bab ii tinjauan pustaka 2.1. alginatrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/44288/4/chapter...

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Alginat

Alginat adalah polisakarida alam yang umumnya terdapat pada dinding sel dari

semua spesies alga coklat (Pheaophyceae). Asam alginat pertama kali dan

dipatenkan oleh seorang ahli kimia dari Stanford Inggris tahun 1881 dengan

mengekstrak Lamanaria stenophylla (Anonim II, 2005). Asam alginat dalam alga

coklat umumnya terdapat sebagai garam-garam kalsium, magnesium, natrium.

Tahap pertama pembuatan alginat adalah mengubah kalsium alginat dan

magnesium alginat yang tidak larut menjadi natrium alginat yang larut dalam air

dengan pertukaran ion dibawah kondisi alkalin (Zhanjiang, 1990).

Dimana: M adalah kation bivalen seperti Ca2+, Mg2+ dan lain-lain

Alg adalah alginat.

Proses pertukaran ion dari alginat dilakukan dengan mineral asam sebelum

diekstraksi dengan alkali, persamaan rekasinya sebagai berikut:

Larutan natrium alginat kasar yang diperoleh difiltrasi dan diendapkan dengan

Ca2+ untuk membentuk garam kalsium yang tidak larut. Selanjutnya pemisahan

dilakukan dengan proses asidifikasi untuk memisahkan asam alginat dan ion-ion

kalsium.

Kemudian gel asam alginat yang terbentuk didehidrasi lalu dicampur dengan

alkali (Na2CO3) untuk membuat kembali garam natrium yang larut.

Universitas Sumatera Utara

Akhirnya diperoleh pasta natrium alginat, lalu dikeringkan dan digiling untuk

memperoleh bubuk natrium alginat ( Zhanjiang, 1990).

2.1.1. Produksi

Penyedian alginat secara komersial diperoleh dari hasil ekstraksi alga coklat,

sebagaian besar dari laminaria hyperbore, Macrocystis pryfera, Laminaria

digitata, Ascophyllumnodosum, Laminaria joponica, Ecklonia maxima, Lessonia

nigrescens, dan Durvillaea antarctive. Komposisi alginat dari ganggang laut tidak

sama variasinya tergantung pada musim dan kondisi pertumbuhannya, ketidak

samaan ini tergantung pada sifat dari tumbuhan itu (Bernd, 2009).

Ada beberapa Negara yang telah memproduksi alginat secara komersial

diantaranya adalah Amerika Serikat. Pada Tahun 1927 Thornley membangun

perusahan untuk memproduksi alginat di San Diego kemudian diorganisasi

kembali tahun 1929 dengan nama Kelco Company. Produksi di United Kingdom

dimulai oleh Alginate Industries Ltd. selama periode 1934-1939. Dan sekarang

ada dua perusahaan terbesar di Amerika Serikat yaitu Kelco dan Alginat

Industries yang memproduksi sekitar 70% alginat dari seluruh dunia (Zhanjiang,

1990). Di China produksi alginat dimulai tahun 1957 di Qingdao yang berasal dari

spesies Sargassum Pollidum. Negara – negara penghasil alginat terbesar lainya

yaitu Jepang dan Prancis.

2.1.2. Struktur Kimia dan Komposisi

Alginat merupakan polimer linear yang mengandung lebih dari 700 residu asam

uronat yaitu β-D asam manuronat dan α-L asam guluronat dengan ikatan 1,4.

Rantai alginat yang mengandung residu asam manuronat disebut blok M, rantai

alginat yang hanya mengandung residu asam gluronat disebut blok G dan rantai

alginat yang mengandung residu asam manuronat serta asam gluronat disebut blok

MG ( Masakatsu dan Inukai, 1999).


Dengan adanya nitrogen dalam struktur polimer dari polisakarida, stanford

mengusulkan dengan pasti jalan keluar dari penelitian tentang struktur algina,

asam uronik merupakan penyusun utama dari struktur dasar alginat yang

dipatenkan pada tahun 1926 (Bernd, 2009). Struktur dasar dari monomer alginat

adalah cincin tetrahydopyran dan dapat membentuk 2 konfigurasi, yaitu C1 dan

1C. β -D-manuronat di alam terdapat dalam konfigurasi C1. Pada konfigurasi 1C

α-D-manuronat, interaksi -COOH pada C-5 dan -OH pada C-3 akan kaku,

sedangkan pada C1 gugus-gugus ini berada pada posisi ekuatorial sehingga lebih

stabil. Sebaliknya, untuk alasan yang sama, α -L-guluronat terdapat dalam

konfigurasi 1C dibandingkan C1.

Polimer alginat dibentuk dari hubungan antara C-1 dan C-4 tiap monomer

dan dihubungkan oleh ikatan eter oksigen. Polimer alginat terdiri dari 3 jenis,

yaitu blok M (mannuronat), blok G (guluronat), dan polimer MG Polimer M

dibentuk dari struktur ekuatorial gugus C-1 dan C-4 dan membentuk polimer

lurus, sedangkan polimer G dibentuk dari struktur aksial. Perbedaan struktur

polimer ini menyebabkan polimer G lebih banyak digunakan untuk proses

pembentukan gel alginat dengan penambahan ion Ca2+. Ion tesebut akan

menggantikan ion H+ pada gugus karboksilat dan membentuk jembatan ion

penghubung antara polimer G yang satu dengan yang lainnya. Hubungan antara

polimer G ini akan membentuk struktur egg-box.

Alginat merupakan polimer linear yang mengandung β-(1,4) linked D-asam

manuronat (M) dan α-(1-asam gluronat) (G). Gambar 2.1 menunjukkan dalam

rantai polimer, monomer dapat tersusun sebagai blok GG, blok MM dan blok GM

(Donati dan Paoletti, 2009).


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tetrahydopyran&action=edit&redlink=1�http://id.wikipedia.org/wiki/Monomer�

Residu asam manuronat mempunyai ikatan C 1,4 di-equtorial sehingga

bentuknya rata seperti pita. Struktur ini menjadi stabil dengan adanya ikatan H

antara proton dari OH dan C3 dengan cincin O dari residu tetangganya, seperti

gambar 2.2 dibawah ini:

Gambar 2.2. Ikatan 1,4 di-equatorial dari natrium manuronat.

Struktur asam guluronat berbeda dengan asam manuronat. Residu asam

gluronat mempunyai ikatan C 1,4 di-axial sehingga struktur pita dari polimer ini

melengkung, berlawanan dengan bentuk merata dari manuronat. Struktur ini stabil

Gambar 2.1. Struktur Kimia Alginat, a.Konformasi 4C1 Garam Natrium dari

Asam Β-D-Mannuronat (M) dan Konformasi 1C4 Garam

Natrium dari Asam Α-L-Guluronat (G). b. Komposisi Blok

Alginat yaitu Blok G, Blok M dan Blok MG


dengan adanya ikatan H antara gugus OH pada atom C2 dari residu yang satu

dengan gugus COO- dari residu tetangganya ( Anonim II, 2005)

Gambar 2.3. Ikatan 1,4 di-axial dari asam guluronat.

Masing-masing spesies alga coklat mengandung tipe alginat atau ratio

M/G yang berbeda tergantung dari waktu panen dan bagian anatomi tumbuhan

(Robinson, 1987). Alginat yang mengandung asam guluronat yang tinggi akan

cendrung mempunyai struktur rigid (kaku) serta mempunyai porositas yang besar,

sedangkan alginat yang mengandung asam manuronat yang tinggi mempunyai

struktur yang tidak rigid. Unit G dan M diatur dalam rantai dan keseluruhan rasio,

M / G, dari dua unit dalam rantai dapat bervariasi dari satu jenis rumput laut

dengan yang lain. Dengan kata lain semua "alginat" tidak selalu sama. Jadi

beberapa rumput laut dapat menghasilkan alginat yang memberikan viskositas

yang tinggi ketika dilarutkan dalam air, sedangkan yang lain dapat menghasilkan

viskositas rendah. Kondisi-kondisi dari prosedur ekstraksi dapat juga

mempengaruhi viskositas. Demikian pula, kekuatan gel yang dibentuk oleh

penambahan garam kalsium dapat bervariasi dari satu alginat dengan yang lain.

