## PEMBUATAN  KARBOKSIMETIL SELULOSA DARI  KULIT PISANG KEPOK DENGAN VARIASI  KONSENTRASI NATRIUM HIDROKSIDA,  NATRIUM MONOKLOROASETAT, TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI

## SYNTHESIS OF CARBOXYMETHYL CELLULOSE FROM BANANA PEEL WITH  VARIATIONS  OF SODIUM HYDROCIDE AND SODIUM
MONOCHLOROACETAT CONCENTRATION ,

## TEMPERATURE AND REACTION TIME
Saputri Ayuningtiyas, Feni Dwi Desiyana, Siswarni MZ Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jl.Almamater Kampus USU, Medan 20155, Indonesia
* Email : saputriayuningtiyas5@gmail.com

## Abstrak
Carboxymethyl  cellulose (CMC)  merupakan  suatu  derivat  selulosa  yang  larut  dalam  air  (koloid hidrofilik)  yang  efektif  untuk  mengikat  air  sehingga  memberikan  tekstur  yang  seragam, meningkatkan  kekentalan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memanfaatkan  kulit  pisang  kepok sebagai  bahan  baku  pembuatan  CMC  dan  menentukan  kondisi  yang  paling  baik  dalam  proses pembuatan  CMC  dari  kulit  pisang  kepok.  Bahan-bahan  yang  digunakan  adalah  kulit  pisang kepok,  air,  aquades,  NaOH,  Natirum  monokloroasetat  dan  asam  asetat  glasial.  Varibel  berubah dalam penelitian  ini adalah  konsentrasi NaOH,  massa  natirum  monokloroasetat, temperatur  dan waktu reaksi. Pada penelitian ini terdiri dari  empat tahap yaitu persiapan bahan baku, alkalisasi, karboksimetilisasi,  dan  netralisasi.  Hasil  penelitian  diperoleh  derajat  subtitusi  tertinggi  sebesar 0,73  -  0.812  dengan  konsentrasi  NaOH  20%  dan  temperatur  45 o C,  rasio  mol  selulosa:  natirum monokloroasetat 1:1,6 dengan  waktu reaksi 120 menit. Analisa  FTIR  menunjukkan  keberadaan dari gugus fungsi O-H, C-H, C=O,C-O, CH 2 dan 1,4 β-glikosida yang diketahui memiliki gugus fungsi yang sama dengan karboksimethil selulosa komersial.
Kata kunci : Selulosa, Alkalisasi, Karboksimetilasi, CMC, Derajat subtitusi

## Abstract
Carboxymethyl  cellulose  (CMC)  is  a  derivative    cellulose  which  is  soluble  an  in  water (hydrophilic  colloid).  This  material  effective  to  bind  water  to  provide  a  uniform  texture  and increase viscosity. The aim  of this study is to utilize banana peel as a raw material to synthesis CMC and determine the best conditions in the process of  synthesis CMC from banana peel. The materials used were banana peel, water, aquades, NaOH, Natirum monochloroacetat and glacial acetic  acid.  The  variables  in  this  study  were  NaOH  concentration,  natirum  monochloroacetat mass,  temperature  and  reaction  time.  In  this    research  consists  of  four  stages  there  are preparation of raw materials, alkalization, carboxymethylation, and neutralization. The results of this research  shows the variatioon NaOH concentration 20%  and  temperature of 45 o C degree, mol  rasio  of    cellulose: sodium monochloroacetat  1:1,6  with  a  reaction  time  of  120  minutes obtained the highest substitution degree of 0,73-0.812. The FTIR analysis shows the presence of the  O-H,  C-H,  C  =  O,  C-0,  CH2  and  1,4  β-glycoside  function  groups  known  to  have  the  same function groups as the commercial carboxymethyl cellulose.
Keywords: Cellulose, Alkalization, Carboxymethylation, CMC, Degree of substitution

