MAKALAH
PAGE BAHAN AJAR
Manajemen Limbah Industri Perikanan
A. Pendahuluan
Industri pengolahan udang dan rajungan bekembang pesat di
Indonesia karena merupakan salah satu komoditas ekspor utama
perikanan dengan nilai ekonomi yang sangat tinggi. Volume produksi
dan ekspor udang olahan Indonesia meningkat drastis dari tahun ke
tahun karena makin tinggi permintaan konsumen internasional.
Seiring dengan peningkatan jumlah produksi udang olahan, makin
besar juga limbah cangkang hasil yang dihasilkan. Tanpa melalui
cara penanganan dan pemanfaatan yang benar, limbah tersebut dapat
menimbulkan pencemaran lingkungan air, lahan, dan udara (bau busuk)
(Widodo dkk, 2005). Salah satu cara pemanfaatan yang benar adalah
pengolahannya menjadi kitin-kitosan yang sangat bermanfaat di
bidang industri. Kitosan adalah senyawa polimer alam turunan kitin
hasil isolat limbah cangkang krustasea, seperti udang, rajungan dan
kepiting, dengan kandungan kitin 42-62% (BPPT, 2004). Kitosan
merupakan bahan kimia multiguna, berbentuk serat dan merupakan
kopolimer berbentuk lembaran tipis, berwarna putih atau kuning, dan
tidak berbau. Kitosan adalah produk deasetilasi kitin melalui
proses kimia, mikrobiologis, serta enzimatis menggunakan enzim
chitin-deacetylase (Rismana, 2001).
Kitosan merupakan polimer kimia karbohidrat yang memiliki
multifungsi karena mengandung tiga gugus fungsional, yaitu amina
serta hidroksil primer dan sekunder. Adanya gugus fungsional
menjadikan kitosan memiliki fungsi dan penggunaan secara luas pada
industri, antara lain pada industri farmasi, kosmetik, pangan,
pertanian, pengawetan produk, pengendalian pencemaran badan air
(Sahubawa, 2005 dan 2006).
Dewasa ini pemanfaatan limbah cangkang krustasea (udang,
rajungan, dan kepting) sebagai bahan baku utama kitin dan kitosan
meningkat drastis karena makin banyak dipakai sebagai bahan baku
industri. Kemampuan kitosan untuk digunakan dalam berbagai bidang
industri, menjadikan produk ini semakin banyak dilirik oleh
kalangan industri/pebisnis. Berbagai bidang industri yang
menggunakan produk kitosan antara lain industri pertanian,
pengolahan pangan, farmasi, kedokteran, fungisida, tekstil,
boiteknologi, penanganan limbah, kosmetika, dan industri fotografi
(Elsawati 1994 ; Krissetiana, 2004).
Sebagai produk yang relatif baru dikenal di Indonesia, kitosan
masih diproduksi dalam jumlah terbatas. Kebutuhan kitosan dalam
negeri sendiri saat ini masih banyak dipasok dari luar negeri
(Korea, India, dan Jepang) (Widodo dkk, 2005). Kendala teknologi
diperkirakan masih menjadi faktor penghambat utama proses produksi
kitosan di Indonesia. Terkait dengan penanganan limbah cair,
dilaporkan bahwa kitosan dapat dijadikan sebagai agen penjernih
limbah cair organik maupun anorganik. Limbah cair organik selama
ini banyak dihasilkan dari industri pengolahan pangan. Sedangkan
limbah cair anorganik banyak dihasilkan oleh industri non pangan
seperti industri tekstil, industri logam, industri manufactur,
industri penyamakan kulit dan lain sebagainya. Limbah cair industri
pangan khusunya industri pengolahan ikan, lebih banyak mengandung
senyawa protein. Protein ini berasal dari proses pencucian yang
banyak dilakukan selama proses penanganan dan pengolahan
berlangsung. Sedangkan limbah cair industri tekstil dan penyamakan
kulit diperkirakan banyak mengandung senyawa logam berat (tekstil:
Ar, Cd, Cr, Pb, Cu, dan Zn) (Marganof, 2005).
Kitosan sebagai senyawa aktif multikationik mampu mengikat
protein secara maksimal (Sahubawa, 2006). Selain itu, adanya gugus
amina dan hidroksil pada kitosan, menjadikan kitosan mampu mengikat
logam berat (Hirano, 1986 dalam Marganof, 2003). Berdasarkan sifat
reaktif yang dimiliki, maka kitosan diharapkan dapat menjadi bahan
alternatif penjernih limbah cair industri. B. Sumber
Kitin-Kitosan
Banyak sumber bahan baku kitin-kitosan yang tersebar di alam,
tetapi hanya cangkang krustasea (khusus udang, kepiting, dan
rajungan) yang telah dimanfaatkan secara komersial (Knorr 1984).
Bagian cangkang kepiting/ rajungan/udang yang mengandung banyak
kitin adalah kaki, celiped, dan ujung capit (Executive Council
Communications dan Consultation Government of Newfoundland and
Labrador, 2001). Menurut No dkk. (1989) cit. Lee dan Tan (2002),
pada limbah kulit udang dan kepiting/rajungan terdapat kitin,
masing-masing sebesar: 14 - 27% dan 13 - 15% (db). Bough (1975), 20
- 30% kitin (db) didapatkan pada kulit udang dan kepiting/rajungan,
serta 30 - 50% kitin (db) pada eksoskeleton kepiting dan lobster
(Muzarelli 1973 cit. Muzi 1990). Estimasi sumber-sumber kitin
potensial dunia pertahun seperti terlihat pada Tabel 7-1.
