studi penambahan sifat antibakteri kitosan dan …/studi... · fakultas matematika dan ilmu...

83
STUDI PENAMBAHAN SIFAT ANTIBAKTERI KITOSAN DAN KOMPOSIT KITOSAN-Ag DALAM PROSES DAUR ULANG LIMBAH KEMASAN POLIPROPILEN Disusun oleh : SAMIYATUN M0305053 S KRIPS I Ditulis dan diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGTAHUAN ALAM UNIVERS ITAS S EBELAS MARET S URAKARTA Juni 2010

Upload: dokhue

Post on 06-Mar-2019

223 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

STUDI PENAMBAHAN SIFAT ANTIBAKTERI KITOSAN

DAN KOMPOSIT KITOSAN-Ag DALAM PROSES DAUR

ULANG LIMBAH KEMASAN POLIPROPILEN

Disusun oleh :

SAMIYATUN

M0305053

SKRIPSI

Ditulis dan diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan

gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGTAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juni 2010

HALAMAN PERSETUJUAN

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengtahuan Alam Universitas

Sebelas Maret Surakarta telah mengesahkan skripsi Mahasisiwa:

Samiyatun NIM M0305053, dengan judul Studi Penambahan Sifat Antibakteri

Kitosan dan Komposit Kitosan-Ag dalam Proses Daur Ulang Limbah Kemasan

Polipropilen

Skripsi ini dibimbing oleh:

Pembimbing I

Candra Purnawan, M.Sc

NIP. 19781228 200501 1001

Pembimbing II

Dr. rer. nat. Atmanto Heru W., M.Si

NIP. 19740813 20003 2001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada:

Hari :

Tanggal :

Anggota Tim Penguji :

1. Dr. Tri Martini, M.Si :..

NIP. 19710408 199702 2001

2. Ahmad Ainurofiq, M.Si. Apt :..

NIP. 19780319 200501 1003

Ketua Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D

NIP 19560507 198601 1001

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul STUDI

PENAMBAHAN SIFAT ANTIBAKTERI KITOSAN DAN KOMPOSIT

KITOSAN-Ag DALAM PROSES DAUR ULANG LIMBAH KEMASAN

POLIPROPILEN adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat

karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara

tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juni 2010

SAMIYATUN

STUDI PENAMBAHAN SIFAT ANTIBAKTERI KITOSAN DAN

KOMPOSIT KITOSAN-Ag DALAM PROSES DAUR ULANG LIMBAH

KEMASAN POLIPROPILEN.

SAMIYATUN

Skripsi Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang Studi penambahan sifat antibakteri

kitosan dan komposit kitosan-Ag dalam proses daur ulang limbah kemasan

polipropilen (PP). Dalam penelitian ini telah diteliti daya hambat kitosan dan logam Ag dalam biokomposit pp:kitosan dan pp:kitosan-Ag terhadap

pertumbuhan bakteri E.Coli.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan sifat antibakteri kitosan

ke dalam polimer limbah kemasan polipropilen secara reaktif tidak memberikan

daya hambat terhadap pertumbuhan bakteri E.Coli. Semakin besar konsentrasi kitosan, menurunkan daya hambat terhadap pertumbuhan bakteri E. coli.

Penambahan logam Ag ke dalam biokomposit pp:kitosan dapat meningkatkan

daya hambat terhadap pertumbuhan bakteri E. Coli.

Kata kunci : kitosan, Ag, limbah kemasan PP, biokomposit, antibakteri

THE STUDY OF ADDITIONAL ANTIBACTERIAL CHARACTERISTIC

OF CHITOSAN AND CHITOSAN-Ag COMPOSITE IN RECYCLED

PROCESSING OF POLYPROPYLENE PACKAGING WASTE

SAMIYATUN

Thesis. Department of Chemistry Mathematics and Natural Science Faculty

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The study of additional antibacterial characteristic of chitosan and

chitosan-Ag composite in recycled processing of polypropylene packaging waste

have been conducted. This research investigated antibacterial activity of chitosan

and silver (Ag) in PP:chitosan and PP:chitosan-Ag biocomposite. The

antibacterial activity was determined against E.Coli.

The results showed that additional antibacterial of shrimps shell chitosan

into polymers of polypropylene packaging waste reactively didnt decrease

bacterial growth. Bacterial growth of E.Coli was greater at higher chitosan

concentration. While, addition of silver in to the PP:kitosan biocomposite had increased antibacterial activity.

Keywords: chitosan, Ag, polypropylene packaging waste, biocomposite,

antibacterial

MOTTO

Jika manusia harus lama menanti apa yang diinginkannya,

maka hilanglah kesabaran dan sempit dadanya, ia lupa bahwa

Allah memiliki sunah-sunah yang tidak berubah. Bahwa segala

sesuatu itu mempunyai waktu yang telah ditetapkan. Allah tidak

akan dipengaruhi oleh ketergesa-gesaan seseorang. Sama halnya

setiap buah memiliki waktu matang, tidak ada yang dapat

mematangkannya sebelum batas waktunya, sebab ia tunduk

dengan sunnatullah.

(nn)

Capailah segala sesuatu didunia ini hanya berdasarkan

ridho orang tua karena dengan ridhonyalah kan kita

dapatkan ridho Alloh

(nn)

Ridho orangtua adalah penawar hati, ketika putus asa

melanda, senyumnya, doanya dan kasih sayangnya

menentramkan jiwa

(nn)

PERSEMBAHAN

Karya sederhana ini ananda persembahkan :

Terkhusus untuk dua INSAN terkasih yang tiada lelah memberikan motifasi, doa, kasih sayang, perhatian,

pengorbanan dan ridhonya selama ini Bapak Sammulyono dan Simbok Tumiyem

Kakak-kakakku (2Sri, 2Su, 2Su, KartiSyafi) tersayang terimakasih atas perhatiaanya..

Koponakan-keponakanku (Imah, Nisa, Sholeh, Udin, Uus, Syahid, Yaya dan Bella) tersayang terimakasih sudah memberikan

keceriaan bulek yaa. Keluarga besar mhah surip dan mbah kartodimulyo..

I love you full my family

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan

rahmat, karunia, dan ijin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan

skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana

Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret.

Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,

karena itu dengan kerendahan hati penulis menyampaikan terimakasih kepada:

1. Bapak Prof. Drs. Sutarno, M.Sc, Ph.D., selaku Dekan FMIPA UNS.

2. Bapak Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D., selaku Ketua Jurusan

Kimia.

3. Bapak I.F. Nurcahyo, M.si. selaku Ketua Laboratorium Kimia Dasar

FMIPA UNS.

4. Bapak Candra Purnawan, M.Sc., selaku pembimbing pertama

5. Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si., selaku Ketua Sub

Laboratorium Kimia Laboratorium Pusat FMIPA UNS dan

pembimbing kedua.

6. Bapak Drs. Patiha, M.S., selaku Pembimbing Akademis

7. Bapak dan Ibu Dosen di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret atas semua ilmu yang

berguna dalam penyusunan skripsi ini.

8. Mas Anang dan Mbak Nanik selaku staf Laboratorium Kimia FMIPA

UNS.

9. Staf Laboratorium Kimia Organik FMIPA dan PAU UGM

Yogyakarta.

10. Staf Laboratorium PAU UGM Yogyakarta

11. Staf Laboratorium Polimer-ITI Ciputat.

12. Staf Laboratorium Polimer ( Bu Dian) BATAN Lebak Bulus.

13. Staf Laboratorium terpadu UIN

14. Sahabat-sahabat seperjuangan Kimia 2005.

15. Teman-teman Kimia 2002-2009, selamat berjuang & tetap semangat

serta semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan

dengan balasan yang lebih baik. Amin.

Penulis menyadari banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya.

Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi

perkembangan ilmu pengetahuan dan semuanya. Amin.

Surakarta, Juni 2010

Samiyatun

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL.................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .............................................. iii

ABSTRAK .................................................................................................. iv

ABSTRACT................................................................................................ v

MOTTO....................................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................ vii

KATA PENGANTAR ............................................................................... viii

DAFTAR ISI............................................................................................... x

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xiv

DAFTAR LAMPIRAN.............................................................................. xvi

GAMBAR LAMPIRAN ............................................................................ xvii

BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah ............................................................... 1

B. Perumusan Masalah ...................................................................... 4

1. Identifikasi Masalah ................................................................. 4

2. Batasan Masalah....................................................................... 6

3. Rumusan Masalah .................................................................... 7

C. Tujuan Penelitian........................................................................... 8

D. Manfaat Penelitian ........................................................................ 8

BAB II. LANDASAN TEORI ................................................................... 9

A. Tinjauan pustaka ............................................................................. 9

1. Kitin dan Kitosan ..................................................................... 9

2. Bakteri ...................................................................................... 11

3. Aktivitas Antibakteri Kitosan .................................................. 13

4. Polipropilena ............................................................................ 15

5. Senyawa Pemodifikasi Asam Akrilat....................................... 17

6. Analisa Gugus Fungsi dengan Spektrofometer Inframerah...... 19

7. Difraksi Sinar-X........................................................................ 21

8. Uji Sifat Mekanik ..................................................................... 22

B. Kerangka Pemikiran......................................................................... 23

C. Hipotesis.......................................................................................... 25

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN................................................. 26

A. Metode Penelitian ............................................................................ 26

B. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 26

C. Alat dan Bahan yang Digunakan...................................................... 26

1. Alat ........................................................................................... 26

2. Bahan ........................................................................................ 27

D. Prosedur penelitian .......................................................................... 27

1. Isolasi Kitin dan Sintesis Kitosan dari Cangkang Udang ......... 27

2. Penentuan Kondisi Optimum Adsorbsi Logam Ag oleh

Kitosan ..................................................................................... 28

3. Pembuatan Kemasan................................................................. 28

a. Pembuatan Biokomposit...................................................... 28

b. Pembuatan Spesimen ........................................................... 28

4. Karakterisasi Gugus Fungsi, Uji kuat tarik (TS), Analisa

Difraksi Sinar-X (XRD), Analisa Permukaan Biokomposit

Kitosan dan Kitosan-Ag dengan SEM ..................................... 29

a. Analisa Gugus Fungsi .......................................................... 29

b. Karakterisasi Uji Kuat tarik ................................................. 29

c. Analisan Difraksi Sinar-X.................................................... 29

d. Analisa Permukaan dengan SEM ........................................ 30

5. Uji Aktivitas Antibakteri Spesimen.......................................... 30

a. Pembiakan Bakteri E. coli.................................................... 30

b. Pembuatan Kurva Standar.................................................... 30

c. Pengaruh variasi Biokomposit PP-Kitosan tanpa dan

dengan Ag terhadap Aktivitas bakteri E. coli ...................... 31

E. Teknik Pengumpulan Dan Analisa Data ......................................... 32

1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD).................................... 32

2. Penentuan Kondisi Optimum Adsorbsi Logam Ag oleh

Kitosan ................................................................................ 32

3. Penentuan Kuat Tarik limbah PP dan Biokomposit ............ 32

4. Analisa Interaksi antara Senyawa Penyusun Biokomposit . 33

5. Penentuan Kristalinitas Biokomposit .................................. 33

6. Homogenitas Permukaan Biokomposit ............................... 33

7. Analisis Kemampuan Aktivitas Antibakteri pada Spesimen

Tanpa dan dengan Ag .......................................................... 33

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN.................................................. 34

