Formulasi E di ble F i lm dari Komposit PLA-CNC untuk Aplikasi Pengemasan Ikan Bandeng M. Irfan Al-Gifari (3335150081) dan Hilda Izzatul Awaliyah (3335150073 ) Pembimbing Dr. Endarto Yudho W, S.T., M.T , Dr. Rahmayetty, S.T., M.T
Program Studi Teknik Kimia – Kimia – Fakultas Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl.Raya Jend Sudirman Km.3 Cilegon-Banten
Ab A bstrak strak Ikan bandeng adalah salah satu produk yang mudah mengalami pembusukan karena pengaruh aktivitas bakteri dan jamur, sehingga memerlukan perlindungan selama masa penyimpanan dan pendistribusiannya untuk menjaga kesegaran umur simpan serta kualitasnya. Pengemasan menggunakan material edible film merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan dalam mempertahankan kesegaran dan umur simpan ikan bandeng. Penggunaan bioplastik seperti PLA telah menjadi popular, namun PLA masih memiliki barrier properties yang kurang baik dan stabilitas thermal yang rendah. Untuk memperbaiki kekurangan dari sifat yang dimiliki oleh PLA, maka ditambahkan material penguat seperti CNC dalam bentuk biokomposit. Terdapat beberapa tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu mendapatkan formulasi dan komposisi komposit PLA-CNC untuk aplikasi edible film, mendapatkan metode yang terbaik pada pembuatan edible film PLA-CNC, menganalisis umur kesegaran ikan bandeng hasil pengemasan secara organoleptik. Adapun metode yang dilakukan meliputi proses pembuatan komposit PLA/CNC dengan metode sonikasi dan di rect blending, menganalisa karakteristik komposit PLA/CNC dan menganalisis umur kesegaran ikan bandeng yang dilapisi komposit PLA/CNC.
Kata kunci : CNC, Edible Film, PLA
1. PENDAHULUAN
Produk-produk hasil perikanan dan pertanian adalah jenis produk yang mudah mengalami kerusakan karena faktor alam. Umumnya produk-produk tersebut mengalami pembusukan karena pengaruh aktivitas bakteri dan jamur setelah dipanen, sehingga memerlukan perlindungan dari proses pembusukan selama masa penyimpanan dan pendistribusiannya untuk menjaga kesegaran umur simpan serta kualitasnya. Selain itu beberapa mikroorganisme, pathogen, yang dapat menimbulkan masalah bagi kesehatan konsumen, terutama jika produk-produk tersebut tidak ditangani dengan baik. Karena, reaksi yang tidak d iinginkan dapat terjadi yang menimbulkan bau dan perubahan rasa, warna dan sifat teksturnya. Ikan bandeng merupakan jenis ikan yang ban yak digemari masyarakat Indonesia. Di beberapa daerah di provinsi Banten, ikan bandeng dibudidayakan menjadi produk unggulan dan diolah menjadi makanan khas, namun daya tahannya yang rendah mendorong petani menggunakan bahan pengawet untuk mempertahankan tingkat kesegarann ya. Ikan segar umumnya mengalami 1
kerusakan apabila dibiarkan pada suhu ruang selama 12 jam (Rofik dan Rita, 2012). Kadar air yang cukup tinggi terkandung didalamnya, sekitar 60 - 84% menjadi media yang cocok untuk pertumbuhan bakteri (Afrianto dan Evi, 2011). Saat ini material pengemas makanan yang masih sering digunakan adalah plastik. Plastik konvensional umumnya berasal dari bahan polimer sintetis dari minyak bumi, atau gas alam karena harganya murah dan sifatnya yang kuat tetapi ringan, inert, tidak berkarat, termoplastik (heat seal) dan dapat diberi warna. Namun, penggunaan plastik telah menimbulkan permasalahan yang cukup serius dewasa ini. Polimer plastik yang tidak mudah terurai secara alami mengakibatkan terjadinya penumpukan limbah dan menjadi pen yebab pencemaran dan kerusakan lingkungan hidup. Aspek negatif lainnya adalah sifat plastik yang tidak tahan panas dapat menyebabkan kontaminasi melalui transmisi monomernya ke bahan yang akan dikemas, merupakan bagian yang berbahaya karena bersifat karsinogenik, sehingga makanan yang dikonsumsi tidak memenuhi kaidah keamanan pangan atau Food Security. Salah satu solusi adalah dengan mengganti bahan plastik konvensional menjadi bahan yang