e-ISSN: 2581-0545 - https://journal.itera.ac.id/index.php/jsat/
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology. Content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution-Noncommercial 4.0 International License . Any further distribution of this work must maintain attribution to the  author(s) and the  title of the  work, journal citation  and DOI. Published  under licence by Journal of Science and Aplicative Technology  (JSAT).
Received 4th February 2021 Accepted 9th March 2021 Published 9th June 2021
DOI: 10.35472/jsat.v5i1.413

## Isolasi Nanoselulosa Terkarboksilasi dari Limbah Kulit Pisang Ambon Lumut dengan Metode Oksidasi
Ashari Budi Nugraha *a , Ahmad Nuruddin b , Bambang Sunendar a
a Kelompok Keahlian Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung
b Kelompok Keahlian Material Fungsional Maju, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung
* Corresponding E-mail: asharibn@tf.itb.ac.id
Abstract : In  this  study,  banana  peel  from  ambon  lumut  (Musa  acuminata)  was  used  as  source  for  nanocellulose  fibers. Carboxylated nanocellulose was isolated with oxidation method using ammonium persulfate (APS). In order to investigate the effect of temperature towards the characteristics of nanocellulose, temperature for oxidation process was set at three different values: 60 °C, 70 °C, dan 80 °C. Nanostructure of cellulose  was observed as a mix of fibers and whiskers from transmission electron microscopy (TEM) images.  The diameter of nanocellulose is ranging from 12,1 to 25,1 nm. Data from spectrometry graphs (FTIR) confirms the existence of carboxyl functional groups in nanocellulose samples. X-ray diffraction pattern (XRD) shows that crystallinity index values increase as temperature of oxidation process increases. The highest crytallinity index value of 72,4% was obtained from nanocellulose treated with oxidation temperature of 80 °C. This analysis shows banana peel waste as a potential alternative source for carboxylated nanocellulose.
Keywords: Waste, Banana Peel, Oxidation, Ammonium Persulfate, Carboxylated Nanocellulose
Abstrak: Pada studi ini, kulit pisang ambon lumut (Musa acuminata) menjadi sumber serat nanoselulosa. Serat nanoselulosa terkarboksilasi  diisolasi  dengan  metode  oksidasi  menggunakan  amonium  persulfat  (APS).  Parameter  temperatur  proses oksidasi  divariasikan  menjadi  tiga,  yakni  60  °C,  70  °C,  dan  80  °C,  untuk  melihat  pengaruh  kenaikan  temperatur  terhadap karakteristik nanoselulosa. Struktur nanoselulosa berupa campuran serat dan whisker dapat diamati pada gambar transmission electron microscopy (TEM) dengan diameter rata-rata berada pada rentang 12,1 – 25,1 nm. Uji spektra (FTIR) memberikan konfirmasi adanya gugus karboksil pada sampel nanoselulosa. Pola difraksi sinar-X (XRD) menunjukkan peningkatan nilai indeks kristalinitas seiring dengan meningkatnya temperatur proses oksidasi. Nilai indeks kristalinitas terbesar didapatkan pada suhu 80 °C dengan nilai 72,4%. Hasil analisis yang dilakukan memberikan gambaran potensi limbah kulit pisang ambon lumut sebagai sumber alternatif  nanoselulosa terkarboksilasi.

## Kata Kunci
: Limbah, Kulit Pisang, Oksidasi, Amonium Persulfat, Nanoselulosa Terkarboksilasi

## Pendahuluan
Pisang  merupakan  tanaman  yang  tumbuh  subur  di daerah  tropis  dan  berasal  dari  Asia  Tenggara.  Di Indonesia,  pisang  merupakan  salah  satu  komoditas hortikultura  dengan  tingkat  produksi  yang  tinggi.  Pada rentang tahun 2008 – 2012, produksi pisang di Indonesia mencapai  32,28%  dari  total  produksi  di  Asia Tenggara, berada  pada  peringkat  kedua  setelah  Filipina  [1]. Berdasarkan data yang diambil dari Badan Pusat Statistik dan  Direktorat  Jendral  Hortikultiura,  selama  kurun  5 tahun terakhir pisang cenderung mengalami peningkatan  produksi  dalam  negeri.  Dimulai  dari  6,13 juta ton pada tahun 2011 hingga 7,3 juta ton pada tahun
2015  [2].  Data  yang  dipublikasikan  oleh  Kementerian Pertanian  memberikan  proyeksi  produksi  komoditas pisang  di  Indonesia  mencapai  8,1  juta  ton  pada  tahun 2020 [3].
Salah  satu  dampak  dari  peningkatan  produksi  buah pisang adalah peningkatan limbah organik dari buah ini yang berupa kulit pisang.  Sayangnya, di Indonesia nilai ekonomis  dari  limbah  kulit  pisang  ini  masih  kecil  dan pemanfaatannya  pun  masih  terbatas,  contohnya sebagai  sumber  pupuk  organik.  Oleh  karena  itu,  perlu dilakukan upaya untuk meningkatkan nilai tambah dari limbah  kulit  pisang.  Salah  satunya  adalah  dengan  cara mengolah  limbah  tersebut  menjadi  material  hijau. Kandidat  yang  menjanjikan  sebagai  material  hijau

