i

Optimasi Bioplastik Kelobot Jagung (Zea mays L.) Ditinjau dari Nisbah

Biokomposit, Penambahan ZnO dan Plasticizer Gliserol

The Optimation of Corn-Husk (Zea mays L.) Bioplastic as Reveal by the Biocomposite

Ratios, ZnO and Plasticizer Gliserol Additions

Oleh :

Shinta Khalistyawati

652012002

TUGAS AKHIR

Diajukan kepada Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika

guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

Fakultas Sains dan Matematika

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

2016

v

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL............................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... ii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS TUGAS AKHIR....................... iii

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS................................................................... iv

DAFTAR ISI......................................................................................................... v

DAFTAR TABEL................................................................................................. vii

ABSTRACT.......................................................................................................... 1

1. PENDAHULUAN............................................................................................ 2

2. TINJAUAN PUSTAKA................................................................................... 3

2.1. Kelobot Jagung............................................................................................ 3

2.2. Bioplastik..................................................................................................... 4

2.3. Hidrolisis...................................................................................................... 5

2.4. PLA (Poly Lactic Acid)................................................................................ 5

2.5. Bahan Penguat ZnO..................................................................................... 6

2.6. Plasticizer Gliserol....................................................................................... 7

2.7. Biodegradasi................................................................................................. 8

3. METODE PENELITIAN................................................................................. 9

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian........................................................................ 9

3.2. Bahan dan Piranti........................................................................................... 9

3.3. Metode............................................................................................................ 10

3.3.1. Preparasi Kelobot Jagung............................................................................. 10

3.3.2. Pembuatan Asam Laktat dan Polimerisasi................................................... 10

3.3.3. Pembuatan Bioplastik.................................................................................. 10

3.3.4. Pengujian Bioplastik.................................................................................... 11

3.4. Analisa Data................................................................................................... 12

4. HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................................ 12

4.1. Pengujian Fisikawi Bioplastik Kelobot Jagung antar Berbagai Kombinasi

Perlakuan........................................................................................................ 12

4.1.1. Ketebalan Bioplastik Kelobot Jagung antar Berbagai Kombinasi

Perlakuan...................................................................................................... 12

4.1.2. Densitas Bioplastik Kelobot Jagung antar Berbagai Kombinasi Perlakuan 14

vi

4.2. Hasil Uji Mekanik Bioplastik Kelobot Jagung............................................... 15

4.3. Hasil Uji Biodegradabilitas Bioplastik Kelobot Jagung................................. 18

5. KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................ 21

5.1. Kesimpulan..................................................................................................... 21

5.2. Saran............................................................................................................... 21

DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... 21

vii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Rataan Ketebalan Bioplastik Kelobot Jagung Ditinjau dari Interaksi

Nisbah Biokomposit, ZnO dan Gliserol (cm ± SE)..................................... 13

2. Rataan Densitas Bioplastik Kelobot Jagung Ditinjau dari Interaksi

Nisbah Biokomposit, ZnO dan Gliserol (g/cm3 ± SE)................................. 14

3. Rataan Kekuatan Tarik Bioplastik Kelobot Jagung Ditinjau dari Interaksi

Nisbah Biokomposit, ZnO dan Gliserol (kgf/cm2± SE)............................... 15

4. Hasil Uji Kekuatan Tarik, Kemuluran, dan Kekuatan Sobek Bioplastik

Kelobot Jagung............................................................................................. 17

5. Data Penelitian Bioplastik............................................................................ 18

6. Rataan Massa Residu Bioplastik Kelobot Jagung dalam Kompos (g ± SE) 19

7. Efektivitas (%) Biodegradibilitas Bioplastik Campuran Pati:(Kelobot

Jagung:PLA) 70:(15:15), ZnO 3% dan Gliserol 60% dalam Kompos

selama 3, 5, 7, dan 10 Hari........................................................................... 19

8. Rataan Massa Residu Bioplastik Kelobot Jagung dalam Konsorsium

EM4 (g ± SE)................................................................................................ 20

1

Optimasi Bioplastik Kelobot Jagung (Zea mays L.) Ditinjau dari Nisbah

Biokomposit, Penambahan ZnO dan Plasticizer Gliserol

The Optimation of Corn-Husk (Zea mays L.) Bioplastic as Reveal by the Biocomposite

Ratios, ZnO and Plasticizer Gliserol Additions

Shinta Khalistyawati*, A. Ign. Kristijanto**, dan Sri Hartini**

*Mahasiswi Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika

**Dosen Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika

Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga

Jln. Diponegoro no. 52-60 Salatiga 50711, Jawa Tengah-Indonesia

652012002@student.uksw.edu

ABSTRACT

This study aims to obtain bioplastics from corn husk according ISO 7818: 2014

and biodegradable, in terms of the ratio of biocomposites, the addition of ZnO, and the

plasticizer glycerol, as well as their interactions. Data were analyzed by Factorial

design (3 x 3 x 3) with basic design Randomized Completely Block Design (RCBD), 3

replications. As the first factor is the biocomposites ratio of starch:(corn husk:PLA),

which is 70:(15:15); 50:(25:25); and 30:(35:35), respectively; the second factor is ZnO

addition, i.e.: 3%, 4.5%, and 6%; and as the third factor is the addition of glycerol,

namely: 30%, 45%, and 60%; while as the block is the time analysis. Biodegradability

data of bioplastic were analyzed using covariance analysis and it was laid out with

Randomized Completely Block Design (RCBD), 5 treatments and 5 replications. As the

treatment is various compositions of corn husk bioplastic and as the block is the time

analysis. To test the difference between treatments means, the Honest Significant

Differences (HSD) were used at 5% level of significance.

The results of the study showed that the bioplastic composed of starch:(corn husk:

PLA) 70:(15:15), 3% ZnO and 30% glycerol have thickness of 0.0277 ± 0.0013 cm and

density of 0.5206 ± 0.0092 g/cm3. Bioplastics which fulfil criteria of SNI 7818: 2014 is

composed starch:(corn husk:PLA) 70:(15:15), ZnO 4.5% and glycerol 30%, which has

value of 8.55 MPa tensile strength, 49.17% elongation, 4.26 N longitudinal tear of

strength and 2.41 N transversal tear of strength. Bioplastics composed starch:(corn

husk:PLA) 70:(15:15), ZnO 3% and glycerol 60% is biodegradable in compost

substrate within 3-10 days with a residual mass of 0.0118 ± 0.0050 g to 0.0243 ±

0.0028 g and the efective biodegradability 75.18% - 88.98%. Further more, in the EM4

consortium for 10 days has residual mass of 0.0195 ± 0.00044 g and the efectivity of

66.81%.

Keywords : bioplastic, corn husk, PLA, ZnO, glycerol

2

1. PENDAHULUAN

Plastik merupakan material yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari,

baik sebagai kantong plastik, kemasan pangan, atau barang karena sifatnya yang ringan,

tidak mudah pecah dan harga yang murah. Saat ini jenis plastik yang digunakan adalah

plastik sintetik yang berbahan dasar minyak bumi atau gas alam. Namun di sisi lain

plastik ini berpotensi menjadi material yang mencemari dan mengancam kelangsungan

makhluk hidup karena limbah plastik sintetik sulit diuraikan jasad renik. Menurut

Asosiasi Industri Aromatik, Olefin, dan Plastik (Inaplas) Indonesia, kebutuhan plastik

Indonesia tahun 2013 mencapai 4 juta ton (Tempo, 2014). Sebanyak 46 ribu sampah

plastik mengapung di setiap mil persegi samudera bahkan kedalaman sampah plastik di

Samudera Pasifik sudah mencapai hampir 100 meter (Antara news, 2014 dalam

Mardiyah dkk., 2014). Perlu dikembangkan suatu alternatif untuk menghadapi

permasalahan lingkungan ini, yaitu pembuatan bioplastik. Bioplastik adalah plastik

yang mudah diuraikan jasad renik dan terbuat dari campuran polimer sintetis atau alami

dengan bahan alami seperti pati atau selulosa (Raynasari, 2012).

