LAPORAN PENDAHULUAN PRAKTIKUM BIOPROSES

PEMBUATAN CHITOSAN

OLEH : BAZLINA DAWAMI AFRAH (03071003042)

ANGGOTA KELOMPOK 6 : MICHAEL BAZLINA DAWAMI AFRAH NIDYA WISUDAWATI (03071003040) (03071003042) (03071003098)

LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOPROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2010

I.

IDENTITAS PRAKTIKAN NAMA NIM KELOMPOK : BAZLINA DAWAMI AFRAH : 03071003042 : VI (Rabu Pagi) : Pembuatan Chitosan

II.

NAMA PERCOBAAN

III. TUJUAN PERCOBAAN Membuat Chitosan dari kulit udang sebagai bahan pengawet. DASAR TEORI 4. 1. Sejarah Chitosan Chitin sebagai prekursor chitosan pertama kali ditemukan pada tahun 1811 oleh orang Prancis bernama Henri Braconnot sebagai hasil isolasi dari jamur. Sedangkan chitin dari kulit serangga ditemukan kemudian pada tahun 1820. Chitin merupakan polimer kedua terbesar di bumi selelah selulosa. Chitin adalah senyawa amino polisakarida berbentuk polimer gabungan. Chitosan ditemukan C. Roughet pada tahun 1859 dengan cara memasak chitin dengan basa. Perkembangan penggunaan chitin dan chitosan meningkat pada tahun 1940-an. terlebih dengan makin diperlukannya bahan alami oleh berbagai industri sekitar tahun 1970-an. Penggunaan chitosan untuk aplikasi khusus, seperti farmasi dan kesehatan dimulai pada pertengahan 1980 - 1990. Chitosan adalah senyawa polimer alam turunan chitin yang diisolasi dari limbah perikanan, seperti kulit. udang dan cangkang kepiting dengan kandungan chitin antara 65-70 persen. Sumber bahan baku chitosan yang lain di antaranya kalajengking, jamur, cumi, gurita, serangga, laba - laba dan ulat sutera dengan kandungan chitin antara 5-45 persen.

Chitosan merupakan bahan kimia multiguna berbentuk serat dan merupakan kopolimer berbentuk lembaran tipis, berwarna putih atau kuning, tidak berbau. Chitosan merupakan produk deasetilasi chitin melalui proses kimia menggunakan basa natrium bidroksida atau proses enzimatis menggunakan enzim chitin deacetylase.

RK Chitosan (Rumus Struktur) Proses pembuatan chitosan itu sendiri dilakukan melalui beberapa tahapan, yakni pengeringan bahan baku mentah chitosan (rajungan), penggilingan, penyaringan, deproteinasi, pencucian dan penyaringan, deminarisasi (penghilangan mineral Ca), pencucian, deasilitilisasi, pengeringan, dan selanjutnya akan terbentuk produk akhir berupa chitosan. Proses utama dalam pembuatan chitosan meliputi penghilangan protein dan kandungan mineral yang masing-masing dilakukan dengan menggunakan larutan basa dan asam. Chitosan merupakan produk deasetilasi chitin. Kualitas dan nilai ekonomi chitosan dan chitin ditentukan oleh besarnya derajat deasetilasi, semakin tingi derajat deasetilasi semakin tinggi kualitas dan harga jualnya. Kualitas chitosan berdasarkan penggunaan dapat dibagi ke dalam tiga jenis kualitas yaitu kualitas teknis, pangan dan farmasi. 4. 2. Chitin

