PEMANFAATAN TEPUNG KULIT SINGKONG (Manihot utilissima) UNTUK PEMBUATAN PLASTIK RAMAH LINGKUNGAN (BIODEGRADABLE) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL DARI MINYAK JELANTAH
NASKAH PUBLIKASI
Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Guna Mencapai Derajat Sarjana S-1 Program Studi Pendidikan Biologi
Disusun Oleh : ITA INDRIANA SARI A 420 110 099
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015
PEMANFAATAN TEPUNG KULIT SINGKONG (Manihot utilissima) UNTUK PEMBUATAN PLASTIK RAMAH LINGKUNGAN (BIODEGRADABLE) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL DARI MINYAK JELANTAH Ita Indriana Sari 1), Suparti2), Program Studi Pendidikan Biologi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah Surakarta
[email protected] ABSTRAK Plastik ramah lingkungan (biodegradable) merupakan plastik yang dapat terurai oleh aktivitas mikroorganisme pengurai. Tepung dari kulit singkong (Manihot utilissima) dapat dimanfaatkan untuk membuat plastik ramah lingkungan (biodegradable) karena mengandung polisakarida dan selulosa. Pada pembuatan plastik ramah (biodegradable) lingkungan perlu ditambahkan gliserol agar plastik yang dihasilkan lebih elastis. Gliserol dapat diperoleh dari minyak jelantah melalui proses transesterifikasi. Tujuan penelitian ini mengetahui sifat mekanik (ketahanan tarik dan perpanjangan putus) sifat organoleptik (tekstur) plastik ramah lingkungan (biodegradable) dengan penambahan gliserol dari minyak jelantah. Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan dua faktor yaitu konsentrasi tepung kulit singkong yaitu 2g, 3g, 4g dan penambahan gliserol dari minyak jelantah yaitu 8ml, 9ml, dan 10ml. Data hasil pengamatan dianalisa dengan menggunakan deskriptif kualitatif. Hasil penelitian menunjukan bahwa ketahanan tarik plastik tertinggi pada perlakuan B2P2 senilai 0,97 Kg/cm2, perpanjangan putus tertinggi pada perlakuan B1P2 senilai 38,67%. Hasil uji organoleptik tekstur paling digemari pada perlakuan B1P2. Kata kunci : kulit singkong, gliserol, minyak jalantah, plastik ramah lingkungan
1
2
Pendahuluan Saat ini pemanfaatan polimer telah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia. Sebagai contoh yang sering kita jumpai sehari-hari adalah plastik (Lindeman, 1971). Plastik telah banyak digunakan secara besarbesaran untuk berbagai keperluan, seperti alat rumah tangga, alat-alat listrik, komponen kendaraan bermotor, mainan anak-anak dan masih banyak lagi. Plastik yang umumnya digunakan adalah hasil sintesis polimer hidrokarbon dari minyak bumi, seperti polietilena (PE) , polipropilena (PP), polisterena (PS), polivinil klorida (PVC) dan sebagainya yang bersifat termoplastik, bila dibakar tidak terdegradasi, melainkan hanya meleleh, tetapi setelah dingin akan kembali memadat. Sampah plastik bekas pakai tidak akan hancur meskipun telah ditimbun dalam waktu lama, sehingga mengakibatkan penumpukan sampah plastik dapat menyebabkan pencemaran dan kerusakan bagi lingkungan hidup. Untuk mengurangi terjadinya penimbunan sampah plastik maka dilakukan penelitian pembuatan plastik ramah lingkungan (biodegradable). Plastik ramah lingkungan merupakan plastik yang dapat terurai oleh aktivitas mikroorganisme pengurai. Plastik ramah lingkungan memiliki kegunaan yang sama seperti plastik