Tugas Biopolimer FIX

1. PendahuluanPenggunaan bahan bakar fossil untuk memenuhi kebutuhan energi kehidupan manusia pada saat sekarang ini perlahan-lahan mulai dihindari. Tidak hanya karena jumlahnya yang semakin berkurang, tetapi emisi yang ditimbulkan sebagai hasil pembakarannya dapat mencemari lingkungan. Untuk itu sudah banyak penelitian yang dilakukan untuk mencari sumber energi baru yang jumlahnya melimpah, keberadaannya mudah dijaga secara kesinambungan, serta tidak mencemari lingkungan. Pada tahun 2014 di Eropa telah diadakan European Geosciences Union (EGU), suatu konferensi dunia yang bertujuan untuk mencari sumber-sumber bahan alternatif yang mampu menjadi bahan terbaharukan atau renewable (Juhlin, 2014). Biomassa menjadi sumber energi utama tepatnya sejak masa revolusi industri pada pertengahan abad ke-19. Bahan biomassa seperti jenis limbah-limbah pertanian menjadi fokus utama, dimana limbah dapat diproses kembali untuk menghasilkan energi yang ramah lingkungan atau lebih dikenal dengan waste to energy (limbah dikonversi menjadi energi).

Pada limbah pertanian dimana terdapat kandungan bahan-bahan seperti pati, gula, selulosa, hemiselulosa dan lignin yang mampu dikonversi menjadi sumber energi terbarukan misalnya biofuels, bioetanol dan produksi bioplastik. Plastik yang fungsinya untuk kemasan yang dibuat dari bahan bakar fossil tidak dapat didegradasi oleh alam. Kalaupun mampu didegradasi tetapi membutuhkan waktu yang sangat lama untuk bisa terurai. Oleh karena itu supaya bisa dikurangi, limbah plastik biasanya dibakar atau ditimbun begitu saja. Padahal jika dibakar bisa menghasilkan gas dioxin yang sangat beracun, dapat mengganggu pernafasan dan dapat memicu kanker. Hal ini mampu menjadi salah satu penyebab pemanasan global karena meningkatkan gas rumah kaca.International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) mendefinisikan plasticizer sebagai suatu bahan yang mampu bergabung dengan bahan lain, untuk meningkatkan elastisitas bahan, polaritas, ikatan hidrogen, konstanta dielektrik maupun kelarutan bahan campuran. Plasticizer dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu primer dan sekunder. Plasticizer yang mampu melarutkan polimer dengan konsentrasi tinggi disebut primer. Sedangkan sekunder, campuran memiliki kemampuan gelatinisasi atau perekatan yang rendah serta terbatas.

2. BiopolimerBiopolimer adalah polimer yang terdiri dari unit monomer yang berikatan kovalen, membentuk rantai seperti molekul. Awalan bio menunjukkan bahwa biopolimer termasuk biodegradasi. Dengan demikian, biopolimer memiliki kemampuan akan terdegradasi atau rusak melalui aktivitas organisme alami sehingga menghasilkan produk berupa senyawa organik seperti CO2 dan H2O yang aman terhadap lingkungan (Liu, et al., 2005; Muratore et al., 2005).

Bahan baku polimer selama ini berasal dari bahan yang tidak mudah didegradasi serta dari sumber yang terbatas. Oleh karena itu sumber bahan baku alternatif harus dicari untuk menangani permasalahan ini. Jenis biopolimer dari bahan yang mampu didegradasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut (Vieira, 2010):

a. Polimer dari biomassa

- Dari limbah pertanian yang mengandung polisakarida atau pati (gandum, kentang dan jagung), mengandung lignoselulosa (kayu dan jerami) dan kandungan bahan yang lain seperti pektin, kitosan dan gum