Chitin merupakan polisakarida structural yang patut mendapatkan perhatian karena berlimpah ruah di alam. Chitin sama dengan selulosa. Chitin merupakan polisakarida hewan berkaki banyak. Diperkirakan 109 ton chitin dibiosintesis tiap tahun. Chitin tidak larut dalam air, asam encer, alkali encer/pekat dan pelarut organic lain, tetapi larut dalam larutan pekat asam sulfat, asam klorida, asam fosfat. Selain itu tahan terhadap hidrolisa menjadi komponen sakaridanya. Chitin pada umumnya sangat tahan terhadap hidrolisa, walau enzim chitinase dapat melakukannya dengan mudah. Chitin membentuk zat dasar yang tahan lama dari kulit spora lumut dan eksokerangka dari serangga, udang, dan kerang-kerangan. Chitin adalah polisakarida linier yang mengandung N-Asetil D-Glukosamina terikat pada hidrolisa, chitin menghasilkan 2-Amino 2-Deoksin D-Glukosa. Dalam alam chitin terikat pada protein dan lemak. Chitin dapat dibentuk menjadi sustu bubuk (powder) apabila sudah dipisahkan dari zat yang tercampur dengannya. Akan tetapi tidak dapat larut dalam air. Reaksinya dalam asam-asam mineral dan alkali akan menghasilkan suatu zat yang menyerupai selulosa. Pelarutan chitin tergantung dari konsentrasi asam mineral dan temperatur. Dinegara Jepang, chitin sudah lama dikomersialkan dengan cara memintalnya menjadi benang yang berfungsi sebagai penutup luka sehabis operasi, karena didukung oleh sifatnya yang non alergi dan juga menunjukkan aktifitas penyembuhan luka. Chitin pertama kali ditemukan oleh Odier pada tahun 1823 dan kemudian dikembangkan oleh PR Austin pada tahun 1981. Akan tetapi perkembangan chitin bergerak lamban dan kurang dimanfaatkan. Salah satu turunan chitin yang luas pemakaiannya adalah chitosan. Senyawa ini mudah didapat dari chitin dengan menambahkan NaOH dan pemanasan sekitar 120o C. Proses ini menyebabkan lepasnya gugus asetil yang melekat pada gugus amino dari molekul chitin dan selanjutnya akan membentuk chitosan.

Kelebihan lain dari chitosan yaitu padatan yang dikoagulasinya dapat dimanfaatkan. Kekhawatiran terhadap kemungkinan khitosan mempuntai efek beracun terhadap manusia telah dimentahkan oleh beberapa peneliti dengan sejumlah bukti ilmiah. 4. 3. Sifat - Sifat Chitosan Multiguna chitosan tidak terlepas dari sifat alaminya. Sifat alami tersebut dapat dibagi menjadi dua sifat besar yaitu, sifat kimia dan biologi. Sifat kimia chitosan sama dengan chitin tetapi yang khas antara lain: (i) (ii) (iii) merupakan polimer poliamin berbentuk linear mempunyai gugus amino aktif mempunyai kemampuan mengkhelat beberapa logam.

Sifat biologi chitosan antara lain: bersifat biokompatibel artinya sebagai polimer alami sifatnya tidak mempunyai akibat samping, tidak beracun, tidak dapat dicerna, mudah diuraikan oleh mikroba (biodegradable). dapat berikatan dengan sel mamalia dan mikroba secara agresif. mampu meningkatkan pembentukan yang berperan dalam pembentukan tulang. bersifat hemostatik, fungistatik, spermisidal, antitumor, antikolesterol, bersifat sebagai depresan pada sistem saraf pusat. Karakteristik fisik-kimia chitosan berwarna putih dan berbentuk kristal, dapat larut dalam larutan asam organik tetapi tidak larut dalam pelarut organik lainnya. Pelarut chitosan yang baik adalah asam asetat. Chitosan sedikit mudah larut dalam air dan mempunyai muatan positif yang kuat, yang dapat mengikat muatan negatif dari senyawa lain serta mudah mengalami degradasi secara biologis dan tidak beracun.

Cara memakainya cukup dilarutkan dengan air dan dicampur cuka. Ikan tinggal dicelup lalu dijemur. Selain mengawetkan ikan asin, chitosan juga bisa dipakai untuk memperpanjang usia tahu, bakso, mie dan ikan basah. Namun, khusus untuk ikan basah, ahli dari IPB ini belum menemukan adonan yang pas. Pengawetan ikan segar menggunakan chitosan sejauh ini hanya mampu bertahan 2 hari. Sedang formalin bisa sampai 3 hari.