Umumnya alginat dengan kandungan G yang lebih tinggi akan memberikan gel

yang lebih kuat, dikatakan alginat memiliki rasio M / G rendah.

Penentuan rasio M/G dapat dilakukan dengan menghidrolisis parsil alginat

dengan asam organik encer seperti asam oksalat 1 M, dimana sebagian alginat

akan larut. Residu yang tidak larut dapat dipisahkan ke dalam fraksi yang kaya

akan guluronat (blok G) yang tidak larut pada pH 2,85 tersebut. Fraksi yang larut

oleh hidrolisis parsil mengandung uronat M dan G (blok MG) ( Zhanjiang, 1990).


2.1.3. Sifat-sifat Fisika dan Kimia

2.1.3.1. Sifat Fisika

Kelarutan dan kemampuan mengikat air dari alginat bergantung pada jumlah ion

karboksilat, berat molekul dan pH. Kemampuan mengikat air meningkat bila

jumlah ion karboksilat semakin banyak dan jumlah residu kalsium alginat kurang

dari 500, sedangkan pH di bawah 3 terjadi pengendapan. Secara umum, alginat

dapat diabsorpsi air dan bisa digunakan sebagai pengemulsi dengan viskositas

yang rendah (Kaban, 2008).

Asam alginat tidak larut dalam media berair, akan tetapi bila pH dinaikkan

maka sebagian asam alginat diubah menjadi garam yang larut. Total netralisasi

terjadi pada pH sekitar 4, dimana asam alginat secara sempurna diubah menjadi

garam yang sesuai (ISP, 2001). Garam alginat yang larut dalam air adalah alginat

yang mengandung logam alkali, amonia dan amina dengan berat molekul rendah

serta senyawa amonium kuartener. Garam alginat dengan logam polivalen bersifat

tidak larut dalan air kecuali magnesium alginat.

Alginat tidak stabil terhadap panas, oksigen, ion logam dan sebagainya.

Dalam keadaan yang demikian, alginat akan mengalami degradasi. Selama

penyimpanan, alginat secepatnya mengalami degradasi dengan adanya oksigen

terutama dengan naiknya kelembaban udara. Alginat dengan viskositas sedang

atau rendah. Urutan stabilisasi alginat selama penyimpanan adalah: Natrium

alginat > amonium alginat > asam alginat. Alginat komersial mudah terdegradasi

oleh mikroorganisme yang terdapat di udara, kerena bahan tersebut mengandung

partikel alga dan zat nitrogen. Semua larutan alginat akan mengalami

depolimerisasi dengan kenaikan suhu (Zhanjiang, 1990)

Larutan natrium alginat stabil pada pH sekitar 4-10. Pembentukan gel atau

pengendapan alginat dapat terjadi pada pH dibawah 4, dengan berubahnya garam

alginat menjadi asam alginat yang tidak larut. Penyimpanan larutan alginat yang

lama diluar batasan pH diatas tidak dianjurkan, karena dapat menyebabkan

depolimerisasi senyawa polimer akibat hidrolisis. Asam alginat tidak larut dalam

air, sehingga yang bisa digunakan dalam industri adalah garam natrium alginat

atau kalium alginat. Natrium alginat adalah bubuk warna kram, larut dalam air


dengan membentuk koloid, kental, tidak larut dalam alkohol, klorofom, eter dan

larutan asam jika pH dibawah 3. Propilen glikol alginat menunjukkan stabilitas

yang sangat baik dalam larutan asam khusus efektif pada batasan pH 2,5-4.

Kondisi ini dihindari karena efek pelindung dari gugus ester akan hilang secara

cepat disebabkan terjadinya saponifikasi (ISP, 2001).

2.1.3.2. Sifat Kimia

Metil ester alginat dibuat dengan mereaksikan asam alginat dengan diazometan

atau asam klorida dalam metanol atau melalui reaksi antara dimetilsulfat dengan

natrium alginat yang tersuspensi dalam larutan tidak berair. Ester dapat dibentuk

pada kondisi yang biasa dengan 1,2-alkilen oksida. Jika digunakan propilen

oksida, dapat dihasilkan propilen glikol eter yang dapat digunakan sebagai zat

tambahan dalam makanan seperti jelly dalam bentuk garam kalsium.

Esterifikasi gugus hidroksil dari alginat dapat dilakukan melalui reaksi

antara asetil klorida dengan adanya basa organik atau reaksi katalitik dengan

anhidrida asetat. Amonium diasetil alginat bersifat larut dalam air, tidak larut

dalam pelarut organik dan mengembang dalam alkohol encer, membentuk gel

atau mengendap dengan tembaga (II), timah (II) dan ion trivalen atau tetravalen.

Tidak mengendap atau membentuk gel dengan kalsium, barium, besi (II), mangan

(II), atau seng. Ester alginat sulfat diperoleh dengan asam sulfat yang digunakan

dalam bidang medis sebagai zat anti beku darah (Muzzarelli, 1973)

Ester alginat seperti asam karboksimetil alginat diperoleh dalam bentuk

garam natrium, melalui reaksi antara natrium alginat dengan asam kloroasetat

dalam natrium hidroksida. Garam basa organik dari alginat dapat mempengaruhi

kelarutan asam alginat dalam pelarut organik. Sebagai contoh, tributilamin,

feniltrimetilamonium dan benziltrimetilamonium alginat larut dalam etanol

absolut sedangkan trietanolamin alginat larut dalam etanol 75%. Senyawa

amonium kuartener dengan hidrokarbon seperti asetil trimetil amonium bromida

bereaksi dengan asam alginat membentuk endapan asetil trimetil amonium alginat

(Kaban, 2007).


2.1.4. Pembentukan Gel

Alginat dapat membentuk gel dengan adanya kation-kation divalent seperti Ca2+, Mn2+, Cu2+, dan Zn2+ dimana ikatan silang terjadi karena adanya kompleks khelat

antara ion-ion divalent dengan anion karboksilat dari blok G-G. Intraksi ion logam

dengan gugus COO- dari alginat terjadi pada inter dan intra molekul. Disamping

intraksi ion logam dengan gugus COO- dari alginat, gugus OH dari polimer juga

ikut berperan (Zhanjiang, 1990). Ion Ca2+ mempunyai orbital d yang kosong

sehingga alginat sebagai ligan dapat menyumbangkan elektronnya kepada Ca2+.

Ion Ca2+ yang merupakan jambatan penghubung inter molekul alginat hanya

dapat menerima 5 ligan oksigen, sementara alginat berpotensi menyumbangkan

10 ligan oksigen dari kedua rantai yang paralel yaitu masing-masing dari OH pada

C2 dan C3. Ikatan O yang menghubungkan 1-4 dan sebuah gugus karboksil serta

cincin O dari residu tetangganya (Chaplin, 2005), seperti gambar 2.4 dibawah ini:

Gambar 2.4. Alginat sebagai ligan

Seperti dijelaskan diatas , rantai asam guluronat melengkung sedangkan

rantai asam manuronat merata. Hal ini menyebabkan keduanyai mempunyai

perbedaan dalam berikatan dengan ion Ca2+. Penambahan Ca2+ pada asam

guluronat menjadikannya bentuk gel, seperti Ca2+ masuk kedalam egg box antara

unit monomer, seperti gambar dibawah ini:


Gambar 2.5. Pembentukan gel kalsium alginat

Ion Ca2+ dapat mengadakan ikatan dengan gugus COO- pada masing-masing blok

yang paralel, seperti gambar 2.6 dibawah ini:

Gambar 2.6. Ion Ca2+ pada gugus COO- dari blok G yang paralel

Rantai blok M yang seperti pita mendatar dapat berikatan dengan Ca2+ dan

ini diharapkan terjadi pada konsentrasi kation yang tinggi. Akibat adanya

perbedaan struktur antara blok M dan G maka gel yang dibentuk dari blok M

bersifat elastis, sedangkan gel dari blok G sifat rigid. Kekuatan dari gel yang

dibentuk dengan penambahan garam Ca bervariasi dari satu alginat dengan alginat

lain. Alginat dengan kandungan blok G yang tinggi, seperti Macrocytis

memberikan alginat dengan viskositas yang sedang. Sargassum memberikan hasil

viskositas yang rendah, Laminaria digitata menghasilkan kekuatan gel yang


lembut sampai sedang sementara Laminaria hyperborea dan Durvillaea

menghasilkan gel yang kuat (McHugh, 2003).