sintetis atau plastik konvensional. Plastik ramah lingkungan biasanya disebut dengan bioplastik, yaitu plastik yang seluruh atau hampir seluruh komponennya berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui. Plastik ramah lingkungan merupakan bahan plastik yang ramah terhadap lingkungan karena sifatnya yang dapat kembali ke alam. Umumnya, kemasan biodegradable diartikan sebagai plastik kemasan yang dapat didaur ulang dan dapat dihancurkan secara alami. Plastik ramah lingkungan dapat berubah struktur kimianya. Kulit umbi ubi kayu yang diperoleh dari produk tanaman ubi kayu (Manihot utilissima) merupakan limbah utama pangan di negara-negara berkembang
Kandungan
pati
kulit
ubi
kayu
yang
cukup
tinggi,
memungkinkan digunakan sebagai pembuatan film plastik biodegradasi. Komponen kimia kulit singkong adalah sebagai berikut: protein 8,11 %, serat
3
kasar 15,20 %, pektin 0,22 %, lemak kasar 1,44 %, karbohidrat 16,72 %, kalsium 0,63 %, air 67,74 % dan abu 1,86%. Sedangkan komponen kimia dan gizi daging singkong dalam 100 g adalah protein 1 g, kalori 154 g, karbohidrat 36,8 g dan lemak 0,1 g. Selain itu kulit singkong juga mengandung tannin, enzim peroksida, glukosa, kalsium oksalat, serat dan HCN (Rukmana, 1986). Pada proses pembuatan plastik biodegradable perlu ditambahkan plasticizer agar plastik yang dihasilkan lebih elastis, fleksibel dan tahan terhadap air (Darni, dkk. 2008). Salah satu plasticizer yang banyak digunakan dalam pembuatan plastik biodegradable adalah gliserol. Penambahan ini bertujuan untuk memperbaiki sifat fisik, sifat mekanik dan melindungi plastik dari mikroorganisme yang dapat merusak plastik. Gliserol dapat diperoleh dari minyak jelantah melalui proses transesterifikasi. Minyak jelantah mengandung asam kaprilat 8%, asam kaprat 7%, asam laurat 48%, asam miristat 17,5%, asam palmitat 8,8%, asam stearat 2%, asam oleat 6% dan asam linoleat 2,5%. (Kirk Othmer, 1951) A. Metode Penelitian Penelitian
dilakukan
di
Laboratorium
Biologi
Universitas
Muhammadiyah Surakarta. Pengujian karakteristik kertas dilakukan di Laboratorium uji kalibrasi balai besar kulit, karet, dan plastik. Metode penelitian
yang digunakan adalah
metode penelitian
eksperimental. Rancangan lingkungan digunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan pola faktorial dengan 3 kali ulangan. Penelitian digunakan 2 faktor. Faktor pertama konsentrasi tepung kulit singkong dengan 3 taraf, yaitu 2g (B1), 3g (B2), dan 4g (B3). Faktor kedua gliserol dari minyak jelantah yang digunakan dengan 3 taraf, yaitu 8ml (P1), 9ml (P2), dan 10ml (P3). Data yang diperoleh kemudian diujikan ketahanan tarik, perpanjangan putus, dan uji organoleptik, kemudian dianalisis dengan cara dekriptif kualitatif. Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari-Maret 2015. Tahapan pelaksanaan meliputi persiapan bahan, pengolahan bahan, pencetakan, pengeringan, dan pengujian. Tahap pengujian dilakukan diakhir penelitian
4
dengan membawa sample ke tempat uji, kemudian sample diuji ketahanan tarik dan ketahanan sobek dengan alat Universal Testing Machine, kemudian sample diujikan kepada 20 responden guna uji organoleptik kertas yang meliputi tekstur dan daya terima. Setelah semua data diperoleh, dilakukan analisis data dengan cara deskripsif kualitatif.