mudah terurai yang disebut dengan bioplastik. Bioplastik dirancang untuk memudahkan proses degradasi terhadap reaksi enzimatis mikroorganisme seperti bakteri dan jamur (Suryani dkk, 2012). Penggunaan bioplastik seperti poli asam laktat (PLA), telah menjadi alternatif populer untuk plastik tradisional untuk mengurangi dampak lingkungan dari kemasan (Wei dkk, 2016). PLA adalah jenis poliester alifatik yang mudah terurai, dan berasal dari 100% sumber daya terbarukan (Lopes dkk, 2014). Polimer ini dapat terurai baik dalam kondisi aerob ataupun anaerob dalam kurun waktu enam bulan sampai lima tahun (Auras, 2002). Namun PLA masih memiliki barrier properties yang kurang baik dan stabilitas thermal yang rendah menyebabkan P LA belum digunakan sebagai bahan pengemas makanan secara luas. Untuk memperbaiki kekurangan dari sifat yang dimiliki oleh PLA, maka ditambahkan material penguat seperti CNC (Crystal NanoCelullose) dalam bentuk biokomposit. CNC sering ditambahkan ke dalam polimer PLA untuk mengatasi beberapa kekurangan yang dimilikinya. CNC dalam ukuran nano akan tersebar dengan baik dapat meningkatkan sifat mekanik PLA dengan meningkatkan transfer tegangan dari matriks ke CNC. Selain itu, CNC dapat bertindak sebagai nukleasi agen untuk meningkatkan kristalinitas PLA untuk meningkatkan barrier propertie nya (Kharkhanis dkk, 2017). 2. TINJAUAN PUSTAKA
Edible film adalah lapisan tipis yang terbuat dari bahan yang dapat dimakan, serta dapat berfungsi sebagai penghalang perpindahan massa (seperti kelembaban, oksigen, lemak, dan larutan), atau sebagai carrier bahan makanan dan aditif juga untuk meningkatkan kemudahan penanganan makanan (Khotimah, 2014). Edible film yang terbuat dari lipida dan juga edible film dua lapis (bilayer ) ataupun campuran yang terbuat dari campuran antara lipida dan protein ataupun campuran antara lipida dan polisakarida pada umumnya baik digunakan sebagai penghambat perpindahan uap air dibandingkan dengan edible film yang terbuat dari protein dan polisakarida dikarenakan lebih bersifat hidrofobik (Hui, 2006). Beberapa keuntungan edible film dibandingkan dengan pengemas sintetis yaitu: (1) Dapat dikonsumsi bersama produk yang dikemas; (2) Mengurangi pencemaran lingkungan; (3) Dapat memperbaiki sifat-sifat organoleptik produk yang dikemas; (4) Dapat berfungsi sebagai suplemen gizi, dan agensia antimikrobia serta antioksidan (Krochta and Johnson, 1997).
2
Komponen penyusun edible film dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu : hidrokoloid, lipida, dan komposit. Hidrokoloid yang umum digunakan adalah protein, turunan selulosa, alginat, pektin, pati dan polisakarida lainnya. Beberapa jenis lipida yang biasa digunakan adalah waxes, asilgliserol, dan asam lemak. Sedangkan komposit merupakan gabungan lipida dengan hidrokoloid. Polimer PLA merupakan poliester alifatik yang memiliki sifat biodegradable, yaitu dapat terdegradasi atau hancur di dalam tubuh. Bahan ini telah banyak digunakan untuk berbagai keperluan, salah satunya untuk agen pembawa obat di dalam tubuh (Guo et al ., 2012). Struktur PLA dapat dilihat pada gambar 2.1:
Gambar 2.1. Struktur Poli Asam Laktat (Garlotta, 2002) PLA merupakan polimer termoplastik kaku yang dapat semicrystalline atau amorf, tergantung pada komposisi optic kopolimer. Komposisi optik kopolimer mempengaruhi karakterstik polimer seperti kinetika kristalisasi, kuat tarik, elongasi, kristalinitas dan massa molekul (Henton, 2005). Selulosa adalah jenis biopolimer dengan sumber sangat melimpah di alam, mudah terurai, terbarukan, biocompatible, dan dapat dimodifikasi, sehingga dianggap sebagai alternatif hijau untuk menggantikan polimer sintesis berbasis bahan bakar fosil (Tingaut et al., 2012). Serat selulosa pada skala nanometer sering disebut sebagai Cellulose NanoCrystals, CNC. CNC umumnya diisolasi dari serat selulosa, setelah pelarutan total dari fraksi