Sunday, April 3, 2016

SERAT NANOSELULOSA, SUMBER DAN BERBAGAI APLIKASINYA

Nanoteknologi adalah salah satu faktor paling penting dalam pertumbuhan ekonomi global dan kesejahteraan di abad ini serta menjadi keahlian baru dalam bidang material, alat, dan sistem yang akan menciptakan sebuah revolusi dalam teknologi dan industri (Rezanezhad, Nazanezhad, & Asadpur, 2013) 
Salah satu industri nanomaterial yang paling unik adalah nanoselulosa. Nanoselulosa secara luas digunakan dalam pengobatan dan farmasi, elektronik, membran, bahan berpori, kertas, dan makanan karena ketersediaan, biokompatibilitas, penguraian hayati, dan keberlanjutannya (Rezanezhad et al., 2013). 
Selulosa merupakan polimer yang paling berlimpah di Bumi yang merupakan material terbarukan, dapat didegradasi alam, serta tidak beracun. Selulosa terdapat pada kayu, kapas, rami, Jerami, ampas tebu dan bahan nabati lainnya. Pemurnian selulosa dari serat tanaman melibatkan treatment kimia yang terdiri dari ekstraksi alkali dan pemutihan/ bleaching. (Dufresne, 2013 dan Liu, 2012).
 (Lin & Dufresne, 2014) 
Partikel Nanoselulosa pada dasarnya terdiri dari nanokristal selulosa, nanofibril selulosa, bakterial selulosa. Ada beberapa cara untuk membuat nanopartikel selulosa, antara lain homogenisasi, mikrofluidisasi, micro-grinding, cryocrushing, hidrolisis asam, oksidasi TEMPO ((2,2,6,6,-tetramethylpiperidin-1- yl)oxydanyl), atau kombinasinya (Beck-Candaneo et al dan Chen et al dalam Nanofibers, 2014). 
Cara lain untuk memperoleh nanopartikel selulosa dengan rendemen tinggi adalah dengan prosedur mekanik. Pretreatment mekanikal, kimiawi, dan enzimatik digunakan untuk memecah serat dengan tujuan mengurangi penggunaan energi (Lee, Hamid, & Zain, 2014). Isolasi nanoselulosa dimulai dengan pemutihan residu padat dengan NaOH, kemudian dicuci dengan air dan ditambahkan NaOCl2 untuk proses delignifikasi atau menghilangkan hemiselulosa, lignin, dan pektin. Prosedur berikutnya adalah defibrilasi selulosa menjadi nanoselulosa menggunakan sonifikasi (Microorganisms, 2013).
Banyak sekali sumber selulosa di alam. Berikut ini adalah beberapa contoh tanaman yang mengandung serat selulosa.
(Kopania & Wietecha, 2012)
Kayu dan tanaman adalah biokomposit hirarkis selular yang diproduksi oleh alam, dan pada dasarnya merupakan semikristal selulosa mikrofibril dengan matriks amorf yang terbuat dari hemiselulosa, lignin, lilin, ekstraktif dan traces elemen (Fengel dalam Dufresne, 2013) 
Sekam padi adalah kulit luar padi yang dianggap sampah. Sekam padi menyumbang 20-25% dari berat butir beras dan sekam padi dibuang selama penggilingan padi (Bhardwaj dalam Rezanezhad et al., 2013). Jerami padi terdiri dari 43.30% selulosa, 26,40% hemiselulosa, 16,29% lignin, abu 12,26% dan 2,18% lilin. Oleh karena itu, jerami padi berpotensi untuk digunakan sebagai nilai tambah bahan baku industri (Haghi, Mottaghitalab, & Farjad, 2012).
Dalam beberapa tahun terakhir telah terjadi peningkatan minat dari berbagai industri material dari tanaman terbarukan. Metode yang paling umum diusulkan untuk pengelolaan limbah biomassa hanya sebagai sumber energi terbarukan. (Kopania & Wietecha, 2012) 
Linter adalah hasil produk yang penting dari industri tekstil. Kapas linter adalah serat pendek yang tidak dapat digunakan dalam proses tekstil namun kapas linter merupakan sumber potensial dari kristal nanoselulosa, terutama dalam pembuatan nanokomposit hidrofilik (Paulo et al., 2013). 
Pada negara-negara tropis, nanas merupakan tanaman yang jumlahnya melimpah. Bagian daun tanaman nanas mengandung serat yang menunjukkan kekuatan spesifik tinggi dan kekakuan. Sifat mekanik unggul dari serat daun nanas berhubungan dengan kadar selulosanya yang tinggi dan sudut microfibrillar yang relatif rendah (14o ). Karena sifat unik yang ditunjukkan, serat daun nanas berpotensi digunakan sebagai penguat yang sangat baik dalam matriks komposit (Cherian, 2010). 
Limbah jeruk merupakan limbah pertanian yang menarik yang telah diproses untuk mendapatkan serat nano dari selulosa mikrokristalin dengan sifat yang meningkat dibandingkan dengan selulosa. Limbah jeruk mengandung sekitar selulosa 15,2%, hemiselulosa 18,2% dan pektin 24,6% dalam biomassa kering dan umumnya dimanfaatkan sebagai makanan suplemen untuk ternak. Dengan bantuan bakteri Xanthomonas axonopodis, limbah jeruk dapat digunakan sebagai sumber terbarukan material nanoselulosa (Mariño, Lopes, Durán, & Tasic, 2015). 
