PEMANFAATAN LIMBAH KULIT UDANG SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN MEMBRAN ULTRAFILTRASI

Indonesia merupakan Negara yang terkenal dengan hasil lautnya yang melimpah. Namun sayang, di Indonesia masakan laut dan peng- olahan hasil laut dari Cructaceae belum dapat optimal. Pada umum- nya sebagian besar pengolahan hasil laut dari Cructaceae hanya diguna- kan sebagai bahan campuran pem- buatan krupuk, terasi atau makanan ternak, di mana harga jual ketiga produk olahan tersebut tidak se- tinggi  harga  chitosan.  Salah  satu iklan di internet menyebutkan harga 50 gram chitosan ± $ 23 US. Belum dimanfaatkannya  limbah  pengolahan udang dan kepiting sebagai sum- ber chitosan boleh jadi disebabkan karena belum dikenalnya industri chitosan secara umum atau karena tidak ada publikasi yang memuat proses yang dikerjakan secara seder- hana di Indonesia.

Chitosan (2-amino-2-deoksi- D-glukopiranosa) adalah senyawa tu- runan dari chitin (N-asetil-2-amino-2-deoksi-D-glukopiranosa) yang ter- deasetilasi pada gugus nitrogennya (Anonim, 1998). Chitin dan chitosan merupakan polimer linier. Deaseti- lasi yang terjadi pada chitin hampir tidak pernah selesai sehingga dalam chitosan   masih   ada   gugus   asetil yang terikat pada beberapa gugus N.

Seperti selulosa dan chitin, chitosan merupakan polimer alami- ah yang sangat melimpah keberada- annya di alam. Namun hal tersebut menunjukkan keterbatasannya da- lam hal reaktivitas. Oleh karena itu, chitosan dapat digunakan sebagai sumber material alami, sebab chito- san sebagai polimer alami mempu- nyai karakteristik yang baik, seperti dapat terbiodegradasi, tak beracun, dapat mengadsorpsi, dan lain-lain.

Chitosan memiliki beberapa manfaat bagi manusia, sehingga me rupakan bahan perdagangan yang memiliki nilai ekonomi yang tinggi. Manfaat chitosan antara lain adalah : (1) dalam bidang pertanian, chitosan menawarkan alternatif alami dalam penggunaan bahan kimia yang terkadang berbahaya bagi lingkungan dan manusia. Chitosan membuat mekanisme pertahanan pada tumbuhan (seperti vaksin bagi manusia), menstimulasi pertumbuhan dan merangsang enzim tertentu (sintesa fitoaleksin,chitinase,pectinnase,glucanase dan lignin). Pengontrol organik baru ini menawarkan pendekatan sebagai alat biokontrol; (2) dalam bidang pengolahan air, chitosan dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan membran ultrafiltrasi; (3) dalam bidang makanan, chitosan sudah banyak di- gunakan dalam komposisi makanan di  Jepang, Eropa  dan Amerika Serikat, sebagai perangkap lemak yang merupakan terobosan dalam bidang diet; dan  (5) dalam  bidang kesehatan, chitosan digunakan untuk bakteriostatik, immunologi, anti tu- mor,  cicatrizant,  homeostatic  dan anti koagulan, obat salep untuk luka, ilmu pengobatan mata, ortopedi dan penyembuhan jahitan akibat pem- bedahan.

Membran ultrafiltrasi yang sering       digunakan       dalam  proses pengolahan air adalah membran ter- buat dari selulosa asetat, polisulfon dan poliakrilonitril, yang harganya cukup mahal.  Oleh karena itu diperlukan suatu bahan baku alternatif yang relatif mudah dan  murah de- ngan memanfaatkan limbah lain se- bagai membran.

Dalam penelitian ini, mem- bran dibuat dari chitosan yang dilarutkan dalam asam asetat dengan beberapa variasi komposisi tertentu dari chitosan dan pelarutnya.

B. METODE PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan untuk mencari alternatif baru dalam proses pengolahan air bersih dengan memanfaatkan limbah industri pengepakan udang sebagai membrannya.

1. Persiapan Sampel

Dalam penelitian ini memanfaatkan chitosan dari penelitian Wi- darta (2004) dengan derajat deaseti- lasi 79,32%. Nilai derajat deasetilasi sudah memenuhi  standard,  yaitu  > 70% sehingga chitosan bisa digunakan.

2. Persiapan Alat

Peralatan laboratorium yang menunjang penelitian ini adalah peralatan        kaca laboratorium, neraca analitik untuk menimbang bahan, magnetic stirrer untuk melarutkan chitosan, dan cetakan membran dari bahan acrylic berukuran 10 x 10 cm.