Gambar Struktur chitin dan chitosan Berdasarkan kedua sifat tersebut maka chitosan mempunyai sifat fisik khas yaitu mudah dibentuk menjadi spons, larutan, gel, pasta, membran, dan serat. yang sangat bermanfaat dalam aplikasinya. 4. 4. Manfaat Chitosan Chitosan banyak digunakan oleh berbagai industri antara lain industri farmasi, kesehatan, biokimia, bioteknologi, pangan, pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri tekstil, industri perkayuan, industri kertas dan industri elektronika. Aplikasi khusus berdasarkan sifat yang dipunyainya antara lain untuk: pengolahan limbah cair terutama bahan sebagai bersifat resin penukar ion untuk minimalisasi logamlogam berat, mengoagulasi minyak/lemak, serta mengurani kekeruhan: penstabil minyak, rasa dan lemak dalam produk industri pangan.

Saat ini di Indonesia sebagian kecil dari limbah udang sudah termanfaatkan dalam hal pembuatan kerupuk udang, petis, terasi, dan bahan pencampur pakan ternak. Sedangkan di negara maju seperti Amerika Serikat dan Jepang, limbah udang telah dimanfaatkan di dalam industri sebagai bahan dasar pembuatan khitin dan chitosan. Manfaatnya di berbagai industri modern banyak sekali seperti industri farmasi, biokimia, bioteknologi, biomedikal, pangan, kertas, tekstil, pertanian, dan kesehatan. Khitin dan chitosan serta turunannya mempunyai sifat sebagai bahan pengemulsi koagulasi dan penebal emulsi (Lang, 1995). Seperti uraian tersebut diatas, bahwa produk alami berupa chitosan ini merupakan alternatif pengganti formalin untuk pengawet bahan makanan (tahu, baso dll). Disamping itu chitosan juga dapat digunakan untuk: (1) penstabil pewarna makanan; (2) pengolah limbah logam berat; (3) kesehatan, seperti tumor, meningkatkan kekebalan tubuh, pengontrol kolesterol; (4) bioteknologi, seperti pemisah protein, kromatografi; (5) pertanian, seperti bahan pelapis bibit, pupuk, pemulihan lahan; (6) kosmetik, seperti pelembab, krim untuk wajah, tangan, badan, dan (7) pulp dan kertas, seperti kertas foto. Isolasi khitin dari limbah kulit udang dilakukan secara bertahap yaitu tahap pemisahan protein (deproteinasi) dengan larutan basa, demineralisasi, tahap pemutihan (bleancing) dengan aseton dan natrium hipoklorit. Sedangkan transformasi khitin menjadi chitosan dilakukan tahap deasetilasi dengan basa berkonsentrasi tinggi, seperti terlihat pada gambar 1 (Ferrer et al., 1996; Arreneuz, 1996., dan Fahmi, 1997) Khitin dan chitosan yang diperoleh dari limbah kulit udang digunakan sebagai absorben untuk menyerap ion kadmium, tembaga, dan timbal dengan cara dinamis dengan mengatur kondisi penyerapan sehingga air yang dibuang ke lingkungan menjadi air yang bebas dari ion-ion logam berat. Mengingat besarnya

manfaat dari senyawa khitin dan chitosan serta tersedianya bahan baku yang banyak dan mudah didapatkan maka perlu pengkajian dan pengembangan dari limbah ini sebagai bahan penyerap terhadap logam-logam berat diperairan. Setelah dibersihkan , limbah tersebut direbus kurang lebih satu jam untuk menghilangkan sisa protein. Derajat keasaman (pH) pada rebusan tahap ini diusahakan diatas 10, dengan menambahkan larutan soda api (NaOH). Hasilnya kemudian direbus lagi selama 2 jam dengan ditambahi larutan asam klorida (HCl) agar pH turun dibawah 5. Campuran itu sekali lagi direbus selama 2 jam dengan larutan basa untuk menghilangkan unsur asetil. Pada tahap ini, cangkang rajungan dan kulit udang sudah berubah menjadi bubur berwarna putih. Adonan ini dibersihkan dengan memasukkannya ke dalam saringan lalu dialiri air. Sisanya berupa cairan kental dipakai sebagai pengawet. 4. 5. Cara Mendeteksi Chitin Adanya Chitin dapat dideteksi dengan reaksi warna Van Wesslink. Pada cara ini chitin direaksikan dengan I2-KI yang memberikan warna coklat, kemudian jika ditambahkan asam sulfat berubah warnanya menjadi violet. Perubahan warna dari coklat hingga menjadi violet menunjukan reaksi positif adanya chitin. 4. 6 Pembuatan Chitosan Deproteinasi Ransum merupakan faktor penentu terhadap pertumbuhan, disamping bibit dan tatalaksana pemeliharaan. Optimalitas performan ayam broiler dapat terealisasi bila diberi ransum bermutu yang memenuhi persyaratan tertentu dalam jumlah yang cukup. Pemenuhan kebutuhan zat makanan dalam ransum dapat dilakukan dengan menambahkan imbuhan pakan (feed suplement) guna meningkatkan kualitas dan efisiensi ransum. Salah satunya adalah pemanlaatan limbah cair ekstraksi chitin dan

