Pengaruh penambahan kitosan sisik ikan papuyu (Anabas testudienus) terhadap sifat kimia, mekanik dan struktur morfologi

## pada edible film pati jagung
Maria Natalia 1 , Yuli Ristianingsih* 2
1 Jurusan Teknik Kimia Universitas Lambung Mangkurat Jl.A.Yani KM 36 Banjar Baru, Kalimantan Selatan Jurusan Teknik Kimia Universitas Pembangunan Nasional "Veteran" Yogyakarta Jl.SWK 104 (Lingkar Utara) Condong Catur, Yogyakarta 55283 e-mail: * y.ristianingsih@upnyk.ac.id
Diterima: 31 Oktober 2019 / Disetujui: 31 Desember 2019 / Dipublikasi online: 31 Desember 2019 DOI: https://doi.org/10.22437/chp.v4i2.7959

## ABSTRAK
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh  penambahan  kitosan ikan papuyu terhadap sifat kimia, mekanik dan struktur morfologi pada edible film pati  jagung.  Ikatan  molekul  antara  pati  jagung  dan  kitosan  mempengaruhi  kuat tarik  edible  film.  Sifat  kimia  dari  edible  film  dapat  dilihat  dengan  uji  FTIR. Sedangkan  sifat  mekanik  dapat  diketahui  dengan  uji  kuat  tarik.  Analisis  yang telah  dilakukan  diketahui  bahwa  sifat  kimia  edible  film  melalui  analisa  gugus fungsional  (FT-IR)  menunjukkan  bahwa  edible  film  mengandung  gugus  OH  (pati) dan C=H (kitosan). Analisis kuat tarik menunjukkan bahwa penambahan kitosan mampu  meningkatkan  nilai  kuat  tarik  edible  film  dengan  nilai  maksimum  kuat tarik 14,5 MPa. Nilai elastisitas pada kosentrasi kitosan 2% mengalami penurunan dan  nilai  maksimum  EAB  6,3%.  Struktur  morfologi  pada  edible  film  pada konsentrasi  kitosan  2%  diketahui  bahwa  kitosan  tercampur  merata.  Kuat  tarik dan  struktur  morfologi  merupakan  aspek  yang  penting  dalam  edible  film  untuk menentukan kualitas bahan pengemas sebelum dikomersilkan.
Kata kunci: edible film, pati jagung, kitosan, kuat tarik, struktur morfologi

## ABSTRACT
The  aimed  of  this  research  was  to  known  effect  added  of  chitosan  papuyu  fish scales    determine  chemical,  mechanical  properties  and  structure  morphological of edible  film.  Chemical  properties  of  edible  film  could  be  seen  by  FTIR  analysis. Mechanical  properties  could  be  seen  by  tensile  strength  test.  Molecular  bond between  cornstarch  and  chitosan  influences  the  tensile  strength  of  edible  films. FTIR  analysis  shown  that  edible  film  contain  group  OH  of  starch  and  C=H  of chitosan.  Tensile  strength  analysis  shown  that  addition  chitosan  able  to  improve value  of  tensile  strength  edible film  with  maximum  value  of  tensile  strength  14,5 MPa. Value of elongation at break at concentration chitosan 2% has decrease and maximum  value  EAB  6,3%.  Structure  morphology  of  edible  film  concentration chitosan  2%  shown  that  chitosan  mixed  well.  Tensile  strength  and  structure morphology  has  been  an  important  aspect  of  edible  film  to  determine  quality  of material packaging before commercializing.
Keywords: edible film, corn starch, chitosan, tensile strength, morphological structure

