file · web viewsecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah...

42
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perkembangan dalam bidang pertanian dan industri pertanian seringkali menimbulkan peningkatan limbah pertanian yang sebagian besar merupakan limbah berlignoselulosa. Secara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah menjadi produk-produk yang bernilai ekonomi. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek) terutama mengenai bahan penyerap, maka limbah lignoselulosa dapat lebih efiseien digunakan dengan modifikasi, salah satunya untuk proses produksi Na-CMC sebagai bahan baku pembuatan hidrogel. Na-CMC adalah turunan dari selulosa yang bersifat hidrofilik sehingga dapat menyerap air dan apabila direaksikan dengan akrilamide pada kondisi tertentu dapat mempunyai struktur lebih kuat sehingga dapat diproduksi dalam bentuk hidrogel. Hidrogel merupakan polimer hirofilik yang mempunyai kemampuan mengembang (swelling) dalam air, tetapi

Upload: lamtuong

Post on 01-Feb-2018

224 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan dalam bidang pertanian dan industri pertanian

seringkali menimbulkan peningkatan limbah pertanian yang sebagian besar

merupakan limbah berlignoselulosa. Secara kimia limbah berlignoselulosa

kaya akan selulosa yang dapat diolah menjadi produk-produk yang bernilai

ekonomi. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi

(iptek) terutama mengenai bahan penyerap, maka limbah lignoselulosa dapat

lebih efiseien digunakan dengan modifikasi, salah satunya untuk proses

produksi Na-CMC sebagai bahan baku pembuatan hidrogel.

Na-CMC adalah turunan dari selulosa yang bersifat hidrofilik

sehingga dapat menyerap air dan apabila direaksikan dengan akrilamide

pada kondisi tertentu dapat mempunyai struktur lebih kuat sehingga dapat

diproduksi dalam bentuk hidrogel. Hidrogel merupakan polimer hirofilik

yang mempunyai kemampuan mengembang (swelling) dalam air, tetapi

tidak larut dalam air, serta mempunyai kemampuan mempertahankan bentuk

asalnya (Rosiak JM, 1991). Hidrogel bersifat biokompatible dalam darah,

cairan tubuh, dan jaringan hidup. Disamping itu, hidrogel juga memiliki

permeabilitas air yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan sebagai

matriks untuk pengendalian pelepasan obat, pembalut luka bakar, membran

hemodialisis, super absorbant, dan sebagainya (Anonim, 1989). Sifat

hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi oleh adanya gugus hidroksil, gugus

karboksil, gugus amida, atau gugus hidrosulfit, sedangkan ketidaklarutan

dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga dimensi dari hidrogel. Kemampuan

hidrogel untuk mengembang dalam air merupakan hasil dari keseimbangan

antara kekuatan sebar pada rantai hidrat dengan kekuatan kohesi yang tidak

Page 2: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

2

mencegah penetrasi air ke dalam hidrogel. Derajat dan ikatan silang dari

polimer juga ikut menentukan sifat mengembang hidrogel.

Indonesia merupakan salah satu negara utama penghasil sagu di

dunia. Tanaman sagu tumbuh secara komersial untuk produksi pati sagu.

Pati sagu tidak dapat langsung digunakan sebagai bahan untuk membuat

hidrogel karena sifat fungsionalnya yang tidak memungkinkan sehingga

perlu dikombinasikan terlebih dahulu. Pati merupakan suatu bahan baku

alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi sebagai absorber.

Sebuah campuran pati dan akrilamide mempunyai potensi untuk membentuk

biopolimer komponen unik karena dapat memproduksi gel. Limbah sagu

yang dihasilkan dari industri pengolahan pati belum banyak dimanfaatkan

secara optimal. Padahal, limbah sagu merupakan biomassa lignoselulosa.

Oleh karena itu, limbah sagu dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar untuk

bahan penyerap dalam proses produksi hidrogel sehingga dapat mengurangi

pencemaran lingkungan dan meningkatkan pendapatan negara karena dapat

memiliki nilai ekonomi yang cukup tinggi bila dikembangkan secara

aplikatif.

1.2. Perumusan Masalah

Meningkatnya limbah pertanian akibat perkembangan industri

pertanian menimbulkan pengaruh pencemaran lingkungan. Limbah

pertanian merupakan hasil samping industri pengolahan pertanian. Salah

satu limbah pertanian dari hasil samping industri adalah limbah sagu.

Limbah sagu merupakan biomassa lignoselulosa yang mengandung

komponen penting, seperti pati dan selulosa. Namun, limbah sagu belum

banyak dimanfaatkan sehingga belum memiliki nilai ekonomi. Padahal,

biomassa lignoselulosa limbah sagu berpotensi sebagai bahan untuk

membuat hidrogel.

Page 3: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

3

1.3. Tujuan

Makalah ini bertujuan untuk:

(1) mengetengahkan kondisi limbah sagu di Indonesia,

(2) mengestimasi tingkat kebutuhan masyarakat dunia terhadap hidrogel

serta keuntungannya,

(3) memanfaatkan potensi yang terkandung pada limbah sagu sebagai bahan

baku pembuatan hidrogel,

(4) menyarankan metode dalam produksi biomassa lignoselulosa dari limbah

sagu, dan

(5) melihat keuntungan hidrogel yang dihasilkan dari limbah sagu.

