Equilibrium Journal of Chemical Engineering 6(1) (2022) 45–49

## E QUILIBRIUM J OURNAL OF

## C HEMICAL E NGINEERING
Homepage: https://jurnal.uns.ac.id/equilibrium

## Pembuatan Plastik Biodegradable Pati Jagung Terplastisasi Sorbitol dengan Pengisi Selulosa dari Ampas Tebu
Ardimas Fauzan Huwaidi a * , Edy Supriyo a
a Program Studi Teknologi Rekayasa Kimia Industri, Sekolah Vokasi, Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia 50275
* Corresponding author: ardimasf@gmail.com
DOI: https://dx.doi.org/10.20961/equilibrium.v6i1.62552

## Article History
Received: 27-06-2022, Accepted: 07-08-2022, Published: 09-08-2022
Kata kunci: Ampas Tebu, Bioplastik, dan Selulosa
ABSTRAK. Plastik  menimbulkan  kerusakan  lingkungan  karena  sifatnya  yang  sulit  terurai  secara alami.  Banyaknya  ampas  tebu  di  Indonesia  dan  tingginya  kandungan  selulosa  dapat  digunakan sebagai  pengisi  pada  pembuatan  bioplastik.  Selulosa  memberikan  sifat  kedap  air,  menghambat biodegradasi,  dan  meningkatkan  kuat  tarik  bioplastik.  Oleh  karena  itu  dilakukan  penelitian pembuatan bioplastik menggunakan ampas tebu sebagai pengisi. Pembuatan bioplastik menggunakan metode solution casting. Hasil terbaik pengujian daya serap air pada rasio pati : ampas tebu 7,5:2,5; massa sorbitol 2,3 g; dan suhu 75 o C dengan nilai 46,638%. Hasil terbaik pengujian biodegradasi pada rasio pati:ampas tebu 8,5:1,5; massa sorbitol 2,7 g; dan suhu 65 o C dengan nilai 88,253%. Hasil terbaik pengujian kuat tarik dan perpanjangan putus dengan nilai 2.9574 N/mm 2 dan 0.8896%. Hasil kedua pengujian masih belum memenuhi standar SNI 7828:2014.
Keywords: Bagasse, Bioplastic, and Cellulose
ABSTRACT. Plastic causes environmental pollution because it is difficult to decompose in nature. The large amount of bagasse in Indonesia and the high cellulose content can be used as filler for making bioplastics. Cellulose as a bioplastic filler provides water resistance, inhibits biodegradation, and increases tensile strength. Therefore, research was conducted using bagasse as a bioplastic filler. Bioplastics are made by the solution casting method. The best results of water absorption at the ratio of starch: bagasse 7.5:2.5; mass of sorbitol 2,3 g; and temperature of 75 o C with a value of 46.638%. The best results of biodegradability at the ratio of starch: bagasse 8.5:1.5; mass of sorbitol 2,7 g; and temperature of 65 o C with a value of 88.253%. The best results of tensile strength and elongation at break are 2.9574 N/mm 2 and 0.8896%. The results of the both tests still do not meet the requirements of SNI 7818:2014 standard.