## Open Access
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology
J. Sci. Appl. Tech. vol.5(1), 2021, pp. 236-244 | 237
Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
adalah  selulosa  [4]  yang  secara  natural  terkandung dalam beragam biomassa termasuk kulit pisang [5] – [7].
Selulosa  adalah  senyawa  polimer  organik  yang jumlahnya  terbanyak  di  Bumi.  Salah  satu  sumber selulosa  adalah  serat  lignoselulosa  yang  banyak ditemukan pada tanaman dan tumbuhan. Dibandingkan dengan  selulosa,  nanoselulosa  memiliki  beberapa properti unggul yang bisa dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi. Pertama, sifat mekanik dari kristal nanoselulosa yang  baik  (estimasi  kuat  tarik  7,5  Gpa)  dapat dimanfaatkan dalam pembuatan material nanokomposit  untuk  meningkatkan  sifat  mekanik  dari komposit  [4].  Nanoselulosa  juga  memiliki  sifat  kimia yang  unik  pada  permukaannya  akibat  gugus-gugus fungsi  hidroksil.  Gugus-gugus    fungsi  tersebut  dapat dimodifikasi  dengan  gugus  lain  seperti  karboksil  untuk mendapatkan struktur derivatif.
Untuk mengisolasi nanoselulosa dari serat lignoselulosa, secara  umum  digunakan  metode  praperlakuan  basa, pemutihan ( bleaching ), dan hidrolisis. Proses praperlakuan  basa  dilakukan  untuk  menghilangkan senyawa  nonselulosa  dari  serat  lignoselulosa  seperti hemiselulosa  dan  pektin.  Proses bleaching bertujuan untuk  menghilangkan  unsur  lignin.  Pada  proses hidrolisis, terjadi pemutusan ikatan antara nanoselulosa kristalin dengan nanoselulosa yang bersifat amorf [8].
Proses hidrolisis yang umum digunakan pada penelitian- penelitian  adalah  hidrolisis  pada  kondisi  larutan  asam. Akan tetapi, beberapa penelitian telah dilakukan untuk mencari proses baru tanpa menggunakan larutan asam, yaitu  menggunakan  senyawa  oksidan.  Salah  satu senyawa  oksidan  yang  dapat  digunakan  adalah amonium persulfat (APS) [9] – [11]. APS adalah senyawa garam persulfat yang banyak digunakan sebagai oksidan pada  sintesis  polimer  karena  dapat  menghasilkan senyawa radikal [9]. Dibandingkan dengan larutan asam sulfat  (H 2 SO 4 )  yang  umum  digunakan  pada  proses hidrolisis asam, APS memiliki kelebihan yaitu toksisitas jangka  panjang  yang  rendah  [10].  Selain  mendapatkan struktur  nano,  proses  oksidasi  menggunakan  APS sekaligus  memodifikasi  permukaan  selulosa  dengan gugus  karboksil  tanpa  memerlukan  proses  tambahan [11].
Pada penelitian ini sumber selulosa adalah kulit pisang ambon  lumut  (Musa  acuminata  triploid  AAA)  yang merupakan  varietas  pisang  yang  banyak  ditemukan  di Indonesia.  Pengaruh  temperatur  sebagai  salah  satu parameter proses oksidasi pada karakteristik
nanoselulosa  akan  dianalisis.  Beberapa  karakteristik nanoselulosa yang diamati antara lain adalah morfologi partikel,  dimensi  partikel,  struktur  kristal,  dan  indeks kristalinitas. Penelitian ini diharapkan dapat menggambarkan potensi dari limbah kulit pisang ambon lumut sebagai material hijau.

## Metode

## Material
Kulit  pisang  yang  digunakan  bersumber  dari  varietas pisang  ambon  lumut  yang  termasuk  dalam  klasifikasi Musa  acuminata  triploid  AAA  [12].  Bahan  kimia  yang dipakai  yakni  kalium  metabisulfit  (Merck, analytical grade ),  amonium  persulfat  (Merck, analytical  grade ), natrium  hidroksida  (Brataco ,  technical  grade )    dan natrium hipoklorit ( technical grade ).

## Preparasi Serbuk
Limbah kulit pisang dipotong kecil, kemudian direndam dalam  larutan  1%  (w/v)  K 2 S 2 O 5 selama  24  jam.  Kulit pisang kemudian dikeringkan semalam dalam oven pada temperatur  60  °C.  Setelah  kulit  pisang  kering,  kulit pisang  dihancurkan  menggunakan  blender  kering (CRUZO  Electrolux)  hingga  didapatkan  serbuk  kulit pisang berwarna hitam.