Kelobot jagung (Zea mays L.) dapat digunakan sebagai bahan dasar dalam

pembuatan bioplastik. Dirgantara dkk. (2013) telah membuat bioplastik dari campuran

kelobot jagung: polimer sintetis LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene) (30:70) dan

asam oleat 1% dengan kekuatan tarik 24,77 MPa. Penggunaan polimer sintetis tersebut

membuat bioplastik lebih sulit terurai dibandingkan bioplastik yang dibuat dari

campuran polimer alami dan biomassa. Kemudian Khalistyawati dkk. (2015) membuat

bioplastik dari campuran kelobot jagung, pati dan PLA dengan penambahan ZnO 6%

dan gliserol 30%, namun bioplastik tersebut memiliki kekuatan tarik yang lebih rendah,

yaitu 0,7396 ± 0,0006 MPa. Pada penelitian ini akan dibuat bioplastik berbahan dasar

kelobot jagung dengan berbagai nisbah biokomposit, penambahan ZnO dan plasticizer

gliserol, sehingga diharapkan bioplastik yang dihasilkan elastis dan mudah terurai.

Selain itu juga untuk memaksimalkan penggunaan limbah kelobot jagung dan

mengurangi pencemaran yang disebabkan oleh limbah plastik sintetik.

Berdasarkan latar belakang di atas maka tujuan penelitian ini adalah:

1. Menghasilkan bioplastik dari kelobot jagung dengan sifat fisik dan mekanik

sesuai SNI 7818:2014, ditinjau dari nisbah biokomposit, penambahan ZnO, dan

plasticizer gliserol, serta interaksinya.

3

2. Menghasilkan bioplastik dari kelobot jagung yang mudah terurai, ditinjau dari

nisbah biokomposit, penambahan ZnO, dan plasticizer gliserol, serta interaksinya.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kelobot Jagung

Kelobot jagung merupakan salah satu limbah yang dihasilkan industri pengolahan

jagung. Dari hasil panen jagung berkelobot, terdapat 37,12% - 39,55% tongkol jagung,

25,63% - 31,14% biji jagung, 25,76% - 30,08% kelobot jagung, 2,23% - 3,49%

tangkai, dan 2,51% - 2,62% rambut jagung (Dalem, 1990 dalam Adnan, 2006).

Produksi jagung dalam jumlah besar membawa dampak pada jumlah limbah jagung.

Menurut data Badan Pusat Statistik, produksi jagung di Indonesia pada tahun 2014

sebesar 19,03 juta ton (BPS, 2015). Dengan demikian limbah kelobot jagung dari

produksi jagung Indonesia pada tahun 2014 adalah 4,90 – 5,72 juta ton.

Menurut Adnan (2006), kandungan kelobot jagung adalah sebagai berikut: kadar

air 7,34% - 9,10%, kadar protein 1,20% - 3,68%, kadar lemak 2,15% - 2,89%, kadar

abu 1,84% - 3,70%, kadar serat 38% - 50%, dan kadar karbohidrat 38% - 55%. Kelobot

jagung banyak mengandung selulosa dan hemiselulosa, serta bersifat dapat diperbarui

dan mudah terurai di alam (Khalistyawati dkk., 2015). Struktur hemiselulosa dan

selulosa ditunjukkan pada Gambar 1.

(a) (b)

Gambar 1. Struktur: a) hemiselulosa, dan b) selulosa

(Sun and Cheng, 2002, Kehwani, 2009 dalam Yuanisa dkk., 2015)

Selama ini klobot jagung di Indonesia banyak digunakan sebagai pakan ternak,

pembungkus makanan tradisional, dan kerajinan tradisional. Perlu dilakukan penelitian

lebih lanjut untuk memaksimalkan limbah klobot jagung, salah satunya adalah

pembuatan bioplastik (Dirgantara dkk., 2013).

4

2.2. Bioplastik

Bioplastik termasuk dalam biopolimer karena terbuat dari senyawa-senyawa yang

mudah ditemukan di alam dan memiliki struktur molekul yang dapat terdegradasi secara

biologis sehingga rentan terhadap kinerja mikroorganisme dan dapat membantu

mengurangi jumlah limbah plastik sintetik di lingkungan (Faizin, 2012; Kitamoto et al.,

2011 dalam Puspita, 2013). Menurut Sihaloho (2011), bioplastik terdiri dari plastik

biodegradable (plastik yang dihasilkan dari material fosil) dan plastik biobased (plastik

disintesis dari biomassa) (Gambar 2). Dengan demikian bioplastik dari campuran

kelobot jagung yang disintesis menjadi PLA dan pati dapat menjadi suatu plastik bio-

based dan biogradable.

Gambar 2. Jenis bioplastik dan keteruraiannya

Keterangan: - PCL (Polycaprolactone) - PBS (Poly butylene succinate)

- PES (Polyethersulfone) - PHB (Poly Hydroxy Butyrate)

- PLA (Poly Lactic Acid) - PE (Polyethylene)

- NY 11 (Nylon 11)

(Tokiwa et al., 2009 dalam Sihaloho, 2011)

Biokomposit adalah suatu material gabungan dari polimer alami sebagai fasa

organik dan penguat sebagai fasa anorganiknya (Darder, 2008 dalam Marbun, 2012).

Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi biokomposit dalam

pembuatan bioplastik dapat berpengaruh terhadap wujud fisik bioplastik. Bioplastik

yang disintesis dari komposit pati tropis-PLA-kitosan (98:1:1%) dengan plasticizer 1%

memiliki karakteristik morfologi paling halus dan transparan (Firdaus dkk., 2008).

Marbun (2012) membuat bioplastik pati ubi jalar yang ditambah 9% selulosa dan 3%

ZnO yang berwarna putih keruh dan tidak transparan. Selanjutnya, penambahan 30%

gliserol dan ZnO 6% dalam 50 ml biokomposit menghasilkan bioplastik yang kasar,

berwarna coklat keruh dan tidak transparan (Khalistyawati dkk., 2015).

5

2.3. Hidrolisis

Dalam pembuatan bioplastik berbahan dasar kelobot jagung, perlu dilakukan

proses hidrolisis terlebih dahulu terhadap material selulosanya supaya terdegradasi

menjadi glukosa. Hidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu

senyawa pecah atau terurai. Reaksi hidrolisis adalah sebagai berikut:

di mana air akan menyerang selulosa pada ikatan glikosidik (1,4) dan dikatalisis oleh

asam (seperti H2SO4 atau HCl) yang dapat mempercepat laju reaksi sehingga

menghasilkan glukosa. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Artati dkk. (2012), 25 g

sampel pelepah daun pisang dapat dihidrolisis dengan HCl 2 N pada suhu 100oC selama

2 jam dan menghasilkan glukosa sebesar 8,2 g.

2.4. PLA (Poly Lactic Acid)

PLA merupakan biopolimer yang dapat dibuat menjadi lembaran film yang

transparan (Firdaus, 2008). Garlotta (2001) menyatakan bahwa PLA termasuk ke dalam

kelompok poliester alifatik yang umumnya dibuat dari asam α-hidroksi, serta bersifat

biodegradable dan composable. Lembaran film PLA dengan bobot molekul 100.000-

300.000 Dalton memiliki yield strength sebesar 49 MPa dan elongasi sebesar 2,5 %

(Warsiki, 2007 dalam Listianingrum dkk., 2013).

Bahan baku PLA adalah asam laktat (asam 2-hidroksi propionat), yang memiliki

rumus molekul CH3CHOHCOOH (Narayan et al., 2004 dalam Purnavita dkk., 2013).

Asam laktat dapat dihasilkan dari proses fermentasi karbohidrat menggunakan bakteri

homofermentatif, seperti Lactobacillus casei, L. amylophilus, L. bavaricus, L.

maltaromicus, dan L. salivarius (Garlotta, 2001). Glukosa hasil hidrolisis kelobot

jagung dapat difermentasi menjadi asam laktat. Kemudian asam laktat hasil proses

fermentasi tersebut disintesis menjadi PLA. Metode yang umum dipakai untuk

menghasilkan PLA adalah melalui reaksi Direct Condensation dan Ring Open

Polimerization (ROP) (Gambar 3).

6

Gambar 3. Polimerisasi PLA: 1) Direct Condensation,

dan 2) Ring Open Polimerization

(Farrington et al., 2005)

Direct Condensation dilakukan dengan menggunakan pelarut pada kondisi vakum

dan suhu tinggi, sedangkan ROP dibantu katalis logam (misalnya tin (II) octoate), pada

kondisi vakum dan suhu tinggi, serta tidak membutuhkan pelarut (Farrington et al.,

2005). Dalam proses polimerisasi, kandungan air pada asam laktat akan dipisahkan

untuk memperoleh PLA, yang kemudian dapat digunakan sebagai campuran dalam

pembuatan bioplastik.

