Produksi plastic secara besar-besaran di Indonesia sebagai upaya untuk memenuhi kebutuhan kantong makanan yang mencapai hampir 40% dari total permintaan plastic. Plastic tidak ramah lingkungan sebab tidak mudah diuraikan. Tahun 2015 konsumsi plastic di Indonesia mencapai 17 kg/kapita/tahun. Bila pada tahun 2017 jumlah penduduk Indonesia mencapai 261 juta maka kebutuhan plastic di Indonesia mencapai 4.44 juta ton. Indonesia menduduki rangking kedua di dunia sebagai negara yang memproduksi limbah plastic terbesar. Limbah plastic tersebut memiliki dampak negative pada keseimbangan ekosistem sebab plastic sulit untuk terdegradasi sehingga menciptakan polusi lingkungan. Hal tersebut pada akhirnya membutuhkan solusi untuk mempertahankan lingkungan dengan memproduksi plastic yang biodegradable ramah lingkungan.
Packaging biodegradable dalam bentuk bioplastic sebagai alternative yang potensial dengan memanfaatkan nahan organic sehingga bisa terurai secara alami. Bioplastic yang terbuat dari rumput laut seperti karagenan dikatagorikan plastik hydrocolloidal. Bila dibandingkan dengan plastic lainnya maka katagori plastic hydrocolloidal terdapat kekurangan seperti ketahanan terhadap air yang rendah, sifat mekanik yang rendah karena ketiadaan bahan tambahan seperti plasticizer. Karagenan yang menjadi basis pembuatan bioplastic perlu ditambahkan bahan perekat atau filler sebab ha tersebut akan menyebabkan turunnya kekuatan mekanik dan ketahanan air pada produk bioplastic. Lemahnya ikatan hydrogen menyebabkan jarak antar molekul semakin renggang sehingga sangat penting dilakukan penambahan bahan perekat untuk memperbaiki sifat mekanik bioplastic.
Bahan perekat (adhesive material) dapat ditambahkan dengan menambahkan formulasi bioplastic dengan pati termodifikasi. Salah satu pati yang dapat digunakan adalah tepung tapioca yang memiliki karakteristik membentuk kekuatan yang cukup dan gel transparan sehingga mendukung filler dan bahan perekat. Namun, tepung tapioca memiliki sifat hydrophilic sehingga perlu modifikasi untuk menyeimbangkan sifat hydrophilic dan hydrophobicnya. Pati termodifikasi diharapkan dapat mengubah struktur molekul pati baik secara fisik, kimiawi atau enzimatis. Pati termodifikasi ditujukan untuk mengubah karakteristik gelatinisasi, pembentukan gel, kekentalan dalam medium air, kestabilan suspense karena pengaruh panas, asam dan proses lainnya.
Pati yang digunakan adalah tepung tapioca yang dimodifikasi acetylation dengan menggunakan asam asetat. 100 g tepung tapioca dilarutkan dalam 225 mL destilasi water, selanjutnya dilakukan pengadukan dengan magnetic stirrer selama 1 jam pada suhu ruangan. Kemudian 16% asam asetat ditambahkan pada bahan yang terbentuk dan dibiarkan selama 1 jam. Suspensi dikondisikan pada pH 8 selama 50 menit dengan menambahkan 3% NaOH pada suhu ruangan. Proses berikutnya adalah penambahan 0.5 N HCl hingga tercapai pH 4.5-5 selama rekasi berlangsung. Kemudian dilakukan pencucian dengan aquadest sebanyak 3 kali dan ethanol 96%. Tepung tapioca termodifikasi dilarutkan dalam 100 mL distilasi water serta dipanaskan hingga suhu 85oC sambal dilakukan pengadukan dengan magnetic stirrer dan hot plate. Selanjutnya 3 g karagenan ditambahkan dan di aduk hingga homogen. Proses tersebut dilakukan pada suhu 60oC serta ditambahkan 5 mL glycerol. Suspensi di cetak dan didiamkan selama 2 jam pada suhu ruangan serta dilanjutkan pengovenan pada suhu 50oC selama 48 jam. Setelah kering maka produk didinginkan pada ruang terbuka hingga temperature yang dimiliki sama dengan temperature ruangan.
Studi dilakukan menggunakan rancangan acak lengkap dengan 4 perlakuan dan 5 ulangan. Variabel independen yang digunakan adalah pati termodifikasi (0, 1, 1.5 dan 2 g). Uji yang dilakukan meliputi uji biodegradation (biodegradation test), uji ketahanan air (water resistance test), uji kekuatan tarik (tensile strength test) dan uji pemanjangan (elongation test).