## Ekstraksi Selulosa
Serbuk  kulit  pisang  sebanyak  20  gr  diberikan praperlakuan basa dengan direndam dalam larutan 1M NaOH pada temperatur 80 °C selama 4 jam. Selanjutnya, endapan berwarna cokelat kehitaman dibilas menggunakan  air  demineral.  Partikulat  kemudian dikeringkan  dalam  oven  pada  temperatur  60  °C  dan dihancurkan  dengan  menggunakan  mortar  sehingga didapatkan serbuk berwarna kecokelatan.
Proses  selanjutnya  adalah bleaching .  Pada  proses  ini, serbuk  kering  yang  didapat  pada  proses  sebelumnya dilarutkan  dalam  1,75%  NaOCl  pada  temperatur  70  °C selama 1 jam. Selulosa kemudian dibilas menggunakan air  demineral.  Selanjutnya,  selulosa  dikeringkan  dalam oven  pada  temperatur  60  °C  dan  dihancurkan menggunakan  mortar  sehingga  didapatkan  sebuk berwarna putih.
Rendemen  dari  selulosa  yang  didapat  dihitung menggunakan rasio berat serbuk selulosa yang didapat
e-ISSN: 2581-0545
Isolasi Nanoselulosa Terkarboksilasi dari Limbah Kulit Pisang Ambon Lumut dengan Metode Oksidasi
setelah  proses  pemutihan  dan  berat  kulit  pisang sebelum  proses  praperlakuan  basa.  Dari  hasil perhitungan, rendemen selulosa yang didapat dari kulit pisang mencapai 14,5%. Berikut adalah perhitungan (1) yang digunakan:
(1)

## Isolasi Nanoselulosa
Proses yang digunakan untuk mendapatkan nanoselulosa adalah proses oksidasi menggunakan APS. Sebanyak  2  gr  selulosa serbuk  dari  proses  sebelumnya direndam  dalam  larutan  1M  (NH 4 ) 2 S 2 O 8 pada  variasi temperatur 60 °C, 70 °C, dan 80 °C (masing-masing diberi nama sampel C60, C70, dan C80) selama 16 jam.
Selanjutnya  dilakukan  penetralan,  penyaringan,  dan pembilasan  nanoselulosa  yang  didapat  dengan  NaOH dan  air  demineral  hingga  mencapai  pH  7.  Untuk keperluan karakterisasi, suspensi nanoselulosa dalam air demineral  dihomogenasi  menggunakan ultrasonic homogenizer .  Larutan  koloid  yang  didapat  kemudian dikeringkan dalam oven pada temperatur 60 °C hingga
menjadi  serbuk  nanoselulosa  kering.  Diagram  alur eksperimen dapat dilihat pada Gambar 1 .

## Karakterisasi
SEM  (HITACHI  SU3500,  PPNN,  ITB)  digunakan  untuk menginvestigasi struktur mikro dari serbuk kulit pisang dan  serbuk  selulosa.  Serbuk  dipreparasi  pada  c arbon tape yang kemudian dilapisi menggunakan lapisan emas tipis.  Evaluasi  struktur  dilakukan  dengan  voltase akselerasi sebesar 5 kV.
TEM  (HITACHI  HT7700,  PPNN,  ITB)  digunakan  untuk mendapatkan  data  morfologi  dan  dimensi  dari nanostruktur serat  selulosa dan nanoselulosa. Pada saat preparasi  sampel,  serbuk  selulosa  didispersikan  dalam isopropil  alkohol  kemudian  dihomogenasi  dengan homogenizer bath selama beberapa menit. Selanjutnya suspensi  diteteskan  pada carbon-coated  copper microgrid dan  dikeringkan.  Voltase  akselerasi  diset sebesar 80 kV. Perangkat lunak ImageJ digunakan untuk menganalisis  gambar  TEM.  Analisis  dilakukan  untuk mendapatkan nilai rata-rata dari diameter nanoselulosa
Gambar 1 . (a) Alur prosedur preparasi kulit pisang; (b) Alur isolasi nanoselulosa dari serbuk kulit pisang.
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology
J. Sci. Appl. Tech. vol.5(1), 2021, pp. 236-244 | 239
Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
yang didapat melalui variasi temperatur proses oksidasi menggunakan APS.
XRD (RIGAKU, Program Studi Teknik Pertambangan, ITB) digunakan  untuk  mendapatkan  informasi  mengenai struktur  kristal  dari  selulosa  dan  nanoselulosa.  Proses karakterisasi dilakukan pada rentang 2θ 10° – 55°. Anoda yang digunakan adalah Cu (1,5406 Å). Indeks kristalinitas (Ic)  nanoselulosa  dihitung  menggunakan  metode  Segal [13] melalui persamaan (2):
(2)
Dimana I a adalah puncak yang mendekati 2θ = 22° dan I b merujuk pada intensitas amorf dari selulosa yang dapat dicari dengan melihat intensitas terendah antara puncak yang mendekati 2θ = 16° dan 22° .
FTIR  (SHIMADZU  IRPrestige-21,  Program  Studi  Kimia, ITB)  digunakan  untuk  melihat  pengaruh  praperlakuan basa  dan  pemutihan  pada  serbuk  kulit  pisang  serta pengaruh  penetralan  suspensi  nanoselulosa  pada struktur  permukaan  nanoselulosa.  Spektrum  yang dianalisis berada pada rentang bilangan gelombang 400- 4500 cm -1 . Resolusi di set pada nilai 4.0 cm -1 .