Tabel 7-1. Estimasi sumber-sumber kitin potensial
Sumber kitinJumlah yang dipanenBagian dari yang dipanenKandungan
Kitin
Berat basahBahan
kering (%)Berat bahan keringPotensi kitin
Shellfish 4,51.70050 - 6046830 4626549
Krill f18.200403.6402280156
Clam/Oystere1.39065 - 8552190 9548222
Squid e g66020 - 409921211
Jamur h79010079020 2618232
Insect-21 56
Total22.740-51181640150
Sumber : Allan. et.al 1978 cit. Knorr 1984
Ket. :
1 = Estimasi berdasarkan angka rata-rata dan dalam satuan 103
ton.
2 = diasumsikan hanya setengah dari hasil panen yang diproses,
kecuali untuk jamur.
3 = dihitung berdasarkan kandungan kitin
4 = shellfish termasuk kepiting, rajungan, udang, udang sungai,
lobster dan crayfish5 = rata-rata lima tahun (1970-1974), 6 =
proyek FAO
7 = dihitung berdasarkan asumsi bahwa panen mengandung 50%
air
8 = hasil samping pabrik pengolahan asam sitrat dan
antibiotik.
Sebagai material pelindung krustasea, kitin terdapat sebagai
muko-polisakarida, berasosiasi dengan kalsium karbonat dan
berikatan kovalen dengan protein (Austin 1988 cit. Muzi 1990).
Selain ketiga komponen tersebut, terdapat pula lemak, pigmen dan
logam dalam jumlah terbatas. Komposisi kitin, protein dan abu pada
crustacea bervariasi menurut jenisnya (Tabel 7-2). Sedangkan
komposisi kimia dan kualitas nutrisi limbah buangan dari pengolahan
Crustacea seperti terlihat pada Tabel 7-3.
Tabel 7-2. Komposisi kimia cangkang beberapa jenis
krustaseaBahanKomposisi Kimia (%)Referensi
KitinProteinAbu
1. Kepiting biru14,916,4tdAustin dkk., 1981
2. Kepiting batu18,115,4tdAustin dkk., 1981
3. Kepiting ladam26,473,4tdAustin dkk., 1981
4. Udang laut27,234,9tdAustin dkk., 1981
5. Udang Calif18,134,927,6Cosio dkk., 1982
6. Crayfish23,516,963,5No dkk., 1989
td = tidak disebutkan
(Sumber: Muzi, 1990)
Tabel 7-3. Komposisi kimia limbah cangkang krustasea
Komponen / KualitasKomposisi Limbah
Shrimps4Crabs5
1. Kadar air (%)72,10 ( 0,2042,50 ( 0,31
2. Protein kasar (%, dwb)144,12 ( 0,7919,08 ( 0,21
3. Lemak (%, dwb)8,39 ( 0,800,85 ( 0,06
4. Kadar abu (%, dwb)29,03 ( 0,4330,68 ( 0,31
5. Kitin (%, dwb, cangkang deproteinasi)40,40 ( 0,4829,60
39,102
6. Karotenoid ((g/g)147,70 ( 2,50139,90 ( 2,00
7. Flavorant (% protein)1,58 ( 0,111,40 ( 0,20
8. PER value32,79 2,882,30 2,42
(Sumber: Shahidi ed. Shahidi dan Botta, 1994)
1 = dwb, dalam satuan berat kering, 2 = tergantung dari bagian
cangkang
3 = Protein Efficensi Ratio (estimasi kualitas protein
kasar).
4 = sejenis udang-udangan, 5 = sejenis kepiting dan rajungan
C. Kitin dan Cara ProduksiKitin adalah polimer struktural dari
eksoskeleton yang merupakan unit poli-N-asetil-glukosamin yang
terikat ikatan ( 1-4-glikosidik menjadi polimer linier yang terdiri
dari 2000 - 3000 unit (Bough, 1975). Nama kitin (chitin) berasal
dari bahasa Yunani yang artinya jubah atau amplop. Kitin terbentuk
dari molekul berantai panjang dengan berat molekul yang besar.
Secara struktural, kitin menyerupai selulosa, kecuali gugus
asetamida yang menggantikan gugus hidroksil C-2 pada selulosa
(Gambar 7-1a, 7-1b).
Karaktersitik utama kitin dicirikan oleh sifatnya yang sangat
sukar larut dalam air dan beberapa pelarut organik, rendahnya
reaktivitas kimia dan sangat hidrofobik. Dengan ke-3 sifat
tersebut, maka penggunaan kitin relatif lebih sedikit dibandingkan
kitosan dan derivatnya. Aplikasi kitin yang utama adalah sebagai
senyawa pengikat logam dalam instalasi pengolahan air bersih atau
limbah, kosmetik, fungisida dan fungistatik penyembuh luka.
Gambar 7-1. Gambar struktur kimia kitin (a) dan selulosa
(b)(Sumber : Lee dan Tan, 2002)
Kitin menyusun lebih dari separoh total bahan organik dalam
bahan-bahan (struktur) berkitin. Konsentrasi yang lebih tinggi
mencapai 85% terdapat dalam antropoda, cangkang (eksoskeleton)
kepiting, udang, dan lobster. telah lama diketahui sebagai sumber
bahan dasar untuk produksi kitin. Cangkang kering Arthropoda
rata-rata mengandung 20%-50% kitin. Sekalipun dikenal sejumlah
sumber kitin, hanya kulit crustacea khususnya udang dan
kepiting/rajungan yang telah dimanfaatkan secara komersial (Knorr
1984). Kuantitas kitin dalam cangkang ditentukan oleh spesies,
kesegaran cangkang, dan bagian cangkang yang digunakan. Umumnya
cangkang yang mengandung garam kalsium tinggi, kandungan kitinnya
rendah. Bagian cangkang yang mengandung banyak kitin adalah kaki,
celiped, dan ujung capit (Executive Council Communications &
Consultation Government of Newfoundland & Labrador 2001).
