PENGEMBANGAN BIONANOKOMPOSIT BERBAHAN PATI BENGKUANG DENGAN PENGUAT CELLULOSE NANOFIBERS (CNF) DAUN NANAS UNTUK PEMBUATAN BIOPLASTIK
PADA APLIKASI KEMASAN MAKANAN
Dalam penelitian ini, isolasi dan karakterisasi nanoselulosa dari serat daun nanas, serta pembuatan film pati dan bionanokomposit telah dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah pembuatan bionanokomposit film pati bengkuang dengan penguat nanoselulosa daun nanas sebagai alternatif pengganti plastik sintetis. Tahapan pertama mendapatkan nanoselulosa dari daun nanas dan tahapan kedua pembuatan bionanokomposit film. Metode yang digunakan untuk mendapatkan nanoselulosa dengan perlakuan kimia dan mekanik. Perlakuan kimia yang dilakukan adalah proses alkalisasi, pemutihan, dan hidrolisis asam yang bertujuan untuk menghilangkan komponen amorf pada serat dan mendapatkan selulosa murni. Setelah itu, dilanjutkan dengan perlakuan mekanik yaitu high-shear homogenization dan ultrasonikasi untuk mendapatkan nanoselulosa. Efek penambahan nanoselulosa pada sifat-sifat film pati bengkuang dan bionanokomposit diteliti. Metode yang digunakan dalam pembuatan bionanokomposit film adalah solution casting. Pati bengkuang, gliserol, dan aquades ditambahkan dengan konsentrasi 0,5; 0,1; 1,5; dan 2% berat kering nanoselulosa terhadap berat kering pati. Gel yang dibuat dari campuran ini mendapatkan perlakuan ultrasonikasi menggunakan ultrasonic probe (600W) selama 5 menit kemudian dicetak dalam cawan petri. Penambahan nanoselulosa menunjukkan efek yang signifikan (p ≤ 0,05) terhadap sifat film pati dan bionanokomposit. Hal ini dikarenakan proses ultrasonikasi dapat mendistribusikan nanoselulosa secara homogen ke seluruh matriks pati.
Perubahan morfologis pada serat daun nanas sebelum dan setelah perlakuan diamati dengan menggunakan scanning electron microscopy (SEM). Pengamatan SEM menunjukkan bahwa serat daun nanas setelah proses high-shear homogenization berdiameter 1-10 mm. Hasil analisis ukuran partikel dengan particle size analysis (PSA) menunjukkan bahwa nanoselulosa dari hasil ultrasonikasi memiliki diameter rata-rata 68 nm. Indeks kristalinitas ditentukan oleh X-ray diffraction (XRD) dengan nilai tertinggi setelah proses hidrolisis asam sebesar 83%, tetapi setelah 60 menit proses ultrasonikasi nilai indeks kristalinitas mengalami penurunan menjadi 62%. Sementara itu, pengujian fourier transform infrared (FTIR) menunjukkan tidak ada perubahan struktur kimia setelah hidrolisis asam. Hasil analisis termal menggunakan metode thermogravimetric analysis (TGA) menunjukkan bahwa suhu degradasi nanoselulosa yang lebih tinggi menunjukkan stabilitas termal yang lebih baik dibandingkan serat daun nanas tanpa perlakuan. Hasil ini menunjukkan bahwa residu serat daun nanas dapat menjadi sumber nanoselulosa yang bernilai komersial sebagai penguat dalam bionanokomposit film pati. Penambahan 2% berat kering nanoselulosa dalam film pati menghasilkan kekuatan tarik maksimum 9,8±0,8 MPa, nilai tersebut 160% lebih tinggi dibandingkan dengan film tanpa penambahan nanoselulosa. Penambahan nanoselulosa tertinggi menghasilkan serapan air, permeabilitas uap air terendah, dan ketahanan termal tertinggi dari film bionanokomposit. Sifat-sifat bionanokomposit dalam penelitian ini menunjukkan potensi terhadap bahan baku terbarukan ini untuk aplikasi kemasan makanan sekali pakai.
Kata kunci: Serat daun nanas, nanoselulosa, pati bengkuang, bionanokomposi
