BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Iles-iles (Amorphophallus muelleri Blume atau Amorphophallus

oncophyllus) merupakan salah satu jenis tanaman tahunan penghasil karbohidrat

dari suku Araceae (umbi-umbian) yang tumbuh di Indonesia. Jenis ini merupakan

tanaman sumber karbohidrat alternatif yang mengandung glukomanan cukup

tinggi (30-40%) (Sumarwoto, 2005). Tanaman ini mampu tumbuh liar di daerah-

daerah yang memiliki musim kemarau dan musim hujan, mulai dataran rendah

hingga ketinggian tempat 900 m di atas permukaan laut (Team TPC, 2013).

Dibandingkan dengan umbi-umbian lainnya, iles-iles memang belum

begitu dikenal secara luas. Tanaman iles-iles banyak ditemukan sebagai tumbuhan

liar di beberapa daerah di Indonesia. Sebagian besar masyarakat belum banyak

mengenal dan memanfaatkan tanaman ini, bahkan beberapa orang masih

menganggap iles-iles sebagai gulma (Team TPC, 2013). Sejauh ini, umbi iles-iles

biasanya dijual di pasaran apa adanya ataupun telah berbentuk produk olahan

berupa tepung konyaku (tepung jelly). Tepung konyaku sebenarnya merupakan

salah satu jenis karbohidrat yang tergolong glukomannan, atau istilah sehari-hari

disebut juga mannan yang biasanya dihasilkan dari umbi konjac (A. konjac),

tanaman sejenis iles-iles asal Jepang. Di Indonesia, sebenarnya juga banyak

dihasilkan glukomannan yang berasal dari iles-iles kuning (A. muelleri B. atau A.

oncophyllus P.), namun pemasarannya dan pemanfaatannya belum sebesar

glukomannan dari iles-iles konjac yang berasal dari Jepang (Sumarwoto, 2007).

Seiring dengan berkembangnya teknologi polimer, berbagai macam

modifikasi telah diterapkan pada polimer-polimer alam untuk mengubah sifat

serta meningkatkan daya gunanya. Salah satu polimer alam yang jumlahnya

melimpah yaitu pati, yang terbentuk secara alami sebagai cadangan makanan di

dalam akar, biji, dan batang berbagai jenis tumbuhan. Sejumlah besar polimer

hasil modifikasi pati telah disintesis dan dilaporkan. Oleh karena itu, modifikasi

1

2

serupa juga dapat diterapkan pada zat pati dari umbi tanaman iles-iles ini demi

meningkatkan nilai jual dan kegunaannya.

Polimer hasil modifikasi zat pati menghasilkan berbagai produk yang

bermanfaat, salah satunya yaitu berupa hidrogel. Hidrogel adalah suatu material

jaringan tiga dimensi dari polimer hidrofilik yang mampu menyerap ataupun

menyimpan air dalam jumlah besar (Park dan Park, 1996). Kemampuan hidrogel

untuk menyerap air berasal dari gugus fungsi hidrofil yang terikat pada rantai

utama polimer, sedangkan ketahanannya untuk tidak larut dalam air berasal dari

ikatan silang yang membentuk jaringan polimer. Hidrogel telah diaplikasikan

untuk berbagai keperluan, seperti gel penyerap air pada popok, media tanam,

pembenah tanah, pupuk dan obat lepas kontrol, dan sebagainya (Gulrez et al,

2011).

Hidrogel dari berbagai jenis pati telah banyak dilaporkan, misalnya pati

kentang, tapioka, pati jagung, dan pati sagu. Hidrogel dari glukomannan umbi

konjac (A. konjac) juga telah disintesis untuk keperluan obat lepas kontrol (Wen

et al, 2009; Chen, Liu, dan Zhuo, 2005). Oleh karena itu, preparasi hidrogel juga

dapat diterapkan pada pati umbi iles-iles (A. muelleri).

