(519089515) kitosan
DESCRIPTION
kotosanTRANSCRIPT
Universitas Sumatera
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kitosan
Kitosan dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari deasetilasi
kitin. Kitosan juga dijumpai secara alamiah di beberapa organisme. Adapun struktur
kitosan:
Gambar 2.1 Struktur Kitosan
Proses deasetilasi kitin dapat dilakukan dengan cara kimiawi atau enzimatik.
Ternyata penghilangan gugus asetil kitin meningkatkan kelarutannya, sehingga
kitosan lebih banyak digunakan daripada kitin, antara lain di industri kertas, pangan,
farmasi, fotografi, kosmetika. Selain itu kitosan juga bersifat nontoksik,
biokompatibel, dan biodegradabel sehingga aman digunakan.
Perkembangan penggunaan kitosan meningkat pada tahun 1940-an
terlebih dengan makin diperlukannya bahan alami oleh berbagai industri sekitar
tahun 1970- an. Penggunaan kitosan untuk aplikasi khusus seperti farmasi,
kesehatan, bidang industri antara lain industri membran, biokimia, bioteknologi,
pangan, pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri perkayuan, polimer,
dan industri kertas (Sugita, P. 2009).
Universitas Sumatera
2.1.1. Sumber Kitosan
Kitosan merupakan senyawa kimia yang berasal dari bahan hayati kitin,
suatu senyawa organik yang melimpah di alam ini setelah selulosa. Kitin ini
umumnya diperoleh dari kerangka hewan invertebrata dari kelompok Arthopoda sp,
Molusca sp, Coelenterata sp, Annelida sp, Nematoda sp, dan beberapa dari kelompok
jamur. Selain dari kerangka hewan invertebrate, juga banyak ditemukan pada bagian
insang ikan, trachea, dinding usus dan pada kulit cumi-cumi. Sebagai sumber
utamanya ialah cangkang Crustaceae sp, yaitu udang, lobster, kepiting, dan hewan
yang bercangkang lainnya, terutama asal laut. Sumber ini diutamakan karena
bertujuan untuk memberdayakan limbah udang (h t t p:// f o r u m . u p i . e d u/ v 3 / i nd e x . p h p ?
to p i c = 15647 . 0 ).
Dari tabel 2.1 dibawah ini bahwa sumber kitin dan kitosan yang banyak
adalah terdapat pada udang-udangan (70%).
Tabel 2.1 Sumber-sumber Kitin dan Kitosan
Jenis Kadar Kitosan
Jamur / Cendawan 5-20%Cumi-cumi 3-20%Kalajengking 30%Laba-laba 38%Kumbang 35%Ulat sutra 44%Kepiting 69%Udang 70%
( Manurung, M. 2005)
2.1.2. Sifat-sifat Kitosan
Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan. Kelarutan
kitosan yang paling baik ialah dalam larutan asam asetat 2%. (Sugita, P.
2009). Kitosan mudah mengalami degradasi secara biologis dan tidak beracun,
kationik kuat, flokulan dan koagulan yang baik, mudah membentuk membran atau
film serta membentuk gel dengan anion bervalensi ganda. Kitosan tidak larut dalam
air, pelarut- pelarut organik, alkali atau asam-asam mineral pada pH diatas 6,5.
Kitosan larut
Universitas Sumatera
dengan cepat dalam asam organik seperti asam formiat, asam sitrat dan asam asetat
(Mat,B.Zakaria. 1995).
Kitosan juga sedikit larut dalam HCl dan HNO3 0,5%, H3PO4.
Sedangkan dalam H2SO4 tidak larut. Kitosan juga tidak larut dalam beberapa
pelarut organik seperti alkohol, aseton, dimetil formida dan dimetil sulfoksida tetapi
kitosan larut dengan baik dengan asam formiat berkonsentrasi (0,2-100)% dalam air
(Knorr,D.1987). Sifat-sifat kitosan dihubungkan dengan adanya gugus amino dan
hidoksil yang terikat. Adanya reaktifitas kimia yang tinggi dan menyumbangkan sifat
sifat polielektrolit kation, sehingga dapat berperan sebagai amino
pengganti. Perbedaan kandungan amida adalah sebagai patokan untuk
menentukan apakah polimer ini dalam bentuk kitin atau kitosan. Kitosan
mengandung gugus amida 60% sebaiknya lebih kecil dari 60% adalah kitin
(Harahap,V.U. 1995).
