LAPORAN AKHIR PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA PENGARUH VARIASI KONSENTRASI EPIKLOROHIDRIN SEBAGAI CROSS-LINK AGENT DALAM FORMULASI BIODEGRADABLE MICROBEADS DARI MIKROKRISTALIN SELULOSA ALGA CLADOPHORA SP.
BIDANG KEGIATAN: PKM PENELITIAN
Diusulkan oleh: I Komang Ananda Yoga Murti; 1408505016; 2014 Ida Bagus Dharma Esa; 1408505055; 2014 I Gusti Agung Anom Krisna Kri sna Nugraha ; 1508505066; 2015
UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2018
i
ii
RINGKASAN
Penggunaan Penggunaan plastik secara global terus meningkat secara signifikan . Limbah plastik yang yang tidak tidak dikelola dengan baik ini akan mencemari daratan dan lingkungan lingkungan perairan. Salah satu limbah plastik yang sangat berbahaya berbahaya bagi lingkungan serta mahluk hidup adalah microbeads dikarenakan ukurannya yang sangat kecil sehingga tidak teridentifikasi dengan jelas dan bias termakan oleh biota laut dan apabila terjadi terus menerus, akan mengkibatkan kematin biota laut. Microbeads yang diproduksi secara umum diformulasikan dengan menggunakan bahan baku polimer sintetis. Bahan polimer sintetis akan sulit untuk terurai sehingga perlu dikembangkan microbeads yang terbuat dari bahan alami agar lebih ramah lingkungan. Penggantian bahan sintetis yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan microbeads dengan bahan alami seperti biji buah tanaman, mineral sudah banyak dilakukan, namun secara organoleptis, morfologi, kestabilan, dan biaya produksi dari microbeads berbahan alami tersebut masih belum cukup baik dibandingakan dengan bahan sintetis, sehingga masih perlu dikembangkan suatu formulasi yang memiliki karakteristik setara dengan bahan sintetis dan bersifat biodegradable agar tidak mencemari ekosistem perairan serta biota laut yang hidup di dalamnya. Salah satu bahan alami yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan microbeads adalah selulosa yang berikatan silang dengan epiklorohidrin, dimana microbeads ini diharapkan memiliki karakteristik yang setara dengan bahan sintetis. Selulosa yang diperlukan dalam pembuatan microbeads dapat diperoleh dari alga hijau Cladophora sp., dimana sumber alga ini cukup melimpah karena mengalami pertumbuhan biomassa tiga kali lipat hanya dalam sehari. Penelitian ini menghasilkan microbeads dari alga Cladophora sp. yang berikatan silang dengan epiklorohidrin dengan variasi konsentrasi epklorohidrin dalam formulasi microbeads. Microbeads yang dihasilkan diuji karakteristik, meliputi organoleptis, susut pengeringan, kelembapan, pH, laju alir dan kompresibilitas serta analisis dengan SEM ( Scanning Electron Microscope ) X-Ray Diffraction ). dan XRD ( X-Ray Keyword: Microbeads, Crosslink , Epiklorohidrin, Cladophora sp., Selulosa.
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................... ...................................................................... ............................................. ......................i LEMBAR PENGESAHAN ............................................ .................................................................. .................................... ..............ii RINGKASAN................................ RINGKASAN...................................................... ............................................ ............................................ .........................iii ...iii DAFTAR ISI............................................................... ..................................................................................... ....................................... .................iv DAFTAR TABEL........................................................... ................................................................................. .................................... ..............v DAFTAR LAMPIRAN................................ LAMPIRAN...................................................... ............................................ ................................vi ..........vi BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang............................................ .................................................................. ........................................ .................. 1 1.2. Rumusan Masalah........................................... ................................................................. .................................... .............. 2 1.3. Tujuan Penelitian ........................................ .............................................................. ........................................ .................. 2 1.4. Urgensi Penelitian........................................... ................................................................. .................................... .............. 2 1.5. Luaran yang Diharapkan................................. Diharapkan....................................................... .................................... .............. 2 1.6. Manfaat Penelitian .......................................... ................................................................ .................................... .............. 2 BAB 2.TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Alga Cladophora sp. ........................................... .................................................................. ................................ ......... 3 2.2 Proses Pembuatan Selulosa Alga Cladophora sp. .............................. .............................. 3 2.3 Modifikasi Ikat Silang (Cross-linking ) ............................................ ............................................... ... 4 2.4 Microbeads.............................................. ..................................................................... ............................................ .....................5 2.5 Uji Karakteristik Microbeads ............................................ .............................................................. .................. 5 BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Rancangan Rancangan Penelitian...................................... Penelitian............................................................ .................................... .............. 5 3.2. Lokasi dan d an Waktu Penelitian .......................... ................................................ .................................... .............. 5 3.3. Alat dan Bahan Penelitian ............................................. .................................................................. ..................... 5 3.4. Tahapan Penelitian...................................... Penelitian............................................................ ........................................ .................. 5 3.5. Prosedur Penelitian ................................................ ...................................................................... ............................. ....... 6 3.6. Formulasi Microbeads ........................................... .................................................................. ............................. ...... 7 3.7. Uji Karakteristik Microbeads ........................................... ............................................................. ..................7 3.8. Analisis Data dan Cara Penafsiran .................................................. ..................................................... ... 