## Pengujian Mekanik dan Biodegradabilitas Plastik Biodegradable
Berbahan Baku Pati Bonggol Pisang dengan Penambahan Kitosan, Sorbitol, dan Minyak Kayu Manis
Dewi Oetary 1 , Syaubari 2* , Medyan Riza 3
1 Program Studi Magister Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala Jln. Teungku Syeh Abdul Rauf No.7 Darussalam, Banda Aceh.
2,3 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala Jln. Teungku Syeh Abdul Rauf No.7 Darussalam, Banda Aceh.
* Koresponden email :syaubari@unsyiah.ac.id Diterima: 18 Januari 2019 Disetujui: 22 Januari 2019

## Abstract
Biodegradable  plastic  is  an  alternative  to  conventional  plastic  which  has  been  very  difficult  to  degrade  and causes  environmental  pollution.  Biodegradable  plastic  raw  materials  come  from  plants  or  plant  wastes,  so they are easily degraded by the environment and the utilization of waste becomes more efficient. The general objective  of  this  study  is  to  obtain  the  characteristics  of  plastics  that  meet  the  standards  by  varying  the concentration  of  the  materials  used.  This  study  used  Kepok  banana  hump  starch  with  variations  in  the concentration of chitosan, sorbitol, and cinnamon oil. The variable  used is the  ratio of weight of starch  and water  (1:  5).  The  concentration  of  chitosan  nanoparticles  was  0.25%,  0.5%,  and  0.75%,  sorbitol concentrations were 2 ml, 4 ml, and 6 ml, and the concentration of cinnamon was 0%, 0.5%, and 1%. Tests carried out are tensile strength, elongation of break, water absorption, and biodegradability. The best tensile strength results are 19.6 MPa, the best elongation is 47.69%, the highest water absorption is 53.77% and the lowest is 22.63%, and the complete degradation takes the longest time of 77 days.
Keywords : Biodegradable plastic, Banana hump starch, Chitosan, Sorbitol, Cinnamon Oil

## Abstrak
Plastik biodegradable merupakan  sebuah  alternatif  pengganti  plastik  konvensional  yang  selama  ini  sangat sulit  didegradasi  dan  menimbulkan  pencemaran  lingkungan.  Bahan  baku  plastik biodegradable berasal  dari tumbuhan atau limbah tumbuhan, sehingga mudah didegradasi oleh lingkungan dan pemanfaatan limbah pun menjadi lebih efisien. Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan karakteristik plastik yang memenuhi  standar  dengan  divariasikannya  konsentrasi  bahan  yang  digunakan.  Penelitian  ini  menggunakan pati  bonggol  pisang  kepok  dengan  variasi  konsentrasi  kitosan,  sorbitol,  dan  minyak  kayu  manis.  Variable yang  digunakan  adalah  perbandingan  berat  pati  dan  air  yaitu  1:5.  Konsentrasi  nanopartikel  kitosan  0,25%, 0,5%, dan 0,75%, konsentrasi sorbitol 2 ml, 4 ml, dan 6 ml, dan konsentrasi kayu manis 0%, 0,5%, dan 1%. Pengujian yang dilakukan adalah tensile strength , elongation of break , daya serap air, dan biodegradabilitas. Hasil tensile  strength terbaik  yaitu  19,6  MPa,  elongasi  terbaik  yaitu  47,69%,  daya  serap  air  tertinggi  yaitu 53,77% dan yang terendah adalah 22,63%, serta degradasi sempurna membutuhkan waktu paling lama yaitu 77 hari.
Keywords : Plastik Biodegradable, Pati Bonggol Pisang, Kitosan, Sorbitol, Minyak Kayu Manis