2.1.5. Pertukaran Ion dalam Pembentukan Kalsium Alginat

Pertukaran ion adalah elektrolit tak larut yang mengandung gugus ion positif atau

ion negatif yang dapat dipertukarkan dengan ion lain dari larutan disekitarnya,

tanpa mengalami perubahan struktur dalam resin. Ada dua tipe resin penukar ion

yaitu resin kation dan resin anion. Resin kation adalah ion yang bermuatan positif,

mampu mempertukarkan kation yang berada dalam resin dengan kation dari

larutan disekitar resin, misalnya Ca, Mg, Fe, dan H. Resin penukar anion adalah

ion yang bermuatan negatif, mampu mempertukarkan anion dalam resin dengan

anion dari larutan yang mengalir melewati resin, misalnya Cl, SO, dan OH

(Benefield, 1982).

Alginat yang tidak larut menunjukkan reaksi seperti resin pertukaran ion.

Kemampuan dari ion-ion logam divalent berikatan dengan alginat tergantung pada

jumlah relatif dari unit asam D-manuronat dan L-guluronat dalam alginat.

Pembentukan gel alginat terjadi karena adanya pertukaran ion Na+ dengan kation

divalent, sehingga dari yang bersifat larut dalam air menjadi tidak larut dalam air

(Zhianjiang, 1990).

Jumalah ion divalent yang dibutuhkan untuk mengendapkan alginat

meningkat sesuai dengan sesuai dengan tingkatan berikut: Pb, Cu < Ca < Co, Ni,

Zn < Mn. Sifat pertukaran ion dari alginat tergantung pada komposisi kimia dari

alginat. Alginat yang kaya asam manuronat seperti pada Laminaria digitata

mempunyai affinitas yang rendah terhadap Ca dalam reaksi pertukaran ion Na-Ca,

dibandingkan dengan alginat yang kaya akan unit guluronat seperti pada

Laminaria hyperborea (Muzzarelli, 1973)

Kemampaun alginat untuk berikatan dengan ion-ion divalent akan

berkurang sesuai dengan urutan dibawah ini

a) Untuk alginat yang kaya akan blok M dari Laminaria digitata

Pb > Cu > Cd > Ba > Sr > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg

b) Untuk alginat Laminaria hyperborea yang kaya akan blok G


Pb > Cu > Ba > Sr > Cd > Ca > Co, Ni, Zn, Mn > Mg

Sementara konsentrasi dari ion yang dibutuhkan untuk pembentukan gel alginat

dari kedua jenis ganggang coklat diatas adalah sama, yaitu semakin meningkat Ba

< Pb < Cu < Sr < Cd < Ca < Zn < Ni < Co < Mn, Fe < Mg. ( Zhanjiang, 1990).

2.1.6. Kegunaan Alginat

Kegunaan alginat didasarkan pada tiga sifat utamanya yaitu kemampuan untuk:

1. Larut dalam air serta meningkatkan viskositas larutan

2. Membentuk gel

3. Membentuk film dan serat ( McHugh, 2003)

Alginat dapat digunakan dalam berbagai bidang industri antara lain industri

makanan, tekstil, medis/farmasi dan kosmotik (McCormick, 2001). Dalam

industri tekstil, alginat digunakan sebagai pengental pesta yang megandung zat

warna. Alginat tidak bereaksi dengan zat pewarna dan dengan mudah dicuci dari

tekstil sehingga alginat menjadi pengental yang terbaik untuk zat warna.

Dalam bidang makanan, sifat kekentalan alginat dapat digunakan dalam

pembuatan saus serta sirup, sebagai penstabil dalam pembuatan es krim (McHugh,

2003). Film kalsium alginat juga digunakan sebagai pembungkus ikan, buah,

daging dan makanan lain untuk pengawetan dan merupakan pengepak alternatif

karena mudah terurai oleh mikroorganisme sehingga bersifat ramah lingkungan.

Sebagai pembungkus yang dapat dimakan, alginat berperan sebagai

komponen diet seperti serat karena hanya meningkatkan volume usus, tidak

diabsorbsi dalam saluran pencernaan, berkalori rendah dan tidak berpotensi untuk

merusak (Cancela, 2003). Film pelapis kalsium alginat dapat digunakan untuk

membantu mengawetkan ikan beku, jika ikan dibekukan dengan jeli kalsium

alginat maka ikan dilindungi dari udara sehingga proses oksidasi dihambat. Jika

jelli mencair bersama ikan, dengan mudah dapat dipisahkan. Potongan daging

yang dibungkus dengan flim kalsium alginat sebelum dibekukan menyebabkan

juice daging akan diabsorbsi kembali kedalam daging selama proses pencairan,

sehingga pembungkus dapat melindungi daging dari kontaminasi bakteri

(McHugh, 2003).


Dalam bidang farmasi, alginat dapat digunakan sebagai pembalut luka

yang dapat menyembuhkan luka karena dapat mengabsorpsi cairan dari luka,

dimana kalsium alginat dalam serat diubah oleh cairan tubuh menjadi natrium

alginat yang larut (McHugh, 2003). Alginat dalam bentuk garam dapat digunakan

sendiri atau dikombinasikan dengan polimer pembentuk gel lainya untuk

mengontrol pelepasan obat dari matriks tablet. Dalam cairan lambung, natrium

alginat terhidrasi dan dikonversi menjadi bentuk asam alginat yang tidak dapat

larut, sehingga menekan pelepasan obat dalam perut ( ISP, 2001 ; McHugh,

2003).

Alginat dapat dibuat menjadi membran dengan melarutkan natrium alginat

dalam air kemudian dibiarkan satu malam. Larutan tersebut kemudian dituang

kedalam plat kaca dan dibiarkan selama 1 jam sampai ketebalannya homogen, lalu

cetakan gelas diimersikan ke dalam larutan CaCl2 0,1 M selama satu malam.

Cetakan gelas yang berisi membran alginat kemudian dicuci dengan air dan

selanjutnya dibiarkan pada suhu kamar sehingga mengering, maka diperoleh

lapisan tipis yaitu membran kalsium laginat (Inukai and Masakatsu, 1999).

Gel alginat dalam bentuk butiran dapat digunakan sebagai biokatalis

enzim untuk sel. Proses yang menggunakan immobilisasi biokatalis adalah

menghasilkan etanol dari pati, membuat beer dengan immobilisasi ragi,

fermentasi untuk menghasilkan butanol dan isopropanol serta produk lanjutan dari

yoghurt ( McHugh, 2003)

2.2. Edible Packaging ( Kemasan yang Dapat Dimakan)

Penggunaan kemasan yang dapat dimakan dalam industri bahan makanan telah

menjadi suatu topik yang menarik karena sangat potensial untuk meningkatkan

masa berlaku dari banyak produk makanan. Kemasan yang dapat dimakan

digabungkan dengan aditif bahan makanan dan zat lain dapat meningkatkan

warna, flavor, tekstur serta mengontrol pertumbuhan mikroba. Anti mokroba

ditambahkan ke kemasan yang dapat dimakan berfungsi untuk menghalangi

pertumbuhan ragi, jamur dan bakteri selama penyimpanan dan distribusi.


Antimikroba yang umum digunakan termasuk asam benzoat, natrium benzoat,

asam sorbat, kalium sorbat dan asam propinoat. (Kaban, 2007).

Penambahan antioksidan ke kemasan yang dapat dimakan dapat

meningkatkan stabilisasi dan mempertahankan nilai gizi dan warna dari produk

makanan dengan cara melindungi produk tersebut terhadap ketengikan akibat

oksidasi, degradasi dan diskolorasi. Tipe dari antioksidan makanan yaitu asam

(juga dalam bentuk garam dan esternya) dan senyawa phenolat (Kaban, 2008).