7 3.9. Penyimpulan Hasil Penelitian ........................................... ............................................................. .................. 7 BAB 4. HASIL YANG DICAPAI 4.1.Indikator Capaian.................................. Capaian........................................................ ............................................ ......................... ... 8 4.2.Analisis Data............................................ ................................................................... ............................................ .....................9 BAB 5.PENUTUP 5.1 Kesimpulan ........................................... ................................................................. ............................................ ........................ 11 5.2 Saran....................................... ............................................................. ............................................ ...................................... ................11 DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................ ............................................ ........................ 11
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.4.1. Tahapan Penelitian ....................... ............................................. ............................................. ................................. .......... 5 Tabel 3.6.1. Formula Microbeads .......................................... ................................................................. ................................. .......... 7
v
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Penggunaan Dana.................................. Dana........................................................... ......................................13 .............13 Lampiran 1. Hasil Determinasi Alga Hijau.....................................................14 Hijau.....................................................14 Lampiran 3. Dokumentasi Kegiatan Penelitian ..............................................15 ..............................................15 Lampiran 4.Hasil Uji SEM dan XRD MCC Alga Cladophora sp..................17 Lampiran 5.Surat Permohonan Pembelian bahan kimia..................................18 kimia..................................18
vi
1
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Penggunaan plastik secara global terus meningkat secara signifikan. Produksi plastik global juga telah meningkat hingga 620% sejak tahun 1975 dan diperkirakan 288 juta ton pada tahun 2012 (Jambeck et al .,., 2015). Plastik membutuhkan waktu untuk terurai di lingkungan hingga mencapai 400 – 600 600 tahun (Andrady, 2011). Sumber dari limbah plastik tersebut secara garis besar bersumber dari limbah industri yaitu sisa dari bahan baku hingga limbah buangan pabrik dan produk limbah rumah tangga yaitu kantong plastik dan botol kemasan kemasan hingga bahan additive dalam produk kesehatan, kecantikan dan personal care (microbeads (microbeads) dan lainnya. Salah satu limbah plastik yang sangat sangat berbahaya berbahaya bagi bagi lingkungan lingkungan serta serta mahluk mahluk hidup adalah adalah microbeads dikarenakan ukurannya yang sangat kecil hingga mencamai 0,1 μm. Ukurannya yang kecil ini mengakibatkan mengakibatkan microbeads ini akan termakan oleh biota laut dan apabila
terjadi terus menerus, akan mengkibatkan kematin biota laut tersebut (Woodall et al , 2014). Microbeads diproduksi dengan berbagai macam ukuran (berkisar antara 0,1 μm sampai 5mm), bentuk serta umumnya diformulasi dengan menggunakan menggunakan bahan baku polimer polim er sintetis. Bahan baku utama tersebut adalah polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyester, polystyrene, dan polyvinyl chloride (Browne et al , 2011; Eriksen et al , 2014). Microbeads paling banyak digunakan dalam produk personal care sebagai exfoliasi, fixatif, bulking agent , pengontrol viskositas dan film-forming agent
(Charles, 2015; (Leslie, 2014). Penelitian untuk menggantikan bahan sintetis pada microbeads dengan bahan alami seperti biji buah buah tanaman, mineral sudah banyak dilakukan, namun secara organoleptis, morfologi, kestabilan, dan biaya produksi dari microbeads berbahan alami tersebut masih belum belum cukup baik dibandingakan dibandingakan dengan bahan sintetis, sehingga masih perlu dikembangkan suatu formulasi yang memiliki karakteristik setara dengan bahan sintetis dan bersifat biodegradable agar tidak mencemari ekosistem perairan serta biota laut yang hidup di dalamnya (Charles, 2015). Formulasi Microbeads yang sedang dikembangkan adalah Microbeads yang terbuat dari selulosa yang berikatan silang (cross-link) dengan epiklorohidrin. Pada beberapa penelitian, Microbeads yang dihasilkan dari selulosa berikatan silang dengan epiklorohidrin terbukti memiliki karakteristik yang setara dengan bahan sintetis (Imogen, 2015). Pada penelitian kali ini, akan dikembangkan Microbeads berbahan utama dari selulosa yang diisolasi dari Alga Hijau Cladophora sp. yang berikatan silang dengan epiklorohidrin. Pertumbuhan Alga Hijau seperti Spirogyra, Cladophora mengalami pertumbuhan biomassa tiga kali lipat lipat hanya hanya dalam dalam tiga hari. Di Bali, khususnya
2
di daerah Tabanan dan pinggiran pantai daerah Bali selatan, banyak ditemukan populasi alga hijau. Cladophora sp. banyak mengandung selulosa. Selulosa alga Cladophora sp. menunjukkan tingkat kristalinitas lebih tinggi dan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan mikrokristalin selulosa dari tanaman lainnya. Luas permukaan yang lebih besar menawarkan potensi yang lebih baik untuk adsorbsi obat cair, industri farmasi, makanan dan bahan pendispersi (Camacho (Camacho et al .,., 2011). Penggunaan alga hijau berfilamen seperti Cladophora sp. masih kurang dimanfaatkan. Alga ini sering dianggap menjadi pengganggu pengganggu dalam perairan air tawar (Mihranyan, 2011). 2011). Melalui penelitian ini pula diharapkan eksporasi dan realisasi potensi Alga Cladophora sp. menjadi sumber bahan utama dalam formulasi microbeads yang memiliki karakteristik yang setara dengan microbeads berbahan sintetis, bersifat biodegradable, serta murah dalam biaya produksinya. 1.2. Rumusan Masalah
1.2.1. Bagaimana proses penyiapan Cladophora sp. menjadi microbeads ? 1.2.2. Bagaimana karakteristik microbeads dari selulosa Cladophora sp. dengan variasi konsentrasi epiklorohidrin? 1.3. Tujuan Penelitian
1.3.1. Mengetahui proses penyiapan Cladophora sp. menjadi microbeads. 1.3.2. Mengetahui karakteristik microbeads dari selulosa Cladophora sp. dengan variasi konsentrasi epiklorohidrin. 1.4. Urgensi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam rangka pemanfaatan selulosa alga Cladophora sp menjadi microbeads yang ramah lingkungan dan memiliki karakteristik setara dengan microbeads berbahan sintetis. 1.5. Luaran yang Diharapkan
Luaran yang diharapkan adalah dihasilkan publikasi artikel ilmiah yang dapat diakses oleh seluruh masyarakat dan juga praktisi di bidang kefarmasian maupun industri yang memerlukan. 1.6. Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk menurunkan cemaran plastik pada lingkungan khususnya microbeads pada perairan laut serta meningkatkan penggunaan penggunaan alga Cladophora sp . yang masih jarang pemanfaatannya sehingga dapat digunakan menjadi raw material terbarukan untuk pembuatan microbeads yang bersifat biodegredable pada kebutuhan kefarmasian dan bidang perindustrian. perindustrian.
3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Alga Cladophora sp. Cladophora sp. merupakan salah satu jenis dari alga hijau yang biasanya
ditemukan di perairan air tawar dan air laut. Adanya alga hijau ini memberikan dampak positif dan negatif. Dampak positifnya adalah alga hijau bisa menjadi sumber protein sel tunggal, sebagai plankton alga hijau merupakan komponen penting dalam rantai makanan pada perairan tawar serta menjadi penghasil oksigen. Namun, dalam jumlah yang terlalu banyak dapat mengganggu perairan karena alga hijau mampu mengeluarkan busa dan lendir sehingga menyebabkan menyebabkan air berubah warna dan menjadi bau. Alga Cladophora sp. mengandung karotenoid, mineral, vitamin A, C, E, B1, B2, asam amino dan protein, asam lemak, sterol, terpen, karbohidrat, glikosida, minyak atsiri dan enzim (Messyasz et al ., ., 2015). Selain itu, Cladophora sp. juga banyak mengandung selulosa. Selulosa alga Cladophora sp. menunjukkan tingkat kristalinitas lebih tinggi dan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan mikrokristalin selulosa dari tanaman. Luas permukaan yang lebih besar menawarkan m enawarkan potensi yang lebih baik untuk adsorbsi adsorbsi obat cair, cair, industri farmasi, makanan makanan dan bahan bahan pendispersi pendispersi (Camacho et al .,., 2011). Komponen utama dari dinding sel Cladophora sp. adalah selulosa dan memiliki kristalinitas yang tinggi yaitu sebesar 95%. Selulosa Cladophora sp. cenderung menyerap sangat sangat sedikit uap air dari udara pada kelembaban kelembaban relatif (Mirahnyan, (Mirahnyan, 2011). 2.2 Proses Pembuatan Selulosa Alga Cladophora sp. a. Delignifikasi
Tujuan dari delignifikasi adalah untuk membuka struktur lignoselulosa agar selulosa menjadi lebih mudah diakses diakses oleh enzim yang meme memecah cah polimer polisakarida menjadi menjadi monomer gula (Ramdja et al .,., 2010).Salah satu metode perlakuan secara kimia adalah perlakuan delignifikasi dengan natrium hidroksida (NaOH). Semakin tinggi konsentrasi NaOH maka semakin tinggi kadar selulosa, sedangkan hemiselulosa dan lignin semakin rendah. NaOH mampu menghilangkan sebagian lignin dan hemiselulosa yang melindungi molekul selulosa, sekaligus mampu memutuskan ikatan hidrogen terutama ikatan inter molekul selulosa sehingga selulosa berada dalam keadaan tidak terikat. Keadaan ini menyebabkan menyebabkan selulosa menjadi longgar baik terhadap ikatan dengan komponen non-selulosa maupun pada selulosanya sendiri sehingga enzim selulase dapat lebih mudah kontak dengan selulosa yang akhirnya hidrolisis selulosa menjadi gula-gula sederhana dapat berjalan lebih sempurna. Proses delignifikasi dilakukan sebelum proses hidrolisis, sebab lignin dapat menghambat penetrasi asam atau enzim sebelum hidrolisis berlangsung (Gunam et al .,., 2010).
