BIOFISIK

(BOBOT JENIS, TEGANGAN PERMUKAAN, DAN EMULSI)

Muhammad Iqbal Syukri (G84080010)1, Nourmala Putri Agustyn2, dan Waras

Nurcholis, M.Si3

Mahasiswa Praktikum1, Asisten Praktikum2, Dosen Praktikum3

Struktur dan Fungsi Biomolekul

Departemen Biokimia, FMIPA, IPB

2010

AbstrakKarakteristik biofisik larutan alamiah ataupun sintetis yang akan diuji

berbeda-beda. Percobaan ini dilaksanakan untuk mengetahui berbagai karakter biofisik terutama bobot jenis, tegangan permukaan, dan emulsi. Percobaan dilaksanakan secara berkelompok. Bobot jenis dan tegangan permukaan dipengaruhi konsentrasi zat terlarut. Sistem emulsi akan memperlihatkan kestabilan yang dimiliki dari pencampuran zat atau zat tunggal, baik yang alami maupun buatan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa bobot jenis tertinggi adalah larutan NaCl 5%. Bobot jenis urin berada pada kisaran normal. Akuades menunjukkan kekuatan ikatan antar molekul kuat sehingga jarum dapat mengapung dan memiliki jumlah tetesan terendah. Kestabilan emulsi tertinggi didapat dari pencampuran minyak kelapa dan sabun. Pengamatan dibawah mikroskop akan memperlihatkan sistem emulsi secara nyata. Tipe emulsi W/O tampak dari minyak kelapa dan air, minyak kelapa dan sabun, dan margarin sedangkan tipe O/W adalah gum arab dan minyak serta susu. Kerusakan komponen penyusun susu disebut susu pecah.

Pendahuluan

Setiap zat memiliki karakteristik yang berbeda dalam berbagai hal, salah

satunya bobot jenis. Bobot jenis merupakan perbandingan antara massa suatu zat

dengan massa air pada volume dan suhu yang sama. Pengukuran bobot jenis dapat

dilakukan menggunakan densitometer atau urinometer yang memiliki suhu

standar berbeda (biasanya 60 0F atau 15.55 0C) pada tiap alatnya sehingga

diperlukan faktor koreksi. Pengukuran bobot jenis sangat dipengaruhi oleh

temperatur karena setiap larutan memiliki viskositas yang berbeda. Pengukuran

bobot jenis urin paling baik dilakukan pada pagi hari saat urin pertama baru

dikeluarkan (Wirawan 1998).

Suatu zat juga memiliki tegangan permukaan. Hal ini merupakan

fenomena yang menarik yang terjadi pada zat cair dalam keadaan statis. Tegangan

permukaan ini mengakibatkan suatu benda dapat terapung atau tenggelam,

tergantung dari besarnya gaya tarik menarik antar molekulnya. Selain itu, dapat

pula diakibatkan oleh konsentrasi zat terlarut pada cairan tersebut. Apabila

konsentrasi zat terlarut pada permukaan lebih kecil dibanding di dalam lapisan,

maka tegangan permukaan akan naik sehingga tegangan permukaan akan

berbentuk gelombang transversal (Atkins 2000).

Karakteristik lain dari suatu zat yakni terjadinya pencampuran zat yang

memiliki perbedaan polaritas (polar dan non polar) sehingga membentuk emulsi.

Emulsi memiliki fase terdispersi dan fase pendispersi. Umumnya, fase terdispersi

berupa zat cair dan tidak stabil. Emulsi mengandung zat pengemulsi atau

emulsifier yang berfungsi sebagai penurun tegangan permukaan. Menurut

Hartomo (1993), kemampuan tersebut dapat diakibatkan oleh adanya bagian non

polar (lipofilik) dan polar (hidrofilik) pada struktur kimianya. Emulsi dapat

digolongkan menjadi tipe W/O (Water-Oil) dan O/W (Oil-Water). Tipe W/O akan

menunjukkan pengikatan emulsifier yang lebih kuat terhadap minyak sedangkan

tipe O/W terjadi dominasi kekuatan pengikatan oleh emulsifier terhadap air.

Pemilihan percobaan kali ini didasarkan pada keragaman karakteristik

yang dimiliki zat yang berada di sekitar kita. Urin yang digunakan merupakan

urin praktikan yang dipilih secara acak. Pengujian yang dilakukan diharapkan

dapat menganalisis sifat biofisik zat yang akan diuji terutama bobot jenis,

tegangan permukaan, dan sistem emulsi.

Metode Praktikum

Praktikum dilaksanakan di Laboratorium Biokimia Departemen Biokimia

FMIPA IPB pada hari Jumat tanggal 1 Oktober 2010 pukul 08.00-11.00 WIB.

