Latar Belakang
Styrofoam merupakan salah satu jenis kemasan makanan yang banyak ditemukan di sekitar kita. Penggunaan styrofoam hanya digunakan sekali pakai dan dibuang. Pembuangan styrofoam menimbulkan penumpukan sampah yang tidak bisa terdegradasi serta memiliki dampak negatif yaitu menimbulkan kerusakan lingkungan yang terjadi di atas muka bumi. Salah satu cara untuk mengurangi penggunaan styrofoam adalah memakai kemasan makanan yang ramah lingkungan seperti biodegradable foam atau biofoam yang mudah terurai dalam tanah. Salah satu alternatif untuk mengganti penggunaan polimer sintesis adalah menggunakan polimer alam seperti kitosan dan pati.
Kulit jagung memiliki kandungan serat selulosa yang tinggi dan berkomposisi kimia 15% lignin; 5,09% abu ; 4,57% alkohol-sikloheksana; dan 44,08% selulosa, 70-80% . Jagung yang banyak diproduksi di Indonesia adalah flint corn atau biasa disebut dengan jagung mutiara. Oleh karena itu, bahan yang digunakan dalam pembuatan biofoam menggunakan jenis jagung lokal Indonesia yaitu jagung mutiara.
Tinjauan Pustaka
Styrofoam
Styrofoam merupakan material dari polystyrene yang termasuk dalam golongan plastik dan bagian dari monomer. Penggunaan styrofoam sebagai kemasan makanan yang tidak tepat karena dapat menimbulkan risiko penyakit.
Jagung
Tanaman jagung termasuk dalam famili graminae (rumput-rumputan) dari subfamili mydaeae. Biji jagung mutiara memiliki bentuk bulat licin, keras, dan mengkilap. Pati terletak di bagian atas biji.
Pati
Pati merupakan salah satu polimer alami yang tersusun dari amilopektin (struktur bercabang) dan amilosa (struktur lurus). Pati berasal dari ekstraksi tanaman yang berkarbohidrat tinggi seperti ubi jalar, sagu, gandum, jagung, dan singkong.
Molekul glukosa yang berikatan α-(1,4)-D-Glukosa merupakan rantai lurus penyusun amilosa. Amilopektin merupakan molekul hasil polimerasi dari unit-unit glukosa anhidrous dengan ikatan α-1,4 dan α-1,6 pada setiap 20-26 unit monomer. Amilopektin membentuk kristal tetapi tidak sereaktif kristal milik amilosa yang disebabkan adanya rantai cabang yang menghalangi amilopektin untuk membentuk kristal.
Biofoam
Biodegradable foam atau biofoam merupakan bahan kemasan alami yang dimaksudkan sebagai pengganti styrofoam. Faktor yang mempengaruhi karakteristik dan kondisi fungsional biofoam antara lain komposisi dari bahan baku, sumber pati, dan proses pembuatan. Karakteristik Biofoam: Ketahanan air, Kuat tarik, Ketebalan, dan Tingkat Biodegradasi.
Tabel standar Biofoam:
| Karakteristik | Nilai |
| Daya Serap Air | 26,12% |
| Kuat tarik | 29,16 Mpa |
| Kuat Tekan | 1,3-1,39 Mpa |
| Tingkat Biodegradasi | 6-9 bulan |
Fourier Transform Infrared (FTIR)
FTIR atau Fourier Transform InfraRed merupakan metode spektroskopi yang menggunakan radiasi inframerah. Radiasi inframerah dilewatkan melalui sampel pada spektroskopi inframerah. Spektroskopi FTIR dapat digunakan untuk menganalisis gugus fungsi dari senyawa dengan kemampuan analisis lebih baik daripada sistem inframerah (IR) konvensional. Pengujian dengan FTIR, apabila menghasilkan gugus fungsi O-H maka mengindikasikan styrofoam yang disintesis memiliki kemampuan degradabilitas. Hal ini dikarenakan gugus fungsi O-H dapat menyerap air sehingga mempengaruhi sifat degredasi dari biofoam.