1. Isolasi Kitin Dan Sintesis Kitosan ................................................... 34

a. Karakterisasi Kitin dan Kitosan dengan Spektroskopi FTIR 35

b. Analisa X-Ray Diffractometer (XRD) ................................ 36

2. Penentuan Konsentrasi Optimum Adsorbsi Logam Ag oleh Kitosan 37

a. Karakterisasi FTIR Kitosan Setelah Adsorbsi Logam Ag ... 39

b. Karakterisasi XRD Kitosan Setelah Adsorbsi Logam Ag ... 40

3. Pembuatan biokomposit .................................................................. 43

a. Pengujian Sifat Mekanis (Kekuatan Tarik) Biokomposit ... 46

b. Karakterisasi SEM Biokomposit ......................................... 47

c. Karakterisasi FTIR Biokomposit......................................... 50

d. Karakterisasi XRD Biokomposit......................................... 55

e. Uji Aktivitas Antibakteri Biokomposit ............................... 58

BAB V. PENUTUP ................................................................................... 62

A. KESIMPULAN ............................................................................... 62

B. SARAN............................................................................................ 62

DAFTAR PUSTAKA................................................................................. 63

LAMPIRAN ............................................................................................... 66

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat-Sifat Fisik Polipropilena .................................................. 17

Tabel 2. Sifat-Sifat Fisik Asam Akrilat .................................................. 18

Tabel 3. Daerah Absorbsi Beberapa Ikatan Atom dalam Inframerah..... 20

Table 4. Gugus Fungsi Spektra FTIR Kitin dan Kitosan....................... 21

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur Kitin, Kitosan dan Selulosa ................................... 9

Gambar 2. Reaksi Hidrolisis pada Proses Deasetilasi Kitin oleh Basa

Kuat ..................................................................................... 10

Gambar 3. (a) Struktur Polipropilena; (b) Polipropilena; (c) penampang

Bagian Dasar Limbah Kemasan Air Minum polipropilen

Berbentuk Gelas................................................................... 15

Gambar 4. Struktur Benzoil Peroksida .................................................. 16

Gambar 5. (a) Reaksi Pemecahan Senyawa BPO Menjadi Senyawa

Radikal; (b) Reaksi Radikal dari BPO Menyerang PP........ 16

Gambar 6. Struktur Asam Akrilat ......................................................... 18

Gambar 7. Spesimen Biokomposit untuk Uji Kekuatan Tarik ............. 23

Gambar 8. Spectra FTIR Kitin dan Kitosan Cangkang Udang.............. 35

Gambar 9. Difraktogram Kitin dan Kitosan .......................................... 36

Gambar 10. Ikatan Hidrogen Intramolekuler dan Intermolekuler Kitin

dan Kitosn............................................................................ 37

Gambar 11. Kurva Standar Logam Ag menggunakan AAS ................... 38

Gambar 12. Persentase (%) Adsorbsi Logam Ag oleh Kitosan .............. 38

Gambar 13. Perubahan Spektra FTIR Kitosan Sebelum dan Setelah

Proses Adsorbsi pada Variasi Berat Logam Ag................... 39

Gambar 14. Perubahan Difraktogram Kitosan ........................................ 40

Gambar 15. Perubahan Intensitas Puncak Utama Difraktogram Kitosan 41

Gambar 16. Fungsi Logam Ag Sebagai Pengganti Ikatan

Hidrogen Intramolekuler ...................................................... 41

Gambar 17. Fungsi Logam Ag Sebagai Pengganti Ikatan

Hidrogen Intermolekuler ...................................................... 42

Gambar 18. Berkurangnya Ikatan Hidrogen Intramolekuler dan

Intermolekuler kitosan ......................................................... 43

Gambar 19. Viskositas Biokomposit PP:kitosan .................................... 44

Gambar 20. Viskositas Biokomposit PP:kitosan-Ag .............................. 44

Gambar 21. Spesimen Biokomposit........................................................ 45

Gambar 22. Kekuatan Tarik Biokomposit .............................................. 47

Gambar 23. SEM Limbah kemasan polipropilen.................................... 48

Gambar 24. SEM biokomposit PP:kitosan (9:1)..................................... 48

Gambar 25. SEM biokomposit PP:kitosan-Ag (9:1)............................... 49

Gambar 26. Spektra FTIR Limbah Kemasan PP .................................... 50

Gambar 27. Spektra FTIR asam akrilat ................................................... 50

Gambar 28. Spektra FTIR kitosan .......................................................... 51

Gambar 29. Spektra FTIR Biokomposit PP:Kitosan.............................. 52

Gambar 30. Spektra FTIR Biokomposit PP:Kitosan-Ag........................ 53

Gambar 31. Difraktogram Biokomposit PP:Kitosan .............................. 55

Gambar 32. Difraktogram Biokomposit PP:kitosan-Ag ......................... 56

Gambar 33. Perubahan Intensitas Difraktogram XRD Biokomposit ...... 57

Gambar 34. Kurva Standar Hubungan antara Absorbansi atau

Optical Density (OD) dan Jumlah Koloni Sel Bakteri E. coli 59

Gambar 35. Persentase Daya Hambat Biokomposit PP:Kitosan

terhadap Bakteri E. coli........................................................ 59

Gambar 36 Persentase Daya Hambat Biokomposit PP:Kitosan-Ag

terhadap Bakteri E. coli........................................................ 60

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Penentuan Derajad Deasetilasi berdasarkan baseline b .. 66

Lampiran 2. Data Pembuatan Kurva Standar Adsorbsi Logam Ag

Menggunakan AAS........................................................ 67

Lampiran 3. Data Persentase (%) Adsorbsi Logam Ag oleh Kitosan . 67

Lampiran 4. Penentuan Kondisi Optimum % adsorbsi ....................... 68

Lampiran 5. Perubahan Intensitas Puncak Utama Difraktogram

Kitosan Sebelumdan Sesudah Penambahan Logam Ag.. 68

Lampiran 6. Data Kekuatan tarik biokomposit ................................... 69

Lampiran 7. Data perubahan intensitas difraktogram XRD biokomposit 69

Lampiran 8. Data Kurva Standar Hubungan Antara Absorbansi atau

optical density (OD) dan Jumlah Koloni Sel Bakteri

E.Coli (CFU/mL) ............................................................ 69

Lampiran 9. Data Persentase Daya Hambat Biokomposit PP:kitosan

terhadap bakteri E.Coli.................................................... 70

Lampiran 10. Data Persentase Daya Hambat Biokomposit PP:kitosan-Ag

terhadap bakteri E.Coli.................................................... 70

DAFTAR LAMPIRAN GAMBAR

Lampiran Gambar 1. Diagram Alir Isolasi Kitin dan Sintesis Kitosan....... 71

Lampiran Gambar 2 Diagram alir penentuan konsentrasi optimum adsobsi

logam Ag oleh kitosan................................................ 72

Lampiran Gambar 3.Bagan alir Pembuatan Biokomposit tanpa dan

dengan Ag melalui metode larutan dengan berbagai

variasi konsentrasi PP/kitosan = 10/0; 9/1; 8/2; 7/3

dan 6/4, konsentrasi BPO 0,03% per berat total........ 73

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Kemasan adalah wadah (pembungkus) yang dapat membantu mencegah

atau mengurangi terjadinya kerusakan pada bahan yang dikemas. Saat ini, ada

banyak jenis bahan yang digunakan untuk mengemas diantaranya adalah berbagai

jenis plastik, kertas, fibreboard, gelas, dan aluminium.

Plastik merupakan bahan yang mempunyai beberapa sifat unggul, antara lain :

ringan, mudah dibentuk, praktis, dan harganya relatif murah. Penggunaan plastik

mulai dari pembungkus makanan, barang kebutuhan rumah tangga, transportasi

sampai komponen berteknologi tinggi seperti barang elektronik, otomotif, dan

pesawat terbang (karpet, kursi, dan bagian interior) (Anonim, 2006a). Umumnya

produk-produk plastik yang dipasarkan di Indonesia berupa plastik polivinil

klorida (PVC), polistirena (PS), polietilena (PE), dan polipropilena (PP). Menurut

INAPlas, kebutuhan plastik Indonesia tahun 2002 mencap ai 1,9 juta ton, tahun

2003 sebesar 2,1 juta ton, dan pada tahun 2004 mencapai 2,3 juta ton, sedangkan

konsumsi plastik pada tahun 2007 sebesar 19,4 ton (Anonim, 2006b). Polipropilen

merupakan salah satu jenis plastik yang banyak digunakan dalam produksi

kemasan air minum. Kontribusi produk kemasan air minum 60% didominasi

dalam bentuk galon, 25% dalam bentuk botol, dan 15% dalam bentuk gelas

(Soetantini, 2005). Berdasarkan data dari Asosiasi Produsen Air Minum

(asparadin) dalam kemasan, jumlah penggunaan kemasan air minum mengalami

peningkatan dari tahun ketahun. Hal ini mengindikasikan kebutuhan terhadap

plastik meningkat setiap tahun. Plastik sebagai material yang tidak dapat

terdegradasi secara alami dapat menimbulkan masalah lingkungan. Bertambahnya

penggunaan plastik seperti polietilen dan polipropilen menyebabkan

bertambahnya limbah plastik sehingga perlu adanya upaya mengurangi

permasalahan limbah tersebut.

Proses daur ulang merupakan salah satu upaya yang dapat digunakan untuk

mengurangi limbah kemasan plastik dan masalah yang ditimbulkannya.

http://id.shvoong.com/tags/kemasan/http://id.shvoong.com/tags/plastik/

2

Penambahan sifat antibakteri dan biodegradabel dalam proses daur ulang limbah

kemasan plastik akan memberikan nilai tambah terhadap limbah kemasan plastik

tersebut. Perkembangan terakhir di bidang teknologi pengemasan adalah

pengembangan suatu kemasan yang bersifat antibakteri (Antibacterial packaging)

dan biodgradabel (Rismana, 2004). Alternatif yang dapat dilakukan adalah

pembuatan biokomposit dengan penambahan bahan yang memiliki sifat

antibakteri dan biodegradabel. Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai

bahan antibakteri adalah kitosan maupun komposit kitosan.

Kitosan (2-amino-deoksi--D-glukosa) merupakan polimer kationik alami

yang bersifat nontoksik, dapat mengalami biodegradasi dan bersifat

biokompatibel. Kitosan memiliki kegunaan yang sangat luas dalam kehidupan

sehari-hari misalnya sebagai adsorben limbah logam berat dan zat warna,

antijamur, kosmetik, farmasi, flokulan, antikanker, dan antibakteri (Lee et al.,

1999; Liu et al., 2006; Prashanth and Tharanathan 2007; Purnawan dkk., 2008;

Ramachandran et al., 2003; Stephen, 1995). Kitosan diperoleh melalui beberapa

tahapan proses yaitu deproteinasi, demineralisasi, depigmentasi dan deasetilasi

dari cangkang udang sehingga diperoleh kitosan. Isolasi kitosan dari sumber alam

dan kajian sifat antibakteri kitosan telah banyak dilakukan dalam penelitian

sebelumnya (Champagne, 2008; Kenaway et al., 2005; Kim et al., 2002; Liu et

al., 2006; Prashanth et al., 2007; Purnawan dkk., 2008; Ramachandran, 2003;

Rhoades, J and Roller, S, 2000; Zhang et al., 2003; Kumar et al., 2003). Seperti

diketahui kitosan memiliki gugus amino (NH2) yang akan menjadi ammonium

(NH3+) dalam medium asam. Muatan positif ion ini yang akan berinteraksi dengan

dinding sel bakteri yang bermuatan negatif, sehingga mampu menghambat

pertumbuhan bakteri, baik gram positif maupun gram negatif (Zhang et al., 2003).