B. Hasil Penelitian dan Pembahasan 1. Hasil Penelitian Tabel 1.1. Data Hasil Ketahanan Tarik Plastik Perlakuan B1P1 B1P2 B1P3 B2P1 B2P2 B2P3 B3P1 B3P2 B3P3
I 0.116 0.56 1.01 0.885 1.71 0.3 0.52 0.37 0.57
Ulangan II 0.215 0.6 0.56 0.599 0.52 0.22 0.3 0.4 0.56
III 0.406 0.63 0.43 1 0.69 0.39 1 0 0.76
Jumlah (Kg/cm2) 0.737 1.79 2 2.487 2.92 0.91 1.82 0.77 1.89
Rata-rata (Kg/cm2) 0.25* 0.60 0.67 0.83 0.97** 0.30 0.61 0.26 0.63
Keterangan *) : ketahanan tarik paling lemah **) : ketahanan tarik paling kuat Tabel 1.2. Data Hasil Perpanjangan Putus Plastik
Perlakuan B1P1 B1P2 B1P3 B2P1 B2P2 B2P3 B3P1 B3P2 B3P3
I 32 44 28 36 36 32 24 36 40
Ulangan II 32 36 28 36 28 28 36 36 32
III 40 36 36 32 32 28 36 0 32
Jumlah (%)
rata-rata (%)
104 116 92 104 96 88 96 72 104
34.67 38.67** 30.67 34.67 32 29.33 32 24* 34.67
5
Keterangan *) : perpanjangan putus paling rendah **) : perpanjangan putus paling tinggi Tabel 1.3 Data Hasil Organoleptik plastik
Perlakuan
Nilai uji organoleptik Tektur
B1P1 B1P2 B1P3 B2P1 B2P2 B2P3 B3P1 B2P3 B3P3
2.35 2.65* 2.45 2.20 1.95 1.95 1.80 1.95 1.90
Keterangan *) : Nilai tekstur tertinggi 2. Pembahasan a. Ketahanan Tarik (Tensile Strengh) Dapat dilihat pada tabel 1 rata-rata ketahanan tarik yang paling kuat adalah pada perlakuan B2P2 yaitu dengan rata-rata 0.97 Kg/cm2 sedangkan pada perlakuan B1P1 meiliki ketahanan tarik yang paling lemah yaitu dengan rata-rata 0.25 Kg/cm2. Faktor yang mempengaruhi kuatnya ketahanan tarik pada plastik diduga pertambahan berat pati dan
pengurangan
komposisi
gliserol
yang
mengakibatkan
meningkatnya nilai kekuatan tarik plastik. Adanya pati menambah padatan dalam plastik yang menyebabkan plastik menjadi kuat namun kurang elastis sehingga perpanjanganya turun. Purwanti (2010), besarnya kuat tarik atau kuat regang putus berhubungan erat dengan jumlah plastizer yang ditambahkan pada proses pembuatan bioplastik. Semakin besar konsentrasi plastizer yang menguap dari bahan maka
6
bahan semakin kering dan mudah sobek sehingga tingkat elastisitas bahan tersebut akan semakin menurun. Peningkatan kekuatan tarik akibat penambahan selulosa yang disebabkan oleh peningkatan interaksi gaya tarik-menarik antar molekul penyusun lapisan tipis. Kondisi ini berkaitan dengan gugus hidroksil yang saling membentuk ikatan hidrogen antar dan intramolekul membentuk lapisan tipis yang terdiri atas serat-serat yang saling menguatkan Rendahnya ketahanan tarik pada plastik ramah lingkungan diduga dipengaruhi oleh ukuran partikel pati dan kecepatan pengadukan. Ukuran partikel pati dan kecepatan pengadukan berpengaruh terhadap ketahanan tarik pada plastik ramah lingkungan. Semakin besar ukuran partikel pati, semakin sulit bahan bercampur karena butirannya tidak menyebar secara merata. Penyebaran yang kurang merata ini disebabkan oleh kecilnya luas permukaan butiran pati tersebut, sehingga pada saat proses gelatinisasi, pati tersebut tidak sanggup mengalami pembengkakan secara maksimal. Akibatnya, bahan tersebut menjadi elastis, sehingga menurunkan ketahanan tarik bahan tersebut. Selain itu faktor lain yang menyebabkan lemahnya ketahanan tarik plastik adalah penambahan gliserol. Pada penelitian ini peneliti menggunakan gliserol sebanyak 8ml, 9ml, 10ml pada masing-masing perlakuan. Penambahan gliserol ini terlalu banyak dari jumlah umum yang biasa digunakan sehingga dapat menurunkan nilai kuat tarik plastik
kulit
singkong
karena
penambahan
plasticizer
akan
menurunkan ikatan hidrogen pada plastik sehingga meningkatkan fleksibilitas plastik yang menyebabkan kecilnya nilai kuat tarik dari plastik. Penambahan lebih jauh justru menurunkan kuat tarik, menurut hasil penelitian Mali et al. (2005), yang menyatakan bahwa penambahan plastisiser dapat menurunkan modulus elastisitas dan kuat tarik komposit yang dihasilkan.
