## Kajian Sifat Morfologi dan Mekanis Biofoam dari Tepung Tapioka dan Serat Limbah Batang Jagung
Siswo Sumardiono 1 , Isti Pudjihastuti 2 , Rizka Amalia 2 *
1 Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof Soedarto Tembalang Semarang, Indonesia
2 Program Studi Teknologi Rekayasa Kimia Industri, Sekolah Vokasi, Universitas Diponegoro Jl. Prof Soedarto Tembalang Semarang, Indonesia
Email: riz.chemicalia@gmail.com

## Abstrak
Styrofoam  atau  polystyrene  (PS)  foam  yang  diolah,  umumnya  digunakan  sebagai  kemasan  makanan. Rendahnya tingkat daur ulang pada polystyrene  menyebabkan  adanya polusi lingkungan yang merupakan ancaman serius  terhadap kehidupan dan  kesehatan manusia. Penggunaan  styrofoam harus dihentikan dan dilakukan  upaya  alternatif  bahan  pengemas  lain  yang  ramah  lingkungan.  Salah  satu  alternatif  pengganti styrofoam adalah biofoam yang menggunakan bahan baku utama limbah batang tanaman jagung sebagai sumber serat utama dan tepung tapioka sebagai sumber pati. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan inovasi produksi biofoam biodegradabel dari tepung tapioka dan limbah batang jagung sebagai pengganti styrofoam sintetis di pasaran. Pengaruh penambahan bahan baku limbah batang jagung, tepung tapioka, dan polivinil alcohol (PVA) terhadap sifat fisis produk biofoam telah dipelajari dalam penelitian ini. Berdasarkan hasil pengujian biofoam terbaik diperoleh dari komposisi pati tapioka 56,25 g, serat jagung 18,75 g dan PVA 25 g. Hasil pengujian SEM, menunjukkan bahwa  bahwa permukaan biofoam tidak  lebih  rata dibandingkan styrofoam. Pada hasil foto SEM masih terlihat adanya sedikit granula pati utuh karena pada proses gelatinisasi mengalami  pembengkakan  (swelling)  tetapi  belum  terdisintegrasi  (breakdown).  Namun,  sebagian  besar granula lain mengalami retrogradasi akibat gelatinisasi. Biofoam hasil penelitian memiliki nilai kekerasan yang lebih besar dibandingkan dengan Styrofoam komersial dengan nilai kuat tekan sebesar 14.162 MPa.
Kata kunci : Biofoam, Tapioka, Batang Jagung, SEM, Kuat Tekan

## Abstract

## Morphological Analysis and Mechanical Properties of Biofoam from Tapioca Starch and Corn Stalk Waste Fiber
Styrofoam or polystyrene (PS) foam is generally used as food packaging. The low recycling rate of polystyrene causes environmental pollution which is a serious threat for human life and health. The use of styrofoam must be stopped  and  the  substituent  of  packaging  materials  which  environmentally  friendly  are  needed.  One  of  the alternatives is biofoam, which uses the main raw material from corn plant waste as the main source of fiber and tapioca flour as the source of starch. This study aims to develop an innovative biodegradable biofoam production from tapioca flour and corn stalk waste as a substitute for synthetic styrofoam. The effect of adding corn stalks, tapioca flour, and polyvinyl alcohol (PVA) to the physical properties of biofoam products was studied. The best biofoam obtained from the composition of tapioca starch 56,25 g, corn fiber 18,75 g and PVA 25 g. Scanning Electron Microscopy test results showed that there are found a few intact starch granules due to the gelatinization process. The granules  were swelling  but have  not been  disintegrated.  However, most of the granules  were
retrogradated  due  to  gelatinization.  In  this  research,  biofoam  product  obtain  a  higher  hardness  value  than commercial Styrofoam with a compressive strength value of 14,162 MPa.
Keywords: Biofoam, Tapioca, Corn Stalks, SEM, Compressive Strength

