r.'"

PEMANFAATAN KITOSAN DARI KULIT KEPmNG (Callimetes sapidus)SEBAGAI KOAGULAN DALAM PENJERNIHAN AIR1)

Oleh:lb. Benito A. KumanI2), Dadan Sumlarsa3). dan Nia Rossiana4)

ABSTRAK

Penelitian rnengenai "Pemanfaatan Kitosan dati Kerabang Kepiting (Callimetes

sapidus) sebagai Koagulan dalam Penjcrnihan Air" telah dilakukan di Laboratoriurn

Kimia Organik FMIPA dan di Laboratorium Toksikologi Lingkungan Pl:>SDAL-UNPAD

dari bulan Februari sampai dengan Agustus 2004, Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahni produksi kitosan dati kitin kerabang kepiting dan pemanfataannya ~_rikoagulan dalam penjerbihan air, Pelaksanaan penelitian ini rcrdiri dari dua tahap, yaitu

(I) produksi kitosan dari kitin kerabang kepiting; dan (2) evaluasi penurunan kekeruhan

air dengan koagulan kitosan, didasarkan pada tingkat penurunan kekeruhan air dengan

koagulasi tawas (allum), Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen isolat kitosan

dan kerabang kepiting adalah sekitar 7,2%, dan kitosan lebih efektif menurunkan tingkatkekeruhan air dibandingkan dengan allum.

Kala kunci : kerabang kepiting, kitin. kitosan, kekeruhan; penjernlhan air.

2

THE USE OF Call/metes sapldus SHELL'S CHITOSAN AS COAGULANT INWATER PURIFICATION PROCESS')

Oleh:Tb. Benito A. Kumani21, D-ddan Sumiarsa", dan Nia Rossiana"

ABSTRACT

The study on "the use of Callimentes sapidus crab shell's chitosan as a coagulant in

water purification process" had been carried out at the laboratory of Organic Chemical,

Faculty of Mathematics and Natura] Sciences and at the laboratory of toxicology,

Institute of Ecology, Universitas Padjadjaran from February to August 2005. The aim of

this study was to measure the production of chitosan from crab shell's chitin and its use

in water purification process as coagulant. This study was performed in two consecutive

stages, namely (1) chitusan production from crab shell's chitin, and (2) evaluation of

water turbidity removal using chitosan as coagulant compare to allum. The results of this

study show that the redemption of chitosan isolate from the shell of the crabs is 7.2%, and

the chitosan is more effective in removing turbidity than allum

Keywords : crabs' shell, chitin, chitosan; turbidity, water purification

3

PEMANFAATAN KITOSAN DARt KULIT KEPITING (Callimetes sspidus)

SEBAGAI KOAGULAN DALAM PENJERNIHAN AIR1)

Oleh:Tb. Benito A. Kurnani1),Dadan Sumiarsa", dan Nia Rosslana"

l.PENDAHULUAN

Pertumbuhan industri pengolahan hasillaut di Indonesia dari tahun kc tahun terns

meningkat sejalan dengan peningkatan permintaan masyarakat khususnya dari luar negeri

ata s makanan sumber protein hewani asal laut. Diantara hasil olahan makanan asal laut

yang paling banyak diminati adalah daging beku (frozen fillet) kepiting iCallimetes

sapidus). Industri pengolahan kepiting selain menghasilkan dagingnya dalam jumlah

besar untuk dieksport juga rnenyisakan limb-db kerabang/ cangkang kcpiting dalarn

jumlah banyak. Limbah ini dalarn waktu beberapa han akan busuk dan dapat

menimbulkan bau yang pada akhimya dapat mengganggu lingkungan.

Bila ditelaah lebih jauh, limbah industri pengolahan kepiting tersebut pada

dasamya adalah senyawa organik yang sekitar 70% diantaranya adalah kitin

(Subangsinghe, 1995). Senyawa ini merupakan biopolimer seperti yang dijumpai pada

serangga dan jamur, yang tersusun dari unit monomer N-asetil-D-glukosamina (Nsasctil-

2-amino-2-deoksi-D-glukopirnnosa) monomer satu dengan lainnya dihubungkan oleh

ikatan P(J-4) (Tokura dan Nishi, 1995). Kitin tidak larut dalam air, larutan basa, larutan

a.sam encer maupun pelarut organik, namun larut dalam asam pckat seperti Hel, H2S04,