4
b. Hidrolisis Asam
Pada umumnya hidrolisis bahan lignoselulosa dapat digunakan dengan dua cara, yaitu: hidrolisis asam dan hidrolisis enzimatis. Hambatan proses hidrolisis selulosa baik secara asam maupun enzimatis adalah adanya struktur kristalin dan lignin yang berfungsi sebagai pelindung selulosa (Gunam et al .,., 2010). Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6). Hidrolisis dapat dilakukan secara kimia (asam) atau enzimatik (Ramdja et al .,., 2010). Asam berfungsi sebagai katalis yang bertujuan untuk mempercepat mempercepat jalannya reaksi. Asam akan mempengaruhi penurunan energi aktivasi, sehingga reaksi berjalan dengan cepat dan berat glukosa yang dihasilkan akan semakin besar. Akan tetapi, jika konsentrasi terlalu besar, glukosa yang terbentuk sedikit, karena larutan menjadi terlalu kental dan tumbukan antar reaktan menjadi berkurang. Hidrolisis pada selulosa dapat dilakukan dengan dillute acid hydrolisis, concentrated acid hidrolysis dan enzymatic hydrolisis (Artati et al , 2012). Keuntungan utama hidrolisa dengan asam encer adalah, tidak diperlukannya recovery asam, dan tidak adanya kehilangan asam dalam proses (Iranmahboob et al .,., 2002). 2.3 Modifikasi Ikatan Silang (Cross-Linking ) Modifikasi ikatan silang (cross-linking ) merupakan salah satu metode yang
dilakukan untuk memodifikasi memodifikasi selulosa. Reaksi Reaksi cross linking bertujuan untuk menghambat pengembangan selulosa agar viskositas pengembangan selulosa stabil. Prinsip dari metode ini yaitu mengganti gugus OH- dengan gugus fungsi yang lain, seperti gugus eter, gugus ester, atau gugus fosfat. Dengan sejumlah “cross-linking “cross-linking agent ”, ”, viskositas tertinggi dicapai pada
temperatur pembentukan yang normal dan viskositas ini relatif stabil selama konversi selulosa. Cara ini akan merubah sifat rheologi dari selulosa dan sifat resistensinya terhadap asam. Keuntungan dari penggunaan metode crosslinking ini adalah dapat menghasilkan selulosa dengan swelling power yang kecil dimana hal ini akan memperkuat granula selulosa dan menjadikan selulosa lebih tahan terhadap medium asam dan panas sehingga tidak mudah pecah pada saat pemanasan. Selain itu, metode cross-linking dapat meningkatkan tekstur, viskositas, paste clarity, gel strength, dan adhesiveness selulosa. (Raina, dkk, 2006). Cross-linking agent yang telah banyak digunakan untuk modifikasi selulosa antara lain monosodium fosfat (MSP), sodium trimetafosfat (STMP), sodium tripolifosfat (STPP), epiklorohidrin dan trimeta fosfat (POCl3) (Mao, 2006).
5
M i crob crobeads 2.4 Mi Microbeads adalah sebuah partikulat solid berbentuk spheris atau juga amorph yang memiliki ukuran antara 0,1 μm sampai 5mm. Microbeads pada umumnya terbuat dari bahan sintetis seperti polyethylene, polypropylene, dan polyethylene terephthalate. Microbeads paling banyak digunakan dalam produk personal care dan kosmetik sebagai exfoliasi, fixatif, bulking agent , pengontrol viskositas viskositas dan film-forming agent (Charles, (Charles, 2015; (Leslie, 2014). M i crob crobeads 2.5 Uji Karakteristik Karakteristik Mi Karakteristik dari microbeads diukur berdasarkan distribusi ukuran partikel dan morfologi microbeads dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy
(SEM). Parameter Parameter lainnya lainnya yang yang diuji adalah bentuk dan dan kemampuan mengembang, mengembang, bobot jenis, dan kadar air.
distribusi ukuran, ukuran,
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Rancangan Penelitian
Penelitian yang dilakukan merupakan penelitian eksperimental dengan membandingkan membandingkan karakteristik microbeads dari selulosa alga Cladophora sp. yang dihasilkan dari variasi konsentrasi epiklorohidrin pada formulasi microbeads. Microbeads yang diperoleh dikarakterisasi berdasarkan distribusi ukuran partikel dan morfologi microbeads dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Parameter lainnya yang diuji adalah bentuk dan distribusi ukuran, kemampuan mengembang, dan kadar air. 3.2. Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Farmasetika Prodi Farmasi, FMIPA UNUD, dan Lab. Toksikologi Forensik, Lembaga Forensik Sains dan Kriminologi selama kurang lebih 5 bulan. 3.3. Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah alat-alat alat -alat gelas, waterbath, termometer, Mechanical strirrer , pH meter, Whatman paper, hot plate, viskometer Brookfield , Oven, Electron Microscopy, Nozzle (Syringe), Magnetic strirrer plate, magnetic bar
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Alga hijau ( Cladophora sp.), Dimetil sulfoxide, HCl, Natrium Hidroksida, epiklorohidrin epiklorohidrin,, aquades. 3.4. Tahapan Penelitian
Tabel 3.4.1. Tahapan Penelitian Deskripsi
Determinasi dan pengumpulan pengumpulan sampel
Luaran
Informasi alga dan sampel alga yang tepat
Indikator Capaian
Tersedianya sampel alga Cladophora sp. untuk dianalisa
6
Pembersihan, Pengeringan dan Preparasi Delignifikasi Alga Cladophora sp. Proses hidrolisis Karakterisasi selulosa Cladophora sp.