1.4. Manfaat

Manfaat makalah ini adalah diperolehnya informasi mengenai

(1) kondisi limbah sagu di Indonesia,

(2) sumber-sumber bahan baku hidrogel dengan berbagai kelebihannya,

(3)kandungan limbah sagu dalam peranannya sebagai bahan baku

pembuatan hidrogel,

(4) perbandingan keuntungan hidrogel limbah sagu dibandingkan dengan

sumber lainnya, dan

(5) disosialisasikannya mengenai metode produksi biomassa lignoselulosa

dari limbah sagu.

Page 4: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Potensi Limbah Sagu

Indonesia merupakan negara agraris dengan kekayaan sumber daya

hayati pertanian, baik jenis maupun jumlah yang sangat melimpah. Salah

satu sumber daya hayati tersebut adalah sagu. Indonesia merupakan negara

utama penghasil sagu di dunia. Indonesia memiliki hutan sagu liar yang luas

(>700.000 ha). Beberapa daerah penghasil sagu, di antaranya Irian Jaya

terdapat sekitar 6 juta dan daerah Pidie di pantai timur Aceh memiliki 2012

ha lahan untuk produksi sagu dengan kapasitas produksi 527 ton sagu

(McClatchey et al. 2006).

Sagu (Metroxylon sagu) memiliki kandungan pati yang lebih tinggi

dibandingkan dengan jenis Metroxylon lainnya, sehingga sagu banyak

dimanfaatkan dalam berbagai industri termasuk pertanian. Saat ini,

pemanfaatan sagu hanya terfokus pada pati yang terkandung di dalamya.

Perkembangan industri pengolahan pati menyebabkan peningkatan hasil

sampingan berupa limbah sagu, diantaranya kulit batang dan ampas sagu.

Limbah ikutan pengolahan sagu berupa kulit batang batang sagu sekitar 17-

25% dari serat batang, sedangkan ampas sekitar 75-83% . Namun, limbah

tersebut belum dimanfaatkan secara optimal (McClatchey et al. 2006).

Padahal limbah merupakan biomassa lignoselulosa yang kaya akan selulosa,

sehingga dapat dimanfaatkan secara optimal sebagai sumber karbon.

Kandungan pati dan selulosa pada limbah sagu adalah salah satu

alasan yang menjadikannya sebagai sumber karbon. Kiat (2006) meyatakan

bahwa limbah sagu berupa kulit batang biasanya dikeringkan dan digunakan

Page 5: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

5

untuk kayu bakar, sedangkan ampas sagu dicampur dengan bahan makanan

tambahan dan digunakan sebagai makanan hewan. Hal ini disebabkan ampas

sagu mengandung karbohidrat (selulosa) yang dapat dimanfaatkan sebagai

pakan ternak sehingga menjadi sumber energi bagi ternak. Selulosa limbah

sagu dapat dimanfaatkan oleh ternak karena ternak memiliki enzim khusus

(selulase) yang dapat menguraikan selulosa menjadi komponen yang lebih

sederhana yang berguna sebagai sumber energi. Selain itu, kulit batang sagu

dan ampas sagu juga digunakan sebagai pengisi dalam pembuatan papan

partikel.

Baru-baru ini, Kiat (2006) memanfaatkan limbah sagu dengan

melakukan karakterisasi karboksimetil limbah sagu untuk dijadikan sebagai

hidrogel. Selain itu, Aziz (2002) dalam Kiat (2006) melaporkan bahwa serat

sagu digunakan sebagai ruahan fermentasi rumen dan pelepah sagu dalam

industri pulp dan kertas.

Limbah sagu dari hasil samping industri pengolahan pati berupa kulit

batang dan ampas sagu mengandung pati, serat kasar, protein kasar, lemak,

dan abu. Namun, pati terdapat dalam jumlah terbesar. Ampas mengandung

65,7% pati yang terdiri atas residu lignin sebesar 20,67%, sedangkan

kandungan selulosa di dalamnya sebesar 19,55% dan sisanya merupakan zat

ekstraktif dan abu. Di sisi lain, kulit batang sagu mengandung selulosa

(56,86%) dan lignin yang lebih banyak (37,70%) daripada ampas sagu (Kiat

2006).

2.2. Pemanfaatan Limbah Sagu

Biomassa secara sempit didefinisikan sebagai bahan (material) yang

berasal dari tumbuhan terestrial (darat). Biomassa tumbuhan sebagian besar

berupa biomassa lignoselulosa yang tersusun dari selulosa, hemiselulosa,

Page 6: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

6

dan lignin. Selain itu pektin, protein, zat ekstraktif, dan abu juga terdapat

dalam jumlah kecil. Salah satu biomassa lignoselulosa adalah limbah sagu.