Pada tubuh hewan, kitin biasanya berikatan dengan protein, untuk
bahan-bahan yang strukturnya keras protein itu tersamak oleh
senyawa-senyawa turunan fenolik. Dalam dunia tanaman adanya khitin
terbatas dalam fungi dan ganggang hijau, semua fungi dengan
beberapa pengecualian mengandung khitin dalam dinding-dinding
selnyaUntuk memproduksi kitin dan turunannya, banyak hal yang dapat
mempengaruhi keberhasilannya antara lain: (1) jenis bahan baku, (2)
proses ekstraksi kitin (deproteinasi dan demineralisasi), dan (3)
proses ekstraksi kitosan (deasetilasi) (Knorr,1991). Muzzarelli
(1985) berpendapat bahwa kitin dan turunannya merupakan biopolimer
yang banyak ditemui di alam, dapat diisolasi dengan proses kimia
yang cukup sederhana, dan juga juga secara enzimatis. Lebih lanjut
dikatakan Addison (2000) bahwa metode ekstraksi kitin dengan
asam/basa kuat pada suhu cukup tinggi merupakan metode kuno, dan
kitin yang dihasilkan tidak sebaik ekstraksi dengan cara
enzimatis.
Isolasi kitin dari kulit udang/rajungan/kepiting biasanya
dilakukan dalam 3 (tiga) tahap. Tahap pertama: penghilangan mineral
(demineralisasi), dilakukan dengan penambahan larutan asam klorida,
tujuannya untuk menghilangkan mineral kulit udang (terutama
kalsium). Ada beberapa peneliti yang menyebut tahap ini sebagai
tahap dekalsifikasi. Tahap kedua: penghilangan protein
(deproteinasi), biasanya dilakukan dengan penambahan larutan
natrium hidroksida (NaOH), dan pemanasan pada temperatur cukup
tinggi. Tahap ketiga: penghilangan warna menggunakan larutan
oksidator (asam oksalat, kaporit, atau kalium permangkanat/KMnO4).
Untuk tujuan tertentu, penghilangan warna cukup menggunakan alkohol
atau aseton.
Setelah melalui ketiga tahap proses tersebut, barulah diperoleh
produk kitin. Diperkirakan, dari 1 kg kulit udang, akan diperoleh
rendemen kitin sebanyak 200 - 250 gram. Untuk mendapatkan kitosan,
kitin yang telah diperoleh kemudian direaksikan dengan larutan NaOH
pada pada temperatur >60oC.
D. Kitosan dan Cara ProduksiSecara kimia, kitosan adalah kitin
yang telah mengalami deasetilasi atau kehilangan gugus asetil yang
diganti gugus amina (NH2) (produk deasetilasi kitin) (Gambar 7-2).
Kualitas dan nilai ekonomi kitin-kitosan ditentukan oleh besarnya
derajat deasetilasi, dimana makin tingi derajat deasetilasi, makin
tinggi kualitas serta harga jualnya. Adanya gugus amina menjadikan
kitosan bermuatan parsial positif kuat. Hal ini mengakibatkan
kitosan dapat larut dalam larutan yang bersifat asam sampai netral.
Selain itu, muatan positif tersebut mengakibatkan kitosan dapat
menarik senyawa-senyawa yang bermuatan parsial negatif (minyak,
lemak, dan protein). Sifat inilah yang menjadikan kitosan memiliki
banyak manfaat.
Gambar 7-2. Struktur kimia kitosanSifat biologi kitosan antara
lain: (1) sebagai biokompatibel, artinya sebagai polimer alami yang
tidak menimbulkan akibat samping, tidak beracun, tidak dapat
dicerna, mudah diuraikan oleh mikroba (biodegradable); (2) dapat
berikatan dengan sel mamalia dan mikroba secara agresif; (3) mampu
meningkatkan pembentukan tulang; (4) bersifat hemostatik,
fungistatik, spermisidal, antitumor, antikolesterol; serta (5)
sebagai depresan pada sistem saraf pusat. Berdasarkan sifat-sifat
tersebut, kitosan memiliki sifat fisik yang khas yaitu mudah
dibentuk menjadi spons, larutan, gel, pasta, membran, dan serat
yang sangat bermanfaat dalam dunia industri.
Kitin yang diproduksi dapat diolah menjadi kitosan melalui
proses deastilasi kitin menggunakan NaOH 50% pada suhu 130 - 150(C
(Bough, 1975). Sedangkan Hirano (1996) cit Walker (1999),
mengatakan bahwa kitosan secara komersial diproduksi menggunakan
metode kimia dengan melarutkan kitin dalam 40 - 45% larutan NaOH,
dan presipitatnya dicuci dengan akuades. Teknis pelaksanaannya
dapat diuraikan sebagai berikut (Gambar 7-3a, b, c, d).D.
Pemanfaatan Kitin dan Kitosan
Secara kimiawi kitin merupakan polimer
(1-4)-2-asetamido-2-deoksi-B-D- glukosamin yang dapat dicerna oleh
mamalia, sedangkan kitosan merupakan kitin yang dihilangkan gugus
asetilnya dengan menggunakan basa pekat sehingga bahan ini
merupakan polimer dari D-glukosamin. Perbedaan antara keduanya
berdasarkan kandungan nitrogennya. Bila nitrogen kurang dari 7%,
maka polimer disebut kitin dan apabila kandungan total nitrogennya
lebih dari 7% maka disebut kitosan. Proses pembuatan kitin
dilakukan dengan cara pengeringan, pengecilan ukuran, pencucian,
deproteinisasi dengan NaOH. Hasilya dapat langsung diolah menjadi
kitosan melalui proses deasetilisasi, pencucian, pengeringan, dan
penepungan hingga menjadi kitosan bubuk. Kitin dan Kitosan dapat
diterapkan di bidang industri maupun bidang kesehatan.
Tahap 1. Analisis proksimat kitin kasar
> 35 mesh
Gambar 7-3a.
Analisis proksimat kitin kasar cangkang udang dan rajungan
Tahap 2: Isolasi dan preparasi kitin cangkang udang dan rajungan
(pilihan sampel yang optimal).
