Disetujui: 16 April 2019
Jl. Soekarno-Hatta No.9, Malang, Indonesia
© 2019 Politeknik Negeri Malang
E-mail: nanik.hendrawati@polinema.ac.id

## Karakterisasi Biodegradable Foam dari Pati Sagu Termodifikasi dengan Kitosan Sebagai Aditif

## Nanik Hendrawati*, Ernia Novika Dewi, Sandra Santosa
Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang, Jl. Soekarno-Hatta No. 9, Malang, Indonesia
*E-mail: nanik.hendrawati@polinema.ac.id

## ABSTRAK
Biodegradable foam merupakan kemasan alternatif pengganti styrofoam yang menggunakan bahan baku utama berupa  pati  sehingga  kemasan  tersebut  dapat  terurai  secara  alami.  Namun,  produk  biodegradable  foam  yang dihasilkan masih memiliki karakteristik sifat yang rendah. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan konsentrasi kitosan terhadap karakteristik sifat biodegradable foam yang dihasilkan dari pati sagu alami  dan    termodifikasi  menggunakan  metode  hidrolisis  asam  –  alkohol.  Jenis  asam  yang  digunakan  pada hidrolisis asam adalah HCl. Konsentrasi kitosan yang ditambahkan pada penelitian ini divariasikan mulai dari 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 % w/w dari pati. Pembuatan biodegradable foam dilakukan menggunakan metode baking process yang dimulai dengan percampuran bahan selain pati sagu termodifikasi, dilakukannya pengadukan hingga campuran menjadi homogen dan mengembang, dan dipanggang didalam oven dengan suhu 125ºC. Analisa pada biodegradable foam  adalah analisa daya serap air, analisa kemampuan daya urai dan uji tarik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi asam – alkohol pada pati sagu tidak mempengaruhi gugus fungsi. Sifat mekanis biodegradable  foam  yang terbaik pada penelitian  ini diperoleh  menggunakan pati sagu termodifikasi HCl dan penambahan kitosan sebesar 20% w/w yang memiliki daya serap 4,95 %, densitas sebesar 1.2 g/m3 kemampuan degradasi sebesar 25.12 % dan kekuatan tarik sebesar 1,27 Mpa.
Kata kunci : Biodegradable Foam, Pati Sagu modifikasi asam, Kitosan, HCl

## ABSTRACT
Biodegradable foam is an alternative packaging for styrofoam which uses the main raw material in the form of starch so that the packaging can be decomposed naturally. However, the biodegradable foam products produced still  have  low  characteristics.  This  research  is  conducted  to  determine  the  effect  of  the  addition  of  chitosan concentration on the characteristics of biodegradable foam properties produced from  natural sago and modified sago  starch  using  acid-alcohol  hydrolysis  method.  The  type  of  acid  used  in  acid  hydrolysis  is  HCl.  The concentrations  of  chitosan  added  in  this  study  are  varied  from  0,  5,  10,  15,  20,  25,  30%  w  /  w  of  starch. Biodegradable foam production is carried out by using the baking process method which begins with the mixing of ingredients other than modified sago starch, stirring until the mixture becomes homogeneous and expands, and baked  in  an  oven  at  125ºC.  The  caracterisation  of  biodegradable  foam  are  water  absorption  analysis, biodegradability analysis, and tensile test. The results show that modification of acid-alcohol on sago starch do not affect the functional group. The best mechanical properties of biodegradable foam in this research are obtained by using HCl-modified sago starch and addition of chitosan by 20% w / w which have an absorption capacity of 4.95%, density of 0.6 g / m3, degradation ability of 25.12% and tensile strength of 1.27 MPa .
Keywords: Biodegradable Foam, Acid modified Sago Starch, Chitosan, HCl