Biomassa secara sempit didefinisikan sebagai bahan (material) yang

berasal dari tumbuhan terestrial (darat). Biomassa tumbuhan sebagian besar

berupa biomassa lignoselulosa yang tersusun dari selulosa, hemiselulosa,

dan lignin. Selain itu pektin, protein, zat ekstraktif, dan abu juga terdapat

dalam jumlah kecil. Salah satu biomassa lignoselulosa adalah limbah sagu.

Limbah sagu merupakan hasil samping industri pengolahan pati.

Industri ekstraksi pati sagu menghasilkan tiga jenis limbah, yaitu residu

selular empulur sagu berserat (ampas), kulit batang sagu, dan air buangan.

Jumlah kulit batang sagu dan ampas sagu adalah sekitar 26% dan 14%

berdasar bobot total balak sagu (Singhal et al. 2008).

Biasanya kulit batang sagu dikeringkan dan digunakan untuk kayu

bakar, sedangkan ampas sagu dicampur dengan bahan makanan tambahan

dan digunakan sebagai makanan hewan. Kulit batang sagu dan ampas sagu

juga digunakan sebagai pengisi dalam pembuatan papan partikel (Kiat

2006).

Kiat (2006) melaporkan bahwa limbah sagu mengandung komponen

penting seperti pati dan selulosa. Jumlah limbah kulit batang sagu mendekati

26%, sedangkan ampas sagu sekitar 14% dari total bobot balak sagu. Ampas

mengandung 65,7% pati dan dan sisanya merupakan serat kasar, protein

kasar, lemak, dan abu. Dari persentase tersebut ampas mengandung residu

lignin sebesar 21%, sedangkan kandungan selulosa di dalamnya sebesar

20% dan sisanya merupakan zat ekstraktif dan abu. Di sisi lain, kulit batang

sagu mengandung selulosa (57%) dan lignin yang lebih banyak (38%)

daripada ampas sagu.

Page 7: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

7

2.3. Na-CMC Sebagai Bahan Baku Pembuatan Hidrogel

Na-CMC adalah turunan dari selulosa dan sering dipakai dalam

industri pangan, atau digunakan dalam bahan makanan untuk mencegah

terjadinya retrogradasi. Pembuatan CMC adalah dengan cara mereaksikan

NaOH dengan selulosa murni, kemudian ditambahkan Na-kloro asetat

(Fennema, Karen and Lund, 1996).

Reaksi :

R OH + NaOH → RONa + H2O

R ONa + ClCH2COONa → O CH2COONa + NaCl

Na-CMC merupakan zat dengan warna putih atau sedikit

kekuningan, tidak berbau dan tidak berasa, berbentuk granula yang halus

atau bubuk yang bersifat higroskopis (Inchem, 2002). Menurut Tranggono

dkk. (1991), CMC ini mudah larut dalam air panas maupun air dingin. Pada

pemanasan dapat terjadi pengurangan viskositas yang bersifat dapat balik

(reversible). Viskositas larutan CMC dipengaruhi oleh pH larutan, kisaran

pH Na-CMC adalah 5-11 sedangkan pH optimum adalah 5, dan jika pH

terlalu rendah (<3), Na-CMC akan mengendap (Anonymous. 2004).

Na-CMC akan terdispersi dalam air, kemudian butir-butir Na-CMC

yang bersifat hidrofilik akan menyerap air dan terjadi pembengkakan. Air

yang sebelumnya ada di luar granula dan bebas bergerak, tidak dapat

bergerak lagi dengan bebas sehingga keadaan larutan lebih mantap dan

terjadi peningkatan viskositas (Fennema, Karen andLund, 1996). Hal ini

akan menyebabkan partikel-partikel terperangkap dalam sistem tersebut dan

memperlambat proses pengendapan karena adanya pengaruh gaya gravitasi.

Menurut Fardiaz, dkk. (1987), ada empat sifat fungsional yang

penting dari Na-CMC yaitu untuk pengental, stabilisator, pembentuk gel dan

beberapa hal sebagai pengemulsi. Didalam sistem emulsi hidrokoloid (Na-

Page 8: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

8

CMC) tidak berfungsi sebagai pengemulsi tetapi lebih sebagai senyawa yang

memberikan kestabilan. Dengan adanya Na-CMC ini maka partikel-partikel

yang tersuspensi akan terperangkap dalam sistem tersebut atau tetap tinggal

ditempatnya dan tidak mengendap oleh pengaruh gaya gravitasi (Potter,

1986).

Mekanisme bahan pengental dari Na-CMC mengikuti bentuk

konformasi extended atau streched Ribbon (tipe pita). Tipe tersebut

terbentuk dari 1,4 –D glukopiranosil yaitu dari rantai selulosa. Bentuk

konformasi pita tersebut karena bergabungnya ikatan geometri zig-zag

monomer denga jembatan hydrogen dengan 1,4 -Dglukopiranosil lain,

sehingga menyebabkan susunannya menjadi stabil. Na-CMC yang

merupakan derivat dari selulosa memberikan kestabilan pada produk dengan

memerangkap air dengan membentuk jembatan hydrogen dengan molekul

Na-CMC yang lain (Belitz and Grosch, 1986).