Penambahan kitosan ke dalam sistem polimer plastik baik secara reaktif

ataupun non reaktif merupakan salah satu usaha peningkatan nilai kemasan dalam

pengembangan kemasan antibakteri dan biodegradable pada masa yang akan

datang. Pembuatan biokomposit secara reaktif antara kitosan dengan PP dapat

dilakukan dengan penggunaan suatu inisiator dan senyawa penggandeng. Dalam

penelitian Wirjosentono, dkk. (2001) dilaporkan pembuatan biokomposit dari PP

3

dan kayu kelapa sawit (KKS) dengan metode lebur menggunakan alat internal

mixer (IM). PP dimodifikasi asam akrilat (AA) atau anhidrit maleat (AM) agar PP

yang bersifat non polar dapat mengikat kayu yang polar. Ismail et al. (2002)

mempergunakan serat bambu sebagai pengisi dalam karet alam secara non reaktif

dengan pemodifikasi asam stearat (AS) dalam alat internal mixer (IM). Kim et al.

(2005) tentang pembuatan biokomposit dari serbuk sekam p adi (SSP) dengan

senyawa penggandeng polibutilen suksinat (PBS) menggunakan metode lebur

dengan alat internal mixer. Lee et al. (2005) mengolah polibutilena suksinat

(PBS) dan serbuk serat bambu dengan penyambung lisin diisosianat (LDI) dengan

alat internal mixer (IM) secara non reaktif sehingga diperoleh biokomposit yang

mempunyai sifat mekanik lebih baik dari pada PBS senyawa awal dan

biodegradabel. Senyawa penggandeng multifungsional seperti asam akrilat (AA)

mempunyai gugus vinil yang bersifat non polar dan gugus karboksil yang bersifat

polar. Gugus non polar dari asam akrilat akan berikatan dengan gugus non polar

dari polipropilena, sedangkan gugus polarnya akan berikatan dengan gugus polar

dari kitosan. Selain penggunaan senyawa penggandeng, inisiator diperlukan untuk

mengaktifkan sisi aktif polimer dalam pembuatan biokomposit. Iskasari, dkk.

(2009) dalam penelitiannya menyebutkan bahwa penggunaan benzoil peroksida

(BPO) mampu memaksimalkan pembentukan ikatan tanpa terjadi degradasi oleh

inisiator.

Ramachandran (2003) merekomendasikan beberapa senyawa yang dapat

digunakan sebagai bahan antibakteri pada kain, yaitu: oksidator (aldehida dan

halogen), produk triklosan yang berfungsi sebagai disinfektan, senyawa

ammonium kuaterner, senyawa kompleks logam (Cd, Ag dan Cu). Sifat

antibakteri kitosan dalam pengolahan limbah kemasan polipropilen (PP)

diharapkan dapat ditingkatkan dengan penambahan logam yang memiliki sifat

antibakteri membentuk komposit logam-kitosan, misalnya kitosan-Ag.

Di dalam penelitian ini akan dilakukan modifikasi limbah kemasan

(packaging) PP dengan pemanfaatan sifat antibakteri kitosan dan komposit Ag-

kitosan. Penambahan kitosan dan komposit Ag-kitosan dalam proses daur ulang

limbah kemasan plastik khususnya plastik polipropilen (PP) diharapkan dapat

4

memberikan aktivitas antibakteri dan dapat menjadi inspirasi pengembangan

kemasan antibakteri pada masa yang akan datang.

B. Perumusan masalah

1. Identifikasi masalah

Jenis bahan yang digunakan sebagai kemasan makanan diantaranya

adalah berbagai jenis plastik, kertas, fibreboard, gelas, dan aluminium. Intensitas

penggunaan plastik sebagai kemasan pangan makin meningkat. Hal ini

disebabkan oleh banyaknya keunggulan bahan plastik dibandingkan dengan bahan

kemasan yang lain. Umumnya produk-produk plastik kemasan yang dihasilkan di

Indonesia berupa plastik polivinil klorida (PVC), polistirena (PS), polietilena

(PE), dan polipropilena (PP) (Anonim, 2006a). Polipropilen merupakan salah satu

jenis plastik yang banyak digunakan dalam produksi kemasan air minum.

Kontribusi produk kemasan air minum 60% didominasi dalam bentuk galon, 25%

dalam bentuk botol, dan 15% dalam bentuk gelas (Sutantin, 2005).

Adanya penambahan bahan-bahan aditif banyak dilakukan dalam upaya

peningkatan fungsi dan kualitas limbah kemasan seperti peningkatan sifat

mekanik, stabilitas panas, daya nyala dan ketahanan nyala, ketahanan kimia,

degradabel dan konduktivitas listrik. Fungsi dan kualitas limbah kemasan

polipropilen (PP) juga dapat ditingkatkan dengan penambahan senyawa

antibakteri dalam proses daur ulang limbah kemasan. Beberapa jenis senyawa

yang mempunyai aktivitas antibakteri adalah sodium benzoat, senyawa fenol,

asam-asam organik, asam lemak rantai medium dan esternya, sulfur dioksida dan

sulfit, nitrit, senyawa-senyawa kolagen dan surfaktan, dimetil karbonat dan metil

askorbat. Ramachandran (2003) merekomendasikan beberapa senyawa yang dapat

digunakan sebagai bahan antibakteri pada kain, yaitu: oksidator (aldehida dan

halogen), produk triklosan yang berfungsi sebagai disinfektan, senyawa

ammonium kuaterner, senyawa kompleks logam, kitosan sebagai bahan

antibakteri alami.

Kitosan banyak tedapat pada biota laut terutama dari hewan golongan

crustacea dan arthropoda sepeti udang dan kepiting. Kitosan merupakan polimer

http://id.shvoong.com/tags/makanan/http://id.shvoong.com/tags/plastik/http://id.shvoong.com/tags/pangan/

5

kationik yang melimpah setelah selulosa bersifat nontoksik, dapat mengalami

biodegradabel dan bersifat kompatibel. Kitosan mempunyai aktivitas antibakteri

dimana gugus amina terprotonasi dapat menghambat pertumbuhan bakteri dengan

menahan muatan ion negatif mikroorganisme. Aktivitas antibakteri kitosan akan

berbeda terhadap bakteri yang berbeda. Sifat dan karakter kitosan tesebut sangat

dipengaruhi oleh derajat deasetilasi (DD). Besarnya derajat deasetilasi

dipengaruhi oleh konsentrasi, basa, temperatur, waktu dan banyaknya

pengulangan proses deasetilasi.

Penambahan kitosan dalam proses daur ulang limbah kemasan plastik PP

diharapkan mampu memberikan sifat antibakteri dan sifat biodegradable limbah

kemasan polipropilen (PP). Pembuatan biokomposit dapat dilakukan dengan cara

mengisikan limbah biomassa (kitosan) ke dalam matrik limbah kemasan

polipropilen (PP). Proses pembuatan biokomposit dapat dilakukan secara reaktif

maupun nonreaktif dengan metode larutan dan leburan (Suharty dan Firdaus,

2007; Kim et al., 2005). Adanya perbedaan sifat kepolaran antara biomassa

(kitosan) dan matrik limbah kemasan polipropilen (PP), diperlukan penambahan

senyawa penggandeng untuk mengikat kitosan dan polipropilen (PP). Senyawa

penggandeng yang dapat digunakan diantaranya asam akrilat (AA) (Suharty dan

Firdaus, 2007) atau anhidrit maleat (AM) (Yang et al., 2001). Untuk

mengaktifkan sisi-sisi aktif polimer dan meningkatkan efisiensi ikatan diperlukan

senyawa pemicu reaksi atau inisiator seperti senyawa peroksida dan

hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks, fotoinisiator, dan polimerisasi

termal. Penambahan senyawa penggandeng dan inisiator pada konsentrasi berbeda

akan memberikan karakter biokomposit yang berbeda. Sifat antibakteri kemasan

dapat ditingkatkan dengan penambahan logam yang memiliki sifat antibakteri ke

dalam kitosan membentuk komposit logam-kitosan seperti perak (Ag), tembaga

(Cu), cadmium (Cd), timbal (Pb) dan nikel (Ni). Kemampuan kitosan dalam

menyerap logam sangat dipengaruhi oleh pH, suhu, waktu kontak dan konsentrasi.

Komposit logam-kitosan diimpregnasikan secara reaktif terhadap plastik.

Analisa besarnya DD pada kitosan dapat dilakukan dengan menggunakan

spektroskopi FTIR, spektroskopi UV-VIS, 13

C-NMR, XRD, HPLC. Selama

6

proses deasetilasi kitin dapat mengalami perubahan sifat dan karakter.

Karakterisasi kitin dan kitosan dapat dilakukan dengan menggunakan

spektroskopi infrared (IR), spektroskopi difraksi sinar-x (XRD) dan mikroskopi

elektron skan (SEM). Karakterisasi penyerapan logam oleh kitosan dengan

menggunakan spektrofotometer serapan atom (AAS) atau spektofotometer UV-

VIS. Karakterisasi biokomposit yang dihasilkan dapat dilakukan dengan berbagai

analisa yaitu analisis kimia, analisis spektroskopi dengan inframerah atau NMR,

analisis permukaan polimer dengan SEM, spektroskopi reflektansi total atenuasi

(ATR), spektroskopi fotoakustik (PAS), dan spektroskopi elektron auger (AES),

analisis termal dengan analisis termal diferensial (DTA), analisis termomekanik

(TMA), dan analisis termogravimetrik (TGA), pengukuran sifat mekanik seperti

kekuatan tarik dengan tensile strength (TS), evaluasi sifat-sifat listrik seperti

impedansi.

Analisa aktivitas antibakteri bisa dilakukan terhadap bakteri gram negatif

ataupun gram positif. Metode yang bisa digunakan untuk melakukan pengujian

aktivitas antibakteri diantara lain turbidimetri (shake flash), diameter daya

hambat dan viable count. Media pembiakan bakteri yang dapat digunakan antara

lain nutrient borth (NB), nutrient agar (NA), tripthone soya agar (TSA) dan lain-

lain. Penggunaan media yang berbeda akan memberikan tingkat pertumbuhan.