Praktikum ini menggunakan peralatan yakni urinometer, gelas piala, gelas arloji,

jarum, pipet Mohr, pipet volumetrik, bulb, tabung reaksi, mortar, termometer, dan

mikroskop. Sementara itu, bahan yang digunakan adalah akuades, larutan NaCl

0.3 %, NaCl 0.9%, NaCl 5%, NaCl 20%, glukosa 5%, air kelapa, air kran, larutan

albumin 1%, urin, cairan empedu, larutan detergen, alkohol, minyak tanah, air

sabun, sudan merah, gum arab, susu segar, dan margarin.

Pengukuran Bobot Jenis. Penentuan bobot jenis (BJ) larutan alamiah

dimulai dengan disiapkannya larutan yang akan diukur BJ-nya yakni akuades,

larutan NaCl 0.3 %, NaCl 0.9%, NaCl 5%, glukosa 5%, air kelapa, air kran,

larutan albumin 1%. Sebelumnya, larutan tersebut diukur suhunya dengan

termometer. Kemudian, pengukuran BJ dilakukan dengan menggunakan

densitometer. Pengukuran urin manusia juga dilakukan dengan cara yang sama.

Akan tetapi, pengukuran suhu urin dilakukan setelah urin didiamkan selama

beberapa saat agar suhu tidak terlalu tinggi.

Pengukuran Tegangan Permukaan. Pertama-tama disiapkan akuades,

cairan empedu, air kelapa, air kran, dan larutan detergen. Selanjutnya berbagai

larutan tersebut dituangkan secara perlahan dari samping ke jarum yang berada di

atas gelas arloji dengan volume sama. Kemudian diamati keadaan jarum pada

gelas arloji. Pengukuran jumlah tetesan dilakukan dengan menggunakan pipet

untuk 1 ml akuades, NaCl 20%, alkohol, minyak tanah, dan air sabun.

Sistem emulsi. Percobaan emulsi dilakukan dengan dicampurkannya

minyak kelapa dan air pada volume yang sama dalam tabung reaksi, kemudian

dikocok sampai homogen. Agar berwarna, warnai minyak kelapa dengan 1 tetes

sudan merah setelah dikocok. Ulangi cara tersebut dengan minyak kelapa dan

sabun. Percobaan emulsi minyak kelapa dan gum arab dimulai dengan digerusnya

1 g gum arab dan 5 ml minyak kelapa dalam mortar sampai kering. Selanjutnya

ditambahkan 3 ml akuades dan diaduk sampai homogen. Kemudian ditambahkan

lagi 5 ml akuades sedikit demi sedikit sambil diaduk sehingga dapat diketahui

sistem emulsi yang stabil dan tidak stabil. Selanjutnya diamati di bawah

mikroskop. Percobaan menggunakan susu segar dan margarin merupakan contoh

emulsi alamiah dan industri dengan diamati kestabilannya. Caranya dengan

diambil setetes susu dan seoles tipis margarin ke kaca perparat untuk diamati di

bawah mikroskop.

Hasil dan Pembahasan

Hasil percobaan dalam penentuan bobot jenis, tegangan permukaan, dan

sistem emulsi kali ini adalah sebagai berikut:

Tabel 1 Data pengukuran bobot jenis (BJ)

Larutan T larutan (0C) T alat (0C) BJ terukur (g/ml)BJ terkoreksi

(g/ml)Akuades 28 20 1.004 1.007Air kran 28 20 1.002 1.005

NaCl 0.3 % 28 20 1.006 1.009NaCl 0.9 % 28 20 1.006 1.009NaCl 5 % 28 20 1.036 1.039Air kelapa 26 20 1.018 1.020Albumin 1% 26 20 1.002 1.004Glukosa 5% 27 20 1.018 1.020Urin1 30 20 1.020 1.023Urin2 34 27.5 1.025 1.027Urin3 34 27.5 1.023 1.025Urin4 34 27.5 1.023 1.025

Pengukuran bobot jenis dengan menggunakan densitometer menunjukkan

bahwa nilai bobot jenis terbesar adalah larutan NaCl 5% sebesar 1.039 g/ml.