Secara garis besar, proses pembuatan karboksi metil selulosa melalui

2 (dua) tahap reaksi, yaitu pertama reaksi alkalisasi dan kedua reaksi

eterifikasi. Pada reaksi tahap pertama, yaitu alkalisasi merupakan reaksi

antara selulosa dengan larutan soda (basa) menjadi alkali selulosa (selulosa

bersifat larut dalam larutan soda). Sedangkan tahap kedua, yaitu eterifikasi

merupakan reaksi antara alkali selulosa dengan senyawa natrium kloro asetat

menjadi natrium karboksi metil selulosa (Na-CMC) yang membentuk

larutan kental (viskous). Reaksi berlangsung dalam temperatur antara 60-

800C dan waktu operasi antara 2-3 jam dan dilakukan pengadukan (mixing).

2.4. Analisis Substansi Hidrogel

Hidrogel merupakan polimer superabsorben yang mempunyai sifat

mampu menahan pengeluaran air dan mengatur penyerapan. Hidrogel juga

bersifat hidrofilik dan memiliki permeabilitas air yang tinggi. Sifat hidrofilik

Page 9: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

9

hidrogel dipengaruhi oleh gugus -OH, -COOH, -CONH2, NH2 dan -SO3H.

Ikatan utama gugus hidrofilik karena terdiri dari gugus asam karboksilat (-

COOH) yang mudah menyerap air sehingga ketika dimasukkan dalam air

atau pelarut akan terjadi interaksi antara polimer dengan molekul air

(Herdiyanto et al., 2007). Interaksi yang terjadi adalah hidrasi. Mekanisme

hidrasi yang terjadi adalah ion dari zat terlarut dalam polimer seperti COO-

dan Na+ akan tertarik dengan molekul polar air seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Mekanisme Hidrasi Polimer Superabsorben

2.5. Kemampuan Hidrogel Menahan Air

Penggunaan hidrogel dapat dimanfaatkan sebagai bahan polimer

superabsorben. Kelebihan penggunaan hidrogel jika dibandingkan dengan

bahan absorben lain seperti kertas, selulosa dan kapas adalah kemampuan

absorpsinya beberapa kali lipat dibandingkan beratnya, tahan terhadap

tekanan dan 90 % bahannya dapat diuraikan sehingga ramah lingkungan.

Polimer superabsorben merupakan suatu bahan yang dapat mengabsorpsi

dan atau menyimpan cairan lebih dari berat bahan tersebut dan tidak

melepas cairan tersebut. Penggunaan polimer superabsorben sangat banyak

diantaranya digunakan sebagai bahan pengolahan limbah, media tumbuh

tanaman, bahan untuk mengurangi friksi dalam pipa, bahan pelapis anti

bocor, pelindung jaringan kabel bawah tanah, bahan pembuatan kemasan

barang dan bahan pemadam kebakaran.

Page 10: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

10

Polimer superabsorben dari bahan organik memiliki beberapa

kelemahan diantaranya kapasitas absorpsi yang terbatas, karakteristik fisik

yang kurang kuat, tidak stabil terhadap perubahan suhu dan pH.

Banyak penelitian yang dilakukan untuk memodifikasi polimer

dengan bahan lain untuk meningkatkan kemampuan absorpsi dan ketahanan

sifat fisiknya dengan memanfaatkan radiasi diantaranya pembuatan polimer

superabsorben yang dimodifikasi dengan menggunakan radiasi gamma.

Polimer yang dihasilkan mempunyai kapasitas absorpsi air dan uap yang

lebih baik yaitu 200 g air/g polimer, ketahanan fisik terhadap suhu dan

keasaman yang cukup tinggi. Di samping itu, polimer yang dihasilkan dapat

mengabsorpsi larutan urea dengan kapasitas absorpsi antara 935 sampai

5212 g/g polimer serta dapat menyerap lebih dari 20 persen massa air.

2.6. Akrilamide Sebagai Campuran Na-CMC Dalam Sintesis Hidrogel

Akrilamida (atau amida akrilat) adalah senyawa organik sederhana

dengan rumus kimia C3H5N O dan berpotensi berbahaya bagi kesehatan

(menyebabkan kanker atau karsinogenik) sehingga harus hati-hati dalam

penggunaanya. Nama IUPAC-nya adalah 2-propenamida. Dalam bentuk

murni ia berwujud padatan kristal putih dan tidak berbau. Pada suhu ruang,

akrilamida larut dalam air, etanol, eter, dan kloroform. Ia tidak kompatibel

dengan asam, basa, agen pengoksidasi, dan besi (dan garamnya). Dalam

keadaan normal ia akan terdekomposisi menjadi amonia tanpa pemanasan,

atau menjadi karbon dioksida, karbon monoksida, dan oksida nitrogen

dengan pemanasan.