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah, batasan masalah yang dapat dibuat pada

penelitian ini adalah:

a. Jenis limbah kemasan yang digunakan adalah limbah kemasan plastik air

minum polipropilen (PP) berbentuk gelas dengan merek sejenis dengan

kitosan dan komposit kitosan-Ag sebagai komponen pengisi.

b. Pembuatan biokomposit dilakukan dengan metode lebur pada titik leleh

PP menggunakan internal mixer, senyawa penggandeng yang digunakan

adalah asam akrilat dan inisiator BPO.

c. Senyawa antibakteri pada kemasan yang digunakan adalah kitosan dengan

DD90% yang diperoleh dari proses deasetilasi kitin limbah cangkang

7

udang dalam 60% NaOH pada suhu 120 oC selama 3 jam.

d. Optimasi konsentrasi adsorbsi logam Ag oleh kitosan dilakukan pada

variasi konsentrasi Ag sebesar 5, 10, 25, 50, 100, 200, 400, dan 1000 ppm

(0,05/100, 0,1/100, 0,25/100, 1/100, 2/100, 4/100, dan 1/1 (w/w)),

banyaknya kitosan yang digunakan sebesar 0,1 g serta karakterisasi proses

penyerapan logam oleh kitosan dilakukan dengan spektrofotometer

serapan atom (AAS).

e. Variasi konsentrasi PP:kitosan maupun PP:kitosan-Ag yang digunakan

adalah 10:0, 9:1, 8:2, 7:3, dan 6:4 (w/w), konsentrasi asam akrilat yang

digunakan adalah 10% dari berat kitosan dan BPO sebesar 0,03% dari

berat total.

f. Karakterisasi kitosan hasil deasetilasi kitin dan komposit Ag-kitosan

dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer IR dan XRD.

g. Karakterisasi biokomposit dilakukan dengan menggunakan FTIR, XRD,

SEM, dan TS. Analisis perubahan gugus fungsi dilakukan dengan FTIR,

Penentuan kristanilitas dan pola difraksi dengan XRD, analisa permukaan

dengan SEM, analisa sifat mekanik biokomposit dengan tensile strenght

(TS).

h. Analisa aktivitas antibakteri biokomposit terhadap bakteri Escherichia

Coli. Media pembiakan yang digunakan adalah nutrient borth (NB) dengan

metode turbidimetri dan viable count. Waktu analisa dilakukan pada jam

ke 0, 3 dan 6.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi dan batasan masalah tersebut, maka rumusan

masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Apakah kitosan dapat memberikan sifat antibakteri pada biokomposit

limbah kemasan PP?

2. Bagaimanakah pengaruh variasi konsentrasi kitosan terhadap sifat

antibakteri biokomposit limbah kemasan PP?

8

3. Bagaimanakah pengaruh penambahan logam Ag terhadap peningkatan

sifat antibakteri biokomposit limbah kemasan PP?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh penambahan sifat antibakteri kitosan pada

biokomposit limbah kemasan PP.

2. Mengetahui pengaruh variasi konsentrasi kitosan terhadap sifat antibakteri

biokomposit limbah kemasan PP.

3. Mengetahui pengaruh penambahan logam Ag terhadap peningkatan sifat

antibakteri biokomposit limbah kemasan PP.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah memberikan alternatif baru pengolahan

limbah kemasan PP dan cangkang udang yang diharapkan menjadi inspirasi dalam

pembuatan dan pengembangan kemasan antibakteri pada masa yang akan datang.

9

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Kitin dan kitosan

Kitin disebut juga sebagai poli (1,4)-2-asetamida-2-deoksi--D-glukosa

atau poli-(-1,4-N-asetilglukosamin) merupakan polimer alami yang

kelimpahannya terbesar setelah selulosa. Kitosan adalah derivatif dari kitin

melalui proses deasetilasi kitin disebut juga poli (1,4)-2-amina-2-deoksi--D-

glukosa atau poli-(-1,4-glukosamin). Kedua macam polimer terkandung dalam

semua hewan berbuku-buku seperti serangga, udang dan kepiting. Struktur kitin,

kitosan dan selulosa memiliki kemiripan seperti yang terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur kitin, kitosan dan selulosa.

Kitin dan kitosan memiliki struktur yang hampir sama tapi sifat kimia dan

fisika keduanya sangat berbeda. Kitosan memiliki gugus amina primer yang lebih

banyak daripada kitin sehingga membuat kitosan lebih basa dan nukleofilik. Pada

saat pemanasan, kitosan cenderung terdekomposisi daripada meleleh sehingga

polimer ini tidak memiliki titik leleh. Kitosan tidak larut dalam larutan netral atau

basa tetapi larut dalam larutan asam seperti asam asetat, asam format, asam laktat,

dan asam glutamat. Ketika kitosan dilarutkan dalam larutan asam, gugus amina

O

HONH2

HO

O O

NH2

O

HO

HO

O

HONH2

HO

O

NH2

O

HO

HO

O

HOOH

HOH2C

O O

OH

O

HO

HOH2C

O

HOOH

HOH2C

O

OH

O

HO

HOH2C

kitosan

selulosa

kitin

O

HONHAc

OH

O O

NHAc

O

HO

OH

O

HONHAc

OH

O

NHAc

O

HO

OH

HO

HO

HO

HO

10

primer dalam kitosan akan terprotonasi dan bermuatan positif. Oleh karena itu,

molekul kitosan yang tersolvasi merupakan polikationik dan dapat terkoagulasi

jika ditambahkan partikel atau molekul yang membawa muatan negatif seperti

sodium alginat, anion sulfat dan phosphat. Namun kitosan juga rentan terhadap

hidrolisis dengan katalis asam atau basa sehingga terjadi proses depolimerisasi

dengan pemutusan ikatan -glikosidik (Stephen, 1995). Kitin dan kitosan

mempunyai sifat dapat terbiodegradasi, biokompabilitas, tidak berbau, tidak

beracun, secara umum tidak larut dalam pelarut organik tetapi larut dalam asam

atau basa encer. Oligomer dari kitin dan kitosan secara biologis dapat aktif dan

berinteraksi dengan sel maupun jaringan hewan dan tumbuhan, dapat membentuk

jaringan atau matrik dengan polimer yang bermuatan negatif. Kitin dan kitosan

juga berikatan dengan lemak, protein dan substansi kimia lain dalam tubuh, sesuai

dan berhubungan dengan karbohidrat yang dimiliki manusia (Prashanth et al.,

2007).

Pembentukan kitosan dari kitin dilakukan dengan pemutusan gugus asetil

menggunakan nukleofil kuat. Mekanisme pemutusan asetil disajikan pada Gambar

2.

HN C CH3

O

+ OHHN C CH3

O

O

H

NHNH2 + H3C C

O

O

=

OH

H

H

H

OH

CH2OH

H O

Kitin

Kitosan

H3C C

O

OH+

Gambar 2. Reaksi hidrolisis pada proses deasetilasi kitin oleh basa kuat

(Champagne, 2002)

Dalam hidrolisis basa terhadap kitin dan kitosan, adanya oksigen dan ion

hidroksil tidak menginisiasi putusnya ikatan glikosida. Kemungkinan disebabkan

oleh adanya air yang berlebih dalam larutan. Adanya nukleofilik dari NaOH,

KOH, NaCl, NaI, dan KI dalam kondisi atmosfer udara bebas, O2, N2 tidak

memberikan perbedaan BM karena rasio perbandingan BM/BM 0 dalam kondisi

11

tersebut adalah sama. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi-kondisi tersebut

memiliki pengaruh yang sama terhadap putusnya ikatan glikosida (Chebotok et

al., 2006).

Performance sifat-sifat kitosan sangat dipengaruhi oleh 2 parameter

penting yaitu: derajat deasetilasi (DD) dan berat molekul (BM). Variasi BM

kitosan dengan DD tetap diperoleh melalui metode hidrolisis asam asetat (Liu et

al., 2006). Nilai DD dan BM ini sangat dipengaruhi oleh konsentrasi basa,

temperatur, waktu dan pengulangan proses selama pembentukan kitosan.

Tretenichenko et al. (2006) melaporkan tentang karakteristik kitosan yang

dihasilkan dari berbagai variasi kondisi perlakuan dalam proses isolasi kitin

maupun deasetilasi kitin menjadi kitosan. Kitosan tersebut mempunyai derajat

dasetilasi 70-87%, berat molekul 270-660 KDa dan viskositas intrinsik 207,1-

500,1 mL/g. Sementara, kitosan hasil isolasi Tolaimate et al. (2003) mempunyai

karakteristik dengan harga derajat deasetilasi 95,5-99%, berat molekul 174.000-

590.000 g/mol dan viskositas intrinsik 750-1906 mL/g. Kitosan hasil isolasi

mempunyai karakteristik dengan harga derajat deasetilasi 86-89%, berat molekul

290.000-305.000 g/mol, dan viskositas intrinsik 218-231 mL//g. Kitosan

komersial, umumnya bersifat heterogen dengan derajat deasetilasi 60-90% dan

berat molekul 50-200 kDa (Rege dan Lawrence., 1999).

Pengukuran DD kitosan dapat dihitung melalui beberapa metode antara

lain: metode spektrofotometer IR yang diusulkan oleh Domzy dan Robert (base

line a) dan yang diusulkan oleh Baxter (base line b) serta pengembangannya

(Brugnerotto et al., 2001; Khan et al., 2002), XRD (Zhang et al., 2005), first

derivative UV-Spectrophotometry, HBr titrimetry (Khan et al., 2002), 13

C-NMR

(Velde et al., 2004), 1H-NMR (Lavertu et al., 2003), high intensity ultrasonicated

(Baxter et al., 2005), dan titrasi potensiometri (Balazs et al., 2007).

2. Bakteri.

Organisme prokariotik secara garis besar dikelompokkan menjadi 2

kelompok besar yaitu Eubakteri yang merupakan bakteri sejati dan Archaea.

Kelompok Archaea meliputi organisme prokariotik yang tidak memiliki

peptidoglikon pada dinding selnya. Eubakteri dibagi 4 kategori utama berdasarkan

12

ciri khas dinding selnya yaitu: eubakteri gram-negatif yang memiliki dinding sel,

eubakteri gram-positif yang memiliki dinding sel, eubakteri yang tidak memiliki

dinding sel, dan arkeobakteri.

Sel bakteri memiliki struktur eksternal dan internal sel. Salah satu struktur

eksternal sel bakteri adalah dinding sel sedangkan salah satu struktur internal sel

bakteri adalah membran plasma atau membran sitoplasma. Dinding sel bakteri

merupakan struktur komplek dan berfungsi sebagai penentu bentuk sel, pelindung

dari kemungkinan pecahnya sel, pelindung isi sel dari perubahan lingkungan luar

sel. Dinding sel terdiri dari atas peptidoglikan atau murein yang menyebabkan

kakunya dinding sel. Peptidoglikan merupakan polimer yang tersusun atas

perulangan disakarida yang tersusun atas monosakarida N-asetilglikosamin

(NAG) dan N-asam asetilmuramid (NAM) yang melekat pada suatu peptida yang

terdiri dari 4 atau 5 asam amino yaitu L-alanin, D-alanin, asam D-glutamat, dan

lisin atau asam diaminopimelat membentuk selubung mengelilingi sel. Asam

amino dalam kondisi lingkungan tertentu (netral) berada dalam bentuk ion dipolar

(switter ion) dengan memiliki ion negatif dan positif sekaligus. Asam-asam amino

lisin memiliki rantai cabang yang dapat bermuatan positif maupun negatif. Asam-

asam glutamat memiliki rantai cabang berupa asam dan bermuatan negatif

(Purnawan, dkk., 2008).