HN03, H3P04 dan HCOOH anhidrida. Dibandingkan dengan selulosa, kitin kurang

rcaktif, sehmgga pemanfaatannya tidak sebanyak seperti biopolimer selulosa. Kitin barn

dapat dirnanfaatkan hila diubah menjadi kitosan dengan menghilangkan gugus metil pada

1) Disajikan pada Sirnposium Kebudayaan Indonesia-Malaysia IX, UniversitasPadjadjardll- Universiti Kebangsaan Malaysia. 8andung. Indonesia 10-12 Mel 2005

2) Staf Pcngajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran.3) Staf Pengajar Jurusan Kimia Fakultas Matematik dan Ilmu Pengetahuan Alarn

Universitas Padja-djaran4) Staf Pengaiar Jurusan Biologi Fakultas Matematik dan Ilmu Pcngetahuan Alam

Universitas Padja-djaran

4

kitin tcrsebut (melalui reaksi N-deasetilasi). Kitosan lebih reaktif dari kitin karena

merniliki gugus amino (N1i2 ), dan hidroksil (OH). Pada konscntrasi dan decajat

keasaman (pH) yang sesuai, kitosan bersifat polielektrolit kation. Karena sifatnya

tersebut, kitosan teLah mulai dimanfaatkan dalam pengolahan air limbah maupun air

bahan baku air minum sebagai koagulan (Kawamura, ]995).

Di lain pihak, pelayanan terhadap pemeouhan kebutuhan air bersih dari 'PDAM di

wilayah Bandung saat ini barn mencapai sekitar 40 %, sedangkan sisanya dari surnber

daya air lainnya. Akan tempi, kualitas air dari sumber di luar PDAM masih belurn

memenuhi persyaratan terutarna tingkat kekeruhannya dan COD yang tinggi, sehingga

perlu diolah terlebih dahulu sebclum dikonsumsi atau digunakan dalam berbagai proses

produksi, Penurunan tingkat kekeruhan dan COD seringkali memerlukan dana yang

besar, yang pada gilirannya akan meningkatkan ongkos produksi dari suatu produk,

sehingga harga jualnya menjadi relatif lebih mahal.

Tingkat kekeruhan air disebabkan banyaknya materi koloid yang sukar rnengen-

clap dan sulit disaring, sehingga diperlukan 7.81 pembantu penggumpalan (koagulan)

sehingga terbentuk endapan stabil yang dapat dipisahkan. Koagulan yang biasa diguna-

kan untuk mengurangi tingkat kekeruhan adalah polimer polielektrolit sintctis serperti

tawas, alumunium sulfat (Ah(S04)3.12 H20), :FeC1:.l dan polialumnium klroida (PAC).

Dampak penggunaan koagulan sintetis tersebut belum ban yak diteliri dan dimengerti,

namun endaparmya (sludge) disinyalir dapat membcrikan dampak negatif karena banyak

mengandung logam alumunium (Peavy, ] 985).

Usaha pencarian koagulan alternatif yang efelktif, namun ramah lingkungan telah

banyak dilakukan. Hasil penclitian menunjukkan bahwa polimer alam kitosan dalam air

mempunyai sifat polielektrolit kationik sehingga dapat digunakan sebagai sebagai

koagulan. Bahkan beberapa negara telah memanfaatkan kitosan dalam pengolahan air

limbah maupun air minum sebagai flokulan (Kawamura, 1995). Oleh karena itu perlu

dilakukan pcnelitian mengcnai kitin dari kerabang kepiting (Callimetes sapidus) sebagai

sumber kitosan dan pemanfaatannya sebagai koagulan dalam penjernihan aic. Adapun

tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui produksi kitosan dari kitin kerabang

kcpiting dan konsentrasi kitosan yang diperlukan untuk menurunkan tingkat kekeruhan

bahan baku air minum atau industri sehingga sesuai dengan peruntukannya

5

2. MET ODE PENELITIAN

Bahan yang digunakan dalam penclitian ini adalah kerabang kepiting (Cailinectes

sapidus) sebanyak 5 kg yang diperoleh dari industri pcngolahan kepiting di Cirebon. Air

yang digunakan dalam penelitian ini adalah air sungai Cikapundung di daerah Dago Atas

yang biasa digunakan sebagai bahan baku air minum. Bahan kirnia dan pereaksi yang

digunakan meliputi Iarutan HC1 1 N, air suling, larutan NaOH 1 M, asam asetat 0,2 M.

Tawas, PAC, HN03, larutan NaOCI.

Penelirian ini dilakukan dalam dua tahap, yaitu (1) produksi kitosan dari kitin

kerabang kepiting, dan (2) evaluasi penururan tingkat kekeruhan air dengan koagulan

kitosan ..

2.1. Produksi Kito..~an

2.1.1. lsoIa~iKitin

Produksi Kitosan diawali dengan isolasi kitin dari kcrabang Kepiting dengan

menggunakan prosedur Sophanodora (1995) yang terdiri atas tiga tahapan, meliputi:

1). Proses DemineraUsasi

Limbah kulit kepiting/rajungan Callinectes sapidus yang diperoleh pabrik

pengolahan rajungan di Cirebon dicuci dengan air mengalir, direndam dalam

akuades, disaring, Residunya dikeringkan dalam oven 65°C, kernudian digerus

sampai 10108 saringan berukuran 1 mm. Bubuk kulit kepiting scbanyak 100 gram

dimasukkan ke dalam gelas kimia 2 liter, lalu ditambahkan 1,5 liter larutan HCI 1 N

sambiJ diaduk dengan magnetik stirer pada suhu kamar selama 24 jam sampai gas

COz yang terbentuk habis sempurna. Selanjutnya disaring, residunya dicuci dengan

akuades sampai pH air cucian netral, kemudian residu dikeringkan dalam oven pacta

suhu 60 "C selama 4 jam. lalu ditimbang.

2). Proses Deproteinasi

Residu dan tahap demineralisasi ditimbang, lalu dimasukkan ke dalam gelas

kimia, ditambahkan larutan NaOH 1 N sebanyak 10 kali lipat, kemudian ditempatkan

dalam penangas air pada suhu 60 °C sambil diaduk dengan rnagnetik stirer selama 2

jam. Selanjutnya larutan disaring, residunya dicuci dengan akuades sampai pH air

cucian netral, lain residu dikeringkan dalam oven pada suhu 60 0 C sclama 4 jam,

lalu ditimbang.

6

3). Proses penghilangan warna

Kitin 50 gram yang belum mumi ditirnbang, lalu dibungkus dengan kertas

saring, dimasukkan ke dalam alat sokhlet, kemudian disokletasi dengan pelarut

aseton (1: 10) selama 8 jam dalam penangas air, dikeringkan dalam oven pada suhu

80 nC selama 4 jam, dan ditimbang.

2.1.2. Produksi Kitosan

Kitin sebanyak 10 gram dalam gelas kimia, ditambah 20 m1 larutan NaOH 50 %.

lalu diaduk dengan magnetik stirer pada suhu 110-120 °C selarna 2 jam. Campuran

tersebut disaring, residunya dicuci dengan akuades sampai pH air cucian netral, residu

dikeringkan dalam oven pada suhu 60 "C selama 4 jam, lalu dirimbang.

1). Karakterisasi kitosao

(1). Kadar Air

Sejumlah kitin atau kitosan WO gram dimasukan ke dalam kui porselin yang

beratnya konstan (WI). kemudian dipanaskan dalam oven 115 "C sampai diperoleh

beratnya konstan (W2). Kadar air (%) ditentukan berdasarkan persamaan :

Kadar air = (Wl- W2)1 WO x 100 %

(2). Kadar abu

Kui porselin yang beratnya sudah diketahui konstan setelah melalui

pemanasan di tanur 600 °C, disirnpan di dalam eksikator. Ke dalam kui dimasukan

sejumlah kitosan dan dipanaskan dalarn tanur 600 "C selarna 6 jam, sampai diper-

oleh beratnya konstan, Kadar abu dihitung dengan menggunakan rumus :

Kadar abu = berat abuJ berat contoh x 100 %

(3). Peneotuan MrSejumlah kitosan ditimbang, dilarutkan dalam campuran asam asetat 0,2 M,

tarutan NaCl 0,1 N dan larutan urea 4 M. sehingga diperoleh konsentrasinya

0,00625% sampai 0,4 %, 1cemudian diukur viskositasnya dengan viskometer

Ubbelohhde pada suhu 25 oC ..

