## PENGARUH PROSES PENGADUKAN TERHADAP KARAKTER ADONAN DAN SIFAT BIODEGRADABLE PLASTIC YANG DIBUAT DARI BUNGKIL BIJI JARAK PAGAR
Hari Arbiantara (1 ., Mahros Darsin (1 , Dr. Triana Lindriati (2
1) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember

## ABSTRACT
Pembuatan  biodegradable  plastik  dalam  penelitian  ini  diawali  dengan  pembuatan  adonan  dengan  menggunakan ekstruder  ulir  tunggal,  kemudian  adonan  dicetak  dengan  menggunakan  mesin  compression  molding.  Bahan  dasar yang  digunakan  adalah  campuran  antara  bungkil  biji  jarak  pagar,  tepung  jagung,  CMC  (komposisi  7:2:1). Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mempelajari  pengaruh  sudut  helic  dan  compression  ratio  ulir    terhadap  karakter adonan  dan  biodegradable  plastik  yang  dihasilkan.  Sudut  helic  ulir  divariasikan  dari  2,5o;  5o;  7,5o  dan compression  ratio  ulir  divariasikan  dari  1,5;  2,5;  3,5.  Hasil  penelitian  menunjukkan  peningkatan  sudut  helic  ulir mempermudah  proses  cetak  plastik  (menurunkan  nilai  Tg,  Tm,  ΔH  dan  tekstur  adonan)  serta  meningkatkan  sifat fisik mekanik dari biodegradable plastik yang dihasilkan (kekuatan tarik, regangan meningkat sedangkan ketebalan dan  Water  Vapor  Transmition  Rate  menurun).  Peningkatan  compression  ratio  meningkatkan  sifat  thermal  dan menurunkan  tekstur  adonan  serta  meningkatkan  kekuatan  tarik  dan  regangan,  menurunkan  ketebalan  dan  Water Vapor Transmition Rate dari biodegradable plastik yang dihasilkan.
Keyword: plastik biodegradable, adonan, sudut helic, compression ratio, bungkil biji jarak pagar