Dinding sel bakteri gram positif mengandung banyak lapis peptidoglikan

membentuk struktur yang tebal dan kaku, serta mengandung asam teikoat yang

terdiri dari alkohol dan fosfat sehingga sel bakteri cenderung bermuatan negatif

dan memiliki gugus hidrofilik. Dinding sel bakteri gram negatif mengandung satu

atau beberapa lapis peptidoglikan dan membran luar. Peptidoglikan terikat pada

lipoprotein pada membran luar. Selain itu, terdapat daerah periplasma yaitu

daerah yang terdapat diantara plasma membran dan membran luar. Dinding sel

bakteri gram negatif tidak mengandung asam teikoat dan hanya mengandung

sejumlah kecil peptidoglikan sehingga dinding sel gram negatif relatif tidak kaku

dan relatif lebih tahan terhadap kerusakan mekanis. Membran plasma (inner

membran atau membran sitoplasma) adalah struktur tipis yang terdapat di sebelah

dalam dinding sel dan menutup sitoplasma sel. Membran plasma tersusun atas

13

fosfolipid dua lapis dan protein. Fosfolipid merupakan ester asam lemak dan

gliserol yang mengandung ion fosfat yang bermuatan negatif. Membran plasma

berfungsi sebagai sekat selektif material-material di dalam dan di luar sel.

Membran plasma juga berfungsi untuk memecah nutrien dan produksi energi.

Golongan bakteri gram negatif antara lain: Treponema, Helicobacter,

Pseudomonas, Escherichia, Salmonella, Bacteriodes

3. Aktivitas Antibakteri Kitosan

Kitosan merupakan senyawa polikationik alam unik yang memiliki

aktivitas antibakteri (Liu et al., 2006). Kim et al. (1998) menyebutkan bahwa

gugus amina terprotonasi dapat menghambat pertumbuhan bakteri dengan

menahan muatan ion negatif mikroorganisme

Aktivitas antibakteri kitosan dipengaruhi oleh viskositas, derajat

deasetilasi dan pH media (Jumaa et al., 2002). Konsentrasi hambatan minimum

kitosan antara 0,005-0,1%, tergantung dari jenis bakteri dan berat molekul kitosan

(No et al., 2002) serta variasi pH. Bakteri dengan perbedaan kondisi pertumbuhan

mempunyai sensitivitas yang berbeda terhadap kitosan (Liu et al., 2006). Derajat

deasetilasi yang semakin besar menunjukkan jumlah gugus amina dalam kitosan

semakin banyak sehingga kelarutannya dalam asam semakin besar. Dari

penelitian Rege dan Lawrence (1999) kitosan dengan derajat deasetilasi lebih dari

65% akan larut dalam asam.

Kitosan umumnya menunjukkan efek antibakteri yang besar pada bakteri

Gram-positif dibanding Gram-negatif dengan konsentrasi kitosan 0,1% (No et al.,

2002). Telah diteliti oleh Zhang et al. (2003) aktivitas antibakteri kitosan dengan

derajat deasetilasi 69,10 sampai 92,52%, diperoleh laju reduksi Escherichia coli

62,14 sampai 84,98% dan Hay bacillus 33,96 sampai 82,53%. Menurut Liu et al.

(2006) selain jenis bakteri, faktor lain yang mempengaruhi daya hambat

pertumbuhan bakteri adalah berat molekul kitosan, di mana aktivitas antibakteri

pada berat molekul rendah lebih besar daripada berat molekul tinggi. Menurunnya

aktivitas antibakteri pada berat molekul tinggi karena kitosan dengan berat

molekul tinggi memiliki viskositas besar sehingga lebih sulit untuk terdifusi pada

agar yang mengandung organisme uji (Lim et al., 2002).

14

Kecenderungan meningkatnya aktivitas antibakteri kitosan dengan

menurunnya berat molekul hanya berlaku pada bakteri Gram-negatif, dan tidak

berlaku untuk Gram-positif (No et al., 2002). Menurut Zheng dan Zhu (2003)

aktivitas antibakteri S. aureus (Gram-positif) meningkat ketika berat molekul

kitosan meningkat, hal ini disebabkan kitosan dengan berat molekul besar akan

membentuk lapisan yang menghambat absorbsi nutrisi dari luar sel. Aktivitas

antibakteri terhadap E. coli (Gram-negatif) meningkat ketika berat molekul

kitosan menurun, hal ini karena kitosan dengan berat molekul kecil lebih mudah

masuk ke dalam sel dan mengganggu metabolisme sel. Pengaruh viskositas

terhadap aktivitas antibakteri kitosan yang diaplikasikan sebagai bahan pengisi

pada kemasan palstik yaitu semakin besar viskositas maka aktivitas antibakteri

menjadi turun. Jika konsentrasi kitosan kecil maka viskositas rendah. Konsentrasi

kitosan yang mencapai harga yang cukup tinggi menyebabkan tingginya

viskositas kitosan menjadi turun dan hanya sedikit sekali kitosan yang masuk.

Oleh karena itu, jumlah gugus amino kuarterner akan turun ketika konsentrasi

kitosan naik dan aktivitas antibakteri menjadi turun.

Prashant et al. (2007) menyebutkan bahwa kation dari molekul kitosan

meningkatkan kekuatan ikatan di atas permukaan sel mikrobial, yang

menyebabkan penyusutan membran sel secara perlahan dan akhirnya

menyebabkan kematian sel. Beberapa kemungkinan lain tentang aktivitas

antibakteri adalah polikation molekul kitosan berinteraksi dengan komponen

anionik dinding sel mikrobial (lipopolisakarida dan protein) secara dominan, yang

menghasilkan kerusakan komponen intraseluler karena perubahan permeabilitas,

terjadi pencegahan masuknya nutrien kedalam sel; berikatan dengan DNA

kemudian menghambat RNA dan sintesis protein; berikatan melalui interaksi

hidrofobisitas. Zhang et al. (2003) menyebutkan bahwa aktivitas antibakteri oleh

kitosan dapat melalui beberapa mekanisme, yaitu: pertama, polikation kitosan

mengganggu metabolisme bakteri dengan melapisi permukaan sel bakteri. Kedua,

kitosan mengikat DNA bakteri untuk menghambat sintesis RNA. Liu et al. (2006)

menyebutkan bahwa aktivitas antibakteri kitosan melalui flokulasi sehingga

membunuh bakteri. Aktivitas antibakteri dapat melalui cara membunuh

15

mikroorganisme (bakteriosidal) dan atau penghambat pertumbuhan

mikroorganisme (bakteriostatik) dengan jalan menghancurkan atau menganggu

dinding sel, menghambat sintesis dinding sel, menghambat sintesis protein dan

asam nukleat, merusak DNA, denaturasi protein, menghambat aktivitas enzim.

4. Polipropilena

Polipropilena adalah polimer yang mempunyai satuan ulang atau monomer

propilena dengan nama lain propena. Propilena merupakan salah satu produk

utama dari pengolahan minyak bumi pada industri petrokimia. Secara industri,

polimerisasi propilena dilakukan dengan menggunakan katalisasi koordinasi. PP

adalah suatu rantai linier yang berbentuk P-P-P-P- dengan P merupakan

propilena. Gambar 3 menunjukkan struktur (a) propilena, (b) polipropilena, dan

(c) Penampang bagian dasar limbah kemasan air minum berbentuk gelas.

CH2 C CH3

H

Propilena Polipropilena

CH2 C

CH3

H

Gambar 3. (a) Struktur Propilena; (b) Polipropilena (Sopyan, 2001); (c) Penampang Bagian Dasar Limbah Kemasan Air Minum Berbentuk Gelas

Setiap unit propilena mempunyai gugus metin yang reaktif. Kereaktifan

atom H metin disebabkan oleh efek sterik dari gugus besar di sekitar karbon

tersier. Bila suatu radikal menyerang PP, maka hidrogen yang lepas adalah atom

H metin yang terikat pada atom C tersier. Menurut Pudjaatmaka (1986) posisi

radikal pada karbon C tersier bersifat sangat stabil, sehingga atom H yang terikat

pada karbon tersebut sangat reaktif dan bersifat non polar. Suharty dan

Wirjosentono (2005) telah membuat biokomposit secara reaktif dengan inisiator

benzoil peroksida (BPO). Struktur Struktur Benzoil Peroksida (BPO) dapat

dilihat pada Gambar 4.

(a) (b) (c)

16

.

C O

O

O C

O

Gambar 4. Struktur Benzoil Peroksida (BPO) (Sopyan, 2001)

Senyawa Struktur Benzoil Peroksida (BPO) tidak stabil terhadap panas

dan terurai menjadi radikal-radikal benzoiloksi pada suhu tertentu sehingga dapat

mengganggu senyawa lain untuk membentuk radikal pula. Keuntungan benzoil

peroksida adalah radikal benzoiloksi cukup stabil sehingga cenderung bereaksi

dengan molekul-molekul monomer yang lebih reaktif sebelum mengeliminasi

karbon dioksida sehingga mengurangi pemborosan inisiator (Sopyan, 2001).

Mekanisme pembentukan radikal dari BPO dimulai dengan terjadinya

peruraian unimolekul Struktur Benzoil Peroksida (BPO) menjadi 2 radikal

benzoiloksi (R1 dan R2). Radikal-radikal ini bereaksi dengan atom hidrogen dari

polipropilena maupun selulosa membentuk senyawa radikal, dan selanjutnya

menyebabkan senyawa lain menjadi radikal. Dalam penelitian ini, Pembentukan

senyawa radikal dan reaksinya dapat dilihat pada Gambar 5.

C

O

O C

O

C

O

O.2

(a)

R.

+ PP RH.

+ PP.

(b)

Gambar 5. (a) Reaksi Pemecahan Senyawa BPO Menjadi Senyawa Radikal

(b) Reaksi Radikal dari BPO Menyerang PP

Menurut Iskasari, dkk (2009) penggunaan Struktur Benzoil Peroksida

(BPO) 0,03% mampu memaksimalkan pembentukan ikatan tanpa terjadi

degradasi oleh inisiator sendiri sehingga biokomposit memiliki berat molekul

lebih besar dari pada biokomposit dengan Struktur Benzoil Peroksida (BPO)

0,08%. Berdasarkan penelitian Suharty, dkk (2007) reaksi antara PP dan serat

tumbuhan adalah terjadi ikatan antara gugus metin pada PP yang bersifat non

polar dengan gugus vinil pada asam akrilat (AA) yang bersifat non polar, serta

17

terjadinya ikatan antara gugus hidroksil dari selulosa yang bersifat polar dengan

gugus karbonil asam karboksilat dari asam akrilat (AA) yang bersifat polar

membentuk ester. Konsentrasi inisiator 0,03% diharapkan agar ikatan

biokomposit tidak terdegradasi oleh radikal inisiator yang berlebih. Oleh karena

itu kenaikan kuat tarik biokomposit dengan Struktur Benzoil Peroksida (BPO)

0,03% lebih baik dari pada biokomposit dengan inisiator 0,08%. Polipropilena

digunakan sebagai kemasan air minum karena bersifat transparan. Polipropilena

memiliki sifat-sifat fisik seperti dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Sifat-Sifat Fisik Polipropilena (Othmer, 1985)

Sifat-sifat Nilai

T dekomposisi (C) 380

Titik leleh (C) 165 - 175

Kuat tarik (MPa) 29,3 38,6

Umumnya setiap kemasan plastik dicantumi logo dan kode angka yang

menandakan bahan pembuatan kemasan plastik. Kode angka yang berada di

dalam logo daur ulang yang berbentuk segitiga bisa ditemukan di bagian dasar

kemasan. Logo segitiga dengan angka 5 didalamnya serta tulisan PP dibawahnya

ditemukan di bagian dasar limbah kemasan air minum berbentuk gelas. PP

merupakan plastik yang sulit terdegradasi secara alami. Hal ini mengakibatkan

limbah PP dapat mencemari lingkungan. Menurut Suharty, dkk. (2007), spektra

IR PP murni menunjukkan serapan ciri khas PP pada 2723 cm-1

, serapan gugus

CH2 pada 1458 cm-1

, dan gugus CH3 pada 1373 cm-1

. Spektra IR PPDU

menunjukkan serapan ciri khas PP pada 2723 cm-1

, serapan gugus CH2 pada 1454

cm-1

, serapan gugus CH3 pada 1373 cm-1

, dan senyawa pengotor pada 1639 cm-1

.