Akrilamida dapat membentuk rantai polimer panjang yang dikenal

sebagai poliakrilamida, yang juga karsinogenik. Polimer ini dipakai dalam

pengental karena ia akan membentuk gel bila tercampur air. Dalam

laboratorium biokimia poliakrilamida dipakai sebagai fase diam dalam

elektroforesis gel (PAGE atau SDS-PAGE). Ia dipakai pula dalam

Page 11: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

11

penanganan limbah cair, pembuatan kertas, pengolahan bijih besi, dan dalam

pembuatan bahan pengepres. Beberapa akrilamida dipakai dalam pembuatan

zat pewarna, atau untuk membentuk monomer lain.

2.7. Kelebihan Limbah Sagu sebagai Bahan Dasar Pembuatan Hidrogel

Potensi sagu di Indonesia saat ini seluas 1,128 juta ha atau 51,3%

dari 2,201 juta ha areal sagu dunia dan pemanfaatan tanaman sagu sejauh ini

cenderung terfokus pada pati yang dihasilkannya. Pengolahan batang sagu

menjadi pati hanya 16-28%. Hasil ikutan pengolahan sagu berupa kulit

batang dan ampas sekitar 72% merupakan biomassa limbah sagu hasil

industri pengolahan sagu yang masih sangat kurang pemanfaatannya (Asben

2005). Kiat (2006) melaporkan bahwa jumlah ampas sagu dan pati yang

besar di dalam air limbah praolah berkontribusi terhadap BOD dan COD air

limbah secara signifikan. Limbah ini akan menjadi masalah lingkungan yang

serius bila tidak di perlakukan untuk tujuan tertentu atau dibuang dengan

cara yang benar. Dengan demikian, limbah sagu dapat menjadi alternatif

sebagai bahan baku pembuatan hidrogel.

Page 12: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

Mulai

Gagasan dan Kreativitas

Kajian Pustaka

Pengumpulan Data dan Informasi

Analisis dan Sintesis

Penulisan

Penarikan Simpulan

Selesai

12

BAB III

METODE PENULISAN

Penyusunan makalah ini dimulai dengan cara penggalian ide dan

pengembangan kreativitas dilanjutkan studi pustaka kemudian dilakukan

pengumpulan data dan informasi. Metode penulisan makalah yang lebih

terstruktur disajikan pada Gambar 2.

Page 13: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

13

BAB IV

METODE PENELITIAN

Alat :

1. Gelas beker

2. Viscometer

3. Alat ukur berat jenis (density)

4. Termometer

5. Botol semprot

6. Motor pengaduk

7. Magnetic stirrer

8. Condenser (lengkap)

9. Reaktor berpengaduk

10. Mesin Berkas Elektron

Bahan :

1. Larutan NaOH / NaOH flake

2. Monokloroasetat (Na-kloroasetat)

3. Etanol 95 %

4. S e l u l o s a (pati sagu)

5. Monokloroasetat (Na-kloroasetat)

6. Aquades

7. Akrilamide

Cara Kerja :

Pembuatan Na-CMC Secara Eterifikasi

1. Pasang reaktor berpengaduk.

2. Pastikan air pendingin (cooler) melalui condensor dalam keadaan mengalir.

3. Timbang sejumlah tertentu selulosa (pati sagu), NaOH dan Na-kloroasetat.

4. Buat larutan NaOH dengan konsentrasi tertentu (3-10 %) dan diaduk,

kemudian dimasukkan ke dalam gelas kimia.

Page 14: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

14

5. Masukkan selulosa ke dalam larutan NaOH dan diaduk.

6. Masukkan larutan selulosa dalam NaOH tadi ke dalam reaktor berpengaduk.

7. Nyalakan water/oil bath dan di set pada temperature 110 oC .

8. Atur temperatur operasi (Top) antara 70-100 oC dan waktu operasi antara 1-

2 jam (setelah temperatur operasi dicapai).

9. Selama operasi berlangsung, amati dan catat apa yang terjadi di dalam

reaktor tersebut (pH, temperatur, warna larutan, kekentalan).

10. Kemudian tambahkan senyawa larutan Na-Kloroaestat ke dalam reaktor.

11. Selama operasi berlangsung, amati dan catat apa yang terjadi di dalam

reaktor tersebut (pH, temperatur, warna laruran, kekentalan).

12. Setelah beberapa waktu tertentu (0,5-1 jam), hentikan proses eterifikasi.

13. Setelah agak dingin, produk (yang berupa larutan kental) dikeluarkan dari

reaktor, kemudian ditimbang.

14. Lakukan analisa larutan produk yang diperoleh meliputi :

a. Viskositas (cp) dalam larutan 10 %

b. Densitas (gram/cm3) dalam larutan 10 %

c. pH larutan

15. Agar diperoleh Na-CMC dalam bentuk padat, tambahkan etanol 96 %

secukupnya ke dalam produk tersebut.

16. Keringkan pada temperatur antara 60-70 oC dan timbang hasilnya.

Grafting

1. Rendam Na-CMC dengan larutan akrilamide selama waktu tertentu.

2. Diradiasi kemudian disaring agar terpisah dengan larutannya.

3. Segel agar tidak berhubungan dgn udara luar.

4. Cuci hasil grafting dengan aquadest kemudian keringkan pada suhu 550C.

5. Hasilnya berupa gumpalan atau bubuk.

NB: Selanjutnya dapat dilakukan analisis dengan termogravimetri analisis, FTIR, uji swelling, dan atau SEM.