non-kristalinnya, sedangkan CNF dihasilkan melalui proses mekanis untuk menghasilkan derajat fibrilasi yang tinggi (Kalia et al., 2013). Menurut George dan Sabapathi (2015), kombinasi CNC dengan beberapa material menghasilkan komposit yang sangat kuat dengan kerapatan 1.4 g/cm3 dan bending strength 450 MPa, atau hampir setara baja ringan jenis SS400 (kerapatan 1,8 g/cm3 dan bending strength 500 MPa). Kekuatannya yang mendekati baja ringan namun memiliki kerapatan yang lebih rendah, menjadikan komposit CNC sebagai material yang sangat menjanjikan untuk industri otomotif, elektronik, maupun konstruksi. Selain ringan, kuat, murah dan mudah dalam proses pembuatannya, keunggulan CNC lainnya adalah dibuat dari bahan alami dengan ketersediaan di alam sangat melimpah (Dufresne, 2017). Dalam penelitian ini, salah satu metode yang digunakan adalah menggunakan metode solvent dispersion dengan sonikasi. Yang dimaksud sonikasi adalah suatu teknologi yang memanfaatkan gelombang ultrasonik yang digunakan untuk mempercepat pelarutan suatu materi dengan memecah reaksi intermolekuler. Sonikasi berarti memberi gelombang ultrasonik pada suatu bahan dengan kondisi tertentu, sehingga bahan tersebut mengalami reaksi kimia akibat perlakuan tersebut. Pemberian gelombang ultrasonik pada suatu larutan menyebabkan molekul-molekul yang terkandung di dalam larutan berosilasi terhadap posisi rata-ratanya. Larutan akan mengalami regangan dan rapatan. Ketika energi yang diberikan oleh gelombang ultrasonik ini cukup besar, 3
regangan gelombang bisa memecah ikatan antar molekul larutan, dan molekul larutan yang terpecah ikatannya ini akan memerangkap gas-gas yang terlarut didalam larutan ketika timbul rapatan kembali (Deasy dan Triani, 2011). 3. METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah hot plate, sonikator, magnetic stirrer, grinder, oven, neraca analitik, plat kaca, pengering vakum, dan gelas beker. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah PLA ( Poly Lactic Acid ) komersial, CNC (Crystal Nanocellulose) komersial, dan pelarut kloroform. 3.2
Metode Percobaan
Metode yang digunakan dalam penelitian ini terdapat dua macam, diantaranya : 1. Sonikasi
Dalam proses pembuatan komposit dengan metode sonikasi, langkah pertama yang dilakukan adalah melarutkan PLA (100%, 80%, 60%, 40%) w/w dan CNC (0%, 20%, 40%, 60%) w/w menggunakan 50 mL pelarut kloroform dengan dengan menggunakan sonikator selama 5 menit. Kemudian, dua larutan yang terbentuk dicampur ke dalam gelas beaker dan masukkan ke dalam sonikator selama 20 menit. Setelah itu, menuangkan campuran tersebuat kepada plat kaca dan mengeringkannya pada temperatur 55oC dalam keadaan vakum selama 1 hari. Setelah kering, sampel dipanaskan ke dalam oven dengan suhu 45oC dan dihancurkan menjadi serbuk untuk persiapan analisa FTIR, SEM dan XRD.
2. Direct B lending Dalam proses pembuatan komposit dengan metode direct blending , langkah pertama yang dilakukan adalah mencampurkan PLA (100%, 80%, 60%, 40%) dengan CNC (0%, 20%, 40%, 60%) dengan komposisi campuran sebesar 10 gram ke dalam gelas beker. Kemudian, campuran tersebut dipanaskan pada temperatur 175oC dan kecepatan magnetic stirrer sebesar 150 rpm. Setelah itu, menuangkan campuran tersebuat kepada plat kaca dan mengeringkannya pada suhu ruangan selama 1 hari. Setelah itu sampel dipanaskan pada oven pada suhu 45oC dan sampel dihancurkan dengan menggunakan grinder untuk persiapan analisa FTIR, SEM, dan XRD. 3.3
Variabel percobaan
Pada penelitian ini terdapat dua variabel, yaitu variabel bebas d an variabel terikat dimana variabel bebas berupa perbandingan komposisi berat antara PLA (100%, 80%, 60%, 40%) dengan CNC (0%, 20%, 40%, 60%), dan perbandingan metode direct blending dengan sonikasi dalam pembuatan komposit PLA-CNC. Sedangkan variabel terikatnya adalah karakteristik komposit PLA-CNC yang terbentuk. 3.4 Metode Pengumpulan dan Analisis Data 1. Analisa F ouri er transform infrared (FT-IR) Spectroscopy Metode ini digunakan untuk mengetahui gugus fungsi molekul yang terdapat dalam komposit PLA-CNC dengan menggunakan alat FT-IR spectrometer . 2. Analisa X-r ay diffraction (XRD) Analisa ini dilakukan untuk mengetahui nilai indeks kristalinitas komposit PLA-CNC yang terbentuk dengan menggunakan difraksi sinar-X (XRD). 4
