Upload
dokhue
View
224
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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