## PENDAHULUAN
Dengan  makin  dikembangkannya  jarak  pagar  sebagai bahan  bakar  alternatif,  perlu  juga  dikembangkan penelitian  mengenai  pemanfaatan  limbah  proses pengepresannya  yaitu  bungkil.  Salah  satunya  adalah PTP  XII  Purwoharjo  Banyuwangi,  instansi  yang sampai  saat  ini  menggunakan  minyak  jarak  pagar untuk memenuhi kebutuhan energinya. Proses pemisahan  minyak  dari  biji  jarak  menghasilkan  bahan sisa (by product) berupa ampas/bungkil.
Menurut  Trabi  (1977)  bungkil  biji  jarak  pagar  masih mengandung  protein  56,4  –  63,8  %,  lemak  1  –  1,5% dan pati 19,1% (%bk), sehingga memungkinkan untuk dikembangkan  menjadi  bahan  dasar  berbagai  macam produk.  Berbagai  penelitian  telah  dilakukan  untuk mengembangkan pemanfaatan bungkil biji jarak pagar, diantaranya  untuk  pupuk  dan  pakan  ternak  (Trabi, 1977).  Arbiantara  (2008),  telah  mengembangkan bungkil  biji  jarak  pagar  sebagai  bahan  plastik biodegradabel.
Bungkil  biji  jarak  pagar  dapat  dibuat  menjadi  plastik biodegradabel dengan menggunakan mesin compression  molding  yang  dioperasikan  pada  suhu 1400C  dan  waktu  penekanan  30  menit.  Dimana  akan dihasilkan  film  dengan  karakter:  kekuatan  tarik  (σ) 3.921526  Mpa,  regangan  (ε)  23.017  %,  laju  transmisi uap  air  (WVTR)  1.49970E-05  g/jam.mm2,    ketebalan 0.260333 mm dan  warna (derajat kecerahan)  61.956* (Arbiantara,  2008).  Akan  tetapi  dalam  proses pembuatan  plastik  biodegradabel  tersebut  masih membutuhkan  perlakuan  aging  sebagai  perlakuan pendahuluan,  dengan  waktu  aging  cukup  lama  (satu minggu).
Pengadukan intensif dapat digunakan sebagai pengganti  perlakuan  aging,  bahkan  film  yang dihasilkan  memiliki  karakter  lebih  baik  (Cunningham et  al.,  2000).  Salah  satu  alat  pengaduk  yang  banyak diaplikasikan  dalam  pengolahan    plastik  adalah  screw ekstruder (Kaylon and Sangani, 1989).
Pengaruh  gaya  geser  (shear)  yang  ditimbulkan  screw pada  screw  extruder  akan  mempengaruhi  agregasi molekul.  Dimana  gaya  shear  dipengaruhi  oleh konfigurasi  ulir,  dan  kecepatan  putar  ulir  (Bjorck  and Asp,  1983).  Qomaruddin  (2010)  melakukan  penelitian pada  edible  film  berbahan  dasar  tapioka  menyatakan semakin  tinggi  nilai  rasio  kompresi  akan  terjadi peningkatan nilai kekuatan tarik dan nilai regangan, hal ini  dikarenakan  dengan  meningkatnya  rasio  kompresi akan  menurunkan  nilai  rata  –  rata  shear  stress  dan menurunkan  kecepatan  alir  bahan  yang  berakibat semakin  banyaknya  polimer  terbentuk.  Nilai  kekuatan tarik  tertinggi  dihasilkan  pada  putaran  100  rpm  dan rasio kompresi 3.5 sebesar 0.622 Mpa.
Selain  itu,  pemanasan  akan  meningkatkan  agregasi molekul  (Pomet,  2003).  Pramuji    (2011)  melakukan penelitian  pada  edible  film  berbahan  dasar  tapioka menyatakan    semakin  tinggi  suhu  pengadukan  akan menghasilkan  sifat  mekanik  plastik  lebih  baik. Kombinasi  yang  sesuai  antara  shear  dan  suhu  akan menghasilkan  plastik  bidegradabel  dengan  karakter optimum.

## METODE PENELITIAN

## A. Bahan
Bahan  dasar  yang  digunakan  untuk  pembuatan biodegradable  plastik  tepung  bungkil  biji  jarak  pagar,
Tabel 1. Hasil pengukuran adonan dan lembaran plastik biodegradabel
Screw (sudut:CR) Tekstur (mm/30d et) Kek.T arik (MPa) Regan gan (%) Tebal (mm) WVTR (gr/jam. mm 2 ) Kela rutan (%) 2.5 0 : CR 1.5 86.333 1.453 5.513 0.22 0.00016 0.286 2.5 0 : CR 2.5 73.333 1.781 6.667 0.218 0.00015 0.255 2.5 0 : CR 3.5 61.667 1.969 7.436 0.201 0.00014 0.243 5 0 : CR 1.5 77.667 2.014 7.308 0.196 0.00014 0.296 5 0 : CR 2.5 76.000 2.752 9.615 0.191 0.00013 0.276 5 0 : CR 3.5 72.667 2.334 7.821 0.190 0.00012 0.260 7.5 0 : CR 1.5 57.000 3.142 8.077 0.183 0.00011 0.303 7.5 0 : CR 2.5 53.333 3.258 9.872 0.176 0.00009 0.289 7.5 0 : CR 3.5 49.000 2.785 8.974 0.176 0.00009 0.277
tepung  jagung,  CMC  (komposisi  7:2:1),    dengan pelarut  aquadest  dan  gliserol  sebagai  pemlastik  (30% b/b).  Bahan-bahan  tersebut  dicampur/diaduk  dengan menggunakan  screw  ekstruder  dengan  variasi  rasio kompresi  screw  (1.5,  2.5,  dan  3.5)  dan  variasi  sudut helic screw (15 0 , 30 0 , 45 0 ) untuk dihasilkan adonan.