## 1.  PENDAHULUAN
Penggunaan  styrofoam  sebagai  kemasan makanan  dan  minuman  telah  menjadi  gaya hidup  manusia  yang  serba  praktis  beberapa tahun  terakhir.  Karena  plastik  styrofoam mempunyai keunggulan praktis, ringan, serta mempunyai  nilai  ekonomis  yang  cukup rendah. Berbagai keunggulan yang
ditawarkan  oleh  kemasan  styrofoam  tidak lepas  dari  berbagai  kekurangan.  Masalah yang ditimbulkan dari penggunaan kemasan styrofoam  tidak  sebanding  dengan  manfaat yang diperoleh. Dampak penggunaan kemasan styrofoam adalah terjadinya migrasi bahan  kimia  yang  terkandung  dalam styrofoam terhadap makanan. Selain itu dampak  styrofoam  bagi  lingkungan  yaitu ketidakmampuan  styrofoam  terurai  secara alami  yang  apabila  dilakukan  pembakaran akan  menghasilkan  senyawa  dioksin  yang bersifat karsinogen.
Biodegradable  foam  merupakan  alternatif pengganti kemasan styrofoam menggunakan bahan  baku  utama  berupa  pati  sehingga kemasan  alternatif  tersebut  dapat  terurai secara alami. Namun, produk biodegradable foam  yang  dihasilkan  masih  memiliki  sifat mekanis  dan  ketahanan  terhadap  air  yang rendah  rendah[1].  Perbaikan  karakteristik sifat  mekanik  dapat  dilakukan  dengan menggunakan pati dengan rasio amilopektin tinggi dibanding amilosanya. Pada penelitian sebelumnya menyatakan bahwa “bahan baku pati sagu lebih rendah daya serap airnya dari pada pati singkong dan jagung” [2]. Hal itu di karenakan kadar amilopektin pada sagu lebih tinggi dari pada jagung dan singkong. Selain itu upaya dalam meningkatkan sifat fisik dan mekanis  dari  Biodegradable  foam  dapat dilakukan  dengan  memodifikasi  pati  seperti yang telah dilakukan bahwa penggunaan pati modifikasi juga dapat memperbaiki karakteristik  biodegradable  foam  yang dihasilkan. Modifikasi asam dengan menggunakan  metode  hidrolisis  asam  akan mendegradasi  hemiselulosa  dan  bagian amorf  selulosa  sehingga  hanya  tersusun bagian selulosa nanokristalin yang memiliki nilai  modulus  elastisitas  tinggi  sekitar  150 GPa sehingga diharapkan mampu meningkatkan  sifat  mekanik  biodegradable foam[3,4].  Salah  satu  bahan  yang  dapat meningkatakan  sifat  mekanis  biodegradable foam adalah kitosan. Penambahan konsentrasi kitosan dalam campuran biodegradable  foam  akan  menurunkan  daya serap  air  dan  meningkatkan  nilai  kuat  tarik
pada biodegradable foam[2]. Kitosan sangat mempengaruhi daya serap air pada biodegradable  foam,  semakin  tinggi  kitosan yang ditambahkan dalam adonan, maka akan semakin baik daya serap airnya[5].
Berdasarkan uraian data penelitian sebelumnya,  maka  pada  penelitian  ini  akan dipelajari  pengaruh  penambahan  kitosan pada pembuatan biodegradable foam dengan bahan  baku  utama  pati  sagu  termodifikasi. Modifikasi dilakukan dengan metode hidrolisis  asam  klorida.  Penelitian  ini diharapkan  menghasilkan biodegradable foam  mempunyai  ketahanan  air  dan  sifat mekanis yang baik.

