Uji Biodegradasi  Bioplastik dari Khitosan Limbah Kulit Udang dan Pati Tapioka
(Biodegradation Test of Bioplastic based Chitosan from Shrimp Waste and Starch)
Asiah M.D
Dosen Prodi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Syiah Kuala E-mail: asiah_daud@yahoo.co.id

## Abstrak
Tujuan jangka panjang penelitian ini adalah mendapatkan suatu plastik kemasan makanan dari  bahan  baku  khitosan  dari  limbah  kulit  udang  dan  pati  tapioka  dari  ubi  kayu  dengan karakteristik selain kuat pada saat digunakan akan tetapi segera hancur pada saat dibuang. Target khusus yang ingin dicapai yaitu memperoleh informasi tentang pengaruh komposisi khitosan dan pati  tapioka  dengan  minyak  kelapa  sawit  sebagai  pemlastis  terhadap  kemampuan  biodegradasi bioplastik.  Untuk  mencapai  tujuan  jangka  panjang  dan  target  khusus  tersebut  maka  dilakukan eksperimen  di  laboratorium.  Percobaan  yang  dilakukan  meliputi  ekstraksi  pati  tapioka  dari  ubi kayu, pembuatan bioplastik dengan cara blending antara pati tapioka, khitosan, dan minyak kelapa sawit  pada  berbagai  komposisi,  analisis  dan  karakterisasi.  Karakterisasi  yang  dilakukan  yaitu  uji biodegradasi  beserta  karakterisasinya.  Karakterisasi  hasil  biodegradasi  dilakukan  dengan  cara penentuan  kehilangan  berat.  Hasil  isolasi  pati  tapioka  diperoleh  rendemen  sebesar 12,03%  b/b. Hasil sintesis diperoleh film bioplastik yang transparan. Hasil uji biodegradasi terhadap bioplastik diperoleh  informasi  bahwa  laju  biodegradasi  bioplastik  pada  berbagai  komposisi  menunjukkan kecenderungan  yang  sama,  yakni  semakin  lama  waktu inkubasi  maka  semakin  tinggi  kehilangan berat  sampel. Semakin  tinggi  kandungan  pati  tapioka  dalam  campuran  bioplastik  maka  semakin tinggi kehilangan berat pada lama waktu inkubasi yang sama.
Kata Kunci: Khitosan, Pati Tapioka, Bioplastik

## PENDAHULUAN
Peningkatan penggunaan plastik
kemasan  dari  bahan  baku  polimer  sintetik berbasis petrokimia telah berdampak terhadap peningkatan pencemaran lingkungan dari  sampah  plastik,  karena  bahan  plastik tersebut sukar rusak di lingkungan, baik  oleh radiasi  matahari  maupun  oleh  mikroba pengurai. Berbagai upaya yang telah dilakukan untuk menanggulangi
permasalahan  tersebut  dinilai  kurang  efektif, diantaranya daur ulang  sebab dengan cara ini kualitas  plastik  yang  dihasilkan  lebih  rendah dari  plastik  aslinya.  Selain  itu  sukar memisahkan  sampah  plastik  dari  berbagai jenis polimer dasar. Alternatif lain yang lebih giat  diteliti  akhir-akhir  ini  adalah  sintesis biodegradable plastik.
Sintesis  biodegradable  plastik  yang sangat efektif dan efisien adalah dengan cara blending berbagai polimer alam. Dengan cara ini  polimer  alam  seperti  pati-patian,  khitin dan  khitosan,  selulosa  dapat  dibuat  plastik. Pada  dasarnya,  semua  polimer  alam  bersifat
biodegradable,  akan  tetapi  memiliki  sifat mekanik  yang  relatif  rendah,  rapuh,  dan mudah  rusak  oleh  pengaruh  termal.  Melalui penambahan  pemlastis,  polimer  alam  seperti pati dapat ditingkatkan kekuatan mekaniknya (Jane,  1995).  Melalui  penelitian  ini  akan disintesis  film  bioplastik  untuk  kemasan makanan melalui blending antara pati tapioka dan  khitosan  dari  kulit  udang  dengan penambahan  minyak  kelapa  sawit  sebagai pemlastis beserta uji biodegradasinya.

## Tujuan Penelitian
Penelitian  ini  bertujuan  mensintesis film bioplastik dari bahan baku polimer alam yang  bersifat  dapat  diperbaharui  (renewable resources),  yaitu  pati  tapioka,  khitosan,  dan minyak kelapa sawit untuk kemasan makanan.  Target  yang  ingin  dicapai  yaitu menentukan  pengaruh  komposisi  khitosan dan  pati  tapioka  terhadap  kemampuan biodegradasi film bioplastik.
Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini dapat
tercermin kepada tiga hal berikut: (i) Luaran, penelitian ini
berupa karakteristik biodegradasi  dari  plastik  berbasis  khitosan. Data  ini  sangat  diperlukan  untuk  aplikasi bahan  plastik  ini  dalam  berbagai  bidang seperti  pengemas  edible  dan  biodegradable, dan Controlle  Drug  Release (CDR).  (ii) Pemanfaatan  bahan  baku,  yaitu  khitosan diperoleh  dari  limbah  kulit  udang  dan kepiting  serta  pati  tapioka  dapat  diperoleh dari  ubi  kayu  dengan  harga  yang  sangat murah. (iii) Film plastik hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai pengemas biodegradable.  Jika  penelitian  ini  berhasil akan  dapat  mengurangi  penggunaan  plastik komersial  dari  bahan  petrokimia.  Dengan kata  lain  bahan  plastik  ini  dapat  mengurangi pencemaran lingkungan dari sampah plastik.

## Kajian Pustaka
Pati  merupakan  campuran  amilosa dan amilopektin  yang  merupakan polimer D- Glukosa.  Jenis  pati  yang  diperoleh  dari tapioka  memiliki  kadar  amilosa  20 -30  % (b/b)  (Zhao,  2003).  Amilosa  merupakan komponen  linier  pati,  dan  merupakan  suatu homopolimer  dari  D-glukosa  yang  berikatan secara  -1,4-glukosidik (Powell, 2002). Pada setiap molekul amilosa biasanya terdapat satu unit terminal glukosa non-pereduksi dan satu unit  glukosa  pereduksi.  Pati  yang  memiliki sekitar  90  %  (b/b)  amilosa  memiliki  sifat seperti molekul linier. Seperti halnya amilosa rantai  amilopektin  tersusun  dari  monomer- monomer  glukosa  yang  berbentuk  cincin piranosa.  Unit-unit  D-glukopiranosa  saling berikatan secara  -1,4-glukosidik pada bagian rantai yang lurus dan berikatan secara  -1,6-glukosidik  pada  titik-titik  percabangan (Zhao, 2003).
Struktur  kimia  pati  merupakan campuran  polimer  rantai  lurus  amilosa  dan rantai bercabang amilopektin. Proporsi amilosa  dan  amilopektin  menentukan  sifat- sifat pati. Jika kandungan amilosa dalam pati meningkat  maka  viskositas  dan  kekuatan  gel dari  pasta  pati  juga  meningkat.Bahkan amilosa  murni  menghasilkan  film  yang  kuat. Rasio amilosa dan amilopektin pati tergantung pada sumbernya. Pati yang berasal dari  tapioka  akan  berbeda  proporsinya
dibandingkan  dengan  pati  dari  kentang  atau pati sagu.
Khitosan
merupakan suatu
kopolimer yang terdiri dari  unit  -(1      4)- 2-asetamido-D-glukosa dan  -(1         4)-2- amino-D-glukosa  yang  diperoleh  dari  khitin melalui  deasetilasi  dalam  suasana  basa. Gambar 2.1 memperlihatkan struktur molekul khitosan.  Karena  sifat  biokompatibilitas  dan tidak beracun, khitosan dikembangkan sebagai bahan bioaktif.
Gambar 2.1 Struktur molekul khitosan
Selama  beberapa  dekade  terakhir, penggunaaan  khitosan  secara  komersial dalam  berbagai  bidang  semakin  meningkat, seperti dalam bidang biomedik, makanan, dan industri  kimia.    Saat  ini  khitosan  secara komersial diproduksi dari limbah kulit udang dan  kepiting  dengan  berat  molekul  (M W ) berkisar  dari  10 5 – 10 6 Da  dan  viskositas mencapai 1500 cP (No dan Meyers, 1995).
Khitosan  dan  oligomernya  memiliki sifat yang menarik karena aktivitas biologisnya,  yakni  bersifat  antimikrobial (Jae-Young,  dkk.,  2006),  anti  jamur  (Vilai, dkk.,  2006),  kativitas  insektisidal  dan fungisidal  (Entsar,  dkk.,  2005),  antitumor (Suzuki,  dkk.,  1986),  dan  berfungsi  sebagai hipokolesterolemik  (Sugano,  1992).  Hasil penelitian  terhadap  aktivitas  antibakteri  dari khitosan  dan  oligomernya  menunjukkan bahwa khitosan lebih efektif dalam menginhibisi
pertumbuhan bakteri dibandingkan oligomernya (Jeon, dkk., 2001).  Lebih  lanjut  efek  anti  bakteri  dari khitosan dan oligomernya dilaporkan tergantung pada berat molekul atau viskositasnya (Jeon, dkk., 2001).
Sejak  tahun  1983  di  Jepang  dan Korea  khitosan  digunakan  sebagai  additif makanan  untuk  bahan  pengawet  alami  yang dapat  meningkatkan  daya  tahan  makanan. Secara  umum  khitosan  digunakan  dalam
bentuk  terlarut  dalam  asam  asetat  encer. Pembuatan larutan khitosan, khususnya untuk M W tinggi,  perlu beberapa  jam  karena tingginya  viskositas.  Selama  penyimpanan, viskositas atau berat molekul dapat berubah.

## METODE PENELITIAN
Untuk  merealisasikan  tujuan  jangka  panjang, target  khusus,  dan  tujuan  khusus  penelitian, maka  dilakukan  eksperimen  di  laboratorium dengan  pekerjaan  yang  dilakukan  meliputi: ekstraksi pati tapioka dari ubi kayu, blending antara  khitosan  dan  pati  tapioka  dengan penambahan    minyak  kelapa  sawit  dalam bentuk  RBDPO (Refined,  Bleached,  and
Deodorized of Palm Oil), dan uji biodegradasi beserta
karakterisasinya.
Karakterisasi  yang  dilakukan  penentuan kehilangan berat.
Alat dan Bahan Alat Alat yang digunakan adalah
peralatan  gelas  yang  umum  digunakan  di laboratorium, seperti: gelas ukur, cawan petri, timbangan analitis, pinset,
Bahan Bahan yang diperlukan adalah NaOH 3%, ubi kayu, dan bahan-bahan untuk uji  biodegradasi  seperti  kloroform,  heksan, etanol  dan  metanol  serta  bahan  untuk membuat  media  biodegradasi  seperti  bacto agar,  tripton,  NaCl,  ekstrak  ragi,  pepton, kapas  bebas  lemak,  aluminium  foil,  aqua bidestilata, Na 2 SO 4 .

## Prosedur Kerja Ekstraksi Pati Tapioka dari ubi kayu:
Ubi  kayu  dikupas,  dicuci,  dan diparut.  Kemudian  ditambahkan  air,  diperas dan  disaring  dengan  kain  kasa.  Filtrat  hasil saringan  dibiarkan  selama  satu  malam  untuk
mengendapkan  patinya.  Kemudian  airnya dibuang  dan  ditiriskan,  hasil  pengendapan selanjutnya  dikeringkan  dalam  oven  pada suhu  80 o C.  Pati  kemudian  digerus  dan diayak hingga diperoleh hasil akhir yang siap digunakan.

## Pembuatan  film  Bioplastik  dengan  cara blending:
Pati  tapioka,  khitosan,  dan  RBDPO ditimbang  dengan  berat  tertentu  (Tabel  1.
Rancangan Penelitian) sesuai dengan komposisi yang diinginkan. Khitosan dan pati tapioka  masing-masing    dilarutkan  dalam asam asetat 5%.  Ke dua larutan dicampurkan dan  ditambahkan  15%  RBDPO  sebagai pemlastis.  Campuran  tersebut  kemudian dipanaskan  pada  suhu  130 o C  selama  30 menit  sambil  terus  diaduk  dengan  magnetik stirer.  Kemudian  campuran  tersebut  dituang ke dalam cawan petri dan dikeringkan dalam oven  hingga  pelarutnya  menguap  dan diperoleh film plastik yang transparan.

## Uji Biodegradasi dan Karakterisasi
Film hasil sintesis di atas selanjunya dilakukan  analisis  dan  karakterisasi  yang dilakukan  melalui  uji  biodegradasi  dan karakterisasinya.
Percobaan tentang
biodegradasi dilakukan dengan cara diinkubasi  dalam  mikroba  dari  lumpur  aktif dengan variasi mulai dari 0; 5; 10; 15; 20; 25; dan  30  hari.  Sehubungan  dengan  uji biodegradasi,  beberapa  persiapan  yang  harus dikerjakan ialah pembuatan media biodegradasi  yakni  media  PDA,  sterilisasi sampel,  biodegradasi  sampel  dalam  media biodegrdasi, dan karakterisasi hasil biodegradasi.
Karakterisasi terhadap perlakuan  biodegradasi  yaitu  penentuan kehilangan berat sampel. Tabel 1. Rancangan Penelitian No Komposisi (persen berat) Khitosan/ pati tapioka Berat Khitosan (gram) Berat pati tapioka (gram) 1 2 3 10/90 50/50 90/10 0,1 0,5 0,9 0,9 0,5 0,1

## Pengolahan dan Analisis Data
Semua  sampel  plastik  yang  telah diuji  biodegradasi  dilakukan  karakterisasi. Kehilangan  berat  sampel  dapat  dihitung dengan  memasukkan  faktor  koreksi  berat sampel  awal  sebelum  proses  biodegradasi dilakukan.  Berat  sampel  polimer  terkoreksi sebelum  mengalami  biodegradasi  dihitung dengan menggunakan persamaan -1.
W i = W is - (W is x C)
(1)
Dimana: W i = berat sampel awal terkoreksi
W is = berat sampel awal
C =  faktor  koreksi  berat,  dapat dihitung  dengan  menggunakan persamaan (2).
% 100 x W W W C ic fc ic   (2) dimana: W ic = berat sampel sebelum inkubasi
W fc = berat sampel setelah inkubasi
Adapun  persentase  kehilangan  berat    sampel setelah  proses  biodegradasi  dilakukan  dapat dihitung dengan menggunakan persamaan -3.
Kehilangan berat =
% 100 x W W W i f i  (3)
Dimana : W i = berat sampel awal terkoreksi
W f =  berat  sampel  setelah  proses biodegradasi

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Isolasi Pati Tapioka
Isolasi  pati  tapioka  dalam  penelitan ini  menggunakan  prosedur  yang  dilakukan oleh Radiyati dan Agusto (2006). Pati tapioka yang  dihasilkan  berbentuk  padat,  berwarna putih, tidak terdapat serat dan pengotor. Dari 3 kg ubi kayu diperoleh pati sebanyak 360,87 gram atau sebesar 12,03% b/b.

## Sintesis Bioplastik
Hasil  sintesis  film  bioplastik  pada berbagai komposisi pati tapioka dan khitosan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Film bioplastik a) khi-pa 10/90; b) khi-pa 50/50; c) khi-pa 90/10
Berdasarkan  Gambar  1  di  atas terlihat  bahwa  film  bioplastik  dari  campuran khitosan  dan  pati  tapioka  serta  pemlastis RBDPO bersifat transparan.

## Studi Biodegradasi
Kajian Biodegradasi dalam penelitian  ini  dilakukan  dengan  melihat pengaruh  lama  inkubasi  terhadap  persentase kehilangan berat sampel. Proses biodegradasi terhadap sampel poliblend dilakukan menggunakan campuran tanah yang
mengandung  mikroba  dengan  media  PDA. Hasil uji biodegradasi yang meliputi pengaruh komposisi khitosan dan pati tapioka serta  lama  waktu  inkubasi  selengkapnya dirangkum dalam Gambar 1.
a b c
0 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 Lama Inkubasi (Hari) K e h il a n g a n B e ra t (% ) 50%:50% (Pati:khitosan) 90%:10% (pati:khitosan) 10%:90% (pati:khitosan)
Gambar 1. Kurva kehilangan berat vs lama inkubasi pada berbagai komposisi Khitosan dan Pati Tapioka.
Berdasarkan  kurva  pada  Gambar  1  terlihat bahwa  laju  kehilangan  berat  film  bioplastik pada  berbagai  komposisi  relatif  sama, namun  kehilangan  berat  film  dipengaruhi oleh  komposisi  pati  tapioka  dan  khitosan. Semakin  banyak  kandungan  pati  dalam campuran  bioplastik  maka  semakin  tinggi kehilangan beratnya. Hal ini dapat dijelaskan  sebagai  berikut:  pati  merupakan biopolimer  alam  yang  dapat  terbiodegradasi secara  total  di  alam,  sedangkan  khitosan mempunya  laju  biodegradasi    yang  relatif lambat  dibandingkan  dengan  pati.  Oleh karena itu tingkat biodegradasi campuran ke dua  biopolimer  ini  sangat  ditentukan  oleh tinggi  rendahnya  kandungan  pati  tapioka. Tingkat biodegradasi bahan polimer dipengaruhi  oleh  struktur  polimer  yang bersangkutan.  Polimer  dengan  struktur amorf lebih mudah dibiodegradasi dibanding polimer  dengan  struktur  kristalin.  Oleh karena derajat kristalinitas biopolimer khitosan  lebih tinggi  dibanding  pati,  maka semakin  tinggi  kandungan  senyawa  ini dalam  campuran  bioplastik  maka  semakin rendah laju biodegradasinya.

## KESIMPULAN DAN SARAN/REKOMENDASI TINDAK LANJUT

## Kesimpulan
Berdasarkan  permasalahan,  tujuan, dan  hasil  penelitian  serta  pembahasan  yang telah  disajikan  maka  dapat  disimpulkan sebagai berikut:
i) Film biopolimer dari campuran khitosan dan pati tapioka dapat terbiodegradasi  dalam  media PDA. ii) Laju  biodegradasi  biopolimer relatif  sama  pada  berbagai komposisi. iii) Kehilangan berat sangat dipengaruhi  oleh  komposisi, dimana semakin tinggi kandungan  pati  tapioka  dalam campuran bioplastik maka semakin tinggi persentase kehilangan beratnya.

## Saran/ Rekomendasi lebih lanjut
Perlu  kajian  lebih  lanjut  tentang pembuatan  bioplastik  berbasis  bahan  alam, terutama  blending  antara  polimer  alam dengan polimer sintetik untuk meningkatkan sifat mekaniknya.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penelitian  ini  terealisir  berkat bantuan  dana  dari DPA-SKPA  Provinsi Aceh. Untuk  kami  mengucapkan  ribuan terimakasih.

## DAFAR PUSTAKA
Entsar  I.R.,  Mohamed,  E.B.,  Tina,  M.R., Christian,  V.S.,  Monica,  H.,  Walter, S.,  dan  Guy,  S.  (2005). Insecticidal and  fungicidal  activity  of  new synthesized chitosan derivatives.
Journal Pest  Management  Science 61:951 – 960.
Jae-Young,  J.,  Young-Sook, C.,  dan  Se-
Kwon K. (2006). Cytotoxic Activities of water-soluble chitosan with different  degree  of  deacetylation, Journal  Bioorganic  &  Medicinal Chemistry Letters.
Jane, J. (1995). Starch Properties, Modifications, and Application. Dalam: Degradable Polymers,
Recycling, and Plastics Waste Management.  (Ann-Christine,  A.  dan
Samuel J.H., eds), New York: Marcel
Dekker. pp 159 – 165.
Jeon,  Y.  J.,  Park,  P.  J.,  dan  Kim,  S.  K.
(2001). Antimicrobial effect of chitooligosaccharides  produced  by bioreactor. Carbohydrate  Polymers,
44, 71 – 76. No,  H.  K.,dan  Meyers,  S.  P.  (1995). Preparation  and  characterization  of chitin and chitosan — a review. Journal  of  Aquatic  Food  Product Technology, 4, 27 – 52.
Powell,  M.J.,  M.J.  Wu,  J.C.  Chin,  dan  E. Hegedus  (2002),  Analysis  of  Protein Polymorphisms  in  Wx-Null  Wheat Series Starch Granules, http://www.chs.usyd.edu.au.
Sugano,  M.,  Yoshida,  K.,  Hashimoto,  M.,
Enomoto,  K.,  dan  Hirano,  S.  (1992).
Hypocholesterolemic activity of partially hydrolyzed chitosans in rats. In C. J. Brine, P. A.  Sandford, dan J. P.  Zikakis  (Eds.),  Advances  in  chitin and  chitosan. Proceedings  from  the fifth  international  conference  on chitin  and  chitosan (pp.  472 – 478). London: Elsevier.
Suzuki, K., Mikami, T., Okawa, Y., Tokoro, A., Suzuki, S., dan Suzuki, M. (1986).
Antitumor effect of hexa-N- acetylchitohexaose and chitohexaose.Carbohydrate Research, 151, 403 – 408.
Vilai,  R.,  Nijarin,  W.,  Nilada,  K.,  dan
Pachara,  C.  (2006).  Application  of fungal  chitosan  for  clarification  of apple juice, Journal Process Biochemistry. 41, pp 589-593. Zhao, W.B. (2003), Amylose, http://www.oup-usa.org/pdh/- 020.PDF, 18-24.