## 1. Pendahuluan
Pencemaran  lingkungan  merupakan  hal  yang  menjadi  perhatian  saat  ini.Penyumbang  pencemaran tersebut  berasal  dari  penggunaan  plastik  pada  setiap  aspek  kehidupan  (Fachry  dan  Sartika,  2012).Sulitnya pendegradasian plastik yang dibuang ke lingkungan dikarenakan bahan yang digunakan dalam pembuatannya berasal dari bahan-bahan sintetis, sehingga lingkungan sangat sulit mengurai plastik tersebut.
Penggunaan  plastik  yang  terus  meningkat  dikarenakan  sifat  plastik  yang  begitu  fleksibel.  Plastik memiliki  sifat  yang  elastis,  ringan,  kuat,  tidak  mudah  pecah,  transparan,  dan  tahan  terhadap  air  (Kaisangsri
dkk,  2012).  Banyaknya  manfaat  yang  ditawarkan  oleh  plastik,  membuat  konsumsi  plastik  terus  meningkat, sehingga diperlukannya alternatif plastik yang mudah terurai dilingkungan, sehingga pencemaran lingkungan akibat plastik ini dapat teratasi.
Penelitian mengenai plastik biodegradable atau plastik berbahan alami yang mudah diurai dilingkungan telah  banyak  berkembang.  Pemanfaaatan  bahan-bahan  ramah  lingkungan,  bahkan  limbah  dari  suatu  bahan pangan terus diteliti dengan tujuan mendapatkan plastik dengan karakteristik yang sesuai dengan standar dan tidak mencemari lingkungan jika tidak digunakan lagi. Bahan  utama pembuatan plastik biodegradable pada penelitian  ini  adalah  pati  bonggol  pisang  dengan  penambahan  zat-zat  lain  seperti  sorbitol  (pemlastis)  dan minyak  kayu  manis  (zat  antioksidan)  agar  karakteristik  plastik  lebih  baik.  Penelitian  Safitri  dkk  (2016) menggunakan  pati  sagu,  polynipam-kitosan,  dan  minyak  kayu  manis  dengan  hasil  plastik  memiliki karakteristik yang baik dan terdegradasi sempurna ditanah dalam waktu 56 hari.
Begitu  pula  pada  penelitian  Irmayanti  dkk  (2015)  yang  menggunakan  pati  bonggol  pisang,  CMC, gliserol, dan minyak sereh dengan hasil yaitu CMC akan meningkatkan nilai kuat tarik dan menurunkan nilai elongasi  sampel,  sebaliknya,  gliserol  dan  minyak  sereh  akan  meningkatkan  nilai  elongasi,  namun  akan menurunkan  nilai  kuat  tarik,  dan  untuk  penguraian  sampel  hingga  sempurna  yaitu  27  hari.Bonggol  pisang sendiri  sangat  baik  untuk  dijadikan  bahan  utama  pembuatan  plastik biodegrdable karena  pati  yang terkandung didalamnya adalah 66,2% (Wardah dan Erna, 2015).Sehingga pada penelitian ini digunakan pati bonggol  pisang.minyak  kayu  manis,  Sorbitol  sebagai  pemlastis,  dan  kitosan  sebagai  penguat  ikatan  antar bahan, dengan tujuan mendapatkan karakteristik plastik yang sesuai dengan standar.

## 2. Metodelogi

## 2.1. Bahan dan Alat
Bahan  yang  digunakan  merupakan  pati  dari  bonggol  pisang  kepok  yang  diambil  dari  daerah Lhokseumawe,  Aceh.  Penguat  merupakan  nanopartikel  kitosan  dengan  ukuran  300  mesh,  sorbitol  dengan Merk  Brataco,  dan  minyak  kayu  manis.  Alat  yang  digunakan  adalah hot  plate Merk  Termolyne  Cimarec, timbangan  digital  Merk  Fujitsu  (600  gr  x  0,01  gr),  alat-alat  gelas,  batang  pengaduk,  dan  plat  kaca  untuk pencetakan sampel.

## 2.2 Variable
Perbandingan pati dan air adalah 1:5, variable yang digunakan adalah konsentrasi kitosan (0,25, 0,50, dan  0,75)%,  konsentrasi  sorbitol  (2,  4,  dan  6)  ml,  dan  konsentrasi  minyak  kayu  manis  (0,  0,5,  dan  1)  %. Gelatinisasi terjadi pada suhu 75-85 ◦ C. 2.3 Analisis
Analisis karakteristik sample dilakukan dengan pengujian mekanik yaitu tensile strenght , elongation of break , dan uji daya serap air, serta pengujian biodegradabilitas.