Menurut Botelho et al. (2004), kelebihan PLA dibandingkan dengan plastik yang

terbuat dari minyak bumi adalah biodegradable, biocompatible, dihasilkan dari bahan

yang dapat diperbaharui (termasuk sisa industri), 100% recyclable, tidak menggunakan

pelarut organik/ bersifat racun dalam memproduksi PLA, dan dapat dibakar sempurna

yang menghasilkan gas CO2 dan air.

2.5. Bahan Penguat ZnO

Untuk meningkatkan kekuatan mekanis dan barrier properties pada bioplastik,

sejumlah kecil penguat/pengisi ditambahkan ke dalam matriks polimer (Ardiansyah,

2011). Seng oksida (ZnO) adalah suatu bahan semikonduktor, fotokonduktor,

piezoelektrik dan bersifat bio-safe (Nugroho, 2012). ZnO merupakan senyawa II–VI

semikonduktor dengan struktur kristal wurtzite (B4), zinc blended (B3), dan rocksalt

(Rochelle salt) (B1) (Gambar 5). Struktur wurtzite memiliki unit sel heksagonal yang

simetris dengan rasio tinggi dan lebar jarak antar atom Zn sebesar 1,63, dan jarak antara

atom Zn dan O ditentukan dengan mengkalikan tinggi jarak antar atom Zn dengan

konstanta 0,375 (Morkoç and Ümit, 2009).

7

Gambar 4. Struktur kristal ZnO: a) cubic rocksalt (B1),

b) cubic zinc blended (B3), dan c) hexagonal wurtzite (B4)

(Warna abu-abu dan hitam merupakan atom Zn dan O)

(Morkoç and Ümit, 2009)

Vijayakumar (2003 dalam Ardiansyah, 2011) menyatakan bahwa struktur kristal

ZnO memiliki efek antimikroba terhadap bakteri gram positif dan ragi, serta dapat

menjadi inhibitor potensi mikroba dalam makanan menggunakan pendekatan sistem

dengan antimikroba lain.

Nugroho (2012) telah mensintesis bioplastik pati ubi jalar dengan penambahan

bahan penguat ZnO 3 % dan clay 6% dari berat pati menghasilkan plastik dengan kuat

tarik 22,96 kgf/cm2 dan elongasi 10,60%. Bioplastik pati ubi jalar yang ditambah 9%

selulosa dan 3% ZnO memiliki kuat tarik sebesar 28,942 kgf/cm2 dan elongasi 11,8%

(Marbun, 2012). Selanjutnya, penambahan 30% gliserol dan ZnO 6% dalam 50 ml

biokomposit menghasilkan bioplastik yang memiliki kekuatan tarik sebesar 0,7396 ±

0,0006 MPa (Khalistyawati dkk., 2015).

2.6. Plasticizer Gliserol

Plasticizer (material plastisasi) merupakan molekul kecil yang amorf dan

terdispersi di antara molekul-molekul polimer yang lebih besar sehingga mengurangi

titik kontak antara molekul polimer dan merubah polimer menjadi lentur/fleksibel

(Ardiansyah, 2011). Semakin banyak penggunaan plasticizer maka akan mengurangi

kerapuhan dan meningkatkan kelarutan, begitu pula penggunaan plasticizer yang

bersifat hidrofilik juga akan meningkatkan kelarutannya di dalam air dan meningkatkan

jarak intermolekul polimer (Listianingrum dkk., 2013).

Gliserol merupakan salah satu alkil trihidrat (propa 1,2,3-triol) dan digunakan

sebagai agen pemlastis yang sering digunakan karena murah, mudah diperoleh, dapat

diperbarui dan mudah didegradasi (Ardiansyah, 2011) (Gambar 4). Senyawa gliserol

8

berupa cairan kental dengan titik lebur 20oC dan titik didih 290oC, bersifat netral dan

higroskopis, memiliki rasa manis dan tidak berwarna, dapat larut sempurna dengan air

dan alkohol tetapi tidak larut dalam minyak, serta banyak digunakan sebagai pelarut,

anti beku (anti freeze) dan mencegah kekeringan pada pembuatan parfum, tinta,

makanan, dan lainnya (Yusmarlela, 2009 dalam Puspita, 2013).

Gambar 5. Struktur gliserol

(Listianingrum dkk., 2013)

Bioplastik pati umbi garut yang ditambah dengan ZnO 3 % dan gliserol 30%

memiliki kuat tarik sebesar 53,947 kgf/cm2 (Ardiansyah, 2011). Kemudian Dasuki dkk.

(2013) telah menambahkan 50% gliserol ke dalam 10 g tepung porang dan

menghasilkan bioplastik dengan kuat tarik 0,7 MPa, elongasi 9,31%, dan modulus

elastisitas 7,1 MPa.

2.7. Biodegradasi

Biodegradasi merupakan proses kimiawi yang terjadi akibat hadirnya

mikroorganisme dari lingkungan yang bergantung pada kondisi sekitar (suhu) dan

struktur kimia, serta dapat mengubah material menjadi senyawa alami, seperti air, CO2,

dan kompos (Ying, 2014). Terjadinya degradasi ditandai dengan bertambahnya persen

kehilangan berat atau menurunnya berat residual bioplastik.

Beberapa metode yang digunakan untuk memprediksi laju degradasi dan lama

waktu sampel terdegradasi oleh mikroorganisme:

1. Soil burial test yang dilakukan dengan menanam sampel dalam tanah berhumus

yang dikontrol kelembabannya (Ardiansyah, 2011). Metode ini telah dilakukan

untuk menguji bioplastik dari pati umbi garut yang ditambah dengan ZnO 3 %

dan gliserol 30% yang dapat terdegradasi dalam tanah selama 25 hari dengan

fraksi berat residual sebesar 83,4%, serta bioplastik pati nangka dengan

kandungan gliserol 0,4% dan 0,5 ml kitosan yang terdegradasi selama 8 hari

dalam tanah (Ardiansyah, 2011; Puspita, 2013). Kemudian bioplastik dari

campuran kelobot jagung, pati dan PLA (3:1:1) dengan penambahan gliserol 30%

9

dan ZnO (6% dan 9%) dapat terdegradasi dalam kompos selama 2 hari dengan

baik, dengan pengurangan massa masing-masing sebesar 0,0219 ± 0,0015 g dan

0,0266 ± 0,0017 g (Khalistyawati dkk., 2015).

2. Konsorsium mikroba, di mana degradasi sampel oleh sekelompok spesies mikroba

yang berbeda diinokulasikan dalam media cair bersama benda uji, yang

dipengaruhi oleh jenis mikroba, pH, nutrisi, suhu, dan kelembaban udara

(Sihaloho, 2011). Sampel bioplastik kelobot jagung:LLDPE (70:30) diuji dengan

kapang (Penicillium sp. dan Aspergilus niger) selama satu minggu, di mana

kapang tersebut dapat tumbuh pada permukaan bioplastik lebih dari 30% yang

menunjukkan bahwa bioplastik dapat terurai oleh jasad renik (Dirgantara dkk.,

2013). Pengujian bioplastik dalam cairan EM4 dilakukan pada bioplastik

PP:Kitosan (80:20) yang dapat terdegradasi selama 30 hari dengan pengurangan

massa sebesar 0,30%, serta pada bioplastik kelobot jagung dengan komposisi ZnO

3% dan gliserol 30% yang terdegradasi dengan baik selama 10 hari dengan

pengurangan massa 0,0359±0,0001 g. (Tyasning dan Masykuri, 2012;

Khalistyawati dkk., 2015).

3. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Lingkungan, Fakultas Sains dan

Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana dari bulan September 2015 sampai

April 2016.

3.2. Bahan dan Piranti

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kelobot jagung dan pati

tapioka yang diperoleh dari Pasar Raya Salatiga. Bakteri asam laktat (Lactobacillus

casei 0090) diperoleh dari Laboratorium Pusat Studi Pangan dan Gizi Universitas

Gadjah Mada.

Bahan kimia yang digunakan antara lain NaOH (p.a.), HCl (p.a.), kloroform (p.a.),

metanol (t.k.), gliserol (p.a.), ZnO (p.a.), CH3COOH (t.k.), gas N2, dan EM4.