Wirjosentono dkk. (2001) telah membuat biokomposit dari PP dan kayu kelapa

sawit. Selain itu, PP juga bisa ditambahkan serbuk sekam padi (SSP) membentuk

biokomposit sehingga mempunyai sifat mekanik yang baik dan dapat terdegradasi

secara alami (Suharty, dkk. 2007).

5. Senyawa Pemodifikasi Asam Akrilat

Asam akrilat adalah suatu asam lemah, lebih korosif dari asam asetat

sehingga penanganannya harus hati-hati, dan terhindar dari kontak dengan kulit.

18

Sama halnya dengan semua monomer lainnya. Asam akrilat dapat berpolimerasi

dalam keadaan tak terhambat, sehingga dalam penyimpanannya harus dihindari

dari banyak monomer pada tingkat temperatur tertentu.

C C

H

H

C

O

OH

H

Asam akrilat

Gambar 6. Struktur Asam Akrilat (Pudjaatmaka, 1986)

Suatu akrilat merupakan turunan asam akrilat dan asam metakrilat,

pengembangan penting yang dicapai tentang pemanfaatannya dan merupakan

material serbaguna pada tahun 1930 an. Pengguaan yang luas dari famili akrilat

meliputi plastik lembaran film dan bubuk cetakan, untuk lencana, unit konstruksi

dan dekoratif lencana serta lembing. Larutan polimer untuk aplikasi pelapisan,

emulsi polimer untuk formulasi cat berbasis air, finishing kulit, dan kertas pelapis

serta bermacam-macam polimer untuk pengukuran, pengolahan dan finishing

tekstil. Turunan asam akrilat dan metakrilat sangat bermanfaat dan beberapa

aplikasinya diperlukan untuk mencapai sifat-sifat yang diaharapkan. Asam akrilat

merupakan gugus vinil karboksilat berbau tajam dan menyengat. Asam akrilat

mempunyai dua gugus reaktif, yaitu gugus vinil (CH2=CH-) yang bersifat non

polar dan gugus karboksil yang polar. Bila suatu radikal menyerang gugus vinil,

akan terbentuk dua radikal pada atom C.

Tabel 2. Sifat-Sifat Fisik Asam Akrilat (Adriani, 2003)

Sifat sifat Nilai

Titik leleh (oC)

Indeks refraksi (n)

Densitas (g/ml)

Konstanta disosiasi (K)

Viskositas (25 oC)

Titik didih (760 mmHg, oC)

13.5 1.485 (25

oC)

1.045 (25 oC)

5.50 x 10-5

1.1

141

Pembuatan biokomposit dari PP yang mempunyai gugus non polar dan

kitosan yang mempunyai gugus polar memerlukan suatu pemodifikasi yang

mempunyai dua gugus reaktif atau lebih dengan kepolaran yang berbeda.

19

Sholikhah, dkk. (2009) telah meneliti pengaruh serat bambu dan serbuk sekam

padi sebagai pengisi dalam polipropilen daur ulang secara non reaktif dengan

pemodifikasi asam akrilat yang menunjukkan peningkatan kuat tarik. Yang et al.,

(2007) telah menggunakan asam maleat sebagai senyawa pemodifikasi antara

serbuk sekam padi (SSP) dan PP sehingga diperoleh biokomposit yang

mempunyai sifat mekanik yang baik. Wirjosentono dkk. (2001) telah

menganalisis bahwa sifat mekanik biokomposit polipropilen (PP) dengan pengisi

serbuk kayu kelapa (SKK) dimana biokomposit dengan senyawa pemodifikasi

asam akrilat (AA) lebih besar daripada biokomposit dengan senyawa pemodifikasi

anhidrit maleat (AM). Suharty dan Wirjosentono (2005) telah menggunakan AA

sebagai senyawa pemodifikasi antara polistiren (PS) dan serbuk kayu kelapa

(SKK) secara reaktif dimana terjadi peningkatan sifat mekanik. Suharty, dkk

(2007) juga telah membuat biokomposit dari limbah PP dan serbuk sekam padi

(SSP) secara reaktif dengan senyawa pemodifikasi AA yang menunjukkan

penggunaan AA mengakibatkan terjadinya peningkatan kuat tarik biokomp osit.

6. Analisis Gugus Fungsi dengan Spektroskopi Inframerah (IR)

Spektroskopi infra merah merupakan metode yang sangat luas digunakan

untuk karakterisasi struktur molekul polimer, karena memberikan banyak

informasi dan relatif lebih mudah penggunaannya. Perbandingan posisi absorbsi

dalam spektrum Infra merah suatu sempel polimer dengan daerah absorbsi

karakteristik menunjukkan identifikasi pada keberadaan ikatan dan gugus fungsi

dalam polimer. Spektroskopi inframerah dapat digunakan untuk menganalisis

gugus fungsi berdasarkan pada eksitasi vibrasi polimer dengan menyerap foton

dalam daerah spektra. Spektra Infra merah dapat diperoleh dari uap, cair maupun

padat dengan sel yang dibuat dengan NaCl. Cairan dapat dipelajari sebagai film

yang ditekan di antara dua lembaran NaCl atau presentasi serupa dapat digunakan

untuk padatan dalam bentuk suspensi atau mull dalam media seperti parafin

(Nujol) atau heksakloro-1,3-diena. Padatan biasanya dipelajari sebagai mull, pelet

atau endapan film. Teknik pelet didasarkan pada kenyatan bahwa KBr serbuk

kering dapat dipadatkan di bawah tekanan untuk membentuk disk transparan

(Silverstein et al., 1981).

20

Formulasi bahan polimer dengan kandungan aditif bervariasi seperti

pemlastis, pengisi dan pemantap yang memberikan kehasan pada spektrum

inframerahnya. Analisis inframerah memberikan informasi tentang kandungan

aditif, panjang rantai dan struktur rantai polimer. Analisis inframerah ini juga

dapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif

dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai

polimer. Gugus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah

gugus hidroksida dan karboksilat. Tabel 3 menunjukkan daerah absorpsi beberapa

ikatan atom dalam infra merah.

Tabel 3. Daerah Absorpsi Beberapa Ikatan Atom dalam Infra Merah

Jenis ikatan Daerah serapan (cm-1

)

C-H Metin

Aromatis

2890 (stretching)

3150 3050 (stretching) dan 900 690

(bending)

-CH2- 2930; 2830 (stretching); 1460 (bending)

-CH3 2960; 2870 (stretching); 1378 (bending)

=C-H 3020 (stretching)

C=C

Alkena

Terkonjugasi C=O Aromatis

1680 1600 (stretching) dan 1475

(bending) 1730 1715 (stretching)

1600 (stretching) dan 1458 (bending)

C-O-C Eter

Lingkar

1120 (stretching)

1250 1170 (stretching)

C=O

Asam karboksilat

Ester

1725 - 1700 (stretching)

1750 - 1730 (stretching)

O-H

Bebas

Broad

3600 (stretching)

3500 - 2500 (stretching)

Serapan dan gugus fungsi yang terdapat pada kitin dan kitosan disajikan

Tabel 4. (Brugnerotto et al., 2001; Liu et al., 2006; Khan et al., 2002;

Tretenichenko et al., 2006; Purnawan dkk., 2008).

21

Tabel 4. Gugus Fungsi Spektra IR Kitin dan Kitosan

Bil. Gelombang (cm-1

) sekitar Gugus fungsi kitin dan kitosan 3448,5 O-H stretching dan N-H (-NH2) Amina

3271,0 & 3109,0 N-H (NHCOCH3) Amida II

2931,6 & 2885,3 (doublet) C-H stretching(C-H ring,-CH3 dan CH2-)

1658,7 & 1630 C=O stretching (NHCOCH3) Amida I

1596 N-H bending (-NH2)

1419 & 1377 C-H bending(C-Hring;CH2-;-CH3)dan C-C

1558,4 & 1311,5 N-H&C-N (NHCOCH3) Amida II&III

1157,2 Bridge-O-stretching (C-O-C)

1072,3 & 1026,1 C-O asym & C-O sym stretching

894,9 Ring stretching (C-H siklo atau ring)

Spektra IR PPDU menunjukkan serapan gugus metin (C-H), gugus metilen

(-CH2-), gugus metil (-CH3), dan pengotor. Spektra kitosan menunjukkan gugus

hidroksil yang mampu membentuk ikatan hidrogen (-OH bebas), gugus C-O-C

dan gugus NH2. Spektra asam akrilat menunjukkan adanya serapan gugus C=C,

gugus gugus karbonil dan gugus OH broad. Spektra biokomposit didapatkan

serapan gugus C=C dari asam akrilat menghilang dan terbentuk ikatan ester antara

selulosa dengan asam akrilat. Pernyataan ini didukung oleh penelitian

Sholikhah dkk. (2009) juga melaporkan terjadinya perubahan gugus fungsi dari

senyawa awal menjadi biokomposit PP dengan serbuk bambu dan serbuk sekam

padi. Suharty dkk. (2007) juga melaporkan terjadinya perubahan gugus fungsi dari

senyawa awal menjadi biokomposit PS dengan penguat serbuk sengon dan serbuk

kayu kelapa, dalam penelitiannya terlihat hilangnya ikatan rangkap dari senyawa

AA yang dikarenakan gugus vinil berikatan dengan gugus metin dari Polistiren

dan perubahan posisi karbonil dikarenakan terjadi esterifikasi antara selulosa kayu

dengan gugus karboksilat AA.

7. Difraksi S inar X

Polimer tidak dapat membentuk 100% kristalin seperti logam atau

senyawa organik. Dalam suatu bahan polimer akan terdapat bagian yang berkristal

dan bagian amorf. Persentase bagian kristalin dari suatu bahan polimer disebut

sebagai derajat kristalinitas (degree of crystallinity)

Sinar X adalah suatu gelombang elektromagnetik yang panjang

gelombangnya 0.5-2.5 A jika sinar ini mengenai kristal tunggal maka difraksi

22

akan terjadi dan sejumlah sinar difraksi akan tampak sebagai tambahan terhadap

sinar utama. Kristalinitas merupakan sifat penting dari polimer. Kristanilitas

polimer merupakan ikatan antar rantai molekul yang lebih teratur. Struktur rantai

polimer yang linier akan mempunyai kristanilitas yang berbeda dengan struktur

polimer bercabang. Adanya ikatan hidrogen antar rantai menyebabkan polimer

lebih bersifat kristalin.