Kitosan larut pada kebanyakan larutan asam organik (Tabel 2.2) pada pH
sekitar 4,0, tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5, juga tidak larut
dalam pelarut air, alkohol, dan aseton. Dalam asam mineral pekat seperti HCl dan
HNO3, kitosan larut pada konsentrasi 0,15-1,1%, tetapi tidak larut pada konsentrasi
10%. Kitosan tidak larut dalam H2SO4 pada berbagai konsentrasi, sedangkan di
dalam H3PO4 tidak larut pada konsentrasi 1% sementara pada konsentrasi 0,1%
sedikit larut. Perlu untuk kita ketahui, bahwa kelarutan kitosan dipengaruhi oleh
bobot molekul, derajat deasetilasi dan rotasi spesifiknya yang beragam bergantung
pada sumber dan metode isolasi serta transformasinya.
Universitas Sumatera
Tabel 2.2 Kelarutan Kitosan pada Berbagai Pelarut Asam Organik
Konsentrasi Asam OrganikKonsentrasi Asam Organik
(%)10 50 >50
Asam asetat + ±Asam adipat
Asam sitrat +Asam format + + +
Asam laktat +Asam maleat +
Asam malonat +Asam oksalat +
Asam propionat +Asam piruvat + +Asam suksinat +Asam tartrat +
Keterangan:
+ larut; - tidak larut; ± larut sebagian
(Sugita, P. 2009)
Kitosan memiliki sifat unik yang dapat digunakan dalam berbagai cara serta
memiliki kegunaan yang beragam, antara lain sebagai bahan perekat, aditif
untuk kertas dan tekstil, penjernih air minum, serta untuk mempercepat
penyembuhan luka, dan memperbaiki sifat pengikatan warna. Kitosan merupakan
pengkelat yang kuat untuk ion logam transisi.
Menurut Robert, G. A. F. (1992), kitosan merupakan suatu biopolimer alam
yang reaktif yang dapat melakukan perubahan-perubahan kimia. Karena ini banyak
turunan kitosan dapat dibuat dengan mudah. Beberapa turunan kitosan yag telah
dihasilkan dan juga telah diketahui kegunaannya antara lain:
a. N-karboksialkil kitosan, digunakan sebagai penggumpal ion
logam b. Asetil kitosan, digunakan dalam industri tekstil dan
membran
c. Kitosan glukan, digunakan sebagai pengkelat ion logam dan agen
penggumpal sama seperti kitin, kitosan juga dapat digunakan dalam berbagai
bidang,
Universitas Sumatera
misalnya:
1. Untuk industri kertas, kaca, kain, dan pewarna
2. Dalam industri kosmetik
3. Dalam bidang pertanian dan makanan
4. Dalam industri semen
5. Dalam bidang kesehatan
6. Untuk penyerapan ion logam
2.2. Kegunaan Kitosan
Dewasa ini aplikasi kitin dan kitosan sangat banyak dan meluas. Dibidang industri,
kitin dan kitosan berperan antara lain sebagai kogulan polielektrolit pengolahan
limbah cair, pengikat dan penyerap ion logam, mikroorganisme, pewarna, residu
peptisida, lemak, mineral dan asam organik, gel dan pertukaran ion, pembentuk film
dan membran mudah terurai, meningkatkan kualitas kertas, pulp, dan produk tekstil.
(Sugita, P. 2009).
Kitin dan kitosan dapat diterapkan di bidang industri maupun bidang
kesehatan, diantaranya : Industri tekstil, bidang fotografi, bidang
kedokteran/kesehatan, industri fungisida, industri kosmetika, industri pengolahan
pangan, serta penangan limbah.
