Optimasi Suhu Hidrolisis dan Konsentrasi Asam Sulfat dalam Pembuatan Nanoselulosa Berbahan Dasar Serat Batang Pisang Kepok (Musa acuminata x balbisiana)

Abstract

Nanokristal selulosa (NCC) merupakan kristal selulosa berukuran nano yang memanjang dan berbentuk seperti tongkat / jarum. Nanokristal selulosa biasanya diisolasi dari serat tumbuhan atau biomassa yang mengandung selulosa. Batang pisang merupakan salah satu limbah yang masih kurang dimanfaatkan di Indonesia. Penelitian ini mengkaji tentang kondisi suhu hidrolisis dan konsentasi asam sulfat optimal dalam isolasi NCC untuk mendapatkan nilai yield, kristalinitas, water holding capacity (WHC), zat larut dalam air dan susut pengeringan yang terbaik. Pada penelitian ini, isolasi NCC dilakukan dengan cara hidrolisis asam. Penelitian ini dimulai dengan proses delignifikasi serat dengan menggunakan NaOH pada suhu 80°C selama 5 menit, diikuti dengan proses bleaching dengan menggunakan H2O2 selama 30 menit dengan dua pengulangan, dilanjutkan dengan proses hidrolisis asam dengan menggunakan H2SO4 selama 1 jam pada variasi suhu hidrolisis (Thidrolisis) 45, 50, 55, 60°C dan variasi konsentrasi asam sulfat (cH2SO4) 40, 45, 50 dan 55%. Reaksi dihentikan dengan penambahan aquadest 4°C. Suspensi kemudian melalui proses sentrifugasi, pencucian dan ultrasonikasi sebanyak 3 kali dan di-dialisis hingga mencapai pH netral. Gel NCC yang didapat kemudian dikeringkan dan dihitung % yield NCC yang didapat. Hasil analisis Scanning Electron Microscopy (SEM) menunjukkan bentuk NCC yang berbentuk tongkat dan hasil analisis Transmission Electron Microscopy (TEM) menunjukkan NCC yang terisolasi berukuran 125 – 144 nm. Hasil analisis Fourier Transform Infra-Red menunjukkan NCC yang terisolasi memiliki struktur kristalin selulosa I. Nilai yield NCC tertinggi diperoleh pada variasi Thidrolisis 60°C dan cH2SO4 55% sebesar 26,75%. Nilai kristalinitas yang tertinggi diperoleh pada Thidrolisis 55°C dan cH2SO4 55%, sebesar 82,04%. Hasil ini didukung oleh nilai WHC variasi tersebut yang terendah, sebesar 2,701 g air/ g NCC. Nilai zat larut dalam air yang terendah diperoleh sebesar 0% dan nilai susut pengeringan NCC terendah diperoleh sebesar 0%.

Nanocrystalline cellulose (NCC) is nano-sized cellulose crystal that has rod / needle-like shape. Nanocrystalline cellulose is usually isolated from plant fiber or cellulosic biomass. Banana pseudostem is one of the many underused waste materials in Indonesia. This research aims to find the optimal hydrolysis temperature and sulfuric acid concentration in isolating NCC with the best yield, crystallinity, water holding capacity (WHC), water solubility, and drying shrinkage. In this research, NCC was isolated by acid hydrolysis. First, fiber was delignified with NaOH at 80°C for 5 minutes, then followed by bleaching with H2O2 for 30 minutes twice. Cellulose fiber was then hydrolysed with 40, 45, 50, 55% H2SO4 at 45, 50, 55, 60°C for 1 hour and quenched with 4°C aquadest. The resulting suspension was then centrifuged, washed and ultrasonicated 3 times and dialysed to neutral pH. NCC gel was then dried and yield was calculated. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis showed the isolated NCC had a rod-like shape. Transmission Electron Microscopy analysis showed the isolated NCC had a measured length of 125 – 144 nm. Fourier Transform Infra-Red (FTIR) characterization showed the isolated NCC has a cellulose I crystalline structure. The highest NCC yield was obtained at 60°C and 55% H2SO4 at 26,75% and the highest crystallinity index was obtained at 55°C and 55% H2SO4 at 82,04%. This result was further supported by WHC analysis, with the highest crystallinity having the lowest WHC at 2,701 g water/ g NCC. The lowest water solubility obtained was 0% and the lowest drying shrinkage obtained was 0%