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia menghasilkan sampah sebesar 33,2 juta ton per tahun. Sampah plastik menyumbang 17% dari total sampah atau sekitar 5,7 juta ton per tahun [1]. Banyaknya plastik dapat menimbulkan permasalahan pencemaran lingkungan,  karena  plastik  merupakan  polimer  sintetis  dari  minyak  bumi  yang  terbatas  jumlahnya,  tidak  dapat diperbaharui,  dan  sifat  plastik  yang  sulit  terurai  [2].  Solusi  permasalahan  tersebut  yakni  penggantian  bahan kemasan  plastik  konvensional  dengan  bahan  yang  mudah  terurai  di  alam  dan  bersifat  ramah  lingkungan  yang disebut biodegradable plastic (Bioplastik) [3]. Biodegradable plastic (Bioplastik) memiliki fungsi dan kegunaan layaknya plastik konvensional, namun dapat terurai oleh mikroorganisme menjadi air dan karbon dioksida (CO 2 ) kemudian dibuang ke lingkungan. Bahan baku bioplastik  berasal  produk  tanaman  seperti  pati  dan  selulosa  [3].  Pati  sebagai  bahan  baku  bioplastik  memiliki keuntungan jumlahnya berlimpah, harga murah, dan dapat diperbaharui [4]. Namun, bioplastik berbahan dasar pati memiliki kekurangan yaitu bersifat tidak tahan air, rapuh, dan kaku [5].
Plasticizer  digunakan  untuk  memberikan  sifat  elastis  dan  mengurangi  sifat  rapuh  dan  kaku  pada  bioplastik dengan cara mengurangi ikatan hidrogen pada ikatan molekuler [6]. Penggunaan sorbitol sebagai plasticizer dalam pembuatan bioplastik menghasilkan nilai kuat tarik dan elongasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan gliserol [7].
Kementerian  Pertanian  mendata  bahwa  produksi  tebu  nasional  pada tahun  2021  adalah  2,36  juta  ton/tahun. Jumlah tersebut meningkat 2,58% dari tahun lalu sebesar 2,29 juta ton/tahun [8]. Produksi gula menggunakan tebu menghasilkan  30-40%  limbah  ampas  tebu  [9].  Oleh  karena  itu,  diperlukan  pemanfaatan  ampas  tebu  agar mengurangi  limbah  yang  dihasilkan.  Ampas  tebu  berpotensi  sebagai  bahan  baku  pembuatan  bioplastik  karena
memiliki kandungan selulosa sebesar 40-55%, hemiselulosa 20-25%, Lignin 20-34%, dan zat ekstraktif lain 2-6% [10]. Selulosa sebagai filler bioplastik berfungsi untuk memberikan sifat tahan air, menghambat biodegradasi, dan meningkatkan sifat kuat tarik [11].
Penelitian  serupa  telah  dilakukan  oleh  Lindriati  et  al. (2021)  dengan  menggunakan  bahan  baku  berupa  pati singkong  dan plasticizer gliserol.  Penelitian  tersebut  mengkaji  variasi  variabel  yang  menghasilkan  bioplastik terbaik.  Selanjutnya,  penelitian  serupa  juga  pernah  dilakukan  oleh  Mosisa  (2021)  dengan  menggunakan  bahan baku berupa pati jagung dan ampas tebu. Pada penelitian tersebut  dikaji hal mengenai  karakter bioplastik  yang dihasilkan kemudian dilakukan optimasi. Setelah mengkaji beberapa penelitian terdahulu, pada penelitian kali ini dilakukan pembuatan bioplastik dengan bahan baku pati jagung, plasticizer sorbitol, serta pengisi selulosa ampas tebu dengan variasi komposisi yang belum dilakukan oleh penelitian sebelumnya.
Oleh  karena itu,  tujuan  penelitian  ini  adalah (a) membuat  bioplastik  berbahan  dasar  pati  jagung,  plasticizer sorbitol,  dan  pengisi  selulosa  dari  ampas  tebu  dengan  variasi  komposisi  tertentu  dan  (b)  mengetahui  variasi komposisi  yang  terbaik  berdasarkan  hasil  pengujian  daya  serap  air,  biodegradasi,  kuat  tarik,  dan  perpanjangan putus.

## 2. BAHAN DAN METODE

## 2.1 Alat
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian,  antara  lain  gelas  kimia,  termometer, magnetic  stirrer  hotplate ,  oven, blender, spatula, neraca digital, kertas saring, cetakan kaca, gelas ukur, pipet, desikator, dan ayakan 50 mesh.

## 2.2 Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian, antara lain akuades, pati jagung merek mamasuka, ampas tebu, NaOH 98%, dan sorbitol 70% yang didapatkan dari Toko Kimia Indrasari, Semarang.