Piranti yang digunakan antara lain drying cabinet, neraca OHAUS Pioneer,

autoclave TOMY SS-240, pH meter HANNA Instrument 9812, hot plate Thermolyne

10

Cimarec 2, pompa vakum, oven MEMMERT, cetakan, mikrometer sekrup, Texture

Analyzer LLOYD TA, dan incubator Autonics TC45.

3.3. Metode

3.1.1. Preparasi Kelobot Jagung

Kelobot jagung diambil bagian tengah (ruas ke-2 dan seterusnya), dibersihkan lalu

dikeringkan dalam drying cabinet. Kelobot jagung kering dipotong, digiling lalu diayak

dengan ayakan ukuran 70 mesh. Dilakukan delignifikasi dengan menambahkan NaOH

7% pada serbuk kelobot jagung lalu dimasukkan ke dalam autoclave pada suhu 121oC

selama 30 menit (Purnavita dkk., 2013). Selanjutnya dilakukan proses hidrolisis dengan

memasukkan 25 g serbuk kelobot jagung yang telah dihilangkan ligninnya ke dalam

erlenmeyer, lalu ditambah 250 ml HCl 4 N kemudian dipanaskan pada suhu 100oC

sambil diaduk selama 120 menit (Artati dkk. (2012) yang dimodifikasi).

3.1.2. Pembuatan Asam Laktat dan Polimerisasi (Purnavita dkk. (2013) yang

dimodifikasi)

Empat puluh ml larutan glukosa hasil hidrolisis dimasukkan ke dalam bejana

fermentasi lalu ditambah bakteri asam laktat (L. casei) sebanyak 40% dari volume

larutan kemudian difermentasi pada suhu 30oC selama 20 jam. Hasil fermentasi asam

laktat dipolimerisasi dengan metode direct condensation - sistem tertutup dengan

menggunakan katalis ZnO. Lima puluh ml asam laktat dimasukkan ke dalam labu bulat

dan dipanaskan secara inert pada suhu 170oC selama 90 menit. Pada produk hasil reaksi

ditambahkan kloroform untuk melarutkan PLA, kemudian larutan dikeluarkan dari labu

alas bulat dan dituang ke beaker glass untuk diendapkan selama 1 jam menggunakan

metanol. Endapan dipisahkan dari metanol dengan penyaringan, lalu dikeringkan.

3.1.3. Pembuatan Bioplastik (Listianingrum dkk. (2013) yang dimodifikasi)

Pembuatan plastik dilakukan melalui proses pemanasan dengan hot plate,

pencampuran, dan pengadukan. Pati 5 g, serbuk kelobot jagung 2,5 g dan PLA 2,5 g

dimasukkan ke dalam beaker glass, lalu ditambah plasticiser gliserol (30%, 45% dan

60% dari bobot pati dan serbuk kelobot) dan zat penguat ZnO (3%, 4,5%, dan 6% dari

bobot pati, serbut kelobot dan PLA). Kemudian ditambahkan akuades sebanyak 50 ml

11

lalu diasamkan dengan 4 ml asam asetat glasial. Selanjutnya campuran dihomogenkan

dan dipanaskan dengan hot plate dengan suhu 90oC selama 15 menit. Setelah itu

dilakukan pencetakan bioplastik, dioven pada suhu 105oC selama 30 menit dan

dikeringkan di dalam drying cabinet. Langkah tersebut diulang dengan berbagai nisbah

biokomposit pati:(kelobot jagung:PLA), yaitu: 70:(15:15), 50:(25:25), dan 30:(35:35).

3.1.4. Pengujian Bioplastik

Bioplastik yang dihasilkan dikarakterisasi untuk mengetahui sifat fisik, mekanik

dan tingkat biodegradabilitasnya. Pengujian sifat fisik bioplastik meliputi ketebalan dan

densitas. Ketebalan plastik diukur dengan menggunakan mikrometer sekrup pada 5 titik

berbeda. Hasil dicatat dan dirata-rata ketebalannya (Marbun, 2012, yang dimodifikasi).

Pengujian densitas dilakukan berdasarkan ASTM 792-08 di dalam air (ASTM, 2008),

dengan cara potongan film bioplastik (1 x 1 cm2) ditimbang, kemudian direndam dalam

air selama 15 menit lalu ditimbang massa akhir setelah direndam. Specific gravity

dihitung dengan membagi massa sampel awal dengan selisih massa sampel awal dan

akhir. Densitas ditentukan dengan membagi hasil perhitungan specific gravity dengan

997,5.

Pengujian sifat mekanik bioplastik meliputi kekuatan tarik, kemuluran, dan kuat

sobek, dilakukan berdasarkan ASTM D-882 dan ASTM D-1004 dengan menggunakan

alat uji Texture Analyzer (BSN, 2014). Film berukuran 20 x 1 cm2 dipasang pada rahang

alat atas dan bawah, kemudian diukur sifat mekaniknya.

Pengujian biodegradabilitas bioplastik dilakukan dengan metode soil burial test

dengan kompos dan mixed microbial batch dengan EM4. Pada metode soil burial test,

sampel film bioplastik berukuran 1,5 x 1,5 cm2 ditanam di dalam wadah berisi kompos

selama 3, 5, 7, dan 10 hari. Kemudian sampel diambil dari dalam kompos, dicuci

dengan akuades, dibilas dengan alkohol 70% dan dikeringkan dalam drying cabinet

pada suhu 50°C selama 15 menit, lalu sampel ditimbang (Puspita (2013) yang

dimodifikasi). Pada pengujian dengan metode mixed microbial batch, EM4 diaktifkan

dengan menginkubasi campuran EM4 2%, air, dan molase (10:1:50) selama 72 jam

pada suhu ruang agar semua jasad renik aktif. Sampel bioplastik berukuran 1 x 1 cm2

dimasukkan ke dalam botol sampel berisi 5 ml larutan EM4 aktif. Botol sampel tersebut

disimpan dalam inkubator pada suhu 37,5°C selama 10 hari. Setelah 10 hari, sampel

12

diambil dari dalam rendaman, dicuci dengan akuades, kemudian dibilas dengan alkohol

70% dan dikeringkan dalam drying cabinet pada suhu 50°C selama 15 menit. Sampel

ditimbang dan dihitung pengurangan massanya (Tyasning dan Masykuri (2012) yang

dimodifikasi).

3.4. Analisa Data

Data dianalisis dengan menggunakan Rancangan Perlakuan Faktorial (3 x 3 x 3)

dengan rancangan dasar Rancangan Acak Kelompok (RAK), 3 ulangan. Sebagai faktor

pertama adalah nisbah biokomposit pati:(kelobot jagung:PLA), yaitu 70:(15:15),

50:(25:25), dan 30:(35:35); sebagai faktor kedua adalah penambahan ZnO, yaitu 3%,

4,5% dan 6%; dan sebagai faktor ketiga adalah penambahan gliserol, yaitu 30%, 45%

dan 60%. Sebagai kelompok adalah waktu analisis.

Data biodegradibilitas bioplastik dianalisis dengan Analisis Dwi Ragam dengan

rancangan dasar Rancangan Acak Kelompok, 5 perlakuan dan 5 ulangan. Sebagai

perlakuan adalah berbagai campuran bioplastik kelobot jagung, sedangkan sebagai

kelompok adalah waktu analisis. Pengujian rataan antar perlakuan digunakan uji BNJ

(Beda Nyata Jujur) dengan tingkat kebermaknaan 5% (Steel and Torrie, 1981).

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengujian Fisikawi Bioplastik Kelobot Jagung antar Berbagai Kombinasi

Perlakuan

4.1.1. Ketebalan Bioplastik Kelobot Jagung antar Berbagai Kombinasi Perlakuan

Rataan ketebalan bioplastik kelobot jagung hasil interaksi nisbah biokomposit,

ZnO dan gliserol berkisar antara 0,0207 ± 0,0007 cm sampai 0,0350 ± 0,0016 cm

(Tabel 1 dan Lampiran 1).

