argo khoirul anas, dkk/ pengaruh variasi massa …….. prosiding

Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 2 Juni 2012

PENGARUH VARIASI MASSA UMBI GANYONG (Canna edulis) PADA PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PLASTIK BIODEGRADABLE RAMAH

LINGKUNGAN BERBAHAN DASAR UMBI GANYONG

Argo Khoirul Anas1) Atika Salma1) Firman Nugroho2) Yulia Linguistika3) Winny Filinoristi1)

1)Jurusan Pendidikan Kimia 2)Jurusan Pendidikan Fisika 3)Jurusan Pendidikan Matematika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Yogyakarta

Abstrak

Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk mengurangi sampah plastik yang mencemari lingkungan adalah dengan mengembangkan plastik biodegradable. Plastik biodegradable merupakan plastik yang mudah terdegradasi dan terbuat dari sumber yang dapat diperbarui, salah satunya adalah pati. Sumber pati di Indonesia sangat banyak, di antaranya yang berasal dari umbi-umbian. Salah satu umbi yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan plastik biodegradable adalah ganyong.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas tiga tahap, yaitu 1) tahap pembuatan nata 2) tahap pembuatan plastik biodegradable 3) tahap karakterisasi. Dalam penelitian ini dilakukan variasi massa ganyong yang digunakan, di antaranya 500 gram, 1000 gram, dan 1500 gram.

Hasil analisis yang telah dilakukan menunjukkan bahwa plastik biodegradable dengan massa ganyong 500 gram memiliki kuat putus (tensile strength) sebesar 1,58005 N dan perpanjangan (strain) sebesar 2,2246%, massa ganyong 1000 gram memiliki kuat putus (tensile strength) sebesar 2,59295 N dan perpanjangan (strain) sebesar 2,45935%, dan massa ganyong 1500 gram memiliki kuat putus (tensile strength) sebesar 1,27135 N dan perpanjangan (strain) sebesar 1,9695%. Sehingga dapat diketahui bahwa plastik biodegradable dengan massa ganyong 1000 gram memiliki sifat mekanik yang paling optimum.

Kata Kunci: Ganyong, Plastik Biodegradable, Sifat Mekanik

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi polimer telah memberikan banyak manfaat dalam kehidupan manusia. Salah satunya adalah plastik yang telah digunakan dalam berbagai aktivitas kehidupan, dengan berbagai keunggulan yang dimiliki, plastik merupakan salah satu produk primadona dalam industri kemasan. Namun, dibalik semua itu ternyata plastik menjadi salah satu penyebab timbulnya masalah di bidang lingkungan dan kesehatan.

Diperkirakan ada 500 juta sampai 1 milyar kantong plastik digunakan penduduk dunia dalam satu tahun. Ini berarti ada sekitar 1 juta kantong plastik per menit. Untuk membuatnya, diperlukan 12 juta barel minyak per tahun, dan 14 juta pohon ditebang. Di Indonesia sendiri pada tahun 2003 kebutuhan plastik mencapai 1,35 juta ton per tahun. Setelah menjadi sampah, pemerintah hanya mampu mengelola 20-30 persennya. Selebihnya ditimbun ke area pembuangan sampah. Hal ini dapat memperburuk global warming karena kurangnya pohon sebagai paru-paru bumi yang dapat menyerap emisi gas rumah kaca. Selain bahan dasarnya yang non-renewable (dari hasil samping pengambilan bahan bakar minyak), plastik juga tidak hemat energi dalam proses pembuatannya. Produsen yang menggunakan kemasan berbahan

K-1

Argo Khoirul Anas, dkk/ Pengaruh Variasi Massa ……..

plastik yang tidak bisa didaur ulang bertanggung jawab untuk mengurangi dan menarik kemasannya. Hal itu disampaikan Direktur Indonesian Center for Environmental Law Rino Subagyo di Jakarta (Kompas edisi 31 Agustus 2010).

Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk mengatasi masalah ini adalah dengan melakukan pengembangan plastik biodegradable yaitu plastik yang dapat terdegradasi dan terbuat dari sumber yang dapat diperbarui salah satunya adalah pati. Upaya pengembangan teknologi kemasan plastik biodegrdable dewasa ini berkembang sangat pesat. Berbagai riset telah dilakukan di negara maju (Jerman, Prancis, Jepang, Korea, Amerika Serikat, Inggris dan Swiss) ditujukan untuk menggali berbagai potensi bahan baku biopolimer.

Sumber pati di Indonesia sebenarnya sangat banyak, di antaranya yang berasal dari umbi-umbian. Menurut Agus Slamet (2000) salah satu jenis umbi-umbian yang cukup banyak di Indonesia adalah umbi ganyong (Canna edulis). Tanaman Ganyong cukup mudah dibudidayakan baik pada tanah yang subur maupun pada tanah yang tandus dan pertumbuhannya tidak memerlukan persyaratan-persyaratan yang sukar. Produksi ganyong cukup banyak di masyarakat khususnya di daerah pedesaan. Masyarakat masih jarang memanfaatkan ganyong sebagai pangan. Ganyong merupakan umbi-umbian yang memiliki kadar karbohidrat 86,64–87,28 %. Tingginya kadar karbohidrat dalam ganyong memiliki prospek yang sangat baik untuk dikembangkan menjadi plastik biodegradable.

1. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui:1. Karakteristik dan kemudahan biodegradasi dari plastik biodegradable berbahan

umbi ganyong.2. Pengaruh variasi massa umbi ganyong terhadap karakteristik dan kemudahan

biodegradasi plastik biodegradable berbahan dasar umbi ganyong.

2. Manfaat Penelitian 1. Bagi Peneliti

a. Dapat mengaplikasikan ilmu-ilmu yang didapat untuk dikembangkan lebih lanjut.

b. Mengetahui manfaat lain dari umbi ganyong sebagai bahan dasar dalam pembuatan plastik biodegradable yang ramah lingkungan

2. Bagi Masyarakata. Memberikan pengetahuan baru mengenai produk kemasan ramah lingkunganb. Memotivasi masyarakat untuk mengembangkan produk kemasan ramah

lingkungan

K-2


METODE PENELITIAN

1. PenelitianJenis penelitian yang digunakan adalah penelitian eksperimen.

2. Subyek dan Obyek Penelitiana. Subyek Penelitian. Subyek penelitian adalah umbi Ganyong (Canna edulis)

b. Obyek Penelitian. Obyek penelitian adalah karakteristik dan kemudahan biodegradasi

plastik biodegradable berbahan dasar umbi Ganyong.

3. Variabel Penelitiana. Variabel bebas : massa umbi ganyong yang ditambahkan yaitu:

500gr, 1000gr, dan 1500grb. Variabel terikat: karakteristik dan kemudahan biodegradasi plastik

biodegradable berbahan dasar umbi Ganyong.

4. Waktu dan Tempat PelaksanaanPenelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia FMIPA UNY

selama bulan Februari sampai Mei 2012.

5. Tahapan Pelaksanaana. Tahap Pembuatan Nata

Sebelum membuat bioplastik, bahan – bahan organik diubah terlebih dahulu menjadi nata. Dalam hal ini yang digunakan dalam percobaan adalah umbi ganyong yang telah digiling. Umbi Ganyong yang telah digiling tersebut selanjutnya di rebus sampai mendidih. Pada saat perebusan, dilakukan penambahan air, gula pasir sebanyak 2,5 % dan urea 0,5 % dari banyaknya larutan. Setelah mendidih, dilakukan penyaringan untuk mendapatkan sari dari bahan hasil perebusan. Larutan yang sudah disaring didinginkan. Setelah dingin, dilakukan penambahan starter Acetobacter xylinum (2 botol untuk 5 bak fermentasi ) dan asam asetat 0,75 % dari larutan guna menjaga pH 3,0 – 4,0. Larutan hasil penyaringan difermentasikan melalui perlakuan lama penyimpanan 5 hari. Setelah lama penyimpanan yang ditentukan, nata siap di panen.