## Hasil dan Diskusi

## Perubahan Warna Selama Proses Isolasi
Selama  proses  isolasi  nanoselulosa  dari  kulit  pisang, dapat diamati perubahan warna suspensi setelah proses praperlakuan  basa  dan  pemutihan.  Serbuk  kulit  pisang awalnya  berwarna  cokelat  kehitaman.  Setelah  proses praperlakuan  basa,  warna  suspensi  berubah  menjadi cokelat  yang  lebih  muda.  Pada  proses  ini  larutan  basa membantu  membuka  struktur  selulosa  dengan melemahkan  ikatan  antar  polimer  melalui  proses hidrolisis,  sehingga  membantu  pelarutan  senyawa pektin  dan  hemiselulosa.  Setelah  proses  pemutihan, warna  suspensi  menjadi  putih  kusam.  Hal  ini  dapat disebabkan penghilangan senyawa lignin dan tanin yang merupakan  penyebab  warna  cokelat  pada  serbuk  kulit pisang melalui oksidasi oleh senyawa aktif HOCl dan ClO - pada  larutan  NaOCl  [7].  Dusfrane,  dkk.  menyebutkan bahwa  perlakuan  basa  membantu  oksidasi  lignin  yang menghasilkan  gugus-gugus  seperti  hidroksil,  karbonil, dan  karboksilik  yang  hidrofilik  sehingga  dapat
membantu  pelarutan  lignin  [14].  Perubahan  warna endapan dapat dilihat pada Gambar 2 .

## Evaluasi Nanostruktur dari Gambar TEM
Gambar  TEM  memberikan  konfirmasi  adanya  struktur serat  selulosa  dan  nanoselulosa.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  proses  isolasi  serat  selulosa  dan  nanoselulosa berhasil dilakukan. Gambar 3a memperlihatkan struktur serat  selulosa  setelah  proses  praperlakuan  basa  dan pemutihan.  Serat  selulosa  membentuk  struktur  mirip jaring. Teramati pula serat fibril yang masih menyatu dan bertautan  satu  sama  lain  menghasilkan  serat  dengan diameter yang besar dan relatif tidak homogen. Hal ini disebabkan  ikatan  hidrogen  intrafibril  oleh  gugus – OH pada permukaan serat selulosa [15].
Proses  isolasi  nanoselulosa  melalui  proses  oksidasi menggunakan  APS  pada  suhu  60  °C  (Sampel  C60) memperlihatkan  perubahan  struktur  nano  yang signifikan seperti pada Gambar 3b . Terlihat bahwa telah terjadi  defibrilasi  dari  serat  selulosa  yang  menyatu menjadi  serat-serat  terpisah  yang  lebih  kecil  dengan diameter yang relatif lebih homogen. Pemutusan ikatan glikosidik selulosa dan gugus fungsi -CH 2 OH  dibantu oleh hidrogen  peroksida  dan  spesimen  radikal  SO 4 - yang berasal  dari  APS  yang  terbentuk  ketika  pemanasan berlangsung [9].
Gambar 2. (a) Warna endapan setelah proses praperlakuan basa. (b) Warna endapan setelah proses pemutihan.
e-ISSN: 2581-0545
Isolasi Nanoselulosa Terkarboksilasi dari Limbah Kulit Pisang Ambon Lumut dengan Metode Oksidasi
Lebih jauh, variasi temperatur pada saat proses oksidasi menggunakan  APS  memberikan  perubahan  struktur nano  pada  serat  nanoselulosa  seperti  yang  teramati pada Gambar 3c memperlihatkan struktur dari serat dari sampel  C70.  Jelas  terlihat  pengurangan  diameter  dari serat dibandingkan dengan sampel C60. Selain itu, mulai terlihat  nanoselulosa  dengan  bentuk whisker yang memiliki  aspek  rasio  lebih  kecil  dibandingkan  fiber. Sampel C80 ( Gambar 3d ) memperlihatkan struktur serat selulosa  yang  lebih  terdispersi  dibandingkan  sampel C70.  Morfologi  nanoselulosa  berupa  fiber  dilaporkan oleh Pelissari dkk. [7], Tibolla dkk. [16], dan Khawas dan Deka [6].
Diamater  dari  serat  nanoselulosa  dengan  variasi parameter temperatur  pada proses oksidasi dikalkulasi dengan bantuan perangkat lunak ImageJ. Diameter rata- rata serat selulosa berada pada rentang 12,1 nm hingga 24,1 nm dengan sampel C60 memberikan nilai diameter yang paling besar. Tabulasi data diameter dapat dilihat pada Tabel 1 . Nilai dari diamater rata-rata yang didapat pada  penelitian  ini  bersesuaian  dengan  kalkulasi  yang didapat  oleh  Pelissari  dkk.  [7]  yang  menggunakan hidrolisis  asam  dan  homogenasi  tekanan  tinggi  (10,9 – 22,6 nm) dan Khawas dan Deka [6] yang menggunakan
hidrolisis asam dan ultrasonik intensitas tinggi (20 – 35
nm) untuk isolasi nanoselulosa.
Gambar  uji  TEM  dan  hasil  kalkulasi  diameter  serat memberikan  indikasi  yang  jelas  bahwa  peningkatan temperatur  pada  saat  proses  okdisasi  memberikan pengaruh  pada  morfologi  serat  nanoselulosa  berupa pengurangan  diameter  dan  struktur  yang  lebih terdispersi.  Peningkatan  temperatur  dapat  membantu senyawa  oksidan  untuk  melakukan  penetrasi  pada stuktur  serat  selulosa  dan  memotong  ikatan  glikosidik
Gambar 3 . Citra TEM dari nanostruktur (a) sampel selulosa, (b) sampel nanoselulosa C60, (c) sampel nanoselulosa C70, dan (d) sampel nanoselulosa C80 setelah dilakukan proses oksidasi menggunakan APS.
Tabel 1 . Diameter rata-rata dan indeks kristalinitas dari serat nanoselulosa hasil proses oksidasi APS dengan tiga variasi temperatur .
Sampel Temperatur Diameter Rata-Rata SD Ic C60 60 °C 25,1 nm 6,7 60,89 % C70 70 °C 16,9 nm 3,9 67,90 % C80 80 °C 12,1 nm 3,8 72,40 %
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology
J. Sci. Appl. Tech. vol.5(1), 2021, pp. 236-244 | 241
Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
antara  rantai  amorf  dan  rantai  kristal  selulosa  serta memotong ikatan hidrogen intrafibril [9].

