Pengembangan Kemasan Aktif Penyerap Oksigen Polylactic Acid(Pla)-Butylatedhydroxy Toluene(Bht)

Abstract

Pengemasan aktif merupakan bentuk pengembangan teknologi kemasan yang ditujukan untuk mengendalikan kerusakan produk yang dikemas menggunakan bahan aktif yang dapat bereaksi secara berkelanjutan dengan agen perusak. Perancangan kemasan aktif berkembang dari penggunaan bahan aktif yang dikemas dalam bentuk sachet tercampur di dalam bahan pangan sampai dengan penyatuan bahan aktif di dalam matrik kemasan. Jenis kemasan aktif dengan tujuan menangkap oksigen ditujukan untuk mengurangi proses kerusakan bahan pangan akibat oksidasi. Proses pembuatannya kemasan aktif penangkap oksigen dapat dilakukan melalui proses direct casting, extruder maupun laminasi. Secara umum penelitian ini bertujuan untuk merancang kemasan aktif penangkap oksigen komposit PLA terplastisasi-NaMMT-BHT menggunakan metode cetak langsung. Tahapan penelitian terbagi kedalam tiga tahap, yaitu: 1) perancangan matrik film PLA terplastisasi; 2) pengembangan matrik komposit film PLA terplastisasi; 3) pengujian aktifitas peredaman dan kemampuan daya halang oksigen hasil rancangan kemasan aktif penangkap oksigen matrik komposit PLA terplastisasi-NaMMT-BHT. Penentuan awal proses diperoleh kecepatan pengadukan pembuatan matrik film sebesar 750 rpm dengan aspek rasio sebesar 7.1x10-5. Hasil pembuatan matrik film PLA terplastisasi menunjukkan morfologi permukaan yang lebih baik dimana retakan film khas PLA dapat dihilangkan. PLA dengan PEG400 dapat membentuk ikatan hidrogen yang dapat dianalisa pelebaran puncak absorbansi infrared pada bilangan gelombang 3000-3500 cm-1 dan ikatan karbonil pada bilangan gelombang 1747 cm-1. Berdasarkan pengamatan menggunakan XRD dapat diperoleh informasi bahwa sebagian besar PEG400 terdispersi di dalam PLA meskipun sebagian kecil menunjukkan adanya interkalasi di dalam matrik PLA. Sudut difraksi PLA mengalami pergeseran dari 16.95o ke 16.90o. Hasil perhitungan ukuran kristal menggunakan persamaan Debye Scherrer sebesar 19.00 nm dan struktur kristal dalam bentuk alpha. Derajat kristalinitas PLA terplastisasi dapat meningkat sebesar dua kali dari 17% menjadi 35%. Suhu transisi gelas matrik film PLA terplastisasi turun dari 58.5oC menjadi 53.2oC, sedangkan suhu leleh tidak berubah, yaitu 167oC. Sifat daya halang oksigen adalah kemampuan film dalam menahan proses difusi oksigen yang akan melewati film. Nilai permeabilitas oksigen rendah menunjukkan kemampuan daya halang oksigen yang baik. Nilai daya halang oksigen PLA terplastisasi meningkat sebesar 20% dari 7.02 x 10-18 (kg m/m2 s Pa) menjadi 5.01 x 10-18 (kg m/m2 s Pa) pada suhu 30oC. Energi aktivasi PLA terplastisasi meningkat dari 16.05 kJ/mol menjadi 19.27 kJ/mol. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan energi aktivasi diikuti dengan peningkatan daya halang oksigen. Kemampuan daya halang oksigen akan turun sebesar 5.65% setiap kenaikan 1oC dalam rentang suhu 15-30oC. Penambahan PEG400 sebesar 10% justru akan menurunkan kemampuan daya halang oksigen. Korelasi antara derajat kristalinitas terhadap daya halang oksigen sebesar 0.91 dimana persamaan untuk menghitung permeabilitas oksigen PLA terplastisasi terhadap derajat kristalinitas adalah yper = 0.0392 x + 4.7783. Fraksi PEG400 sebesar 5% memberikan keseluruhan sifat nonmekanis yang paling baik dalam merancang matrik film PLA terplastisasi. Pengembangan film komposit PLA terplastisasi menggunakan NaMMT sebagai bahan pengisi menunjukkan adanya modifikasi permukaan matrik film PLA terplastisasi menjadi lebih rata atau halus. PEG400 dapat berfungsi sebagai pengikat terjadinya ikatan fisik antara PLA-NaMMT. Hasil observasi matrik komposit terjadi interkalasi NaMMT yang ditunjukkan dengan kenaikan nilai Bragg’s dari 1.27 nm menjadi 1.79 nm dan pergeseran sudut puncak difraksi dari 16.95o menjadi 16.75o. Hal ini juga diperkuat dari hasil pengukuran gugus fungsi menggunakan FTiR terjadi pergeseran spektra gugus karbonil dari 1382 cm-1 menjadi 1361 cm-1. Sebagai tambahan, gugus silikat NaMMT juga mengalami pergeseran yang cukup jauh pada bilangan gelombang 1182 dan 1079 cm-1. Analisa DSC diperoleh termogram komposit film PLA terplastisasi-NaMMT dengan nilai suhu transisi gelas sebesar 56-57oC, suhu kristalisasi 86.75-88.36oC dan suhu leleh 167oC. NaMMT dapat berfungsi meningkatkan kristalinitas dimana derajat kristalinitas komposit dapat meningkat menjadi 53.28%. Nilai aspek rasio untuk komposit film PLA terplastisasi-NaMMT sebesar 1-5% antara 5.63-7.85. Hal ini menyebabkan terjadinya pembentukan jalur liku matrik sebesar 7-28% sehingga kemampuan daya halang oksigen meningkat sebesar 80-85%. Pengukuran permeabilitas oksigen pada suhu antara 15-30oC diperoleh kenaikan nilai permeabilitas sebesar 0.02 kali pada fraksi NaMMT sebesar 5%. Energi aktivasi matrik komposit film PLA terplastisasi-NaMMT meningkat menjadi 23-26 kJ/mol. Hasil rancangan komposit film aktif PLA-BHT menunjukkan oksidasi BHT oleh oksigen bebas mengikuti laju reaksi ordo 1. Berdasarkan fraksi BHT yang ditambahkan, antioksidan aktif yang tersisa sebesar 11.75%, 38.90% dan 57.08% untuk fraksi BHT 1%, 5% dan 10% setelah 15 hari pengukuran. Nilai laju oksidasi BHT paling rendah diperoleh pada fraksi BHT 10% yaitu 0.043 kali per hari. Permeabilitas komposit film aktif PLA terplastisasi-NaMMT-BHT memperbaiki daya halang oksigen sebesar 10 kali terhadap film PLA terplastisasi dan sebesar 2 kali terhadap komposit film PLA terplastisasi PLA-NaMMT. Peningkatan fraksi BHT dari 1% ke 10% meningkatkan daya halang oksigen sebesar 15%. BHT di dalam matrik komposit PLA terplastisasi-NaMMT dapat teroksidasi secara sempurna sampai dengan hari ke -37, hari ke -70 dan hari ke 108 untuk besaran fraksi BHT yang ditambahkan adalah 1%, 5% dan 10%.