.

PENGARUH KONSENTRASI NaOH DAN SUHU PAD APROSES DEASETILASI KHITIN DARI KULIT UDANG

Endang Mastuti W.Jur Teknik Kimia - Fak Teknik

UniversitasSebelasMaretsurakarta

Abstract: Shrimp shell from seafood restaurants and canned shrimp industries are potentialsource of khitosan. These materials contain 20-50% of chitin which could be converted in tochitosan by deproteination, demineralization and deacetylation processes. The deacetylationprocess of the research was carried out in a three neck glass equipped with a thermometer,mixer, heater and water cooler. The solution of 20-80 % NaOH and 90-130 °c cftemperature range were used in this process. The degree of the deacetylation increased withincreasing coustics concentration and temperature. The result of the experiment showed that: The degree of deacetylation was 72,74% for 80% coustics solution and 100°C oftemperature and 65,67% for 130 °c of temperature and 60% coustics solution.

,r

PENDAHULUAN

Key word: shrimp shell, chitin, chitosan, deacetylation.~!

Udang merupakan salah satu biotalaut yang bernilai ekonomis tinggi. Udangdi Ir.donesia pada umumnya diekspordalarn bentuk beku yang telah dibuangoagian kepala, kulit dan ekornya. Limbahyang dihasilkan dari proses pemB'ekuanudang, pengalengan udang danpengolahan kerupuk udang berkisarantara 30 - 70 % dari berat udang .

Saat ini di Indonesia sebagian kecildari limbah udang sudah dimanfaatkandalarr. hal pembuatan kerupuk udang,petis, terasi dan bahan pencampur pakanternak. Sedangkan di negara maju sepertiAmerika Serikat don Jepang, limbahudang telah dimanfaatkan di dalamindustri sebagai bahan dasar pembuatankhitin dan khitosan.

Manfaatnya diberbagai indust!"imodern banyak sekali seperti industrifarmasi, biokimia, bioteknologi,biomedical, pangan, kertas, tekstil,pertaliian dan kesehatan.[8]

Khitin merupakan polisakaridaglukosamin yang bersifat non-toxic (tidakberacun) dan biodegradable, dapatmengalami proses deasetilasimenghasilkan khitosan. Kualitas khitosandapat diketahui dari derajatdeasetilasinya. Derajat deasetilasi if"1imempengaruhi dalam aplikasi khitosan,karena menentukan muatan gugus aminobebas serta digunakan dalammembedakan antara khitin dan khitosan.Penelif.ian ini bertujuan untuk mengetahui

pengaruh konsentrasi NaOH dan suhuterhadap derajat deasetilasi khitosan.

TINJAUAN PUSTAKAUdang merupakan hewan golongan

avertebrata , termasuk dalam filumarthropoda, kalas crustacea. Badanudang terdiri dari ruas - ruas yang diliputioleh kulit keras.. masing-masing ruasbadan tertutup oleh kelopak khitin.[10J.Kulit udang mengandung protein 38,07%.lemak 4,07%, karbohidrat 3,74% dan abu54,13% [9]

Khitin ada!ah golongan polisakaridayang mempunyai berat molekul tinggi danmerupakan molekul polimer berantai iurusdengan nama lain P->-1(i-4)-2-asetamida-2-dioksi-D-glukosa(N-asetil-D-Glukosamin). [8]..

Khitin mempunyai rumus molekul(CaH13NOs)nmerupakan zat padat yangtak berbentuk (amorphous), tak larutdalam air, asam anorganik eneer, alkaliencer dan pekat, alkohol dan pelarutorganik lainnya tetapi larut dalam asam --asam mineral yang pekat. [8]..

~CH20HH o~~IH

HOH

FH~rOH

HH NHCOCH3

"

Gambar .1. Struktur Khitin

Pengaruh Konsentrasi NaOH dan Suhu pada Proses Deasetilasi Khitindari Kulit Udang

~_.

21

~ 'II

Khitin merupakan biopolymerterbanyak dialam sesudah selulosa. Khitinterdapat pada berbagai jenis fungi, algae,protozoa,moluska,serangga, dan biotalainnya. Sumber utama khitin yang praktisadalah eangkang binatang laut yangseeara ekonomis potensial sepertiudang,kepiting dan lobster.Cangkangudang mengandung khitin sebesar 20-50% dari berat keringnya. [9].