## PENDAHULUAN
Polimer sintetis yang berasal dari petroleum seperti polietilen dan polivinil klorida  biasa  digunakan  sebagai  bahan  pengemas  karena  sifat  termomekanikal yang baik dan harga yang ekonomis. Tetapi bahan tersebut tidak biodegradable (Yang,  2008).  Selain  itu,  pengemas  sintetis  dari  petroleum  tersebut menghasilkan  polusi,  racun  dan  sampah  karena  tidak  mampu  terurai  dalam tanah  (Othman,  2014).  Untuk  mengatasi  permasalahan  tersebut  maka pengunaan  komersial  bahan  pengemas  berbasis  bio  atau  ramah  lingkungan diimplementasikan. Potensi biopolimer seperti pati, selulosa, kitosan dan gelatin diminati  peneliti  karena  sifat  natural  yang  dimiliki  seperti  biodegradable, terbarukan  dan  mengandung  bahan  aktif  yang  dapat  berperan  sebagai antibacterial agent, antioksida dan biosensor (Imran, 2010).
Pati merupakan polimer alami yang sangat melimpah dan bahan pengemas makanan  yang  menjanjikan  karena  terbarukan,  biodegradable,  dapat  dimakan dan  ekonomis.  Selain  itu,  pati  memiliki  sifat  penghalang  oksigen  yang  sangat baik  (Forssell,  2002).  Pati  jagung  diketahui  memiliki  kandungan  amilosa  lebih tinggi  daripada  jenis  pati  yang  lainnya  seperti  pati  kentang  dan  gandum  yaitu sekitar  25%.  Pati  dengan  kandungan  amilosa  yang  lebih  tinggi  memiliki  sifat penghalang,  ketahanan  kelembapan  dan  sifat  mekanik  yang  rendah  (Basiak  et al.,  2017).  Penambahan  plasticizer  diperlukan  untuk  meningkatkan  elastisitas film.  Gliserol  diketahui  merupakan  pemplastis  yang  baik  dalam  proses pembentukan  film  sebagai  stabilitas  dan  kompatibilitas  dengan  sumber  daya hayati  yang  digunakan  dalam  sistem  pengemasan.  Namun,  film  berbasis  pati memiliki kekurangan pada kelarutan air dan daya serap uap air (Antoniou et al., 2015).  Maka  film  dapat  dicampurkan  dengan  biopolimer  alami  seperti  kitosan untuk  memperbaiki  kekurangan  tersebut  (Mathew,  2008).  Kitosan  memiliki kemampuan  sebagai  agen  penguat  untuk  meningkatkan  kuat  tarik, biokompatibilitas,  biodegradable  dan  sifat  antimikroba  (Dutta,  2009).  Sifat polikationik  pada  kitosan  memberikan  kemungkinan  pada  pembentukan  film dengan  pemecahan  segmen  polimer  dan  selanjutnya  pembentukan  kembali rantai  polimer  menjadi  matriks  atau  gel  film.  Hal  ini  dapat  dicapai  melalui penguapan  pelarut  sehingga  menciptakan  ikatan  silang  ionik  (Fernandez-Saiz, 2009).  Kitosan  ikan  papuyu  memiliki  derajat  deasetilasi  sebesar  97,48%  yang mana lebih tinggi  dibandingkan dengan kitosan udang (Asnia, 2017). Penelitian yang dilakukan (Othman, 2016) edible film dari pati tapioka dan kitosan dengan
variasi  kitosan  60%  menghasilkan  kuat  tarik  senilai  21,23  MPa  dan elastisitasnya  senilai  2,52%.  Sedangkan,  edible  film  berbasis  pati  jagung  dan kitosan dengan konsentrasi 61% memiliki kuat tarik dengan nilai 6,5 MPa dan elastisitasnya  125%  (Ren,  2017).  Maka  penelitian  ini  dilakukan  untuk mengetahui  pengaruh  penambahan  kitosan  ikan  papuyu  pada  sifat  fisik, mekanik dan morfologi edible film dengan variasi kitosan 0,5% sampai 2%.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Pembuatan biofilm pada penelitian ini menggunakan alat-alat laboratorium seperti  gelas  beker,  neraca  analitik,  gelas  ukur,  magnetic  stirrer,  oven,  kertas saring, blender, hotplate, termometer,  cetakan  kaca,  ayakan  20 mesh, gunting, cutter,  spatula,  pengaduk  kaca  dan  gelas  arloji,  Torsee’s  Electronic  System Universal Testing Machine dan SEM JEOL JSM-6360LA.
Bahan baku untuk pembuatan bio film adalah pati jagung merk Maizena. Sedangkan sisik ikan papuyu digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan kitosan. Selain itu, pada penelitian ini juga digunakan bahan kimia pendukung seperti: gliserol (C 3 H 8 O 3 ), NaOH, HCl, CH 3 COOH dan aquadest.