Asam yang digunakan seperti asam sitrat, asam askorbat dan esternya, bertindak

sebagai zat pengkelat logam sinergis apabila digunakan tersendiri atau

dikombinasikan antioksidan phenolat. Senyawa phenolat seperti butylated

hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT), tertiary buttylated

hydroxyquinone (TBHQ), propil gallat dan tekoferol menghambat oksidasi lemak

dan minyak yang terdapat pada bahan makanan.

Proses secara minimal telah banyak diterapkan pada buah-buahan. Proses

secara minimal mencakup operasi pencucian, sortasi, pengupasan, perajangan dan

pengemasan sehingga buah siap dikomsumsi dalam keadaan segar (Krochta et al,

1994). Masalah yang sering muncul pada buah hasil proses minimal adalah

meningkatnya kecepatan kerusakan akibat proses respirasi, produksi etilen yang

meningkat karena jaringan rusak serta aktifnya enzim polifenolase penyebab

pencoklatan. Akibat terjadi peningkatan proses biokimia sehingga terjadi

perubahan flavor, tekstur dan kualitas gizi (Brecht, 1995). Untuk itu diperlukan

pengetahuan dan teknik baru dalam pengemasan dan penyimpanan pasca proses

minimal, sehingga kecepatan respirasi dapat ditekan dan kenampakan

organoleptik mampu dipertahankan.

Penanganan produk buah proses minimal dengan aplikasi pengemas dari

kemasan yang dapat dimakan (edible packaging) merupakan salah satu alternatif

yang aman bagi kesehatan konsumen dan ramah lingkungan (Krochta et al, 1994).

Fungsi kemasan pada bahan pangan adalah untuk mencegah atau mengurangi

kerusakan, melindungi dari pencemaran serta gangguan fisik seperti gesekan,

benturan dan getaran. Kemasan juga berfungsi sebagai wadah untuk memberi

bentuk dan memudahkan penyimpanan, pengangkutan dan pendistribusiannya.


Selain itu kemasan juga berfungsi untuk menambahkan daya tarik (appearance)

dari bahan pangan tersebut sebagai tujuan promosi.

Terdapat lima syarat kemasan untuk bahan pangan yaitu: penampilan,

perlindungan, fungsi, biaya, dan limbah kemasan tersebut bersifat ramah

lingkungan. Dengan adanya persyaratan ramah lingkungan, maka penggunaan

edible packaging adalah sangat menjanjikan. Edible packaging adalah kemasan

yang dapat langsung dimakan dan aman bagi lingkungan. Edible packaging dapat

dikelompokkan menjadi 2 (dua) bagian yaitu kemasan yang berfungsi sebagai

penyalut (edible coating) dan kemasan yang berfungsi sebagai dalam bentuk

pelapis dalam bentuk lembaran tipis (edible film).

Komponen dari penyalut dan pelapis yang dapat dimakan dapat dibagi

menjadi tiga kategori yaitu hidrokoloid, lipida, dan komposit. Hidrokoloid yang

sesuai termasuk protein, turunan selulosa, alginat, pektin, starch dan asam lemak.

Komposit mengandung kedua komponen lipida dan hidrokoloid dan lapisan kedua

adalah lipida, atau sebagai kesatuan dimana komponen lipida dan hidrokoloid

berselang-seling sepanjang kemasan.

2.2.1. Edible Coating (Lapisan penyalut yang dapat dimakan)

Edibel coating telah banyak digunakan untuk penyalut bahan pangan seperti

daging beku, makanan semi basah, produk konfeksionari, ayam beku, produk

hasil laut, sosis, buah-buahan dan sebagai penyalut kapsul obat-obatan (Krochta et

al, 1994). Beberapa jenis penyalut yang sering digunakan adalah penyalut lilin

dan minyak, penyalut turunan polimer alam dan polimer sintesis.

Penggunaan secara komersial dari lilin terutama pada jeruk, apel, tomat

dan timun secara terbatas juga digunakan untuk alpokat, pisang, cherry, anggur,

jambu biji, mangga, nanas, melon, dan lain-lain. Penyalut juga digunakan untuk

sayur-sayuran seperti asparagus, biji-bijian, wortel, umbi-umbian dan lain-lain.

Penyalut lilin dibuat dengan lilin alam, lilin sintesis dan asam lemak, minyak

(minyak tumbuhan-tumbuhan dan minyak meneral), resin, pengemulsi, pemlastis,

zat anti buih, surfaktan, dan pengawet.


Penyalut dengan bahan polisakarida telah dikembangkan, terutama untuk

produk buah dan biji yang sudah diproses. Penyalut pektin dibuat dari pektin

metoksil rendah (kandungan metoksil 2-20%), kalsium klorida (sebagai pengikat

silang), plastisizer dan dalam keadaan tertentu asam-asam organik (Miers et al,

1953 ; Schultz et al, 1984). Permasalahn dengan penggunaan penyalut paktin

adalah sangat permeabel terhadap uap air. Penyalut pektin metoksil rendah

(kandungan metoksil 3,8%, viskositas intrinsik 3,2 dan ketebalan parafin beeswax,

emulsifier, tritanolamina, atau minyak kelapa dan karboksimetil selulosa, dan

asam oleat atau natrium oleat.

Penyalut komposit larut dalam air dengan sifat menahan uap air yang baik

disebabkan kelarutan uap air yang bertambah dan penyalut, menghasilkan

permeabilitas uap air yang tinggi. Penyalut ini digunakan pada peaches yang

disimpan pada temperatur kamar dengan RH 57-63% menghasilkan permeabilitas

O2 dan fermentasi yang rendah.

Nature-seal adalah penyalut komposit menggunakan turunan sellulosa

pembentuk film, tapi tidak mengandung ester asam lemak sukrosa. Pada

pengujian laboratorium, nature-seal menahan pemasakan buah tomat dan mengga

dan menunda pencoklatan carambolas (Nisperos-Carriedo et al, 1992 ; Sanches

1990). Penyalut yang terdiri dari kitosan dan asam laurat kurang parmeabel

terhadap uap air, tetapi lebih permeabel terhadap gas dibandingkan kitosan

sendiri.

Penyalut bilayer adalah penyalut yang merupakan kombinasi dari penyalut

lipida dan panyalut polisakarida. Penyalut lipida bersifat penahan air yang baik

sedangkan penyalut polisakarida mempunyai sifat permeabilitas gas yang baik.

Salah satu contoh penyalut seperti ini terdiri dari lapisan asam palmitat dan asam

stearat dan lapisan hidroksipropil selulosa, banyak sekali mengurangi transfer air

(Kamper dan Fennema, 1985). Penyalut yang lain terdiri dari 53% hidroksipropil

metil selulosa dan 45% asam stearat mempunyai permeabilitas 0,17g air

Mil/(m2/hari/mmgH) pada 85% RH dibandingkan dengan 48 g air Mil/

(m2/hari/mmgH) hanya hidroksipropil metilselulos (Kaban, 2008).

Protein juga telah dikembangkan untuk digunakan sebagai penyalut untuk

buah dan sayur-sayuran. Protein untuk penyalut yang dapat dimakan dapat


diperoleh dari jagung, gandum, kacang kedelai dan collogen (gelatin) dan ini

menghasikan penghalang yang terbaik terhadap O2 dan CO2 tapi tidak demikian

terhadap air.

Penyalut komposit jagung yang mengandung minyak nabati, gliserin, asam

sitrat, dan antioksidan mencegah ketengikan dalam produk seperti biji dengan

bertindak sebagai penghalang kelembaban tapi juga barangkali transport O2

dibatasi disamping bertindak sebagai pembawa antioksidan. Zein telah digunakan

dalam formulasi penyalut yang dapat dimakan untuk tablet farmasi dan produk

konfeksionari termasuk nut dan buah kering, sering pengganti sebagai shelac.

Penyalut zein dilaporkan menghambat kemasakan tomat. Penyalut gluten gandum

baik sebagai penghambat terhadap O2 dan CO2 dan sifat mekaniknya sama dengan

penyalut polimer, tetapi penyalut ini mempunyai permeabilitas air yang tinggi

disebabkan sifat hidropiliknya (Kaban, 2008).