3. Prosedur Kerja

a. Pembuatan Membran Chitosan Ada  beberapa  hal  yang  di- perlukan  untuk  membuat  membran chitosan, antara lain adalah seperti berikut. Tahap Pembuatan             Kulit Udang menjadi Serbuk Chitin dan Chitosan

Tahap ini diawali dengan pencucian kulit udang windu dicuci sampai bersih dari kotoran yang me- nempel kemudian direbus dalam air mendidih (± 80°C) selama 15 menit. Setelah itu dikeringkan dibawah si- nar matahari setelah itu diblender. Untuk menjadi serbuk chitin akan mengalami proses isolasi chitin me- liputi tiga tahap yaitu tahap deproteinasi didapat crude chitin, demi- neralisasi dan depigmentasi didapat- kan serbuk chitin.  Setelah itu chitin melalui suatu proses dan mengalami transformasi menjadi chitosan (Wi- darta, 2004).Serbuk chitosan inilah yang merupakan bahan dasar pembuat membran chitosan. Tahap Transformasi Chitosan menjadi Membran Setelah menjadi serbuk chitosan dapat langsung  dibuat  membran dengan melarutkannya dalam Asam Asetat sebagai pelarut. Sebelumnya harus dipastikan bahwa cetakan yang akan digunakan harus dibersihkan dahulu dengan meng- gunakan aseton. Setelah terbentuk suatu lapisan film basah cetakan dioven sampai film menjadi kering dimana  diperlukan  larutan  NaOH 4% untuk merendam membran ke- ring  agar terlepas  dari  cetakannya. Selanjutnya, agar membran bersih dari alkali diperlukan aquabidestilata untuk pembilas (Widarta, 2004).

b. Pengukuran   Ketebalan   Mem- bran

Pengukuran ketebalan membran adalah indikator keseragaman dan  kontrol kualitas embran. Membran diukur sisi kanan, kiri, tengah, atas dan bawah. Tebal membran diukur beberapa kali, menggunakan mikrometer sekrup kemudian dihitung ketebalan rata-rata nya.

C. HASIL PENELITIAN

1. Karakteristik  Chitin  dan  Chitosan

Dalam penelitian ini, proses isolasi chitin terdiri dari dua tahap yaitu tahap deproteinasi dilanjutkan tahap demineralisasi dan pada akhir- nya akan mengalami tahap deaseti- lasi dimana chitin mengalami trans- formasi menjadi chitosan. Tahap deproteinasi adalah tahap proses pe- misahan protein yang terdapat pada limbah kulit udang.

Setelah tahap   deproteinasi dilanjutkan dengan tahap demineralisasi yang merupakan tahap peng- hilangan mineral pada kulit udang yang sebagian besar adalah CaCO3 dan Ca3(PO)4  pada chitin kasar se- hingga dihasilkan chitin. Untuk mendapatkan  chitosan  dilakukan  tahap

deasetilasi, dimana derajat diaseti- lasi yang dihasilkan harus ada dalam range nilai chitosan standart. Pada penelitian ini chitosan yang diguna- kan berasal dari penelitian yang di- lakukan oleh Widarta (2004) dengan karakteristik seperti yang terdapat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Karakteristik Chitin dan Chitosan

Proses	Deproteinasi	Demineralisasi	Deasetilasi
Warna	Kuning  keruh  keme- rahan menjadi kuning keruh oranye (lebih muda).	Kuning  keruh  ora- nye (lebih muda) menjadi kuning pu- cat (semi transpa- ran).	Berubah  warna  dari kuning pucat menjadi putih               kekuningan (semi transparan)
Zat  yang Ditamba hkan	Penambahan   NaOH 7%  (NaOH  tak  ber- warna menjadi coklat dan terbentuk endap- an)	HCl 2 N (terbentuk gelembung gas arti- nya ada CO2 yang terbentuk)	NaOH  50  %  (meru- sak zat warna).
Pengura- ngan Massa	42,65%  (Tanda  pro- ses penghilangan pro- tein dari kulit udang)	62,18% (menunjuk- kan larutnya mine- ral       pada         crude chitin)	7,078%  (mengalami deasetilasi)
Hasil akhir	Crude Chitin	Chitin	Chitosan
Derajat Deasetilasi	-	37,25 %	79,32 %

Sumber : (Widarta, 2004)

Pada Tabel 4.1 yang paling perlu untuk diperhatikan dalam kontrol kualitas chitosan adalah nilai derajat deasetilasi dari chitosan sebesar 79,32% yang artinya telah memenuhi  standard. Semakin besar derajat deasetilasi dari chitosan akan memberikan distribusi ukuran pori yang semakin baik, yang akan meningkatkan kualitas membran.

