahulu sebclum dikonsumsi atau digunakan dalam berbagai proses
produksi, Penurunan tingkat kekeruhan dan COD seringkali memerlukan dana yang
besar, yang pada gilirannya akan meningkatkan ongkos produksi dari suatu produk,
sehingga harga jualnya menjadi relatif lebih mahal.
Tingkat kekeruhan air disebabkan banyaknya materi koloid yang sukar rnengen-
clap dan sulit disaring, sehingga diperlukan 7.81 pembantu penggumpalan (koagulan)
sehingga terbentuk endapan stabil yang dapat dipisahkan. Koagulan yang biasa diguna-
kan untuk mengurangi tingkat kekeruhan adalah polimer polielektrolit sintctis serperti
tawas, alumunium sulfat (Ah(S04)3.12 H20), :FeC1:.l dan polialumnium klroida (PAC).
Dampak penggunaan koagulan sintetis tersebut belum ban yak diteliri dan dimengerti,
namun endaparmya (sludge) disinyalir dapat membcrikan dampak negatif karena banyak
mengandung logam alumunium (Peavy, ] 985).
Usaha pencarian koagulan alternatif yang efelktif, namun ramah lingkungan telah
banyak dilakukan. Hasil penclitian menunjukkan bahwa polimer alam kitosan dalam air
mempunyai sifat polielektrolit kationik sehingga dapat digunakan sebagai sebagai
koagulan. Bahkan beberapa negara telah memanfaatkan kitosan dalam pengolahan air
limbah maupun air minum sebagai flokulan (Kawamura, 1995). Oleh karena itu perlu
dilakukan pcnelitian mengcnai kitin dari kerabang kepiting (Callimetes sapidus) sebagai
sumber kitosan dan pemanfaatannya sebagai koagulan dalam penjernihan aic. Adapun
tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui produksi kitosan dari kitin kerabang
kcpiting dan konsentrasi kitosan yang diperlukan untuk menurunkan tingkat kekeruhan
bahan baku air minum atau industri sehingga sesuai dengan peruntukannya
5
2. MET ODE PENELITIAN
Bahan yang digunakan dalam penclitian ini adalah kerabang kepiting (Cailinectes
sapidus) sebanyak 5 kg yang diperoleh dari industri pcngolahan kepiting di Cirebon. Air
yang digunakan dalam penelitian ini adalah air sungai Cikapundung di daerah Dago Atas
yang biasa digunakan sebagai bahan baku air minum. Bahan kirnia dan pereaksi yang
digunakan meliputi Iarutan HC1 1 N, air suling, larutan NaOH 1 M, asam asetat 0,2 M.
Tawas, PAC, HN03, larutan NaOCI.
Penelirian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu (1) produksi kitosan dari kitin
kerabang kepiting, dan (2) evaluasi penururan tingkat kekeruhan air dengan koagulan
kitosan ..
2.1. Produksi Kito..~an
2.1.1. lsoIa~iKitin
Produksi Kitosan diawali dengan isolasi kitin dari kcrabang Kepiting dengan
menggunakan prosedur Sophanodora (1995) yang terdiri atas tiga tahapan, meliputi:
1). Proses DemineraUsasi
Limbah kulit kepiting/rajungan Callinectes sapidus yang diperoleh pabrik
pengolahan rajungan di Cirebon dicuci dengan air mengalir, direndam dalam
akuades, disaring, Residunya dikeringkan dalam oven 65°C, kernudian digerus
sampai 10108 saringan berukuran 1 mm. Bubuk kulit kepiting scbanyak 100 gram
dimasukkan ke dalam gelas kimia 2 liter, lalu ditambahkan 1,5 liter larutan HCI 1 N
sambiJ diaduk dengan magnetik stirer pada suhu kamar selama 24 jam sampai gas
COz yang terbentuk habis sempurna. Selanjutnya disaring, residunya dicuci dengan
akuades sampai pH air cucian netral, kemudian residu dikeringkan dalam oven pacta
suhu 60 "C selama 4 jam. lalu ditimbang.
2). Proses Deproteinasi
Residu dan tahap demineralisasi ditimbang, lalu dimasukkan ke dalam gelas
kimia, ditambahkan larutan NaOH 1 N sebanyak 10 kali lipat, kemudian ditempatkan
dalam penangas air pada suhu 60 °C sambil diaduk dengan rnagnetik stirer selama 2
jam. Selanjutnya larutan disaring, residunya dicuci dengan akuades sampai pH air
cucian netral, lain residu dikeringkan dalam oven pada suhu 60 0 C sclama 4 jam,
lalu ditimbang.
6
3). Proses penghilangan warna
Kitin 50 gram yang belum mumi ditirnbang, lalu dibungkus dengan kertas
saring, dimasukkan ke dalam alat sokhlet, kemudian disokletasi dengan pelarut
aseton (1: 10) selama 8 jam dalam penangas air, dikeringkan dalam oven pada suhu
80 nC selama 4 jam, dan ditimbang.