2.2.2. Edible Film (Lapisan tipis yang dapat dimakan)

Lapisan tipis hidrokoloid dapat digunakan dalam aplikasi dimana mengontrol

migrasi uap air bukan sebagai tujuan. Lapisan tipis ini mmiliki sifat penahan yang

baik terhadap oksigen, karbon dioksida dan lipida. Kebanyakan dari lapisan tipis

ini juga mempunyai sifat mekanik yang diinginkan membuatnya berguna untuk

meningkatkan integritas struktur dari produk yang rapuh. Kealarutan dalam air

dari lapisan tipis polisakarida menguntungkan dalam situasi dimana lapisan tipis

akan dikonsumsi dengan suatu produk yang dipanaskan sebelum dikomsumsi.

Selama pemanasan, lapisan tipis hidrokoloid akan terlarut dan idealnya tidak

mengubah sifat sensori dari makanan.

Hidrokoloid yang digunakan sebagai film pelapis dapat diklasifikasikan

menurut komposisinya, muatan molekul dan kelarutannya dalam air. Dari segi

komposisi, hidrokoloid dapat merupakan karbohidrat atau protein. Karbohidrat

pembentuk film meliputi starch, gum tumbuh-tumbuhan (sebagai contoh alginat,

pektin, dan gum arabic) dan starch yang dimodifikasi secara kimia.

Protein pembentuk film meliputi glatin, casein, protein kacang kedelai,

whey protein, wheat gluten, dan zein. Keadaan muatan dari hidrokoloid dapat


digunakan untuk pembentukan film. Alginat dan pektin membutuhkan adisi dari

ion polivalen, pada umumnya kalsium untuk memfasilitasi pembentukan film.

Hidrokoloid yang bermuatan tersebut, sama seperti protein, mudah dipengaruhi

perubahan pH karena adanya muatannya. Untuk beberapa aplikasi, keuntungan

dapat diperoleh melalui penggabungan hidrokoloid yang mempunyai muatan yang

berlawanan seperti glatin dan gum arabic.

Meskipun film hidrokoloid pada umumnya mempunyai daya tahan yang

rendah terhadap uap air karena sifat hidropiliknya, tapi untuk hidrokoloid yang

mempunyai kelarutan yang sedang didalam air seperti etilselulosa, wheat gluten,

dan zein memberikan daya tahan yang lebih besar terhadap lewatnya uap air

dibandingkan hidrokoloid yang larut dalam air (Donhow, 1994).

Film lipida sering digunakan sebagai penahan terhadap uap air.

Penggunaannya dalam bentuk murni sebagai free-standing film dibatasi, karena

integritas dan durabilitas kurang memadai. Lilin pada umunya digunakan untuk

pelapis buah dan sayur-sayuran menahan respirasi dan mengurangi kelembaban.

Formulasi untuk pelapis lilin sering berbeda dan komposisi sering ditentukan

peruntukannya. Meskipun asam lemak dan alkohol asam lemak adalah penahan

efektif terhadap uap air, sifat kerapuhannya membutuhkan penggunaan dengan

suatu matriks pendukung.

Banyak lipida berada dalam bentuk kristal dan kristal individunya tidak

dapat ditembus (kedap) terhadap gas dan uap air. Sajak parmeate dapat lewat

diantara kristal, sifat penahan kristal lipida sangat tergantung pada susunan

kumpulan intrakristal. Lipida terdiri dari kristal yang dapat pada memberikan

daya tahan yang besar terhadap difusi gas dibandingkan kristal yang tersusun

renggang. Lipida yang terdapat dalam keadaan cair atau mempunyai perbandingan

yang besar dari komponen cair memberikan daya tahan yang kurang terhadap gas

dan transmisi uap dibanding dengan yang dalam keadaan padat (Kemper and

Fennema, 1994; Kester and Fennema, 1989). Sifat barrier dari lipida yang

mempunyai sifat kristal dapat dipengaruhi oleh kekerasan dan bentuk polimorphis

(Kester and Fennema, 1989).

Film komposit dapat diformulasi dengan menggabungkan keunggulan dari

komponen lipida dan hidrokoloid dan mengurangi kelemahan masing-masing.


Apabila penahan terhadap uap air diinginkan, komponen lipida dapat memenuhi

fungsi ini sedangkan komponen hidrokoloid memberikan durabilitas yang

diperlukan. Sifat-sifat film bilayer lipida-hidrokoloid telah dipelajari secara luas

(Greener and Fennema, 1989). Film komposit terdiri dari gabungan casein dan

monogliserida terasetilasi telah dipelajari oleh Krochta et al. (1990). Film

komposit dari gum acasia dan gliserol monostearat dilaporkan mempunyai sifat

penahan uap air yang baik pada gradien kelembaban relatif 43,8-23,6 % (Martin-

Polo and Voilley, 1990).

Fungsi organoleptik nutrisi dan sifat mekanik dari suatu edible film dapat

diubah dengan penambahan berbagai-bagai bahan kimia dalam jumlah yang

sedikit. Plastisizer seperti gliserol, monogliserida terasetilasi, polietilena glikol

dan sukrosa sering digunakan untuk modifikasi sifat mekanik dari film.

Penggabungan dari aditif ini menyebabkan perubahan yang signifikan dalam sifat

barrier dari film. Sebagai contoh, penambahan plastisizer hidropilik pada

umumnya menambahkan permeabilitas uap air pada film. Tipe lain dari aditif

yang sering diujumpai dalam formulasi adalah zat antimikroba, vitamin,

antioksidan, flavor dan pigmen.

Banyak teknik yang ditentukan untuk pembentukan film secara langsung

pada permukaan makanan atau secara terpisah self-supporting film. Beberapa

tehnik pembentukan film dapat digunakan dengan beberapa tehnik aplikasi berikut

yaitu pencelupan (dipping), penyemprotan (spraying) dan penuangan (casting).

Metode pencelupan melekatkan film ke produk makanan yang membutuhkan

beberapa aplikasi atau keseragaman pada permukaan yang tidak teratur. Setelah

pencelupan, kelebihan bahan pelapis dibiarkan mengering dari produk, dan

kemudian dikeringkan dan dibiarkan memadat. Metode ini telah digunakan untuk

film monogliserida terasetilasi terhadap daging, ikan dan ayam serta pelapisan

lilin terhadap buah dan sayuran.

Film yang diaplikasi dengan penyemprotan dapat dibentuk dalam thinner,

cara yang seragam dibandingkan dengan cara pencelupan. Penyemprotan, tidak

seperti pencelupan, adalah lebih sesuai untuk penggunaan film kepada bahan

makanan yang hanya satu permukaan ditutupi. Hal ini dikehendaki apabila

perlindungan dibutuhkan pada hanya satu permukaan, misalnya apabila pizza


crust diarahkan ke saus lembab. Penyemprotan dapat juga digunakan untuk

pelapis kedua yang tipis, seperti larutan kation yang dibutuhkan membentuk

ikatan silang alginat atau pelapis pektin.

Teknik penuangan (casting) berguna untuk pembentukan lapisan tipis

yang berdiri sendiri (free-standing film) dipinjamkan dari metode yang

dikembangkan untuk film yang tidak dapat dimakan (non-edible film). Pelapisan

adalah sederhana dan membiarkan ketebalan film dikontrol secara teliti pada

permukaan yang halus dan rata. Penuangan dapat dilakukan melalui penyebaran

dengan ketebalan terkontrol atau dengan penuangan. Penyebaran dengan

ketebalan terkontrol membutuhkan pembentang (spreader) dengan suatu reservoir

produk dan pintu penyesuaian, tinggi yang dapat diatur dengan teliti dan dengan

pengulangan yang baik. Pembentang digerakkan diatas permukaan penerima,

menghasilkan suatu lapisan dari larutan pembentuk film dengan ketebalan yang

diinginkan, yang dilanjutnya dikeringkan. Alternatif lain, larutan pembentukan

film dapat dituangkan kedalam area yang dibatasi dari suatu level permukaan yang

menerima dan selanjutnya dikeringkan.

2.2.2.1. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Edible film

Dalam pembuatan edible film, faktor-faktor yang perlu diperhatikan adalah: suhu,

konsentrasi polimer, dan plasticizer.