Hasil penelitian lain menunjukkan kulit Pomelo (Citrus grandis) adalah salah satu limbah yang kurang dimanfaatkan namun memiliki potensi dalam produksi bahan fungsional, karena kandungan serat yang tinggi. Pomelo albedo merupakan sumber besar untuk ekstraksi selulosa dibandingkan dengan jeruk jenis lain (Fazelin, Zain, Yusop, & Ahmad, 2014), 
Selulosa Pamelo dibuat melalui perlakuan alkali diikuti dengan proses pemutihan/ bleaching, sementara nanoselulosa dibuat dengan hidrolisis menggunakan asam sulfat. Data karakterisasi fisikokimia bahan selulosa ini menunjukkan tingkat kemurnian tinggi, kristalinitas rendah dan kapasitas waterholding tinggi. Temuan ini membuktikan bahwa pomelo albedo dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan selulosa dan nanocellulose yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi makanan dan industry (Fazelin et al., 2014). 
Ganggang hijau Cladophora juga dapat dijadikan sumber terbarukan bahan selulosa yang memiliki kristalinitas tinggi, memiliki sifat sangat bermanfaat yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Produk Cladophora selulosa jelas akan meningkatkan kesadaran tentang sifat unik dari bahan ini dan dapat mengurangi masalah lingkungan yang serius terkait dengan ganggang musiman (Mihranyan, 2010). 
Bakteri nanosellulose (BNC, juga disebut bakteri selulosa, BC) adalah sejenis polimer selulosa alami disintesis oleh beberapa mikroorganisme, misalnya, Acetobacter xylinum (sekarang menjadi Gluconacetobacter xylinus, milik Gram bakteri negatif) dan Kombucha (juga disebut "jamur teh hitam," yang terdiri dari jenis komunitas mikroba simbiotik terutama yang mengandung bakteri asam asetat dan khamir). Sifat mekanik BNC tube sebanding dengan nilai yang dilaporkan dalam literatur, yang menunjukkan potensi besar dalam implan vaskular atau pengganti fungsional dalam biomedis (Hong, Wei, & Chen, 2015). 
Di antara bakteri yang ada, salah satu jenis bakteri yang paling maju dari bakteri berwarna ungu adalah bakteri cuka, Acetobacter. Organisme non fotosintesis ini bisa menghasilkan glukosa, gula, gliserol atau substrat organik lainnya dan mengubahnya menjadi selulosa murni. Berbeda dengan selulosa dari pulp kayu, selulosa yang dihasilkan oleh strain Acetobacter tidak terkontaminasi polisakarida jenis lain dan isolasi serta pemurniannya relatif sederhana, tidak memerlukan energi atau proses kimia yang rumit (Keshk, 2014). 
Bakteri selulosa (BC) memiliki struktur kimia yang sama seperti selulosa tanaman, namun memiliki struktur jaringan nanofiber yang halus dan sifat yang unik, termasuk kristalinitas tinggi, kapasitas water-holding tinggi, kekuatan tarik, dan kemurnian tinggi serta fleksibilitas (Taokaew, Seetabhawang, Siripong, & Phisalaphong, 2013). 
Suplementasi gelatin dalam medium kultur selama biosintesis BC bisa memodifikasi morfologi dan sifat dari film tersebut. Gelatin telah dimasukkan ke dalam jaringan fibril selulosa dan mengisi pori-pori. Komposit atau film BCG (Bakteri selulosa gelatin) ini lebih padat daripada film BC. Film ini memperlihatkan urutan kristalin yang lebih rendah pada suplementasi dengan gelatin (Taokaew et al., 2013). 
Bakterial nanoselulosa dalam bentuk gel juga dapat diaplikasikan untuk masker wajah. Silk sericin (protein yang dihasilkan oleh ulat sutera) diadsorbsi ke dalam bakterial nanoselulosa gel agar memiliki aktifitas antioksidan, bioadhesif, dan bioaktif (Aramwit & Bang, 2014). 
Serat pulp kayu dapat digunakan sebagai penguat pada komposit biodegradable dan sebagai sumber sumber raw material untuk bioenergi dan pembuatan bahan kimia. Serat pulp kayu telah dimanfaatkan dalam pembuatan Microfibrilated Cellulose (MFC). MFC bukan nama lain dari serat nano, serat mikro, atau nanoselulosa yang lain, akan tetapi pembuatan MFC mengandung bahan utama yaitu nanofibril (Chinga-carrasco, 2011). 
Saat ini, permintaan bahan plastik meningkat cepat, terutama dalam aplikasi kemasan makanan. Kemasan digunakan untuk mempertahankan kualitas makanan tersebut. Akan tetapi bahan kemasan yang selama ini digunakan masih beresiko membahayakan kesehatan konsumen. Nanoselulosa dapat digunakan untuk memperkuat PVA/ Starch yang merupakan bahan kemasan yang selama ini digunakan. Nanokomposit ini diketahui memiliki kekuatan tarik sekitar 5,694 MPa dan perpanjangan saat putus adalah 481,85%. Selain sifat mekanik yang baik, nanokomposit ini memiliki ketahanan air dan biodegradasi yang baik (Lani, Ngadi, Johari, & Jusoh, 2014).