## B. Pembuatan tepung Jarak Pagar
Bungkil  biji  Jarak  pagar  diperoleh  dari  hasil samping (by product) pengepresan minyak jarak untuk biodiesel  yang  berada  di  PTPN  XII,  Purwoharjo, Banyuwangi, Jawa Timur. Prosedur pembuatan tepung biji  jarak  pagar  meliputi  pengeringan  bungkil  dalam oven  pada  suhu  50 o C  selama  12  jam.  Ampas  kering kemudian  dihancurkan  menggunakan  blender,  dan disaring dengan ayakan tyler 200 mesh.

## C. Pencetakan plastik biodegradabel
Adonan  yang  dihasilkan  kemudian  dikompresi dengan  menggunakan  mesin  compression  molding dengan  tekanan  1,1  MPa  dan  waktu  tekan  12  menit dengan suhu 1700C. Hasil akhir dari proses ini berupa lembaran plastik.

## D. Pengukuran paramater

## Pengukuran Tekstur Adonan
Pengukuran  kekerasan  dengan  menggunakan  alat penetrometer.  Tombol  di  bagian  atas  ditekan  untuk mengatur  agar  jarum  indikator  berada  pada  posisi angka  nol.  Selanjutnya  meletakkan  ujung  bagian bawah  penetrometer  ke  permukaan  bahan  yang  akan diukur,  Penetro  ditekan  secara  perlahan  hingga  jarum bergerak  selama  30  detik.  Angka  yang  ditunjukkan oleh  jarum  adalah  nilai  tekstur.  Pengukuran  dilakukan 3  kali  ulangan  pada  5  titik  yang  berbeda  hasil  dirata- rata dan satuan tekstur adalah mm/30detik.
Sifat Thermal (DSC, ASTM D3418-08)
Pengujian  dilakukan  pada  bahan  adonan  7  mg, menggu  nakan  standar  ASTM  D3418-08.  Pemanasan deprogram  dari  0 o C  250 o C  dengan  laju  pemanasan 10 o C per  menit  dan laju aliran  gas  nitrogen 50  ml  per menit.
Kekuatan  Tarik  dan  Regangan  Plastik  (ASTM  D638- 94)
Potongan  plastik  biodegradabel  dengan  ukuran lebar  10  mm  dan  panjang  80  mm  disimpan  terlebih dahulu  dalam  toples  berisi  silika  gel  selama  satu  hari. Kemudian  kekuatan  tarik  plastik  diukur  dengan menggunakan  Universal  Testing  Machine.  Kecepatan penarikannya 19.05 mm/menit. Ukuran spesimen dapat dilihat pada Gambar 1.
Ketebalan Plastik Pengukuran ketebalan menggunkan alat mikrometer (Digimioro ME 50HA, Nikon Corporation, Nikon,  Japan).  Lembaran  plastik  yang  telah  terbentuk diukur ketebalannya pada tiga posisi yang berbeda dan kemudian diambil nilai rata-ratanya.

## Laju Transmisi Uap Air (WVTR)
Tabung  diisi  silica  gel  10  gram  ditutup  dengan plastik  yang  akan  diuji.  Permukaan  antara  tabung dengan  plastik  dilapisi  lilin,  terus  permukaan  luar plastik  diikat  dengan  isolasi  plastik  sehingga  tabung tertutup rapat. Tabung tersebut dimasukan dalam toples yang  diisi  dengan  NaCl  40%  (b/v).  Simpan  toples tersebut  pada  suhu  25oC,  Tabung  tersebut  ditimbang tiap  1  jam  selama  3  hari.  Kecepatan  perubahan  berat plastik  dibagi  luas  area  plastik  merupakan  nilai WVTRnya. Sehingga WVTR tersebut dapat dirumuskan:
  g/jam.mm2 Plastik Area Luas Plastik Berat Perubahan Kecepaan WVTR 

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan  plastik  biodegradable  yang  didahului dengan proses pengadukan menggunakan single screw extruder  menunjukkan  hasil  yang  positif,  yaitu  akan mempersingkat proses aging, meningkatkan homogenitas adonan yang akhirnya akan meningkatkan beberapa sifat fisik dan mekanik plastik.

