FTIR dan Penyerapan Uap Air dari Biokomposit Film Pati Bengkuang dengan Penguat Serat Ampas Bengkuang ( Pachyrhizus erosus )
FTIR and Moisture Absorption of Yam Bean Starch Biocomposites with Yam Bean ( Pachyrhizus erosus ) Bagasse Fibers as Reinforcement
Melbi Mahardika 1,2*) , Hairul Abral 2 , Anwar Kasim 3 , Syukri Arief 4 , dan Mochamad Asrofi 1,2 1 Program Pascasarjana, Universitas Andalas, Padang 2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang
3 Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Andalas, Padang
4 Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Andalas, Padang * E-mail: melbimahardika@gmail.com

## ABSTRACT
Biocomposites from yam bean starch with yam bean bagasse (YBB) fibers as reinforcement has been successfully fabricated. The fabrication method was solution casting. YBB was variated for 1,  2,  3  and 4wt%  (from  dry  weight  starch  basis).  2  mL  glycerol  was  used  as  a  plasticizer. The relative humidity (RH) condition in moisture testing was 99%. The result shows that the addition YBB able to decreased moisture absorption of starch film. The  lowest moisture absorption was in biocomposites with 4wt% YBB. The moisture absorption test was supported byfourier transform infrared (FTIR) data.
Keywords: Biocomposite, yam bean, yam bean bagasse, moisture, FTIR

## PENDAHULUAN
Plastik sintetis telah menyebabkan pencemaran lingkungan. Hal ini dikarenakan plastik sintetis sulit  terdegradasi  secara  alami  di  alam.  Butuh alternatif solusi  pengganti  plastik  sintetis dengan  plastik  yang  lebih  ramah  lingkungan yang disebut bioplastik. Salah satu bahan baku yang menjanjikan untuk pembuatan  bioplastik adalah penggunaan  pati (de  M.  Teixeira et  al . 2009; Lomelí-Ramírez  et  al.  2014; Agustin et al . 2013). Sekarang  ini  pati  telah  banyak  digunakan sebagai  bahan  pembuat  bioplastik  untuk mengurangi  pemakaian  plastik  sintetis.  Film dari  pati  memiliki  kelebihan  seperti  mudah terurai  secara  alami  di  alam  ( biodegradable ), mudah  didapat,  tidak  beracun  dan  mudah dibentuk (de  M.  Teixeira et  al .  2009; Nasri- Nasrabadi et  al .  2014).  Akan  tetapi,  film  dari pati  juga  memiliki  kekurangan  seperti permeabilitas rendah terhadap gas, penghalang uap air yang buruk dan sangat sensitif terhadap kelembapan  relatif (Müller et  al .  2009).  Pati merupakan polimer hidrophilik (suka air) yang terdiri  dari  ikatan α-D-1,4-glicosidic . Pati tersusun  dari  rantai  amilosa  (linier)  dan amilopektin  (bercabang)  (Nasri-Nasrabadi et al .  2014).  Salah  satu  kelemahan  film  pati adalah memiliki penyerapan uap air yang tinggi (hidrophilik)  (Vercelheze et  al .  2012).
Penyerapan  uap  air  yang  tinggi  akan menurunkan  kualitas  produk  dalam  kemasan. Hal ini dikarenakan terjadinya proses degradasi makanan seperti fenomena korosi, oksidasi dan sifat  organoleptik  (Shariatinia et  al . 2015). Beberapa  penelitian  terdahulu  pembuatan  film pati  adalah  penggunaan  pati  singkong  dengan serat kayu lunak sebagai penguat (Müller et al . 2009),  pati  singkong  dengan  penguat  ampas tebu  dan montmorillonite (Vercelheze et  al . 2012), pati ubi kayu dengan penguat serat sabut (Lomelí-Ramírez et  al .  2014),  pati  jagung dengan  penguat  serat  kenaf  (Karimi et  al . 2014),  pati  singkong  dengan  penguat  ampas singkong  (de  M.  Teixeira et  al .  2009), pati tapioka  dengan  penguat  serat eceng  gondok (Asrofi et al . 2018; Abral et al . 2018) dan pati tapioka  dengan  penguat  serat  tandan  kosong kelapa  sawit  (Abral et  al .  2018).  Penambahan filler seperti serat alam dapat memperbaiki sifat serapan uap air film pati.