## PENDAHULUAN
Styrofoam atau polystyrene (PS) foam yang diolah,  umumnya  digunakan  sebagai  kemasan makanan.  Rendahnya  tingkat  daur  ulang  pada polystyrene menyebabkan adanya polusi lingkungan  yang  merupakan  ancaman  serius terhadap  kehidupan  dan  kesehatan  manusia. Berbagai  upaya  untuk  mengurangi  dan  mendaur ulang  limbah styrofoam telah  dilakukan  seperti penguburan, insinerasi, dan penggunaan mikroba pengurai plastik (Nukmal et al. ., 2018).  Data  dari Environment Protection Agency (EPA) menyebutkan bahwa  limbah  hasil styrofoam ditetapkan  sebagai limbah berbahaya ke lima terbesar di dunia (Friend, 2005,  Iriani et  al., 2013,  dan  Ho et  al. .,  2017). Penggunaan styrofoam harus  dihentikan  dan dilakukan  upaya  alternatif  bahan  pengemas  lain yang ramah lingkungan (Iriani et al., 2013). Biodegradable  foam merupakan  kemasan alternatif pengganti styrofoam yang menggunakan bahan baku utama berupa pati sehingga kemasan tersebut dapat terurai secara alami. Pati di percaya memiliki biodegredibilitas yang tinggi, harga yang murah  dan  tidak  toksik.  Salah  satu  sumber  pati yang  produksinya  cukup  tinggi  adalah  tapioka mengingat  harganya  yang  lebih  murah  bila dibandingkan dengan sumber pati lainnya. Tapioka memilliki kadar protein, kadar lemak serta amilosa yang lebih rendah dibandingkan jenis pati lainnya (Breuninger et al. ., 2009; Iriani et al., 2013). Namun  demikian,  pati  sebagai  bahan  baku biofoam memiliki beberapa kelemahan antara lain daya  tahan  panas  yang  rendah,  tidak  terlalu fleksibel  dan  memakan  waktu  yang  lama  dalam percetakan. Selain itu, produk yang dihasilkan dari pati  tersebut  umumnya  rapuh,  kaku  dan  bersifat hidrofilik.  Untuk  memperbaiki  kelemahan  ini penambahan  pemlastis,  memodifikasi  (pati), natural polimer, serat, dan beberapa bahan lainnya diperlukan (Debiagi et al. ., 2011; Kaisangsri et al. ., 2014)  agar  dapat  dihasilkan    produk  kemasan sesuai dengan karakteristik yang diinginkan.
Perlu diperhatikan bahwa pemanfaatan pati,
sebagai  bahan  baku  biofoam  akan  berkompetisi dengan  kebutuhan  pangan,  sehingga  dalam penggunaannya  perlu  dikombinasikan  dengan bahan lain yang potensial, seperti limbah pertanian. Salah  satu  sumber  bahan  baku  biofoam  yang potensial  adalah  limbah  batang  tanaman  jagung. Batang  tanaman  jagung  memiliki  90%  selulosa. Ketersediaan  selulosa  dalam  jumlah  besar  akan membentuk serat yang kuat, tidak larut dalam air dan  pelarut  organik  serta  berwarna  putih  (Hauw, 2017).
Penelitian ini bertujuan untuk
mengembangkan  inovasi  produksi  biofoam biodegradabel  dari  tepung  tapioka  dan  limbah batang  jagung  sebagai  pengganti styrofoam sintetis di pasaran.  Pengaruh penambahan bahan baku  limbah  batang  jagung,  tepung  tapioka,  dan polivinil alkohol terhadap sifat fisis produk biofoam dipelajari dalam penelitian ini.

## METODOLOGI
Bahan  baku  utama  yang  digunakan  pada penelitian pembuatan biofoam antara lain : tepung tapioka,  limbah  batang  jagung  dan  bahan  kimia sorbitol, magnesium stearat, polivinil alkohol serta bahan analisis lain.
Pembuatan  biofoam  dilakukan  dengan metode thermopresing .  Peralatan  utama  dalam penelitian  ini  adalah  alat  pencetakan  pada  suhu panas  dengan  pemberian  tekanan  dalam  oven listrik.  Oven  ini  memiliki  control  suhu  dan  waktu proses.  Peralatan  pendukung  lainnya  antara  lain neraca analitik, cetakan adonan, beaker glass, gelas ukur,  pengaduk,  baskom,    pisau,  blender,  dan Hollander  beater .  Sampel  pati  didapatkan  dari tepung  tapioka.  Tepung  tapioka  yang  digunakan pada  penelitian  adalah  tepung  tapioka  yang diproduksi oleh PT. BUDI ACID JAYA Tbk.
Serat batang jagung diperoleh dengan cara memotong  limbah  batang  jagung  dilanjutkan dengan pemasakan batang jagung pada
konsentrasi  alkali  (NaOH)  15%  selama  1,5 jam  dan  suhu  pemasakan  100 o C.  Perbandingan bobot  potongan  batang  jagung  terhadap  larutan pemasak adalah 1:12 (b/v) dan tekanan 1 atmosfer. Potongan  batang  jagung  hasil  pemasakan dipisahkan dari larutan pemasak dan dicuci sampai bebas dari sisa larutan pemasak dan dikeringkan Ke dalam serat batang jagung ditambahkan sorbitol  5%  dan  magnesium  stearate    1,5%  dari berat  kering.  Kemudian  polivinil  alkohol  (PVA) dimasukkan  dalam  satu  wadah,  dan  diaduk menggunakan mixer hingga adonan mengembang.  Tambahkan  pati  dari  tepung tapioka dan serat yang telah dihaluskan ke dalam adonan.  Selanjutnya  adonan  dituang  ke  dalam petridish  untuk  dicetak.  Masukkan  adonan  yang telah  dicetak  ke  dalam  oven  pada  suhu  100 o C selama  1  jam.  Setelah  itu,  dinginkan  foam  pada muhu  ruang  selama  4  hari  (Hendrawati, et  al ., 2015).
Produk biofoam yang dihasilkan selanjutnya dilakukan pengujian daya serap air menggunakan metode  ABNT  NBR  NM  ISO  535,  analisis menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) dilakukan  untuk  mengetahui  struktur  morfologi permukaan  dan  uji  kuat  tekan  bahan  untuk mengetahui kekuatan biofoam sebagai pengemas. Kuat tekan adalah maksimal beban persatuan luas,  yang  dapat  menyebabkan  benda  uji hancur  jika  dibebani  dengan  gaya  tekan tertentu  oleh  mesin  tekan.  Pengujian dilakukan dengan memberikan beban hingga
benda  uji  runtuh.  Perhitungan  kuat  tekan bahan menggunakan rumus sebagai berikut :