## A. Hasil pengujian terhadap adonan
Hasil  pengujian  terhadap  adonan  (Tabel  1.) menunjukkan  bahwa  peningkatan  nilai  CR  dan  sudut screw  menurunkan  nilai  tekstur  adonan.  Capaian terbaik yang dapat diperoleh dengan memvariasi screw adalah  pada angka 86.333 (mm/30det) tekstur.
R66 10 26 80 20 40
Gambar 1. Spesimen uji tarik (menurut ASTM D638-94 dalam Chang et al, 2000)
Menurut  Arbiantara  (2011),  peningkatan  nilai  CR dapat  menurunkan  kecepatan  aliran  bahan  (hasil perhitungan  dengan  program  Fluent)  yang  berarti semakin  meningkatkan  waktu  tinggal  bahan  didalam screw. Sehingga peningkatan nilai CR dapat meningkatkan  derajat  pengadukan  dan  meningkatkan pencampuran  bahan-bahan  di  dalam  adonan,  dimana matrik  protein  lebih  tersebar  merata  di  dalam  adonan dan manghasilkan tekstur adonan lebih baik.
Peningkatan sudut helic screw dari 2.50 ke 50 akan meningkatkan nilai tekstur akan tetapi peningkatan dari 5 0 ke 7.5 0 justru akan menurun nilai tekstur. Penurunan nilai  tekstur  menunjukkan  bahwa  adonan  semakin kenyal.  Peningkatan  sudut  helic  meningkatkan  nilai tegangan geser juga nilai tekstur. Hal ini kemungkinan disebabkan  adanya  denaturasi  protein  karena  adanya panas  dan  tekanan  selama  proses  ekstrusi  dan  protein tereorientasi membentuk struktur yang lebih komplek.
Gambar  1  menunjukkan  hasil  pengujian  DSC, diketahui  bahwa  nilai  sudut  screw  dan  CR  akan menurunkan  temperatur  transisi  bahan  (Tg)  mencapai 50.29 0 C.  Bahkan  fase  transisi  sudah  terlewati  oleh pengadukan  menggunakan  CR  screw  3.5(Gambar 1.(c)).  Terhadap temperature melting  (Tm),  perubahan kenaikan CR menurunkan Tm  hingga 116.4 0 C disertai penurunan jumlah entalphi (ΔH) yang diperlukan untuk menuju  fase  melting,  yaitu  sebesar  446.4915  J/g. Sedangkan  kenaikan  sudut  screw  menaikkan  nilai  Tm (Gambar 1.(b)).
Perlakuan tegangan geser oleh pengadukan menggunakan screw ekstruder menyebakan protein dan karbohidrat  sebagai  penyusun  plastik  mengalami
perubahan  fase.  Penggunaan  CR  screw  yang  besar memberi  cukup  waktu  bagi  perlakuan  tegangan  geser mengubah  adonan  melewati  fase  transisi  sehingga adonan  sudah  tidak  dapat  dicetak  menjadi  plastik. Demikian  pula  sebaliknya  jika  perlakuan  tegangan geser  tidak  cukup  maka  perlu  banyak  energy  yang digunakan  untuk  proses  cetak  plastik  (Tm, Δ H  besar). Secara  umum  dapat  dikatakan  bahwa  pengadukan dengan  screw  ekstruder  pada  CR  yang  tepat  akan mempermudah proses pencetakan plastik.