## 2.3 Persiapan Sampel
Persiapan  sampel  menggunakan  proses  delignifikasi.  Pertama  jemur  ampas  tebu  di  bawah  sinar  matahari hingga  kering.  Kemudian  potong  ampas  tebu  menjadi  potongan-potongan  kecil  dan  haluskan  menggunakan blender. Setelah itu ayak ampas tebu menggunakan ayakan ukuran 50 mesh. Selanjutnya tambahkan NaOH 10% b/v akuades dan ampas tebu dalam gelas kimia glass untuk melarutkan hemiselulosa dan lignin sehingga diperoleh selulosa. Panaskan dan aduk menggunakan magnetic stirrer hotplate pada suhu 80 o C selama 60 menit. Lakukan filtrasi menggunakan kertas saring dan residu dicuci dengan akuades. Terakhir oven residu hingga kering.

## 2.4 Pembuatan Bioplastik
Pertama tambahkan pati dan selulosa 7.5:2.5 dan 8.5:1.5. Kemudian masukkan 100 ml akuades ke dalam gelas kimia. Panaskan dan aduk dengan magnetic stirrer hotplate pada suhu 65 o C dan 75 o C selama 15 menit. Kemudian tambahkan sorbitol 2,3 dan 2,7 g. Lalu aduk selama 10 menit. Setelah itu tuang ke dalam cetakan kemudian ratakan dan dibentuk film dengan ketebalan < 1 mm. Keringkan di dalam oven pada suhu 60 o C selama 5 jam. Terakhir keluarkan cetakan dari oven dan biarkan pada suhu ruang agar plastik dapat dikeluarkan dari cetakan.
Gambar 1. Film Bioplastik

## 2.5 Pengujian Kuat Tarik dan Perpanjangan Putus
Pengujian kuat tarik mengacu pada ASTM D882-18. Ukur dimensi sampel meliputi: panjang, lebar, dan tebal. Lalu buat grip agar sampel tidak rusak saat diuji. Nyalakan mesin uji tarik. Kemudian masukkan data sampel dan
data pengujian pada program komputer mesin uji tarik. Selanjutnya pasang sampel pada mesin uji tarik. Catat data pengujian tarik  hasil pengujian.  Lakukan pengujian sampel sebanyak 5 kali percobaan.  Hitung  besar nilai  kuat tarik  dengan  cara  besar  gaya  yang  diberikan  pada  sampel  dibagi  luas  permukaan  sampel.  Hitung  besar  nilai perpanjangan putus dengan cara selisih antara panjang akhir sebelum sampel putus dan panjang awal dibagi dengan panjang awal dikalikan 100.

## 2.6 Variabel
Variabel percobaan dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1. Variabel Percobaan Run Rasio pati : Ampas Tebu (g) Sorbitol (g) Suhu ( o C) 1. 7,5:2,5 2,3 65 2. 8,5:1,5 2,3 65 3. 7,5:2,5 2,7 65 4. 8,5:1,5 2,7 65 5. 7,5:2,5 2,3 75 6. 8,5:1,5 2,3 75 7. 7,5:2,5 2,7 75 8. 8,5:1,5 2,7 75

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil percobaan dapat dilihat pada tabel 2 di bawah ini.
Tabel 2. Hasil Percobaan Run Daya Serap Air (%) Biodegradasi (%) Kuat Tarik (N/mm 2 ) Perpanjangan Putus (%) 1. 48,206 80,789 - - 2. 57,295 86,512 - - 3. 52,820 82,519 - - 4. 66,308 88,253 2,5858 0,8896 5. 46,638 83,455 2,9574 0,8624 6. 57,717 85,167 - - 7. 53,764 82,593 - - 8. 60,141 87,181 - -

