Maraknya produksi plastik sintetis, terutama didorong oleh penggunaannya dalam kemasan makanan seperti kantong belanja, pembungkus makanan, dan bahan terkait lainnya, telah menimbulkan kekhawatiran lingkungan yang signifikan karena ketergantungannya pada bahan baku berbasis bahan bakar fosil yang dicirikan oleh kekuatan tinggi dan stabilitas lingkungan. Atribut-atribut ini berkontribusi terhadap meluasnya polusi plastik, yang menggarisbawahi kebutuhan mendesak akan alternatif ramah lingkungan yang menawarkan kekuatan dan stabilitas yang sebanding. Bioplastik telah muncul sebagai solusi yang menjanjikan dalam konteks ini. Saat ini, bioplastik telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan kemasan pangan dengan inovasi-inovasi baru yang lebih aman daripada plastik konvensional, seperti bioplastik yang dapat mendeteksi kerusakan pangan dengan bioindikator dan bioplastik yang memiliki aktivitas antibakteri, antijamur, dan antioksidan untuk menghambat penurunan kualitas produk pangan. Bioplastik yang efektif untuk kemasan pangan harus memenuhi kriteria yang ketat, termasuk biodegradabilitas, berasal dari sumber terbarukan, memiliki sifat penghalang, non-toksisitas, dan kekuatan mekanis yang setara dengan plastik konvensional, sebagaimana ditetapkan oleh Standar Industri Jepang (JIS).
Penelitian ekstensif telah mengeksplorasi pemanfaatan bioplastik sebagai bahan pengemas makanan. Bahan baku bioplastik yang umum digunakan berasal dari polisakarida seperti karagenan, yang diekstrak dari rumput laut. Indonesia merupakan salah satu produsen rumput laut terbesar di dunia, dengan produksi sebesar 9,12 juta ton pada tahun 2021. Kelimpahan rumput laut ini memungkinkan produksi karagenan yang berkelanjutan, sehingga tidak bersaing dengan bahan pangan masyarakat. Penggunaan karagenan dalam bioplastik menawarkan beberapa keuntungan, termasuk jejak karbon rendah, biodegradabilitas, dan potensi untuk mengurangi polusi lingkungan yang disebabkan oleh plastik tradisional. κ-karagenan merupakan bahan baku bioplastik umum yang berasal dari rumput laut dan telah banyak digunakan karena kekuatan gelnya yang tinggi di antara jenis karagenan lainnya. Kekuatan gel κ-karagenan yang lebih tinggi disebabkan oleh kandungan ester sulfat yang lebih rendah dalam κ-karagenan dibandingkan dengan jenis karagenan lainnya. κ-karagenan dapat meningkatkan sifat mekanis bioplastik, seperti meningkatkan kekuatan tarik dan stabilitas termal. Bioplastik berbasis κ-karagenan bersifat hidrofilik dan memiliki kekuatan mekanis yang rendah sehingga memerlukan aditif seperti kitosan untuk meningkatkan sifat fisiknya. Kitosan berasal dari produk sampingan perikanan dan telah digunakan secara luas karena kompatibilitasnya, mudah terdegradasi di lingkungan, sifat antibakteri, dan non-toksisitasnya. Kitosan sebagai bahan penguat pada bioplastik terbukti mampu meningkatkan sifat mekanik dengan mengisi ruang kosong antar matrik seperti ketahanan air, kekuatan tarik, dan stabilitas panas pada bioplastik pati jagung serta meningkatkan sifat mekanik dan sifat penghalang bioplastik pati tapioka. Namun, menggabungkan kedua bahan menggunakan metode konvensional seringkali gagal karena perbedaan muatan yang dapat menyebabkan seringnya penggunaan pengikat silang kimia berbahaya untuk mencapai stabilitas. Pengikat silang kimia berbahaya meliputi genipin, glutaraldehida, epiklorohidrin, dan lainnya yang memiliki sifat mutagenik dan toksik. Interaksi sinergis antara gugus sulfat dari κ-karagenan dan gugus amina dari kitosan telah terbukti membentuk ikatan yang stabil dalam sistem hidrogel yang dapat diadopsi untuk meningkatkan sifat mekanis bioplastik. Metode pengikatan silang mandiri berbasis interaksi elektrostatik melalui pembentukan kompleks polielektrolit (PEC) merupakan pendekatan yang menjanjikan untuk menghindari penggunaan pengikat silang berbahaya sekaligus menjaga stabilitas. Pembentukan interaksi elektrostatik yang stabil antara polielektrolit bermuatan berlawanan dalam media berair menghasilkan pembentukan fase padat terpresipitasi yang dikenal sebagai PEC. Dibandingkan dengan produk tanpa PEC, PEC menunjukkan beberapa keunggulan, termasuk peningkatan sifat mekanis seperti distribusi komponen yang seragam, peningkatan kekuatan tarik, peningkatan ketahanan terhadap transmisi oksigen, dan manfaat lainnya.