## Pendahuluan
Carboxymethyl  cellulose (CMC)  merupakan molekul  anionik  yang  mampu    mencegah terjadinya  pengendapan  protein  pada  titik isoelektrik  dan  meningkatkan  viskositas  produk pangan, disebabkan bergabungnya gugus karboksil CMC dengan gugus muatan positif dari protein [9]. Menurut BPS (2016) [1], penggunaan  CMC  setiap  tahunnya  mengalami peningkatan dan tercatat hingga 2016 data impor CMC  mencapai  552.532  kg  perbulan  nya  [1].
Hal ini menunjukkan bahwa kebutuhan masyarakat terhadap CMC sangat tinggi.
Pada mulanya CMC dibuat dari selulosa kayu karena  kandungan  selulosanya  yang  tinggi  [5]. Dewasa  ini  CMC  dikembangkan  dari  bahan bukan  kayu  yang  mengandung  selulosa  seperti kulit  pisang.  Kulit  pisang  kepok  terdapat kandungan  selulosa  yang  cukup  tinggi  yaitu 17,04%  sehingga  kulit  pisang  kepok  berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan CMC [2].
Adapun  beberapa  penelitian  yang  dilakukan dalam  pembuatan  CMC  dari  bahan  yang  bukan kayu  salah satunya dilakukan oleh  Pushpamalar, dkk.,  (2005)  yang  menggunakan  limbah  sagu sebagai  bahan  baku  dengan  variasi  pelarut  salah satu  pelarutnya  yaitu aquades .  Selain  itu,
Pushpamalar,  dkk.,  (2005)  juga  memvariasikan variabel  konsentrasi  NaOH  dan  temperatur  pada tahap  alkalisasi,  serta  variasi  waktu  dan  massa
Natirum monokloroasetat
pada tahap karboksimetilisasi. Pada penelitiannya Pushpamalar,  dkk.,  (2005)  meraih  derajat substitusi  (DS)  yang  cukup  tinggi  yaitu  0.821 pada  variasi  konsentrasi  NaOH,  dan  0,768  pada variasi massa Natirum monoklor oasetat.
Berdasarkan  penelitian  Pushpamalar,  dkk., (2006)  dilakukan  dengan  menggunakan  bahan baku kulit pisang, pelarut aquades dengan variasi konsentrasi  NaOH  dan  temperatur  pada  tahap alkalisasi, serta variasi waktu dan massa Natirum monokloroasetat  pada  tahap  karboksimetilisasi [6].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memanfaatkan kulit  pisang  kepok  sebagai  bahan  baku pembuatan  CMC  dan  menentukan  kondisi  yang paling  baik  dalam  proses  pembuatan  CMC  dari kulit pisang kepok.

## Teori
Karboksimetil  selulosa  merupakan  polimer selulosa  linear  dan  berupa  senyawa  anion,  yang bersifat  biodegradable,  tidak  berwarna,  tidak berbau,  tidak  beracun,  butiran  atau  yang  larut dalam air namun tidak larut dalam pelarut organi [5]. Faktor utama yang perlu diperhatikan dalam pembuatan CMC adalah alkalisasi dan karboksimetilasi karena menentukan karakteristik CMC yang dihasilkan.
Pada  tahap  alkalisasi  serat  selulosa  akan mengembang, yang menyebabkan struktur kristalin selulosa akan berubah dan meningkatkan  kemampuan  kimia  masuk  ke dalam  serat.  Selain  itu,  fase  cair  (campuran alkohol-air)  sebagai  agen  solvasi,  melarutkan NaOH  dan  mendistribusikannya  ke  gugus hidroksil  selulosa  membentuk  alkil  selulosa. Larutan  NaOH  akan  menembus  ke  struktur kristal  selulosa,  kemudian  mensolvasi  gugus hidroksil  yang  membuatnya  siap  untuk  reaksi eterifikasi dengan cara memutus ikatan hidrogen. Alkalisasi  dilakukan  menggunakan  NaOH,  yang tujuannya  mengaktifkan  gugus-gugus  OH  pada molekul selulosa dan berfungsi untuk memudahkan difusi reagen pada tahap karboksimetilasi  Pada  proses  karboksimetilasi digunakan reagen natrium monokloroasetat [7].
Pada  tahap  karboksimetilasi  ini  adalah proses  eterifikasi.  Pada  tahap  ini  merupakan
proses pelekatan gugus karboksilat pada struktur selulosa.  Gugus  karboksilat  yang  dimaksud terdapat  pada  asam  natrium  monokloroasetat. Jumlah natrium monokloroasetat yang digunakan akan  berpengaruh  terhadap  substitusi  dari  unit anhidroglukosa  pada  selulosa.  Bertambahnya jumlah alkali yang digunakan akan mengakibatkan naiknya jumlah garam monokloroasetat yang terlarut, sehingga mempermudah  dan  mempercepat  difusi  garam monokloroasetat  ke  dalam  pusat  reaksi  yaitu gugus hidroksil [3].

## Metodologi Penelitian Bahan Dan Peralatan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kulit pisang kepok yang berwarna kuning, sudah  matang  dan  masih  segar  yang  kami peroleh  di  pasar  pagi  setia  budi  medan, aquadest,  natrium  hidroksida  (NaOH),  natrium monokloroasetat dan asam asetat glasial (CH 3 COOH). Alat utama yang digunakan adalah waterbath ,  oven,  kertas  saring whatman,  beaker glass,  Erlenmeyer, ayakan  100 mesh ,  pH  meter, alat titrasi, spektrofotometer FTIR, dan viskosimeter brookfield .