Gambar 7-3b.Proses demineralisasi kitin cangkang udang dan
rajungan
Tahap 3: Deproteinasi kitin cangkang udang dan rajungan (pilihan
sampel yang optimal)
Gambar 7-3c.
Proses deproteinasi cangkang udang dan rajungan
Tahap 4: Deasetilasi kitin cangkang udang dan rajungan (sampel
terbaik).
Gambar 7-3d.
Proses deasetilasi kitosan cangkang udang dan rajungan
1. Industri TekstilSerat tenun dapat dibuat dari kitin dengan
cara membuat suspensi kitin dalam asam format, kemudian ditambahkan
triklor asam asetat dan segera dibekukan pada suhu 20 derajat C
selama 24 jam. Jika larutan ini dipintal dan dimasukkan dalam etil
asetat maka akan terbentuk serat tenun yang potensial untuk
industri tekstil. Pada kerajinan batik, pasta kitosan dapat
menggantikan ''malam'' (wax) sebagai media pembatikan.
2. Bidang FotografiJika kitin dilarutkan dalam larutan
dimetilasetamida LICI, maka dari larutan ini dapat dibuat film
untuk berbagai kegunaan. Pada industri film untuk fotografi,
penambahan tembaga kitosan dapat memperbaiki mutu film yaitu untuk
meningkatkan fotosensitivitasnya.
3. Bidang Kedokteran/Kesehatan.
Kitin dan turunannya (karboksimetil-kitin, hidroksietil-kitin
dan etil-kitin) dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan
benang operasi. Benang operasi ini mempunyai keunggulan dapat
diurai dan diserap dalam jaringan tubuh, tidak toksik, dapat
disterilisasi dan dapat disimpan lama.
Kitin dan kitosan dapat digunakan sebagai bahan pemercepat
penyembuhan luka bakar, lebih baik dari yang terbuat dari tulang
rawan. Selain itu juga sebagai bahan pembuatan garam-garam
glukosamin yang mempunyai banyak manfaat di bidang kedokteran.
Misalnya untuk menyembuhkan influenza, radang usus dan sakit
tulang.
Glukosamin terasetilasi merupakan bahan antitumor, sedangkan
glukosamin sendiri bersifat toksik terhadap sel-sel tumor sehingga
dapat menurunkan kadar kolesterol darah dan kolesterol liver.
Karena kitin tidak dapat dicerna dalam pencernaan, maka ia
berfungsi sebagai dietary fiber yang berguna melancarkan pembuangan
sisa-sisa pencernaan.
4. Industri FungisidaKitosan mempunyai sifat antimikrobia
melawan jamur lebih kuat dari Kitin. Jika kitosan ditambahkan pada
tanah, maka akan menstimulir pertumbuhan mikrobia mikrobia yang
dapat mengurai jamur. Selain itu kitosan juga dapat disemprotkan
langsung pada tanaman. Misalnya larutan 0,4% kitosan jika
disemprotkan pada tanaman tomat dapat menghilangkan virus tobacco
mozaik.
5. Industri KosmetikKini telah dikembangkan produk baru shampoo
kering mengandung kitin yang disuspensi dalam alkohol. Termasuk
pembuatan lotion dan shampoo cair yang mengandung 0,5 - 6,0 % garam
kitosan. Shampoo ini mempunyai kelebihan dapat meningkatkan
kekuatan dan berkilaunya rambut, karena adanya interaksi antara
polimer tersebut dengan protein rambut.
6. Industri Pengolahan PanganKarena sifat kitin dan kitosan yang
dapat mengikat air dan lemak, maka keduanya dapat digunakan sebagai
media pewarnaan makanan. Mikrokristalin kitin jika ditambahkan pada
adonan akan dapat meningkatkan pengembangan volume roti tawar yang
dihasilkan. Selain itu juga sebagai pengental dan pembentuk emulsi
lebih baik dari pada mikrokristalin sellulosa. Pada pemanasan
tinggi kitin akan menghasilkan pyrazine yang potensial sebagai zat
penambah cita rasa. Sifat kitosan dapat bereaksi dengan asam jenis
polifenol, maka kitosan sangat cocok untuk menurunkan kadar asam
pada buah-buahan, sayuran dan ekstrak kopi. Bahkan terakhir
diketahui dapat menjernihkan jus apel lebih baik daripada
penggunaan bentonite dan gelatin. Kitin dan kitosan tidak beracun
sehingga baik untuk kesehatan manusia.
7. Penanganan LimbahKarena sifat polikationiknya, kitosan dapat
dimanfaatkan sebagai agensia penggumpal dalam penanganan limbah
terutama limbah berprotein yang kemudian dapat dimanfaatkan sebagai
pakan ternak. Pada penanganan limbah cair, kitosan sebagai
chelating agent yang dapat menyerap logam beracun seperti mercuri,
timah, tembaga, pluranium dan uranium dalam perairan dan ntuk
mengikat zat warna tekstil dalam air limbah.
Sifat kitosan sebagai polimer alami mempunyai sifat menghambat
absorpsi lemak Sifat ini sangat potensial untuk dijadikan obat
penurun lemak, penurun kolesterol, pelangsing tubuh atau pencegahan
penyakit lainnya. Kitosan juga bersifat tidak dicernakan dan tidak
diabsorpsi tubuh, sehingga lemak dan kolesterol makanan terikat
menjadi bentuk non-absorpsi yang tak berkalori. Tidak seperti serat
alam lain, kitosan mempunyai sifat unik karena memberikan daya
pengikatan lemak yang sangat tinggi. Pada kondisi normal kitosan
mampu menyerap 4 - 5 kali lemak dibandingkan serat lain. Kapasitas
yang tinggi ini diakibatkan gugus kitosan yang relatif bersifat
basa dengan adanya gugus amino. Sebagai contoh jumlah lemak yang
dieksresi oleh kitosan sekitar 51% sedangkan oleh pektin dan
selulosa hanya 5 7%.