## Analisis Spektra FTIR
Analisa  spektra  dari  FTIR  memberikan  gambaran mengenai  perubahan  komposisi  pada  stuktur  kulit pisang,  selulosa,  dan  nanoselulosa. Gambar  4 memperlihatkan profil spektrum dari serbuk kulit pisang dan  selulosa  setelah  melalui  proses  praperlakuan  basa dan pemutihan.
Puncak  pada  bilangan  gelombang  sekitar  3400  cm -1 disebabkan  oleh  vibrasi    gugus  O-H  pada  stuktur selulosa.  Terlihat  bahwa  profil  puncak  pada  spektra selulosa lebih tajam dibandingkan pada kulit pisang. Hal ini  dapat  disebabkan  berkurangnya  ikatan  hidrogen pada  struktur  selulosa  dan  gugus  O-H  dari  komponen polimer selain selulosa setelah proses praperlakuan basa dan  pemutihan.  Puncak  2918 – 2920  cm -1 disebabkan oleh vibrasi C-H pada struktur selulosa dan hemiselulosa [7].  Puncak  1625 – 1631  cm -1 mengindikasikan  vibrasi
kerangka  aromatik  pada  struktur  serat  [17].  Puncak
1433,11  cm -1 pada  spektra  selulosa  diakibatkan  oleh vibrasi  penekukan  H-C-H  dan  O-C-H  [18],  sedangkan puncak 1375,25 cm -1 dipengaruhi oleh vibrasi defromasi asimetrik  C-H  yang  ada  pada  struktur  selulosa  [19]. Puncak 1028 cm -1 dapat disebabkan vibrasi penguluran gugus C-O dari selulosa [17] atau vibrasi gugus C-O-C dari cincin  piranosa  [6].  Elanthikkal  dkk.  [20]  juga menyebutkan  bahwa  perubahan  intensitas  puncak  ini dapat  menunjukkan  perubahan  konten  dari  selulosa pada  sampel.  Puncak  89 – 898  cm -1 diakibatkan  oleh rantai glikosidik antara unit glukosa yang terdapat pada selulosa  [15].  Leung  dkk.  [10]  menyebutkan  bahwa puncak sekitar nilai 1429 cm -1 , 1163 cm -1 , 1111 cm -1 , dan 897 cm -1 mengindikasikan selulosa tipe I β . Analisa FTIR ini  memberikan  konfirmasi  bahwa  proses  prapelakuan basa  dan  pemutihan  berhasil  yang  dilakukan  berhasil mengisolasi selulosa dari kulit pisang ambon lumut.
Gambar 5 menunjukkan spektra dari sampel nanoselulosa  C60,  C70,  dan  C80.  Profil  puncak  spektra nanoselulosa  yang  mirip  dengan  spektra  selulosa
menunjukkan  bahwa  struktur  selulosa  tidak  banyak
Gambar 4 . Spektra FTIR dari biomassa kulit pisang dan selulosa.
e-ISSN: 2581-0545
Isolasi Nanoselulosa Terkarboksilasi dari Limbah Kulit Pisang Ambon Lumut dengan Metode Oksidasi
berubah  setelah  dilakukan  isolasi  nanoselosa  dengan proses oksidasi menggunakan APS. Yang menarik untuk diamati adalah puncak pada rentang 1600 – 1800 cm -1 . Seperti yang dijelaskan oleh dan Leung dkk. [11] dan Lam dkk. [12], proses isolasi nanoselulosa menggunakan APS memberikan  perubahan  pada  gugus  di  permukaan selulosa  dan  sebagian  gugus  hidroksil  termodifikasi menjadi  gugus  karboksil.  Puncak  1724 – 1726    cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  karboksil  pada  sampel nanoselulosa.  Intensitas  dari  puncak  tersebut  terlihat mengalami penurunan dari sampel C60 (yang tertinggi) hingga sampel C80 (yang terendah).
Penetralan  yang  dilakukan  setelah  oksidasi  oleh  APS menggunakan larutan NaOH mengubah sebagian gugus karboksil  menjadi  COONa.  Hal  ini  menyebabkan pergeseran puncak gugus karbonil dari sekitar  1700 cm - 1 menjadi 1613 cm -1 [11]. Dikarenakan suspensi C80 yang lebih terdispersi, interaksi ion Na + dengan gugus COOH menjadi  lebih  banyak,  sehingga  gugus  karboksil  yang bereaksi  menjadi  COONa    menjadi  lebih  banyak  pula. Oleh karena itu, intensitas puncak di sekitar 1700 cm -1 menjadi  semakin  rendah  seiring  dengan  struktur  serat nanoselulosa yang semakin terdispersi.
Selain  itu,  penurunan  intensitas  pada  spektra  kulit pisang  dapat  diamati    di  puncak  1730,15  cm -1 (vibrasi grup ester asetil dan uronik atau rantai ester dari grup karboksil  asam  ferulic  dan  p-coumaric  dari  lignin),
puncak 1507 – 1554 cm -1 (vibrasi gugus C=C pada cincin aromatik  lignin),  puncak  1247,94  cm -1 (cincin  guaiacyl dengan penguluran C=O), dan 779,24 cm -1 (deformasi C- H) [21], [22]. Penurunan intensitas pada puncak-puncak tersebut  menunjukkan  bahwa  penghilangan  sebagian besar lignin berhasil dilakukan saat proses bleaching .