b. Tahap Pembuatan BioplastikTahap pembuatan bioplastik meliputi 2 tahap yaitu :

1. Pengepresan nata menjadi lembaran film dengan menggunakan Hot Press.2. Pengeringan nata selama dua hari fermentasi menjadi lembaran dengan cara

diangin-anginkan dan tidak terkena cahaya matahari langsung.

c. Tahap Karakterisisasi Bioplastik1. Analisis sifat mekanik dengan alat Tensile Tester

Perhitungan yang dilakukan dalam analisis ini meliputi:a. Strength at Break

K-3


σ = FA

b. Elongation

∈=∆ LLo

x 100 %

2. Uji BiodegradasiPersen kehilangan massa ditentukan dengan rumus berikut:

% kehilangan massa =

W i−W f

W i x 100%Wi = massa sampel sesungguhya sebelum diinkubasi.Wf = massa sampel sesudah dibiodegradasi.

Penentuan laju kehilangan massa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

v =

W i−W f

Δt

dengan v = laju kehilangan massa.∆t = waktu yang dibutuhkan untuk biodegradasi

3. Analisis gugus fungsi dengan FTIR4. Analisis kristalinitas dengan XRD5. Analisis morfologi permukaan dengan SEM (Scaning Electrone

Microscope)

HASIL DAN PEMBAHASANPembentukan Selulosa oleh Bakteri Acetobacter xylinum dalam Proses Pembuatan Nata dari Umbi Ganyong

Dalam proses pembuatan nata dari umbi ganyong dengan waktu fermentasi selama 7 hari dihasilkan lapisan pelikel yang mengambang di permukaan atas substrat. Lapisan ini tidak lain adalah selulosa. Selulosa yang melibatkan bakteri dalam proses produksinya biasa disebut selulosa bakteri. Selulosa bakteri sendiri merupakan sejenis polisakarida mikroba yang dihasilkan melalui fermentasi suatu bahan menggunakan Acetobacter xylinum yang berupa benang-benang dan bersama-sama dengan polisakarida membetuk jalinan yang terdiri dari serat selulosa. Menurut Tsuchida T. and Yoshinaga F. (1997) selulosa bakteri memiliki beberapa keunggulan dibandingkan selulosa yang berasal dari tumbuhan. Keunggulan tersebut di antaranya memiliki kemurnian yang tinggi, struktur jaringan yang sangat baik, kemampuan degradasi tinggi, dan kekuatan mekanik yang unik.

Dalam proses pembentukan selulosa, pati yang berasal dari umbi ganyong dihidrolisis menjadi glukosa. Selanjutnya melalui rangkaian aktivitas Acetobacter xylinum, glukosa tersebut diubah menjadi selulosa. Menurut Holmes L. (2004) dalam Lisbeth T. (2008), selama proses fermentasi melalui proses phosporilasi di dalam sel glukosa diubah ke dalam bentuk glukosa-6-fosfat dengan bantuan enzim glukokinase dan kemudian terjadi

K-4

(C6H10O5)nPati

n (C6H12O6) Glukosa Glukosa-6-fosfat

Glukosa-1-fosfat

UDP Glukosa

Selulosa


isomerisasi menjadi glukosa-1-fosfat oleh enzim fosfoglukomutase. Selanjutnya pembentukan UDP-glukosa oleh enzim UDPG firoposporilase dan pembentukan selulosa di luar sel oleh enzim selulosa sintase. Gambar 1 menunjukkan langkah-langkah pembentukan selulosa tersebut dan gambar 2 menunjukkan reaksi pembentukan selulosa oleh Acetobacter xylinum secara umum.