1. Suhu

Perlakuan suhu diperlukan untuk membentuk edible film yang utuh, tanpa

adanya perlakuan panas kemungkinan terjadinya interaksi molekuler sangatlah

kecil. Sehingga pada saat film dikeringkan akan menjadi retak dan berubah

menjadi potongan-potongan kecil. Perlakuan panas diperlukan untuk membuat

pati tergelatinisasi, sehingga terbentuk pasta pati yang merupakan bentuk awal

dari edible film. Kisaran suhu gelatinisasi pati rata-rata 64,50C - 70

0 C (McHugh

2003 dan Krochta, 1994)

2. Konsentrasi Polimer

Konsentrasi pati ini sangat berpengaruh, terutama pada sifat fisik edible

film yang dihasilkan dan juga menentukan sifat pasta yang dihasilkan. Menurut


Krochta dan Johnson (1997), semakin besar konsentrasi pati maka jumlah polimer

penyusun matrik film semakin banyak sehingga dihasilkan film yang tebal.

3. Plasticizer

Plasticizer ini merupakan bahan nonvolatile, yang ditambahkan ke dalam

formula film akan berpengaruh terhadap sifat mekanik dan fisik film yang terbentuk

karena akan mengurangi sifat intermolekuler dan menurunkan ikatan hidrogen

internal. Plasticizer ini mempunyai titik didih tinggi dan penambahan plasticizer

dalam film sangat penting karena diperlukan untuk mengatasi sifat rapuh film yang

disebabkan oleh kekuatan intermolekuler ekstensif. Menurut Krochta dan Jonhson

(1997), plasticizer polyol yang sering digunakan yakni seperti gliserol dan sorbitol.

Konsentrasi gliserol 1 - 2 % dapat memperbaiki karakteristik film.

2.3. Edible Film Anti Mikroba

Salah satu cara tradisional untuk mengendalikan pertumbuhan mikroba dalam

produk makanan untuk meningkatkan keselamatan dan menunda kerusakan

adalah dengan memasukkan bahan antimikroba atau menyemprot pada

permukaan. Dalam aplikasi ini, efisiensi dari unsur antimikroba terbatas

disebabkan migrasi tidak dikendalikan dalam makanan dan aktivasi parsial dari

senyawa aktif karena interaksi dengan komponen makanan. Pada pengemas

antimikroba, bahan antimikroba diinkorporasi ke dalam bahan pengemas, melapisi

permukaan film pengemas atau satu sachet campuran antimikroba dapat

ditambahkan ke dalam kemasan (Emiroglu et al, 2010). Ketika sistem pengemas

makanan diberi aktifitas antimikroba, bahan pengemas akan membatasai atau

menghalangi mikroba untuk tumbuh pada permukaan makanan, dengan demikian

akan memperpanjang umur simpan dan meningkatkan keamanan terhadap

mikroba tersebut. Antimikroba yang terdapat dalam bahan pangan dapat bersifat

bakterisidal (membunuh bakteri), bakteristatik (menghambat pertumbuhan

bakteri), fungisidal (membunuh kapang), fungistatik (menghambat pertumbuhan

kapang) dan germisidal (menghambat germinasi spora bakteri). Mekanisme

senyawa antimikroba dalam menghambat pertumbuhan bakteri dengan beberapa

cara, yaitu (i) merusak struktur dinding sel dengan cara menghambat proses

pembentukannya atau menyebabkan lisis pada dinding sel yang sudah terbentuk;


(ii) mengubah permeabilitas membran sitoplasma yang akan menyebabkan

terhambatnya pertumbuhan atau matinya sel; (iii) mendenaturasi protein; (iv)

menghambat kerja enzim didalam sel yang mengakibatkan terganggunya

metabolisme atau dinding sel.

Edible film dapat digunakan sebagai pembawa zat aditif seperti

antioksidan, antimikroba, pewarna, flavors. Metode yang berbeda dari aplikasi

langsung seperti inkorporasi bahan antimikroba kedalam edible film atau edible

coating memberikan efek yang fungsional pada permukaan makanan. Film

antimikroba adalah pengemas yang dapat mengurangi, mencegah atau

memperlambat pertumbuhan mikroorganisme patogenik didalam pembungkusan

makanan dan bahan pengemas. Penelitian mengenai film antimikroba sedang

dikembangkan pada saat ini untuk mengkontrol aktivitas mikribiologi pembusuk

dari makanan yang tidak tahan lama. Beberapa bahan organik maupun anorganik

aktif dapat dimasukkan dalam struktur polimer untuk mencegah mikroba

pembusuk yang tidak diinginkan selama masa penyimpanan. Bahan antimikroba

yang digunakan dalam aplikasi pada makanan antara lain dapat berupa minyak

atsiri, asam organik, bacteriocin, enzim, alkohol dan asam lemak. Kemampuan

minyak atsiri untuk melindungi makanan-makanan melawan mikroorganisme

patogen dan perusak telah dilaporkan oleh beberapa para peneliti. Untuk

memperoleh efektivitas aktivitas antimikroba dalam aplikasi pada makanan

langsung, dibutuhkan konsentrasi minyak atsiri yang tinggi, yang mungkin

berdampak pada flavor dan bau-bau yang tidak sesuai di produk. Oleh karena itu,

riset terbaru perlu berfokus pada inkorporasi minyak atsiri kedalam edible film

sebagai aplikasi pengganti di dalam pengemasan makanan. Pembuatan edible film

antimikroba dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain yaitu dengan :

1. Penambahan sachetspads (kantong kecil) berisi bahan antimikroba volatil ke

dalam kemasan.

2. Inkorporasi secara langsung bahan antimikroba volatil dan yang tidak volatil

ke dalam polimer.

3. Coating atau adsorpsi antimikroba pada permukaan polimer.

4. Immobilisasi antimikroba pada polimer dengan ikatan ion atau kovalen.

5. Penggunaan polimer yang memiliki sifat sebagai antimikroba. (Zuhra., 2012)


2.4. Plasticizer pada Edible Film

Untuk memperbaiki sifat plastik maka ditambahkan berbagai jenis tambahan atau

aditif. Bahan tambahan ini sengaja ditambahkan dan berupa komponen bukan

plastik yang diantaranya berfungsi sebagai plasticizer, penstabil pangan, pewarna,

penyerap UV dan lain-lain. Pemlastis dalam konsep sederhana adalah merupakan

pelarut organik dengan titik didih tinggi atau suatu padatan dengan titik leleh

rendah yang ditambahkan kedalam resin seperti PVC yang keras dan kaku,

sehingga akumulasi gaya intermolekuler pada rantai panjang akan menurun. Hal

ini menyebabkan bagian rantai lebih mudah bergerak akibatnya kelenturan,

kelunakan dan pemanjangannya akan bertambah (Yadav and Satoskar, 1997). dan

bahan yang tadinya keras dan kaku akan menjadi lembut pada suhu kamar (Cowd,

1991). Plasticizer dapat menurunkan viskositas lelehan, suhu transisi gelas (Tg)

dan modulus elastisitas produk tanpa mengubah sifat-sifat kimiawi bahan plastik

tersebut (Meier, 1990).

Proses plasticizer, pada prinsipnya adalah terjadinya dispersi molekul

plasticizer ke dalam fase polimer. Bilamana plasticizer mempunyai gaya interaksi

dengan polimer, proses dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan

terbentuk larutan polimer plasticizer sehingga keadaan ini disebut kompatibel.

Interaksi antara plasticizer–polimer ini sangat dipengaruhi oleh sifat afinitas

kedua komponen. Kalau afinitas polimer – plasticizer tinggi, maka molekul

plasticizer akan terdifusi ke dalam ruang yang berada diantara rantai polimer dan

mempengaruhi mobilitas rantai (Efendi,2000).

Persyaratan yang harus dipenuhi harus kompatibel dan parmanen.

Pemlastis harus larut dengan polimer dan menghasilkan gaya intramolekul yang

sama diantara dua komponen tersebut, sehingga akan tercapai kompatibilitas yang

baik. Permanence dari pemlastis ditentukan oleh titik didih, berat molekul

pemlastis dan laju defusi pemlastis dalam polimer. Efesiensi pemlastis juga

ditentukan oleh kadar pemlastis yang harus ditambahkan kedalam resin polimer

(Bilmeyer, 1984 and Rudin, 1982). Sifat fisik dan mekanis yang terplastisasi

merupakan fungsi distribusi dari sifat dan komposisi masing – masing komponen

dalam sistem, karenanya ramalan karakterisasi polimer yang terplastisasi mudah


dilakukan dengan variasi komposisi pemlastis. Secara umum variasi jumlah

plasticizer akan efektif (mempunyai efek plastisasi) sampai bahan kompatibel.