Secara umum, kitin lebih kristalin daripada kitosan. Kitin dan kitosan

memiliki kisi kristal sama, hal ini ditunjukkan oleh munculnya pola difraksi utama

yang sama yaitu posisi 2 sekitar 10 dan 20 hanya saja intensitas pada kitosan

lebih rendah daripada kitin (Tretenichenko et al., 2006). Intensitas sebanding

dengan kuantitas atau jumlah dan derajat kristalinitas. Pelebaran puncak sangat

dipengaruhi oleh heterogenitas struktur dan rantai polimer, derajat orientasi

(degree of ordering) dari struktur makromolekul dan derajat kristalinitas

(Tretenichenko et al., 2006). Kristalinitas kitin dan kitosan sangat dipengaruhi

kekuatan ikatan hidrogen intramolekuler dan intermolekuler polimer kitin dan

kitosan (Champagne, 2002). Perbedaan konsentrasi basa, temperatur, dan waktu

deasetilasi akan memberikan perbedaan derajad deasetilasi (DD) kitosan, derajat

depolimerisasi yang akan menyebabkan perbedaan heterogenitas polimer,

kekuatan ikatan hidrogen intramolekuler dan intermolekuler polimer kitosan

sehingga menyebabkan perbedaan kristalinitas. Kitosan yang dihasilkan bukan

merupakan homopolimer yang hanya terdiri dari N-glukosamin akan tetapi

merupakan heteropolimer yang masih mengandung N-asetilglukosamin dengan

harga derajat deasetilasi 85-92 %.

8. Uji S ifat Mekanik

Penggunaan bahan polimer sebagai bahan industri sangat bergantung pada

sifat mekanisnya, yaitu gabungan antara kekuatan yang tinggi dan elastisitas yang

baik. Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik.

Kekuatan tarik (tensile strength, TS) mengacu kepada ketahanan terhadap tarikan.

Kuat tarik diukur dengan menarik spesimen polimer dengan gaya tertentu.

Suatu spesimen dijepit pada kedua ujung testometer dengan salah satu bagian

dibuat tetap. Lalu diberi suatu gaya yang naik sedikit demi sedikit ke ujung

23

lainnya sampai spesimen tersebut patah (Sopyan, 2001). Semakin besar berat

molekul suatu biokomposit maka gaya yang dibutuhkan untuk menarik

biokomposit sampai patah semakin besar. Menurut ASTM D638, uji kuat tarik

menggunakan spesimen dengan ketebalan sampai 14 mm (0,55 inci). Spesimen

biokomposit dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7. Spesimen biokomposit untuk uji kekuatan tarik (Sopyan, 1985)

B. Kerangka Pemikiran

Kitosan merupakan senyawa polikationik alam unik yang memilki

aktivitas antibakteri. Adanya gugus amina terprotonasi dapat menghambat

pertumbuhan bakteri melalui interaksi dengan muatan ion negatif

mikroorganisme. Kitosan dapat di impregnasikan ke dalam limbah kemasan

polipropilen untuk memberikan aktivitas antibakteri pada kemasan. Perbedaan

konsentrasi dan derajat deasetilasi (DD) kitosan akan memberikan perbedaan

aktivitas kemasan antibakteri. Semakin besar DD kitosan, daya hambat kitosan

terhadap bakteri semakin besar dan semakin besar konsentrasi kitosan, diharapkan

dapat meningkatkan sifat antibakteri limbah kemasan PP.

Polipropilena (PP) merupakan polimer sintetik yang tersusun dari

monomer propilena atau propena. Setiap unit propilena mengandung tiga gugus

non polar yang reaktif, yaitu satu gugus hidrogen pada metin (C-H). Adanya

perbedaan kepolaran gugus reaktif dari polipropilena dan kitosan, diperlukan

suatu senyawa penggandeng mempunyai gugus non polar dan polar, sehingga

disebut sebagai senyawa pemodifikasi. Asam akrilat (AA) mempunyai gugus vinil

yang bersifat non polar dan gugus karboksil yang bersifat polar. Gugus vinil dari

asam akrilat yang bersifat non polar dari asam diharapkan mampu berikatan

dengan gugus metin dari limbah kemasan PP yang juga bersifat non polar. Jika

mengacu pada penelitian Suharty, dkk, (2007) dan Kim et al., (2003) gugus

24

karbonil asam karboksilat dari asam akrilat yang bersifat polar diharapkan akan

berikatan dengan gugus hidroksil dari kitosan yang juga bersifat polar sehingga

membentuk ester, sedangkan gugus amina pada kitosan tetap dalam bentuk

terprotonasi sehingga mampu menghambat pertumbuhan bakteri. Namun

dimungkinkan gugus karboksilat dari asam akrilat dapat bereaksi dengan gugus

amonium dari kitosan membentuk amida dan hal ini dapat mengurangi

kemampuan kitosan dalam menghambat pertumbuhan bakteri. Sifat antibakteri

kemasan polipropilen ini dapat ditingkatkan dengan penambahan logam yang

memiliki sifat antibakteri. Ramachandran (2003) merekomendasikan beberapa

senyawa yang dapat digunakan sebagai bahan antibakteri pada kain salah satunya

adalah senyawa kompleks logam seperti logam Ag. Logam Ag yang terabsorb

oleh kitosan diharapkan dapat meningkatkan sifat antibakteri biokomposit limbah

kemasan yang terbentuk.

Pembentukan biokomposit dilakukan secara leburan dengan alat internal

mixer pada titik leleh polipropilen. Di dalam pembentukan biokomposit ini telah

terjadi perubahan struktur baik pada PP maupun kitosan. Oleh karena itu

dilakukan beberapa uji. Terjadinya ikatan antara polipropilena dan kitosan tanpa

dan dengan Ag menyebabkan terjadinya perubahan setruktur yang dapat dianalisa

dengan menggunakan spektrofotometer infra merah (FTIR). Distribusi persebaran

atau homogenitas kitosan pada biokomposit dianalisis dengan SEM. Kristanilitas

biokomposit yang terbentuk baik tanpa maupun dengan Ag dianalisa dengan

menggunakan difraksi sinar-X (XRD), besarnya sifat kekuatan tarik dari spesimen

tanpa dan dengan Ag dianalisa dengan testometer (TS) serta aktivitas antibakteri

pada biokomposit limbah kemasan.

25

C. Hipotesa

Berdasarkan kerangka pemikiran diatas, maka hipotesis yang dapat diambil adalah

sebagai berikut:

1. Adanya reaksi antara gugus vinil dari asam akrilat yang bersifat non polar

dengan gugus metin dari limbah kemasan PP yang juga bersifat non polar,

serta gugus karbonil asam karboksilat dari asam akrilat yang bersifat polar

dengan gugus hidroksil dari kitosan yang bersifat polar membentuk ester

sehingga gugus amina terprotonasi pada kitosan dapat menghambat

pertumbuhan bakteri melalui interaksi dengan ion negatif mikroorganisme.

Namun jika gugus polar dari asam akrilat bereaksi dengan gugus amina primer

(amonium) membentuk amida, akan menurunkan daya hambat kitosan

terhadap pertumbuhan bakteri.

2. Semakin besar jumlah kitosan yang direaksikan dengan limbah kemasan PP,

diharapkan semakin besar daya hambatnya terhadap pertumbuhan bakteri.

3. Adanya ion logam Ag yang teradsorb pada kitosan dalam biokomposit akan

memperbesar jumlah muatan positif dalam biokomposit limbah kemasan PP

sehingga interaksi antara muatan positif dengan ion negatif mikroorganisme

semakin besar dan akhirnya menyebabkan sifat antibakteri limbah kemasan PP

akan semakin besar. Oleh karena itu, adanya ion logam Ag diharapkan dapat

memperbesar sifat antibakteri biokomposit limbah kemasan.

26

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Penelitian tentang studi pemanfaatan sifat antibakteri kitosan dari

cangkang udang dalam proses daur ulang limbah kemasan polipropilen

menggunakan metode eksperimen laboratorium. Pembuatan biokomposit

dilakukan melalui proses leburan dengan internal mixer. Sedangkan kajian

biokomposit dilakukan dengan FTIR, TS, XRD, SEM, dan uji aktivitas antibakteri

dilakukan terhadap bakteri E. coli.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Jurusan Kimia FMIPA UNS dan

Lab. Pusat MIPA UNS, Lab. Kimia FMIPA UGM, Laboratorium Mikrobiologi

PAU UGM, Laboratorium Polimer ITI Serpong, Laboratorium Pusat Polimer

Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi Jakarta Selatan, Laboratorium Terpadu

UIN Syarif Hidayatullah Ciputat, Laboratorium Geologi Kuarter (PPGL)

Bandung. Waktu penelitian dari bulan Februari 2009 sampai Desember 2009.

C. Alat dan Bahan yang digunakan

1. Alat

Peralatan laboratorium yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut: seperangkat alat refluks, ayakan stainless steel ukuran 100 mesh,

oven, gunting, termometer, peralatan gelas, penggerus porselin, cawan porselin,

seperangkat penyaring buchner, pengaduk magnet dan hotplate, pH indicator,

neraca analitis, mikropipet, bunsen, spektrofotometer infra merah (FTIR, shimdzu

prestige 21), spektrometer serapan atom (AAS, AA-6650 shimadzu manfactured

by mitorika.co.Hitaci.Ltd), spektrometer UV-Vis (UV, 1601 uv-visible

spectrophotometer shimadzu), internal mixer (haake polydrive with rheomix R600

/ 610), alat difraksi sinar-x (shimadzu XRD 7000 X-Ray difractometer maxima),

27

testometer (strograph R1), dumb bell Ltd. saitama japan (ASTM D 1822 L), hot

press (toyoseiki-seisaku sho ltd, japan), cool press (AC hydraulics), autoclave

(Hirayama), inkubator.

2. Bahan

Limbah kemasan polipropilena (PP) merk Aqua, cangkang udang, aquades

produksi laboratorium FMIPA UNS, NaOH (Merck), asam akrilat p.a (Merck),

aseton p.a (Merck), AgNO3, benzoil peroksida p.a (Merck), minyak goreng, kertas

saring biasa, bakteri Escherichia Coli, spirtus, kapas, etanol 70%, nutrien broth.

D. Prosedur Penelitian

1. Isolasi kitin dan sintesis kitosan dari cangkang udang

Cangkang udang yang telah dibersihkan dan dikeringkan diblender

kemudian disaring menggunakan ayakan 100 mesh (150 m).

Proses deproteinasi. Serbuk cangkang udang sebanyak 25 g dan 250 mL

larutan NaOH 4% (b/v) dimasukkan ke dalam labu alas bulat 500 mL dan

dipanaskan sambil diaduk pada suhu 80 C selama 1 jam. Padatan yang diperoleh

kemudian dicuci dengan akuades sampai netral dan dikeringkan pada suhu 60 C

sampai kering.

Proses demineralisasi. Serbuk cangkang udang sebanyak 10 g hasil

deproteinasi dan 150 mL larutan HCl 1 M dimasukkan ke dalam gelas beaker 500

mL dan diaduk pada suhu kamar selama 3 jam. Serbuk yang diperoleh kemudian

dicuci sampai netral dengan akuades dan dikeringkan pada suhu 60 C sampai

kering.

Proses Deasetilasi Kitin. Sebanyak 10 g kitin dimasukkan ke dalam labu

leher dua 500 mL ditambah 150 mL larutan NaOH 60% (b/v), direfluks pada suhu

120 C selama 3 jam. Hasil deasetilasi disaring dengan kertas saring biasa dan

dicuci menggunakan akuades sampai netral. Residu hasil deasetilasi dikeringkan

pada suhu 60 C sampai kering (8 jam) (Purnawan dkk., 2008). Kemudian kitin

dan kitosan yang diproleh dikarakterisasi menggunakan spektrometer IR dan

XRD. Diagram alir isolasi kitin dan sintesis kitosan ditunjukkan pada Lampiran

Gambar 1.