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Tensile Stregth
Kuat tarik merupakan tegangan maksimum yang  dapat ditahan oleh plastik hingga terputus (Lazuardi dan  Cahyaningrum,  2013),  dengan  tujuan  untuk  mengetahui  ketahanan  dari  plastik  yang  dihasilkan.  Dari ketiga  Gambar  1,  2  dan  3  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  konsentrasi  kitosan  yang  digunakan,  maka semakin  besar  nilai  kuat  tarik  yang  didapat.Namun  berbanding  terbalik  dengan  penambahan  konsentrasi sorbitol, dimana dapat menurunkan nilai tensile strength yang didapat. Nilai tensile strength terbaik diperoleh pada konsentrasi kitosan 0,75%, sorbitol 2 ml dan konsentrasi minyak kayu manis 1% yaitu 19,6 Mpa.
Hal tersebut terjadi dikarenakan semakin banyak kitosan yang digunakan, maka semakin banyak ikatan hidrogen yang terbentuk,  sehingga akan semakin kuat dan sulit terputus (Utari, 2008; Rochaeni dkk, 2017). Sedangkan  sorbitol  dapat  menurunkan  nilai tensile  strength dari  plastik,  sehingga  plastik  yang  dihasilkan lebih  lentur.Jika  merujuk  pada  standar  ASTM  polipropilen  (24,7-302)  MPa,  akan  tetapi  plastik  yang dihasilkan belum memenuhi standar untuk tensile (Zuhra dkk, 2016).
Gambar 1. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,25% dan berbagai konsentrasi Sorbitol, serta minyak kayu manis terhadap kuat tarik plastik biodegradable
Gambar 2. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,5% dan berbagai konsentrasi Sorbitol, serta minyak Kayu Manis terhadap kuat tarik plastik biodegradable
Gambar 3. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,75% dan berbagai konsentrasi Sorbitol, serta minyak Kayu Manis terhadap kuat tarik plastik biodegradable
4 6 8 10 12 14 16 2 4 6 T en si le St re n g th (MPa) Sorbitol (ml) 0 0.5 1 Minyak Kayu Manis (%) 4 6 8 10 12 14 16 2 4 6 T en si le St re n g th (MPa) Sorbitol (ml) 0 0.5 1 Minyak Kayu Manis (%) 8 10 12 14 16 18 20 22 2 4 6 T en si le St re n g th (MPa) Sorbitol (ml) 0 0.5 1 Minyak Kayu Manis (%)

## 3.2 Elongation of Break
Elongation of break adalah seberapa panjang plastik dapat ditarik, atau seberapa elastis plastik tersebut. Dengan  kata  lain,  perpanjangan  diartikan  sebagai  persentase  perubahan  panjang  plastik  pada  saat  ditarik hingga putus (Safitri dkk, 2016).
Gambar 4 .  Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,25% dan berbagai konsentrasi Sorbitol, serta minyak Kayu Manis terhadap kuat elongasi plastik biodegradable
Gambar 5. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,5% dan berbagai konsentrasi Sorbitol,
serta minyak Kayu Manis terhadap kuat elongasi plastik biodegradable
Gambar 6. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,75% dan berbagai konsentrasi Sorbitol, serta minyak Kayu Manis terhadap kuat elongasi plastik biodegradable
0 5 10 15 20 25 30 35 2 4 6 E lo n g at io n (% ) Sorbitol (ml) 0 0.5 1 Minyak Kayu Manis (%) 22 23 24 25 26 27 2 4 6 E lo n g at io n (% ) Sorbitol (ml) 0 0.5 1 Minyak Kayu Manis (%) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 4 6 E lo n g at io n (% ) Sorbitol (ml) 0 0.5 1 Minyak Kayu Manis (%)
Elongasi  semakin  meningkat  dengan  adanya  penambahan  sorbitol  yang  merupakan plasticizer pada penelitian  ini.Sorbitol  memiliki  fungsi  untuk  menurunkan  ikatan  hidrogen  yang  terbentuk  oleh  pati  dan kitosan, sehingga dapat menigkatkan jarak antar molekul (Ginting dkk, 2016).
Berbeda  halnya  dengan  kitosan,  kitosan  akan  menurunkan  nilai  elongasi,  karena  kitosan  berfungsi untuk menguatkan ikatan antar molekul (Xu dkk, 2004). Persen elongasi tertinggi terdapat pada sampel pada konsentrasi kitosan 0,5%, sorbitol 6 ml, dan minyak kayu manis 0,5% adalah sebesar 28,6%.Jika rujuk pada standar  ASTM  polipropilen  (21-220)%,  maka  plastik  yang  dihasilkan  telah  memenuhi  standar  elongasi (Zuhra dkk, 2016).