Sifat khas kitosan yang lain adalah kemampuannya untuk
menurunkan kandungan LDL kolesterol, sekaligus mendorong
peningkatan HDL kolesterol dalam serum darah. Beberapa peneliti
senior di negara sakura (Jepang) menjuluki kitosan sebagai suatu
senyawa yang memiliki zat hipokolesterolmik yang sangat efektif dan
reaktif. Dengan kata lain, kitosan memiliki kemampuan menurunkan
kadar/tingkat kolesterol dalam serum darah dengan efektif, tanpa
menimbulkan efek sampingan pada kesehatan manusia.E. Aplikasi
Kitosan dalam Pereduksi beban Pencemaran Limbah Cair Industri1.
Preparasi Sampel Kitosan dalam Asam Asetat (CH3COOH)
Uji reduksi beban pencemaran dilakukan terhadap limbah cair
pengolahan ikan segar yang diambil dari Swalayan Indomaret Jl.
Jend. Sudirman Yogyakarta. Jenis limbah ini diprediksi mengandung
banyak bahan organik (terutama protein) terlarut dan tersuspensi,
serta limbah cair penyamakan kulit dari Balai Besar Kulit, Karet
dan Plastik (BBKKP) Yogyakarta.
Mekanisma preparasi sampel kitosan sebagai agen pereduksi
(floculation agent) beban cemaran limbah cair dilakukan melalui
langkah-langkah berikut.a. Siapkan limbah cair pengolahan ikan
segar dan penyamakan kulit di gelas beker. Pengujian awal (pra
perlakuan) turbidity, TSS, TDS, N-total, pH, Cr serta
kecerahan.
b. Campurkan 250 ml larutan kitosan 1% dari sampel kitosan
perlakuan terbaik (derajad deasetilasi tertinggi) ke dalam 500 ml
air limbah. Sampel perlakuan terbaik dari kitosan cangkang udang
putih adalah waktu deproteinasi 45 menit dan konsentrasi NaOH 3%
serta sampel kitosan cangkang rajungan adalah waktu deproteinasi 45
menit dan konsentrasi NaOH 4% dengan nilai derajad deasetilasi
tertingi.
c. Aduk larutan air limbah dengan magnetik stirrer, atur
kecepatan putar 1200 rpm selama 10 menit. Hasil reaksi kitosan
dalam pelarut asam asetat seperti terlihat pada Gambar 7-4.d.
Diamkan larutan selama 60 menit untuk menunggu pemisahan/
pengendapan padatan.
e. Pengujian akhir (pasca perlakuan) turbidity (kekeruhan), TSS,
TDS, N-total, pH, Cr, dan kecerahan.
f. Kalkulasi persentase tingat reduksi beban pencemaran setelah
limbah cair diberikan perlakuan kitosan.
Hasil uji kualitas air limbah segar (pra perlakuan) dan air
limbah setelah perlakuan kitosan, serta persentase pereduksi beban
pencemaran dapat dilihat pada Tabel 7-3a, 7-3b serta Gambar 7-6a,
7-6b.
Kitosan merupakan polimer rantai panjang glukosamin,
2-amino-deoksiglukosa, memiliki gugus amino dengan muatan ion
positif, yang dapat mengikat substansi kimia bermuatan negatif
dalam larutan (salah satunya adalah protein). Kitosan tidak dapat
larut dalam pelarut netral atau alkali serta asam kuat tetapi dapat
larut dalam pelarut organik (asam encer). Oleh karena itu kitosan
yang digunakan, sebelumnya harus dilarutkan (dicampur) dengan asam
asetat (CH3COOH) encer 2%.
Gambar 7-4. Kitosan dilarutkan dalam asam asetat 2%
2. Tingkat Reduksi Beban Pencemaran Limbah Cair
Berdasarkan hasil uji kemampuan reduksi kitosan sebagai
floculation agent terhadap beban pencemaran limbah cair pengolahan
ikan segar dan limbah cair penyamakan kulit (Tabel 7-3a, 7-3b serta
Gambar 7-5a, 7-5b), terlihat bahwa semua parameter beban pencemaran
(turbidity, TSS, TDS, N-total, pH, Cr dan kecerahan) mengalami
menurunan signifikan.
a. Limbah cair pengolahan ikan segar.
Kemampuan reduksi kitosan cangkang udang putih dan cangkang
rajungan terhadap beban pencemaran limbah cair pengolahan ikan
segar relatif bervariasi. Nilai turbidias (kekeruhan) limbah cair
ikan segar dengan perlakuan kitosan cangkang udang putih mengalami
perubahan 21,04%; DO = 330%; TSS = 7,27%; TDS 16,58%; N-total =
33,33%; pH = 19,72% (Tabel 7-3a) dengan tingkat kecerahan cukup
tinggi (signifikan) dibandingkan limbah cair pra perlakuan (Gambar
7-6a). Sedangkan untuk limbah cair pengolahan ikan segar dengan
perlakuan kitosan cangkang rajungan adalah: turbidity = 217,33%;
oksigen terlarut (DO) = 300%; TSS = 7,27%; TDS = 21,39% ; N-total =
23,32%; pH = 19,72% (Tabel 7-3b) dengan tingkat kecerahan cukup
tinggi (sangat keruh) dibandingkan limbah cair pra perlakuan
kitosan.