Hasil analisis mekanik yang dilakukan menunjukkan bahwa membran –

membran yang lebih kuat dan lebih liat (kenyal) dihasilkan ketika sedikit

plasticizer yang digunakan dalam membran. Hasil uji plasticizer ini menunjukkan

bahwa plasticizer yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah akan

memperbaiki kekuatan dan keliatan membran. Ketika sejumlah kecil plasticizer

ditambahkan pada suatu polimer, plasticizer ini akan menyebabkan molekul

polimer bergerak ke dalam konfigurasi energi yang lebih rendah. Dalam

konfigurasi ini molekul – molekul menjadi kurang bergerak, dengan demikian

akan meningkatkan kekuatan dan keliatan yang baik dari polimer. Sebaliknya jika

plasticizer yang ditambahkan terlalu banyak molekul – molekul polimer banyak

bergerak, akibatnya terjadi penurunan kekuatan dan keliatan polimer

(Efendi, 2000)

2.4.1. Gliserol

Gliserol adalah salah satu plasticizer yang paling sering digunakan pada

pembuatan film, disebabkan stabilitas dan kecocokan dengan rantai hidrofilik bio

polimer. Fungsi utama gliserol adalah sebagai suatu zat yang berfungsi untuk

menjaga kelembutan dan kelembaban. Gliserol dapat digunakan sebagai pelarut,

pemanis, pengawet dalam makanan serta sebagai zat emollient dalam kosmetik.

Berdasarkan sifatnya gliserol banyak digunakan sebagai plasticizer dan didalam

industri resin untuk menjaga kelenturan.

Gliserol memiliki rumus kimia C3H5(OH)3. Gliserol merupakan trihidrat

alkohol, dimana mempunyai dua gugus hidroksil primer dan satu gugus hidroksil

sekunder. Gliserol alami merupakan hasil samping konversi lemak dan minyak

dari splitting lemah yang dapat diperoleh 15-20% larutan gliserol dalam air.

Proses transesterifikasi menghasilkan 75-90% larutan gliserol dalam alkohol.

Proses ini bergantung pada perbandingan jumlah alkohol dan lemak atau pun

minyak dan konsentrasi katalis (Nouredini and Medikondura, 1997)


Fungsi utama gliserol adalah sebagai humuctant (suatu zat yang berfungsi

untuk menjaga kelembutan dan kelembaban). Gliserol juga dapat juga digunakan

sebagai pelarut. Berdasarkan sifatnya, gliserol banyak digunakan sebagai zat

pemlastis dan minyak pelumas dalam mesin pengolahan makanan dan minuman.

Hal ini disebabkan karena gliserol tidak beracun. Gliserol juga dapat digunakan

dalam industri resin untuk menjaga sifat kelenturan (Bommardeaux, 2006).

2.5. Karakteristik Edibel Film

Keberhasilan suatu proses pembuatan film kemasan dapat dilihat dari karakteristik

film yang dihasilkan. Karakteristik utama yang diinginkan dari film adalah sifat

laju transmisi uap air yang rendah dan kekuatan mekanis tinggi. Sifat Mekanik

dari edible film (kekuatan tarik, uap air dan dapat menyerap air atau gas oksigen)

berhubungan dengan peningkatan integritas mekanik dari makanan, pencegahan

kehilangan kelembaban dan penampilan produk akhir. Suatu analisa yang lengkap

sifat mekanik, permeabilitas dan biodegradasi adalah penting untuk meramalkan

bagaimana film nantinya berfungsi di dalam sistim makanan.

2.5.1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik dari suatu edible film sangat mempengaruhi hasil edible film yang

dihasilkan Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu bahan harus dilakukan

beberapa pengujian. Masing-masing pengujian memiliki cara yang berbeda-beda.

Secara umum dapat dikatakan bahwa pembebanan secara statik dan pembebanan

secara dinamik. Kuat tarik dan persen pemanjangan merupakan suatu sifat

mekanis yang penting dari film. Kuat tarik merupakan kemampuan suatu bahan

dalam menahan tekanan yang diberikan saat bahan tersebut berada dalam

regangan maksimal. Peregangan maksimal menggambarkan tekanan maksimal

yang dapat diterima oleh sampel. Persen pemanjangan adalah satu indikasi

fleksibilitas film-film dan kemampuan meregang (sifat dapat-regang), yang

ditentukan pada titik di mana film putus pada saat diregangkan dan dinyatakan

sebagai persentase dari perubahan panjang spesimen akibat gaya yang diberikan.


Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai putus. Secara sederhana,

kekuatan tarik diartikan sebagai beban maksiumum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk

memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang bahan. Karena

selama dibawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk

(deformasi) maka defenisi kekuatan tarik dinyatakan sebagai besarnya beban

maksimum yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan

luas penampang semula (Ao).

𝜎𝑡 =𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠𝐴𝑜

Jiks didefinisikan besaran kemuluran (ɛ) sebagai nisbah pertambahan

panjang terhadap panjang spesimen semula adalah:

𝐾𝑒𝑚𝑢𝑙𝑢𝑟𝑎𝑛 (𝜀) =𝑙 − 𝑙𝑜𝑙𝑜

𝑥100%

Hasil pengamatan sifat kekuatan tarik dinyatakan dalam bentuk kurva tegangan,

yakni nisbah beban dengan luas penampang (F/A) terhadap panjang bahan

(regangan) yang disebut dengan kurva tegangan-regangan (Wirjosentono, 1995).

Bentuk kurva tegangan-regangan ini merupakan karakteristik yang menunjukkan

indikasi sifat mekanis bahan yang lunak, keras, kuat, lemah, rapuh dan liat.

Gambar 2.7 Kurva Tegangan – Regangan Bahan Polimer

Tega

ngan

Tegangan pada yield

Kemuluran pada yield

Kekuatan tarik akhir

Kemuluran


2.5.2. Biodegradable

Plastik sintetik (non-biodegradable) sangat berpotensi menjadi material yang

mengancam kelangsungan hidup di bumi ini. Untuk menyelamatkan lingkungan

dari bahaya plastik, saat ini telah dikembangkan plastik biodegradable, artinya

plastik ini dapat diuraikan kembali oleh mikroorganisme secara alami menjadi

senyawa yang ramah lingkungan. Biasanya plastik konvensioanl berbahan dasar

petroleum, gas alam atau batu bara. Sementara plastik biodegradable terbuat dari

material yang dapat diperbaharui, yaitu dari senyawa senyawa yang terdapat

dalam tanaman, misalnya pati, selulosa, kolagen, kasein, protein atau lipid yang

terdapat dalam hewan. Beberapa faktor yang mempengaruhi tingkat

biodegradabilitas kemasan setelah kontak dengan mikroorganisme, yakni : sifat

hidrofobik, bahan aditif, proses produksi, struktur polimer, morfologi dan berat

molekul bahan kemasan Plastik biodegradable berbahan dasar pati/amilum dapat

didegradasi bakteri pseudomonas dan bacillus memutus rantai polimer menjadi

monomer-monomernya.

Senyawa-senyawa hasil degradasi polimer selain menghasilkan

karbondioksida dan air, juga menghasilkan senyawa organik lain yaitu asam

organik dan aldehid yang tidak berbahaya bagi lingkungan. Plastik berbahan dasar

pati/amilum aman bagi lingkungan. Sebagai pembanding, plastik tradisional

membutuhkan waktu sekitar 50 tahun agar dapat terdekomposisi alam, sementara

plasik biodgradable dapat terdekomposisi 10 hingga 20 kali lebih cepat. Hasil

degradasi plastik ini dapat digunakan sebagai makanan hewan ternak atau sebagai

pupuk kompos. Platsik biodegradable yang terbakar tidak menghasilkan senyawa

kimia berbahaya. Kualitas tanah akan meningkat dengan adanya plastik

biodegradable, karena hasil penguraian mikroorganisme meningkatkan unsur hara

dalam tanah (Zuhra, 2012.)

