Karakterisasi Chito-oligosaccharide yang Didepolimerisasi dengan Metode Berbeda dan Kajiannya Sebagai Active film

Abstract

Active film menjadi tren dalam pengemasan karena memiliki fungsi tambahan di luar fungsi dasar kemasan. Active film dapat mengandung agen yang memiliki bioaktivitas, seperti antimikroba, antioksidan, oxygen scavenger, dan juga UV barrier. Kitosan merupakan polisakarida yang mempunya bioaktivitas yang banyak dimanfaatkan dalam bidang pangan maupun non pangan, namun hal tersebut hanya dapat dilakukan pada kondisi asam sehingga membatasi aplikasinya. Salah satu solusinya adalah mengonversi kitosan menjadi oligomernya yang memiliki bobot molekul dan solubilitas lebih tinggi yaitu chito-oligosaccahride (COS). Konversi tersebut perlu diperkuat dengan penelitian yang mengaji secara ilmiah tentang karakteristik dasar COS yang diproduksi dengan beberapa metode serta sifat mekanis dari active film yang diperoleh. Penelitian ini dilakukan dalam dua tahapan, yaitu karakterisasi COS dan pembuatan active film COS. Produksi chito-oligosaccharide dilakukan menggunakan depolimerisasi metode fisik dengan microwave pada daya 720-watt, ultrasound pada frekuensi 40 kHz, dan kombinasi dari keduanya. Analisis uji pada COS yang diproduksi meliputi rendemen, viskositas, bobot molekul, derajat polimerisasi, derajat deasetilasi, dan spectrum gugus fungsional. Pengujian aktivitas antimikroba juga dilakukan pada COS yang diproduksi dengan menggunakan beberapa bakteri uji yaitu S. aureus, B. subtilis, dan E. coli. Tahapan selanjutnya adalah pembuatan active film COS dari hasil produksi dengan menggunakan konsentrasi 1,5% dan 2%. Plasticizer yang digunakan dalam pembuatan film adalah gliserol. Pengujian yang dilakukan pada film meliputi ketebalan, water vapor transmission rate (WVTR), kuat tarik, elongasi, transparansi, dan UV absorbance. Data yang dihasilkan diuji menggunakan ANOVA kemudian dilanjutkan dengan Duncan multiple range test (α 0,05) menggunakan SPSS 25. Metode depolimerisasi fisik terbukti mampu menurunkan viskositas serta bobot molekul dari kitosan. Derajat polimerisasi COS yang diperoleh juga memiliki nilai kurang dari 20. Selain itu terjadi peningkatan nilai derajat deasetilasi akibat proses depolimerisasi fisik. Uji antimikroba menunjukkan COS memiliki aktivitas penghambatan pada bakteri uji. Hasil uji scoring menunjukkan bahwa perlakuan COS kombinasi menghasilkan karakteristik dasar COS terbaik. Namun tidak semua jenis COS yang diproduksi menghasilkan sifat mekanis film yang baik. Hasil uji scoring menunjukkan film dengan sifat mekanis terbaik diperoleh pada perlakuan COS ultrasound konsentrasi 2% dengan nilai ketebalan 0,25 mm, nilai WVTR sebesar 5,25 g/m2/hari, elongasi 76,7%, dan kuat tarik 5,43 MPa. Film berbahan dasar COS secara keseluruhan menunjukkan kemampuan absorbansi gelombang ultraviolet yang lebih baik dibandingkan dengan film berbahan kitosan.

Active film becomes trend in packaging because it has additional functions beyond the essential function of packaging. Active films contain bioactivity agents, such as antimicrobials, antioxidants, oxygen scavengers, and UV barriers. Chitosan is polysaccharides with bioactivity that is widely used in the food and non-food fields, only under acidic conditions. Thus, limiting its application and usage. One solution to overcome this limitation is converting chitosan into its oligomer, namely Chito-oligosaccharides (COS), which has lower molecular weight and better solubility. This conversion needs to be strengthened by scientific evidence on the essential characteristics of COS produced by several methods and mechanical properties of the active film obtained. This research was conducted in two stages: COS characterization and COS active film making. COS production was carried out using a physical method of depolymerization by microwave at 720-watt power, ultrasound at a frequency of 40 kHz, and a combination of those two methods. The analysis on the produced COS included yield, viscosity, molecular weight, degree of polymerization, degree of deacetylation, and functional groups spectrum. Antimicrobial activity testing was also carried out on COS produced using S. aureus, B. subtilis, and E. coli. COS active film was produced from COS with concentration of 1.5% and 2%. The plasticizer used was glycerol. Parameter carried out on the film include thickness, water vapor transmission rate (WVTR), tensile strength, elongation, transparency, and UV absorbance. The resulting data was tested using ANOVA followed by Duncan multiple range tests (α 0.05) using SPSS 25. The physical depolymerization method was proven to reduce the viscosity and molecular weight of chitosan. The degree of COS polymerization obtained also has a value of less than 20. There was an increase in the degree of deacetylation due to the physical depolymerization process. The antimicrobial test showed COS had inhibitory activity on the test bacteria. Based on scoring test, the results show that the combined COS treatment produces the best basic COS characteristics. However, not all types of produced COS have good film mechanical properties. The results of the scoring test showed that the film with the best mechanical properties was obtained by COS ultrasound at a concentration of 2% with a thickness value of 0.25 mm, a WVTR value of 5.25 g/m2/day, tensile strength at 5.43 MPa, and 76.7% elongation. Overall, COS-based films showed better absorbance of ultraviolet waves than chitosan-based films.