limbah udang yang diolah secara kimiawi dan biologis melalui tahapan deproteinasidemineralisasi. Proses deproteinasi dan demineralisasi dapat dilakukan secana kimiawi dan biologis. Cara kimiawi pada tahap deproteinasi menggunakan NaOH, dan pada tahap demineralisasi menggunakan H Adapun cara biologis pada tahap deproteinasi menggunakan bakteri Bacillus lichen dan pada tahap demineralisasi menggunakan kapang Aspergillus niger. Produk cair ekstraksi chitin tersebut digunakan sebagai imbuhan pakan pada ransum ayam broiler. Limbah udang yang telah dimineralisasi kemudian dicampur dengan larutan sodium hidroksida 3,5 persen dengan perbandingan antara pelarut dan cangkang udang 6:1. Selanjutnya dipanaskan pada suhu 90C selama satu jam. Larutan lalu disaring dan didinginkan sehingga diperoleh residu padatan yang kemudian dicuci dengan air sampai pH netral dan dikeringkan pada suhu 80C selama 24 jam. Demineralisasi Metoda demineralisasi kulit udang dilakukan dengan cara memanaskannya (suhu 70- 750C menggunakan HCl 1 N dengan jumlah kulit udang sebanyak 300 gram kulit udang setiap kali percobaan selama 4 jam dan 6 jam. Proses deproteinisasi kulit udang dilakukan menggunakan NaOH 5 % pada suhu 80 850C selama 4 jam dan 6 jam (dilakukan sebanyak dua kali). Sedangkan proses deasetilasi dilkukan dengan mengolah hasil deproteinisasi menggunakan NaOH 50 %, pada suhu 140 0C selama 4 jam dan 6 jam. Berdasarkan percobaan yang dilakukan dengan tahap demineralisasideproteinisasi dan deasetalisi (tiap tahap 4 jam), dari berat kulit udang yang diolah sebanyak 300 gram dihasilkan chitosan larut asam 87,5 gram dan 46,38 gram chitosan larut air. Untuk tahap tahap deproteinisasi- demineralisasi dan deasetalisi (tiap tahap 4 jam), dari berat kulit udang yang diolah sebanyak 300 gram dihasilkan 75 gram chitosan larut asam dan 39,75 gram chitosan larut air.

Untuk tahap pengolahan langsung deasetalisi (tiap tahap 4 jam), dari berat kulit udang yang diolah sebanyak 300 gram dihasilkan 130 gram chitosan larut asam dan 68,90 gram chitosan larut air Sedangkan untuk percobaan yang dilakukan dengan tahap demineralisasi-deproteinisasi dan deasetalisi (tiap tahap 6 jam), dari berat kulit udang yang diolah sebanyak 300 gram dihasilkan chitosan larut asam 72,5 gram dan 38,43 gram chitosan larut air. Untuk tahap tahap deproteinisasi- demineralisasi dan deasetalisi (tiap tahap 6 jam), dari berat kulit udang yang diolah sebanyak 300 gram dihasilkan 75 gram chitosan larut asam dan 39,50 gram chitosan larut air. Untuk tahap pengolahan langsung deasetalisi (tiap tahap 6 jam), dari berat kulit udang yang diolah sebanyak 300 gram dihasilkan 125 gram chitosan larut asam dan 66,25 gram chitosan larut air Salah satu karakteristik chitosan larut dalam air hasil percobaan (A1) adalah mempunyai spesifikasi warna putih kecoklat/kuningan, bentuk flake, kadar air rendah (9,2 %), kadar mineral (abu) rendah (0,17 %), kadar total nitrogenrendah (2,11 %), viskositas 1 % relatif rendah (6,0 cps), akan tetapi derajat deasetilasi relatif tinggi (70,00). Dapat disimpulkan chitosan larut dalam air masih memenuhi persyaratan mutu komersil. Deasetilasi Khitin dari limbah udang telah dapat diubah menjadi chitosan melalui proses deasetilasi. Lama proses deasetilasi mempengaruhi nilai derajat deasetilasi chitosan yang dihasilkan. Dalam penelititan ini chitosan mempunyai derajat deasetilasi sebesar 58,50 % ; 60,66 % ; 60,90 % dan 64,04 % , sesuai dengan lama proses deasetilasi selama 1,3,5 dan 7 jam. Agen pengikat silang glutaraldehid dapat berikat silang dalam rantai chitosan, dan jumlahnya meningkat dengan semakin tinggi nilai derajat deasetilasi chitosan yang digunakan. Hal ini akan meningkatkan kerapatan struktur jaringan dari membran chitosan , sehingga nilai permeabilitas membran chitosan akan menurun. Nilai permeabilitas membran chitosan yang diperoleh : 1.10-19 cm/dt ; 2,173.10-24 cm-2/dt 4,073.10-25 cm-2/dt dan 1,025.10-27 cm-2/dt.