2. Pembuatan Membran

Penelitian ini dimulai dengan kegiatan membuat larutan chitosan terlebih dahulu. Bubuk chitosan di- timbang dengan menggunakan neraca  analitik  sesuai  dengan  berat yang diinginkan untuk selanjutnya ditambah dengan larutan asam asetat 0,75%. Setelah dilakukan penimbangan dilanjutkan dengan pengadukan awal yaitu dengan spatula kaca agar bubuk chitosan benar-benar terendam dalam larutan asam asetat, kemudian dilakukan pengadukan meng- gunakan magnetic stirrer untuk memastikan serbuk chitosan larut sempurna sehingga didapatkan larut- an yang homogen. Pengadukan dilakukan selama 24 jam untuk mem- percepat proses pelarutan. Sebelum dicetak di atas pelat kaca, larutan harus didiamkan selama 24 jam untuk menghilangkan gelembung-gelembung udara yang ada di dalamnya.

Proses pencetakan membran diawali dengan pembersihan sisi-sisi cetakan menggunakan aseton. Larut- an selanjutnya dicetak diatas pelat kaca dengan berat yang sama yaitu sebanyak 20 gram. Kemudian cetak- an yang telah terisi larutan chitosan diangin-anginkan selama 24 jam (sampai setengah kering), selanjut- nya cetakan dimasukkan ke dalam oven  pada  suhu  60˚C  selama  ±  5 jam. Untuk memastikan membran kering sempurna cetakan didiamkan selama 24 jam di udara terbuka, karena   apabila langsung direndam membran akan rusak dengan menjadi menggelembung dan berkerut. Membran disimpan bersama dengan cetakannya, baru akan dilepas apabila akan diaplikasikan (digunakan). Proses pengeringan membran di udara terbuka.

Proses Pengeringan di Udara Terbuka

Melepas membran harus di- lakukan secara hati-hati karena la- pisannya sangat tipis sehingga mu- dah robek atau bocor. Pada mulanya membran direndam dengan larutan NaOH 4% selama ±  2 menit, selanjutnya direndam dengan menggunakan aquabidestilata ± 5 menit. La- rutan NaOH dalam hal ini berfungsi sebagai larutan nonpelarut yang da- pat berdifusi ke bagian bawah mem- bran yang berhimpitan dengan kaca sehingga membran tersebut akan terdorong ke atas dan terkelupas. Baru kemudian membran dilepas dengan cara memotong tepi-tepi ce- takan dengan menggunakan cutter, pelepasan sisi-sisi membran harus dilakukan bersamaan agar membran tidak robek. Membran dapat dilepas karena ter- jadi difusi pelarut kedalam air yang merupakan non pelarut, sedangkan air segera berdifusi ke dalam membran sehingga terjadi koagulasi. Supaya pelarut aseton yang ber- difusi dengan air dapat terbuang dan untuk menghilangkan sisa-sisa pelarut  yang masih ada dalam membran maka dilakukan perendaman dengan aquabidestilata Selanjutnya, membran dipotong sesuai ukuran yang diinginkan.

Kedua permukaan membran yang terbentuk memiliki perbedaan. Bagian atas mengkilat dan halus sedangkan permukaan bagian bawah buram dan berpori (Gambar 3). Ini disebabkan permukaan bagian ba- wah  kontak  dengan  kaca dan  pula terjadinya polimer dikontrol dengan cara mengubahnya dari keadaan la- rutan menjadi keadaan padat. Pada proses perubahan, larutan akan me- madat sehingga terbentuk matriks padat. Membran chitosan yang di- hasilkan  setelah  proses  penguapan pelarut berupa lembaran tipis tak berwarna (transparan), kaku pada keadaan kering, dan elastis pada ke- adaan basah.

Padatan terbentuk karena adanya pertukaran pelarut dan non pelarut selama proses perendaman. Karena pada membran ada bagian atas yang kontak dengan udara dan bagian bawah menempel pada plat kaca, maka kecepatan difusi pelarut dan non pelarut beda. Pada bagian atas pelarut lebih cepat difusi de- ngan non pelarut (air) sehingga struktur pori yang terbentuk lebih halus, sedangkan bagian bawah pro- ses  difusinya  lebih  lambat,  karena air harus melalui pori yang sudah terbentuk      untuk   menuju            daerah pengendapan dan secara otomatis bagian bawah memiliki struktur pori yang lebih besar. Dari proses pembuatan diharapkan struktur pori yang terbentuk dengan teknik infersi fasa didapatkan pori bagian atas atau permukaan        berukuran kecil dan makin ke bawah ukuran porinya makin besar.

KESIMPULAN

Proses pembuatan  membran ultrafiltrasi yang memanfaatkan limbah kulit udang ini mengikuti tahap- an (1) transformasi chitin menjadi chitosan; (2) pelarutan chitosan dalam asam asetat; (3) pencetakan membran pada plat kaca; dan (4) pelepasan membran dari plat kaca menggunakan larutan NaOH. Proses pelepasan membran hanya dilaku- kan  ketika  membran  chitosan  ini akan diaplikasikan.