## 3.1 Analisa Daya Serap Air
Analisa daya serap air dengan cara Sampel film dipotong dengan diameter 50,8 mm. Oven sampel selama 24 jam pada suhu 50℃ kemudian dimasukkan ke dalam desikator hingga dingin. Sampel film kemudian ditimbang menggunakan  timbangan  digital  dan  rendam  dalam  air  selama  24  jam  pada  suhu  23℃.  Sampel film kemudian dikeringkan dengan kain dan ditimbang. Hitung selisih massa akhir setelah direndam air dan massa awal dibagi dengan massa awal dikalikan 100.
Seperti terlihat pada Tabel 2 di atas, menunjukkan bahwa rasio pati : selulosa 7,5 : 2,5 menghasilkan ketahanan air yang lebih baik dibandingkan rasio pati : selulosa 8,5 : 1,5 dengan nilai terbaik 46,638%. Penambahan selulosa dapat mengurangi hidrofilik pati karena karakteristik selulosa yang tidak larut dalam air [13]. Penyerapan air dari bioplastik  berbanding  lurus  dengan  peningkatan  selulosa  berikut.  Hal  ini  disebabkan  karena  selulosa  memiliki ikatan hidrogen yang kuat dan sifat sulit berikatan dengan air [14].
Jika dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan [12] menggunakan variabel pati jagung 10 g, gliserol 3,6 ml, dan variasi penambahan selulosa (0.5, 1, 1.5 g) didapatkan hasil daya serap sebesar 36.90, 23.6, dan 24.01%. Hasil tersebut sudah sesuai bahwa selulosa berpengaruh dalam memberikan ketahanan terhadap air.

## 3.2 Analisa Biodegradasi
Pengujian dilakukan dengan menggunakan metode soil burial test , di mana sampel dibenamkan di dalam tanah. Besar sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah 8 x 2 cm. Analisis biodegradasi bioplastik membutuhkan waktu 7 hari. Lalu dihitung dengan cara selisih massa awal dan massa akhir dibagi dengan massa akhir dikalikan 100.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2 di atas, menunjukkan bahwa rasio pati : selulosa 8,5 : 1,5 dan sorbitol 2,7 g  menghasilkan biodegradasi  yang lebih baik dibandingkan rasio  pati : selulosa 7,5 :  2,5 dan sorbitol  2,3  g dengan  nilai  terbaik  88,253%.  Biodegradasi  bioplastik  menurun  dengan  peningkatan  selulosa.  Hal  ini  terjadi karena  selulosa  memiliki  rantai  polimer  yang  panjang  yang  memberikan  sifat  fisik  kuat  dan  tahan  terhadap degradasi  [11].  Peningkatan  sorbitol  juga  menyebabkan  laju  biodegradasi  meningkat.  Karena  sorbitol  mudah menyerap air sehingga menyebabkan aktivitas biologis seperti mikroba atau jamur pada bioplastik [11].
Jika dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan [11] menggunakan variasi selulosa 5, 10, 15%, dengan variasi  penambahan  gliserol  20,  30,  40%  didapatkan  hasil  bahwa  penambahan  selulosa  memperlambat biodegradasi dan penambahan sorbitol memberikan pengaruh sebaliknya. Hasil biodegradasi terbaik didapatkan pada penelitian tersebut dengan nilai 10,40%.

## 3.3 Analisa Kuat Tarik
Sifat mekanik film bioplastik diuji di Balai Besar Kulit, Karet, dan Plastik di Yogyakarta. Pengujian meliputi kekuatan tarik dan perpanjangan putus. Metode ini mengikuti metode uji standar ASTM D882.
Berdasarkan Tabel 2 di atas, pada uji kuat tarik untuk run 5 dengan rasio pati:selulosa 7,5:2,5, nilai kekuatan tariknya  lebih  baik  daripada  run  4  dengan  rasio  pati:selulosa  8,5:1,5.  Hal  ini  karena  selulosa  cenderung meningkatkan kekuatan tarik  bioplastik  [13]. Selulosa memiliki rantai polimer yang panjang yang memberikan sifat  fisik  kuat  [11].  Peningkatan  nilai  kuat  tarik  pada  penambahan  selulosa  disebabkan  oleh  daya  tarik  antar permukaan yang baik sehingga dapat membentuk jaringan ikatan hidrogen yang kuat yang terjadi antara matriks pati dan selulosa [14].
Tabel 3. Hasil Uji Kuat Tarik dan Perpanjangan Putus Run 4 Karakteristik Hasil Uji Rata-rata Kuat Tarik (Mpa atau N/mm 2 ) 2,017 ; 2,679 ; 1,293 ; 2,488 ; 4,452 2,5858 Perpanjangan Putus (%) 0,808 ; 0,736 ; 1,488 ; 0,360 ; 1,056 0,8896 Tabel 4 . Hasil Uji Kuat Tarik dan Perpanjangan Putus Run 5 Karakteristik Hasil Uji Rata-rata Kuat Tarik (Mpa atau N/mm 2 ) 2,713 ; 2,271 ; 4,938 ; 1,163 ; 3,702 2,9574 Perpanjangan Putus (%) 0,488 ; 0,904 ; 0,448 ; 0,720 ; 1,752 0,8624 Tabel 5. Perbandingan dengan SNI Bioplastik [15] Karakteristik Run 4 Run 5 SNI 7818:2014 Kuat Tarik (N/mm 2 ) 2,5858 2,9574 Min. 13,7 Perpanjangan Putus (%) 0,8896 0,8624 400-1120
Berdasarkan tabel 5 perbandingan dengan SNI bioplastik untuk parameter kuat tarik dapat disimpulkan bahwa hasil uji kuat tarik terbaik diperoleh pada run 5 dengan nilai 2,9574 N/mm 2 . Hasil tersebut masih belum memenuhi persyaratan standar SNI 7818:2014.

## 3.4 Analisa Perpanjangan Putus
Pada uji perpanjangan putus untuk run 4 dengan sorbitol 2,7 g, nilai perpanjangan putus lebih baik dari run 5 dengan  sorbitol  2,3  g.  Sorbitol  memberikan  sifat  elastis  pada  bioplastik  dan  memiliki  kemampuan  untuk memperlemah  ikatan  antarmolekul  hidrogen  dan  menambah  ruang  kosong  [14].  Hal  Ini  menghasilkan perpanjangan putus yang lebih tinggi dan menurunkan kuat tarik seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.
Berdasarkan  tabel  5  perbandingan  dengan  SNI  bioplastik  untuk  parameter  perpanjangan  putus  dapat disimpulkan bahwa hasil uji perpanjangan putus terbaik diperoleh pada run 4 dengan nilai 0,8896%. Hasil tersebut masih belum memenuhi persyaratan standar SNI 7818:2014.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, produk bioplastik dengan kondisi daya serap air terbaik dengan rasio pati: ampas tebu 7,5:2,5, massa sorbitol 2,3 g, dan suhu 75 o C. Serta sampel terbaik untuk biodegradasi dengan rasio pati: ampas tebu 8,5:1,5, massa sorbitol 2,7 g, dan suhu 65 o C. Hasil uji kuat tarik terbaik diperoleh pada run 5  dengan  nilai  2,9574  N/mm 2 .  Hasil  uji  Perpanjangan  putus  terbaik  diperoleh  pada  run  4  dengan nilai  0,8896. Namun hasil dari kedua pengujian tersebut masih belum memenuhi persyaratan standar SNI 7818:2014.
Penambahan selulosa dapat mengurangi hidrofilik pati karena karakteristik selulosa yang tidak larut dalam air sehingga  dapat  mengurangi  penyerapan  air  bioplastik.  Selulosa  memiliki  rantai  polimer  yang  panjang  yang memberikan sifat fisik kuat dan tahan terhadap degradasi. Sorbitol mudah menyerap air menyebabkan aktivitas biologis seperti mikroba atau jamur pada  bioplastik  dan meningkatkan biodegradasi.  Sorbitol memberikan sifat elastis  dan  memiliki  kemampuan  untuk  memperlemah  ikatan  antarmolekul  hidrogen  serta  menambah  ruang kosong pada bioplastik.

## PUSTAKA
[1] Sistem  Informasi  Pengelolaan  Sampah  Nasional,  “Timbulan  Sampah  Tahun  2020,”  (2020). https://sipsn.menlhk.go.id/sipsn/public/data/timbulan (accessed May 17, 2022).
[2] J.R. et al Jambeck, O. Hoegh-Guldberg, R. Cai, E. Poloczanska, P. Brewer, S. Sundby, K. Hilmi, V. Fabry, S. Jung, “Plastic waste inputs from land into the ocean,” Science (80-. ). 1655–1734 (2015).
[3] Zulisma Anita, Fauzi Akbar, Hamidah Harahap, “Pengaruh Penambahan Gliserol Terhadap Sifat Mekanik Film  Plastik  Biodegradasi  Dari  Pati  Kulit  Singkong,” J.  Tek.  Kim.  USU .  2  37–41  (2013). https://doi.org/10.32734/jtk.v2i2.1437.
[4] R.  V.  Gadhave,  A.  Das,  P.A.  Mahanwar,  P.T.  Gadekar,  “Starch  Based  Bio-Plastics:  The  Future  of Sustainable Packaging,”
Open J. Polym. Chem. 08 21–33 (2018).
https://doi.org/10.4236/ojpchem.2018.82003.
[5] N.N. Nasir, S.A. Othman, “The Physical and Mechanical Properties of Corn-based Bioplastic Films with Different Starch and Glycerol
Content,”
J. Phys. Sci.
32 89–101 (2021).
https://doi.org/10.21315/jps2021.32.3.7.
[6] U. Kalsum, H. Juniar, I. Khirnanda, “Pengaruh Sorbitol Dan Carboxymethyl Pada Bioplastik Dari Ampas Tebu Dan Ampas Tahu,” J. Distilasi . 5 21 (2020). https://doi.org/10.32502/jd.v5i1.3026.
[7] A.D. Putra, V.S. Johan, R. Efendi, “Penambahan Sorbitol Sebagai Plasticizer dalam Pembuatan Edible Film Pati Sukun,” Jom Fak. Pertan. 4 1–15 (2017).
[8] Kementerian Pertanian, “Kementan Perkirakan Produksi Tebu RI 2,36 Juta Ton pada 2021,” 2024 (2021).
[9] E. Misran, “Industri Tebu Menuju,” 4 6–10 (2005).
[10] S.  Sabiha-Hanim,  A.M.  Siti-Norsafurah,  “Physical  properties  of  hemicellulose  films  from  sugarcane bagasse,” Procedia Eng. 42 1390–1395 (2012). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.532.
[11] T.  Lindriati,  A.S.  Rusdianto,  Bustani  Pakartiko, Firda  Ainia  Adha,  “Physical  Mechanical  Properties  of Biodegradable Plastics from Cassava Starch with Variation of Bagasse and Glycerol.,” J. La Lifesci . 2 9– 19 (2021). https://doi.org/10.37899/journallalifesci.v2i1.287.
[12] G. Mosisa, V.R. K, “Production , Characterization and Optimization of Biodegradable Plastic from Corn starch and Sugarcane Bagasse,” 17 39–50 (2021).
[13] S. Intandiana, A.H. Dawam, Y.R. Denny, R.F. Septiyanto, I. Affifah, “Pengaruh Karakteristik Bioplastik Pati  Singkong  dan  Selulosa  Mikrokristalin  Terhadap  Sifat  Mekanik  dan  Hidrofobisitas,” EduChemia (Jurnal Kim. Dan Pendidikan) . 4 185 (2019). https://doi.org/10.30870/educhemia.v4i2.5953.
[14] Maulida, M. Siagian, P. Tarigan, “Production of Starch Based Bioplastic from Cassava Peel Reinforced with  Microcrystalline  Celllulose  Avicel  PH101  Using  Sorbitol  as  Plasticizer,” J.  Phys.  Conf.  Ser. 710 (2016). https://doi.org/10.1088/1742-6596/710/1/012012.
[15] SNI 7818:2014, “Kantong Plastik Mudah Terurai,” Standar Nas. Indones. (2014).