Khitosan dengan rumus molekul(C6H11NO2)n adalah hasil hidrolisiskimiawi maupun enzimatik dari senyawakhitin. Khitosan merupakan khitin yangtalah dihilangkan gugus asetilnya (gambar2.) melalui proses deasetilasi. jadikhitosan adalah suatu senyawa polimerdari glukosaminpadaikatan11-1-4 atau2-amino-2-deoksi-D-glukosa [1]..

H ~FHo,0H H

H ~CH20Ho !-r-H I H

OH H NH2

"~H

NH2

Gambar .2. Struktur Khitosan

Adanya gugus hidroksil dan aminaprimer yang reaktif, khitosan mempunyaireaktifitas kimia yang tinggi danmenyebabkan sifat polielektrolit kationsehingga dapat berperan sebagaipenukar ion ataupun sebagai adsorbenterhadap logam berat dalam larutan atauair limbah [4] .Khitosan dengan sifatpenukar ionnya dapat membentukkompleks dengan berbagai logamtransisi,peristiwa ini melibatkan donasi pasanganelektron bebas dari nitrogen atau oksigendari gugus hidroksil kepada ion logamberat[1]. .

Khitosan tidak larut dalam larutan netralatau basa tetapi larut dalam asam danakan bermuatan positip serta bersifatkoagulatip jika ditambahkan partikel ataurPoolekulyang bermuatan negatip[8].Pada saat pemanasan, khitosancenderung i.mtuk terdekomposisi dari

22

pada meleleh sehingga polimer ini tidakmemiliki titik leleh [1] Spesifikasi khiiosandapat dilihat pada Tabel .1.

Tabel.1. 5

(Suhardi :1993)

Khitosan dapat dihasilkan melaluitahap-tahap :1. Demineralisasi

Mineral dalam kulit udangdapat mencapai 40-50% berat bahanI<eringnya. Mineral ini terutamaberupa CaCO3,yang berikatan seearafisik dengan khitln. Kalsium karbonatdapat dihilangkan dengan perlakuandalam asam klor:da (HCI) eneer padasuhu kamar.[9]

2. DeproteinasiPada priilsipnya deproteinisa-

si adalah memisahkan antara proteindan khitin. Umumnya dilakukaridengan menggunakan larutan NaOH2-3% suhu 63-65 °c dalam waktu 1-2jam.[5]

3. !Jeasetilasi'. Deasetilasi merupakan

prOses pengubahan gugus asetil (-NHCOCH3) pada khitin menjadigugus amina (NH2) pada khitosandengan penambahan NaOH pekat,atau.larutan basa kuat berkonsentrasitinggi.Reaksi deasetilasi :(CaH13NOs)n+ NaOH =>(C6H11NO2)n+ CH3COONa

.

Ekuilibrium,Vo/4, No 1, 2005: 21 - 25

Spesifikasi Keterangen

-Warna Putih-Sentuk Kristal-Serat Molekul 1-5.105-Derajat Deasetilasi 60% khitosan

seeara umum90-100% L'ntukkhitosan

-Kadar Air deasetilasi penuh-Kadar Abu 2-10%-Nitrogen < 1.0%-Viskositas 1% 7.0-8.4%Iarutan khitosan 200 -300 epsdalam 1% asamasetat I

..

C.' x' Na~O'

~.".

I' ~ ~I .o-N!t-C-CH~ + ~. .)}f t.-C~{~(IQ) ,~

Khilin

0-1'Na.

0-:o;Na'

-->0

C-T

.

-~ -->0 iQb-cw)

,~ :~H

0-00a

. IN~ + &C-:Cl'.)

($) O{UI)

dim8M:KhitOS811

[

~lb

1~~~ .j",Ii R .

1\. -NH(CO!Oi)

Gambar .3. Mekanisme ReaksiDeasetilasi

Laju reaksi pada proses deasetilasidipengaruhi oleh konsentrasi basa,temperatur, waktu reaksi, perbandingan'antara khitin dengan larutan alkali, ukuranpartikel. Pada konsentrasi NaOH tinggi.semakin banyak gugus asetil yangterlepas dari khitin sehinggameningkatkan derajat deasetilasi khitosanyang dihasilkan, Pada temperatur rendahreaksi akan berjalan lambat, sedangkanjikatemperatur terlalu tinggi dapatmerusak struktur bahan dasar ([9].