Tabel 7-3a. Hasil uji reduksi beban pencemaran limbah cair
pengolahan ikan segar dengan kitosan cangkang udang putih*
NoParameterPra PerlakuanPasca PerlakuanPersentase Pereduksi
(%)
1Turbiditas (ppm)277,50219,1021,04
2DO (ppm)0,003,30330,00
3TSS (ppm)2,202,047,27
4TDS (ppm)7,906,5916,58
5N-total (%)0,300,2233,33
6pH7,105,7019,72
7Kecerahancoklat pekatkeruhmeningkat
Ketarangan: * = limbah hasil pengolahan ikan segar Indomaret
Yogyakarta
Berdasarkan Tabel 7-3a dan 7-3b, terlihat bahwa pemberian
kitosan sebagai floculation agent dapat mereduksi beban pencemaran
limbah cair pengolahan ikan segar dan penyamakan kulit secara
signifikan. Kemampuan pereduksi beban pencemaran dari kedua jenis
kitosan ini relatif sama. Meskipun demikian, kitosan cangkang udang
putih memiliki kemampuan pereduksi relatif lebih tinggi terhadap
parameter turbiditas, DO, dan N-total, sedangkan kitosan cangkang
rajungan hanya pada parameter TSS dan TDS.
Tabel 7-3b. Hasil uji reduksi beban pencemaran limbah cair
pengolahan ikan segar dengan kitosan cangkang rajungan *
NoParameterPra PerlakuanPasca PerlakuanPersentase Pereduksi
(%)
1Turbiditas (ppm)277,50229,4017,33
2DO (ppm)0,003,00300,00
3TSS (ppm)2,202,037,72
4TDS (ppm)7,906,2121,39
5N-total (%)0,300,2323,33
6pH7,105.7019,72
7Kecerahancoklat pekatkeruhmeningkat
Ketarangan: * = limbah hasil pengolahan ikan segar PT. Indomaret
Yogyakarta
Gambar 7-5. Kecerahan limbah cair pengolahan ikan segar pra
perlakuan (a), dan pasca perlakuan kitosan udang putih dan rajungan
(b).b. Limbah cair penyamakan kulit
Kemampuan reduksi kitosan cangkang udang putih dan cangkang
rajungan terhadap beban cemaran limbah cair penyamakan kulit
relatif bervariasi, seperti halnya limbah cair pengolahan ikan
segar. Nilai turbiditas/kekeruhan limbah cair dengan perlakuan
kitosan cangkang udang putih mengalami penurunan 44,54%; DO = 100%;
TSS = 51,87%; TDS 15,05%; N-total = 23,08%; pH = 10,61% ; Cr =
85,54% dengan nilai kecerahan cukup tinggi (jernih kehijauan)
dibandingkan limbah cair pra perlakuan (Gambar 7-6b). Sedangkan
dengan perlakuan kitosan cangkang rajungan, perubahan masing-masing
adalah: turbidity = 32,34% ; DO = 100%; TSS = 33,69%; TDS = 33,80%
; N-total = 7,69%; pH = 12,12%, Cr = 70,98% dengan kecerahan cukup
tinggi (jernih kehijauan) dibandingkan kondisi limbah cair pra
perlakuan.
Berdasarkan Tabel 7-4a dan 7-4b, terlihat jelas bahwa pemberian
kitosan sebagai floculation agent, juga dapat mereduksi beban
pencemaran limbah cair pengolahan ikan segar dan penyamakan kulit
secara signifikan. Kemampuan pereduksi beban pencemaran dari kedua
jenis kitosan ini relatif sama, namun demikian kitosan cangkang
udang putih memiliki kemampuan pereduksi relatif lebih besar. Hal
ini seperti terlihat pada kemampuan pereduksi pada parameter
turbiditas, DO, TSS, N-total, dan Cr, sedangkan kitosan cangkang
rajungan hanya pada parameter TDS. Nilai kecerahan limbah cair
industri penyamakan kulit setelah diberikan perlakuan kitosan
cangkang udang putih dan rajungan, ternyata lebih tinggi
dibandingkan kecerahan limbah cair industri pengolahan ikan segar
(lihat Gambar 7-6a dan 7-6b). Hal ini dapat dibuktikan dengan
besarnya reduksi beban pencemaran parameter TSS dan TDS sebagai
indikator utama kekeruhan badan air. Semakin banyak partikel TSS
dan TDS yang tereduksi, semakin tinggi tingkat kecerahan air limbah
yang dihasilkan, dan berkorelasi positif dengan semakin banyak
oksigen terlarut dalam badan air.
Tabel 7-4a. Hasil uji reduksi beban pencemaran limbah cair
penyamakan kulit dengan kitosan cangkang udang putih*
NoParameterPra PerlakuanPasca PerlakuanPersentase Pereduksi
(%)
1Turbiditas (ppm)343,5190.544,54
2DO (ppm)0,001,00100,00
3TSS (ppm)1,870,9051,87
4TDS (ppm)31,3026,5915,05
5N-total (%)0,130,1023,08
6pH6,605,9010,61
7Krom (Cr, ppm)82,3011,9085,54
8Kecerahancoklat pekatjernih kehijauanmeningkat
Keterangan * = limbah cair penyamakan kulit BBKKP Yogyakarta
Tabel 7-4b. Hasil uji reduksi beban pencemaran limbah cair
penyamakan kulit dengan kitosan cangkang rajungan
NoParameterPra PerlakuanPasca PerlakuanPersentase Pereduksi
(%)
1Turbiditas (ppm)343,5232,4032,34
2DO (ppm)0,001,00100,00
3TSS (ppm)1.871,2433,69
4TDS (ppm)31,3020,7233,80
5N-total (%)0,130,127,69
6pH6,605,8012,12
7Krom (Cr, ppm)82,3023,9070,96
8Kecerahancoklat pekat jernih kehijauanmeningkat
3. Mekanisme Pereduksi Beban Pencemaran Limbah Cair
Limbah cair hasil buangan proses produksi (aktivitas manusia dan
industri) banyak mengandung nutrien (protein, lemak, karbohidrat)
dan logam berat, yang sifatnya mudah terurai (biodegradable
pollutan) maupun sukar terurai (non biodegradable pollutan).