## B. Hasil pengujian terhadap plastik biodegradabel
Perbaikan  juga  ditunjukkan  pada  pengukuran  sifat- sifat  plastik  biodegradabel  (Tabel  1.)  yang  telah dihasilkan  yaitu  meningkatnya  kekuatan  tarik  (3.258 MPa),  meningkatnya  regangan/keuletan  (9.872%), menurunkan  ketebalan    atau  mampu  cetak  lebih  tipis (0.17 mm), menurunkan WVTR (0,00009 gram/jam.mm2)  serta  menurunkan  kelarutan  plastik dalam air (0.243%).
Tabel 1. menunjukan bahwa semakin meningkatnya rasio kompresi akan meningkatkan nilai kekuatan tarik plastik  biodegradabel.  Menurut  Arbiantara  (2011), peningkatan  rasio  kompresi  akan  menurunkan  nilai rata-rata  tegangan  geser  dan  menurunkan  kecepatan alir  bahan.  Penurunan  kecepatan  alir  bahan  akan meningkatkan waktu tinggal ( residence time ), sehingga pengadukan  lebih  intensif  yang  berakibat  semakin banyaknya  terbentuk  ikatan  polimer  terbentuk. Sebaliknya dengan peningkatan sudut yang besar akan
(a) Sudut 2.50 ; CR 1.5 (b) Sudut 7.50 : CR 1,5 (c) Sudut 2.50 ; CR 3.5
Gambar 2. Grafik Pengujian DSC pada plastik dengan variasi sudut dan CR screw
Gambar 4. Pengaruh perlakuan sudut screw terhadap berbagai karakter adonan dan sifat plastik biodegradabel
Gambar 3. Pengaruh perlakuan rasio kompresi (CR) screw terhadap berbagai karakter adonan dan sifat plastik biodegradabel
mengakibatkan  penurunan  kekuatan  tarik,  hal  ini diakibatkan  karena  ikatan  rusak  oleh  tegangan  geser yang berlebih pada proses pengadukannya.
Peningkatan  rasio  kompresi  akan  menaikkan  nilai regangan . Peningkatan rasio kompresi akan meningkatkan waktu tinggal bahan selama pengadukan (Arbiantara, 2011) sehingga mengakibatkan pengadukan  lebih  intensif.  Pengadukan  intensif  akan mengakibatkan  molekul  plastisizer  (gliserol  dan  air) lebih  tercampur  dan  menyisip  diantara  molekul polimer.  Sebaliknya  dengan  peningkatan  sudut  yang berlebih akan mengakibatkan penurunan regangan, hal ini  diakibatkan  karena  tegangan  yang  dihasilkan menjadi  besar,  sehingga  ikatan  antar  bahan  kurang optimal.
Peningkatan  rasio  kompresi  akan  menurunkan  nilai ketebalan  hal  ini  disebabkan  karena  meningkatnya rasio  kompresi  akan  menyebabkan  pemutusan  rantai serat polimer. Polimer dengan serat yang lebih pendek akan  lebih  mudah  leleh  sehingga  pada  saat  proses pengepresan  menghasilkan  plastik  yang  lebih  tipis. Begitu  juga  dengan  meningkatnya  sudut  screw  akan menurunkan nilai ketebalan plastik biodegradabel.
Peningkatan  meningkatnya  rasio  kompresi  akan menurunkan  nilai  WVTR    hal  ini  disebabkan  karena meningkatnya  rasio  kompresi  akan  menyebabkan pemutusan  rantai  serat  polimer.  Polimer  dengan  serat yang  lebih  pendek  akan  lebih  mudah  leleh  sehingga pada  saat  proses  pengepresan  menghasilkan  plastik yang  lebih tipis.  Hal  ini  akan mempengaruhi besarnya laju  transmisi  uap  air  pada  pada  plastik.  Begitu  juga dengan  meningkatnya  sudut  akan  menurunkan  nilai WVTR  plastik  biodegradabel  dikarenakan  dengan adanya  kenaikan  sudut  (peningkatan  tegangan  geser), granula  pati  mulai  terjadi  pembengkakan  sehingga ikatan antar partikel semakin optimal.
Peningkatan  nilai  CR  menurunkan  nilai  kelarutan plastik.  Peningkatan  nilai  CR  disertai  meningkatknya derajat  pengadukan  dan  meningkatknya  pencampuran bahan-bahan  di  dalam  adonan,  dimana  matrik  protein lebih  tersebar  merata  di  dalam  adonan  dan  member kemampuan  cetak  lebaih  baik.  Sehingga  dapat menurunkan  jumlah  kelarutan  plastik  dalam  air. Sementara  peningkatan  sudut  screw  pada  pengadukan dapat  memperbesar  kelarutan  karena    perlakuan tegangan geser yang terlalu besar dapat merusak rantai polimer.