13

Tabel 1. Rataan Ketebalan Bioplastik Kelobot Jagung Ditinjau dari Interaksi Nisbah

Biokomposit, ZnO dan Gliserol (cm ± SE)

G

N Z G1 G2 G3

N1

Z1 Rataan ± SE 0,0277 ± 0,0013 (a) 0,0287 ± 0,0013 (b) 0,0243 ± 0,0009 (b)

W = 0,0034 (ab) (b) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,0250 ± 0,0011 (a) 0,0247 ± 0,0009 (ab) 0,0207 ± 0,0009 (a)

W = 0,0034 (a) (a) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,0297 ± 0,0019 (a) 0,0240 ± 0,0016 (a) 0,0207 ± 0,0009 (a)

W = 0,0034 (a) (a) (a)

N2

Z1 Rataan ± SE 0,0233 ± 0,0009 (b) 0,0240 ± 0,0006 (a) 0,0260 ± 0,0016 (a)

W = 0,0034 (a) (a) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,0220 ± 0,0006 (ab) 0,0230 ± 0,0012 (a) 0,0253 ± 0,0009 (a)

W = 0,0034 (a) (a) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,0207 ± 0,0007 (a) 0,0307 ± 0,0013 (b) 0,0250 ± 0,0006 (a)

W = 0,0034 (a) (c) (b)

N3

Z1 Rataan ± SE 0,0257 ± 0,0014 (a) 0,0240 ± 0,0006 (a) 0,0267 ± 0,0009 (a)

W = 0,0034 (a) (a) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,0250 ± 0,0011 (a) 0,0307 ± 0,0013 (b) 0,0313 ± 0,0014 (ab)

W = 0,0034 (a) (b) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,0307 ± 0,0009 (b) 0,0350 ± 0,0016 (c) 0,0317 ± 0,0007 (b)

W = 0,0034 (a) (b) (ab) Keterangan:

W = BNJ 5%

N = Nisbah biokomposit (pati:kelobot jagung:PLA): N1 = 70:15:15; N2 = 50:25:25; N3 = 30:35:35

Z = ZnO: Z1 = 3%; Z2 = 4,5%; Z3 = 6%

G = Gliserol: G1 = 30%, G2 = 45%, G3 = 60%

Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar

perlakuan tidak berbeda secara bermakna, sebaliknya angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama

antar baris atau lajur yang sama menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.

Keterangan ini juga berlaku untuk Tabel 2, 3, 4, dan Tabel 5.

Berdasarkan Tabel 1 terlihat bahwa ketebalan pada bioplastik dengan gliserol

45% cenderung meningkat seiring meningkatnya jumlah serbuk kelobot jagung yang

digunakan karena serbuk kelobot jagung berukuran 0,210 mm, yang mana lebih besar

daripada ukuran partikel pati (0,02 mm) dan ZnO (0,005 mm).

Dengan menggunakan ZnO berukuran 0,0002 mm, Amandoron et al. (2013)

membuat bioplastik campuran ZnO:pati:gliserol (0,03:3:1) dengan ketebalan sebesar

0,0208 – 0,0261 cm. Khalistyawati dkk. (2015) menggunakan serbuk kelobot jagung

berukuran 0,841 mm, ZnO berukuran 0,005 mm sebanyak 3%, 6%, dan 9%, serta

gliserol 30% dalam pembuatan bioplastik campuran pati:kelobot jagung:PLA (3:1:1),

sehingga ketebalan bioplastik meningkat menjadi 0,0403 ± 0,0082 cm sampai 0,0498 ±

0,0059 cm. Bioplastik campuran pati:kelobot jagung:PLA (70:15:15), ZnO 3%, dan

14

gliserol 30% dengan ketebalan 0,0277 ± 0,0013 cm lebih tebal daripada bioplastik yang

dihasilkan Amandoron et al. (2013), namun lebih tipis daripada bioplastik yang

dihasilkan Khalistyawati dkk. (2015). Hal ini menunjukkan jumlah padatan (serbuk

kelobot jagung, PLA, dan ZnO) akan meningkatkan ketebalan bioplastik.

4.1.2. Densitas Bioplastik Kelobot Jagung antar Berbagai Kombinasi Perlakuan

Purata densitas bioplastik kelobot jagung hasil interaksi nisbah biokomposit, ZnO

dan gliserol berkisar antara 0,4963 ± 0,0016 g/cm3 sampai 0,5206 ± 0,0092 g/cm3

(Tabel 2 dan Lampiran 2).

Tabel 2. Rataan Densitas Bioplastik Kelobot Jagung Ditinjau dari Interaksi Nisbah

Biokomposit, ZnO dan Gliserol (g/cm3 ± SE)

G

N Z G1 G2 G3

N1

Z1 Rataan ± SE 0,5206 ± 0,0092 (b) 0,5001 ± 0,0004 (a) 0,5028 ± 0,0035 (a)

W = 0,0148 (b) (a) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,5027 ± 0,0046 (a) 0,4993 ± 0,0030 (a) 0,4963 ± 0,0016 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,5169 ± 0,0081 (ab) 0,5078 ± 0,0045 (a) 0,4963 ± 0,0016 (a)

W = 0,0148 (b) (ab) (a)

N2

Z1 Rataan ± SE 0,5051 ± 0,0034 (a) 0,5082 ± 0,0026 (a) 0,4963 ± 0,0067 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,5051 ± 0,0018 (a) 0,5033 ± 0,0032 (a) 0,5050 ± 0,0012 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,5058 ± 0,0035 (a) 0,5024 ± 0,0024 (a) 0,5000 ± 0,0007 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

N3

Z1 Rataan ± SE 0,5077 ± 0,0036 (a) 0,5063 ± 0,0066 (a) 0,5023 ± 0,0031 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,5065 ± 0,0014 (a) 0,5051 ± 0,0020 (a) 0,5128 ± 0,0083 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,5096 ± 0,0018 (a) 0,5088 ± 0,0065 (a) 0,5127 ± 0,0090 (a)

W = 0,0148 (a) (a) (a)

Dari Tabel 2 terlihat bahwa bioplastik yang baik adalah bioplastik campuran

pati:kelobot jagung:PLA (70:15:15), ZnO 3%, dan gliserol 30% dengan densitas 0,5206

± 0,0092 g/cm3. Menurut Bahmid dkk. (2014), ukuran partikel komposit yang kecil

akan meningkatkan densitas karena ikatan antara permukaan partikel dengan pemlastis

menjadi lebih baik sehingga permeabilitas fluidanya rendah. Nilai densitas bioplastik

tersebut lebih tinggi daripada bioplastik hasil Khalistyawati, dkk. (2015) yang berkisar

15

antara 0,0115 ± 0,0016 g/cm3 hingga 0,0127 ± 0,0033 g/cm3 karena menggunakan

serbuk kelobot berukuran 0,210 mm. Hasil serupa diperoleh Bahmid dkk. (2014) yang

membuat bioplastik dari selulosa asetat berukuran 0,0002 mm dan 0,00009 mm dengan

densitas masing-masing sebesar 0,67 g/cm3 dan 1,05 g/cm3.

4.2. Hasil Uji Mekanik Bioplastik Kelobot Jagung

Sifat mekanik yang merepresentasikan kualitas bioplastik adalah kekuatan tarik,

kemuluran, dan kekuatan sobek. Rataan kekuatan tarik bioplastik kelobot jagung hasil

interaksi nisbah biokomposit, ZnO dan gliserol berkisar antara 0,0020 ± 0,0002 kgf/cm2

sampai 0,0291 ± 0,0022 kgf/cm2 (Tabel 3 dan Lampiran 3).

