Material Kemasan yang Bersifat Dapat Terurai (Degradable) dari Cangkang Kepiting.

Para peneliti dari Institut Teknologi Georgia baru-baru ini telah membuat material baru yang diperoleh dari cangkang kepiting dan serat pohon yang memiliki potensi untuk menggantikan flexibel plastic packaging yang biasa digunakan untuk menjaga makanan tetap segar.

Tim Peneliti ini terdiri dari  J. Carson Meredith (Profesor Chemical and biomoleculer engineering Georgia Tech) , Meisha Shofner (director Renewable Bioproducts Institute), John R. Reynolds (Profesor Chemistry and Biochemistry and Materials Science and Engineering Georgia Tech) dan Chinmay Satam (lulusan mahasiswa Georgia Tech).

Material baru yang  telah  dijelaskan pada artikel ilmiah yang terbit pada tanggal 23 Juli di jurnal  ACS Sustainable chemistry and Engineering dibuat dengan cara spraying multiple layers dari chitin yang berasal dari cangkang kepiting dan selulosa tumbuhan untuk membentuk flexsible film yang mirip dengan flexible plastic packaging.

Standard utama yang digunakan untuk  perbandingan adalah PET  atau polyethylene terephthalate , salah satu material kemasan transparan (transparent packanging) yang paling sering digunakan, bisa berasal  dari petroleum  dan biasa kita lihat didalam vending machines (dalam bahasa Indonesianya adalah mesin jual otomatis, merupakan mesin yang dapat mengeluarkan barang-barang seperti makanan ringan, minuman ringan untuk pelanggan secara otomatis.) dan botol-botol soft drink. Material kemasan degradable tersebut mampu mengurangi  penyerap oksigen sampai 67%  melebihi beberapa jenis dari PET , yang berarti secara teori mampu menyimpan makanan segar lebih lama.

Pertama-tama, para peneliti membuat suspensi antara nanofibers chitin – selulosa dengan air, kemudian  suspensi tersebut di-spray-kan/disemprotkan keatas permukaan dipapan secara berganti-ganti. Setelah dikeringkan secara sempurna, terbentuklah material yang fleksibel, kuat, transparan dan mampu terurai.

Nanofiber (NF) secara umum didefiniskan sebagai serat yang ukuran diameternya kurang dari 100 nm. Penampakan nanofiber agak berbeda dengan microfiber , karena NF mempunyai karakteristik morfologi , rasio volume permukaan yang lebih tinggi, sifat optik yang unik, dan properti mekanik yang lebih baik. Proses electro-spinning sangat terkenal  untuk memproduksi NF artifisial/buatan dari berbagai jenis polimer.

Proses electro-spinning menerapkan interaksi antara fluid dynamics, electrically charged surface dan electrically charged liquids.

Pembuatan NF dari biopolimer semakin meningkat, sejak diketahui sifat biopolimer yang biodegradable (mudah terurai lingkungan) , biocompatible ( sesuai dengan lingkungan ) , renewable ( dapat diperbarui ) , sustainable (berkelanjutan). Alam banyak memproduksi berbagai jenis dari BioNF , seperti collagen triple helix fibers , fibrion fibrils , dan keratin fibrils. Pada dasarnya NF berasal dari   complex hierarchical organization . Yang berarti NF dapat diekstraksi dari biomassa turunan dari makhluk hidup dengan cara menyederhanakan strukturnya. Diantara jenis dari biopolimer adalah chitin dan chitosan yang akan dikenal  secara kilas mirip dengan cellulose ,  dengan rantai berulang  N-acetylglycosamine   dan turunan deacetylated.

Gambar struktur dari selulose , chitin  dan chitosan.

 

Chitin  adalah biopolimer melimpah yang kedua setelah selulosa. Saat ini chitin bisa ditemukan pada kepiting , udang , serangga dan dinding sell jamur. Meskipun chitin diproduksi dari alam rata-rata 1010 sampai 1011  ton pertahun , kebanyakan chitin terbuang begitu saja menjadi sampah komersial. Hal ini dikarenkan dayakerja yang rendah dari biopolimer.