Alat & Bahan
Alat:
-Panci tekan
-Oven listrik
-Neraca analitik
-Gelas ukur
-Gelas kimia
-Saringan
–Fourier Transform Infrared (FTIR)
–Mechanical universal testing machine
Bahan:
-Kulit jagung
-NaOH 10%
-Pati tapioka
-Magnesium stearat 5%
-Polivinil alkohol (PVA) 10%
-Aquades
Langkah Kerja
Ekstraksi Selulosa Kulit Jagung
Pembuatan Biofoam
Uji Daya Serap
Uji Kuat Tarik
Uji Gugus Fungsi
Uji Tingkat Biodegradasi
Hasil & Pembahasan
Ekstraksi Selulosa Kulit Jagung
Kulit jagung dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 121°C selama 15 menit. Pulp kulit jagung dipanaskan menggunakan oven dengan suhu 50°C selama 10 jam. Kulit jagung dibilas dan tekstur dari kulit jagung berubah seperti pulp. Pulp kulit jagung yang kering bertekstur seperti serbuk yang kasar. Serat ini kemudian diblender dan disaring dengan saringan. Hasil yang diproduksi padatan menyerupai serbuk yang berwarna kuning kecoklatan.
Kulit jagung sebanyak 1 kg dipotong kecil-kecil dan dipanaskan dengan panci tekan selama 12 jam. Hal ini bertujuan untuk menghilangkan kotoran pada kulit jagung. Kulit jagung yang semula berwarna hijau setelah mengalami proses pemanasan berubah menjadi warna kuning pucat. Kulit jagung ditambahkan dengan larutan NaOH 10%(delignifikasi) dan membuat warna pada kulit jagung berubah menjadi coklat.
Proses ini menyebabkan sejumlah lignin akan dilarutkan dengan perusakan terhadap struktur lignin sehingga membuat pelepasan senyawa karbohidrat. Langkah ini bertujuan untuk mengkonversi lignoselulosa menjadi senyawa gula (Mardina dkk., 2013). Delignifikasi ditandai dengan adanya perubahan warna menjadi coklat dan menjadi pulp yang disebabkan oleh putusnya ikatan eter dalam molekul lignin yang ada pada larutan NaOH (Etikaningrum, 2017).
Pembuatan Biofoam
Berat adonan biofoam yang akan dibuat adalah 100 gram yang terdiri dari 60% bahan padat dan 40% cair. Berat bahan padat (60%) terdiri dari 85% tapioka (51 gram), 10% PVA (6 gram), dan 5% Mg Strearat (3 gram). Sedangkan 40% terdiri dari aquades sebanyak 40 ml.
Penambahan polimer sintetik berupa PVA ini dikarenakan PVA berkompatibilitas yang tinggi dengan polimer alami seperti pati sehingga mempermudah pembuatan kemasan yang ramah lingkungan dan meningkatkan karakteristik biokomposit dari produk. Pencampuran pati dengan PVA menghasilkan komposit yang sinergis dan kuat dengan adanya gugus hidroksil antara pati dan PVA yang nantinya akan membentuk ikatan hidrogen (Iriani, 2013).
Biofoam dibuat dengan 4 macam yaitu dengan campuran kulit jagung (0, 3, 5, dan 7%). Pembuatan biofoam dilakukan dengan cara mencampurkan semua bahan dan diaduk hingga kalis. Adonan biofoam kemudian dicetak di atas wadah dan dipanaskan dalam oven dengan suhu 120oC selama 1 jam.
Uji Daya Serap Air
Daya serap air adalah banyaknya air yang mampu diserap oleh biofoam pada saat dicelupkan ke dalam air dalam suatu waktu yang telah ditentukan. Uji daya serap air merupakan pengukuran daya serap air dengan cara memperbandingkan hasil presentase antara massa basah dan massa kering. Faktor yang mempengaruhi daya serap air terhadap suatu material adalah waktu hancur. Semakin besar penyerapan air yang dilakukan oleh material maka semakin cepat material akan hancur (Nanda & Balfas, 2020)
Biofoam tanpa campuran kulit jagung pada saat direndam pada air terjadi peluruhan permukaan luar biofoam dan meningkatkan berat biofoam karena penyerapan air yang besar. Biofoam yang dibuat dengan bahan berbasis pati memiliki sifat yang rentan terhadap air karena bersifat higroskopis yang menyebabkan adanya penyerangan ikatan hidrogen pati dilakukan oleh molekul air.