## Analisis Uji Karakterisasi XRD
Data  dari  pengujian  XRD  memberikan  informasi mengenai struktur kristal dari sampel nanoselulosa yang diperoleh. Dari Gambar 6 , terlihat puncak yang ditandai oleh simbol Δ.
Puncak 2θ di kisaran nilai 16° dan 22° dapat diamati pada sampel  selulosa  dan  nanoselulosa.  Puncak-puncak tersebut menunjukkan bahwa selulosa dan nanoselulosa yang berhasil diisolasi memiliki struktur kristal selulosa tipe I [23] yang secara umum ditemukan pada selulosa yang  berasal  dari  sumber  natural  seperti  bakteri  dan lignoselulosa.  Hal  ini  bersesuaian  dengan  penyataan Leung  dkk.  [10]  pada  bagian  analisa  data  FTIR  yang mengindikasikan struktur kristal selulosa tipe I. Dari data struktur kristal tersebut, dapat disimpulkan pula bahwa proses isolasi nanoselulosa melalui oksidasi
Gambar 5 . Spektra FTIR dari sampel nanoselulosa C60, C70, dan C80.
Copyright © 2019 Journal of Science and Applicative Technology
J. Sci. Appl. Tech. vol.5(1), 2021, pp. 236-244 | 243
Published by: Lembaga Penelitian, Pengabdian Masyarakat, dan Penjaminan Mutu Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, Indonesia
menggunakan  tidak  mengubah  struktur  dari  kristal selulosa.
Informasi  lain  yang  dapat  diambil  adalah  nilai  indeks kristalinitas (I c ) dari sampel nanoselulosa. Nilai Ic didapat dikalkulasi  melalui  metode  Segel.  Untuk  sampel nanoselulosa C60, C70, dan C80 masing-masing memiliki nilai  Ic  sebesar  60,89%,  67,90%,  dan  72,40%.  Tabulasi data indeks kristalinitas dapat dilihat pada Tabel 1 . Dari nilai  I c yang  didapat,  jelas  terlihat  bahwa  terjadi pengikatan kristalinitas antara selulosa sebelum proses oksidasi menggunakan APS dengan sampel nanoselulosa yang  didapat.  Data  ini  bersesuaian  dengan  hasil  yang didapat oleh Pelissari dkk. [7] dan Khawas dan Deka [6] yang  menggunakan  hidrolisis  asam  untuk  isolasi nanoselulosa dari kulit pisang.
Selain itu terlihat pula pengaruh dari peningkatan suhu pada  proses  oksidasi  menggunakan  APS  terhadap kristalinitas.  Sampel  C80  memiliki  nilai  kristalinitas terbesar  diikuti  oleh  sampel  C70  dan  C60.  Dapat disimpulkan  bahwa  peningkatan  suhu  saat  proses oksidasi  membantu  senyawa  oksidan  menjad  lebih efektif  saat  memotong  rantai  selulosa  amorf.  Namun demikian, perlu dicermati bahwa peningkatan kristalinitas  dari  suhu  60  °C  ke  70  °C  lebih  besar dibandingkan  peningkatan  kristalinitas  dari  suhu  70  °C ke 80°C. Dapat dikatakan untuk kondisi proses oksidasi 1M  APS  dan  lama  proses  16  jam,    suhu  okidasi  80°C adalah  suhu  yang  optimal  untuk  mendapatkan
nanoselulosa dari kulit pisang dengan nilai I c yang relatif tinggi.