## 𝑓𝑐 = 𝑃 𝐴
Keterangan : fc = Kuat tekan bahan; P  = Tekanan; A  = luas permukaan bahan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Biofoam  dengan  bahan  baku  pati  bersifat hidrofilik  sehingga  molekul  air  dapat  dengan mudah melawan ikatan hidrogen pada pati. Hal ini dapat  mengurangi  fungsi  biofoam  sebagai pengemas. Pemilihan sampel untuk di uji SEM dan kuat tekan dipilih berdasarkan nilai daya serap air yang  terendah.  Daya  serap  air  yang  kecil menunjukkan bahwa biofoam lebih kuat dan tidak mudah  sobek.  Formulasi  biofoam  terbaik didapatkan  pada  komposisi  56,25  gram  tepung tapioka,  18,75  gram  serat  batang  jagung  dan  25 gram Polivinil Alkohol dengan nilai daya serap air sebesar 10,75 – 20,05% (Sumardiono et al ., 2021). Hasil analisis morfologi pada sampel styrofoam dan biofoam  dengan  SEM  perbesaran  500  kali menunjukkan  bahwa  permukaan  biofoam  tidak lebih rata dibandingkan styrofoam . Pada hasil foto SEM  masih  terlihat  adanya  sedikit  granula  pati. Karena  proses  gelatinisasi,  granula  pati  ini mengalami  pembengkakan  ( swelling )  namun belum terdisintegrasi ( breakdown ) sehingga  masih terlihat  utuh.  Namun  beberapa  granula  yang  lain mengalami retrogradasi karena gelatinisasi.
Gambar 2. Morfologi Styrofoam (kiri) dan Biofoam (kanan) dengan perbesaran 500 x
Metana: Media Komunikasi Rekayasa Proses dan Teknologi Tepat Guna
Tabel 1. Daya Serap Air Biofoam pada berbagai Rasio Berat Komposisi Bahan Baku
Variabel Tepung Tapioka (g) Serat batang jagung (g) PVA (g)
Daya Serap Air (%) t 1 t 2 t 3 1 21,25 63,75 15 15,75 21,55 25,45 2 63,75 21,25 15 10,95 18,75 20,25 3 18,75 56,25 25 14,25 19,05 22,35 4 56,25 18,75 25 10,75 17,25 20,05 Keterangan :  t 1 = waktu pemanasan 5 menit; t 2 = waktu pemanasan 10 menit; t 3 = waktu pemanasan 15 menit
Morfologi  biofoam  memberikan  pengaruh pada  nilai  kuat  tekan,  dimana  biofoam  yang memiliki  ukuran  rongga  yang  besar  dan porous mengindikasikan  bahwa  biofoam  yang  terbentuk memiliki nilai kuat tekan yang rendah (Iriani et al ., 2013  dan  Soykeabkaew et  al .,  2004).  Hal  ini disebabkan adanya rongga menunjukkan pori-pori yang tipis, sehingga bersifat rapuh apabila dikenai beban atau tekanan, begitu pula sebaliknya.
Hasil uji kuat tekan Styrofoam dan biofoam pada  Tabel  2  menunjukkan  bahwa  biofoam  hasil penelitian memiliki nilai kekerasan yang lebih besar dibandingkan dengan Styrofoam komersial. Hal ini disebabkan  adanya  serat  dalam  biofoam  yang dapat mengisi rongga pada matriks pati, sehingga dapat  meningkatkan  sifat  kekerasannya  (Salgado, et  al. .,  2008  dan  Kaisangsri, et  al. .,  2012).  Dengan demikian,  biofoam  yang  dihasilkan  dalam penelitian ini dapat menjadi pengemas yang kuat, tidak  rapuh,  dan  dapat  menjaga  bentuk  saat difungsikan sebagai pengemas.
Tabel 2 . Hasil Uji Kuat Tekan Bahan Kuat Tekan (MPa) Styrofoam 1,91 Biofoam 14,162 SNI 29,16