Page 15: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

15

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

Proses pembuatan karboksi metil selulosa dapat dilakukan secara

alkilasi maupun eterifikasi. Namun yang dipilih disini pada proses eterifikasi

yang menghasilkan reaksi:

R OH + NaOH → RONa + H2O

R ONa + ClCH2COONa → O CH2COONa + NaCl

Reaksi tersebut disebut reaksi eterifikasi dikarenakan dalam proses

pembuatannya, selulosa (pati sagu) direaksikan dengan natrium kloro asetat

menjadi natrium karboksi metil selulosa (Na-CMC) yang membentuk

larutan kental (viskous).

Na-CMC stabil walaupun bahannya higroskopis. Dibawah kondisi

basa yang tinggi, Na-CMC mampu menyerap air secara besar kuantitasnya.

Solut cairan stabil pada pH 2 – 10, namun dapat stabil di bawah pH 2, dan

kekentalan solut menurun dengan cepat diatas pH 10. Umumnya, solut

menunjukan kekentalan maksimal dan stabil pada pH 7 – 9.

Na-CMC kemungkinan steril dalam keadaan kering oleh keutamaan

Na-CMC saat temperatur ±100o C dalam satu jam. Beberapa bahan

materialnya dipersiapkan untuk sterilisasi, Meskipun viskositasnya menurun

secara signifikan.

Larutan solut dapat disterilisasi dalam keadaan panas. Dengan

demikian larutan solut juga menghasilkan viskositas yang dapat tereduksi.

Setelah kesemuanya, viskositas tereduksi sekitar 25%, tetapi hal ini

mereduksi sedikit daripada material yang steril pada `keadaan yang kering.

Page 16: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

16

Luasnya reduksi sama dengan berat molekuler dan menurun ketika

substitusi.

Dalam hal ini, Na-CMC sudah dapat digunakan sebagai absorber

karena telah memiliki sifat hidrofilik namun untuk meningkatkan nilai

ekonomis yang lebih tinggi, maka perlu dilakukan pencangkokan untuk

mengubah ketahanan fisiknya dikarenakan ketahanan fisik Na-CMC

terbilang belum cukup kuat.

Untuk memberikan ketahanan struktur fisik yang lebih kuat, maka

dilakukan pencangkokan Na-CMC dengan akrilamide yang hasilnya nanti

disebut sebagai hidrogel. Hasil dari pencangkokan ini, yaitu:

1. Rendaman dengan waktu 2 jam menghasilkan akrilamide yang

diabsobsi sekitar 62 dan 68 %.

2. Perendaman lebih lama akan menurunkan efektivitas karena

semakin lama, ikatan Na dengan CMC akan digantikan dengan H

dari akrilamide.

3. Rendaman yg lama mengakibatkan Na terektraksi ke dalam

monomer sementara CMC tidak bisa mengembang lagi menyerap

akrilamide.

Perlu diketahui, untuk karakterisasi dapat dilakukan empat cara,

yaitu dengan termogravimetri analisis, FTIR, uji swelling, dan atau SEM.

Termografi Analisis

Termografi analisis dikenal sebagai termografi inframerah yang

merupakan alat ukur temperature berdasarkan deteksi gelombang radiasi

termal dalam bentuk hasil gambar (termogram). Visualisasi hasil termogram

membantu dalam memprediksikan kondisi ketebalan suatu bahan atau

polimer melalui analisa distribusi temperatur. Beberapa parameter yang

Page 17: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

17

diperlukan dalam analisis adalah temperature permukaan dalam dan luar

bahan, parameter pengukuran temperature serta dimensi bahan. Selain

prediksi kuantitative, teknik pengukuran termografi inframerah ini juga

dapat secara langsung mengetahui lokasi terjadinya kegagalan fungsi sistem

pencangkokan bahan.

Caranya adalah sampel dimasukkan ke dalam crus alumina

kemudian dipanaskan dari suhu 25-6000C dngn mngalirkan gas N2.

FTIR (Fourier Tranform Infra Red)

Spektroskopi Infra Red  (IR) merupakan teknik analisis kimia yang

metodenya berdasarkan pada penyerapan sinar infra merah oleh molekulsenyawa.

Panjang gelombangm IR tergolong pendek, yakni 0,78 – 1000 μm, sehingga tidak

mampu mentransisikan elektron, melainkan hanya menyebabkan molekul bergetar atau

bervibrasi. Spektrokopi IR digunakan untuk penentuan struktur, yakni informasi penting

tentang gugus fungsional suatu molekul. Penentuan struktur inidilakukan dengan melihat

plot apektrum IR yang terdeteksi oleh alatspektrofotometer IR. Spektrum ini menyatakan

jumlah radiasi IR yangditeruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi atau bilangan.