Dari  beberapa  penelitian  sebelumnya  serat sebagai  penguat  pada  komposit  memiliki  sifat spesifik  yang  sangat  baik  seperti  kekuatan tinggi,  ringan  dan  memiliki  sifat  penghalang yang  baik. Beberapa  serat  alam  yang  telah digunakan  sebagai filler pada  pembuatan komposit adalah nanoserat dari bakteri selulosa (Abral et al . 2016) dan ampas singkong (de M. Teixeira et al .  2009). Salah  satu  serat  yang memiliki  potensi sebagai  penguat  pada  film

## FTIR dan Penyerapan Uap Air dari Biokomposit…                         (Mahardika, dkk)
pati adalah  serat  ampas  bengkuang. Serat ampas  bengkuang  belum  pernah  digunakan sebagai  penguat  pada  film  pati. Selain  ampas bengkuang,  umbi  bengkuang  dapat  diekstrasi sebagai pati bengkuang yang merupakan bahan baku  utama  pembuatan  biokomposit  film  pati (Mali et  al .  2004).  Umbi  bengkuang merupakan  salah  satu  umbi-umbian  yang banyak terdapat di Indonesia khususnya daerah Padang, Sumatera  Barat.  Ketersediaan  umbi bengkuang berlimpah namun belum termanfaatkan  dengan  baik.  Penelitian terdahulu  tentang  pembuatan  film  dari  pati bengkuang  yang  berasal  dari  Brazil  dilakukan oleh  (Mali et  al .  2004)  dengan  kadar amilosadan  amilopektin  pati  sebesar  30%  dan
70%.  Berbeda  daerah  tempat  tumbuh  umbi bengkuang akan berbeda komposisi kimia dari umbi bengkuang tersebut. Film  berbasis  pati  bengkuang  yang diperkuat  serat  ampas  bengkuang  memiliki potensi yang sangat besar untuk dikembangkan pada  aplikasi  kemasan  makanan.  Tujuan dari penelitian  ini  adalah  untuk  pembuatan biokomposit film  berbasis  pati  bengkuang dengan  penguat  serat  ampas  bengkuang  yang memiliki  sifat  serapan  uap  air  yang  rendah. Untuk  mengetahui  sifat  serapan  uap  air  film pati  sebelum  dan  setelah  penambahan  serat dilakukan  pengujian  serapan  uap  air  dan didukung  oleh  pengujian FTIR spectroscopy .
Gambar 1. Grafik FTIR biokomposit film

## METODE
Material Bengkuang  ( Pachyrhizus  erosus )  didapatkan  dari petani  lokal  Padang,  Sumatera  Barat.  Gliserol didapat  dari  Bratachem.  Gliserol  berfungsi  sebagai plasticizer didalam  pembuatan  biokomposit  film. SAB  yang  memiliki  kadar  selulosa  sebesar  55%.
Variasi penambahan SAB adalah 1, 2, 3 dan 4wt% dari berat kering pati. Pembuatan Biokomposit Film Pati Bengkuang/SAB Proses  ekstrasi  pati  bengkuang.  Umbi  bengkuang dibuang kulitnya. Setelah itu, bengkuang yang telah
dipotong  1,5-2  cm  dimasukkan  kedalam slow grinding  fruit  juicer .  Pada  proses  penghancuran terjadi  pemisahan  antara  ampas  dan  sari  pati bengkuang.  Sari  pati  bengkuang  disaring  dengan saringan  sablon  200  mesh  (74  µm).  Sari  pati bengkuang  diendapkan  selama  8  jam.  Setelah  itu, sari  pati  bengkuang  dikeringkan  oven  ( Universal Oven  Memmert  UN-55 )  12  jam  pada  temperatur 60 o C. Pati bengkuang yang telah kering didapatkan. Proses  isolasi  SAB.  Ampas  bengkuang dikeringkan  oven  18  jam  dengan  temperatur  60 o C. Ampas  bengkuang  kering  disaring  dengan  saringan sablon  200  mesh.  Serat  ampas  bengkuang  kering didapatkan.