Tabel 3. Rataan Kekuatan Tarik Bioplastik Kelobot Jagung Ditinjau dari Interaksi

Nisbah Biokomposit, ZnO dan Gliserol (kgf/cm2± SE)

G

N Z G1 G2 G3

N1

Z1 Rataan ± SE 0,0092 ± 0,0005 (b) 0,0047 ± 0,0002 (a) 0,0133 ± 0,0009 (b)

W =0,0017 (b) (a) (c)

Z2 Rataan ± SE 0,0291 ± 0,0022 (c) 0,0073 ± 0,0001 (b) 0,0044 ± 0,0001 (a)

W =0,0017 (c) (b) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,0050 ± 0,0002 (a) 0,0070 ± 0,0001 (b) 0,0044 ± 0,0001 (a)

W =0,0017 (a) (b) (a)

N2

Z1 Rataan ± SE 0,0048 ± 0,0003 (a) 0,0111 ± 0,0007 (c) 0,0084 ± 0,0004 (b)

W =0,0017 (a) (c) (b)

Z2 Rataan ± SE 0,0099 ± 0,0001 (b) 0,0088 ± 0,0004 (b) 0,0086 ± 0,0003 (b)

W =0,0017 (a) (a) (a)

Z3 Rataan ± SE 0,0121 ± 0,0005 (c) 0,0063 ± 0,0004 (a) 0,0058 ± 0,0002 (a)

W =0,0017 (b) (a) (a)

N3

Z1 Rataan ± SE 0,0040 ± 0,0003 (a) 0,0040 ± 0,0002 (a) 0,0020 ± 0,0002 (a)

W =0,0017 (b) (b) (a)

Z2 Rataan ± SE 0,0025 ± 0,0002 (a) 0,0043 ± 0,0002 (a) 0,0032 ± 0,0003 (a)

W =0,0017 (a) (b) (ab)

Z3 Rataan ± SE 0,0037 ± 0,0002 (a) 0,0023 ± 0,0001 (a) 0,0023 ± 0,0002 (a)

W =0,0017 (a) (a) (a)

Berdasarkan Tabel 3 terdapat 4 bioplastik dengan kekuatan tarik tinggi. Kekuatan

tarik ke-4 bioplastik tersebut menurun seiring bertambahnya nisbah biokomposit dan

gliserol, namun meningkat dengan bertambahnya ZnO. Menurut Firdaus dkk. (2008),

semakin banyak PLA yang ditambahkan membuat film kemasan menjadi higroskopis,

sehingga karakteristik mekaniknya menjadi rendah. Chitra and Vasanthakumari (2012)

16

telah membuat bioplastik dari campuran Polypropylene (PP) dan serbuk kelobot jagung

10% dan 20% dengan kekuatan tarik sebesar 30,570 MPa, dan 27,951 MPa. Kemudian

bioplastik campuran pati:PLA:kitosan (95:0:5) dan (95:5:0) yang ditambah gliserol

2,5% menghasilkan kekuatan tarik 0,0006 kgf/cm2 dan 0,0002 kgf/cm2 (Firdaus dkk.,

2008).

Menurut Bahmid dkk. (2014), dalam pembuatan bioplastik, terjadi reaksi antara

polimer dan gliserol, yaitu gugus -OH dari gliserol masuk ke dalam polimer membuat

ikatan -OH antar polimer lepas dan jarak antar polimer semakin jauh, sehingga kekuatan

ikatan dan gaya yang dibutuhkan untuk memutuskan bioplastikpun semakin rendah

(Gambar 1). Peningkatan gliserol dari 20% menjadi 30% menurunkan kekuatan tarik

bioplastik pati umbi garut yang ditambah ZnO 3% dan bioplastik biji nangka, yaitu

41,501 kgf/cm2 menjadi 39,089 kgf/cm2, dan 58,83 ± 1,74 MPa menjadi 35,51 ± 0,82

MPa (Ardiansyah, 2011; Anggarini, 2013).

Gambar 6. Reaksi proses plastisasi (Anggarini, 2013).

Hong et al. (2003) menyatakan bahwa terdapat dua jenis senyawa yang terbentuk

dalam bioplastik akibat penambahan ZnO, yaitu ZnO di lapisan dalam (energi ikatan

530,4 eV) dan Zn(OH)2 di permukaan (energi ikatan 532,2 eV). Dengan demikian

kekuatan tarik bioplastik meningkat saat ZnO bertambah karena energi ikatan ZnO di

permukaan yang tinggi. Amandoron et al. (2013) membuat bioplastik campuran

ZnO:pati:gliserol (0,03:3:1) dan (0,09:3:1) dengan kekuatan tarik sebesar 443,97 MPa

dan 447,03 MPa. Bioplastik pati umbi garut yang ditambah ZnO 1% dan 3%

menghasilkan kekuatan tarik sebesar 18,704 kgf/cm2 dan 53,947 kgf/cm2 (Ardiansyah,

2011).

17

Selanjutnya bioplastik yang memiliki nilai densitas dan kekuatan tarik tinggi diuji

dengan alat uji Texture Analyzer dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4 dan

Lampiran 4.

Tabel 4. Hasil Uji Kekuatan Tarik, Kemuluran, dan Kekuatan Sobek Bioplastik Kelobot

Jagung

Sifat Mekanik N1Z1G1 N1Z2G1 N1Z1G3 N2Z3G1 N2Z1G2 SNI*

Kuat Tarik (MPa) 3,77 8,55 2,32 5,77 1,89 min 13,7

Kemuluran (%) 20,49 33,32 26,17 16,78 22,84 400-1120

Kuat Sobek (N)

a) Longitudinal 2,26 3,60 1,52 3,47 1,27 min 2,0

b) Transversal 1,19 2,41 0,25 1,71 0,21 min 1,0 Keterangan: *SNI 7818:2014 tentang Kantong Plastik Mudah Terurai (BSN, 2014)

Dari Tabel 4 terlihat bahwa semua bioplastik kelobot jagung yang dihasilkan

tidak memenuhi persyaratan kuat tarik dan kemuluran sesuai SNI 7818:2014,

sebaliknya bioplastik campuran pati:kelobot jagung:PLA (70:15:15), ZnO 3% dan

4,5%, dan gliserol 30%, serta bioplastik campuran pati:kelobot jagung:PLA (50:25:25),

ZnO 6%, dan gliserol 30% telah memenuhi persyaratan kuat sobek sesuai SNI

7818:2014. Selanjutnya data tersebut dibandingkan dengan data penelitian terdahulu

dan disajikan dalam Tabel 5.

18

Tabel 5. Data Penelitian Bioplastik

Bioplastik Kuat Tarik

(MPa)

Kemuluran

(%)

Kuat

Sobek (N) Metode Pustaka

Polypropylene (PP) +

Kelobot jagung (10%) 30,57 2,69 - Extrusion

Chitra and

Vasanthakumari

(2012)

Kelobot jagung : LLDPE

(30:70) + asam oleat 1%

24,77

19,10

53,94

extrusion

Dirgantara dkk.

(2013)

Kelobot jagung:pati:PLA

(3:1:1) + ZnO 6% +

gliserol 30%

0,7396

± 0,0006 - -

melt

intercalation

Khalistyawati

dkk.(2015)

Pati tropis:PLA: khitosan

(98:1:1 %)-gliserol 1 %

104,42

33,799

-

sol-gel

reaction

Firdaus dkk.

(2008)

Pati umbi garut + gliserol

30% + ZnO 3% 5,2904 9,25 -

melt

intercalation

Ardiansyah

(2011)

Pati ubi jalar + gliserol

25% + selulosa 9% +

ZnO 3%

2,8380

11,8

-

melt

intercalation

Marbun (2012)

Pati: PLA:kelobot jagung

(70:15:15) + ZnO 4,5% +

gliserol 30%

8,5526 33,32 L = 3,60

T = 2,41

melt

intercalation *

Keterangan : * Hasil analisa sifat mekanik bioplastik kelobot jagung N1Z2G1

(-) Tidak dilakukan pengukuran

L = Longitudinal; T = Transversal

Tabel 5 memperlihatkan bahwa bahan polimer sintetis PP yang digunakan oleh

Chitra and Vasanthakumari (2012), polimer sintetis LLDPE yang digunakan Dirgantara

dkk. (2013), serta PLA yang digunakan Firdaus dkk. (2008) memiliki kekuatan tarik

lebih tinggi daripada bioplastik kelobot jagung. Hal ini dikarenakan jenis bahan dan

metode pembuatan bioplastik yang digunakan. Pada metode melt intercalation,

kekuatan tarik dan kemuluran bioplastik kelobot jagung yang dihasilkan lebih tinggi

daripada bioplastik umbi garut (Ardiansyah, 2011), bioplastik ubi jalar (Marbun, 2012),

dan bioplastik kelobot jagung (Khalistyawati dkk., 2015).

4.3. Hasil Uji Biodegradabilitas Bioplastik Kelobot Jagung

Hasil uji biodegradabilitas menunjukkan bahwa berbagai campuran bioplastik

kelobot jagung dalam kompos dalam waktu 3-10 hari dengan massa residu berkisar

antara 0,0118±0,0050 g sampai 0,0384±0,0003 g (Tabel 6 dan Lampiran 5).