## Pembuatan Kitosan dari Sisik Ikan Papuyu
Pada  pembuatan  kitosan,  sisik  ikan  papuyu  sebelumnya  dicuci  dan dikeringkan  di  bawah  sinar  matahari  selama  3  hari.  Setelah  kering,  sisik  ikan papuyu  ditumbuk  hingga  halus  kemudian  diayak  dengan  ukuran  20  mesh. Proses  demineralisasi  dilakukan  dengan  tujuan  untuk  memisahkan  mineral yang  terkandung  dalam  serbuk  ikan  papuyu.  Kitin  kasar  dicampur  dengan larutan  HCl  1N  dan  diaduk  selama  40  jam.  Perbandingan  kitin  kasar  dan larutan  HCl  1N  yang  digunakan  adalah  1:15.  Larutan  kitin  kasar  dan  HCl kemudia  disaring  dan  dicuci  dengan  aquades  hingga netral.  Tahap  selanjutnya adalah  deproteinasu  pada  kitin  yang  bertujuan  untuk  memisahkan  protein. Tahap  deproteinasi  dilakukan  dengan  cara  merendam  larutan  kitin  tersebut dengan menggunakan larutan NaOH 5% (b/v) dengan perbandingan 1:12 selama 24  jam.  Tahap  terakhir  adalah  proses  deasetilasi  yang  dilakukan  dengan  cara memanaskan kitin pada suhu 950C sambil diaduk selama 2 jam dalam larutan NaOH  70%  dengan  perbandingan  1:10.  Campuran  larutan  tersebut  kemudian didiamkan  selama  72  jam  dan  disaring.  Endapan  kitosan  yang  diperoleh kemudian dinetralkan dengan akuades.

## Pembuatan Edible Film
Tahap pertama pati jagung sebanyak 6 g dimasukkan ke dalam gelas beker 100  mL  lalu  ditambahkan  akuades  sebanyak  100  mL.  Setelah  itu,  dipanaskan pada  suhu  gelatinasi  pati  yaitu  70 o C  dan  dilakukan  pengadukan  hingga terbentuk  larutan  kental  berwarna  putih.  Kitosan  dilarutkan  dalam  larutan asam  asetat  1%.  Selanjutnya  kitosan  dicampur  dalam  larutan  pati  dan  diaduk dengan  selama  20  menit  sambil  dipanaskan  pada  hotplate  pada  suhu  60 o C. Gliserol  ditambahkan  ke  dalam  campuran  sebanyak  4  mL  hingga  homogen. Larutan  dituang  ke  dalam  cetakan  kaca  berdiameter  20  cm.  Selanjutnya dikeringkan di dalam oven selama 24 jam pada suhu 40 o C. Setelah kering edible film dilepas dari cetakan dan dilanjutkan analisis.

## Analisis Fourier Transformed Infra-Red (FTIR)
Fungsinya  sebagai  radiasi  yang  diinterferensikan  dengan  radiasi inframerah  agar  sinyal  radiasi  inframerah  yang  diterima  oleh  detector  secara utuh  dan  lebih  baik.  Edible  film  dari  pati  jagung  dengan  penambahan  kitosan dan  gliserol  dianalisa  gugus  fungsi  yang  terkandung  pada  edible  film  yang dihasilkan.  Sampel  diletakkan  didalam  set  holder,  lalu  dicari  spectrum  yang sesuai.  Hasil  yang  akan  didapatkan  dilakukan  difraktogram  hubungan  antara bilangan  gelombang  dengan  intensitas.  Spektrum  FTIR  kemudian  direkam menggunakan spektrofotometer pada suhu ruang.