## Kesimpulan
Isolasi  nanoselulosa  terkarboksilasi  dari  serat  kulit pisang  ambon  lumut  berhasil  dilakukan.  Nanoselulosa yang didapat  setelah proses oksidasi pada temperatur 60 – 80 °C memiliki diameter rata-rata 12,1 – 25,1 nm. Spektra  FTIR  memberikan  konfirmasi  terjadinya modifikasi permukaan partikel nanoselulosa oleh gugus karboksil.  Hasil  uji  XRD  menunjukkan  nanoselulosa memiliki stuktur kristal tipe I.
Pengaruh  kenaikan  temperatur  pada  saat  proses oksidasi  menggunakan  APS  dapat  terlihat  pada morfologi  dari  nanoselulosa.  Peningkatan  temperatur mengubah  morfologi  nanoselulosa  dari  fiber  menjadi whisker . Selain itu, peningkatan temperatur membantu meningkatkan  dispersitas  dari  struktur  nanoselulosa, sehingga  mempermudah  proses  modifikasi  permukaan nanoselulosa. Kenaikan temperatur juga menyebabkan peningkatan  nilai  I c dari  sampel  nanoselulosa.  Nilai  I c tertinggi ditunjukkan oleh sampel C80 sebesar  72,40%. Hasil  analisa  data-data  karakterisasi  menunjukkan bahwa  kulit  pisang  ambon  lumut  berpotensi  menjadi sumber  alternatif  untuk  mendapatkan  nanoselulosa yang terkarboksilasi.
Konflik Kepentingan
Gambar 6 . Pola XRD dari sampel selulosa dan nanoseluloa C60, C70, dan C80.
e-ISSN: 2581-0545
Isolasi Nanoselulosa Terkarboksilasi dari Limbah Kulit Pisang Ambon Lumut dengan Metode Oksidasi
Penulis   menyatakan   tidak   ada   konflik   kepentingan dalam penulisan artikel ini.