DAFTAR PUSTAKA
Aramwit, P., & Bang, N. (2014). The characteristics of bacterial nanocellulose gel releasing silk sericin for facial treatment, 1–11.
Cherian, B. M. (2010). Isolation of nanocellulose from pineapple leaf fibres by steam explosion . Carbohyd Polym, (April 2016). http://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.03.046
Chinga-carrasco, G. (2011). Cellulose fibres , nanofibrils and microfibrils : The morphological sequence of MFC components from a plant physiology and fibre technology point of view, 1–7.
Dufresne, A. (2013). Nanocellulose : a new ageless bionanomaterial. Materials Today, 16(6), 220–227. http://doi.org/10.1016/j.mattod.2013.06.004
Fazelin, N., Zain, M., Yusop, S. M., & Ahmad, I. (2014). Preparation and Characterization of Cellulose and Nanocellulose From Pomelo ( Citrus grandis ) Albedo, 5(1), 10–13. http://doi.org/10.4172/2155-9600.1000334
Haghi, K. A., Mottaghitalab, V., & Farjad, M. (2012). Preparation of Rice Straw Cellulose Nanofiber via Electrospinning, 12–14.
Hong, F., Wei, B., & Chen, L. (2015). Preliminary Study on Biosynthesis of Bacterial Nanocellulose Tubes in a Novel Double-Silicone-Tube Bioreactor for Potential Vascular Prosthesis, 2015.
Keshk, S. M. A. S. (2014). Bioprocessing & Biotechniques, 4(2). http://doi.org/10.4172/2155-9821.1000150
Kopania, E., & Wietecha, J. (2012). Studies on Isolation of Cellulose Fibres from Waste Plant Biomass, (96), 167–172.
Lani, N. S., Ngadi, N., Johari, A., & Jusoh, M. (2014). Isolation , Characterization , and Application of Nanocellulose from Oil Palm Empty Fruit Bunch Fiber as Nanocomposites, 2014.
Lee, H. V, Hamid, S. B. A., & Zain, S. K. (2014). Conversion of Lignocellulosic Biomass to Nanocellulose : Structure and Chemical Process, 2014.
Lin, N., & Dufresne, A. (2014). Nanocellulose in biomedicine : Current status and future prospect. EUROPEAN POLYMER JOURNAL, 59, 302–325. http://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.07.025
Liu, Y. (2012). Homogeneous isolation of nanocellulose from sugarcane bagasse by high pressure homogenization, (April 2016). http://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.07.038
Mariño, M., Lopes, L., Durán, N., & Tasic, L. (2015). Enhanced Materials from Nature: Nanocellulose from Citrus Waste, (Ci), 5908–5923. http://doi.org/10.3390/molecules20045908
Microorganisms, I. (2013). Nanocellulose and Bioethanol Production from Orange Waste using Isolated Microorganisms, 24(9), 1537–1543.
Mihranyan, A. (2010). Cellulose from Cladophorales Green Algae : From Environmental Problem to High-Tech Composite Materials. http://doi.org/10.1002/app
Nanofibers, C. (2014). com High Yield Preparation Method of Thermally Stable Cellulose Nanofibers, 9(2011), 1986–1997.
Paulo, J., Morais, S., Freitas, M. De, De, M., Souza, M. De, Dias, L., … Ribeiro, A. (2013). Extraction and characterization of nanocellulose structures from raw cotton linter. Carbohydrate Polymers, 91(1), 229–235. http://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.08.010
Rezanezhad, S., Nazanezhad, N., & Asadpur, G. (2013). Isolation of Nanocellulose from Rice Waste via Ultrasonication, 2(Bharadwaj 2004), 282–291.
Taokaew, S., Seetabhawang, S., Siripong, P., & Phisalaphong, M. (2013). Biosynthesis and Characterization of Nanocellulose-Gelatin Films, 782–794. http://doi.org/10.3390/ma6030782

By: Mutiara Hapsari xoxo 

No comments:

Post a Comment