## Kuat tarik (Tensile Strength) dan Pemanjangan saat Pemutusan (Elongation
at Break)
Kekuatan  tarik  pada  penelitian  ini  diuji  dengan  menggunakan  Torsee’s Electronic  System  Universal  Testing  Machine  dengan  kecepatan  20  mm/menit dan  beban  100  kgf.  Setiap  sampel  dicetak  sebanyak  2  buah  dan  diambil  rata- rata  dari  pengujian  tersebut.  Pemanjangan  pada  saat  putus  menunjukkan perubahan  panjang  film  maksimum  saat  memperoleh  gaya  tarik  sampai  film putus  dibandingkan  dengan  panjang  awalnya.  Persentase  pemanjangan ditentukan berdasarkan pada penambahan panjang film pada saat putus. Nilai pemanjangan (% elongation at break) diukur berdasarkan rumus:
%𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡 𝑏𝑟𝑒𝑎𝑘 = 𝑆𝑡𝑟𝑜𝑘𝑒 𝑙𝑜 𝑥 100% …(1)
Keterangan: Stroke   = regangan (mm)
lo = panjang sampel mula-mula (mm)

## Struktur Morfologi
Pengujian  struktur  morfologi  dilakukan  dengan  menggunakan  Scanning Electron  Microscope  (SEM).  SEM  merupakan  mikroskop  yang  bekerja berdasarkan  prinsip  emisi  elektron  pada  sampel  yang  diiradiasi.  Sehingga sampel yang akan diuji harus berupa sampel kering. Sampel diletakkan pada set holder  dengan  perekat  ganda,  lalu  dilapisi  dengan  logam  emas  dalam  keadaan vakum.  Kemudian,  sampel  dimasukkan  dalam  alat  SEM  JEOL  JSM-6360LA, gambar topografi diamati dan dilakukan perbesaran 5000 kali.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Analisis Gugus Fungsional dengan FTIR
FTIR  digunakan  untuk  mengetahui  interaksi  antara  komponen  film  serta jenis ikatan yang terjadi.

## Gambar 1. Gelombang FTIR pada konsentrasi Kitosan yang Berbeda
Berdasarkan  Gambar  1.  dapat  diketahui  bahwa  pada  puncak  yang  besar yaitu  mendekati  3290  cm -1 ,  dimana  terdapat  gugus  hidroksil  yaitu  OH  yang terbentuk akibat adanya komposisi pati dan gliserol. Pada puncak sekitar 2900 cm -1 terdapat gugus -CH 2 . Selain itu gugus -CH 2 terbentuk pada puncak sekitar 1400  cm -1 pada  edible  film.  Pada  puncak  paling  tinggi  yaitu  sekitar  1019  cm -1 terdapat  gugus  karbon  yaitu  C  =  O  yang  menunjukkan  bahwa  adanya  kitosan pada  edible  film.  Pada  nilai  puncak  terakhir  yaitu  sekitar  551  cm -1 terdapat gugus  C  –  H  dari  molekul  kitosan.  Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa  ikatan
hidrogen intermolekul  antara  pati  dan  kitosan  ketika dicampurkan  pada  edible film.

## Elongation at Break (Pemanjangan Pemutusan)
Pemanjangan  pemutusan  pada  edible  film  menunjukkan  fleksibilitas  dan kapasitas  pemanjangan  dari  film  tersebut.  Penentuan  nilai  presentase pemanjangan  pemutusan  ditentukan  ketika  film  putus  pada  pengujian  kuat tarik. Selain itu nilai perubahan ditentukan oleh pemanjangan dari film tersebut untuk  meregang.  Pemanjangan  pemutusan  film  dari  edible  film  pati  jagung dengan penambahan kitosan sisik ikan papuyu meningkat dengan penambahan konsentrasi  kitosan.  Presentase  pemanjangan  pemutusan  edible  film  disajikan pada gambar 2.

## Gambar 2. Presentase Pemanjangan Pemutusan Edible Film
Berdasarkan  gambar  2,  nilai  elongasi  meningkat  seiring  penambahan kitosan  dan  mengalami  penurunan  pada  penambahan  kitosan  2%.  Hal  ini menurut  Kelnar  (2013)  kombinasi  kitosan meningkatkan  kekakuan  akibat  efek penguatan  kitosan  pada  film.  Hal  ini  dapat  diasumsikan  bahwa  tingginya kompetensi  dari  interaksi  polar  antara  gugus  amino  dari  kitosan  dan  gugus hidroksil  molekul  pati  yang  menimbulkan  kekakuan  film.  Peningkatan fleksibilitas  film  pada  konsentrasi  kitosan  yang  lebih  tinggi  dapat  disebabkan oleh  interaksi  rantai  polimer-plasticizer  yang  memfasilitasi  geser  rantai  dan dengan  demikian  membantu  meningkatkan  fleksibilitas  keseluruhan  dan mobilitas rantai (Ren, 2017).