## 3.3   Uji Daya Serap Air
Gambar 7. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,25%, Sorbitol, dan minyak Kayu Manis terhadap daya serap air pada plastik biodegradable
Gambar 8. Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,50%, Sorbitol, dan minyak Kayu Manis terhadap daya serap air pada plastik biodegradable 20 30 40 50 60 70 80 2 4 6 D ay a Se rap A ir (% ) Sorbitol (ml) Minyak Kayu Manis (%) 1 0.5 0 20 30 40 50 60 70 2 4 6 D ay a Se rap A ir (% ) Sorbitol (ml) Minyak Kayu Manis (%) 1 0.5 0
Gambar 9 . Pengaruh konsentrasi Kitosan 0,75% Sorbitol, dan minyak Kayu Manis terhadap daya serap air pada plastik biodegradable
Dari  Gambar.  7,  8  dan  9  dapat  dilihat  bahwa  konsentrasi  dari  Kitosan,  Sorbitol,  dan  minyak  kayu manis  berpengaruh  terhadap  tinggi-rendahnya  penyerapan  air.  Untuk  konsentrasi  Kitosan  dan  minyak  kayu manis dapat dilihat bahwa, semakin tinggi konsentrasi bahan tersebut, maka semakin rendah daya  serap air. Hal  ini  sejalan  dengan  penelitian  oleh  Hendrawati,  dkk  (2017)  yang  menyatakan  bahwa  semakin  banyak jumlah Kitosan yang  ada pada sampel, maka akan semakin rendah persen water absorption yang diperoleh . Safitri,  dkk  (2016)  juga  menyebutkan  bahwa  penyerapan  air  tidak  terjadi  pada  sampel  yang  mengandung minyak kayu manis, hal ini disebabkan karena minyak kayu manis bersifat hidrofobik dan nonpolar.
Namun, hal yang berbeda terjadi pada variasi konsentrasi  Sorbitol, dimana semakin tinggi konsentrasi Sorbitol, maka persen daya serap terhadap air semakin tinggi. Menurut penelitian Aini, dkk (2016), Sorbitol adalah pemanis yang memiliki sifat sangat higroskopis, yang berarti senyawa  Sorbitol memiliki kemampuan mengikat air sangat baik.
Pada  penelitian  ini,  daya  serap  paling  tinggi  terdapat  pada  konsentrasi  Kitosan  0,25%,  Sorbitol  6  ml, dan  tanpa  minyak  kayu  manis  yaitu  53,77%.  Sedangkan  daya  serap  terendah  hanya  22,63%  yaitu  pada konsentrasi  Kitosan  0,75%,  sorbitol  2  ml,  dan  minyak  kayu  manis  1%.  Hasil  menunjukkan  bahwa  plastik yang  dihasilkan  merupakan  plastik  yang  mudah  dikonsumsi  karena  memiliki  nilai  daya  serap  yang  cukup tinggi  dan  memiliki  ketahanan  air  yang  cukup  baik  karena  persen  daya  serap  air  tertinggi  hanya  53,77%, semakin  tinggi  nilai  kelarutan  terhadap  air,  maka  semakin  rendah  ketahanan  plastik  terhadap  air  (Krisna, 2011).