2.2.1. Industri Tekstil
Serat tenun dapat dibuat dari kitin dengan cara membuat suspensi kitin dalam asam
format, kemudian ditambahkan triklor asam asetat dan segera dibekukan pada
suhu
20 derajat C selama 24 jam. Jika larutan ini dipintal dan dimasukka n dalam etil asetat
Universitas Sumatera
maka akan terbentuk serat tenun yang potensial untuk industri tekstil. Pada kerajinan
batik, pasta kitosan dapat menggantikan ''malam'' (wax) sebagai media pembatikan.
2.2.2. Bidang Fotografi
Jika kitin dilarutkan dalam larutan dimetilasetamida LICI, maka dari larutan ini
dapat dibuat film untuk berbagai kegunaan. Pada industri film untuk fotografi,
penambahan tembaga kitosan dapat memperbaiki mutu film yaitu untuk
meningkatkan fotosensitivitasnya.
2.2.3. Bidang Kedokteran/Kesehatan
Kitin dan turunannya (karboksimetil kitin, hidroksietil kitin dan etil kitin)
dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan benang operasi. Benang operasi ini
mempunyai keunggulan dapat diurai dan diserap dalam jaringan tubuh, tidak toksik,
dapat disterilisasi dan dapat disimpan lama.
Kitin dan kitosan dapat digunakan sebagai bahan pemercepat penyembuhan
luka bakar, lebih baik dari yang terbuat dari tulang rawan. Selain itu juga
sebagai bahan pembuatan garam-garam glukosamin yang mempunyai banyak
manfaat di bidang kedokteran. Misalnya untuk menyembuhkan influenza, radang
usus dan sakit tulang.
Glukosamin terasetilasi merupakan bahan antitumor, sedangkan glukosamin
sendiri bersifat toksik terhadap sel-sel tumor sehingga dapat menurunkan kadar
kolesterol darah dan kolesterol liver. Karena kitin tidak dapat dicerna dalam
pencernaan, maka ia berfungsi sebagai dietary fiber yang berguna melancarkan
pembuangan sisa-sisa pencernaan.
Universitas Sumatera
2.2.4. Industri Fungisida
Kitosan mempunyai sifat antimikrobia melawan jamur lebih kuat dari Kitin.
Jika Kitosan ditambahkan pada tanah, maka akan menstimulir pertumbuhan mikrobia
mikrobia yang dapat mengurai jamur. Selain itu Kitosan juga dapat
disemprotkan langsung pada tanaman. Misalnya larutan 0,4% kitosan jika
disemprotkan pada tanaman tomat dapat menghilangkan virus tobacco mozaik.
2.2.5. Industri Kosmetika
Kini telah dikembangkan produk baru shampoo kering mengandung kitin yang
disuspensi dalam alkohol. Termasuk pembuatan lotion dan shampoo cair yang
mengandung 0,5 - 6,0 % garam kitosan. Shampoo ini mempunyai kelebihan dapat
meningkatkan kekuatan dan berkilaunya rambut, karena adanya interaksi antara
polimer tersebut dengan protein rambut.
2.2.6. Industri Pengolahan Pangan
Karena sifat kitin dan kitosan yang dapat mengikat air dan lemak, maka
keduanya dapat digunakan sebagai media pewarnaan makanan. Mikrokristalin kitin
jika ditambahkan pada adonan akan dapat meningkatkan pengembangan volume roti
tawar yang dihasilkan. Selain itu juga sebagai pengental dan pembentuk emulsi lebih
baik dari pada mikrokristalin sellulosa. Pada pemanasan tinggi kitin akan
menghasilkan pyrazine yang potensial sebagai zat penambah cita rasa.
Karena sifatnya yang dapat bereaksi dengan asam-asam seperti
polifenol, maka kitosan sangat cocok untuk menurunkan kadar asam pada buah-
buahan, sayuran dan ekstrak kopi. Bahkan terakhir diketahui dapat sebagai
penjernih jus apel lebih baik dari pada penggunaan bentonite dan gelatin. Kitin dan
Kitosan tidak beracun sehingga tidak berbahaya bagi kesehatan manusia.