Polutan dalam limbah cair pada umumnya bersifat koloid dengan
ukuran partikel sangat kecil dan sukar mengendap. Banyaknya
partikel koloid ini menimbulkan kekeruhan badan air. Karakteristik
limbah cair organik dan anorganik adalah menimbulkan bau tidak
sedap, oksigen terlarut rendah, BOD tinggi, dengan
nutrien/kesuburan tinggi (Sahubawa, 2005). Berdasarkan hasil
analisis, persentase protein air limbah pengolahan ikan segar dan
penyamakan kulit yang tereduksi masing-masing mencapai 23,33% dan
23,08%. Total Suspended Solid (TSS) tereduksi sampai 7,72% dan
51,87%, serta Total Disolve Solid (TDS) mencapai 21,39% dan
33,80%.
Gambar 7-6. Kecerahan limbah cair penyamakan kulit pra perlakuan
(a), dan pasca perlakuan dengan kitosan udang putih dan rajungan
(b).
Dalam limbah cair industri, partikel-partikel protein bersifat
tersuspensi dan tidak dapat terendapkan akan menimbulkan kekeruhan.
Partikel-partikel protein tersebut terlalu kecil untuk mengendap
dalam suatu periode waktu tertentu dan terlalu kecil untuk dapat
tersaring. Menurut Water Specialist Technologies LLC (2003),
partikel-partikel protein bersifat stabil atau tetap melayang dalam
air limbah karena sifat partikel yang saling tolak-menolak. Pada
dasarnya proses reduksi beban pencemaran limbah cair melewati 3
(tiga) tahap, yaitu: (1) koagulasi/destabilisasi, (2) flokulasi,
dan (3) sedimentasi. Tahap koagulasi/ destabilisasi partikel
terjadi ketika kitosan sebagai koagulan bereaksi dengan partikel di
dalam air limbah. Kitosan adalah senyawa yang memiliki gugus amina
(NH2), bersifat elektrolit dan dapat mengikat partikel negatif,
salah satunya adalah gugus fungsional protein. Sifat ini
ditimbulkan oleh adanya gugus amina (NH2) pada rantai C nomor 2
yang mempunyai pasangan elektron bebas reaktif (Gambar 7-7). Dalam
reaksi ini pasangan elektron bebas gugus amino pada unit glukosamin
kitosan berperan sebagai penerima proton, sehingga gugus amino
menjadi bermuatan positif (Winterowd and Standford, 1995). Adanya
proton (H+) akan berikatan secara koordinasi dengan amina membentuk
gugus amino (NH3+) yang bersifat ionik. Gugus NH3+ akan
mengakibatkan polimer kitosan memiliki sifat reaktif terhadap
senyawa yang bermuatan negatif. Semakin banyak gugus amino yang
terbentuk, semakin besar kemapuan kitosan dalam mengikat
partikel-partikel tersuspensi sehingga dapat menghasilkan limbah
cair yang lebih jernih (lihat Gambar 7-6a dan 7-6b).
Gambar 7-7. Reaksi Koagulasi Protein oleh Kitosan
Mekanisme penjernihan ini disebabkan oleh adanya proses
koagulasi dan flokulasi protein oleh senyawa koagulan (kitosan).
Adapun proses koagulasi menurut Water Specialist Technologies LLC
(2003) adalah proses destabilisasi partikel protein yang terlarut
dalam air limbah oleh reaksi netralisasi dengan menambahkan kitosan
(koagulan kationik). Kitosan memiliki muatan positif yang dapat
mengikat muatan negatif yang dimiliki protein. Dalam proses ini
terjadi pengikatan gugus fungsional protein dengan kitosan dalam
limbah cair menjadi kumpulan partikel protein (flocs).
Dalam proses koagulasi, penambahan kitosan ke dalam limbah cair
adalah untuk mengurangi muatan negatif pada partikel-partikel
protein hingga mencapai suatu titik dimana partikel tersebut tidak
saling tolak-menolak. Menurut Hammer (1986), faktor penentu
keberhasilan poses ini adalah pengadukan secara cepat dan kontinu
supaya dosis koagulan yang diberikan akan efektif dalam
berikatan.
Pada proses flokulasi, faktor waktu sangat penting terhadap
efisiensi pengendapan partikel protein. Dalam proses ini,
partikel-pertikel protein diharapkan dapat beraglomerasi menjadi
flocs partikel protein besar yang dapat mengendap. Pengadukan yang
cukup cepat dapat membantu flocs saling berdekatan dan cepat
bereaksi, sedangkan pengadukan yang terlalu cepat dan lama akan
dapat memecah floc partikel menjadi lebih kecil dan akhirnya
terdispersi kembali dalam air limbah.
Proses penggabungan antara floc-floc protein, akan membentuk
masa partikel yang lebih besar dan mengendap di dasar perairan
(aglomerasi). Proses pengadukan limbah cair mengunakan alat
magnetik stirrer dengan kecepatan 1600 rpm selama 10 menit, dengan
tujuan membantu kontak antar floc kecil protein untuk dapat
beraglomerasi menjadi partikel yang lebih besar. Selanjutnya
larutan air limbah didiamkan selama 60 menit, sehingga masa
partikel protein tersebut akan mengendap.
Proses pengikatan protein oleh kitosan dalam limbah cair pada
dasarnya sama dengan mekanisme koagulasi partikel koloid limbah
cair yang menggunakan koagulan kimia (Gambar 7-8) (Hammer, 1986).
Larutan protein dalam limbah cair membentuk sistem koloid, dimana
partikel larutan berada pada fase zat terlarut yang terpisah dengan
fase medium pelarutnya (Bird, 1987). Sifat koloidal larutan erat
kaitannya dengan proses koagulasi dan flokulasi sebagai tahapan
dalam proses penanganan limbah cair. Partikel-partikel koloid yang
tidak dapat, akan menimbulkan kekeruhan badan air. Larutan protein
dalam air limbah bersifat koloid yang memiliki karakter khusus
yaitu tidak dapat mengendap dan tetap stabil dalam air.