## 3.4  Biodegradabilitas
Biodegradabilitas adalah proses penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana (Winursito, 2013). Penguraian yang terjadi dipengaruhi dengan konsentrasi campuran bahan. Semakin tinggi konsentrasi  Kitosan  dan  minyak  kayu  manis  yang  digunakan,  maka  penguraian  membutuhkan  waktu  yang lebih lama (Anuar dkk, 2017).
20 30 40 50 60 70 2 4 6 D ay a Se rap A ir (% ) Sorbitol (ml) Minyak Kayu Manis (%) 1 0.5 0
(a) (b)
Gambar 10. Biodegradable plastik
Pada penelitian ini, degradasi yang membutuhkan waktu paling lama adalah plastik dengan konsentrasi Kitosan  yang  tinggi,  Sorbitol  rendah,  dan  minyak  kayu  manis  yang  tinggi  yaitu  77  hari.  Sementara  yang paling  cepat  adalah  56  hari  yaitu  pada  konsentrasi  Kitosan  rendah,  sorbitol  tinggi,  dan  tanpa  penambahan minyak kayu manis. Hal tersebut dikarenakan Kitosan dan minyak kayu manis merupakan zat antimikrobial yang  memperlambat  kerja  dari  bakteri  pembusukan,  walaupun  pati,  kitosan,  dan  minyak  kayu  manis merupakan bahan yang mudah terurai dilingkungan (Souza dkk, 2013).

## 4. Kesimpulan
Hasil  penelitian  ini  adalah  plastik biodegrdable dengan  penambahan  Kitosan,  Sorbitol,  dan  minyak kayu  manis  berbentuk  lembaran  tipis  dengan  nilai tensile  strength tertinggi  adalah  19,6  MPa  yaitu  pada konsentrasi  kitosan  0,75%  dan  sorbitol  2  ml,  nilai elongation  of  break tertinggi  adalah  47,69%  yaitu  pada konsentrasi kitosan 0,25% dan sorbitol 6 ml, nilai tertinggi untuk pengujian daya serap air yaitu 53,77% dan yang terendah adalah 22,63%, untuk biodegradabilitas plastik hingga sempurna, waktu paling lama yaitu 77 hari.