Sejak tersedia bubuk chitin komersial namun tidak larut  didalam banyak jenis pelarut dan sangat cepat mengendap. Karena struktur liniernya , chitin mempunyai crystallinity yang tinggi dan menyusunnya sebagai NF . Pada dasarnya  NF melekat pada susunan protein.

Pembuatan nanofiber chitin dari Cangkang Kepiting

Cangkang kepiting mempunyai  hierarchical organization  dengan berbagai tingkatan struktur. Nanofiber chitin dibuat dari cangkang kepiting dengan proses penghancuran.

Untuk mengekstrak nanofiber chitin , cangkang pertama kali dimurnikan dengan cara serangkaian treatment konvensional kimia kemudian dilakukan proses mekanik.

Protein dan mineral dihilangkan dari cangkang kepiting dengan treatment  larutan NaoH dan HCL. Mesin penggiling ( dari Masuko Sangyo Co.,Ltd , Kawaguchi , Japan ) sangat efektif untuk menghancurkan agregat chitin. Media penggiling ( bead )  yang berada didalam penggiling sangat efektif  untuk menghancurkan chitin organization.

Setelah satu kali proses teratment  penggilingan basah tadi , slurry chitin membentuk gel , penghancuran tercapai saat rasio volume permukaan tinggi .

Chitin terdiri dari nanofibers dengan berbagai ukuran yang tinggi atau lebar kurang lebih 10 nm. Nanofiber chitin masih memiliki struktur kimia dan struktur kristal yang asli setelah serangkaian treatment diawal. Cara ini sangat sederhana namun mrupakan metoda yang kuat untuk memperoleh nanofiber chitin dari limbah cangkang kepiting dalam jumlah besar.

Awalnya tim peneliti ini tidak memiliki alasan yang berhubungan dalam pemilihan chitin, namun karena rasa penasaran mereka terkait kemungkinan chitin tersebut mampu digunakan sebagai food packaging.

Pertimbangan yang diambil sebenarnya lebih karena chitin nanofibers bermuatan positif , sedangkan cellulose nanocrystal bermuatan negatif. Sehingga memungkinkan kedua bahan tersebut bekerjasama karena terjadi pertukaran lapisan sebagai terbentuknya tegangan permukaan yang baik antar keduanya.

Packaging atau pengemasan berarti memelihara  makanan untuk mencegah oksigen masuk kedalam makanan tersebut. Salah satu alasan pengembangan material tersebut lebih baik dari packaging plastik yang lama karena struktur crystal dari film tersebut. Molekul gas sangat sulit untuk melewati solid crystal karena harus mengacaukan struktur kristalnya. Sedangkan PET masih memiliki beberapa amorphous atau non-crystal di dalam strukturnya sehingga ada beberapa bagian yang masih bisa dilalui molekul-molekus gas yang kecil.

Namun , tentunya masih ada beberapa pekerjaan yang harus diselesaikan untuk membuat biaya material baru  flexible-packaging film ini lebih kompetitif. Pengembangan proses manufakturnya harus terus dilakukan untuk memaksimalkan keekonomisannya. Disamping industri proses pembuatan selulosa masih baru dan juga produksi chitin masih dalam pertumbuhan.

Referensi  :

1 .    J Carcon Meredith, dkk.2018.Material formed from crab shells and trees  could replace flexible plastic packaging.Diakses dari: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180723082134.htm pada tanggal 27 Juli 2018

2 . Shinsuke Ifuku.Chitin and Chitosan Nanofibers: Preparation and Chemical Modifications.mdpi,2014;doi:10.3390/molecules191118367

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
ANDRI YULIANTO

ANDRI YULIANTO

Menyelesaikan studi teknik kimia di Institut Teknologi Indonesia.Tertarik dengan alternatif energi terbarukan, bioenergy.

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar