4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Edible Film

Edible film merupakan lapisan tipis berbentuk lembaran yang terbuat dari

bahan organik yang bisa dimakan, dibentuk di atas makanan yang berfungsi sebagai

penghambat transfer massa (misalnya kelembaban, oksigen, lemak dan zat pelarut)

atau sebagai carrier bahan makanan atau aditif dan untuk meningkatkan

penanganan makanan. Edible film terbuat dari senyawa hidrokoloid dan lemak, atau

kombinasi keduanya. Senyawa hidrokoloid yang dapat digunakan adalah protein

dan karbohidrat, sedangkan lemak yang dapat digunakan adalah lilin/wax, gliserol

dan asam lemak. Pati sebagai senyawa hidrokoloid, merupakan polimer yang secara

alamiah terbentuk dalam berbagai sumber botani/ nabati seperti gandum, jagung,

kentang, dan tapioka. Pati sebagai sumber alam yang dapat diperbarui tersedia

secara luas dan mudah mendapatkannya (Fama dkk., 2005).

Edible film juga memiliki sifat-sifat yang hampir mirip dengan film

kemasan sintetis seperti plastik, yaitu harus memiliki kemampuan menahan air

sehingga dapat mencegah kehilangan kelembaban produk, memiliki permeabilitas

selektif terhadap gas tertentu, mengendalikan perpindahan padatan terlarut untuk

mempertahankan warna, pigmen alami dan gizi, serta menjadi pembawa bahan

aditif seperti pewarna, pengawet dan penambah aroma yang memperbaiki mutu

bahan pangan. Adapun karakteristik edible film menurut Japan Industrial Standard

disajikan pada Tabel 1. Kelebihan dari penggunaan edible film untuk kemasan

bahan makanan adalah untuk memperpanjang umur simpan produk serta tidak

mencemari lingkungan karena edible film ini dapat dimakan bersama produk yang

dikemasnya. Selain edible film istilah lain untuk kemasan yang berasal dari bahan

5

hasil pertanian adalah biopolimer, yaitu polimer dari hasil pertanian yang

digunakan sebagai bahan baku pembuatan film kemasan tanpa dicampur dengan

polimer sintetis (plastik). Adapun karakteristik edible film menurut Japan

Industrial Standard (JIS) disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Karakteristik Edible Film Menurut Japan Industrial Standard

Parameter Nilai

Ketebalan

Kuat Tarik

Elongasi

Laju Transmisi Uap Air

Maks. 0,25 mm

Min. 0,39 MPa

<10% sangat buruk

>50% sangat bagus

Maks. 7 g/m2/hari

(Sumber: Japan Industrial Standard, 1975)

Bahan polimer diperoleh secara murni dari hasil pertanian dalam bentuk

tepung, pati atau isolat. Komponen polimer hasil pertanian adalah polisakarida

(karbohidrat), polipeptida (protein) dan lipida. Ketiga bahan tersebut mempunyai

sifat termoplastik, sehingga mempunyai potensi untuk dibentuk atau dicetak

sebagai film kemasan. Keunggulan polimer hasil pertanian adalah bahannya yang

berasal dari sumber yang terbarui (renewable) yang dapat dihancurkan secara alami

(Mindarwati, 2006).

2.2 Pati

Pati secara kimia merupakan suatu polisakarida (C6H10O5)n. Pati sukar

larut dalam air dingin tetapi dalam air panas butir-butir pati akan menyerap air dan

akhirnya membentuk pasta. Pati merupakan makanan cadangan yang terdapat

dalam bentuk butir-butir kecil atau granula yang berwarna putih, mengkilat, tidak

berbau dan tidak berasa. Ukuran dan morfologi granula pati bergantung pada jenis

tanamannya serta bentuknya dapat berupa lingkaran, elips, lonjong, polihedral atau

poligonal, bentuk yang tidak teratur (Elida, 1994).

6

Di alam umumnya pati tidak terdapat dalam bentuk murni, akan tetapi

bercampur dengan bahan kimia lain, seperti asam lemak dan senyawa phospor. Pati

dapat didefinisikan sebagai karbohidrat reaktif dengan gugus fungsional yang

tinggi, yang dapat dimodifikasi baik secara kimia, fisika maupun enzimatik untuk

kebutuhan tertentu. Pati terdiri dari dua jenis molekul polisakarida yang merupakan

polimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik. Kedua jenis polimer itu adalah amilosa

dan amilopektin yang sama-sama terdistribusi dalam granula pati dan dapat

bergabung dengan ikatan hidrogen (Murni dkk, 2013). Adapun struktur amilosa dan

amilopektin masing-masing ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2.

Gambar 1. Struktur Amilosa

(Sumber: Murni dkk., 2013)

Gambar 2. Struktur Amilopektin

(Sumber: Murni dkk., 2013)

7

Pati dapat diperoleh dari berbagai jenis tumbuhan dan biji-bijian yang

mengandung karbohidrat, amilosa dan amilopektin. Beberapa jenis tumbuhan yang

dapat dijadikan pati adalah jagung, ubi, sagu, dan salah satu jenis biji-bijian yang

dapat dijadikan pati adalah biji nangka.

2.2.1 Pati Biji Nangka

Tanaman nangka (Artocarpus heterophyllus Lamk.) merupakan salah satu

jenis tanaman buah tropis yang multifungsi dan dapat ditanam di daerah tropis

dengan ketinggian kurang dari 1.000 meter di atas permukaan laut yang berasal dari

India Selatan. Ciri-ciri buah nangka yang sudah matang yaitu memiliki duri yang

besar dan jarang, mempunyai aroma nangka yang khas walaupun dalam jarak yang

agak jauh, setelah dipetik daging buahnya berwarna kuning segar, tidak banyak

yang mengandung getah. Buah tersebut bisa dimakan langsung atau diolah menjadi

berbagai masakan (Long, 2011). Adapun gambar biji nangka dapat dilihat pada

Gambar 3.

Gambar 3. Biji Nangka

(Sumber: Long, 211)

Kedudukan taksonomi tanaman nangka menurut Long (2011) adalah

sebagai berikut :

Kingdom : Plantae

Divisi : Spermatophyta

8

Sub-divisi : Angiospermae

Kelas : Dicotyledonae

Ordo : Morales

Famili : Moraceae

Genus : Artocarpus

Spesies : Artocarpus heterophyllus Lamk

Biji nangka mempunyai bentuk bulat, panjang atau lonjong, tergantung

pada jenis/varietas nangkanya. Secara garis besar, biji nangka mempunyai tiga

lapisan kulit, kulit luar yang berwarna kuning dan agak lunak; kulit tengah yang

berwarna putih dan liat; serta kulit ari (dalam) yang berwarna cokelat dan menempel

pada daging biji (Suprapti, 2004).

Biji nangka pada umumnya kurang dimanfaatkan oleh manusia, sementara

ini pengolahan dan penggunaan tepung biji nangka masih belum banyak dikenal

oleh masyarakat dan hanya dikenal sebagai limbah nangka. Berdasarkan komposisi

kimia, biji nangka memiliki kandungan karbohidrat sebesar 70,26% dari 100 gram

bagian yang dapat dimakan (Airani, 2007). Kandungan kimia tepung biji nangka

menurut Purbasari dkk (2014) dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Komposisi Kimia Pati Biji Nangka

Sumber: Pusbasari, dkk. (2014)

Komposisi Kimia Nilai Gizi Pati Biji Nangka

Air

Protein (Gluten)

Lemak

Serat Kasar

Abu

Karbohidrat

Pati

12,09 g

3,06 g

0,35 g

2,74 g

1,39 g

84,86 g

56,21 g

9

2.3 CMC (Carboxy Methyl Cellulose)

Carboxy Methyl Cellulose (CMC) merupakan polielektrolit amoniak

turunan dari selulosa dengan perlakuan alkali dan monochloro acetic acid atau

garam natrium yang digunakan luas dalam industri pangan. CMC memiliki rumus

molekul C8H16NaO8 bersifat biodegradable, tidak berwarna, tidak berbau, tidak

beracun, berbentuk butiran atau bubuk yang larut dalam air namun tidak larut dalam

larutan organik, stabil pada rentang pH 3-10 dan mengendap pada pH kurang dari

3, serta tidak bereaksi pada senyawa organik. Contoh aplikasi CMC adalah pada

pemrosesan selai, es krim, minuman, saus, jelly, pasta, keju, dan sirup. Karena

pemanfaatannya yang luas, mudah digunakan, serta harganya yang tidak mahal,

CMC menjadi salah atu zat yang diminati (De Man, 1989).

Berdasarkan sifat dan fungsinya maka CMC dapat digunakan sebagai

bahan aditif pada produk minuman yang aman untuk dikonsumsi. CMC bersifat

stabil dalam lemak serta bersifat sebagai pengikat dan pengental. Semakin besar

konsentrasi CMC dalam sampel larutan maka akan terjadi peningkatan kekentalan

(Kamal, 2010).

2.3.1 Selulosa

Selulosa merupakan serat-serat panjang yang bersama lignin dan

hemiselulosa membentuk struktur jaringan yang memperkuat dinding sel tanaman

(Winarno, 1995). Isolasi selulosa sangat dipengaruhi oleh senyawa yang menyertai

di dalam dinding sel. Selulosa tersusun dari unit-unit glukosa yang tersambung

dengan ikatan β-1,4-glikosidik dan membentuk suatu rantai makromolekul tidak

bercabang. Setiap unit glukosa memiliki tiga gugus hidroksil (Zugenmaier, 2008).

Adapun struktur selulosa dapat dilihat pada Gambar 4.

10

Gambar 4. Struktur Selulosa

(Zugenmaier, 2008)

Gugus hidroksil tersebut memberikan peluang selulosa untuk membentuk

banyak ikatan hidrogen. Hal ini menyebabkan kekakuan dan gaya antar rantai yang

tinggi sehingga selulosa tidak larut dalam air. Pasangan-pasangan molekul selulosa

tersebut saling berikatan satu sama lain dengan ikatan hidrogen membentuk

mikrofibril yang bersifat seperti kristal sehingga mempunyai kekuatan renggang

yang tinggi (Billmeyer, 1987).

2.3 Plasticizer

Plasticizer didefinisikan sebagai bahan non volatil, bertitik didih tinggi

jika ditambahkan pada material lain dan dapat merubah sifat material tersebut.

Penambahan plasticizer dapat menurunkan kekuatan intermolekuler, meningkatkan

fleksibilitas film dan menurunkan sifat barrier film. Plasticizer ditambahkan pada

pembuatan edible film untuk mengurangi kerapuhan meningkatkan fleksibilitas dan

ketahanan film (Murni dkk, 2013).

Penambahan gliserol pada edible film sangat berpengaruh terhadap bahan

baku yang digunakan seperti pati. Dibandingkan pelarut seperti sorbitol, Gliserol

lebih menguntungkan karena mudah tercampur dalam larutan film dan terlarut

dalam air (hidrofilik). Sedangkan sorbitol sulit bercampur dan mudah mengkristal

pada suhu ruang. Kelebihan lainnya pada gliserol adalah bahan organik dengan

berat molekul rendah sehingga pada penambahan bahan baku dapat menurunkan

11

kekakuan dari polimer sekaligus meningkatkan fleksibilitas pada edible film

(Coniwanti, 2014). Adapun struktur gliserol dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Struktur Gliserol

(Sumber: Coniwanti, 2014)

Plasticizer menurunkan gaya inter molekuler dan meningkatkan mobilitas

ikatan polimer sehingga dapat memperbaiki fleksibilitas dan extensibilitas film.

Ketika gliserol menyatu, terjadi beberapa modifikasi struktural di dalam jaringan

pati, matriks film menjadi lebih sedikit rapat dan di bawah tekanan, bergeraknya

rantai polimer dimudahkan, meningkatkan fleksibilitas film (Alvest et al., 2007).

2.4 Pengujian Karakteristik Edible Film

2.4.1 Uji Kuat Tarik

Pengukuran kuat tarik untuk mengetahui besarnya gaya yang dicapai untuk

mencapai tarikan maksimum pada setiap satuan luas area film untuk merenggang

atau memanjang (Purwanti, 2010). Adapun ilustrasi mekanisme analisa kuat tarik

pada edible film ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Ilustrasi Uji Kuat Tarik

(Sumber: Purwanti, 2010)

12

2.4.2 Persentase Pemanjangan (Elongation)

Kuat tarik selain dipengaruhi oleh tegangan (stress) juga dipengaruhi oleh

regangan atau pemanjangan (strain). Regangan didefinisikan sebagai rasio antara

perubahan pemanjangan dengan panjang awal dari bahan yang mengalami

perubahan bentuk. Jika suatu bahan dikenakan gaya tarikan dengan kecepatan

tetap, semula kenaikan tegangan yang diterima bahan berbanding lurus dengan

perpanjangan spesimen sampai dengan titik elastis bilamana tegangan dilepaskan

maka hanya sebagian yang akan kembali ke keadaan aslinya dan menjadi bentuk

permanen, tetapi jika tegangan dinaikan sedikit saja akan terjadi perpanjangan

yang besar (Purwanti, 2010).

2.4.3 Ketebalan Edible Film

Analisis ketebalan juga sangat mempengaruhi sifat fisik dan mekanik edible

film, seperti tensile strength, elongation dan water vapor transmission rate

(WVTR). Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi ketebalan edible film antara

lain konsentrasi padatan terlarut pada larutan pembentuk film dan ukuran pelat

pencetak. Semakin tinggi konsentrasi padatan terlarut, maka ketebalan film akan

meningkat (McHugh dan Krochta, 1994).

2.4.4 Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM terdiri dari sebuah senapan elektron yang dapat memproduksi berkas

elektron pada tegangan dipercepat sebesar 2 – 30 kV. Berkas elektron tersebut

dilewatkan pada beberapa lensa elektromagnetik untuk menghasilkan gambar

berukuran <~10nm pada sampel yang ditampilkan dalam bentuk film fotografi atau

kedalam tabung layar. Adapun diagram skematik dan cara kerja SEM ditunjukkan pada

Gambar 7.

13

Gambar 7. Diagram Skematik dan Cara Kerja SEM

(Sumber : Anggraeni, 2008)

SEM lebih baik digunakan dalam situasi yang membutuhkan pengamatan

permukaan kasar dengan pembesaran berkisar antara 20 kali sampai 500.000 kali.

Sebelum melalui lensa elektromagnetik terakhir scanning raster mendeflesikan

berkas elektron untuk men-scan permukaan sampel. Hasil scan ini tersinkronisasi

dengan tabung sinar katoda dan gambar sampel akan tampak pada area yang di-

scan. Tingkat kontras yang tampak pada tabung sinar katoda timbul karena hasil

refleksi yang berbeda-beda dari sampel. Sewaktu berkas elektron menumbuk

permukaan sampel sejumlah elektron direfleksikan sebagai backscattered electron

(BSE) dan yang lain membebaskan energi rendah secondary electron (SE). Emisi

radiasi elektromagnetik dari sampel timbul pada panjang gelombang yang

bervariasi tapi pada dasarnya panjang gelombang yang lebih menarik untuk

digunakan adalah daerah panjang gelombang cahaya tampak

(cathodoluminescence) dan sinar-X (Anggraeni, 2008).

14

2.4.5 Uji Kelarutan

Uji kelarutan diadakan untuk mengetahui adanya ikatan dalam polimer

serta tingkatan atau keteraturan ikatan dalam polimer yang ditentukan melalui

presentase penambahan berat polimer setelah mengalami penggembungan. Proses

difusinya antara molekul pelarut dan polimer akan menghasilkan gel yang

menggembung. Sifat ketahanan edible film terhadap air ditentukan dengan uji

swelling, yaitu presentase penggembungan film oleh adanya air (Ummah, 2013).

2.4.6 Laju Transmisi Uap Air

Laju transmisi uap air (Water Vapor Transmission Rate/WVTR) adalah

jumlah molekul uap air yang melalui suatu permukaan persatuan luas atau slope

jumlah uap air dibagi luas area. Edible film yang terbuat dari bahan dasar

polisakarida umumnya sifat barrier terhadap uap airnya rendah. Film hidrofilik

biasanya menunjukkan hubungan-hubungan positif antara ketebalan dan

permeabilitas uap air. Nilai laju transmisi uap air suatu bahan dapat dipengaruhi

oleh struktur bahan pembentuk dan konsentrasi plasticizer (Liu and Han, 2005).

Laju transmisi uap air suatu bahan dipengaruhi oleh sifat kimia dan

struktur bahan pembentuk, konsentrasi plasticizer dan kondisi lingkungan seperti

kelembaban dan temperatur. Migrasi uap air biasanya terjadi pada bagian film yang

hidrofilik. Rasio antara bagian yang hidrofilik dan hidrofobik komponen film akan

mempengaruhi nilai laju transmisi uap air film tersebut. Semakin besar

hidrofobisitas film, maka nilai laju transmisi uap air film tersebut akan semakin

menurun. Sehingga dapat disimpulkan juga, semakin besar hidrofilisitas film, maka

nilai laju transmisi uap air film tersebut akan semakin naik (Bergo dan Sobral 2007).

15

2.4.7 Uji Biodegradabilitas

Uji biodegradabilitas dilakukan untuk mengetahui apakah suatu bahan dapat

terdegradasi dengan baik dilingkungan. Proses biodegradabilitas terjadi karena

adanya hidrolisis (degradasi kimiawi), bakteri/jamur, enzim (degradasi enzimatik),

oleh angin dan abrasi (degradasi mekanik), cahaya (fotodegradasi). Proses ini juga

dapat dilakukan melalui proses secara anaerobik dan aerobik (Ummah, 2013).

Sampel berupa film bioplastik ditanamkan didalam tanah yang

ditempatkan dalam pot dengan asumsi komposisi tanah sama. Biodegradasi adalah

perubahan senyawa kimia menjadi komponen yang lebih sederhana dengan bantuan

mikroorganisme. Saat degradasi, film plastik akan mengalami proses penghancuran

alami. Beberapa faktor yang mempengaruhi tingkat biodegradabilitas kemasan

setelah kontak dengan mikroorganisme, yakni sifat hidrofobik, bahan aditif, proses

produksi, struktur polimer, morfologi dan berat molekul bahan kemasan (Ummah,

2013). Adapun ilustrasi mekanisme proses degradasi plastik ditunjukkan pada

Gambar 8.

Gambar 8. Proses Mekanisme Degradasi Plastik

(Sumber: Pudjiastuti, 2012)

Erosi

permukaan Enzim-enzim

ekstraseluler

Senyawa

intermediate larut air

Degradasi pendek

senyawa intermediate

larut ke dalam medium

Asimilasi senyawa

intermediate ke

dalam sel

CO2, H2O, CH4 Produk metabolik lainnya

Ekskresi dari enzim-

enzimekstraseluler

Enzim melekat pada

permukaan dan

merombak rantai

polimer

16

Degradasi polimer dapat disebabkan oleh beberapa factor seperti sinar

matahari, panas,umur dan factor alam. Oleh sebab itu dalam proses pembuatannya

polimer ditambahkan berbagai aditif guna mengatasi proses degradasi oleh berbagai

factor tersebut. Hasil dari mekanisme proses degradasi plastik akan dihasilkan gas

CO2, H2O dan CH4 (Pudjiastuti, 2012).

2.4.8 Transparansi Edible Film

Kejernihan merupakan salah satu faktor penting dalam menentukan

kualitas edible film. Edible film yang tidak jernih jika diaplikasikan pada produk

maka akan mengubah warna asli dari produk yang dilapisi. Nilai transparansi yang

menurun menunjukkan bahwa derajat suatu kejernihan film meningkat. (Al-Hasan

dan Norziah, 2012).

2.5 Ekstraksi Pati

Ektraksi pati dari biji nangka dapat dilakukan dengan cara basah maupun

kering dengan menjadikannya tepung. Ekstraksi dengan cara basah akan diperoleh

pati murni, sedangkan ekstraksi dengan cara kering akan diperoleh tepung biji

nangka. Biji nangka banyak yang terbuang atau menjadi limbah, karena hanya

daging buah nangka saja yang dikonsumsi masyarakat, tetapi ternyata biji nangka

memiliki kandungan nutrisi yang cukup tinggi. Kandungan nutrisi biji nangka

meliputi karbohidrat 36,7%, protein 4,2% dan lemak 0,1%. Hal ini yang menjadi

nilai yang cukup potensial bagi biji nangka untuk dapat dimanfaatkan (Rizal, dkk,

2013).