7
Konsentrasi gliserol yang ditambahkan dalam pembuatan plastik ramah lingkungan, terlihat bahwa dengan adanya konsentrasi gliserol yang bertambah, kuat tarik plastik menjadi semakin berkurang. Hasil kuat tarik semakin menurun dengan semakin banyaknya penambahan gliserol. Hal ini disebabkan oleh adanya distribusi komponen penyusun yang tidak merata (Buzarovska. et al, 2008). Plastik ramah lingkungan dari kulit singkong diharapkan memenuhi sifat mekanik yang memenuhi golongan Moderate Properties untuk nilai kuat tarik yaitu 1-10 Kg/cm2 (Ani, 2010). Dalam Penelitian ini nilai Kuat tarik dari plastik ramah lingkungan belum memenuhi golongan tersebut. b. Perpanjangan Putus (Elongation Strenght) Dapat dilihat pada tabel 2 bahwa rata-rata perpanjangan putus paling tinggi yang adalah pada perlakuan B1P2 yaitu 38,67% sedangkan pada perlakuan B3P2 memiliki perpanjangan putus paling rendah yaitu 24%. Faktor yang mempengaruhi besarnya nilai perpanjangan putus adalah penambahan komposisi gliserol dan pengurangan komposisi tepung kulit singkong. Menurut Darni (2009), gliserol sebagai plasticizer berfungsi sebagai pemberi sifat elastisitas pada film plastik sehingga semakin banyak gliserol yang ditambahkan maka akan meningkatkan nilai elongasi pada plastik. Penambahan gliserol akan meningkatkan mobilitas molekuler rantai polimer yang ditunjukan dengan semakin elastis bioplastik sehingga perpanjangan putus cenderung akan meningkat (Syamsu, 2008) Faktor lain yang mempengaruhi tingginya perpanjangan putus palstik adalah jenis polisakarida yang digunakan. Adanya pati menambah padatan dalam plastik yang menyebabkan perpanjangan putus plastik menurun tetapi kekuatan tariknya semakin meningkat. Yang dkk (2006), menyatakan bahwa peningkatan perpanjangan elongasi kemungkinan disebabkan oleh rantai fleksibel alkana pada
8
molekul gliserol yang menyisip dalam ikatan intermolekul pati menyediakan cukup ruang untuk pergerakan molekul pati. Rendahnya perpanjangan putus plastik pada penelitian ini diduga bertambahnya berat pati sehingga mengakibatkan menurunnya perpanjangan saat putus plastik, karena penambahan pati kulit singkong akan menurunkan ikatan hidrogen pada plastik sehingga meningkatkan fleksibilitas plastik yang menyebabkan kecilnya nilai perpanjangan putus dari plastik. Faktor lain yang mempengaruhi rendahnya perpanjangan putus plastik adalah konsentrasi gliserol yang ditambahkan dalam pembuatan plastik ramah lingkungan, terlihat bahwa
dengan
adanya
konsentrasi
gliserol
yang
bertambah,
perpanjangan plastik menjadi semakin bertambah. Hasil perpanjangan putus semakin menurun dengan semakin berkurangnya penambahan gliserol. Menurut Barus (2002), peningkatan konsentrasi bahan juga menyebabkan penurunan ratio gliserol sebagai plasticizer terhadap pati, sehingga mengakibatkan penurunan elongasi plastik apabila terkena gaya, yang menyebabkan plastik mudah patah. Nilai perpanjangan putus plastik ramah lingkungan dari kulit singkong dengan penambahan gliserol dari minyak jelantah berkisar antara 24% - 38%, hal ini sudah sesuai dengan golongan Moderate Properties untuk nilai Elongasi yaitu 10-20% (Ani, 2010). Dalam Penelitian ini
nilai
Elongasi
dari
plastik
ramah
lingkungan
(biodegradable) telah memenuhi golongan tersebut. Setelah penelitian uji ketahanan tarik perpanjangan, kemudian dilakukan pengujian organoleptik plastik ramah lingkungan dari kulit singkong. Pengujian organoleptik yang dilakukan meliputi tekstur. Pengujian organoleptik dilakukan peda 20 orang panelis dari berbagai kalangan pekerjaan.