Secara umum kualitas khitosanyang digunakan mempunyai derajatdeasetilasi sebesar 60%. Untuk kualitasteknis sekitar 85%, untuk kualitasmakanan derajat deasetilasinya sekitar90% sedangkan untuk kualitas parmasetisderajat deasetilasinya sekitar 95%.[6]

METODOLOGI PENELITIANBahan-bahan yang digunakan

dalam penelitian ini adalah kulit udang,HCI dan NaOH.

Sedangkan alat proses yangdigunakan terangkai seperti yang terlihatpada Gambar 4. Penelitian ini dikerjakanmengikuti tahap-tahap persiapan bahan,proses deasetilasi dan analisa hasil.

a

II

Keterangan :1. Statif2. Klem3. Motor pengaduk4. Pengaduk merkuri5. Labu Leher tiga6. Pemanas mantel7. Pendingin bola8. Termometer9. Sumber arus

"

JI

:1

Ii

Gambar 4. Rangkaian Alat

Kulit udang dicuci dan dikeringkandibawah sinar matahari kemudian dibuatserbuk ukural1 50 mesh. Serbuk inidihilangkan kandungan mineralnyamenggunakan larutan HCI encerselanjutnya dipanaskan menggunakanlarutan NaOH untuk menghilangkanprotein.

Proses deasetilasi d:laksanakandengan cara melarutkan khitin dalamlarutan NaOH pekat dalam waktu 60menit pada suhu tertentu. Padatan hasilproses deasetilasi disaring, dicuci dandikeringkan kemudian dilakukan analisaderajat deasetilasi menggunakan FTIR(Fourier Transform Infra Red)Spetrofotometi'i .

II

~

rnII

I]

I

II

II

I

II

HASIL DAN P!:MBAHASAN.Ddlam penelitian ini variabel yang

dipelajari adalah konsentrasi NaOH yangberkisar antara 20 - 80% dan suhu reaksi"

yang berkisar antara 90 - 130°C.

pengaruh Konsentrasi NaOH dan Suhu pada Proses Deasetilasi Khitindari Kulit Udang

23

..

Sedangkan variabel yang dibuat tetapadalah waktu reaksi(1 jam), ukuranpartikel(50 mesh), rasio khitin dengan~,larutan NaOH.(1-:10)

Pengaruh Konsentrasi NaOHPengaruh konsentrasi NaOH

terhadap derajat deasetilasi khitosandipelajari pada suhu tetap YGitu100oe.

Tabel 2 Derajat Deasetilasi Khitosan~ada variabel Konsentrasi NaOH

Gambar 5 Grafik Hub antara OerajatDeasetilasi dengan Konsentrasi NaOH

pengaruh Suhu ReaksiPengaruh suhu reaksi terhadap

derajat deasetilasi khitosan dipelajaripada konsentrasi NaOH tetap yaitu 60 %.

Tabel 3. Derajat Deasetilasi Khitosanda VariableSuhu Reak

24

..oraf*.-Hubpcarjat.DeasetilaSidari.~ii..

JU

~~.

. i,~ II)

I~.0

~ 500...."2'

.~.'.~.

Gambar o. Grafik Hub antara DerajatDeasetilasi dengan Suhu Reak$i

Oari Tabel 2 dan Gambar 5ditunjukkan bahwa darajat deasetilasikhitosan semakin tinggi denganmeningkatnya konsentrasi NaOH yangdigunakan. Pada konsentrasi NaOH 20%diperoleh derajat deasetilasi khitosansebesar 50% sedang pada konsentrasiNaOH 80% derajat deasetilasinya naikmenjadi 72,74%. Oilihat dari mekanismereaksi deasetilasi pada Gambar .3, NaOHmemutus ikatan antara karbon padagugus asetil dengan nitrogen pada khitinmenjadi khitosan yang mengandunggugus amina. Oengan menggunakanbasa konsentrasi tinggi maka pemutusangugus asetil dengan gugus nitrogen akanterjadi karena gugus - gugus ini beradadalam unit sel dengan struktur kristalin.Sehingga semakin tinggi konsentrasiNaOH maka gugus asetil yang terlepassemakin banyak. Dengan demikianderajat deasetilasi khitosan semakintinggi.