Diperoleh alga Alga Cladophora sp. Cladophora sp. yang terbebas dari kotoran bebas dari pengotor pengotor dan dan kadar airnya sedikit. kadar air yang sedikit Diperoleh alga Alga Cladophora sp. Cladophora sp. Tanpa tidak berlignin lignin Diperoleh selulosa Selulosa Cladophora sp. Cladophora sp. Karakteristik selulosa Cladophora sp.
karakteristik selulosa Cladophora sp. Didapatkan Microbeads
Microbeads dari selulosa Formulasi microbeads dari selulosa Cladophora Cladophora sp
Karakterisasi microbeads
sp. Didapatkan informasi microbeads Karakteristik microbeads karakteristik microbeads
3.5. Prosedur Penelitian 3.5.1. Determinasi Alga Cladophora sp. dan Pengumpulan Bahan
Pengumpulan sampel dilakukan secara purposif. Sampel alga hijau Cladophora agardhii dikumpulkan dari perairan pantai Balangan, Kabupaten Badung, Bali. Kriteria sampel adalah alga yang berwarna hijau terang, tumbuh pada batu karang serta memiliki panjang sekitar 820 cm. Determinasi alga Cladophora sp. dilakukan di Laboratorium Departemen Biologi Farmasi Fakultas Farmasi Universitas Gadjah Mada 3.5.2. Pembersihan, Pengeringan dan Preparasi Alga Cladophora sp. dibersihkan dengan air mengalir untuk
menghilangkan menghilangkan pengotor-pengotor seperti pasir. Dilakukan sortasi lebih lanjut untuk memastikan pengotor-pengotor pengotor-pengotor sudah hilang. Setelah proses sortasi, dikeringkan sampel dengan menggunakan oven suhu 60°C selama 24 jam sampai diperoleh kadar kelembaban < 10%. 3.5.3. Delignifikasi alga Cladophora sp. Satu gram sampel kering direndam dengan 12 mL m L larutan NaOH 6% pada suhu 60°C 60°C selama 24 jam. Setelah 24 24 jam, hasil rendaman rendaman disaring dengan kain saring. Pulp kemudian dipisahkan dan dicuci dengan akuades hingga pH netral kemudian dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam (Damayanti, 2017). 3.5.4. Proses hidrolisis
Satu gram sampel kering hasil delignifikasi direndam dalam 20 mL larutan HCl 7,5% dan dipanaskan hingga suhu 92ºC. Setelah mencapai suhu 92ºC, pulp didiamkan semalaman pada suhu ruangan. Pulp yang diperoleh kemudian disaring dengan kain saring dan dicuci dengan
7
akuades hingga pH netral kemudian dikeringkan dengan suhu 60ºC selama 12 jam. Setelah sampel kering kemudian diayak dengan ayakan mesh 60 (Deviana, 2017). 3.5.5. Uji karakteristik mikrokristalin alga Cladophora sp. Uji karakteristik selulosa yang dihasilkan dilakukan dengan uji organoleptis, susut pengeringan, uji kelembapan, pengukuran pH, uji kompresibilitas, uji sifat alir ( fluiditas), X-ray difracttion (X-RD) dan Scanning Electron Microscopy (SEM). M i crob crobeads 3.6. Formulasi Mi Tabel 3.6.1. Formula Microbeads Jumlah Bahan
F1
F2
F3
F4
F5
3 3 3 3 3 Selulosa (g) Dimetil Sulfoksida (mL) 27 27 27 27 27 500 500 500 500 500 HCL 0,015 M (mL) 1 3 5 7 10 Epiklorohidrin (%)* *Variabel bebas formula microbeads M i crob crobeads 3.7. Uji Karakteristik Karakteristik Mi Karakteristik dari microbeads diukur berdasarkan distribusi ukuran partikel dan morfologi morfologi microbeads dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Parameter lainnya yang diuji adalah bentuk dan distribusi ukuran, viskositas, dan kadar air.
3.8. Analisis Data dan Cara Penafsiran
Data yang diperoleh dari hasil karakterisasi dan evaluasi sifat fisika kimia kemudian dilakukan analisis dengan pendekatan secara teoritis dan statistik menggunakan metode Analysisi of Variance (ANOVA) one-way, dengan taraf kepercayaan 95%. Karakteristik microbedas yang diperoleh dibandingkan dengan pustaka karakteristik microbeads yang baik. 3.9. Penyimpulan Hasil Penelitian
Berdasarkan analisis data yang diperoleh akan diketahui karakteristik microbeads dengan konsentrasi epiklorohidrin paling optimal yang memenuhi persyaratan sebagai bahan tambahan.