Universitas Sumatera
2.2.7. Penanganan Limbah
Karena sifat polikationiknya, kitosan dapat dimanfaatkan sebagai agensia
penggumpal dalam penanganan limbah terutama limbah berprotein yang kemudian
dapat dimanfaatkan sebagai pakan ternak. Pada penanganan limbah cair, kitosan
sebagai chelating agent yang dapat menyerap logam beracun seperti mercuri, timah,
tembaga, pluranium dan uranium dalam perairan dan untuk mengikat zat warna
tekstil dalam air limbah (Krissetiana, H. 2004).
2.3. Karakteristik Kitosan
Karakteristik kitosan yang paling sering dianalisa adalah viskositas, derajat
deasetilasi, berat molekul, pH, residu protein, kadar air, kadar abu, kandungan lemak.
Kadar logam berat, warna dan lain-lain yang bersangkut an dengan tujuan
penggunaan. Menurut Roberts (1992), standar mutu kitosan maupun polimernya
belum ada, sehingga analisa kitosan ditujukan untuk menentukan karakterisasi yang
berhubungan dengan sumber bahan kitosan dan tujuan penggunaannya.
Berat molekul merupakan salah satu parameter yang dapat membedakan kitin
dan kitosan dengan adanya pengurangan berat molekul pada kitosan akibat proses
deasetilasi yang menghilangkan gugus asetil pada kitin.
Metode yang paling sederhana untuk menentukan berat molekul dari kitin
dan kitosan yaitu dengan viskometri (Kumar, 2000). Pada metoda ini berat
molekul polimer ditentukan dengan persamaan Mark-Houwink, yaitu:
[η] = K.Mα………………...…(1)
Dimana K dan α merupakan tetapan yang khas untuk sistem polimer-pelarut
tertentu (Sopyan, 2001). Harga viskositas intrinsik atau [η] diperoleh dari nilai
viskositas spesifik (ηsp) pada konsentrasi mendekati nol. Viskositas spesifik (ηsp)
dapat ditentukan dengan mengetahui waktu alir larutan dan pelarut pada alat
viskometer.
Universitas Sumatera
t2 – t1ηsp = ………………(2)
t1
Dimana t2 adalah waktu alir larutan dan t1 adalah waktu alir pelarut ( Firman, 1991).
2.4. Asam Askorbat (Vitamin C)
2.4.1. Struktur Asam Askorbat
Asam askorbat merupakan senyawa yang mudah larut dalam air, mempunyai
sifat asam dan sifat pereduksi yang kuat. Sifat-sifat tersebut terutama disebabkan
adanya struktur enediol yang berkonjugasi dengan gugus karbonil dalam cincin
lakton. Bentuk asam askorbat yang ada di alam terutama adalah L-asam askorbat. D-
asam askorbat jarang terdapat di alam dan hanya memiliki 10 persen aktivitas
asam askorbat. Biasanya D-asam askorbat ditambah ke dalam bahan pangan
sebagai
antioksidan, bukan sebagai sumber asam askorbat (Andarwulan, N. 1992).
O
C
HO C
HO C O
HC
HOCH
CH 2 OH
Gambar 2.2 Struktur Kimia dari Asam Askorbat
(Poedjiadi, A. 2006)
Universitas Sumatera
2.4.2. Sifat-sifat Asam Askorbat
Asam askorbat dalam bentuk murni merupakan kristal putih tidak berwarna, tidak
berbau, dan mencair pada suhu 190-1920C. Senyawa ini bersifat reduktor kuat dan
mempunyai rasa asam. Asam askorbat sangat mudah larut dalam air ( 1 gram dapat
larut sempurna dalam 3 ml air), sedikit larut dalam alkohol (1 gram dalam 50 gram
alkohol absolute atau 100 ml gliserin) dan tidak larut dalam benzene, eter,
kloroform, minyak dan sejenisnya. Walaupun asam askorbat stabil dalam bentuk
kristal tetapi
mudah rusak atau terdegradasi jika berada dalam bentuk larutan, terutama jika
terdapat udara, logam-logam sepeti Cu dan Fe. Sifat yang paling utama dari asam
askorbat adalah kemampuan mereduksi logam, terutama Cu dan Ag (Andarwulan,
N.