## Tensile Strength (Kuat tarik)
Kuat tarik yang tinggi secara umum diperlukan, tetapi nilai-nilai deformasi harus  disesuaikan  dengan  aplikasi  film  yang  dimaksud.  Berikut  merupakan hasil kuat tarik yang didapat pada gambar 3.
Gambar 3. Nilai Kuat tarik Edible Film
Pada  gambar  menunjukkan  bahwa  kuat  tarik  meningkat  seiring  dengan penambahan kitosan hal ini karena tingginya formasi intermolekul ikatan antara hidrogen dan NH 3+ dari rantai kitosan dan OH- dari pati. Gugus amino (NH 2 ) dari kitosan  terprotonasi  ke  NH 3+ dalam  larutan  asam  asetat,  sedangkan  struktur kristal pada molekul pati dihancurkan dengan proses gelatinisasi, menghasilkan gugus OH - sehingga dengan mudah terbentuk ikatan hidrogen dengan NH 3+ dari kitosan (Bourtoom, 2008) tetapi pada penambahan kitosan 1,5% nilai kuat tarik mengalami  penurunan  karena  ikatan  OH-  dengan  NH 3+ tidak  terikat  dengan sempurna. Hal ini disebabkan karena ukuran partikel kitosan yang cukup besar dan  tidak  terlarut  sempurna  saat  gelatinisasi.  Menurut  (Ban,  2005)  faktor penting yang dapat mempengaruhi sifat fisik adalah affinitas antara komponen penyusunnya.  Affinitas  merupakan  suatu  fenomena  dimana  suatu  atom  atau molekul tertentu memiliki kecenderungan untuk bersatu dan berikatan.

## Struktur Morfologi dengan SEM (Scaning Electron Microscopy)
Analisa  SEM  bertujuan  untuk  mengetahui  struktur  morfologi  dari  edible film. Gambar 4 menyajikan hasil uji SEM.
Gambar 4. Hasil Uji SEM pada Edible Film Pati-Kitosan: (a) Penambahan Kitosan 0,5%    (b)  Penambahan  Kitosan  1%  (c)  Penambahan  Kitosan  1,5  %  dan  (d) Penambahan Kitosan 2%
Berdasarkan  Gambar  4.    memperlihatkan  bahwa  struktur  film  pada konsentrasi  kitosan  0,5  g  dan  1  g  mempunyai  pori-pori.  Hal  tersebut  terjadi karena interaksi kimia yang kurang baik antara pati jagung dan kitosan. Hal ini dipengaruhi oleh kitosan yang digunakan memiliki ukuran yang besar sehingga kitosan  tidak  dapat  terlarut  sempurna.  Kitosan  konsentrasi  2  g  memiliki  pori- pori yang cukup rapat menunjukkan bahwa kitosan membentuk interkasi kimia yang baik dengan pati jagung.

## KESIMPULAN
Variasi    penambahan  kitosan  berpengaruh  terhadap  sifat  kimia,  mekanik dan struktur morfologi pada edible film. Pada puncak 3290 cm -1 dan 1019 cm -1 menandakan bahwa edible film mengandung gugus hidroksil dan gugus karbon yang menandakan adanya pati, gliserol dan kitosan. Elastisitas tertinggi terdapat pada  edible film  dengan  konsentrasi  1,5% dan  kuat  tarik  dengan  nilai  tertinggi pada konsentrasi 1% dan 2% hal ini karena adanya interaksi polar antara gugus amino  pada  kitosan  dan  gugus  hidroksil  pada  pati.  Struktur  morfologi  pada
a) b) c)
d)
edible  film  menunjukkan  bahwa  kitosan  tercampur  sempurna  pada  variasi kitosan 2 g.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  PT.  Indofood  Sukses  Makmur Tbk.  yang  telah  mendanai  penelitian  ini  melalui  dana  Hibah  Indofood  Riset Nugraha tahun 2018.