8
BAB 4 HASIL YANG DICAPAI Tabel 4.1 Indikator Pencapaian Tahapan
Deskripsi
Pengumpulan sampel alga Pengumpulan Pengumpulan sampel dan Cladhopora sp. Determinasi Determinasi alga
Luaran
Sampel alga yang tepat Informasi alga
Alga Cladophora sp. terbebas dari Pembersihan, Pembersihan dari mineral, Pengeringan pengotor, dan binatang laut mineral dan pengotor dan Preparasi kecil, serta dan kadar airnya sedikit. Pengeringan menggunakan oven suhu 60ºC selama 24 jam Pembuatan larutan NaOH 6% Delignifikasi Proses delignifikasi Alga menggunakan menggunakan NaOH 6%, Cladophora dengan suhu 60ºC selama 24 sp. jam. Pencucian Pencucian menggunakan Aquades
Tersedianya sampel alga Cladophora sp. untuk dianalisa (5%) Diperoleh informasi alga (5%)
5% 5%
5%
Diperoleh pulp hasil Diperoleh alga tanpa delignifikasi lignin (5%) Diperoleh larutan HCl 7,5% (5%)
Proses hidrolisis menggunakan menggunakan larutan HCl Selulosa 7,5% hingga suhu 92º C, Diperoleh selulosa mikrokristal dengan kemudian didiamkan selama mikrokristal (5%) pH asam 12 jam. Pencucian menggunakan Aquades
Karakteristik Pengujian karakteristik selulosa Cladophora Karakterisasi mikrokristal selulosa secara sp. meliputi selulosa fisik dan kimia organoleptis, susut pengeringan, pengeringan, uji
% Target
Diperoleh alga Cladophora sp. yang bebas dari dari pengotor (5%)
Diperoleh alga Diperoleh alga kering dengan kadar Cladophora sp kering air <10% (5%) Diperoleh Larutan Larutan NaOH 6% NaOH 6% (5%)
Pembuatan larutan HCl 7,5% Larutan HCl HCl 7,5% Proses hidrolisis
Indikator Capaian
Diperoleh data karakteristik fisikokimia selulosa Cladophora sp. (5%)
5% 5%
5%
5%
5%
5%
9
Cladophora
sp. Pembuatan larutan selulosa dan dimetil sulfoksida
Formulasi microbeads
Pembuatan larutan sebagai coagulant-bath coagulant-bath (HCl ( HCl 0,015 M) Pembuatan microbeads menggunakan syringe Cross-linking dengan dengan
kelembapan, kelembapan, pH, kompresibilitas, XRD, dan SEM Diperoleh larutan selulosa + dimetil sulfoksida
Larutan selulosa + dimetil sulfoksida (5%)
5%
Diperoleh larutan HCl 0,015 M
Larutan HCl 0,015 M (5%)
5%
Diperoleh
Microbeads dengan
microbeads Cross-linking
ukuran seragam (10%)
10%
Diperoleh microbeads dengan beberapa variasi variasi konsentrasi yang telah terepiklorohidrin (1%, Crosslink (10%) epiklorohidrin 3%, 5%, 7%, 10%) Karakteristik microbeads meliputi Didapatkan informasi Karakterisasi Karakterisasi microbeadss microbeads SEM, distribusi karakteristik secara fisika dan kimia ukuran, viskositas, , microbeads (5%) dan kadar air. Pembuatan Laporan Kemajuan Laporan Kemajuan Diperoleh laporan 10% dan Laporan Akhir dan Laporan akhir kemajuan PKM-PE (10%) Penyusunan Pembuatan Artikel Ilmiah Artikel Ilmiah Diperoleh artikel ilmiah 5% Laporan (5%) Publikasi artikel ilmiah Submit artikel ilmiah Artikel ilmiah terpublikasi (5%) 80% TOTAL
4.2 Analisis Data
Produk berupa MCC diperoleh melalui proses delignifikasi dan hidrolisis. Delignifikasi dilakukan dengan cara merendam alga Cladophora sp. yang telah dikeringkan dengan larutan NaOH 6% selama 24 jam pada suhu 60°C. Proses delignifikasi bertujuan untuk membuka struktur lignin yang melindungi selulosa alga dengan mendegradasi ikatan kimia pada lignoselulosa. Proses degradasi lignin tersebut diharapkan mampu mempermudah proses hidrolisis (Trache et al .,., 2016). Hidrolisis dilakukan dengan cara sampel kering hasil delignifikasi direndam dalam larutan HCl 7,5% dan dipanaskan hingga suhu 92ºC. Setelah mencapai suhu 92ºC, pulp didiamkan semalaman pada suhu ruang. Proses hidrolisis ini merupakan proses pemecahan pemecahan selulosa rantai panjang dengan penambahan penambahan molekul air, dimana
10
selulosa menjadi ukuran lebih pendek yaitu dalam bentuk mikrokristal (Hakansson and Ahlgren, 2005). Pulp yang diperoleh kemudian disaring dengan kain saring dan dicuci dengan akuades hingga pH mendekati netral. Pulp dikeringkan dengan suhu 60ºC selama 12 jam sehingga diperoleh produk MCC. Hasil pengujian sifat fisik dari MCC alga Cladophora sp. yang diperoleh adalah sebagai berikut: susut pengeringan (6,67%±0,12), kelembapan (3,30%±0,28), nilai pH (6,77±0,05), kompresibilitas (10,47%±0,16), dan laju alir (9,07 gr/detik±0,11). Menurut Rowe et al . (2009), sifat fisik MCC alga Cladophora sp. yang meliputi susut pengeringan, kelembapan, dan pH sudah sesuai dengan kriteria yang dipersyaratkan. Berdasarkan Indeks Cars’s, MCC yang dihasilkan memiliki kompresibilitas sangat baik serta laju alir dari MCC sudah sesuai dengan persyaratan, yaitu dalam rentang 4-10 gram/detik (Aulton, 2002). Karakterisasi MCC secara kimia kemudian dilakukan juga melalui analisis SEM dan XRD. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa MCC yang dihasilkan memiliki permukaan permukaan yang halus dan rapat. Analisis XRD menunjukkan MCC memiliki puncak khas pada sudut 2θ = 15,36 °; 21,85°; 23,07°; dan 34,77°. MCC yang dihasilkan selanjutnya dilarutkan dengan menggunakan Dimetil Sulfoksida (DMSO) dengan rasio 1:9. Selulosa memiliki ikatan silang yang terdiri dari ikatan hidrogen antar molekul yang menghalangi molekul lain untuk masuk dan berinteraksi dengan selulosa. Larutan DMSO digunakan untuk memutuskan ikatan hidrogen dan mengaktifkan gugus hidroksil pada selulosa (Ludmila, et al . 2008). Larutan MCC + DMSO kemudian diteteskan menggunakan syringe 23G ke dalam larutan HCl 0,015 M yang berfungsi sebagai coagulation bath. Microbeads yang terbentuk dipisahkan dengan hati – hati, hati, kemudian dioven dengan suhu 60°C selama 12 jam hingga diperoleh
Penelitian mengenai Pengaruh Variasi Konsentrasi Epiklorohidrin Sebagai Cross-Link Agent Dalam Formulasi Biodegradable Microbeads dari Mikrokristalin Selulosa Alga Cladophora sp. dapat memberikan informasi mengenai formulasi microbeads yang memiliki karakteristik yang sesuai. Dengan memperoleh informasi ini maka dapat dilakukan pengembangan lebih lanjut guna memanfaatkan microbeads pada sediaan – sediaan sediaan farmasi dan kosmetika. Tahapan berikutnya dilanjutkan dengan pengujian variasi konsentrasi epiklorohidrin dan pembuatan artikel ilmiah untuk dipublikasikan serta laporan akhir mengenai pengaruh variasi konsentrasi epiklorohidrin sebagai cross-link agent dalam formulasi biodegradable microbeads dari mikrokristalin selulosa alga Cladophora sp. microbeads.