2.1.2. Produksi Kitosan
Kitin sebanyak 10 gram dalam gelas kimia, ditambah 20 m1 larutan NaOH 50 %.
lalu diaduk dengan magnetik stirer pada suhu 110-120 °C selarna 2 jam. Campuran
tersebut disaring, residunya dicuci dengan akuades sampai pH air cucian netral, residu
dikeringkan dalam oven pada suhu 60 "C selama 4 jam, lalu dirimbang.
1). Karakterisasi kitosao
(1). Kadar Air
Sejumlah kitin atau kitosan WO gram dimasukan ke dalam kui porselin yang
beratnya konstan (WI). kemudian dipanaskan dalam oven 115 "C sampai diperoleh
beratnya konstan (W2). Kadar air (%) ditentukan berdasarkan persamaan :
Kadar air = (Wl- W2)1 WO x 100 %
(2). Kadar abu
Kui porselin yang beratnya sudah diketahui konstan setelah melalui
pemanasan di tanur 600 °C, disirnpan di dalam eksikator. Ke dalam kui dimasukan
sejumlah kitosan dan dipanaskan dalarn tanur 600 "C selarna 6 jam, sampai diper-
oleh beratnya konstan, Kadar abu dihitung dengan menggunakan rumus :
Kadar abu = berat abuJ berat contoh x 100 %
(3). Peneotuan MrSejumlah kitosan ditimbang, dilarutkan dalam campuran asam asetat 0,2 M,
tarutan NaCl 0,1 N dan larutan urea 4 M. sehingga diperoleh konsentrasinya
0,00625% sampai 0,4 %, 1cemudian diukur viskositasnya dengan viskometer
Ubbelohhde pada suhu 25 oC ..
Persamaan Sakurda-Houwink:
LTl]= KM a;
M adalah berat molekul kitosan dan a adalah viskositas intrinsik7
2). Derajat dea.~etilasi
Derajat dcasetilasi diukur dengan spektrofotometer inframerah dengan
membandingkan nilai absorb ansi (A) bilangan gelornbang 1650 - 1700 em" (serapan
pita amida I) dan absorb ansi (A) pada bilangan gclombang 3200 - 3500 cm' _Untuk
N- deasetilasi kitin yang sempurna (100 %) diperoleh nilai A1655 = 1,3, maka
derajat deasetilasi dihtung :
% Nvseasetilasi e lA1650 fA 3450j X 0,33 x 100 %.
2.2. Evalu8si Penurunan Tingkat Kekeruhan Air dengan Koagulan Kitosan
Pada 6 (en am) bush gelas kimia ukuran 1000 ml yang dilengkapi dengan pengaduk
Iistrik diisi dengan 200 mL air sungai, atau air tanah, ukur COD dan tingkat kekeruhan-
nya (NTU) dengan Turbidimeter. Kemudian dilakukan variasi pcnambahan sejurnlah
larutan tawas sehingga diperoleb konsentrasi koagulan 0; 15; 20; 25; 30 ppm, pH larutan
campuran diatur sekitar 7,0, dikocok dengan magnciik stirer (100 rpm) selama 10 detik,
kemudian didianikan setama 20 menit sampai terjadi flokulasi. Lalu diukur tingkat keke-
ruhannya dengan Turbidimeter. Proscdur dan kondisi percobaan tersebut eli atas diu lang
untuk mengcvaluasi keberhasilan koagulan Kitosan,
3. BASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Produksi Kitosan
Hasil isolasi kitosan melalui demineralisasi, deproteinasi, dan deasetilasi dari
lirnbah kulit kepiting diperoleb isolat dengan rendemen
7,2 gram kitosan x 100 % = 7,2 %.100 gram cangkang kepiting
Tingkat rendemen kitosan dan kulit kepiting sebanyak 7,2 % lebih kecil jika
dibandingkan dengan kelompok udang-udangan (Crustaceaei yang mencapai lebih dari
10% (3). Adapun karaketeristik isolat kitosan sebagai bcri.k.ut :
8
IiI
I!
Tabell. KuaUtas Isolat KitosanParameter Standar*) Hasil
Bentuk partikel Butiran/serbuk Serbuk
Kadar air (% w/w) <10 4,68
Kadar abu (% w/w) <2 0,067
Derajat deasetilasi 15-70 71,88 %
Mr 3,37 x 10" Dalton..
*) Sumber : Protan Laboratones (Bastaman, 1989)
Jika dibandingkan dengan kualitas kitosan dari Protan Laboratories, kitosan
kerabang kepi ling hasil isolasi ini memenuhi standar,
4.2. Basil Uji Kuagulan Isolat Kitosan
Sampel air dari sungai Cikapundung Dago Alas yang diambil secara komposit
dari berbagai titik pengambilan contoh, tinglcat kekeruhannya adalah 182 NTU. Tingkat
kekeruhan ini telah melebihi baku mutu peruntukan bahan baku air minum PPRI No.41
Tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air yakni
25 NTIJ. Untuk menurunkan kek:cruhan tersebut PDAM Kota Bandung rnenggunakan
bahan kimia polimer sinretis klorida dan atau allum, penggunaan bahan kimia dalam
waktu yang lama menurut para peneliti di Amerika Serikat dapat menyebabkan
gangguan kesehatan, misalnya PAC akan menghasilkan senyawa metahalogen yangtoksik.