Nilai presentase daya serap air yang kecil menunjukkan bahwa material tersebut menyerap air lebih sedikit. Penambahan serat dapat meningkatkan kristalinitas produk biofoam.
Uji Kuat Tarik
Penambahan konsentrasi kulit jagung yang besar membuat nilai kuat tarik biofoam mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan penambahan serat dalam jumlah besar dapat menyebabkan turunnya kompatibilitas antara pati, serat, dan PVA. penambahan serat yang banyak juga menyebabkan biofoam mudah patah karena tidak memiliki rongga-rongga yang cukup dan adanya penurunan dari kemampuan ekspansi biofoam.
Kemampuan material dalam menahan beban tarikan maksimum yang diberikan terhadap material hingga material dapat bertahan sebelum putus atau sobek. Tujuan dari uji tarik untuk mengetahui besaran gaya dalam mencapai tarikan maksimum pada setiap luas area material biodegradable. Sifat kuat tarik dipengaruhi oleh konsentrasi dan bahan penyusun film terutama sifat kohesi struktural material.
Uji Kuat Tekan
Uji kuat tekan biofoam dari kulit jagung didapatkan hasil yaitu sebesar 3,55 Mpa. Hasil tersebut telah memenuhi standar kuat tekan styrofoam komersial, dimana styrofoam komersial ini memiliki standar kuat tekan sebesar 1,3 – 1,39 Mpa. Tujuan uji kuat tekan untuk mengetahui kekuatan biofoam dalam melindungi produk yang dikemas dalam biofoam.
Biofoam yang bernilai kuat tekan tinggi diharapkan dapat menjadi kemasan yang ramah lingkungan dengan sifat yang tidak mudah rusak dan patah, serta mampu bertahan untuk menjaga bentuk kemasan. Uji kuat tekan pada biofoam kulit jagung mempunyai nilai tinggi karena adanya penambahan PVA. PVA dapat mencegah penurunan nilai kekuatan tekan biofoam. Pati dan PVA memiliki gugus hidroksi yang dapat saling berinteraksi melalui ikatan hidrogen sehingga dapat memperkuat struktur yang lemah dari pati dan meningkatkan ketahanan produk.
Uji Gugus Fungsi
Uji fungsi didapatkan hasil bahwa gugus fungsi yang terkandung di dalam biofoam sebelum dan sesudah didegradasi di dalam tanah menunjukkan tidak terdapat perbedaan gugus fungsi. Tujuan uji gugus fungsi untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang terkandung di dalam biofoam sebelum dan sesudah didegradasi di dalam tanah oleh mikroorganisme.
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan alat FTIR. Apabila pengujian FTIR menghasilkan gugus fungsi O-H maka mengindikasikan styrofoam yang disintesis memiliki kemampuan degradabilitas. Hal ini dikarenakan gugus fungsi O-H dapat menyerap air sehingga mempengaruhi sifat degradasi dari biofoam.
Tingkat Biodegradasi
Biodegradasi merupakan suatu proses penguraian yang dilakukan oleh mikroorganisme yang terdapat di dalam tanah. Uji ini bertujuan untuk mengetahui besarnya sampel biofoam yang akan diuraikan oleh mikroorganisme dalam tanah. Penambahan kulit jagung pada pembuatan biofoam berpengaruh dalam sifat terurainya material dalam tanah. Semakin banyak konsentrasi kulit jagung yang ditambahkan tidak membuat biofoam semakin cepat terdegradasi dalam tanah. Berdasarkan European Union Standard (EN 13432) tentang biodegradasi, waktu maksimal yang diperlukan untuk material dapat terdekomposisi dalam tanah adalah 6 sampai 9 bulan.
Simpulan
Biodegradable foam atau biofoam merupakan bahan kemasan alami yang dimaksudkan sebagai pengganti styrofoam. Biofoam terbuat dari bahan alami sehingga membuat biofoam lebih mudah terurai secara alami dalam tanah. Faktor yang mempengaruhi karakteristik dan kondisi fungsional biofoam antara lain komposisi dari bahan baku, sumber pati, dan proses pembuatan. Biofoam kulit jagung mengandung gugus fungsi O-H yang dapat menyerap air sehingga mempengaruhi sifat degradasi dari biofoam.