9
c. Organoleptik a) Tekstur Pada pembuatan plastik ramah lingkungan tekstur permukaan pada dasarnya disesuaikan dengan selera atau kebutuhan. Pada penelitian, rata-rata nilai tertinggi panelis terhadap tekstur permukaan produk plastik ramah lingkungan adalah 2,65 (halus) yaitu pada perlakuan B1P2. Tekstur permukaan dapat dipengaruhi oleh ukuran partikel pati, dimana ukuran dipengaruhi oleh konsentrasi gliserol oleh karena itu tekstur masing-masing perlakuan berbeda karena konsentrasi gliserol masing-masing perlakuan berbeda. Selain itu, tekstur permukaan juga dipengaruhi oleh teknik pencetakan. Perbedaan tekstur permukaan plastik ramah lingkungan hasil penelitian dengan plastik lain dikarenakan pada pembuatan plastik penelitian pencetakan menggunakan cetakan kue berbahan dasar alumunium sehingga permukaan plastik tidak rata dan kasar berbeda dengan plastik dipasaran yang menggunakan metode mould (moulding machine) sehingga plastik yang dihasilkan lebih halus dan rata.
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian tentang plastik ramah lingkungan (biodegradable) perlakuan yang paling tinggi ketahanan tariknya adalah B2P2 dengan rata-rata ketahanan 0,97 Kg/cm2. Perlakuan yang paling tinggi perpanjangan putusnya adalah B1P2 dengan rata-rata perpanjangan 38,67%. Rata-rata nilai tertinggi panelis terhadap tekstur permukaan produk plastik ramah lingkungan adalah 2,65 (halus) yaitu pada perlakuan B1P2.
10
DAFTAR PUSTAKA Ani Purwanti. 2010. Analisis kuat Tarik dan Elongasi Plastik Khitosan terplastisasi Sorbitol. Yokyakarta: Institut Sains & Teknilogi AKPRIND. Barus, S.P., 2002. Karakteristik Film Pati Biji Nangka (Artocarpus integra Meur) dengan Penambahan CMC. Skripsi. Biologi. Univ. Atma Jaya. Yogyakarta Buzarovska A, Bogoeva-Gaceva G, Grozdanov A, Avella M, Gentile G, dan Errico M. 2008. Potential use of rice straw as filler in eco-composite materials. Australian Journal of Crop Science. 1(2):37-42 Darni, Y. Chici, A. & Ismiyati, S. 2008. Sintesa Plastik biodegradable dari Pati singkong dan Gelatin dengan Plastikizer Gliserol. Seminar Nasional Sains dan Teknologi II. Universitas Lampung. Darni, Y., Utami, H dan Asriah, S. N. (2009). Penigkatan Hidrofobisitas dan Sifat Fisik Plastik Biodegradabel Pati Tapioka dengan Penambahan Selulosa dan Residu Rumput Laut Euchema spinosum. Penelitian Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung, 3-11. Kirk, R.E. and Othmer, D.F, 1951, Encyclopedia of Chemical Technology, vol. 5, pp. 781-790, Interscience Incyclopedia Inc., New York Lindeman, M.K. 1971. Encyclopedia of polymer Science and Technology. is wiley- intercience, New york. Pages 531-577. Mali S, Sakanaka LS, Yamashita F, Grossman MVE. 2005. Water sorption and mechanical properties of cassava starch films and their relation to plasticizing effect. Carbohydr Polym 60:283-289. Mali S, Grossmann MVE, García MA, Martino MN Purwanti, A. 2010. Analisis Kuat Tarik dan Elongasi Plastik Kitosan Terplastisasi Sorbitol. Jurnal Teknologi, Volume 3 Nomor 2, Desember 2010. Jurusan Teknik Kimia. Institut Sains dan Teknologi AKPRIND. Yogyakarta Rukmana, R. 1986. Budidaya Ubi Kayu, dan Pasca Panen. Jakarta: Penerbit Kanisius. Syamsu, Khaswar, dkk., Karakteristik Bioplastik Poli-β-hidroksialkanoat yang Dihasilkan oleh Ralstonia eutropha pada Substrat Hidrosilat Pati Sagu dengan Pemlastis Isopropil Palmitat, Jurnal Teknologi Pertanian Universitas Mulawarman, ISSN 1858-2419 Vol. 3 No. 2, Samarinda, 2008. Yang, J.H., Jiu G.Yu dan X.F . Ma. 2006. A Novel Plasticizer for The Preparation of Thermoplastic Starch. Chinese Chemical Letters.17 (1):133-136.