## Penghargaan
Penulis ingin berterima kasih atas dukungan dari Pusat Penelitian  Nanosains  dan  Nanoteknologi  (PPNN)  ITB dalam melakukan karakterisasi material yang diperlukan pada penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1] “Outlook Komoditas Pisang.” Pusat Data dan Sistem Informasi Pertanian, 2014, Accessed: Jan. 10, 2021. [Online]. Available: http://epublikasi.setjen.pertanian.go.id/arsip-outlook/76-outlook- hortikultura/300-outlook-komoditas-pisang-2014.
[2] “Produksi Pisang Menurut Provinsi, 2013 - 2017.” Badan Pusat Statistik dan Direktorat Jenderal Hortikultura, Accessed: Jan. 10, 2021. [Online]. Available: https://www.pertanian.go.id/Data5tahun/HortiATAP2017(.pdf)/Pr oduksi%20Pisang.pdf.
[3] “Outlook Komoditas Pisang.” Pusat Data dan Sistem Informasi Pertanian, 2016, Accessed: Jan. 10, 2021. [Online]. Available: http://epublikasi.setjen.pertanian.go.id/arsip-outlook/76-outlook- hortikultura/424-outlook-pisang-2016.
[4] M. T. Postek, Ed., Production and applications of cellulose nanomaterials . Peachtree Corners, Ga: TAPPI Press, 2013.
[5] B. Deepa et al. , “Structure, morphology and thermal characteristics of banana nano fibers obtained by steam explosion,” Bioresource Technology , vol. 102, no. 2, pp. 1988 – 1997, Jan. 2011, doi:
10.1016/j.biortech.2010.09.030.
[6] P. Khawas and S. C. Deka, “Isolation and ch aracterization of cellulose nanofibers from culinary banana peel using high-intensity ultrasonication combined with chemical treatment,” Carbohydrate Polymers , vol. 137, pp. 608 – 616, Feb. 2016, doi:
10.1016/j.carbpol.2015.11.020.
[7] F. M. Pelissari, P. J. do A. Sobral, and F. C. Menegalli, “Isolation and characterization of cellulose nanofibers from banana peels,” Cellulose , vol. 21, no. 1, pp. 417 – 432, Feb. 2014, doi:
10.1007/s10570-013-0138-6.
[8] M. Börjesson and G. Westman, “Crystalline Nanocellulose — Preparation, Modification, and Properties,” in Cellulose - Fundamental Aspects and Current Trends , M. Poletto and H. L. Ornaghi, Eds. InTech, 2015.
[9] K. Zhang, P. Sun, H. Liu, S. Shang, J. Song, and D. Wang, “Extraction and comparison of carboxylated cellulose nanocrystals from bleached sugarcane bagasse pulp using two different oxidation methods,” Carbohydrate Polymers , vol. 138, pp. 237 – 243, Mar.
2016, doi: 10.1016/j.carbpol.2015.11.038.
[10] A. C. W. Leung et al. , “Characteristics and Properties of Carboxylated Cellulose Nanocrystals Prepared from a Novel One-
Step Procedure,” Small , vol. 7, no. 3, pp. 302 – 305, 2011, doi:
https://doi.org/10.1002/smll.201001715.
[11] E. Lam et al. , “Green Strategy Guided by Raman Spectroscopy for the Synthesis of Ammonium Carboxylated Nanocrystalline Cellulose and the Recovery of Byproducts,” ACS Sustainable Chem. Eng. , vol.
1, no. 2, pp. 278 – 283, Feb. 2013, doi: 10.1021/sc3001367.
[12] R. V. Valmayor, International Network for Improvement of Banana and Plantain, and Asia and the Pacific Office, Banana cultivar
names and synonyms in Southeast Asia . Los Baños, Philippines: INIBAP, Asia and the Pacific Office, 2000.
[13] L. Segal, J. J. Creely, A. E. Martin, and C. M. Conrad, “An Empirical Method for Estimating the Degree of Crystallinity of Native Cellulose Using the X- Ray Diffractometer,” Textile Research Journal , vol. 29, no. 10, pp. 786 – 794, Oct. 1959, doi:
10.1177/004051755902901003.
[14] A. Dufresne, J.- Y. Cavaillé, and M. R. Vignon, “Mechanical behavior of sheets prepa red from sugar beet cellulose microfibrils,” Journal of Applied Polymer Science , vol. 64, no. 6, pp. 1185 – 1194, 1997, doi: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-
4628(19970509)64:6<1185::AID-APP19>3.0.CO;2-V.
[15] B. Deepa et al. , “Utilization of various ligno cellulosic biomass for the production of nanocellulose: a comparative study,” Cellulose , vol. 22, no. 2, pp. 1075 – 1090, Apr. 2015, doi: 10.1007/s10570-015- 0554-x.
[16] H. Tibolla, F. M. Pelissari, and F. C. Menegalli, “Cellulose nanofibers produced from ba nana peel by chemical and enzymatic treatment,” LWT - Food Science and Technology , vol. 59, no. 2, Part 2, pp. 1311 – 1318, Dec. 2014, doi: 10.1016/j.lwt.2014.04.011.
[17] J. Zhuang, M. Li, Y. Pu, A. Ragauskas, and C. Yoo, “Observation of Potential Contaminants in Processed Biomass Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy,” Applied Sciences , vol. 10, no. 12, p. 4345, Jun. 2020, doi: 10.3390/app10124345.
[18] M. Cheng et al. , “Efficient extraction of carboxylated spherical cellulose nanocrystals with narrow distribution through hydrolysis of lyocell fibers by using ammonium persulfate as an oxidant,” J. Mater. Chem. A , vol. 2, no. 1, pp. 251 – 258, Nov. 2013, doi: 10.1039/C3TA13653A.
[19] Y. Hu, L. Tang, Q. Lu, S. Wang, X. Chen, and B. Huang, “Preparation of cellulose nanocrystals and carboxylated cellulose nanocrystals from borer powder of bamboo,” Cellulose , vol. 21, no. 3, pp. 1611 – 1618, Jun. 2014, doi: 10.1007/s10570-014-0236-0.
[20] S. Elanthikkal, U. Gopalakrishnapanicker, S. Varghese, and J. T. Guthrie , “Cellulose microfibres produced from banana plant wastes: Isolation and characterization,” Carbohydrate Polymers , vol. 80, no. 3, pp. 852 – 859, May 2010, doi:
10.1016/j.carbpol.2009.12.043.
[21] B. M. Cherian, L. A. Pothan, T. Nguyen-Chung, G. Mennig, M. Kottaisamy, and S. Thomas, “A Novel Method for the Synthesis of Cellulose Nanofibril Whiskers from Banana Fibers and Characterization,” J. Agric. Food Chem. , vol. 56, no. 14, pp. 5617 – 5627, Jul. 2008, doi: 10.1021/jf8003674.
[22] R. Zuluaga, J. L. Putaux, J. Cruz, J. Vélez, I. Mondragon, and P. Gañán, “Cellulose microfibrils from banana rachis: Effect of alkaline treatments on structural and morphological features,” Carbohydrate Polymers , vol. 76, no. 1, pp. 51 – 59, Mar. 2009, doi: 10.1016/j.carbpol.2008.09.024.
[23] M. F. Rosa et al. , “Cellulose nanowhiskers from coconut husk fibers: Effect of preparation conditions on their thermal and morphological behavior,” Carbohydrate Polymers , vol. 81, no. 1, pp. 83 – 92, May 2010, doi: 10.1016/j.carbpol.2010.01.059.