Spektrofotometer IR digunakan dalam penelitian ini untuk mengetahui

karakteristik padatan yang dihasilkan, seperti struktur ikatan dan gugus fungsi yang

dikandungnya.

Uji Swelling (Uji Pengembangan)

Merupakan teknik untuk menguji kemampuan serap hidrogel terhadap air, yaitu

dengan caa merendam sampel dalam air.

Page 18: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

18

SEM (Scanning Electron Microscope)

Mikroskop pemindai elektron atau SEM adalah sebuah mikroskop yang

mampu melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakanelektro

statik dan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta

memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada

mikroskop cahaya.

Prosedur kerja analisis SEM yaitu pertama-tama dilakukan suatuupaya untuk

menghilangkan penumpukan elektron (charging) di permukaan obyek, dengan

membuat suasana dalam ruang sampel tidak vakum tetapi diisi dengan sedikit gas yang

akan mengantarkan muatan positif ke permukaan obyek, sehingga penumpukan elektron

dapat dihindari.

SEM ini dapat digunakan untuk menentukan bentuk kristal dari hidrogel.

Page 19: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

19

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Peningkatan limbah pertanian dari hasil samping industri dapat

dimanfaatkan sebagai Natrium CMC yang merupakan bahan baku dalam

pembuatan hidrogel. Oleh sebab itu, hal ini dapat dijadikan solusi

sebagai penanggulangan terhadap limbah pertanian khususnya limbah

sagu.

2. Limbah sagu sebagai hasil samping industri pengolahan pati memiliki

potensi sebagai penghasil bahan baku produksi hidrogel. Selama ini,

limbah sagu hanya digunakan sebagai kayu bakar atau pakan ternak.

Limbah sagu mengandung lignoselulosa yang kaya akan selulosa

sehingga dapat dijadikan sebagai bahan baku produksi hidrogel.

3. Metode tahapan yang dapat dilakukan dalam produksi hidrogel dari

limbah sagu adalah pembuatan Na-CMC, pencangkokan dengan

akrilamid menggunakan mesin berkas elektron, dan analisis hasil.

4. Limbah sagu sebagai bahan baku pembuatan hidrogel memiliki

keuntungan yaitu meningkatkan nilai guna limbah sagu, hidrogel, dan

mengurangi pencemaran lingkungan.

Saran

Potensi limbah sagu sebagai Na-CMC yang notabene dijadikan

sebagai bahan baku pembuatan hidrogel perlu mendapatkan perhatian

khusus untuk dikembangkan. Sebaiknya ada kerjasama antara pemerintah,

Page 20: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

20

perguruan tinggi, dan industri hasil pertanian. Promosi produk hidrogel dari

limbah sagu sebaiknya dilakukan lebih intensif. Kemudian perlunya

penelitian lebih lanjut agar hidrogel yang dihasilkan dapat dikembangkan

lebih luas dalam segi pemanfaatannya.

Page 21: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

21

DAFTAR PUSTAKA

Belitz, H. D. and W. Grosch. 1986. Food Chemistry. New York: Springer

Veralag Berlin Heldenberg

Fardiaz, Srikandi, Ratih Dewanti, Slamet Budijanto. 1987. Risalah

Seminar ; Bahan Tambahan Kimiawi (Food Additive). Bogor:

Institut Pertanian Bogor

Fennema,O.R. 1986. Principle of Food Science. Marcel Dekker Inc. New

York and Basel

Fennema, O. R., M. Karen, and D. B. Lund. 1996. Principle of Food

Science. The AVI Publishing, Connecticut

Potter, N. Norman. 1986. Food Science. The AVI Publishing. Inc. Westport,

Connecticut

Tranggono, S., Haryadi, Suparmo, A. Murdiati, S. Sudarmadji, K. Rahayu,

S. Naruki, dan M. Astuti.1991. Bahan Tambahan Makanan (Food

Additive). PAU Pangan dan Gizi.Yogyakarta: UGM

Herdiyanto, Erizal, dan Tamat, S.R. 2007. Pengaruh Iradiasi Gamma dan

Konsentrasi Polivinilpirolidon Pada Pembuatan Hidrogel serta

Kemampuan Imobilisasi dan Pelepasan Kembali Propanolol

HC.Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir

Indonesia.Tangerang.Vol.VII:1-16

Swasono,R.Tamat,dkk.2008.Sintesis Hidrogel Poli(N-Vinil-2-Pirolidon-

Asam Tartrat).pdf

Page 22: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

22

Rosiak JM.1991.Hydrogel Dressing HDR, Radiation Effect on Polymer.

Washington D.C: ACS (page 118-20)

Anonym.1989.Hydrogel:Speciality Plastic for Biomedical And

Pharmaceutical Application.New York: Academid Press (page 17-

47)

Kiat LJ.2006.Preparation and characterization of carboxymethyl sago waste

and its hydrogel [tesis]. Malaysia: Universiti Putra Malaysia.