## 2.  METODE PENELITIAN
2.1 Modifikasi Pati Sagu Metode

## Hidrolisis Asam - alkohol
Modifikasi  pati  sagu  menggunakan  metode hidrolisis  asam  -  alkohol  dilakukan  dengan mengikuti  metode  yang  digunakan  oleh peneliti  sebelumnya  [6],[7].  Sagu  sebanyak 300  g  (basis  kering)  direndam  dengan  3000 ml  metanol  dengan  penambahan  12  ml larutan  HCl  1  M  dengan  rentang  waktu perendaman selama 60 jam pada suhu 25ºC. Kemudian  dinetralisasi  dengan  larutan NaHCO 3 1  M  dan  dicuci  dengan  larutan etanol.  Setelah  itu  dilakukan  pengeringan dengan  suhu  40ᴼC.  Setelah  kering  sagu digiling dan diayak dengan ukuran 40 mesh, kemudian  disimpan  dalam  desikator  hingga digunakan.

## 2.2 Pembuatan Biodegradable Foam
Kitosan ditimbang sesuai variabel penelitian. Isolat  protein  murni  ditimbang  sebanyak  29 %  (w/w)  dari  berat  pati.  Kitosan  yang  telah ditimbang  dilarutkan  dalam  larutan  asam asetat.  Aduk  hingga  larutan  menjadi
homogen. Larutan kitosan, 5,56 % magnesium stearat, 2,08% karagenan, 16,67%  gliserol,  29%  isolat  protein  murni, dan 40% polivinil alkohol (PVOH) dari berat pati dimasukkan dalam satu wadah kemudian dilakukkan pengadukan cepat menggunakkan mixer selama  20  menit hingga  terbentuk  adonan  yang  homogen dengan penambahan air sedikit demi sedikit . Tunggu hingga adonan mengembang. Setelah itu pati sagu termodifikasi sebanyak 36  gram  dimasukkan  kedalam  adonan  dan lakukan pengadukan lambat selama 20 menit. Setelah  semua  tercampur  rata  tuangkan kedalam  loyang  hingga  memenuhi  setengah loyang.  Kemudian  dimasukkan  dalam  oven dengan suhu 125 o C selama 1 jam. Setelah itu, didinginkan dalam suhu ruang selama 4 hari. selanjutnya  dilakukan  analisa  kuat  tarik, water  absorption dan biodegradibility pada sampel.

## 2.3 Uji Daya Serap Air
Analisa  daya  serap  air  mengikuti  acuan standart  ABNT  NBR  NM  ISO  535  (1999) yaitu dilakukan pemotong sampel biodegradable  foam dengan  ukuran  2,5  x  5 cm.  Sampel  ditimbang  sebagai  berat  awal kemudian dicelupkan ke dalam air selama 1 menit  dan  dikeringkan  menggunakan  tisu untuk menghilangkan sisa air yang menempel  pada  permukaan  sampel  foam. Sampel  ditimbang  kembali  dan  dilakukan perhitungan  pertambahan  berat  sampel sehingga  didapatkan  %  daya  serap  airnya. Persamaan % daya serap air sebagai berikut.
% 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 = 𝑀𝑡 − 𝑀𝑜
𝑀𝑜 × 100%
Keterrangan:
Mt = berat sampel setelah perendaman Mo= berat sampel awal

## 2.4 Uji Daya Urai
Analisa  uji  kemampuan  daya  urai dilakukan dengan memotong sampel biodegradable foam masing-masing berukuran  2,5  x  5  cm,  kemudian  sampel  di
masukkan  dalam  desikator  dan  timbang sampel  sebagai  berat  awal  [8].  Kemudian sampel biodegradable  foam dimasukkan dalam  kotak  yang  berisi  tanah  dengan ketinggian  20  cm  selama  14  hari.  Dalam analisa  ini  tanah  yang  digunakan  adalah tanah  yang  diambil  dari  Politeknik  Negeri Malang.  Setelah  dilakukan  pemendaman selama 14 hari, sampel dibersihkan dari sisa- sisa tanah yang menempel dan timbang berat akhir  sampel.  Untuk  mengetahui  persen kehilangan  berat  dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑤𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 𝑙𝑜𝑠𝑠 (%) = (𝑊0 − 𝑊1) 𝑊0 × 100% Keterangan: W 0
=  Berat awal  (gram)
W 1
=  Berat Akhir (gram)