## KESIMPULAN
Biofoam  terbaik  diperoleh  dari  komposisi pati tapioka 56,25 g, serat jagung 18,75 g dan PVA 25  g.  Hasil  pengujian  SEM,  menunjukkan  bahwa permukaan biofoam tidak lebih rata dibandingkan styrofoam.  Sebagian  besar  granula  mengalami retrogradasi  akibat  gelatinisasi.  Biofoam  hasil
penelitian memiliki nilai kekerasan yang lebih besar dibandingkan  dengan  Styrofoam  komersial dengan nilai kuat tekan sebesar 14.162 MPa.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Universitas  Diponegoro  yang  telah  memberi dukungan financial terhadap penelitian ini melalui skema Riset Pengembangan dan Penerapan Tahun 2021,    dengan  nomor  kontrak  233-139/UN7.6.1/ PP/2021.

## DAFTAR PUSTAKA
Breuninger,  W.F.,  Piyachomkwan,  K.,  &  Sriroth.  K., 2009, Tapioca/Cassava Starch: Production and Use,  Bemiller,  J.  dan  R.  Whistler  (Eds)  Starch: Chemistry  and  Technology,  547-555,  Elvesier Inc, New York,
Debiagi, F., Mali, S., Grossman, M.V.E., & Yamashita, F.,  2011,  Biodegradable  Foams  Based  on Starch,  Polyvinyl  Alcohol,  Chitosan  and Sugarcane  Fibers  Obtained  by  Extrusion, Brazilian  Archives  of Biology and Technology,
54(5):1043-1052.
Friend,  2005.  Conserving  Natural  Resources  in Illinois. University of Illinois Extension: College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences Hauw, A.R., 2017, Pengaruh Pretreatment Inokulum EM4,  Suhu  ,  Waktu  Dan  Tekanan  Terhadap Fermentasi  Kelobot  Jagung  ( Zea  Mays L.), Skripsi, Universitas Atma Jaya, Yogyakarta. Hendrawati,  N.,  Sofiana,  A.R.,  &  Widyantini,  I.N., 2015,  Pengaruh  Penambahan  Magnesium Stearat dan Jenis Protein Pada Pembuatan
Biodegradable Foam Dengan Metode Baking Process, Jurnal  Bahan  Alam  Terbarukan , 4(2):34-39. Ho, B.T ., Roberts, T.K., & Lucas S., 2017, An overview on  biodegradation  of  polystyrene  and modified polystyrene: the microbial approach, Crit Rev Biotechnol , 38(2):308-320.
Iriani, E.S., Irawadi, T.T., Sunarti, T.C., Richana, N., &
Yuliasih,  I.,  2013,  Corn  Hominy,  A  Potential Material For Biodegradable Foam. Proceeding International Maize Confernce, Bogor. Kaisangsri,  N.,  Kerdchoechuen,  O.,  &  Laohakunjit,
N.,  2012,  Biodegradable  Foam  Tray  from Cassava Starch Blended with Natural Fiber and Chitosan, Journal Industrial Crops , 37:542-546.
Kaisangsri,  N.,  Kerdchoechuen,  O.,  &  Laohakunjit,
N.,  2014.  Characterization  of  cassava  starch based foam blended with plant proteins, kraft fiber, and palm oil, Carbohydr Polym , 110: 70-77.
Nukmal, N., Umar, S., Amanda, S.P., & Kanedi, M., 2018, Effect of Styrofoam Waste Feeds on the
Growth,  Development  and  Fecundity  of Mealworms ( Tenebrio molitor ), Online Journal of Biological Sciences , 18(1):24-28.
Salgado,  P.R.,  Schmidt,  V.C.,  Ortiz,  S.E.M.,  Mauri, A.N.,  &  Laurindo,  J.B.,  2008,  Biodegradable foams  based  on  cassava  starch,  sunflower proteins  and  cellulose  fiber  obtained  by  a baking  process. Journal  of  Food  Engineering . 85(3):435-443.
Soykeabkaew  N.,  Supaphol,  P.,  &  Rujiravanit,  R., 2004, Preparation and Characteization of Jute and Flax Reinforced Starch Based Composite Foams, Carbohydrate Polymer , 58(1):53-63. Sumardiono,  S.,  Pudjihastuti,  I.,  Amalia,  R.,  & Yudanto,  Y.A.,  2021,  Characteristics  of Biodegradable  Foam  (Bio-foam)  Made  from Cassava  Flour  and  Corn  Fiber, International Conference  on  Chemical  and  Material Engineering 2021, Semarang .