## Persiapan Bahan Baku
Kulit  pisang  dicuci  dan  dibersihkan  dari kotoran dan dikeringkan dibawah  sinar  matahari hingga  kering  dan  sampai  mudah  untuk dipatahkan.  Kulit  Pisang  kepok  dihaluskan dengan  menggunakan  blender  dan  ayakan  100 mesh,  dikeringkan  kembali  dengan  oven  pada suhu  60 o C  selama  1  jam.  Tepung  kulit  Pisang ditimbang  sebanyak  10  g  dan  dimasukkan  ke dalam erlenmeyer 250  ml, ditambahkan aquades sebanyak 160 ml dan diikuti dengan penambahan 2  ml  asam  asetat  glasial.  ditutup  permukaannya dengan menggunakan gabus. Campuran dipanaskan  dalam  waterbath  dengan  suhu  70 o C selama  3  jam,  kemudian  campuran  disaring  dan residu  dicuci  menggunakan  aquades  hingga  pH netral  dan  terakhir    dikeringkan  dengan  oven pada suhu 105 o C hingga konstan.

## Prosedur Alkalisasi dan Karboksimetilasi
Selulosa kulit pisang ditimbang sebanyak 5 gram,  dimasukan  kedalam erlenmeyer 250  ml ditambahkan aquades  sebanyak    100  ml  dan diikuti dengan penambahan 10 ml dengan variasi konsentrasi  NaOH  masing  masing  10%,  20%, 25% dan 30 % . Campuran diaduk dengan batang pengaduk  selama  1  jam  (60  menit) . Kemudian ditambahkan Natirum  monokloroasetat  dengan variasi  perbandingan rasio  mol  selulosa:Natirum monokloroasetat  1:0,5  ;  1:1  ;    1:1,6  dan  1:2,3. Setelah  itu  campuran  dipanaskan  di waterbath
dengan  variasi  suhu  reaksi  masing  masing    35 o C,  40 o C,  45 o C  dan  50 o C  dan  dikocok  dengan variasi  waktu  yaitu  60  menit,  120  menit,  180 menit  dan  240  menit  secara  horizontal. Campuran  disaring  dan  residu  ditambahakan dengan  300  ml aquadest dan  direndam    selama semalaman. Campuran dinetralkan dengan penambahan  asam  asetat  glasial  hingga  pH mencapai 7, dan  campuran disaring kembali dan dikeringkan  dengan  oven  pada  suhu  105 o C hingga berat konstan.
Hasil dan Pembahasan Pengaruh Variasi Konsentrasi NaOH (%) dan Temperatur ( o C) Terhadap Derajat Subtitusi
Hubungan antara konsentrasi NaOH dan temperatur terhadap
derajat
subtitusi
ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar  1.  Hubungan  Derajat  Subtitusi terhadap Variasi Konsentrasi NaOH (%) dan Temperatur
Pada  Gambar  1.  dapat  dilihat  bahwa derajat  subtitusi  mengalami  peningkatan  seiring dengan    meningkatnya  konsentrasi  NaOH  yang diberikan,  karena  semakin  banyak  NaOH,  akan meningkatkan  tingkat  pengembangan  selulosa dan  memudahkan  masuknya  reagen  Natirum monokloroasetat  untuk  mensubstitusi  gugus hidroksil  pada  selulosa  dengan  gugus  fungsi CMC  [10].  Namun  terdapat  konsentrasi  kritis NaOH,  jika  NaOH  telah  diatas  konsentrasi maksimal, peningkatan NaOH akan menurunkan Derajat  Subtitusi  CMC  akibat  akses  NaOH dengan ClCH 2 COONa (Natrium
monokloroaseatat)  dalam  media  reaksi  yang memicu terjadinya reaksi samping yaitu HOCH 2 COONa (natrium glikolat) [10].
Derajat  substitusi  mengalami  penigkatan dipengaruhi oleh temperatur tertentu. Peningkatan  temperatur  yang  terlalu  tinggi mengakibatkan  selulosa  mengalami  degradasi dimana  selulosa  tereliminasi  oleh  air  secara kimiawi.  Eliminasi  terjadi  pada  interamolekul antara kelompok hidroksil sehingga
menimbulkan  hubungan  silang  dengan  eter  dan menurunkan  gugus  –OH  pada  selulosa  untuk karboksimetilasi sehingga derajat subtitusi mengalami  penurunan  [8].  Kondisi  terbaik  yang dihasilkan  pada  konsentrasi  NaOH  20  %,      dan temperatur  45 o C  dengan  derajat  subtitusi 0,8124.  Derajat  subtitusi  yang  dihasilkan  pada penelitian  ini  hampir  mendekati  dengan  nilai derajat  subtitusi  yang  dihasilkan  puspamalar yaitu 0,821 [6].

## Pengaruh  Natrium  Monokloroasetat  dan Waktu Reaksi Terhadap Derajat Subtitusi
Hubungan  antara  Natrium  Monokloroasetat  dan Waktu  Reaksi  Terhadap  Derajat  Subtitusi disajikan pada Gambar 2.
Gambar  2.  Hubungan  Derajat  Subtitusi terhadap  Natrium Monokloroasetat (Natirum monokloroasetat) dan Waktu Reaksi
Dari  Gambar  2.  dapat  diliat  bahwa semakin  besar  jumlah  Natirum  monokloroasetat yang  digunakan  maka  derajat  substitusi  yang dihasilkan  akan  semakin  meningkat  hingga mencapai titik tertentu lalu mengalami penurunan  Jika  Natirum  monokloroasetat  yang ditambahkan  berlebih  maka  sisa  Natirum monokloroasetat bereaksi dengan NaOH membentuk  HOCH 2 COONa  (natrium  glikolat) dan NaCl (natrium klorida) yang  mengakibatkan turunnya derajat substitusi [4].  perlakuan agitasi yang  semakin  lama  memungkinkan  jarak  antar gugus  semakin  lebar  dan  semakin  melemahkan ikatan dan akan terputus sehingga substitusi yang diinginkan tidak terjadi [3].
Dapat  dilihat  bahwa  kondisi  terbaik yang  diperoleh  dalam  peneitian  ini  adalah  pada perbandingan  rasio  mol  selulosa  :    Natirum monokloroasetat  sebesar  1:1,6  dengan  waktu reaksi  120  menit  diperoleh  derajat  substitusi sebesar  0,734.  Hal  ini  masih  kurang  baik dibandingkan  dengan  penelitian  yang  dilakukan oleh Pushpamalar, dkk., (2015) mengenai variasi massa  Natirum  monokloroasetat,  dimana  derajat substitusi  yang  terbaik  yaitu  0,768  dengan  rasio
1:1 1:1,6 1:0,5 1:2,3
mol selulosa :  Natirum monokloroasetat sebesar 1:1,6   dari dan waktu reaksi 180 menit [6].

## Analisis Sifat Fisik CMC
CMC yang dihasilkan dengan salah satu run yang  memiliki  karaterisasi  terbaik  dibandingkan dengan  standar  SNI  06-373-1995  yang  dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel  1.  Perbandingan  Sifat  Fisik  CMC dengan standar SNI Parameter Hasil penelitian SNI DS 0,73-0,81 0,7-1.2 Ph 7,4 6-8 Viskositas (cps) 12,41 > 25
Tabel  1.  menunjukkan  bahwa  CMC  yang dihasilkan  telah  memenuhi  standar  SNI  untuk parameter  DS  dan  pH  sedangkan  untuk parameter  viskositas  belum  memenuhi  standar SNI.
Perbandingan  CMC  Penelitian  Dengan  CMC Komersial Menggunakan Alat Spektrofotometer FTIR Gambar  3.  Perbandingan  CMC  Penelitian
Dengan  CMC  Komersial  Menggunakan  Alat Spektrofotometer FTIR
Gambar 3. Grafik  FTIR CMC selulosa Kulit pisang Kepok dan Komersial
Pada  gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  data spektrum  infra  merah  karboksimetil  selulosa kulit  pisang  kepok  dan  karboksimetil  Selulosa komersial  memiliki  pola  spektrum  infra  merah yang  sama,    yaitu  gugus  O-H,  C-H,  C=O,  CH 2. ,
C-O  dan  1,4  βglikosida,  Namun  apabila dibandingkan  dari  hasilkan  nilai  transmisinya, nilai  CMC  komersial  masih  lebih  baik  yang
menandakan  kemurnian  CMC  komersial  lebih tinggi  dibandingkan  dengan  CMC  penelitian. Dan  kemurnian  erat  hubungannya  dengan kelarutan  CMC  dalam  air  yang  juga  berdampak pada  kualitas  CMC  sehingga  menurunkan viskositas CMC yang dihasilkan.

## Kesimpulan
Adapun  kesimpulan  yang  dapat  diambil  dari penelitian ini adalah :
1. Kondisi  terbaik  yang  diperoleh  pada penelitian  ini,  untuk  tahap  alkalisasi  yaitu pada  temperatur  45 o C  pada  konsentrasi NaOH  20%  dengan  derajat  subtitusi  yang dihasilkan  yaitu  0,812  sedangkan  untuk tahap karboksimtilasi diperoleh hasil derajat subtitusi  tertinggi  yaitu  0,73  pada  rasio  mol selulosa:NaMCA  1:1,6  dan  waktu  reaksi, untuk    viskositas  yang  dihasilkan  mencapai 12,4 cps dan pH netral yaitu 7,4.
2. Hasil FTIR yang terdapat pada karboksimethil  selullosa  kulit  pisang  kepok yaitu gugus O-H, C-H, C=O, CH 2. , C-O dan 1,4  β  glikosida,  dan  gugus  gugus  ini  sama dengan hasil FTIR untuk CMC komersial

## Ucapan Terimakasih
Pelaksanaan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan  berbagai  pihak,  peneliti  menyampaikan penghargaan  dan  rasa  terimaksih  yang  sedalam dalamnya  kepada  seluruh  orang  yang  senantiasa memberikan dukungan / dorongan moril maupun materil hingga selesainya penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1]  BPS,  Buletin  Statistik  Perdagangan  Luar Negeri,  Badan  Pusat  Statistik,  Jakarta- Indonesia, Halaman 62, 2006.
[2]    F.  Rodiyatul,  L.  Harianie  M.P,  M.Ahmad, M.Sc.  Pengaruh  Suhu  dan  pH  terhadap Aktivitas  Enzim  Selulase  dari  Kultur Campuran Trichoderma sp, Gliocladium sp, dan  Botrytis  sp.  yang  ditumbuhkan  pada Media  Kulit  Pisang,  Skripsi  S1,  Jurusan Biologi,  Fakultas  Sains  dan  Teknologi, Universitas  Islam  Negeri  Maulana  Malik
Ibrahim, Malang, 2014.
[3]  N. Dianrifiya dan Putri, Rukmi,
Pemanfaatan  Selulosa  Dari  Kulit  Buah Kakao  (Teobroma  Cacao  L.)  Sebagai Bahan Baku Pembuatan CMC (Carboxymethyl Cellulose) Cellulose Utilization In Cacao Pod Husk (Theobroma Cacao  L.)  As  Raw  Material  For  CMC
(Carboxymethyl Cellulose) Synthesis,
Jurnal  Pangan  Dan  Agroindustri.Jurusan
Teknologi  Hasil  Pertanian,  2014,  Vol.2
No.3,  Halaman 34-42.
[4]    Ott  and  Spurlin,  Cellulose  and  Cellulose Derevative  Part  II,  Penerbit  Interscience Publishers  Inc.,  Osmania  Univerity,  1995, Halaman 271.
[5]    Pitaloka,  A.  Badra,  N.  Anis,  A.  Handaya, M. Nasikin, Pembuatan CMC Dari Selulosa
Eceng  Gondok  Dengan  Media  Reaksi Campuran  Larutan  Isopropanol-Isobutanol Untuk Mendapatkan Viskositas Dan Kemurnian  Tinggi , Jurnal  Integrasi  Proses, 2015, Volume 5. No.2. Halaman 108-114.
[6]      V.Pushpamalar,  S.J  Langford,  M.  Ahmad, Y.Y. Lim, Optimized Of Reaction Condition  For  Preparing  Carboxymethyl Cellulose From Sago Waste, 2005,
Halaman 312-318.
[7]    Pusat  Data  dan  Sistem  Informasi  Pertanian Sekretariat  Jendral  -  Kementrian  Pertanian, Outlook  Komoditi  Pisang,  ISSN  1907- 1507, 2014, Halaman 1-90.
[8]   J.  Scheirs,  G.  Camino,  dan  W.Tumiatti, Overview  of  water  evolution  during    the thermal  degradation  of  cellulose.  European Polymer  Journal,  2001,  Volume    37,
Halaman 933–942. [9]   Witono, R Judi, Okky dan A. Dewi,  Kajian Awal Terhadap Pembuatan Carboxymethyl  Starch  (CMS)  dari  Umbi Pati,  Garut.  Jurnal,    2004,  ISSN  :  1411- 4216.
[10]  J.  Zhang,  D.  Li,  X.  Zhang,  Y.  Shi,  Solvent Effect on Carboxymethylation of Cellulose, Journal of  Applied  Polymer Science,  1992,
Volume 49, Halaman 741 – 745.