1992).
2.4.3. Sumber Asam Askorbat
Asam askorbat pada umumnya hanya terdapat di dalam pangan nabati, yaitu sayur
dan buah terutama yang asam, seperti jeruk, nenas, rambutan, pepaya, gandaria, dan
tomat. Asam askorbat juga banyak terdapat di dalam sayuran daun-daunan dan jenis
kol. (Almatsier, S. 1998)
2.4.4. Manfaat Asam Askorbat
Beberapa manfaat dari asam askorbat, yaitu:
1. Asam askorbat dapat memperkuat otot jantung
2. Asam askorbat berperan penting melelui proses metabolisme
kolesterol, karena dalam proses metabolisme kolesterol
3. Asam askorbat dapat meningkatkan laju kolesterol yang dibuang dalam
bentuk asam empedu dan mengatur metabolisme kolesterol
4. Asam askorbat dapat meningkatkan kadar HDL dan berfungsi sebagi
pencahar sehingga dapat meningkatkan pembuangan kotoran
Universitas Sumatera
5. Asam askorbat dapat menurunkan kadar kolesterol dan trigliserida tinggi
Universitas Sumatera
6. Asam askorbat sangat berperan dalam sintesis kolagen sehingga
dapat mencegah terserang penyakit jantung koroner
7. Sebagai penambah sistem kekebalan tubuh
8. Memperbaiki sel-sel yang rusak akibat radikal bebas
9. Menghambat penuaan dini
10. Berperan dalam pembentukan kolagen yang sangat bermanfaat
untuk penyembuhan luka
11. Menghambat sel kanker, terutama kanker paru-paru, prostate, payudara, usus
besar, empedu dan otak
(http:www.sobatsehat.com/2010/03/21/sejuta-manfaat-vitamin-c-yang-wajib-anda- ketahui/)
2.5. Spektroskopi Infra Merah dan FTIR
Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari segala sesuatu tentang interaksi antara
materi dengan radiasi elektromagnetik (REM). Interaksi yang terjadi dalam
spektroskopi inframerah ini merupakan interaksi dengan REM melalui
absorbansi radiasi. Pancaran inframerah pada umumnya mengacu pada bagian
spektrum elektromagnetik yang terletak diantara daerah tampak dan gelombang
mikro. Molekul menyerap radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang
yang khusus. Absorbansi cahaya ultraviolet mengakibatkan pindahnya sebuah
elektron ke orbital dengan energi yang lebih tinggi. Radiasi inframerah tidak cukup
mengandung energi untuk melakukan eksitasi tersebut, absorbsinya hanya
mengakibatkan membesarnya amflitudo getaran atom-atom yang terikat satu sama
lain (Sudarmadji, 1989).
Energi dari kebanyakan vibrasi molekul berhubungan dengan daerah vibrasi
molekul yang dideteksi dan dapat diukur pada spektrofotometer infra merah. Spektra
didaerah infra merah dapat digunakan untuk mempelajari sifat-sifat bahan,
perubahan struktur yang sedikit saja dapat memberikan perubahan yang dapat
diamati pada spectrogram panjang gelombang versus transmitasi. (Mulja, M. 1995)
Universitas Sumatera
Menurut Sastrohamidjojo (1992), panjang gelombang yang diserap oleh
berbagai tipe ikatan tergantung pada jenis vibrasi ikatan tersebut. Oleh karena itu
berbagai jenis ikatan mengabsorbsi radiasi inframerah pada panjang gelombang yang
berbeda.
Perubahan ini sangat spesifik dan merupakan sidik jari suatu molekul dengan
membandingkan spektogram yang dihasilkan oleh bahan yang diuji terhadap bahan
yang sudah diketahui secara kualitatif. Penerapan secara kualitatif dapat dilakukan
dengan membandingkan fungsi puncak pada panjang gelombang terkait yang
dihasilkan ole zat-zat yang diujikan dan zat standart. Spectra infra merah ditujukan
terutama untuk senyawa organik yaitu analisis gugus fungsi yang dimiliki oleh
senyawa tersebut (Mulja, M. 1995).