Pada Tabel 2 disajikan basil uji efektivitas Kitosan dan Tawas (Allum) pada
berbagai konsentrasi sebagai koagulan, dan penurunan tingkat kekeruhan (NTU) pada
contoh air dari sungai Cikapundung Dago Atas, Dari label 4.2. tersebut terlihat bahwa
kitosan sebagai koagulan lebih efektif dibandingkan dengan allum, yakni pada
konsentrasi 2,0 ppm kitosan mampu menurunkan tingkat kek.eruhan dari 495 NTU
mcnjadi 4 NTU. sedangkan jika mcnggunakan allum memerlukan 300 ppm.
Koagulan alum, Ah(SQUs. pada konsemrasi rendah atau kurang dad batas
kelarntannya dan pH air netral atau basa akan menyebabkan terbentuknya kornplek
polimcr AI6(a-I)15 dan polimer ini teradsorpsi oleh partikel keloid, sedangkan agar
terjadi pengendapan secara cepat partikel keloid harus terjerat kedalam endapan, Untuk
9
itu jumlah koagulan allum minimal lebih dan batas kelarutannya.(Weber, 1972}.
Koagulan dari polimer alam seperti kitosan dalam air dapat bertindak sebagai
poJieleklrolit kationik olch k.arena adanya gugus amino bebas dan hidoksil yang dapat
mempercepat pengendapan. Dispersi partikeI keloid penyebab kekeruhan air. sungai
umumnya bermuatan negatip sehingga polieketrolit alarni kitosan yang bcrmuatan positif
akan mengaglomerasi koloid dalarn air. Tingkat kelarutan kitosan daJam Iarutan asam
lebih tinggi dibandingkan dengan koagulan allum, sehingga pada konsentrasi rendah
kitosan sudah dapat membentuk polielektrolit kationik ((Chandra, 1998).
TabeJ 2. Basil Uji Tingkat Penurunan Kekeruhan (%) pada Contob air SungaiCikapundung Dago Alas oleb Kitosan dan Allum (Kondisi pH air Sungai7,3)
[KitosanJ Kekeruhan Penurunan Kekeruhan._
[TawasJ Penurunanppm N11J (%) ppm N11J (%)
0 495 - 0 495 -0,1 146 70,46 10 361 270,25 140 71,66 30 242 51.10.5 U8 76,21 50 158 68.1
0,75 97 80,37 75 152 69.31,0 74 85,03 100 79 841,25 34 93,11 ISO 66 86.71,5 14 97,14 200 37 92.51,75 8 98,86 250 37 92.52,0 4 99,13 300 7 98.5
Sumber : Data Primer Hasil Pengukuran Bulan September 2004
KFb1MPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disusun kesimpnlan sebagai berikut :1. Rendemen Isolet kitosan dan kerabang kepiting (Calli metes sapidus) adalah sekitar
7,2 %, dcngan karakteristik memenuhi standar Prolan Laboratories.
2. Kitosan sebagai koagulan lebih cfektif dibandingakan dengan altum
Agar informasi kitosan sebagai koagulan lebih lengkap dan dapal digunakan Icbih
bervariasi untuk bcrbagai jenis air. kondisi seperti derajat keasaman perlu dilakukan
penelitian mengenai variasi contoh air, derajat keasaman dan parameter kimia lainnya.
10
DAFfAR PUSTAKAChandra, A., 1998. Penentuan Dosis Optimum Koagulan Fero Sulfat-Kapur, dalam
Pengolahan Limbah Cair Pabrik Tekstil, Bandung, Jurusan Tcknik Kimia
Universitas Parahyangan.
Kawamura, S. 1995, Collection of Working Paper 28, Chitin and Chitosan The Versatile
Environmentally Friendly Modem Materials, Penerbit Universitii Kebangsaan
Malaysia
Peavy, H.S_, D.R. Rowe, and George. T, 1995, Environmental Engineering, Me Graw-
Hill Book Company, USA
Sophanodhora, P, and N. Hutadilok, 1995, Feasibility Study of a Shrimp-Based
ChitinlChitosan Industry in SouthemThailand, Collection of Working Paper 28,
Chitin and Chitosan The Versatile Environmentally Friendly Modem Materials,
Penerbit Universiti Kebangsaan Malaysia
Subangsinghe, 1995, The Development of Crustacean and Molu.1OCIndustries For Chitin
and Chitosan Resources, Collection of Working Papers 28, 27 Chitin and
Chitosan The Versatile Environmentally Friendly Modern Materials, Penerbit
Universiti Kebangsaan Malaysia
Tokura, S., and N. Nishi, 1995. Collection of Working Paper 28, Chitin and Chitosan
The Versatile Environmentally Friendly Modern Materials, Penerbit Universiti
Kebangsaan Malaysia
11