Pembuatan  biokomposit  film.  Pati  bengkuang dengan  berat  10  gr  dilarutkan  dalam  100  mL aquades.  Larutan  ditambahkan  penguat  SAB. Variasi konsentrasi SAB yang digunakan sebesar 1, 2, 3 dan 4wt%. SAB didispersikan kedalam larutan dengan homogenizer ( WiseTis Equipment ultrasonic homogenization ).  Kondisi  yang  digunakan  saat homogenisasi  adalah  putaran  12.000  rpm  selama  2 menit.  Proses  gelatinisasi  dengan  penambahan gliserol  2  mL  kedalam  larutan.  Larutan  dipanaskan pada hot  plate pada  temperatur  60 o C  selama  20 menit.  Larutan  yang  telah  menggelatin  dituangkan dalam  cawan  petri  (diameter  150  mm).  Larutan dikeringkan oven  pada temperatur 50 o C selama 20 jam. Pengujian Penyerapan Uap Air Biokomposit Semua sampel biokomposit film/SAB dikeringkan oven sampai berat sampel konstan. Metode  pengujian  penyerapan  uap  air menggunakan  metode  gravimetri.  Semua sampel  dimasukkan  kedalam  kotak  tertutup yang berukuran p x l x t (170x 170 x 160 mm). Kondisi  kelembapan  relatif  dan  temperatur  di dalam  kotak  adalah  99%  dan  25 o C.  Sampel didiamkan  di  dalam  wadah  tertutup  selama  0- 360  menit.  Sampel  ditimbang  setiap  30  menit untuk  mengukur  pertambahan  berat  akibat penyerapan  uap  air  pada  bikomposit  film. Semua  sampel  ditimbang  menggunakan timbangan  digital  (Kenko)  dengan  ketelitian 0,1  mg.  Persentase  dari  penyerapan  uap  air didapatkan  dengan  cara  berat awal  sampel dikurangi  berat  akhir  sampel  dibandingkan dengan berat awal sampel. Pengujian FTIR Struktur  kimia  dari  biokomposit  film/SAB dipelajari dengan karakteristik FTIR menggunakan  FTIR instrument  the  perkin- elmer  frontier (Universitas  Negeri  Padang,
Indonesia) dengan rentang panjang gelombang (600-4000 cm -1 ) dengan resolusi 4cm -1 .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
FTIR Gambar 1 menunjukkan spektrum grafik FTIR dari  biokomposit  film  pati  bengkuang  yang ditambah  dengan  SAB.  Dari  gambar  tersebut, ada  beberapa  puncak  penyerapan  dari  gugus fungsional  biokomposit.  Pada wavenumber sekitar  3000 cm -1 terdapat  puncak  yang mengindikasikan adanya gugus peregangan OH pada  semua  sampel  biokomposit.  Pada  film bengkuang  tanpa  serat  memiliki wavenumber yang  lebih  besar  dibandingkan  yang  diberikan serat  yaitu  3297  cm -1 .  Setelah  ditambahkan serat, wavenumber bergeser ke arah yang lebih kecil.  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa  terjadi
pembentukan  formasi  ikatan  hidrogen  yang baik  di  dalam  biokomposit  yang  ditambahkan serat  yang  menandakan  berkurangnya  laju penyerapan  uap  air  film.  Kesimpulan  ini didukung oleh penelitian sebelumnya (Majdzadeh-Ardakani et al . 2010). Pada wavenumer sekitar  2900cm -1 semua sampel menunjukkan puncak. Ini diindikasikan adanya  getaran dari  gugus  fungsi  dari  C-H (Asrofi et. al . 2017). Gugus penyerapan air dari sampel  biokomposit  ditunjukkan  pada  daerah sekitar  1645  cm -1 .  