Prosedur analitik untuk mengamati biodegradasi antara lain: pengamatan

visual, perubahan sifat mekanik dan massa molar, pengukuran pengurangan berat

(penentuan polimer residu), konsumsi O2 dan perubahan CO2, penentuan biogas,


pelebelan radio aktif, penurunan ukuran partikel, dan penentuan asam bebas.

Standarisasi uji biodegradable terbagi berdasarkan lingkungan uji yakni:

pengujian kompas, pengujian biodegradasi anerobik, pengujian biodegradasi di

tanah (Muller, 2005)

2.5.3. Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM adalah adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen

secara mikroskopik. struktur permukaan suatu benda diuji dapat dipelajari dengan

menggunakan scanning electron mikroskop karena jauh lebih mudah untuk

mempelajari struktur permukaan ini secara langsung.

Dengan berkas sinar elektron difokuskan kesuatu titik dengan diameter

sekitar 100 Å dan digunakan untuk melihat permukaan dalam suatu layar.

Elektron-elektron dari benda diuji difokuskan dengan suatu elektroda elektrostatik

pada suatu alat pemantul yang dimiringkan. Sinar yang dihasilkan diteruskan

melalui suatu pipa sinar pantulan kesuatu alat pembesar foto dan sinyal yang

dapat digunakan untuk memodulasikan terangnya suatu titik osikoskop yang

melalui suatu layar dengan adanya persesuaian dengan berkas sinar elektron pada

permukaan benda uji.

Sebagai pengertian awal, mikroskop elektron payaran menggunakan

hamburan elektron-elektron (dengan E = 30 kV) yang merupakan energi datang

dan elektron-elektron sekunder (dengan E = 100 eV) yang dipantulkan dari benda

uji. Karena elektro-elektron sekunder mempunyai energi yang rendah, maka

elektron-elektron tersebut dapat dibelokkan membentuk sudut dan menimbulkan

banyangan topografi. Intensitas dari hamburan balik elektron yang cendrung

tertimbun karena energi yang lebih tinggi maka tidak mudah dikumpulkan oleh

sistem kolektor normal seperti yang digunakan pada elektron payaran. Jika

elektron-elektron sekunder akan terkumpul, maka kisi didepan detektor akan

mengalami kemiringn sekitar 200 V (Smallman, 1991).

Sampel yang dianalisa dengan teknik ini harus mempunyai permukaan

dengan konduktivitas tinggi. Karena polimer mempunyai konduktivitas rendah

maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan pengantar) yang tipis.


Bahan yang biasa digunakan adalah perak, tetapi juga dianalisa dalam waktu yang

lama, lebih baik digunakan emas atau campuran emas dan palladium (Rusdi,

2008).

2.5.4. Differential Thermal Analysis (DTA)

Analisa thermal dalam pengertian luas adalah pengukuran sifat kimia fisika bahan

sebagai fungsi suhu. Penetapan dengan metode ini dapat memberikan informasi

pada kesempurnaan kristal, polimorfisma, titik lebur, sublimasi, transisi kaca,

dehidrasi, penguapan, pirolisis, intraksi padat-padat dan kemurnian. Data

semacam ini berguna untuk karakterisasi senyawa yang memandang kesesuaian,

stabilitas, kemasan, dan pengawasan kualitas.

Differential Thermal Analysis merupakan teknik yang paling tua, dimulai

oleh LeChatelier pada abad 19, tetapi pada sampai tahun 1960-an tidak diterapkan

dalam bahan-bahan polimer. DTA merupakan suatu teknik/metode dimana suatu

sampel polimer dan referensi inert dipanaskan, biasanya dalam atmosfer nitrogen,

dan kemudian transisi-transisi termal dalam sampel tersebut dideteksi dan diukur.

Pemengang sampel yang paling umum dipakai adalah cangkir alluminium sangat

kecil (emas atau grafit dipakai untuk analisis-analisis diatas 800oC), referensi

berupa cangkir kosong atau cangkir yang mengandung bahan inert dalam daerah

temperatur yang diingikan, misalnya alluminium bebas air. Dengan DTA, sampel

dan referensi keduanya dipanaskan oleh sumber pemanasan yang sama, dan

dicatat beda temperaturnya (ΔT) antara keduanya (Stevens, 2007).

2.5.5. Infra Merah (IR)

Atom molekul bergetar dengan berbagai cara, tetapi pada tingkat energi yang

berbeda. Jika kita perlakukan atom-atom sebuah molekul beratom banyak sebagai

bola yang terangkai oleh pegas yang fleksibel, hukum gerak menyatakan bahwa

akan ada 3n-6 cara (ragam) geratan. Energi getaran rentang untuk molekul

organik bersesuaian dengan radiasi infrahmerah dengan bilangan gelombang

antara 1200 dan 4000 cm-1. Bagaian tersebut dari spektrum inframerah khususnya


berguna untuk mendeteksi adanya gugus fungsi dalam senyawa organik. Daerah

ini sering dinyatakan sebagai gugus fungsi karena kebanyakan gugus fungsi yang

dianggap penting oleh para kimiawan organik mempunyai serapan khas dan nisbi

tetap pada panjang gelombang tersebut (Pine, 1980).

Spektroskopi inframerah dapat digunakan untuk mengkarakterisasi gugus

fungsi suatu polimer. Indentifikasi dari sampel polimer dapat dibuat dengan

menggunakan daerah sidik jari, dimana identifikasi sampel pada akhirnya

mungkin satu polimer untuk mempertunjukkan spektrum yang sama persis seperti

yang lain. Daerah ini terletak dalam jangka 6,67 sampai 12,50 µm (Cowie, 1973)

Kelebihan FT-IR mencangkup persyaratan ukuran sampel yang sedikit,

perkembangan spektrum yang cepat, dan karena instrumen ini memiliki sistem

komputerisasi terdeteksi, kemampuan untuk menyimpan dan menipulasi

spektrum. FTIR sangat berguna dalam penelitian struktur polimer. Karena

spektrum-spektrum bias di-scan, disimpan, dan transformasikan dalam hitungan

detik. Teknik ini memudahkan penelitian reaksi-reaksi polimer seperti degradasi

dan ikatan silang (Stevens, 2007)

2.5.6. Swelling

Fenomena ini merupakan mekanisme dimana gel dapat menyerap cairan dari

system sehingga volume pada gel dapat bertambah dan airnya akan terperangkap

dalam matriks yang terbentuk pada gel. Swelling merupakan kebalikan dari

fenomena syneresis dimana terjadi penyerapan cairan oleh suatu gel dengan

diikuti oleh peningkatan volume. Gel juga dapat menyerap sejumlah cairan tanpa

peningkatan volume yang dapat diukur, ini disebut inibisi. Cairan-cairan yang

dapat mengakibatkan penggembungan adalah cairan-cairan yang dapat mensolvasi

suatu gel (Martin, 1993).

Daya larut merupakan salah satu sifat fisik edible film yang menunjukkan

persentase berat kering terlarut setelah dicelupkan dalam air selama 24 jam (Gontard

et al, 1993). Daya larut film sangat ditentukan oleh sumber bahan dasar pembuatan

film. Edible film berbahan dasar pati tingkat kelarutannya dipengaruhi oleh ikatan

gugus hidroksi pati. Makin lemah ikatan gugus hidroksil pati, makin tinggi kelarutan

film. Edible film dengan daya larut yang tinggi menunjukkan film tersebut mudah


dikonsumsi. Kadang-kadang pati mengalami masalah terhadap kelarutannya, dalam

hal ini setelah mengalami gelatinisasi. Kelarutan edible film juga dipengaruhi oleh

gliserol, selain sebagai plasticizer. Sedangkan Flores et al (2007) menyatakan bahwa

kelarutan film adalah sama pada semua cara (metode) pembuatan film, tetapi

kelarutan meningkat secara signifikan jika menggunakan kalium sorbat dalam film

berbahan dasar pati tapioka.


bab ii tinjauan pustaka 2.1. alginatrepository.usu.ac.id/bitstream/123456789/44288/4/chapter...

Documents