Ekstraksi Selulosa Nanokristal Sawit melalui Hidrolisis Asam Padat serta Aplikasinya dalam Biokomposit Karagenan

Abstract

Peningkatan produksi CPO sebagai komoditi strategis nasional secara langsung juga meningkatkan jumlah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sebagai limbah padat hasil pengolahan CPO dengan proporsi 25 – 26 % dari jumlah TBS yang diolah. Komponen utama TKKS adalah selulosa (37.3 – 46.5 %), hemiselulosa (25.3 – 33.8 %) dan lignin (27.6 – 32.5 %) sehingga berpotensi digunakan sebagai bahan baku untuk produk turunan selulosa bernilai ekonomi tinggi, salah satunya adalah selulosa nanokristal (CNC). Tujuan penelitian ini secara umum adalah mengekstraksi selulosa nanokristal dari serat TKKS melalui hidrolisis asam padat berupa asam fosfotungstat (PTA). Pemberian asam perasetat (PAA) juga dilakukan pada tahap pra-perlakuan bahan baku untuk memaksimalkan eliminasi komponen non selulosa. Selulosa nanokristal hasil ekstraksi kemudian diaplikasikan dalam biokomposit film karagenan dan dievaluasi transparansi, kuat tarik, elongasi, serta laju transmisi uap air (WVTR). Pemberian asam perasetat pada konsentrasi 2.5, 5 dan 7.5 % dengan waktu reaksi 2, 4 dan 6 jam mampu meningkatkan kadar selulosa di dalam bahan baku. Kondisi terpilih diperoleh pada konsentrasi PAA 2.5 %, waktu kontak 2 jam dengan kandungan selulosa 81.01 ± 1.18 %, indeks kristalinitas 75.07 ± 0.33 % dan kecerahan (L*) 96.27 ± 0.15 %. Tidak ada perubahan morfologi serat yang signifikan antara serat alkali dan setelah pra-perlakuan PAA meskipun terdapat penurunan diameter dari individual fibre. Hidrolisis asam fosfotungstat dengan perlakuan konsentrasi asam 55, 65 dan 75 % dan waktu hidrolisis 15, 30 dan 45 jam mampu menghasilkan selulosa nanokristal (CNC). Selulosa nanokristal yang diperoleh dari kondisi hidrolisis terpilih pada konsentrasi PTA 65 % dan waktu hidrolisis 15 jam memiliki indeks kristalinitas 81.23 ± 0.30 %, L* value (lightness) 92.14 ± 2.28 %, terdekomposisi pada suhu 285.1 °C, serta memiliki morfologi partikel berbentuk batang pendek dengan ukuran diameter partikel 15 – 79 nm dan panjang 88 – 411 nm berdasarkan hasil analisis TEM. Biokomposit film karagenan dibuat dengan menambahkan CNC pada konsentrasi 0 – 0.5 % b/b. Penambahan selulosa nanokristal mampu meningkatkan kuat tarik dan elongasi pada konsentrasi CNC sebanyak 0.1 % meskipun perbedaan yang diberikan belum signifikan. Penambahan CNC dalam matriks karagenan juga mampu menurunkan laju transmisi uap air (WVTR) pada semua perlakuan dengan nilai WVTR terendah diperoleh dari perlakuan penambahan CNC sebanyak 0.3 % dengan penurunan WVTR sebesar 7.28 % dibandingkan kontrol tanpa penambahan CNC.