Jumlah energi yang diserap juga bervariasi untuk setiap ikatan. Hal ini
disebabkan karena terjadinya perubahan momen ikatan sewaktu absorbsi. Ikatan
nonpolar (C-H atau C-C) pada umumnya memberikan absorbsi lemah, sedangkan
ikatan polar (C-O) akan terlihat sebagai absorbsi yang kuat.
Spektroskopi FTIR dapat digunakan untuk menganalisa kualitatif maupun
kuantitatif. Analisa kualitatif spektroskopi FTIR secara umum dipergunakan untuk
identifikasi gugu s-gugus fungsional yang terdapat dalam suatu senyawa
yang dianalisa (Silverstein, 1986). Dua variasi instrumental dari spektroskopi infra
merah yaitu metode dispersif yang lebih tua, dimana prisma atau kisi dipakai untuk
mendispersikan radiasi infra merah, dan metode Frourier Transform (FT) yang lebih
akhir, yang menggunakan prinsip interferometri.
Kelebihan-kelebihan dari FT-IR mencakup persyaratan ukuran sampel yang
kecil, perkembanagan spektrum yang cepat, dan karena instrumen ini memiliki
komputer yang terdedikasi, kemampuan untuk menyimpan dan
memanipulasi spektrum (Stevens, 2001). Spektroskopi FTIR (fourier transform
infrared) pada prinsipnya sama dengan spektroskopi inframerah, hanya saja
spektroskopi FTIR ditambahkan alat optik (fourier transform) untuk menghasilkan
spektra yang lebih baik, sehingga spektroskopi FTIR dapat menghasilkan data
dimana dengan spektroskopi inframerah puncak yang diinginkan tidak muncul.
Universitas Sumatera
Analisa kuantitatif dari spektroskopi FTIR dapat dilakukan berdasarkan
spektra inframerah yang dihasilkan, salah satu contohnya adalah penentuan derajat
deasetilasi dari kitin dan kitosan menggunakan persamaan Domszy dan Robers
(Khan,
2002).
%DD = 1 – [(A1655/ A3450) x 1/1,33] x 100%
Dimana:
A1655 = absorbansi pada bilangan gelombang 1655 cm-1
A3450 = absorbansi pada bilangan gelombang 3450 cm-1
1,33 = tetapan yang diperoleh dari perbandingan A1655/A3450 untuk kitosan
dengan asetilasi penuh
Metode yang digunakan untuk menentukan absorbsi pada spektra inframerah
adalah metode garis dasar (base line). Dengan metode ini , transmitan pada bilangan
gelombang yang diinginkan ditentukan dengan memperbandingkan jarak antara
dasar pita dan puncak pita pada bilangan gelombang yang diinginkan tersebut, yang
secara
matematis diberikan melalui persamaan berikut ini:
ITransmintan (T) = ………………….. (1)
Io
Karena absorbansi merupakan logaritma negatif dari transmitan, maka
absorbansi dapat dinyatakan sebagai berikut:
I Io
A = - log = log ………..……(2)Io I
Dengan I dan Io merupakan intensitas sisa dan intensitas awal.
Universitas Sumatera
Kebanyakkan spektrum inframerah merekam panjang gelombang
atau frekuensi versus %T. Tidak adanya serapan atau suatu senyawa pada suatu
panjang
Universitas Sumatera
gelombang tertentu direkam sebagai 100%T (dalam keadaan ideal). Bila suatu
senyawa menyerap radiasi pada suatu panjang gelombang tertentu, intensitas radiasi
yang diteruskan oleh contoh akan berkurang. Ini menyebabkan suatu penurunan %T
dan terlihat didalam spektrum sebagai suatu sumur, yang disebut sebagai
puncak absorpsi atau pita absorpsi. Bagian spektrum dimana %T menunjukkan
angka 100 (atau hampir 100) disebut garis dasar (baase line), yang didalam spektrum
inframerah direkam pada bagian atas (Fessenden, 1992)