Kandungan glukomannan yang cukup tinggi pada pati umbi iles-iles

diharapkan menghasilkan karakteristik yang khas dan memiliki kelebihan

dibandingkan hidrogel yang dibuat dari zat pati lain. Polimer glukomannan

memiliki sifat atau karakter istimewa yaitu sifat antara selulosa dan

galaktomannan, sehingga mampu mengalami proses mengkristal serta membentuk

struktur serat-serat halus. Karakter istimewa lainnya dari glukomannan antara

lain dapat mengembang di dalam air hingga mencapai 138-200% dengan cepat

(pada pati hanya mengembang 25%). Glukomannan larut dalam air dingin,

membentuk massa yang bersifat kental. Perlakuan pemanasan sampai terbentuk

gel, akan mengakibatkan “mannan" tidak larut kembali di dalam air (Sumarwoto,

2007). Selain itu, glukomannan tidak bisa dicerna dalam tubuh manusia sehingga

diharapkan biodegradasinya lebih kecil dari hidrogel tepung lainnya yang sudah

banyak dilaporkan. Beberapa penelitian sebelumnya telah berhasil mempreparasi

hidrogel dengan melakukan kopolimerisasi cangkok monomer vinil seperti asam

3

akrilat (Soleimani dan Sadeghi, 2012) dan akrilonitril (Taghizadeh dan

Mafakhery, 2001) pada pati. Preparasi hidrogel pada umumnya melibatkan reaksi

kopolimerisasi, pencangkokan atau grafting (Gulrez et al, 2011) dan ikatan silang

(Okay, 2009).

Pencangkokan secara kimia merupakan salah satu metode yang yang

paling populer untuk memodifikasi struktur dan sifat biopolimer. Pencangkokan

monomer vinil ke polisakarida menghasilkan daya tahan terhadap biodegradasi,

stabilitas panas dan kemampuan mengikat ion logam. Dengan modifikasi ini, pati

sebagai satu kopolimer yang terjangkau dan terbarukan, mungkin dapat

dikembangkan sifatnya sebagaimana polimer sintetis berbahan minyak bumi

(Apopei et al, 2012). Beberapa kopolimer cangkok terhadap KGM (konjac

glucomannan) pun telah dilaporkan, misalnya KGM-graft-poli(akrilamid-ko-

sodium xantat) sebagai flokulen atau zat penyerap polutan (Wang et al, 2011) dan

KGM-graft-poli(asam akrilat-ko-trimethilalil amonium klorida) sebagai

superabsorben (Tian et al, 2011). Berbagai monomer vinil, seperti akrilonitril

(Taghizadeh dan Mafakhery, 2001), akrilamida (Okay, 2010; Wang et al, 2011),

dan asam akrilat (Soleimani dan Sadeghi, 2012; Chen et al, 2005), telah

digunakan pada kopolimerisasi cangkok untuk menghasilkan material hidrogel

dengan karakter tertentu.

Asam akrilat sebagai salah satu senyawa bersifat hidrofil dan dapat

membentuk polimer telah banyak diaplikasikan pada hidrogel superabsorben

sebagai monomer yang dicangkok pada zat pati dan membentuk gugus hidrofil

(Teli dan Waghmare, 2009; Chen et al,, 2005) ataupun sebagai poli(asam akrilat)

saja (yang juga merupakan material hidrogel superabsorben). Asam akrilat

memiliki gugus asam karboksilat sehingga pada beberapa preparasinya dilakukan

netralisasi untuk menghilangkan sifat asamnya (Cash, 2008).

Pada polimerisasi cangkok, efisiensi pencangkokan biasanya dinyatakan

dalam persen cangkok (% grafting) atau persen konversi, yang terutama

dipengaruhi oleh konsentrasi komponen reaktan (pati dan monomer) yang terlibat

serta faktor lain yang mempengaruhi kinetika reaksi seperti suhu, konsentrasi dan

jenis inisiator, serta lamanya reaksi (Taghizadeh dan Mafakhery, 2001).