Terlihat  bahwa  semua sampel  biokomposit  menunjukkan  puncak serapan air. Dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa  film biokomposit  tanpa  ditambahkan serat memiliki transmitansi yang paling rendah. Dengan rendahnya transmitansi,  maka serapan air menjadi dominan. Fenomena  ini  berbeda  ketika  film biokomposit  ditambahkan  dengan  SAB.  Film biokomposit  ini  memiliki  trasmitansi  yang lebih  tinggi  (absorban  rendah) dibandingkan dengan  film  murni  tanpa  penambahan  serat. Nilai transmitansi dari biokomposit 4wt% SAB yaitu  69,95%.  Hasil  ini  membuktikan  bahwa biokomposit  ini  kurang  bersifat  hidrophilik (suka  air).  Data  ini  juga  didukung oleh pengujian  serapan  uap  air.  Penelitian sebelumnya  juga  melaporkan  hasil  yang  sama dengan  fenomena tersebut (Nasri-Nasrabadi et al . 2014). Untuk wavenumber sekitar 1400-1300 cm -1 mengindikasikan  adanya  getaran  cincin aromatik  dari  lignin.  Ini  mengindikasikan bahwa  komponen  lignin  masih  ada  di  dalam SAB.  Hasil  ini  juga  didukung  oleh  penelitian sebelumnya  (Abraham et  al .  2011; Agustin  et al. 2013; Mahardika et al . 2018). Untuk gugus sekitar  1000 cm -1 ,  mengindikasikan  adanya gugus regangan dari C-C (Asrofi et al . 2017). Penyerapan Uap Air Biokomposit Film Pada Gambar 2 terlihat hasil pengujian serapan uap  air  untuk  semua  sampel  biokomposit. Gambar  2  merupakan  grafik  laju  penyerapan uap  air  dari  film  pati  murni  dan  biokomposit film. Dari  grafik tersebut terlihat pengurangan laju  serapan  uap  air  biokomposit  seiring dengan penambahan konsentrasi SAB dibandingkan  film  pati  murni.  Peningkatan serapan  uap  air  film  seiring  dengan  lama pengujian.  Hal  ini  dikarenakan  karakter hidrophilik  dari  molekul  pati  bengkuang  dan pengaruh  gugus  fungsi  OH  pada wavenumber 3297  cm -1 dari  hasil  pengujian  FTIR.  Pada lama  pengujian  120  menit  biokomposit  film

## FTIR dan Penyerapan Uap Air dari Biokomposit…                         (Mahardika, dkk)
telah mengalami titik jenuh serapan uap air.
Gambar 2. Grafik  penyerapan  uap  air biokomposit film/SAB
Laju serapan uap air terendah terdapat pada biokomposit  film  dengan  penambahan  4wt% SAB.    Hal  ini  mengindikasikan  serat  efektif dalam  mengurangi  laju  serapan  uap  air biokomposit  film  dan  mengurangi  sifat hidrophilik dari film pati.
Hasil  ini  mengindikasikan  penambahan SAB  meningkatkan  ketahanan  biokomposit film  terhadap  uap  air  dikarenakan  interaksi yang  baik  antara  gugus hydroxyl pada  SAB
dengan  gugus carboxyl pada  pati  yang membentuk  ikatan  hidrogen  yang  kaku. Penyebab  lain  penurunan  laju  serapan  uap  air adalah  molekul  air  sulit  untuk  berdifusi  di dalam  biokomposit  film  karena  fungsi  serat dapat mengurangi porositas berukuran mikro di dalam matriks pati. Analisis ini didukung oleh penelitian  sebelumnya  (Abral et  al .  2018; Asrofi et  al .  2018; Nasri-Nasrabadi et  al . 2014).