19

Tabel 6. Rataan Massa Residu Bioplastik Kelobot Jagung dalam Kompos (g ± SE) Lama uji Campuran Bioplastik

(hari) N1Z1G1 N1Z2G1 N1Z1G3 N2Z3G1 N2Z1G2

3 0,0287 ± 0,00001 0,0360 ± 0,0006 0,0243 ± 0,0028 0,0347 ± 0,0024 0,0267 ± 0,0010

W=0,0072 (ab) (c) (a) (bc) (a)

5 0,0286 ± 0,0006 0,0364 ± 0,0012 0,0193 ± 0,0024 0,0297 ± 0,0013 0,0216 ± 0,0018

W=0,0100 (abc) (c) (a) (bc) (ab)

7 0,0273 ± 0,0008 0,0384 ± 0,0003 0,0135 ± 0,0040 0,0298 ± 0,0014 0,0172 ± 0,0021

W=0,0148 (abc) (c) (a) (bc) (ab)

10 0,0203 ± 0,0021 0,0361 ± 0,0006 0,0118 ± 0,0050 0,0269 ± 0,0020 0,0161 ± 0,0015

W=0,0154 (a) (b) (a) (ab) (a)

Keterangan:▪ W = BNJ 5%

N = Nisbah biokomposit (pati:kelobot jagung:PLA): N1 = 70:15:15; N2 = 50:25:25

Z = ZnO: Z1 = 3%; Z2 = 4,5%; Z3 = 6%

G = Gliserol: G1 = 30%; G2 = 45%; G3 = 60%

Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama menunjukkan antar perlakuan tidak

berbeda secara bermakna, sebaliknya angka-angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama

menunjukkan antar perlakuan berbeda bermakna.

Keterangan ini juga berlaku untuk Tabel 7 dan Tabel 8.

Dari Tabel 6 terlihat bahwa bioplastik dari campuran pati:(kelobot jagung:PLA)

70:(15:15), ZnO 3% dan gliserol 60% mudah terurai dalam kompos selama 3 - 10 hari

dengan kisaran massa residu 0,0118 ± 0,0050 g sampai 0,0243 ± 0,0028 g. Ardiansyah

(2011) telah menguji bioplastik umbi garut yang ditambah 3% dalam tanah selama 5-10

hari dengan residu 95% - 93%. Kemudian Lazuardi dan Sari (2013) menyatakan bahwa

bioplastik kitosan:pati (1:1) yang ditambah gliserol 20%-60% mampu diurai mikroba

dalam tanah hingga hari ke-45 dengan massa sisa sebesar 18,13% hingga 23,18%. Lebih

lanjut, efektivitas biodegradibilitas bioplastik campuran pati:(kelobot jagung: PLA)

70:(15:15), ZnO 3% dan gliserol 60% disajikan pada Tabel 7 dan Lampiran 5.

Tabel 7. Efektivitas (%) Biodegradibilitas Bioplastik Campuran Pati:(Kelobot

Jagung:PLA) 70:(15:15), ZnO 3% dan Gliserol 60% dalam Kompos selama

3, 5, 7, dan 10 Hari

Lama Uji (hari) Massa Awal (g) Massa Residu (g) Efektivitas (%)

3 0,0980 0,0243 75,18

5 0,0835 0,0193 76,84

7 0,0872 0,0135 84,54

10 0,1070 0,0118 88,98

Berdasarkan Tabel 7 mikroba dalam kompos efektif menguraikan bioplastik

campuran pati:(kelobot jagung:PLA) 70: (15:15), ZnO 3% dan gliserol 60% selama 3-

10 hari dengan efektivitas 75,18%-88,98%. Farrington et al. (2005) telah menganalisa

20

biodegradibilitas PLA dalam kompos selama 3-10 hari dengan efektivitas 0-12%.

Reaksi degradasi PLA dalam tanah adalah sebagai berikut:

[C6H8O4]n + 2 H2O 3 CO2 + 3 CH4 (1)

Khalistyawati dkk. (2015) menyatakan bahwa bioplastik campuran kelobot

jagung:pati:PLA (3:1:1), yang ditambah ZnO 3% - 6% dan gliserol 25% dapat terurai

dalam kompos selama 2 hari dengan efektivitas 13,73% - 19,19%. Bioplastik biji

nangka yang ditambah gliserol 20% dan 30% dapat terdegradasi dalam tanah selama 2

minggu dengan efektivitas sebesar 54% dan 77% (Anggarini, 2013).

Uji biodegradibilitas bioplastik kelobot jagung yang dilakukan dalam larutan EM4

2% selama 10 hari menghasilkan rataan massa massa residu sebesar 0,0187 ± 0,0001 g

hingga 0,0238 ± 0,0002 g (Tabel 8 dan Lampiran 6).

Tabel 8. Rataan Massa Residu Bioplastik Kelobot Jagung dalam Konsorsium EM4

(g ± SE) Lama uji Campuran Bioplastik

(hari) N1Z1G1 N1Z2G1 N1Z1G3 N2Z3G1 N2Z1G2

10 0,0238 ± 0,00024 0,0236 ± 0,00001 0,0195 ± 0,00044 0,0230 ± 0,00008 0,0187 ± 0,00010

W=0,0028 (b) (b) (a) (b) (a)

Dari Tabel 8 tampak bahwa bioplastik dari campuran pati:(kelobot jagung:PLA)

70:(15:15), ZnO 3% dan gliserol 60% mudah terurai dalam konsorsium EM4 selama 10

hari dengan massa residu sebesar 0,0195 ± 0,00044 g dan efektivitas 66,81%.

Meningkatnya jumlah pati dan gliserol membuat massa residu bioplastik semakin

sedikit dan biodegradilitilas meningkat karena gugus hidroksi pada pati akan

menginisiasi reaksi hidrolisis polimer setelah mengabsorbsi air dari media, sedangkan

gliserol yang merupakan plasticizer hidrofilik efektif mereduksi ikatan hidrogen internal

dalam rantai polimer (Lee, 2005 dalam Ardiansyah, 2011; dan Liu et al., 2011 dalam

Listianingrum dkk., 2013).

Listianingrum dkk. (2013) menguji biodegradibilitas bioplastik PLA dari kulit

singkong yang ditambah dengan 2 g gliserol dengan hasil 57,825% plastik dapat

terdegradasi oleh bakteri EM4. Sedangkan Tyasning dan Masykuri (2012) dengan

plastik campuran PP:Kitosan (80:20) yang direndam dalam EM4 selama 10 hari

mengalami pengurangan massa sebesar 0,04%. Kemudian bioplastik campuran kelobot

21

jagung:pati:PLA (3:1:1), gliserol 30%, dan ZnO 3% dapat terdegradasi dalam EM4

dengan pengurangan massa sebesar 0,0359 ± 0,0001 g (Khalistyawati dkk., 2015).

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Bioplastik dari pati: kelobot jagung: PLA (70:15:15) yang ditambah ZnO 3% dan

gliserol 30% memiliki ketebalan 0,0277 ± 0,0013 cm dan densitas 0,5206 ±

0,0092 g/cm3. Bioplastik yang mendekati SNI 7818:2014 adalah bioplastik

campuran pati:kelobot jagung:PLA (70:15:15), ZnO 4,5% dan gliserol 30%,

dengan nilai kekuatan tarik 8,55 MPa, kemuluran 33,32 %, serta kekuatan sobek

longitudinal 3,60 N dan transversal 2,41 N.

2. Bioplastik campuran pati:(kelobot jagung:PLA) 70:(15:15), ZnO 3% dan gliserol

60% mudah terurai dalam kompos dalam waktu 3-10 hari dengan kisaran massa

residu sebesar 0,0118 ± 0,0050 g sampai 0,0243 ± 0,0028 g dan efektivitas

75,18% - 88,98%, sedangkan dalam konsorsium EM4 selama 10 hari dengan

massa residu sebesar 0,0195 ± 0,00044 g dan efektivitas 66,81%.

5.2. Saran

Pada penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan metode ROP (Ring Open

Polimerization) dalam pembuatan PLA dan metode extrusion dalam pembuatan

bioplastik.

DAFTAR PUSTAKA

Adnan, A.A. 2006. Karakteristik Fisiko Kimia dan Mekanis Kelobot Jagung sebagai

Bahan Kemasan. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Amandoron, K.M.U., Emily J.G.M., and Cyd Kristoff R. 2013. Fabrication and

Mechanical Strength Characterization of ZnO Nanocomposite Bioplastic Film

with Microbial Immobilizing Activity. Cebu: Philippine Science High School.

APEC Youth Scientist Journal Vol. 6 No.1 pg. 26-38.

Anggarini, F. 2013. Aplikasi Plasticizer Gliserol pada Pembuatan Plastik

Biodegradable dari Biji Nangka. [Skripsi]. Semarang: Universitas Negeri

Semarang.

Ardiansyah, R. 2011. Pemanfaatan Pati Umni Garut untuk Pembuatan Plastik

Biodegradable. [Skripsi]. Depok: Universitas Indonesia.

22

Artati, E.K., Feliciana I.W.H., dan Fatimah. 2012. Pengaruh Jenis dan Konsentrasi

Asam Terhadap Kinetika Reaksi Hidrolisis Pelepah Pisang (Musa paradisiaca L).

Surakarta: Universitas Sebelas Maret. Ekuilibrium, Vol. 11. No. 2 Hal. 73-77, Juli

2012.

ASTM. 2008. ASTM 792-08: Standard Test Methods for Density and Specific Gravity

(Relative Density) of Plastics by Displacement. West Conshohocken: ASTM

International.

Bahmid, N.A., Khaswar S., dan Akhiruddin M. 2014. Pengaruh Ukuran Serat Selulosa

Asetat dan Penambahan Dietilen Glikol (DEG) Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik

Bioplastik. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Jurnal Teknologi Industri Pertanian

24 (3):226-234 (2014).

Botelho, T., Nadia T. and Felipe A. 2004. Polylactic Acid Production from Sugar

Molasses. International Patent WO 2004/057008 A1.

BPS. 2015. Tabel Luas Panen – Produktivitas – Produksi Tanaman Jagung Seluruh

Provinsi Tahun 2014. http://www.bps.go.id/tnmn_pgn.php. Diakses pada 29 Juni

2015 pukul 14.35.

BSN. 2014. SNI 7818:2014 tentang Kantong Plastik Mudah Terurai. Jakarta: Badan

Standarisasi Nasional.

Chitra, N.J., and R. Vasanthakumari, 2012. Studies on Polypropylene Bio Composite

with Corn Husk Waste. Chennai: Dr.M.G.R Educational and Research Institute

University. International Journal of Scientific & Engineering Research Vol. 3, pg.

1-3, July-2012.

Dasuki, M.Z., Lizda J.M., dan Zulkifli. 2013. Pengaruh Penambahan NaOH Terhadap

Karakteristik Bioplastik Tepung Porang. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh

Nopember.

Dirgantara, M., Miko Saputra, M. Khalid, Eni S.W., dan Mersi K. 2013. Karakterisasi

Mekanik Biokomposit Kelobot Jagung sebagai Bahan Dasar Plastik

Biodegradable. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Farrington, D.W., J. Lunt, S. Davies, and R.S. Blackburn. 2005. Poly (Lactic Acid)

Fibers. United Kingdom: NatureWorks LLC and University of Leeds.

Biodegradable and Sustainable Fibres, pg 191-220.

Firdaus, F., Sri Mulyaningsih, dan Hady A. 2008. Green Packaging Berbasis

Biomaterial: Karakteristik Mekanik dan Ketahanan Terhadap Mikroba Pengurai

Film Kemasan dari Komposit Pati Tropis-PLA-Khitosan. Prosiding Seminar

Nasional Teknoin 2008 Bidang Teknik Kimia dan Tekstil. Yogyakarta: Universitas

Islam Indonesia.

Garlotta, D. 2001. A Literature Review of Poly (Lactic Acid). Illinois: National Center

for Agricultural Utilization Research. Journal of Polymers and the Environment,

Vol. 9, No. 2, April 2001 (q 2002) pg.63-84.

Hong, D., B. Gong, A. J. Petrella, J. J. Russell, and R. N. Lamb, 2003. Characterization

of the ZnO Thin Film Prepared by Single Source Chemical Vapor Deposition

Under Low Vacuum Condition. Chengdu: University of Electronic Science and

Technology of China. SCIENCE IN CHINA (Series E) Vol. 46 No. 4 pg. 355-360,

August 2003.

23

Khalistyawati, S., Valeri S., Dio P. dan Ani P. 2015. Bioplastik Kelobot Jagung (Solusi

Peruraian Kreatif dan Inovatif dengan Bantuan Rayap). Laporan PKM-P DIKTI.

Salatiga: Universitas Kristen Satya Wacana.

Lazuardi, G.P., dan Sari E. C. 2013. Pembuatan dan Karakterisasi Bioplastik Berbahan

Dasar Kitosan dan Pati Singkong dengan Plasticizer Gliserol. Surabaya:

Universitas Negeri Surabaya. Journal of Chemistry Vol. 2, No 3, September 2013.

Listianingrum, Neni Damajanti, dan A. Haris Mulyadi. 2013. Kajian Pemanfaatan Kulit

Singkong (Manihot utilisima) dalam Sintesa Plastik Biodegradable Polylactic

Acid (PLA) dengan Variasi Plasticizer. Purwokerto: Universitas Muhammadiyah

Purwokerto.

Marbun, E.S. 2012. Sintesis Bioplastik dari Pati Ubi Jalar Menggunakan Penguat

Logam (ZnO) dan Penguat Alami Selulosa. [Skripsi]. Depok: Universitas

Indonesia.

Mardiyah, A.C., F. Qisthi, Elfrida I.H., Binti N., dan R. Naila. 2014. Kulit Singkong

(Manihot utilissima) dengan Plasticizer Alami Minyak Ikan dari Limbah Industri

Berbasis Kemasan Ramah Lingkungan. Malang: Universitas Brawijaya.

Morkoç, H. and Ümit Ö. 2009. Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device

Technology. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.

Nugroho, A.F. 2012. Sintesis Bioplastik dari Pati Ubi Jalar Menggunakan Penguat

Logam (ZnO) dan Penguat Alami Selulosa. [Skripsi]. Depok: Universitas

Indonesia.

Purnavita, S., Herman Y.S., dan Sri Hartini. 2013. Rekayasa Proses Produksi Asam

Laktat dari Limbah Ampas Pati Aren Sebagai Bahan Baku Poli Asam Laktat.

Semarang: Universitas Wahid Hasyim. Momentum, Vol. 10, No. 1, April 2014,

Hal. 14-18.

Puspita, A.D. 2013. Pembuatan dan Karakterisasi Struktur Mikro dan Sifat Termal

Film Plastik Berbahan Dasar Pati Biji Nangka (Artocarpus heterophyllus).

[Skripsi]. Semarang: Universitas Negeri Semarang.

Raynasari, B. 2012. Pengaruh Suhu Penyimpanan terhadap Sifat Fisik dan Mekanik

Kemasan Plastik Retail. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Sihaloho, E.B. 2011. Evaluasi Biodegradabilitas Plastik Berbahan Dasar Campuran

Pati dan Polietilen Menggunakan Metode Enzimatik, Konsorsia Mikroba dan

Pengomposan. [Skripsi]. Depok: Universitas Indonesia.

Steel, R.G.O., and J.H. Torrie. 1981. Principles and Procedures of Statistics. New

York: Mc Graw – Hill Book Co.

Tempo, 2014. Pertumbuhan Industri Plastik Terdongkrak Pemilu. http://pemilu.tempo.

co/read/news/2014/04/16/26957118/Pertumbuhan-Industri-Plastik-Terdongkrak-

Pemilu. Diakses 23 September 2014 pukul 17:40 WIB.

Tyasning, D.M. dan M. Masykuri. 2012. Pengaruh Penambahan Kitosan Terhadap

Biodegradasi Plastik Berbahan Dasar Polipropilen. Surakarta: Universitas

Sebelas Maret.

24

Ying J.C. 2014. Bioplastics and Their Role in Achieving Global Sustainability. Beijing:

Institute of Scientific and Technical Information of China. Journal of Chemical

and Pharmaceutical Research, 2014, 6(1):226-231.

Yuanisa, A., Kafidul U., dan Agustin K.W. 2015. Pretreatment Lignoselulosa Batang

Kelapa Sawit sebagai Langkah Awal Pembuatan Bioetanol Generasi Kedua:

Kajian Pustaka. Malang: Universitas Brawijaya. Jurnal Pangan dan Agroindustri,

Vol. 3 No. 4 Hal. 1620-1626.