4

Suhu sebagai salah satu faktor yang mempengaruhi reaksi pencangkokan

telah banyak diteliti pengaruhnya pada beberapa penelitian sebelumnya. Teli dan

Waghmare (2009) menemukan bahwa modifikasi carbohydrate waste dengan

monomer vinil asam akrilat dan akrilamida menghasilkan grafting optimum

sebesar 35% pada suhu 60°C. Tian et al, 2011 juga menyatakan bahwa

superabsorben berbasis KGM-cangkok-poli(asam akrilat-ko-trimetil alil amonium

klorida) yang dipreparasi pada suhu 60°C dan waktu 4 jam menghasilkan absorpsi

air optimum. Oleh karena itu, suhu dan waktu inilah dipergunakan dalam proses

preparasi hidrogel pada penelitian ini.

Baik glukomannan, pati, ataupun asam akrilat dapat larut dalam air

sehingga modifikasi pati dengan asam akrilat pun banyak dilakukan dalam sistem

pelarut air. Pada polimerisasi radikal dalam pelarut air, umumnya digunakan

hidrogen peroksida (H2O2) sebagai inisiator (Stevens, 2007). Namun, inisiator ini

belum banyak digunakan pada modifikasi pati. Selain itu, terdapat juga inisiator

lain berupa anion persulfat (S2O82-) yang juga mulai digunakan pada inisiasi

polimerisasi suhu rendah dalam pelarut air (Teli dan Waghmare, 2009; Stevens,

2007). Kedua inisiator ini memiliki harga yang lebih terjangkau dibandingkan

inisiator logam transisi seperti Ce4+, V3+, dan Co3+ yang lebih banyak digunakan

pada modifikasi pati (Taghizadeh dan Mafakhery, 2001). Konsentrasi inisiator

sangat berpengaruh pada kinetika polimerisasi dan panjang polimer. Namun pada

metode pencangkokan, konsentrasi inisiator sangat mempengaruhi proporsi antara

pencangkokan (kopolimerisasi) dan homopolimerisasi antara sesama monomernya

(Stevens, 2007; Taghizadeh dan Mafakhery, 2001). Oleh karena itu dalam

penelitian ini, digunakan kedua inisiator tersebut dan diuji pula pengaruh

konsentrasinya terhadap persen cangkok dan absorbansi hidrogel.

Berdasarkan beberapa penelitian modifikasi KGM sebelumnya,

konsentrasi monomer yang dicangkokkan jauh lebih besar dibandingkan

konsentrasi KGM. Tian et al (2011) menemukan bahwa rasio massa monomer

asam akrilat dan trimetilalil amonium klorida terhadap KGM sebesar 9:1

menghasilkan absorbansi optimum. Chen et al (2005) juga telah meneliti

pengaruh variasi rasio molar asam akrilat dengan KGM (1:10; 1:15; 1:20; sampai

5

1:40) terhadap SR (Swelling Ratio) hidrogel, dan menunjukkan bahwa rasio 1:40

menghasilkan nilai SR maksimum. Penelitian mengenai preparasi hidrogel dari

pati ataupun KGM sebelumnya banyak mengacu pada pengaruh komposisi dan

konsentrasi material hidrogel terhadap karakter fisiknya seperti kapasitas

absorbansi air dan SR (Swelling Ratio). Pada penelitian ini, selain karakter fisik

berupa kapasitas absorbansi air, juga diteliti pengaruh konsentrasi material

hidrogel terhadap karakter kimia seperti persen grafting dan intensitas gugus

cangkok asam akrilat yang dikarakterisasi dengan spektroskopi inframerah.

Variasi konsentrasi pati yang digunakan juga dipertimbangkan menurut

kelarutannya dalam air.

Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini akan mempreparasi dan

mengkarakterisasi hidrogel superabsorben dari tepung (zat pati dan glukomannan)

umbi iles-iles (A. muelleri B.) yang dimodifikasi dengan teknik polimerisasi

cangkok asam akrilat menggunakan inisiator anion persulfat (S2O82-) dan hidrogen

peroksida (H2O2). Setiap komponen akan divariasikan konsentrasinya dan ditinjau

pengaruhnya sehingga menghasilkan hidrogel dengan karakteristik yang sesuai

sebagai superabsorben.

6

1.2 Rumusan Masalah

Merujuk pada latar belakang pembuatan skripsi sebelumnya, maka dapat

dirumuskan permasalahan sebagai berikut.

a. Bagaimana perbedaan dan pengaruh penggunaan jenis inisiator anion

persulfat (S2O82-) dan hidrogen peroksida (H2O2) terhadap karakteristik dan

kapasitas absorbansi hidrogel yang dipreparasi dengan kopolimerisasi

cangkok asam akrilat pada pati umbi iles-iles (A. muelleri B.)?

b. Berapa konsentrasi pati umbi iles-iles (A. muelleri B.), konsentrasi

monomer, dan konsentrasi inisiator yang optimum untuk preparasi

hidrogel dengan kopolimerisasi cangkok asam akrilat pada pati umbi iles-

iles (A. muelleri B.)?

c. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi pati umbi iles-iles (A. muelleri

B.), variasi konsentrasi monomer, dan variasi konsentrasi inisiator

terhadap karakteristik dan kapasitas aborbansi hidrogel?

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini antara lain.

a. Memahami perbedaan dan pengaruh jenis inisiator anion persulfat (S2O82-)

dan hidrogen peroksida (H2O2) terhadap karakteristik hidrogel yang

dipreparasi dengan kopolimerisasi cangkok asam akrilat pada pati umbi

iles-iles (A. muelleri B.).

b. Mengetahui konsentrasi optimum dari pati umbi iles-iles (A. muelleri B.),

monomer, dan inisiator yang diperlukan untuk preparasi hidrogel yang

dipreparasi dengan polimerisasi cangkok asam akrilat pada pati umbi iles-

iles (A. muelleri B.).

c. Memahami pengaruh variasi konsentrasi pati umbi iles-iles (A. muelleri

B.), variasi konsentrasi monomer, dan variasi konsentrasi inisiator

terhadap karakteristik dan kapasitas aborbansi hidrogel.

7

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada penelitian ini antara lain sebagai berikut.

a. Zat pati yang digunakan adalah tepung yang diisolasi dari umbi iles-iles

kuning (A. muelleri B.) yang tumbuh di Jember dan diperoleh dari

Koperasi Pusat Penelitian Kopi Kakao Kaliwining, Jember.

b. Inisiator berupa anion persulfat (S2O82-) berasal dari kalium persulfat

(K2S2O8) dan hidrogen peroksida (H2O2).

c. Variabel yang divariasikan adalah konsentrasi zat pati umbi tanaman iles-

iles (A. muelleri B.), konsentrasi asam akrilat, serta konsentrasi inisiator

kalium persulfat (K2S2O8) dan hidrogen peroksida (H2O2).

d. Karakterisasi hidrogel menggunakan spektroskopi IR, nilai kapasitas

absorbansi, dan persen cangkok (% grafting) saja.

d. Reaksi kopolimerisasi cangkok asam akrilat pada zat pati umbi tanaman

iles-iles (A. muelleri B.) dilakukan pada kondisi atmosfer gas nitrogen.

1.5 Manfaat

Adapun manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu:

a. Tanaman umbi iles-iles sebagai sumber daya alam lokal dapat menjadi

bahan alternatif pembuatan produk hidrogel yang memiliki karakteristik

istimewa dan nilai jual yang lebih tinggi.

b. Polimerisasi cangkok asam akrilat pada zat pati umbi tanaman iles-iles

(Amorphophallus muelleri Blume) diharapkan dapat digunakan sebagai

metode preparasi hidrogel.