## 5. Daftar Pustaka
Aini,  F.Y.,  Affandi,  D.R.,  Basito.  2016. Kajian  Penggunaan  Pemanis  Sorbitol  sebagai  Pengganti  Sukrosa Terhadap  Karakteristik  Fisik  dan  Kimia  Biskuit  Berbasis  Tepung  Jagung  (Zea  Mays)  dan  Tepung Kacang Merah (Phaseoulus Vulgaris L.). Jurnal Teknologi Hasil Pertanian. 9(2).22-32.
Anuar, H., Izzati, A.B.N.F., Inani, S.M.S.N., E’zzati, M.A.S.N., Salimah, A.B.S.M., Ali, F.B., dan Manshor, M.R,. 2017. Impregnation of Cinnamon Essential oil into Plasticised Polylactic Acid Biocomposite Film for Active Food Packaging. Journal of Packaging Technology and Research. 1(2017): 149-156.
Fachry,  A.R.,  dan  Sartika,  A,.2012. Pemanfaatan  Limbah  Kulit  Udang  dan  Limbah  Kulit  Ari  Singkong sebagai Bahan Baku Pembuatan Plastik Biodegradable. Jurnal Teknik Kimia. 3(18): 1-9. Ginting,  M.H.S.,  Hasibuan,  R.,  Lubis,  M.,  Tanjung,  D.S.,  dan  Iqbal,  N,.  2017. Effect  of  Hydrochrolic  Acid Concentration as Chitosan Solvent on Mechanical Properties of Bioplastics from Durian Seed Starch (Durio  Zibethinus)  with  Filler  Chitosan  and Plasticizer  Sorbitol. Materials  Science  and  Engineering: 1-9.
Hendrawati,  N.,  Lestari,  Y.I.,  dan  Wulansari,  P.A,.  2017. Pengaruh  Penambahan  Kitosan  Terhadap  Sifat Biodegradable Foam Berbahan Baku Pati. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. 12(1): 1-7. Irmayanti.  2015. Pembuatan  Plastik  Biodegradable  dari  Pati  Bonggol  Pisang  Kepok  dengan  Penambahan CMC (Carboxy Methyl Cellulose) dan Minyak Sereh sebagai Antimikroba dan Antioksidan. Journal of Environtment.
Kaisangsri, N., Kerdchoechuen, O., Laohakunjit, N,. 2012. Biodegradable Foam Tray from Cassava Starch Blended with Natural Fiber and Chitosan . Industrial Corps and Products. 37:542-546. Krisna,  D.D.A,.  2011. Pengaruh  Regelatinisasi  dan  Modifikasi  Hidrotermal  Terhadap  Sifat  Fisik  pada Pembuatan  Edible  Film  dari  Pati  Kacang  Merah  (Vigna  Angularis  sp.). Tesis.  Universitas Diponegoro, Semarang.
Lazuardi,  G.P.,  dan  Cahyaningrum,  S.E,.  2013. Pembuatan  dan  Karakteristik  Bioplastik  Berbahan  Dasar Kitosan dan Pati Singkong dengan Plasticizer Sorbitol. UNESA Journal of Chemistry. 2(3): 161-166. Rochaeni, U.A., Irdoni, H.S., dan Bahruddin,. 2017. Pengaruh Kadar Filler Kitosan dan Gliserol Terhadap Sifat dan Morfologi Bioplastik Berbasis Pati Sagu. Jom FTEKNIK. 4(2): 1-7. Safitri,  I.,  Riza,  M.,  dan  Syaubari.  2016. Uji  Mekanik  Plastik  Biodegradable  dari  Pati  Sagu  dan  Grafting Poly(NIPAM)-Kitosan  dengan  Penambahan  Minyak  Kayu  Manis  (Cinnamomum  Burmannii)  sebagai Antioksidan. Jurnal Litbang Industri. 6(2):107-116. Souza,  A.C.,  Goto,  G.E.O.,  Mainardi,  J.A., Coelho,  A.C.V.,  Tadini,  C.C,.  2013. Cassava  Starch  Composite Films  Incorporated  with  Cinnamon  Essential  Oil:  Antimicrobial  Activity,  Microstructure,  Mechanical and Barrier Properties. Food Science and Technology. 346-352. Utari.,  H.  2008. Studi  Pembuatan  dan  karakteristik  sifat  mekanik  dan  hidrofobisitas  bioplastik  dari  pati sorgum. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. 7(4): 190-195.
Wardah,  I.,  Hastuti,  E.,  2015. Pengaruh  Variasi  Komposisi  Sorbitol  Dengan  Pati  Dari  Bonggol  Pisang, Tongkol  Jagung,  dan  Enceng  Gondok  Terhadap  Sifat  Fisis  Dan  Mekanis  Plastik  Biodegradable . Neutrino 7(2).
Winursito,  I,.  2013. Perkembangan  Penelitian  dan  Pemakaian  Plastik  Biodegradable  di  Indonesia. Jurnal Riset Industri. 7(3): 251-262.
Xu,  Y.X.,  Kim,  K.M.,  Hanna,  M.A.,  dan  Nag,  D. 2005. Chitosan-Starch  Composite  Film:  Preparation  dan Characterization. Industrial Corps and Products. 21(2005): 185-192. Zuhra.,  Hasan,  M.,  dan  Nasir,  M,.  2016. Pembuatan  Plastik  Biodegradable  dari  Kitosan,  Pati  Bonggol Pisang  (Musa  Paradisiaca,  L),  dan  Minyak  Jarak  (Castor  Oil). Jurnal  ilmiah  Mahasiswa  Pendidikan Kimia. 2(3): 173-182.