Formulasi kemasan biodegradable dengan penambahan pati termodifikasi menghasilkan nilai terendah biodegradasi hingga 41.62% ± 7.4. Penambahan pati termodifikasi akan juga menurunkan persentase biodegradasi. Penurunan persentase biodegradasi diakibatkan penambahan pati termodifikasi yang memiliki sifat hydrophobic. Berdasar standard Internasional Japan, waktu yang diperlukan untuk mendegradasi plastic polylactic acid (PLA) selama 60 hari akan terurai 100%. Plastic polylactic acid adalah bioplastic atau plastic organic yang terbuat dari minyak sayuran, tepung jagung, tepung kacang dan microbiota. Dalam studi yang dilakukan ini menggunakan durasi waktu 7 hari untuk mengukur persentase biodegradasi (41.62% ± 7.4 hingga 45.71% ± 3.5) dan terjadi penguraian secara sempurna 100% setelah 15-17 hari. Hasil tersebut menunjukkan bahwa kemasan biodegradable dalam penelitian tersebut telah memenuhi kriteria degradasi bioplastic.
Kemasan biodegradable mengandung bahan hydrophilic sehingga memudahkan proses dekomposisi bakteri. Koloni bakteri akan melekat di permukaan bioplastic menjadi biofilm selanjutnya bakteri akan memecah ikatan kompleks polymer menjadi ikatan sederhana sehingga dapat mempercepat proses degradasi. Kemasan biodegradable tanpa penambahan pati termodifikasi menghasilkan nilai penggembungan tertinggi hingga 132.78% ± 30.85 (P0). Pada kemasan dengan konsentrasi tertinggi karagenan juga menjadikan penyerapan air tertinggi, hal ini disebabkan karagenan memiliki kelompok hydroxyl (OH) sehingga cenderung mengikat air. Karagenan juga mengandung sulfat ester yang juga hydrophilic dalam bentuk sulfite (SO3–) yang dapat mengikat air. Penambahan plasticizer dapat meningkatkan penyerapan air pada film yang terbentuk sebab memiliki sifat hygroscopis yang berpengaruh pada karakteristik mekanik bioplastic dan berkontribusi mengurangi kekuatan antar molekul.
Semakin besar penambahan pati termodifikasi maka nilai penggembungan kemasan biodegradable akan turun. Kemasan biodegradable yang dihasilkan dengan penambahan 2 g pati termodifikasi memiliki nilai penggembungan hingga 50.96% ± 4.86. Berdasar Japanese Industrial Standard (JIS) nilai penggembungan bioplastic adalah 70% sehingga perlakuan P3 memenuhi penyerapan air terendah disbanding perlakuan lainnya. Semakin rendah penyerapan air maka semakin baik sifat plastic yang dihasilkan dan sebaliknya penyerapan air yang tinggi akan menyebabkan kemasan mudah rusak.
Pada uji kekuatan tarik tidak ditemukan perbedaan yang nyata di antara perlakuan kemasan biodegradable, dimana nilai yang terukur sebesar 3.30 -3.48 MPa. NIlai tersebut tidak dapat menunjukkan perbedaan yang nyata sebab penambahan pati masih sangat kecil sehingga tidak secara nyata (not signicantly) meningkatkan kekuatan tarik kemasan bioplastic. Demikian juga pada uji pemanjangan (elongation test) tidak ditemukan perbedaan nyata di antara perlakuan dimana nilai persentase pemanjangan sebesar 49.5-53.4%. Bahan penyusun kemasan bidegradable seperti karagenan dan glycerol adalah hydrophilic yang menyebabkan terbentuknya ruang kosong dan meningkatan pergerakan molekul untuk membentuk ikatan hydrogen sehingga hal tersebut akan meningkatkan persentase pemanjangan.
Hasil studi menunjukkan bahwa aplikasi pati termodifikasi dengan karagenan untuk memproduksi kemasan biodegradable berpengaruh secara nyata pada uji ketahanan air dengan perlakuan terbaik dari 2 g pati termodifikasi (P3) dalam membentuk kemasan biodegradable sedangkan hasil dari uji biodegradation (biodegradation test), uji kekuatan tarik (tensile strength test) dan uji pemanjangan (elongation test) tidak ditemukan perbedaan yang nyata di antara perlakuan.
Penulis: Prof. Ir. Mochammad Amin Alamsjah, M.Si., Ph.D.
Link: H.S. Islamiyah, M.A. Alamsjah and D.Y. Pujiastuti. 2022. Application of modified starch in carrageenan-based biodegradable packaging from Eucheuma cottonii on biodegradability and mechanical properties. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1036 (2022)012072. Doi:10.1088/1755-1315/1036/1/012072. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/1036/1/012072