Apabila dibandingkan dengan larutan sejenis yang memiliki konsentrasi lebih

rendah (NaCl 0.3% dan NaCl 0.9%), nilai bobot jenis NaCl 5% lebih tinggi. Hal

ini menunjukkan bahwa konsentrasi zat terlarut akan mempengaruhi nilai bobot

jenis. Semakin tinggi kosentrasi larutan maka nilai bobot jenisnya akan semakin

besar. Bobot jenis akuades lebih besar dari air kran menunjukkan bahwa

kandungan ion terlarut dalam air kran akan mengurangi bobot jenis. Tingkat

kemurnian suatu zat dapat mempengaruhi bobot jenis. Bobot jenis air kelapa dan

glukosa 5% memiliki nilai yang sama. Data tersebut dapat menunjukkan bahwa

kandungan zat terlarut kedua zat tersebut relatif sama. Suhu larutan alamiah relatif

sama yakni 28 0C.

Penentuan bobot jenis urin menggunkan urin praktikan kelompok 3 (urin

1) sedangkan urin lain (urin 2-4) merupakan data kelompok lain. Bobot jenis

tertinggi dimiliki oleh urin 2 sebesar 1.027 g/ml sedangkan terendah adalah urin 1

yakni sebesar 1.023 g/ml. Semua bobot jenis urin berada pada kisaran urin normal

manusia yakni 1.0003 g/ml – 1.0030 g/ml dengan zat terlarut berupa protein,

glukosa, badan keton, birilubin, urobilinogen, bakteriura, maupun darah (Wirawan

1998). Menurut Prayogo (2009) pengukuran bobot jenis ini hanyalah pendugaan

dari keadaan ginjal seseorang. Perbedaan urin manusia dapat diakibatkan oleh

usia, berat badan, jenis kelamin, aktivitas tubuh, dan makanan. Girindra (1989)

menyatakan bahwa kenaikan bobot jenis urin dapat disebabkan oleh demam,

dehidrasi, luka bakar stadium awal, diare, dan insufiensi ginjal. Lebih lanjut,

nefritis intertra, diabetes insipidus, dan pengobatan intervena berlebihan dapat

menuurunkan bobot jenis.

Tabel 2 Jumlah tetesan dan tegangan permukaan cairan

Larutan Volume (ml) Jumlah tetesanAkuades 1 19NaCl 20% 1 23Alkohol 1 45Minyak tanah 1 45Air sabun 1 44

Jumlah tetesan larutan pada volume yang sama akan berbanding terbalik

dengan tegangan permukaan. Percobaan menunjukkan bahwa jumlah tetesan

terbanyak adalah alkohol dan minyak tanah sebesar 45 tetesan/ml. Hal ini

menunjukkan bahwa tegangan permukaan yang dimiliki rendah akibat adanya

ikatan hidrogen yang tidak terikat dengan kuat dan mudahnya cairan tersebut

untuk menguap. Tegangan permukaan terbesar dimiliki oleh akuades dengan

jumlah tetesan 19 tetes/ml. Atkins (2000) menyatakan bahwa kekuatan interaksi

antar molekul mengakibatkan semakin kuatnya tegangan permukaan suatu cairan.

Hasil percobaan dipengaruhi oleh pembilasan pipet karena dapat meminimalkan

kontaminan.

Tabel 3 Tegangan permukaan cairan alamiah

Larutan KeteranganAkuades TerapungCairan empedu TenggelamAir kelapa TerapungAir kran TerapungLarutan detergen Tenggelam

Kecenderungan larutan untuk elastis dan kembali ke bentuk semula dapat

disebut sebagai tegangan permukaan. Cairan empedu dan larutan detergen mampu

menenggelamkan jarum karena bersifat sebagai surfaktan yang dapat menurunkan

tegangan permukaan (Giancoli 2001). Detergen (Sabun) memiliki kepala polar

dan ekor non polar dengan struktur sebagai berikut

Gambar 1 Struktur detergen (Atkins 2000)

Larutan yang mengakibatkan jarum terapung yakni akuades, air kelapa, dan air

kran menunjukkan memiliki tegangan permukaan yang baik. Tegangan

permukaan sebanding dengan kekuatan ikatan antar molekulnya. Jika semakin

kuat maka tegangan permukaan akan semakin baik.

Tabel 4 Data pengamatan sistem emulsi

ZatKestabilan

Tipe emulsi GambarKocokan 1 Kocokan 2 Kocokan 3

Minyak kelapa dan

air+ ++ +++ W/O

Minyak kelapa dan

sabun+++ +++ +++ W/O

Gum arab dan minyak

++ +++ +++ O/W

Susu O/W

Margarin W/O

Keterangan:

+ : stabil O/W : Oil-Water, air terdispersi dalam minyak

++ : lebih stabil W/O : Water-Oil, minyak terdispersi dalam air

+++ : sangat stabil

Prinsip kerja sistem emulsi memiliki persamaan dengan detergen yang

akan menyatukan ujung polar dan nonpolar dari komponen yang akan

diemulsikan. Jika zat pengemulsi lebih larut dalam air maka akan terbentuk

emulsi minyak dalam air tapi jika zat pengemulsi lebih larut dalam minyak maka

akan terbentuk emulsi air dalam minyak. Percobaan ini dilakukan penambahan

sudan merah sebagai zat pewarna yang dapat larut dalam minyak tapi tidak larut

dalam air sehingga dapat diamati perbedaan di bawah mikroskop. Struktur sudan

merah yakni

Gambar 2 Struktur sudan merah

Percobaan menunjukkan bahwa emulsi minyak dan air memiliki

kestabilan yang rendah terlihat dari kocokan pertama yang tidak bercampur.