28

2. Penentuan konsentrasi optimum adsorpsi logam Ag oleh kitosan

Sebanyak 100 mg adsorben (kitosan hasil deasetilasi) diinteraksikan

dengan Ag pada variasi konsentrasi 5, 10, 25, 50, 100, 200, 400, dan 1000 mg/L

(0,05/100; 0,1/100; 0,25/100; 0,5/100; 1/100; 2/100; 4/100; 1/1 (b/b)) sebanyak 10

ml dan masing-masing dishaker selama 18 jam. Kemudian filtrat dan residu

dipisahkan dengan disaring. Residu dikeringkan dengan dioven selama 3 jam.

Filtrat diukur kadar Ag yang tersisa dalam larutan dengan spektrofotometer

serapan atom untuk mengetahui kondisi optimum proses adsorpsi kitosan terhadap

logam Ag sedangkan residu kitosan dikarakterisasi IR dan XRD. Diagram alir

penentuan konsentrasi optimum adsorbsi logam Ag oleh kitosan ditunjukkan pada

Lampiran Gambar 2.

3. Pembuatan kemasan

a. Pembuatan Biokomposit

Pembuatan biokomposit dilakukan secara leburan dengan menggunakan

alat internal mixer pada titik lebur polipropilen 170 oC.

Sebanyak 0,006 g (0,03% per berat total) BPO dan 0,2 g (10% dari kitosan) AA

ditambahkan kedalam 18 gr limbah kemasan polipropilen yang sudah dipotong

kecil dengan ukuran 5 mm 2 mm 0,1 mm dan 2 gr kitosan (rasio berat 9:1,

PP:kitosan) dicampur rata dan ditambah aseton kemudian diuapkan dalam lemari

asam. Campuran tersebut kemudian dimasukkan kedalam mesin Internal Mixer

pada suhu lebur (TM) 170 oC, suhu alat (TS) 160

oC, lama proses 15 menit

dengan kecepatan putar 8 put/menit. Biokomposit yang terbentuk lalu didinginkan

dengan dimasukkan dalam air selama 15 menit untuk menghilangkan reaksi

polimerisasi kemudian dikeringkan. Dengan cara yang sama dilakukan variasi

rasio berat PP:kitosan dan PP:kitosan-Ag = 10/0, 9/1, 8/2, 7/3 dan 6/4.

b. Pembuatan Spesimen

Biokomposit sebanyak 11 g dalam diletakkan di antara lempengan baja

berukuran 10 10 cm dengan ketebalan 0,4 mm yang terlebih dahulu dilapisi

tranparasi. Lalu lempengan diletakkan pada alat hot press pada suhu 160-170 C

selama 5 menit dengan tekanan 130 kg/cm2. Spesimen yang terbentuk baik

dengan dan tanpa Ag dilakukan karakterisasi terhadap gugus fungsi dengan FTIR,

29

homogenitas permukaan dengan SEM, kristalinitas dngan XRD, kekuatan tarik

dengan TS, dan uji aktivitas antibakteri spesimen terhadap bakteri E.coli.

Diagram alir pembuatan biokomposit PP-Kitosan tanpa dan dengan Ag

ditunjukkan pada lampiran gambar 3.

4. Karakterisasi Gugus Fungsi, uji kuat tarik (TS), dan Analisa Difraksi

S inar X (XRD) pada kitosan, Analisis permukaan biokomposit kitosan

dan kitosan-Ag dengan (SEM)

a. Analisis Gugus Fungsi

Spesimen dengan ketebalan 0,4 mm dimasukkan dalam spektrofotometer

Infra Merah (FTIR, Shimdzu Prestige 21). Hasil diperoleh dalam bentuk spektra

IR yang menginformasikan adanya serapan gugus fungsi pada frekuensi tertentu.

Analisis IR dilakukan pada biokomposit optimum.

b. Karakterisasi Uji kuat tarik

Spesimen komposit dengan ketebelan rata-rata 0,4 mm digunakan untuk

uji kuat tarik berdasarkan ASTM D 1822 L, dilakukan dengan alat uji tarik

dengan terhadap tiap spesimen dengan menggunakan alat testometer (Strograph-

R1). Spesimen diukur panjang dan lebar bagian yang dikenai beban lalu

diletakkan dan dijepit dengan testometer (Strograph-R1). Spesimen ditarik atas-

bawah sampai terputus dan diperoleh data gaya atau kekuatan tarik (TS) yang

dibutuhkan untuk memutuskan spesimen.

c. Analisa Difraksi S inar X (XRD)

Sampel ditempatkan pada sample holder yang ketebalannya 2 mm alat

XRD pada posisi rata atau sejajar dengan Ganiometer dan luas penyinaran antara

0,5 x 2 cm sampai 1 x 2 cm, kemudian dilakukan scanning pada kondisi: X-ray

tube X-ray tube (target = Cu, voltage = 40.0 (kV), current = 30.0 (mA)); Slits

(divergence slit = 1.00000 (deg), scatter slit = 1.00000 (deg), receiving slit =

0.15000 (mm)); Scanning (drive axis = Theta-2Theta, scan range = 5.000 -

89.980), scan mode = Continuous Scan, scan speed = 2.0000 (deg/min),

sampling pitch = 0.0200 (deg) , preset time = 0.60 (sec)

30

d. Analisis Permukaan dengan SEM

Spesimen dengan ketebalan sekitar 0,5 mm diletakkan di bawah mikroskop

elektron dengan perbesaran 40x dan diatur sedemikian rupa sehingga terlihat

gambar yang jelas. Gambar spesimen difoto dengan kamera digital melalui

mikroskop. Sampel yang dianalisis adalah biokomposit opt imum.

5. Uji aktivitas antibakteri spesimen

a. Pembiakan (inokulasi dan inkubasi) bakteri Escherichia Coli.

Media NB 13 g dalam 1 liter dimasukkan ke dalam Erlenmeyer yang

sudah steril kemudian disterilisasi di dalam autoclave pada suhu 121 C selama 15

menit dan didinginkan ditempat steril. Setelah dingin, bakteri Escherichia Coli

murni sebanyak satu ose dimasukkan ke dalam 25 ml media NB dan diinkubasi

pada suhu 35 C selama 24 jam. Selama proses berlangsung, kondisi dan peralatan

dijaga tetap steril dengan menggunakan etanol 70% dan api bunsen.

b. Pembuatan kurva standar

Metode yang digunakan adalah gabungan antara metode shake flask dan

viable count method, di mana larutan bakteri yang sudah diketahui absorbansi atau

optical density (OD) dituang ke dalam media agar kemudian dilakukan

penghitungan koloni bakteri menggunakan alat viable count. Larutan induk

bakteri Escherichia Coli yang memiliki absorbansi sekitar 1,00 dihitung jumlah

koloni bakterinya dengan metode viable count menggunakan agar plate dengan

media NB hingga koloni yang terdeteksi sekitar 30 300 koloni. Jika koloni

yang terdeteksi masih lebih besar dari 300 maka larutan induk harus diencerkan.

Kemudian larutan induk diambil sebanyak 2, 4, 6, 8 mL dan diencerkan sampai

batas menggunakan labu ukur 10 mL. Absorbansi larutan-larutan bakteri diukur

menggunakan spektrometer UV-Vis pada = 610 nm dan dilakukan proses

penghitungan jumlah koloni bakteri dengan cara yang sama seperti penghitungan

larutan induk diatas. Kemudian dibuat kurva standar hubungan antara absorbansi

dan jumlah koloni bakteri (CFU).

31

c. Pengaruh variasi biokomposit PPDU-Kitosan tanpa dan dengan Ag

terhadap aktivitas bakteri Escherichia Coli

Metode yang digunakan adalah metode shake flask method. Media NB

sebanyak 10 mL dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 50 mL yang sudah steril.

Biokomposit PP-Kitosan tanpa dan dengan Ag dimasukkan ke masing-masing

Erlenmeyer tersebut lalu dimasukkan dan dipanaskan di dalam autoclave pada

suhu 121 C selama 15 menit. Variasi biokomposit PP-Kitosan dan PP-kitosan Ag

yang digunakan adalah 10/0, 9/1, 8/2, 7/3, 6/4, dan 5/5. Setelah dingin, sebanyak 1

mL bakteri Escherichia Coli hasil inkubasi selama 24 jam dimasukkan ke dalam

masing-masing media sampel 10 mL dan diletakkan di dalam shaker inkubator

pada suhu kamar (29 C). Pengukuran absorbansi sampel variasi konsentrasi

dilakukan pada jam ke-0, 3, 6, menggunakan spektrometer UV-Vis pada panjang

gelombang 610 nm. Dari data tersebut, dihitung persentase daya hambat (inhibisi)

biokomposit PP:kitosan maupun PP:kitosan Ag dengan perbandingan bervariasi

terhadap pertumbuhan bakteri Escherichia Coli.

inhibisi (%) = %100)()A -A(

0

00t xAA

BB

t

t

Dengan:

A0 = jumlah bakteri kontrol jam ke-nol

At = jumlah bakteri kontrol jam ke-t

B0 = jumlah bakteri sampel jam ke-nol

Bt = jumlah bakteri sampel jam ke-t

32

E. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data

1. Penetuan derajat deasetilasi (DD)

Derajat deasetilasi kitosan dapat ditentukan berdasarkan karakter spektra

IR. Derajat deasetilasi (DD) kitosan diperoleh dari perbandingan absorbansi

puncak pada daerah serapan sekitar 1650 cm-1

yang merupakan serapan gugus

karbonil dan absorbansi puncak serapan sekitar 3450 cm-1

yang merupakan

serapan hidroksil sebagai standar internal atau puncak referensi dari metode

spektroskopi IR. Semakin besar derajat deasetilasi kitosan, intensitas serapan pada

daerah sekitar 1650 cm-1

yang menunjukkan C=O stretching semakin menurun,

sedangkan intensitas serapan pada daerah sekitar 1596 cm-1

yang menunjukkan

amina primer (-NH2) semakin meningkat.

2. Penentuan kondisi optimum adsorbsi logam Ag oleh kitosan

Dengan menggunakan spektroskopi serapan atom (AAS) dengan teknik

analisa menggunakan metode kurva kalibrasi. Dari AAS diperoleh data

konsentrasi dan absorbansi. Kondisi optimum absorbsi ditentukan dari grafik %

absorbsi terhadap perbandingan kitosan dan Ag. Kondisi optimum absorbsi

ditunjukkan oleh penurunan % absorbsi secara signifikan dengan naiknya

perbandingan kitosan-Ag hingga mencapai maksimum dan penurunan secara

tajam % absorbsi. Penentuan kondisi optimum juga didukung dengan perhitungan

secara statistik kimia melalui uji anava satu faktor.

3. Penentuan kuat tarik limbah kemasan PP dan biokomposit

Dengan menggunakan testometer yang akan diperoleh data berupa gaya

maksimum yang diperlukan untuk memutuskan sampel (kg/cm2). Sehingga

diperoleh data kuat tarik limbah kemasan PP dan biokomposit yang terbentuk.

Semakin kuat suatu bahan, maka kekuatan tariknya semakin besar. Kondisi

optimum biokomposit ditentukan dari besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan

dan sifat termoplastik biokomposit. Data yang terbaik menunjukkan komposisi

optimum tentang peningkatan sifat mekanis (kuat tarik).

33

4. Analisa interaksi ant