Persamaan Sakurda-Houwink:

LTl]= KM a;

M adalah berat molekul kitosan dan a adalah viskositas intrinsik7

2). Derajat dea.~etilasi

Derajat dcasetilasi diukur dengan spektrofotometer inframerah dengan

membandingkan nilai absorb ansi (A) bilangan gelornbang 1650 - 1700 em" (serapan

pita amida I) dan absorb ansi (A) pada bilangan gclombang 3200 - 3500 cm' _Untuk

N- deasetilasi kitin yang sempurna (100 %) diperoleh nilai A1655 = 1,3, maka

derajat deasetilasi dihtung :

% Nvseasetilasi e lA1650 fA 3450j X 0,33 x 100 %.

2.2. Evalu8si Penurunan Tingkat Kekeruhan Air dengan Koagulan Kitosan

Pada 6 (en am) bush gelas kimia ukuran 1000 ml yang dilengkapi dengan pengaduk

Iistrik diisi dengan 200 mL air sungai, atau air tanah, ukur COD dan tingkat kekeruhan-

nya (NTU) dengan Turbidimeter. Kemudian dilakukan variasi pcnambahan sejurnlah

larutan tawas sehingga diperoleb konsentrasi koagulan 0; 15; 20; 25; 30 ppm, pH larutan

campuran diatur sekitar 7,0, dikocok dengan magnciik stirer (100 rpm) selama 10 detik,

kemudian didianikan setama 20 menit sampai terjadi flokulasi. Lalu diukur tingkat keke-

ruhannya dengan Turbidimeter. Proscdur dan kondisi percobaan tersebut eli atas diu lang

untuk mengcvaluasi keberhasilan koagulan Kitosan,

3. BASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Produksi Kitosan

Hasil isolasi kitosan melalui demineralisasi, deproteinasi, dan deasetilasi dari

lirnbah kulit kepiting diperoleb isolat dengan rendemen

7,2 gram kitosan x 100 % = 7,2 %.100 gram cangkang kepiting

Tingkat rendemen kitosan dan kulit kepiting sebanyak 7,2 % lebih kecil jika

dibandingkan dengan kelompok udang-udangan (Crustaceaei yang mencapai lebih dari

10% (3). Adapun karaketeristik isolat kitosan sebagai bcri.k.ut :

8

IiI

I!

Tabell. KuaUtas Isolat KitosanParameter Standar*) Hasil

Bentuk partikel Butiran/serbuk Serbuk

Kadar air (% w/w) <10 4,68

Kadar abu (% w/w) <2 0,067

Derajat deasetilasi 15-70 71,88 %

Mr 3,37 x 10" Dalton..

*) Sumber : Protan Laboratones (Bastaman, 1989)

Jika dibandingkan dengan kualitas kitosan dari Protan Laboratories, kitosan

kerabang kepi ling hasil isolasi ini memenuhi standar,

4.2. Basil Uji Kuagulan Isolat Kitosan

Sampel air dari sungai Cikapundung Dago Alas yang diambil secara komposit

dari berbagai titik pengambilan contoh, tinglcat kekeruhannya adalah 182 NTU. Tingkat

kekeruhan ini telah melebihi baku mutu peruntukan bahan baku air minum PPRI No.41

Tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air yakni

25 NTIJ. Untuk menurunkan kek:cruhan tersebut PDAM Kota Bandung rnenggunakan

bahan kimia polimer sinretis klorida dan atau allum, penggunaan bahan kimia dalam

waktu yang lama menurut para peneliti di Amerika Serikat dapat menyebabkan

gangguan kesehatan, misalnya PAC akan menghasilkan senyawa metahalogen yangtoksik.

Pada Tabel 2 disajikan basil uji efektivitas Kitosan dan Tawas (Allum) pada

berbagai konsentrasi sebagai koagulan, dan penurunan tingkat kekeruhan (NTU) pada

contoh air dari sungai Cikapundung Dago Atas, Dari label 4.2. tersebut terlihat bahwa

kitosan sebagai koagulan lebih efektif dibandingkan dengan allum, yakni pada

konsentrasi 2,0 ppm kitosan mampu menurunkan tingkat kek.eruhan dari 495 NTU

mcnjadi 4 NTU. sedangkan jika mcnggunakan allum memerlukan 300 ppm.