3. Analisa Scanning E lectron Mi croscopy (SEM) Analisis SEM bermanfaat untuk mengetahui sifat morfologi hasil dari komposit PLA-CNC yang terbentuk. 4. Analisa Sifat Mekanik Uji kekuatan tarik (tensile strength) bertujuan untuk mengetahui kemampuan maksimum sampel dalam menahan beban (tegangan tarik maksimum) dan uji elongation at break perpanjangan bertujuan untuk mengetahui perpanjangan maksimum suatu sampel ketika putus. 5. Analisa Uji Umur Kesegaran Ikan Bandeng Membandingkan ikan bandeng segar yang dikemas dengan sampel dibandingkan dengan ikan yang tidak dikemas dengan sampel untuk mengetahui lamanya kesegaran ikan yang diamati secara organoleptic. DAFTAR PUSTAKA
Afrianto, Eddy dan Evi Liviawati. 2011. Pengawetan Dan Pengolahan Ikan. Yog yakarta : Kanisius Auras, R. 2002. Poly (Lactic Acid) Film as Food Packaging Materials. Environmental Coference. USA. Deasy Siti Ulfah dan Triani,. 2011. Pengaruh waktu sonikasi dan amplitudo gelombang ultrasonik terhadap stabilitas suspensi dan mutu sari kacang hijau. Institut Pertanian Bogor. Dufresne Alain., Hanieh Kargarzadeh., Ishak Ahmad., Sabu Thomas. 2017. Handbook of nanocellulose and cellulose Nanocomposite first edition.Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Germany. Garlotta, D. 2002. “A Literature Review of Poly (Lactic Acid)” dalam Journal of Polymers and The Environment, Vol.9. Plenum Publishing Company. George J, and Sabapathi S. 2015. Cellulose Nanocrystals : Synthesis, functional properties and application. Nanothecnol Sci Appl 8:45-54. Guo, Y., X. Wang, X. Shu, Z. Sheng, and R.C. Sun. 2012. Self- Assembly and Pacitaxel Loading Capacity of Cellulose-Graft-poly (lactide) Nanomicelles. Agricultural and Food Chemistry. 60:3900-3908. Henton. 2005. Polylactic Acid Technology. Berlin: Wiley-VCH Hui Y.H. 2006. Handbook of Food Science, Techn ology, and, Engineering Volume I. USA : CRC Press. Kalia, Susheel, Sami Boufi, Annamaria Celli and Sarita Kango. 2013. Nanofibrillated cellulose: surface modification and potential applications. Springer. Verlag Berlin Heidelberg. Karkhanis, Sonal S. dkk. 2017. Performance of Poly (lactic acid)/Cellulose Nanocrystal Composite Blown Films Processed by Two Different Compounding Approaches. School of Packaging, Michigan State University, East Lansing, Michigan. Khotimah, Khusnul. 2014. Karakterisasi Edible Film dari Pati Singkong (Manihot utilissima Pohl). Universitas Negeri Yogyakarta. Krochta J M dan Johnson C D M. 1997. Edible and biodegredible polimer films. J. Food Technology. 51(2):61. Lopes, Milena S. dkk. 2014. Synthesis and Characterizations of Poly (Lactic Acid) by RingOpening Polymerization for Biomedical Applications. School of Chemical Engineering – State University of Campinas, UNICAMP, P.O. Box 6066, 13083-970, Campinas-SP – Brazil. Rofik, Syafiul dan Rita Dwi Ratnani. 2012. Ekstrak Daun Api-Api (Avecennia marina) Untuk Pembuatan Bioformalin Sebagai Antibakteri Ikan Segar. Prosiding SNST ke-3 Tahun 2012. Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang. 5
Suryani dkk, 2012. Sintesis dan Karakterisasi Poli Asam Laktat Berbasis Bahan Alam Menggunakan Katalis Timah (II) Oktoat. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Wei Liqing, Nicole M. Stark, Ronald C. Sabo, Laurent Matuana. 2016. Modification of Cellulose Nanocrystals (CNCs) for use in Poly(lactic acid) (PLA)-CNC Composite Packaging Products. USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, One Gifford Pinchot Drive, Madison, WI 53726, USA.
6