## KESIMPULAN
Proses  pengadukan  pada  pembuatan  plastik biodegradabel  akan  lebih  efektif  jika  menggunakan screw  ekstruder,  yang  sekaligus  dapat  menggantikan proses  aging.  Profil  screw  ekstruder  (sudut  dan  CR- nya)  berperan  dalam  menghasilkan  tegangan  geser pada  bahan,  dan  terbukti  dapat  memperbaiki  karakter plastik  biodegradabel  yang  dibuat  dari  bahan  bungkil jarak  pagar.  Peningkatan  sudut  helic  ulir  menurunkan nilai  tekstur  adonan  meningkatkan  kekuatan  tarik,
regangan  serta  menurunkan  ketebalan  dan  Water Vapor  Transmition  Rate  dari  plastik  biodegradabel yang  dihasilkan.  Peningkatan  compression  ratio menurunkan  tekstur  adonan,  meningkatkan  kekuatan tarik,  regangan,  menurunkan  ketebalan  dan  Water Vapor  Transmition  Rate  dari  plastik  biodegradabel yang dihasilkan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Arbiantara, H. 2008. Pengembangan Compression Molding dalam Pembuatan Plastik  Biodegradabel dari Bungkil Biji jarak Pagar. J. Rotor 2(2):9-17.
[2] Arbiantara  H,  Santoso  M,  Mahros  D,  A  Syuhri, 2011.  Pengaruh  Sudut  Helic  dan  Compression Ratio  Ulir  Terhadap  Nilai  Kecepatan  Aliran, Shear  Rate,  Perubahan  Tekanan,  Viskositas  dan Tegangan Geser. J. Rekayasa 8(1):132-139.
[3] Cunningham  P,  A.A.  Ogale,  P.L.  Dawson  PL, J.C.  Acton,  2000.  Tensile  properties  of  soy protein  isolate  films  produced  by  a  thermal compaction technique. J Food Sci 65(4):668–671.
[4] Irwanto,  2006.  Pengembangan  Tanaman  Jarak Pagar (Jatropha curcas L) Sebagai Sumber Bahan Bakar Alternatif. http://www.irwantoshut.com
[5] Kalyon,  D.M.  and  H.N.  Sangani,  1989.  An experimental study of distributive mixing in fully intermeshing,  co-rotating  twin  screw  extruders. Polymer Eng and Sci 29(15):1018-1026
[6] Makkar, H.P.S. and K. Becker, 1997. Potential of Jatropha  seed  cake  as  protein  suplement  in livestock feed and constraints to its utilization. In :  Proceedings  of  Jatropha  97:  International Symphosium  on  Biofuel  and  Industrial  Products from Jatropha curcas and other Tropical Oil Seed Plants, February 23-27, Managua, Nicaragua.
[7] Pommet M, A. Redl, M.H. Morel, S. Domenek, S. Guilbert,  2003.  Thermoplastic  processing  of protein-based  bioplastics:  chemical  engineering aspects  of  mixing,  extrusion  and  hot  molding. Macromol Symp 197:207–217
[8] Trabi,  M.,  G.M.  Gubitz,  W.  Steiner,  N.  Foidl, 1997.  Fermentation  of  Jatropha  curcas  seeds  and press  cake  with  Rhizopus  oryzae.  Dalam  : Biofuels  and  Industrial  Products  from  Jatropha Curcas.  Gubitz,  G.M.,  M.  Mittelbach,  M.  Trabi (Eds). DBV Graz.