Reaksi pemutusan ikatan gugusasetil pada khitin menjadi kMosanmemerlukan suhu yang tinggi. Dari Tabel3. dan Gambar 6 dapat dilihat bahwaderajat deasetilasi I<.hitosan semakinbesar dengan naiknya suhu reaksi padaproses desetilasi. Hal ini disebabkankarena dengan naiknya suhu reaksi makagerakan molekul NaOH akan bertambahsehingga kecepatan pe!TIutusan gugusasetil juga akan semakin cepat. Oengandemikian derajat deasetilasi khitosan

Ekuilibrium, Vol4, No 1, 2005: 21- 25

Suhu Konsentrasi Derajat(°C) NaOH (%) Oeasetilasi (%)

100 20 50100 30 51,21100 40 52,4100 50 55,792100 60 61,28100 70 69,03100 80 72,74

pa --

Suhu Konsentrasi Derajat(°C) NaOH (%) Deasetilasi

(%)90 60 54,1100 60 61,28110 60 61,97120 60 62,015130 60 65,67

,.

akan semakin besar. Pada suhu 90°Cdiperoleh derajat deasetilasi sebesar54,1% dan pada suhu 130°C menir,gkatmenjadi 65,67%. Pemakaian su"udibatasi sampai suhu 130°C karenadikhawatirkan pada penggunaantemperatur yang terlalu tinggi dapatmerusakstrukturbahan dasar .

KESIMPULAN1. Semakin tinggi konsentrasi NaOH

yang'. digunakan maka derajatdeasetilasi khitosan akan semakinti"ggi. Pada konsentrasi NaOH 80%diperoleh derajat deasetilasi khitasansabesar 72,74%.

2. Semakin tinggi suhu reaksi pada.proses deasetilasi maka derajatdeasetilasi khitosan yang dihasilkanakan semakin tinggi. Pada suhureaksi deasetilasi 130°C diperolehderajat deasetilasi khitosan sebesar65,67%.

3. Khitosan yang dihasilkan dalampenelitian ini mempunyai kualitasyang sesuai untuk penggunaan umumyaitu derajat deasetilasi 60-85% [6].

UCAt")ANTERIMA KASIHPenulis mengucapkan terima kasihkepada saudari Sofia Nur Aini dan Rati!"!Putugani yang telah melaksanakanpeneiitian ini dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA1. Alistair,M.S, 1995,

Polysacharides andapplication, DepartmentChemistry, UniversityCapetown, Rodenbosch.

Foodtheir

ofof

2. Hargono, :Jjaeni,M,2003,Pemanfaatan khitosan dari kulitudang sebagai pelarut lemak ,Makalah Seminar Nasional

"'"'"'

Teknik Kimia Indonesia, FTUNDIP Semarang.

3. Hartati,FK, dkk, 2002, Faktor-faktoryang berpengaruh terhadaptahap deproteinisasimenggunakan ensim proteasedalam pembuatan khitin daricangkang rajungan, Biosain,vol 2,No 1.

4. Hirano,S, 1986, Chitin and Chitosan,Ulmanns Encyclopedia - ofIndustrial Chemistry, 5 tll ed,Republicka of Germany.

S. Johnson,E and Peniston,ap ,1982,Process for the Manufacture ofChitosan,US Patent No 4.

6. Kusumaningsih,T, 2004, KarakterisasiKhitosan hasil deasetilasi Khit,n

dari ca:1gkang kerang hijau, JurKimia FMIPA UNS. "

7. Latisma, 2003, Khitin sebagaialternative solid support padasintesis peptide, Saintek, volVlI,No 1.

8. Margano,2003, Potensi limbah udannsebagai penjerap logamberat(timbal,kadmium dantembaga) di perairan, MakalahPengantar ke Falsafah SainsProgram Pasca Sarjana,IPB,Bogor.

9. Suhardi, 1993, Khitin dan Khitosan,Pusat Antar Universitas pangandan Gizi, PAU UGM, Yogyakarta.

10. Wibowo,S.S,1986,Udang Galah,Pramesti,

PemeliharaanWaca Utama

Jakarta.

Pengaruh Konsentrasi NaOH dan Suhu pada Proses Deasetilasi }(hitindari Kulit l)dang ( Er.dang Mastuti W )

25