- Dari hewan yang mengandung protein dan lemak (ang casein, whey, kolagen dan gelatin)- Dari tumbuhan (protein jagung atau zein, kacang kedelai dan gluten)b. Polimer yang diproduksi oleh mikroorganisme (polyhydroxyalkanoat/ PHA,

polyhydroxybutirat/ PHB dan polyhydroxyvalerat/ PHBv)

c. Polimer sintetis dari monomer gula yang terkandung di dalam limbah pertanian (poly lactic

acid/ PLA)

d. Polimer dan monomer sintetis kimia dari sumber fosil (polycaprolactones/ PCL,

polyesteramides/ PEA, aliphatic co-polyesters/ PBSA dan aromatik co-polyesters (PBAT)

Menurut laporan Pranamuda H (2009) dalam penelitiannya, menyatakan bahwa saat ini polimer plastik biodegradabel yang telah diproduksi adalah kebanyakan dari polimer jenis poliester alifatik. Penjelasan mengenai macam-macam bioplastik adalah sebagai berikut:

a. Poli (-kaprolakton) (PCL) merupakan polimer hasil sintesa kimia dari minyak bumi. PCL mempunyai sifat biodegradabilitas yang tinggi, dapat dihidrolisa oleh enzim lipase dan esterase yang tersebar luas pada tanaman, hewan dan mikroorganisme. Namun titik lelehnya yang rendah, Tm = 60oC. (Awaliyyah RF, 2008; Pranamuda H, 2009).

Gambar 1. Poli (-kaprolakton) (PCL)b. PHA (poli hidroksi alkanoat) adalah material cadangan mikroba, sehingga diharapkan mudah termetabolisasi oleh mikroorganisme denitrifikasi. Salah satu faktor yang mempengaruhi proses denitrifikasi jenis ini adalah kristalinitas polimer. PHA yang bersifat amorf lebih mudah terdegradasi daripada PHA yang bersifat kristalin. PHA bentuk amorf berada dalam tubuh bakteri (intraseluler), sedangkan produk PHA yang telah diekstraksi (ekstraseluler) berbentuk kristalin (Yan dkk, 2009; Coats dkk, 2007; Rahayu D, 2007).

Gambar 2. Polidiroksialkanoatc. Poli (-hidroksi butirat) (PHB) merupakan poliester yang diproduksi sebagai cadangan makanan oleh mikroorganisme seperti Alcaligenes (Ralstonia) eutrophus, Bacillus megaterium dsb. PHB mempunyai titik leleh yang tinggi (Tm = 180oC), tetapi karena kristalinitasnya yang tinggi menyebabkan sifat mekanik dari PHB kurang baik (Ping KC, 2006).

Gambar 3. Poli (-hidroksi butirat) (PHB)d. Poli (butilena suksinat) (PBS): PBS mempunyai titik leleh yang setara dengan plastik konvensional polietilen, yaitu Tm =113oC.

Gambar 4. Poli (butilena suksinat)e. Poli asam laktat (PLA) : PLA merupakan poliester yang dapat diproduksi menggunakan bahan baku sumberdaya alam terbarui seperti pati dan selulosa melaui fermentasi asam laktat. PLA mempunyai titik leleh yang tinggi sekitar 175oC, dan dapat dibuat menjadi lembaran film yang transparan (Pranamuda H, 2009).

Gambar 5. Poli Asam Laktat (PLA)Inovasi terbaru dari bahan polimer yang mampu didegradasi dapat diaplikasikan sebagai bahan campuran untuk kemasan produk makanan, kemasan peralatan medis, kosmetik dan farmasi. Biopolimer ditambahkan dengan nanofillers seperti MMT (Montmorillonite), perak, dan ZnO sehingga membuka potensi baru untuk membuat bahan bio-nano komposit baru dan inovatif dengan meningkatkan sifat dan kinerja dari biopolimer. Kriteria bahan alami yang dapat dijadikan sebagai sumber bahan baku seperti biaya, ketersediaan, kandungan bahan, fleksibel, kualitas penampilan luar baik, kandungan bahan-bahan yang harus dibatasi (uap air, O2 dan permeabilitas CO2), tidak larut air dan kriteria lainnya. Untuk meningkatkan kualitas biopolimer adalah melalui konsep nanocomposite (Othman, 2014). Bio- nanocomposite terdiri dari multifase proses yaitu fase kontinyu dan fase diskontinyu nanodimensional (nanofilter