Sifat-sifat bioplastik kompleks polielektrolit (PEC) dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk suhu, pH, dan berat molekul bahan. Berat molekul bahan secara signifikan memengaruhi ketebalan, kekuatan tarik, sensitivitas air, transmisi oksigen, dan karakteristik lainnya. Berat molekul kitosan secara umum dikategorikan menjadi tiga kategori: rendah (<100 kDa), sedang (100–1000 kDa), dan tinggi (>1000 kDa). Berat molekul kitosan dipengaruhi oleh unit glukosamin dalam rantai polimer, di mana setiap unit glukosamin mengandung satu gugus amina. Kitosan dengan berat molekul lebih rendah memiliki lebih sedikit gugus amina, yang dapat memengaruhi kualitas bioplastik. Kitosan dengan berat molekul tinggi (110 kDa) dapat meningkatkan sifat mekanik, kinerja penghalang, ketahanan air, dan menjaga kualitas dan stabilitas produk yang dikemas. Sebaliknya, kitosan dengan berat molekul rendah kurang umum digunakan dalam produksi bioplastik tanpa PEC karena kandungan gugus aminanya lebih rendah, sehingga menghasilkan kualitas di bawah standar.
Namun, metode PEC dapat memanfaatkan kitosan dengan berat molekul rendah karena stabilitas dan kelarutannya yang tinggi dalam aplikasi industri. Kitosan dari cangkang udang, cangkang kepiting, dan sisik ikan memiliki berat molekul yang berbeda, memungkinkan produksi bioplastik kemasan makanan dengan karakteristik yang berbeda. Produk fillet ikan nila mendominasi ekspor ikan nila Indonesia dan berhasil menembus pasar Amerika Serikat. Fillet ikan nila yang diekspor biasanya dikemas dalam bahan plastik yang tidak dapat terurai secara hayati untuk melindungi produk dari lingkungan luar. Oleh karena itu, fillet ikan nila digunakan sebagai sampel yang akan dibungkus dengan bioplastik dalam penelitian ini. Sejumlah penelitian telah mengkarakterisasi bioplastik yang berasal dari berbagai bentuk kitosan yang diekstraksi dari cangkang udang, kepiting, dan ikan melalui pembentukan kompleks polielektrolit (PEC) dengan kappa karagenan. Namun, aplikasi bioplastik sebagai bahan pengemas makanan, khususnya untuk fillet ikan, masih belum banyak dieksplorasi.
Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengkaji sifat-sifat bioplastik kompleks polielektrolit (PEC) yang diproduksi menggunakan κ-karagenan dan berbagai jenis kitosan yang berasal dari sisik udang, kepiting, dan ikan. Setiap jenis kitosan memiliki berat molekul yang berbeda, yang dapat menyebabkan interaksi elektrostatik yang bervariasi dengan κ-karagenan dan pada akhirnya memengaruhi sifat-sifat bioplastik. Hasil penelitian ini akan memberikan wawasan tentang jenis kitosan yang optimal dengan berat molekul yang berbeda untuk menghasilkan bioplastik yang memenuhi standar bioplastik tanpa bergantung pada pengikat silang kimia berbahaya. Penelitian ini bertujuan untuk berkontribusi pada pengembangan bahan kemasan pangan yang berkelanjutan dan ramah lingkungan yang memenuhi standar bioplastik.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa bioplastik kompleks polielektrolit (PEC) yang terdiri dari κ-karagenan dan kitosan kepiting (A2) dengan berat molekul 87,34 kDa menunjukkan hasil yang paling menguntungkan di antara perlakuan yang diuji. Ikatan ionik yang kuat antara polikation kitosan dan polianion κ-karagenan dan bioplastik PEC A2 menghasilkan peningkatan sifat mekanik, termasuk nilai ketebalan yang lebih tinggi, kekuatan tarik yang lebih tinggi, perpanjangan putus yang lebih tinggi dan ketahanan terhadap air dan oksigen. Berat molekul 87,34 kDa dalam kombinasi κ-karagenan dan kitosan mengoptimalkan pembentukan ikatan ionik ini, menghasilkan bioplastik dengan sifat kedap air. Ketidakmampuan ini secara signifikan mengurangi transmisi uap air (0,001456 g/m²/hari) dan ketahanan air (63,94%) dari bioplastik PEC A2. Pembentukan ikatan ionik antara gugus amina kitosan dan gugus sulfat κ-karagenan dievaluasi melalui puncak serapan Fourier Transform Infrared (FTIR) pada 1034 cm-1, 1224 cm-1, 1525 cm-1, dan 1636 cm-1 . Struktur morfologi biolastik dievaluasi menggunakan Mikroskop Elektron Pemindaian (SEM), yang menunjukkan interaksi elektrostatik dari struktur permukaan ireguler dan berserat yang mengarah pada pembentukan kompleks polielektrolit. Hasil riset menunjukkan struktur permukaan ireguler dan berserat dari bioplastik A2.
Jenis kitosan terbaik dalam produksi bioplastik κ-karagenan menggunakan metode kompleks polielektrolit (PEC) dalam penelitian ini adalah kitosan kepiting. PEC κ-karagenan-kitosan kepiting memiliki karakteristik mekanik terbaik yang meliputi ketebalan, kekuatan tarik, ketahanan air, transmisi uap air (WVT), dan laju biodegradasi, serta memiliki hasil TPC terendah pada fillet ikan nila setelah 24 jam. Penelitian ini menunjukkan potensi pemanfaatan jenis kitosan lain dengan berat molekul yang sebanding dengan kitosan kepiting, serta aplikasinya pada produk pangan lain selain fillet ikan nila.
Penulis : Prof. Ir. Mochammad Amin Alamsjah, M.Si., Ph.D.
Detail penelitian bisa dilihat di:
JURNAL ILMIAH PERIKANAN DAN KELAUTAN Volume 17 No 3 October 2025
https://scholar.unair.ac.id/en/publications/characteristics-of-different-chitosan-types-on-%CE%BA-carrageenan-poly/