Gambar 1. Tahapan pembentukan selulosa oleh bakteri Acetobacter xylinum

Gambar 2. Reaksi pembentukan selulosa oleh bakteri Acetobacter xylinum

Analisis Sifat Mekanik Menggunakan Tesile Tester

Tabel 1. Hasil Analisis Sifat Mekanik

No Jenis Sampel Plastik Biodegradable

Hasil Analisis Sifat Mekanik

Kuat Putus (N) Perpanjangan/Elongasi (%)

1 Massa 500 gram 1,5800 2,22462 Massa 1000 gram 2,5929 2,45933 Massa 1500 gram 1,2713 1,9695

Analisis sifat mekanik digunakan untuk mengetahui kuat tarik dan persen elongasi dari plastik biodegradable. Hasil analisis menggunakan tensile tester menunjukkan bahwa plastik biodegradable dengan massa ganyong 1000 gram memiliki kuat putus dan persen elongasi yang paling baik. Hal ini karena interaksi ikatan hidrogen antara atom O dan H pada plastik biodegradable dengan massa ganyong 1000 gram memiliki komposisi yang optimum sehingga menghasilkan sifat mekanik yang paling optimum. Dari hasil pengujian sifat mekanik menggunakan tensile tester didapatkan grafik sebagai berikut:

K-5


400 600 800 1000 1200 1400 16000

0.51

1.52

2.53

1.58

2.5929

1.2713

Kuat Putus

Massa (gram)Ku

at ta

rik (N

)

Gambar 3. Grafik Kuat Putus

400 600 800 1000 1200 1400 16000

0.51

1.52

2.53

2.2246 2.45931.9695

Persen Elongasi

Massa (gram)

Elon

gasi

(%)

Gambar 4. Grafik Persen Elongasi

Analisis Biodegradasi Analisis biodegradasi yang dilakukan meliputi persen kehilangan massa dan

laju kehilangan massa. Media yang digunakan adalah pupuk kandang. Pada uji ini, berat film sebelum dan sesudah diinkubasi dalam mikroorganisme dengan waktu tertentu ditimbang dan dilanjutkan dengan perhitungan. Adapun hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Hasil Analisis Biodegradasi

No.

Jenis Sampel Plastik

Biodegradable

Massa sebelum inkubasi

Massa setelah

inkubasi (10 hari)

% Kehilangan

Massa

Laju Kehilangan

Massa (gram/hari)

1 500 gram 4,33 gram 0,31 gram 92,84% 1,005 2 1000 gram 4,33 gram 0,29 gram 93,30% 1,0103 1500 gram 4,33 gram 0,42 gram 90,30% 0,977

Seluruh sampel plastik biodegradable mengalami penurunan massa, hal ini terjadi karena mikroorganisme yang terdapat dalam media mampu mengurai plastik biodegradable. Plastik biodegradable dengan massa 1000 gram memiliki persen kehilangan massa dan laju kehilangan massa yang paling tinggi, hal ini karena komposisi ganyong yang terdapat dalam plastik biodegradable dengan massa ganyong dapat terdistribusi secara optimum.

K-6


Adapun grafik persen kehilangan massa dan laju kehilangan massa adalah sebagai berikut:

400 600 800 1000 1200 1400 160088.00%89.00%90.00%91.00%92.00%93.00%94.00%

92.84% 93.30%

90.30%

Persen Kehilangan Massa

Massa (gram)

Pers

en K

ehila

ngan

Mas

sa

Gambar 5. Grafik Persen Kehilangan Massa

400 600 800 1000 1200 1400 16000.960.970.980.99

11.011.02

1.005 1.01

0.977000000000001

Laju Kehilangan Massa

Massa (gram)

Laju

Keh

ilang

an M

assa

(g

ram

/har

i)

Gambar 6. Grafik Laju Kehilangan Massa

Analisis Menggunakan SEM

Massa Ganyong 500 gram Massa Ganyong 1000 gram

K-7


Ganyong 1500 gramGambar 7. Foto Permukaan dengan SEM Perbesaran 1000x

Analisis menggunakan SEM digunakan untuk mengetahui morfologi permukaan plastik biodegradable dari umbi ganyong. Melalui gambar 7 dapat diketahui bahwa plastik biodegradable dengan massa ganyong 1000 gram memiliki struktur permukaan yang lebih rapi, rata dan teratur dibanding kedua sampel yang lainnya, sehingga sifat mekanik dari plastik biodegradable dengan massa ganyong 1000 gram memiliki sifat mekanik yang paling optimum.

SIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Plastik biodegradable dengan massa ganyong 500 gram memiliki kuat putus sebesar 1,5800 N, elongasi sebesar 2,2246%, persen kehilangan massa sebesar 92,84%, laju kehilangan massa sebesar 1,005 gram/hari, serta struktur permukaan kurang rapi, kuraang rata, dan kurang teratur. Plastik biodegradable dengan massa ganyong 1000 gram memiliki kuat putus sebesar 2,5929 N, elongasi sebesar 2,4593%, persen kehilangan massa sebesar 93,30%, laju kehilangan massa sebesar 1,010 gram/hari, serta struktur permukaan yang paling rapi, rata, dan teratur. Plastik biodegradable dengan massa ganyong 1500 gram memiliki kuat putus sebesar 1,2713 N, elongasi sebesar 1,9695%, persen kehilangan massa sebesar 90,30%, laju kehilangan massa sebesar 0,977 gram/hari, serta struktur permukaan kurang rapi, kuraang rata, dan kurang teratur.

2. Peningkatan massa ganyong dapat menyebabkan meningkatnya karakteristrik dan kemudahan biodegradasi. Namun, jika peningkatan massanya terlalu tinggi, maka justru akan menurunkan karakteristik dan kemudahan biodegradasi dari plastik biodegradable dari umbi ganyong. Dalam hal ini massa yang paling optimum adalah 1000 gram.

SARAN

Perlu dilakukan penelitian pengembangan yang, hal ini karena hasil penelitian ini dapat dijadikan referensi untuk melakukan penelitian-penelitian yang lain terkait plastik biodegradable.

K-8


DAFTAR PUSTAKA

Agus Slamet. (2000). Pengaruh Perlakuan Pendahuluan pada Pembuatan Tepung Ganyong (Canna edulis) terhadap Sifat Fisik dan Amilografi Tepung yang Dihasilkan. Program Studi Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Agroindustri Universitas Mercu Buana Yogyakarta

Anonim. (2010). Polylactic Acid (PLA) Produksi, Aplikasi, dan Prospek Pengembangannya di Indonesia. www.riekonaicha.co.cc diakses pada tanggal 12 September 2010

Anonim. (2010). Warta Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Vol 32, No 3

Helmi Harris. 2001. Kemungkinan Penggunaan Edible Film dari Pati Tapioka untuk Pengemas Lempuk, Jurnal Ilmu-Ilmu Pertanian Indonesia Vol III (2): 100-103

Juari. 2006. Pembuatan dan Karakterisasi dari Poly-3-hidroksialkanoat (PHA) yang dihasilkan Ralstonia eutropha pada Hidrosilat Pati Sagu dengan Penambahan Dimetil Ftalat (DMF). Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Bogor.

Nirwana. (2001). Pengikatan Pemlastis Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh dalam Matriks Poly Vinyl Chloride (PVC). Medan: Program Pascasarjana USU

Ralph J. Fessenden & Joan S. Fessenden. 1997. Dasar-Dasar Kimia Organik. Jakarta: Bina Aksara

Sampah Plastik, Produsen Bertanggung Jawab. Kompas Selasa 31 Agustus 2010

Tsuchida Takayasu and Yoshinaga Fumihiro. (1997). Production of Bacterial Cellulose by Agitation Culture System. Pure & Appl. Chem. Vol 69, No 11, 2453-2458.

Wahyono. 2009. Karakteristik Edibel Film Berbahan Dasar Kulit dan Pati Biji Durian (Durio sp) untuk Pengemasan Strawberry. Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UMS, Surakarta

K-9

http://www.riekonaicha.co.cc/


LAMPIRAN

Umbi Ganyong Pemotongan Penyaringan Perebusan

Fermentasi Plastik Biodegradable massa 500 gram

Plastik Biodegradable massa 1000 gram

Plastik Biodegradable massa

1500 gram

K-10

argo khoirul anas, dkk/ pengaruh variasi massa …….. prosiding

Documents