Koagulan alum, Ah(SQUs. pada konsemrasi rendah atau kurang dad batas

kelarntannya dan pH air netral atau basa akan menyebabkan terbentuknya kornplek

polimcr AI6(a-I)15 dan polimer ini teradsorpsi oleh partikel keloid, sedangkan agar

terjadi pengendapan secara cepat partikel keloid harus terjerat kedalam endapan, Untuk

9

itu jumlah koagulan allum minimal lebih dan batas kelarutannya.(Weber, 1972}.

Koagulan dari polimer alam seperti kitosan dalam air dapat bertindak sebagai

poJieleklrolit kationik olch k.arena adanya gugus amino bebas dan hidoksil yang dapat

mempercepat pengendapan. Dispersi partikeI keloid penyebab kekeruhan air. sungai

umumnya bermuatan negatip sehingga polieketrolit alarni kitosan yang bcrmuatan positif

akan mengaglomerasi koloid dalarn air. Tingkat kelarutan kitosan daJam Iarutan asam

lebih tinggi dibandingkan dengan koagulan allum, sehingga pada konsentrasi rendah

kitosan sudah dapat membentuk polielektrolit kationik ((Chandra, 1998).

TabeJ 2. Basil Uji Tingkat Penurunan Kekeruhan (%) pada Contob air SungaiCikapundung Dago Alas oleb Kitosan dan Allum (Kondisi pH air Sungai7,3)

[KitosanJ Kekeruhan Penurunan Kekeruhan._

[TawasJ Penurunanppm N11J (%) ppm N11J (%)

0 495 - 0 495 -0,1 146 70,46 10 361 270,25 140 71,66 30 242 51.10.5 U8 76,21 50 158 68.1

0,75 97 80,37 75 152 69.31,0 74 85,03 100 79 841,25 34 93,11 ISO 66 86.71,5 14 97,14 200 37 92.51,75 8 98,86 250 37 92.52,0 4 99,13 300 7 98.5

Sumber : Data Primer Hasil Pengukuran Bulan September 2004

KFb1MPULAN

Berdasarkan hasil penelitian dapat disusun kesimpnlan sebagai berikut :1. Rendemen Isolet kitosan dan kerabang kepiting (Calli metes sapidus) adalah sekitar

7,2 %, dcngan karakteristik memenuhi standar Prolan Laboratories.

2. Kitosan sebagai koagulan lebih cfektif dibandingakan dengan altum

Agar informasi kitosan sebagai koagulan lebih lengkap dan dapal digunakan Icbih

bervariasi untuk bcrbagai jenis air. kondisi seperti derajat keasaman perlu dilakukan

penelitian mengenai variasi contoh air, derajat keasaman dan parameter kimia lainnya.

10

DAFfAR PUSTAKAChandra, A., 1998. Penentuan Dosis Optimum Koagulan Fero Sulfat-Kapur, dalam

Pengolahan Limbah Cair Pabrik Tekstil, Bandung, Jurusan Tcknik Kimia

Universitas Parahyangan.

Kawamura, S. 1995, Collection of Working Paper 28, Chitin and Chitosan The Versatile

Environmentally Friendly Modem Materials, Penerbit Universitii Kebangsaan

Malaysia

Peavy, H.S_, D.R. Rowe, and George. T, 1995, Environmental Engineering, Me Graw-

Hill Book Company, USA

Sophanodhora, P, and N. Hutadilok, 1995, Feasibility Study of a Shrimp-Based

ChitinlChitosan Industry in SouthemThailand, Collection of Working Paper 28,

Chitin and Chitosan The Versatile Environmentally Friendly Modem Materials,

Penerbit Universiti Kebangsaan Malaysia

Subangsinghe, 1995, The Development of Crustacean and Molu.1OCIndustries For Chitin

and Chitosan Resources, Collection of Working Papers 28, 27 Chitin and

Chitosan The Versatile Environmentally Friendly Modern Materials, Penerbit

Universiti Kebangsaan Malaysia

Tokura, S., and N. Nishi, 1995. Collection of Working Paper 28, Chitin and Chitosan

The Versatile Environmentally Friendly Modern Materials, Penerbit Universiti

Kebangsaan Malaysia

11