Proses pengikatan protein oleh kitosan dikarenakan oleh
perubahan stabilitas partikel protein dalam air limbah. Adanya gaya
tolak-menolak antar partikel mengakibatkan partikel protein tetap
stabil dalam air limbah (Gambar 7-9a). Menurut teori Derjaguin,
Landau, Verwey dan Overbeek (DLVO), kestabilan partikel koloid
dalam air terjadi karena perubahan energi yang berlangsung ketika
dua partikel koloid saling berdekatan (Bird, 1987). Teori ini
memperkirakan peranan gaya tarik-menarik (gaya Van Der Walls) dan
tolak-menolak (tumpangtindih) lapisan ganda elektrik antara
partikel.
Gambar 7-8. Gaya tarik dan tolak menolak antar partikel koloid
dalam air limbah (a), destabilisasi partikel koloid dan flokukasi,
(b) sedimentasi dan aglomerasi masa partikel koloid (c).
Penambahan kitosan (sifat koagulan) sebagai senyawa elektrolit
akan memperbesar gaya tarik-menarik sehingga memperkecil jarak
antarpartikel bermuatan. Peningkatan konsentrasi senyawa elektrolit
akan memperkecil gaya tolak-menolak antarpartikel dan pada
konsentrasi tertentu gaya ini akan hilang. Hilangnya gaya
tolak-menolak menjadikan jarak antar partikel semakin dekat
sehingga partikel saling menyatu (berikatan) (Gambar 7-9b).
Partikel-partikel yang menyatu, selanjutnya membentuk kelompok
partikel besar yang mengendap di dasar perairan membetuk aglomerasi
(Hammer, 1986). Berdasarkan hasil analisis, kemampuan reduksi krom
air limbah penyamakan kulit dengan kitosan cangkang udang putih
mencapai 70,96%. Proses ini merupakan hasil pengikatan gugus
amino-kitosan dengan logam berat (krom). Gugus amina (NH2) pada
kitosan akan berikatan dengan logam berat Cr melalui ikatan
koordinasi membentuk senyawa kompleks heksamin krom (III), dengan
penggunaan bersama pasangan elektron bebas pada gugus amina (NH2)
(Persamaan 7-1).
6 -NH2 + Cr 3+ [Cr (- NH2 )6 ] 3+
(7-1)Senyawa kompleks yang terbentuk terdiri dari ion krom
(Cr3+) sebagai ion pusat dan molekul amina (-NH2). Senyawa yang
terbentuk merupakan senyawa kompleks hasil kelasi yang mempunyai
ukuran dan masa partikel lebih besar dari keadaan sebelumnya.
Menurut Park dkk. (1984) dalam Sormin dkk. (2001), reaksi
pengikatan logam berat oleh kitosan merupakan suatu proses kelasi
(chelation), dimana kitosan memiliki sifat berbeda dibandingkan
polisakarida lain dalam bereaksi dengan kation multivalen atau
bivalen. Menurut Putriasih (2004), gugus amina pada kitosan
memiliki pasangan elektron bebas sebagai basa lewis yang berfungsi
sebagai donor elektron. Elektron bebas inilah yang digunakan untuk
berikatan bersama logam membentuk senyawa kompleks. BAB-7. APLIKASI
KITIN-KITOSAN LIMBAH CANGKANG RAJUNGAN & UDANG DALAM PEREDUKSI
BEBAN PENCEMARAN LIMBAH CAIR INDUSTRI
a
EMBED Word.Picture.8
b
EMBED Word.Picture.8
Sampel
Dicuci bersih
Dikeringkan
Dihancurkan
Penghalusan
Tepung cangkang diayak
Pengeringan dibawah sinar matahari selama 2-3 hari, dilakukan
pada jam 9.00 - 15.00
Penghalusan dilakukan dengan grinder, dilanjutkan dengan blender
kering
Pengayakan tepung dengan ayakan 35 mesh
Analisisi:
Kadar abu
Kadar N-total
Kadar air
Kadar lemak
Kadar kitin kasar
Perebusan Cangkang Udang dan Rajungan
A
Pengering-anginan
Penyaringan
Analisis:
Kadar abu
Kadar air
Rendemen
Residu
CaCl2
Demineralisasi
Penyaringan
Pencucian
suhu kamar, HCl = 0,5N; 1N; 1,5N 1:5 (b/v), waktu = 2 jam; 4
jam; 6 jam; 8 jam.
Pencucian setelah demineralisasi I = 2 kali
Pencucian setelah demineralisasi II = 2 kali
Pencucian setelah demineralisasi III sampai netral
Sampel Tepung Kitin 20 gr
Residu
Penyaringan
Pencucian
Penyaringan
suhu mendidih, NaOH = 0,5N; 1N; 1,5N 1:5 (b/v), waktu = 4 jam; 6
jam; 8 jam; 10 jam.
Sambil ditambah aquadest untuk mempertahankan volume sistem
Analisis :
Kadar N total
Kadar air
Rendemen
Pengering-anginan
Pencucian setelah deproteinasi sampai netral
NaOH
Filtrat
Na-proteinat
Deproteinasi
20 gr sampel tepung kitin
A
Residu
Residu
Kitin
Deasetilasi
Penyaringan
Kitin
Pencucian
Penyaringan
Pengeringan 40 50(C, 8-12 jam
kondisi mendidih,
NaOH = 50% 1:10 (b/v), waktu = 3 jam; 4 jam; 5 jam; 6 jam; 7
jam.
Analisisi:
Derajat deasetilasi
Viscositas
Kitosan
Residu
Residu
pencucian setelah deasetilasi sampai netral
Pra Perlakuan Kitosan (a)
Pasca Perlakuan Kitosan (b)
Pasca Perlakuan Kitosan (b)
Pra Perlakuan (a)
a
b
c
Jurusan Perikanan Fakultas Pertanian UGM Hal. 2-18
_1176260416.bin
_1204630790.doc
_1203653687.doc
_1175851163.bin