Chitosan dibuat dengan menambahkan sodium hidroksida (60 persen) dengan perbandingan 20:1 (pelarut dibanding khitin), lalu dipanaskan selama 90 menit dengan suhu 140C. Larutan kemudian disaring untuk mendapatkan residu berupa padatan, lalu dilakukan pencucian dengan air sampai pH netral, kemudian dikeringkan dengan oven suhu 70C selama 24 jam. Chitosan memiliki sifat larut dalam suatu larutan asam organik, tetapi tidak larut dalam pelarut organik lainnya seperti dimetil sulfoksida dan juga tidak larut pada pH 6,5. Sedangkan pelarut chitosan yang baik adalah asam asetat. 4. 5. Udang Galah Badan udang terdiri atas kepala dan dada yang disebut Cephalothorax, badan (abdomen), serta ekor (uropoda). Udang galah mempunyai ciri khusus dibandingkan dengan udang jenis lainnya, yakni kedua kakinya tumbuh dominan. Cephalothorax dibungkus oleh kulit yang keras disebut carapace. Pada bagian kepala terdapat penonjolan carapace yang bergerigi dan disebut rostrum. Gigi terdapat pada rostrum dengan jumlah gigi pada rostrum atas 11-13 dan jumlah gigi pada rostrum bagian bawah 8-14. Udang galah mempunyai sepasang mata yang bertangkai yang terletak pada pangkal rostrum, jenis matanya temasuk jenis mata majemuk (facet). Berikut adalah tabel komposisi umum kulit udang : Komposisi Umum Kulit Udang SENYAWA Protein Lemak Chitin Air PERSENTASE 53,74 6,65 14,61 17,28

Abu

7,72

Sumber : Intensifikasi Tambak Udang Departemen Pertanian (1990)

V.

METODOLOGI a. Alat : Grinding Neraca analitis Beker gelas Pipet tetes Spatula Water Bath Corong dan Kertas Saring pHmeter Oven : Kulit udang HCl NaOH Aquadest

Alat dan Bahan

b. Bahan

Prosedur Percobaan 1. 2. 3. Pisahkan udang dan kulitnya kemudian cuci bersih dan keringkan. Gerus sampai halus kulit udang yang telah dikeringkan tadi hingga menjadi bubuk atau powder. Timbang bubuk kulit udang sebanyak 5 gr, dicampur dengan 300 ml aqudest.

4. 5. 6. 7. 8.

Kemudian masukkan HCl sebanyak 3 tetes, selanjutnya larutan kulit udang tadi dipanaskan selama 2 menit, diamkan sebentar. Larutan tadi disaring dengan kertas saring, slurry kulit udang dimasukkan dalam beker gelas kemudian dicuci serta disaring kembali. Hasil saringan ini dicampur kembali dengan 300 aquadest,direbus selama 2 menit, kemudian saring kembali. Hasil saringan ditetesi NaOH sebanyak 3 tetes, selanjutnya diukur pH dengan menggunakan pH meter. Langkah terakhir larutan disaring kembali dan dikeringkan.