11
BAB 5 PENUTUP 5.1 KESIMPULAN
Penyiapan Alga Cladophora sp. menjadi microbeads diawali dengan proses sortasi terlebih dahulu, kemudian dilanjutkan dengan delignifikasi dengan NaOH 6%. Setelah delignifikasi lalu dilakukan hidrolisis menggunakan menggunakan HCl 7,5% hingga diperoleh MCC alga Cladophora sp. MCC kemudian dilarutkan dalam larutan DMSO, dengan rasio 1:9. Kemudian diteteskan ke coagulation bath menggunakan syringe. Microbeads yang terbentuk kemudian dioven hingga kering. 5.2 SARAN
Perlu dilakukannya pemutihan atau bleaching menggunakan menggunakan larutan natrium hipoklorit untuk menghasilkan microbeads dengan warna putih bersih. Serta perlu diperhatikannya proses pencucian hasil delignifikasi dan hidrolisis agar sampel tidak banyak terbuang.
DAFTAR PUSTAKA
Andrady A.L.. 2011. Microplastics in the marine environment. Elsevier;62(8): 1596-1605 Aulton, M. E. 2002. Pharmaceutics The Science of Dossage Form Design. Second Edition. Hongkong: ELBS. Hal 356-370. Browne, M. A., P. Crump, S. J. Niven, E. Teuten, A.Tonkin, T. Galloway, R. Thompson. 2011 . Accumulation of Microplastic on Shorelines Worldwide: Sources and Sinks. Environmental science & technology, 45(21), 9175-9179. Camacho DH, Gerongay SRC, Macalinao JPC. 2013. Cladophoracellulose polyaniline composite for remediation of toxic chromium (VI). Cell Chem Technol 47:125 – 132 132 Charles H.H, B. Radigue, C. Winckle. 2015. Cellulose Acetate Technology To and Personal Care Today. Vol. 10(5). Replace Banned PE Beads. Household and 57-60. Eriksen, M., L. C. Lebreton, H. S. Carson, M. Thiel, C. J. Moore, J. C. Borerro, F. Galgani, P.G. Ryan, J. Reisser. 2014. Plastic Pollution in the World's Oceans: More than 5 Trillion Plastic Pieces Weighing over 250,000 Tons Afloat at Sea. PloS one, 9(12). GESAMP. 2015. Sources, fate and effects of Microplastics in the Marine environment: A global Assessment . London: International Maritime Organization Hakansson, H. and P. Ahlgren. 2005. Acid Hydrolysis of Some Industrial Pulps: Effect of Hydrolysis Conditions and Raw Material. Cellulose. 12(2): 177-183. Imogen E. N., A. Bakir, S. J. Rowland. 2015. Characterisation, Quantity and Sorptive Properties of Microplastics Extracted From Cosmetics. Marine Pollution Bulletin.
Jambeck, J. R., R. Geyer, C. Wilcox, T. R. Siegler, M. Perryman. 2015. Plastic waste inputs from land into in to the ocean. Science, 347 (6223), (6223), 768-771.
12
global challenge. N. Meith Jeftic, L., S. B.Sheavly, E. Adler. 2009 . Marine litter: a global (Ed.). Regional Seas: United Nations Environment Programme.