## DAFTAR PUSTAKA
Antoniou,  J.,  Liu,  F.,  Majeed,  H.  dan  Zhong,  F.  2015.  Characterization  of  tara gum  edible  films  incorporated  with  bulk  chitosan  and  chitosan nanoparticles: A comparative study. Food Hydrocolloids, 44, 309-319.
Asnia, Mira dan Rosmasari Marisa. 2017. Potensi Kitosan Dari Sisik Ikan Papuyu Sebagai  Koagulan  Alami  Untuk  Menurunkan  Kadar  Logam  Besi  (Fe)  Pada Air Sumur Masyarakat Di Martapura. Universitas Lambung Mangkurat.
Ban,  W.  2005.  Improving  The  Physical  and  Chemical  Functionally  of  Starch- Derived  Films  with  Biopolymers.  Journal  of  Applied  polymer  Science,  10, 118-129.
Basiak,  E.,  Lenart,  A.  &  Debeaufort,  F.  2017.  Effect  of  starch  type  on  the physico-chemical  properties  of  edible  films.  International  Journal  of Biological Macromolecules, 98, 348-356.
Bourtoom,  T.,  M.S,  Chinnan  2008.  Preparation  and  Properties  of  Rice  Starch- Chitosan  Blend  Biodegradable  Film.  LWT-Food  Sci  Technology,  41,  1633- 1641.
Dutta,  P.  K.,  Tripathi,  S.,  Mehrotra,  G.  K.  And  Dutta,  J  2009.  Perspectives  for Chitosan  Based  Antimicrobial  Films  in  Food  Applications.  Food  Chemistry 114, 4, 1173-1182.
Fernandez-Saiz,  P.,  Lagaron,  J.  M.,  dan  Ocio,  M.  J  2009.  Optimization  of  The Biocide  Properties  of  Chitosan  for  Its  Application  in  The  Design  of  Active Films of Interest in The Food Area. Food Hydrocolloids 23, 3, 913-921.
Forssell,  P.,  R.  L.,  M.  Lahelin,  P.  Myllärinen  2002.  Oxygen  Permeability  of Amylose and Amylopectin Films. Carbohydr. Polym, 47, 125-129.
Imran, M., Revol-Junelles, A.-M., Martyn, A., Tehrany, E. A., Jacquot, M., Linder, M. And Desobry, S 2010. Active Food Packaging Evolution: Transformation From  Micro  to  Nanotechnology.  Critical  Reviews  in  Food  Science  and Nutrition, 799-821.
Kelnar, I., Kaprálková, L., Brožová, L., Hromádková, J. & Kotek, J. 2013. Effect of  Chitosan  on  The  Behaviour  of  The  Wheat  B-Starch  Nanocomposite. Industrial Crops and Products, 46, 186-190.
Ren, Lili., X. Y., Jiang Zhou, Jin Tong, Xingguang Su 2017. Influence of Chitosan Concentration  on  Mechanical  and  Barrier  Properties  of  Corn Starch/Chitosan  Films.  International  Journal  of  Biological  Macromolecules, 105, 1636-1643.
Mathew,  S.  A.  A.,  T.  E  2008.  Characterisation  of  Ferulic  Acid  Incorporated Starch-Chitosan Blend Films. Food Hydrocolloids, 22, 826-835.
Othman,  S.  H.  2014.  Bio-nanocomposite  Materials  for  Food  Packaging Applications:  Types  of  Biopolymer  and  Nano-Sized  Filler.  Agriculture  and Agricultural Science Procedia 2, 296-303.
Othman,  S.  H.,  Shapi'i  R.  A.  2016.  Effect  of  Concentration  of  Chitosan  on  The Mechanical,  Morphological  and  Optical  Properties  of  Tapioca  Starch  Film. International Food Research Journal, 23.
Yang Sy, L. C., Wu Jy, Et al.Yang Sy, Liu Ci, Wu Jy, Et al 2008. Improving the processing  ability  and  mechanical  strength  of  starch/poly(vinyl  alcohol) blends  through  plasma  and  acid  modification.  Macromol  Symp,  272,  150- 155.