McClatchey W, Manner HI, dan Elevitch CR. 2006. Metroxylon amicarum,

M. paulcoxii, M. sagu, M. salomonense, M. vitiense, and M.

warburgii (sago palm) Arecaceae (palm family). Species Profiles for

Pacific Island Agroforestry. www.traditionaltree.org

Singhal RS, Kennedy JF, Gopalakrishnan SM, Kaczmarek Agnieszka, Knill

CJ, dan Akmar PF. 2008. Industrial production, processing, and

utilization of sago palm-derived products. Carbohydr Polym 72: 1-

20.

http://soulkeeper28.files.wordpress.com/2009/01/na-cmc.pdf

http://yprawira.wordpress.com/polimer-polimer-semi-sintetik/

Anonymous. 2004. Cellulose. http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose

http://id.wikipedia.org/wiki/Akrilamida

http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/20836/Bagian

%2520II.doc+kelebihan+pati+sagu+sebagai+bahan+baku+hidrogel

Page 23: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

23

http://www.ccitonline.com/mekanikal/tiki-view_blog.php?blogId=306

http://www.scribd.com/doc/50782215/21/Analisis-Gugus-Fungsi-pada-

Bentonit-dengan-Spektra-Infrared-IR

Page 24: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

24

LAMPIRAN

Carboymethylcellulose Sodium (Na – CMC)

1. Nama Lokal

BP : Carmllose sodium

JP : Carmllose sodium

USPNF : Carmllosum natricum

PhEur : Carboxymethylcellulose sodium

2. Sinonim

Akuacell; Aquasorb;Blanose; cellulose gum; CMC sodium; E466;

Finnfix; nymcel;SCMC; sodium carboxymethylcellulose; sodium

cellulose glycolate; sodium CMC;Tylose CB

3. Nama Kimia dan Nomer Registrasi CAS

Cellulose, carboxymethyl ether, sodium salt [9004-32-4]

4. Rumus Empiris dan Berat Molekul

USP mendeskripsikan sodium karboksimetilselulosa merupakan garam

sodium yang berasal dari sebuah polikarboksimetil eter selulosa. Berat

molekulnya adalah 90000-700000.

5. Kategori Fungsional

Sebagai agen penyalut, agen stabilitas, suspending agen, tablet dan

kapsul disintegran tablet pengikat, agen pengabsorbsi air.

Page 25: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

25

6. Pemerian

Ketebalan : 0.52 g/cm3

Konstanta Disosiasi : pKa = 4.30

Titik Cair : kecoklatan pada kira – kira 227o C

Muatan Cairan : Dapat dianggap sebagai cirinya berisi air kurang dari 10

%. Tetapi Sodium CMC meupakan higroskopik dan artinya menyerap

air sebanyak temperatur diatas 37o C yang relatif basah sekitar 80 %.

Kelarutan : praktis larut dalam aseton, etanol 95%, eter dan toluen. Air

mudah didispersi pada semua suhu, pada bentuk yang murni, pada solut

koloid. Kelarutan caiaran bermacam – macam tergantung derajat

substitusi (DS)

Viskositas : Tingkatan atau Sodium CMC yang tersedia dalam

perdagangan memiliki perbedaan kekentalan cairan, solut cairan 1 % b/v

dengan kekentalan 5 – 13000 mPas (5 – 13000 cP) kemungkinan mampu

tercapai. Sebuah peningkatan konsentrasi menghasilkan peningkatan

pada kekentalan solut cairan, memperpanjang pemanasan pada

temperatur tinggi mampu mempermanen penurunan kekentalan.

Viskositas solut Sodium CMC dapat stabil dengan baik pada rentang pH

4 – 10. Jauhnya pH optimum adalah netral.

7. Inkompatibilitas

Sodium CMC inkompatibilitas dengan kuat pada larutan asam dengan

beberapa garam besi dan beberapa logam atau baja, beberapa aluminium,

merkuri dan besi. Namun dapat terjadi pada pH kurang dari 2 dan juga

ketika dikocok dengan etanol 95%

Page 26: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

26

Sodium CMC berbentuk kompleks dengan gelatin dan pektin. Sodium

CMC juga dapat kompleks dengan kolagen dan mengandung beberapa

protein.

AKRILAMIDA

Akrilamida

Nama IUPAC [sembunyikan] prop-2-enamide

IdentifikasiNomor CAS [79-06-1]PubChem 6579SMILES O=C(\C=C)N

InChI 1/C3H5NO/c1-2-3(4)5/h2H,1H2,(H2,4,5)

SifatRumus kimia C3H5NOMassa molar 71.08 g mol−1

Densitas 1.13 g/cm³Titik leleh 84.5 °CTitik didih - (polymerization)Kelarutan dalam air 204 g/100 ml (25 °C)

BahayaMSDS ICSC 0091

Klasifikasi EU

Toxic (T)Templat:Carc2Templat:Muta2Templat:Repr3

Indeks EU 616-003-00-0

Page 28: file · Web viewSecara kimia limbah berlignoselulosa kaya akan selulosa yang dapat diolah ... Pati merupakan suatu bahan baku alternatif untuk bahan dasar hidrogel yang berfungsi

28

Gambar Hidrogel dalam Bidang Medis

Gambar Hidrogel dalam Bidang Kecantikan