Ludmila, C., Fidale, Naiara, R., , Thomas, H., Omar, A., and El, S,. 2008, Cellulose Swelling by Aprotic and Protic Solvents: What are the similarities and Differences?, 1254 J. Macromol. Chem. Chem., 209: 1240 – 1254
Leslie, H. A. 2014. Review of Microplastics in Cosmetics. Institute for Environmental Studies [IVM]. Mao G.J., 2006. Crosslinking of corn starch with sodium trimetaphosphate in solid state by microwave irradiation: Journal of Applied Polymer Science , v. 102, p. 5854-5860. Mark, H.F., Ketta,J.Mc.J & Othmer ,D. F.1968. Encyclopia of Chemical Tehnology. Second Edition. Vol 4. New York: Interscience Publisher a Devision of John Wiley & Son, Inc. p 632 and 657. Messyasz, B., B. Leska, J. Fabrowska, M. Pikosz, E. Roj, A. Cieslak and G. Schroeder. 2015. Biomass of Freshwater Cladophora as A Raw Material Gr uyter Open . Volume for Agriculture and The Cosmetic Industry. De Gruyter 13. pp. 1108-1118. Mihranyan, A. 2011. Cellulose from Cladophorales Green Algae: From Enviromental Problem to High-Tech Composite Materials. Journal of Applied Polymer Science. Vol. 119. pp. 2449-2460. Mihranyan, A., S. Andersson, and R. Ek. 2004. Sorption of Nicotine to Cellulosa Powders. Eutopean Journal of Pharmaceutical Sciences. Vol 22. pp. 297-286 Mohanty A.K. 2003. Development of renewable resource-based cellulose acetate bioplastic : effect effect of of process process engineering on the performance of cellulosic cellulosic plastics. Polymer engineering & science. Volume 43, issue 5, 1151-1161. Nurhayati dan Kusumawati, R. (2014) Sintesis selulosa asetat dari limbah pengolahan agar, JPB Perikanan, Perikanan, 9, 97 – 107. 107. Oktavianus, F., R. M. Sigiro, Si giro, M. D. Bustan. 2013. Pembuatan Bioetanol dari Batang Jarak Menggunakan Metode Hidrolisa dengan Katalis Asam Sulfat. Jurnal Teknik Kimia. No.2, Vol. 19. Hal 27-32 Raina, C., Singh, S., Bawa, A., and Saxena, D., 2006, Some characteristics of acetylated, crosslinked and dual modified Indian rice starches: European Food Research and Technology Technology . v. 223, p. 561-570 Ramdja, F., R. A. Silalahi dan N. Sihombing. 2010. Pengaruh Waktu, Temperatur dan Dosis H2SO4 pada Hidrolisa Asam Terhadap Kadar Etanol Berbahan Baku Alang-Alang. Jurnal Teknik Kimia. No. 2. Vol 17. Halaman 42-54. Rowe, R. C., P. J. Sheskey, and M. E. Quinn. 2009. Handbook of Pharmaceutical Excipients Sixth Edition. Pharmaceutical Press Trache, D., M. H. Hussin, C. T. H. Chuin, S. Sabar, M. R. N. Fazita, O. F. A. Taiwo, T. M. Hassan and M. K. M. Haafiz. 2016. Microcrystalline Cellulose: Isolation, Characterization and Bio-composites Application – A Review. International Journal of Biological Macromolecules Macromolecules . Woodall L.C., Sanchez-Vidal A., Canals M., Paterson G.L.J., Coppock R., Sleight V. 2014. The Deep Sea is a Major Sink for Microplastic Debris. The Royal Society.
13
Lampiran 1. Penggunaan Dana No. Rincian Pembiayaan Pembiayaan
1
Penyediaan alat dan bahan Toples, Baskom, Sendok Pengaduk, Pengaduk, Corong Nampan Plastik, aluminium aluminium foil 3pcs Plastik Wrap 2 pcs Saringan teh plastik 3 pcs HCl NaOH Dimetil Sulfoksida Aqua DM Botol Ulir Bulbfiller
2
Pipet tetes panjang dan pendek Selang air dan lakban Biaya Lain-lain Satin Jerigen Bekas Handscoon
3
4
Masker Air Mineral galon Penyewaan dan Biaya Pengujian Biaya Pemeliharaan Laboratorium Toksikologi Forensik, Lembaga Forensik Sains dan Kriminologi Pengujian XRD dan biaya kirim Pengujian SEM Biaya Perjalanan Bahan Bakar Mobil (Pertamax) Bahan Bakar motor (Pertamax) TOTAL
Total (Rp.)
151.900 151.900 39.800 94.500 92.500 172.500 427.000 750.000 12.000 115.000 27.000 47.000 165.000 9.000 100.000 50.000 55.000 600.000 426.000 200.000 623.000 82.000 4.452.075
14
Lampiran 2. Hasil Determinasi Alga Hijau
15
Lampiran 3. Dokumentasi Dokumentasi Kegiatan Kegiatan Penelitian
Sampel Alga Cladophora sp.
Proses Delignifikasi dengan NaOH 6% pada suhu 60°C
Sampel Alga Cladophora sp. kering
Proses Hidrolisis dengan HCl 7,5% hingga suhu 92ºC
16
MCC Alga Cladophora sp.
Larutan MCC dan dimetil sulfoksida
Pembuatan microbeads dengan metode dropping
Microbeads basah dari MCC alga Cladophora sp.
Microbeads dari MCC alga Cladophora sp.
17
Lampiran 4. Hasil Uji SEM dan XRD MCC MCC Alga Cladophora sp. Analisis XRD MCC Alga Cladophora sp.
Counts F1 (HCl 2.5%)_2
1000
500
0 10
20
30
40
50
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
Pos. [°2Th.] 15.3680 21.8585 23.0700 34.7745
Height [cts] 80.00 358.55 508.42 85.91
FWHM Left [°2Th.] 0.8029 0.3346 0.9368 0.4684
d-spacing [Å] 5.76575 4.06619 3.85533 2.57987
Rel. Int. [%] 15.73 70.52 100.00 16.90
Analisis SEM MCC Alga Cladophora sp.
Analisis SEM MCC alga Clasophora sp. dengan perbesaran 1000x
18
Lampiran 5. Surat Permohonan Pembelian Bahan Kimia