Kestabilan tertinggi dimiliki oleh minyak dan sabun karena sabun bekerja dengan

melarutkan kedua bagiannya (kepala dan ekor) sehingga stabil. Keduanya

merupakan tipe emulsi W/O yakni medium pendispersi berupa air sedangkan

minyak terdispersi di dalamnya. Tipe W/O juga ditemukan pada margarin yang

merupakan emulsi industri. Contoh emulsi industri lain yakni krim, kosmetik, dan

mayonaise.

Gum arab dan minyak memiliki kestabilan sedang dengan tipe emulsi

O/W yakni medium pendispersi minyak sedangkan zat yang terdispersi berupa air.

Yadav & Nothnagel (2006) mengemukakan bahwa gum arab memiliki gugus

lipofil dan hidrofil yang berfungsi sebagai emulsifier. Gum arab mudah larut

dalam air tapi tidak dalam pelarut lain. Sifat emulsifier yang dimiliki dapat

mengakibatkan kestabilan dalam sistem. Hal ini tampak pada bulatan emulsi yang

memiliki ukuran seragam saat diamati dibawah mikroskop. Gum arab banyak

dipakai dalam industri makanan dan kimia sebagai campuran dalam minuman

untuk mengurangi tegangan permukaan. Susu yang tersusun atas protein kasein

sebagai emulsifier, air sebagai medium pendispersi, lemak sebagai medium

terdispersi dapat mengalami kerusakan komponen penyusunnya disebut susu

pecah. Hal ini mengakibatkan kestabilan emulsi terganggu karena

terdenaturasinya emulsifier susu. Selain susu sebagai emulsi alamiah, terdapat

pula emulsi alami lainnya yakni putih telur, gelatin, dan pektin.

Simpulan

Bobot jenis setiap larutan berbeda, tergantung dari konsentrasi zat terlarut

dalam larutan tersebut. Semakin besar konsentrasi larutan, maka bobot jenis

larutan akan semakin besar pula. Bobot jenis terbesar adalah larutan NaCl 5%.

Kisaran bobot jenis urin sampel berada pada kisaran bobot jenis normal urin

manusia yakni 1.003 g/ml – 1.030 g/ml. Tegangan permukaan suatu larutan

dipengaruhi oleh kekuatan ikatan antar molekul dan konsentrasi zat terlarutnya.

Semakin kuat ikatan yang terjadi maka tegangan permukaan semakin besar karena

ikatannya semakin kuat. Kekuatan ikatan mengakibatkan jumlah tetesan semakin

sedikit. Jumlah tetesan berbanding terbalik dengan tegangan permukaan. Detergen

memiliki tegangan permukaan terendah sedangkan tegangan permukaan akuades

paling tinggi. Adanya zat pengemulsi dapat menstabilkan sistem dengan kepala

polar dan ekor non polarnya sekaligus menurunkan tegangan permukaan. Emulsi

terdiri atas emulsi alami (susu) dan emulsi industri (margarin). Tipe emulsi dapat

dibedakan menjadi O/W dan W/O. Kestabilan tertinggi adalah minyak kelapa dan

sabun sedangkan kestabilam terendah adalah minyak kelapa dan air.

Daftar PustakaAtkins. 2000. Kimia Fisik Jilid II. Jakarta: Erlangga.

Giancoli DC. 2001. Fisika. Hanum Y, penerjemah. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physics, Principles with Applications.

Hartomo D. 2001. Emulsi dan Pangan Instan Berlesitin. Yogyakarta: Andi Offset.

Nothnagel EA, Yadav MP. 2006. Chemical Composition of An Effective Emulsifier Subfraction of Gum Arabic. ACS Symposium Series 935:243-254.

Prayogo Y. 2009. Hubungan kalsium urine dengan berat jenis urin pada lansia yang ikut senam di sasana kyai soleh kota semarang. Skripsi. Fakultas Farmasi, Universitas Muhammadiyah Semarang. Semarang.

Wirawan. 1998. Urinometer. [terhubung berkala]. http://staff.uns.ac.id [ 3 Oktober 2010].