## 2.5 Uji Kekuatan Tarik ( Tensile Strenght)
Sampel  yang  akan  diuji  dipotong  sesuai standar  ASTM  D-638,  1991.  Disiapkan beberapa lembar sampel. Pengujian dilakukan  dengan  cara  kedua  ujung  sampel dijepit  mesin  penguji,  menyalakan power suhally dan set  up .  Mengatur  jarak maksimum,  kecepatan  pembebanan,  dan range beban atau gaya. Sampel ditarik secara perlahan  hingga  sampel  putus.  Dan  data langsung di tampilkan ke PC. Besarnya nilai kuat tarik dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini:
𝜎 = 𝐹 𝑚𝑎𝑘𝑠 𝐴 Keterangan: σ = Kuat tarik (N/mm 2 )
𝐹 𝑚𝑎𝑘𝑠 = Tegangan maksimum (N) A
= Luas permukaan (mm 2 )

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Analisa Daya Serap Air Gambar 1.
menunjukkan bahwa
biodegradable foam yang menggunakan pati modifikasi  HCl  memiliki  daya  serap  yang lebih rendah dibandingkan dengan biodegradable foam yang menggunakan pati
alami, hal ini berarti biodegradable foam dari pati  modifikasi  asam  HCl  mempunyai ketahanan terhadap  air  yang  jauh  lebih  baik daripada  biodegradable  foam  yang    berasal dari pati alami. Hal ini dimungkinkan karena pati hasil modifikasi, bagian amorfnya telah dirusak  sehingga  menyisakan  pati  bagian kristalin yang mempunyai ketahanan terhadap air yang lebih baik. Penurunan daya serap  air  dapat  terjadi  pada  pati  yang  telah dirusak bagian amorfnya oleh hidrolisis asam yang ditandai sensifitasnya cenderung menurun terhadap air[6].
Gambar  1.  juga  menunjukkan  pengaruh penambahan kitosan terhadap daya serap air biodegradable  foam bahwa  semakin  tinggi konsentrasi penambahan kitosan, maka daya serap  air biodegradable  foam semakin rendah.  Hal  ini  karena  kitosan  dapat membentuk  ikatan  hidrogen  yang  bersifat hidrofobik.  Ikatan  hidrogen  pada  kitosan terjadi karena adanya gugus fungsi amine dan gugus hidroksil[9]. Gugus amin (NH 2 - ) pada kitosan  dalam  larutan  asam  asetat  akan terprotonasi  menjadi  NH 3 + .  Selanjutnya gugus  NH 3 + akan  membentuk  ikatan hidrogen  dengan  OH - yang  menyebabkan biofoam  semakin  kuat  dan  tidak  mudah menyerap air [7]. Selain itu sifat kitosan yang dapat membentuk gel ketika dilarutkan dalam asam  asetat  menyebabkan  pembentukan membran atau film yang sukar ditembus oleh air.
Gambar 1 Hubungan atara % daya serap air dengan % kitosan

## 3.2 Analisa Biodegradability
Gambar  2.  menunjukkan  bahwa  sampel biodegradable foam dengan bahan baku pati modifikasi  HCl  memiliki  kemampuan  daya urai  15,03%  hingga  54,23%,  sedangkan biodegradable  foam  yang  berasal  dari  pati alami  mempunyai  daya  urai  sebesar    18,27 hingga  58,51  %.    Hal  ini  dikarenakan hidrolisis asam akan mendegradasi hemiselulosa  dan  bagian  amorf  selulosa sehingga  hanya  tersusun  bagian  selulosa nanokristalin  yang  memiliki  nilai  modulus elastisitas tinggi sehingga mempunyai kekuatan  mekanik  yang  lebih  baik  yang berakibat daya urai yang lebih rendah [9]. Gambar  2  juga  menunjukkan  pengaruh penambahan  kitosan  terhadap  daya  urai biodegradable  foam bahwa  semakin  tinggi konsentrasi penambahan kitosan menyebabkan  tingkat  degradasi  sampel biodegradable foam semakin rendah.
Gambar  2 Hubungan  antara  %  daya  urai dengan % kitosan
Hal  ini  dikarenakan  penambahan  kitosan menyebabkan  terbentuknya  ikatan  hidrogen yang kuat antara NH 3 + dari chitosan dan OH - dari pati. Gugus NH 2 - yang terkandung pada chitosan  akan    terprotonasi  menjadi  NH 3 + dalam  larutan  asam  asetat.  Nilai  dari  NH 3 + akan  semakin  meningkat  seiring  dengan bertambahnya jumlah chitosan dalam pembentukan foam sehingga foam menjadi lebih kuat dan tidak mudah terdegradasi oleh mikroba.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25 30 % daya se rap air % kitosan sampel HCL *pati sagu alami 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 % daya ur ai % kitosan sampel HCl *pati sagu alami
3.3 Analisa  Kuat  Tarik  Biodegradable
foam Gambar
3. menunjukkan bahwa biodegradable foam yang memliki kekuatan tarik  tertinggi  terjadi  pada  bahan  baku  pati termodifikasi HCl dengan kadar konsentrasi kitosan  15%  yaitu  1,5  Mpa  sedangkan  pada pati  alami  hasil  tertinggi  yaitu  pada konsentrasi  kitosan  25%  yaitu  sebesar  0,67 MPa.  Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa biodegradable foam menggunakan pati sagu termodifikasi  HCl  memiliki  nilai  kekuatan tarik  yang  sedikit  lebih  tinggi  dibandingkan dengan menggunakan pati sagu alami. Hal ini dikarenakan    modifikasi  asam  dengan menggunakan  metode  hidrolisis  HCl  akan mendegradasi  hemiselulosa  dan  bagian amorf  selulosa  sehingga  hanya  tersusun bagian selulosa nanokristalin yang memiliki nilai  modulus  elastisitas  sehingga  mampu meningkatkan  sifat  mekanik biodegradable foam [3] .
Gambar 3. Hubungan antara kekuatan tarik dan % kitosan
Begitu pula penambahan kitosan mempunyai peran  signifikan  untuk  peningkatan  sifat mekanis biodegradable  foam .  Gambar  3 menunjukkan  nilai  kuat  tarik  yang  terus meningkat hingga mencapai nilai maksimum pada  konsentrasi  kitosan  15%  w/w  sebesar 1,5  Mpa  untuk  pati  sagu  termodifikasi Setelah  itu  nilai  kuat  tarik  cenderung mengalami  penurunan  seiring  penambahan kitosan  disebabkan  karena  kitosan  tidak
terdistribusinya secara merata pada biodegradable  foam. Sedangkan  untuk biodegradable  yang  berasal  dari  pati  alami kuat tarik tertinggi dicapai pada penambahan kitosan  30  %    sebesar  0,67  Mpa.  Kitosan dalam  pembuatan biodegradable  foam ini akan  berinteraksi  dengan  amilosa  ataupun amilopektin  yang  terdapat  pada  pati. Interaksi yang terjadi adalah ikatan hidrogen. Dari  interaksi  yang  terjadi  dikatakan  bahwa kitosan  dapat  meningkatkan  sifat  mekanik biodegradable  foam dengan  membentuk ikatan  hidrogen  antar  rantai  sehingga biodegradable foam menjadi lebih rapat dan kaku.  Hasil  keseluruhan  uji  tarik  pati termodifikasi  menunjukkan  kecendurungan penambahan kitosan yang dapat mempengaruhi  sifat  mekanis biodegradable foam.

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil penelitian biodegradable  foam  menunjukkan  bahwa biodegradable foam menggunakan pati sagu termodifikasi  HCl  memiliki  ketahanan  air dan  kekuatan  tarik  yang  baik  dibandingkan dengan  menggunakan  pati  sagu  alami. Semakin  besar  konsentrasi  kitosan  yang ditambahkan pada biodegradable foam maka memiliki  kemampuan  daya  serap  air  yang rendah,  sukar  terdegradasi,  dan  semakin besar  nilai  kuat  tariknya.  Sifat  mekanis biodegradable foam yang baik pada penelitian ini diperoleh dengan menggunakan  pati  sagu  termodifikasi  HCl dan  penambahan  kitosan  sebesar  20%  w/w yang  memiliki  daya  serap  4,95  %,  densitas sebesar  1,2  g/cm 3 ,  kemampuan  degradasi sebesar  25.12  %  dan  kekuatan  tarik  sebesar 1,27 N/mm 2 .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Politeknik  Negeri  atas  pemberian  Hibah Penelitian  Reguler  No  Nomor  SP  DIPA  – 042.01.2.401004/2018 tanggal 05  Desember 2017 Politeknik Negeri Malang
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 5 15 25 35 K ek u at an T ar ik (M P a) % kitosan sampel HCl Pati Alami

## DAFTAR PUSTAKA
[1] G. M. Glenn, W. J. Orts, and G. A. R. Nobes, Starch, fiber and CaCo3 effects on  the  physical  properties  of  foams made  by  a  baking  process, Ind.  Crops Prod. ,  vol.  14,  no.  3,  hal.  201–212, 2001.
[2] N. Hendrawati, Y. I. Lestari, and P. A. Wulansari, Pengaruh Penambahan Kitosan  Terhadap  Sifat  Biodegradable Foam Berbahan Baku Pati The Effect of
Addition of Chitosan on the Property of Biodegradable  Foam  Prepared  from Starch, J. Rekayasa Kim. dan Lingkung. ,  vol.  12,  no.  1,  hal.  1–7, 2017.
[3] M. A.  Saïd Azizi Samir,  F.  Alloin, M. Paillet,  and  A.  Dufresne,  Tangling
Effect in Fibrillated Cellulose Reinforced Nanocomposites, Macromolecules ,  vol.  37,  no.  11,  hal.
4313–4316, 2004.
[4] Y. X. Xu, Y. Dzenis, and M. A. Hanna, Water solubility, thermal characteristics  and  biodegradability  of extruded  starch  acetate  foams, Ind.
Crops  Prod. ,  vol.  21,  no.  3,  hal.  361– 368, 2005.
[5] N. Kaisangsri, O.  Kerdchoechuen, and N.  Laohakunjit,  Biodegradable  foam tray  from  cassava  starch  blended  with natural  fiber  and  chitosan, Ind.  Crops Prod. , vol. 37, hal. 542–546, 2012.
[6] A.  Taufiqurrahman,  Modifikasi  asam ampas sagu dan pengaruhnya terhadap sifat  fisik  mekanik  biofoam  Thesis, Institut Pertanian  Bogor, 2014.
[7] Y. H. Chang, J. H. Lin, and C. L. Pan, Type  and  concentration  of  acid  on solubility  and  molecular  size  of  acid- methanol-treated rice starches differing in amylose content, Carbohydr. Polym. , vol. 79, no. 3, hal. 762–768, 2010.
[8] N. Hendrawati, A. R. Sofiana, and I. N. Widyantini,  Pengaruh  Penambahan Magnesium  Stearat  dan  Jenis  Protein Pada  Pembuatan  Biodegradable  Foam Dengan  Metode  Baking  Process ,  J. Bahan Alam Terbarukan , vol. 4, no. 2, hal. 34–39, 2015.
[9] P.  Dallan  et  al.,  Effects  of  Chitosan Solution Concentration and
Incorporation of Chitin and Glycerol on Dense  Chitosan  Membrane  Properties, J.  Biomed.  Mater.  Res.  B.  Ahall. Biomater .,  vol.  81B,  no.  1,  hal.  394– 405, 2007.