## KESIMPULAN
Penelitian  ini  adalah  penelitian  yang  pertama kali  melaporkan  efek  penambahan  SAB terhadap laju serapan uap air biokomposit film pati  bengkuang.  Hasilnya  adalah  efek penambahan konsentrasi SAB mengurangi laju serapan  uap  air  biokomposit  film  dan mengurangi  sifat  hidrophilik  film  pati  murni. Biokomposit  film  dengan  penambahan  4wt% SAB  memiliki  laju  serapan  uap  air  terendah. Pati  bengkuang  dan  SAB  sebagai  penguat sangat  menjanjikan  untuk  digunakan  sebagai bahan  baku  dalam  pembuatan  plastik  yang ramah  lingkungan.  Harapan  penulis  untuk meningkatkan  performa  biokomposit,serat terlebih  dahulu  dilakukan  proses  delignifikasi. Kemudian isolasi serat sampai berukuran nano.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih atas dukungan  finansial  dari  KEMENRISTEK DIKTI  Indonesia melalui  program  PMDSU Batch 2 sehingga penelitian dapat dilaksanakan. DAFTAR PUSTAKA Abraham,  E. et  al .,  2011.  Extraction  of Nanocellulose Fibrils from Lignocellulosic Fibres: A Novel Approach. Carbohydrate  Polymers , 86(4), 1468–1475. Abral,  H. et  al .,  2018.  Characterization  of Tapioca Starch Biopolymer Composites Reinforced with Micro Scale Waterhyacinth Fibers. Starch/Starke .
Abral,  H. et  al .,  2018.  Effect  of Vibration Duration  of High Ultrasound Applied  to Bio-Composite While Gelatinized  on Its Properties. Ultrasonics  Sonochemistry , 40, 697–702. Abral,  H.,  Mahardika,  M.  2016.  Tensile Properties of Bacterial Cellulose Nanofibers-Polyester Composites. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng ., 137, 12019.
Agustin,  M.B. et  al .,  2013.  Starch ‐ based Biocomposite Films Reinforced  with Cellulose Nanocrystals  from Garlic Stalks. Polymer Composites , 34(8), 1325– 1332. Asrofi. et al ., 2017. XRD and FTIR Sstudies of Nnanocrystalline Cellulose  from Water Hyacinth  (Eichornia Crassipes) Fiber. Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials , 29, 9-16. Asrofi.  et  al.,  2018.  Effect  of Duration  of Sonication During Gelatinization  on Properties  of Tapioca Starch Water Hyacinth Fiber Biocomposite. International Journal  of Biological Macromolecules , 108, 167-176.
de  M.  Teixeira,  E. et  al .,  2009.  Cassava Bagasse Cellulose Nanofibrils Reinforced Thermoplastic Cassava Starch. Carbohydrate Polymers , 78(3), 422–431. Karimi,  S. et al ., 2014. Biodegradable Starch- Based Composites: Effect  of Micro  and Nanoreinforcements on Composite Properties. Journal  of  Materials  Science , 49(13), 4513–4521. Lomelí-Ramírez,  M.G. et  al .,  2014.  Bio- Composites  of Cassava Starch-green Coconut Fiber:  Part  II—Structure  and Properties. Carbohydrate  Polymers ,  102,
576–583. Mahardika, M. et al ., 2018. . Production of  Nanocellulose  from  Pineapple  Leaf Fibers  via  High-Shear  Homogenization and Ultrasonication. Fibers , 6, 28. Majdzadeh-Ardakani,  K.,  Navarchian,  A.H.  & Sadeghi,  F.,  2010.  Optimization  of Mechanical Properties  of Thermoplastic Starch/Clay Nanocomposites. Carbohydrate Polymers , 79(3), 547–554. Mali,  S. et  al .,  2004.  Barrier, Mechanical  and Optical Properties  of Plasticized Yam Starch Films. Carbohydrate  Polymers , 56(2), 129–135. Müller,  C.M.O.,  Laurindo,  J.B.  &  Yamashita, F.,  2009.  Effect  of Cellulose Fibers Addition  on The Mechanical Properties and Water Vapor Barrier of Starch-based
Films. Food Hydrocolloids , 23(5), 1328– 1333. Nasri-Nasrabadi, B., Behzad, T. & Bagheri, R., 2014. Preparation and Characterization of Cellulose Nanofiber Reinforced Thermoplastic Starch Composites. Fibers and Polymers , 15(2), 347–354. Shariatinia, Z., & Fazli, M., 2015. Mechanical Properties  and Antibacterial Activities  of Novel Nanobiocomposite Films  of Chitosan and Starch. Food Hydrocolloids , 46, 112-124.
Vercelheze,  A.E.S. et  al .,  2012.  Properties  of Baked Foams Based on Cassava Starch, Sugarcane Bagasse Fibers and Montmorillonite. Carbohydrate  Polymers , 87(2), 1302–1310.