KIMIA DAN TEKNOLOGI PROTEIN

KIMIA DAN TEKNOLOGI PROTEIN

MAKALAH

Disusun Guna Memenuhi Tugas

Mata Kuliah: Kimia Bahan Makanan

Dosen pengampu: Dina Sugiyanti, M.Si

Disusun oleh:

Umi Khumaida                                   (123711007)

Ika Wulandari                                     (123711016)

Linatu Zahro                                       (123711019)

Umi Sa’idatul Mahmudah                  (123711031)

Roudloh Muna Lia                              (123711039)

Siti Chanifah                                       (133711043)

Fina Fastaqima                                    (133711058)

Sofiana                                                (133711062)

FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI WALISONGO

SEMARANG

2015

Kimia dan Teknologi Protein

I. Pendahuluan

Manusia memerlukan protein dalam makanannya. Diantara sumber protein dalam makanan adalah daging, susu, sebagai protein hewani dan golongan kacang-kacangan, seperti: kedelai, kacang hijau, kacang tanah, kacang almon, kacang mete, dan lain sebagainya sebagai sumber protein nabati. Protein dan monomernya, asamamino, merupakan biomolekul yang sangat  penting bagi kelangsungan kehidupan ini. Sebagai umat islam, perlu bersyukur karena hal ini merupakan wujud dari kasih sayang Allah kepada semua makhluknya. Golongan senyawa ini memegang peran penting dalam penyusunan jasad sampai kontrol berbagai proses biokimiawi di dalam tubuh makhluk hidup.

 Di sistem pencernaan protein akan diuraikan   menjadi peptida peptida yang strukturnya lebih sederhana terdiri dari asam amino. Hal ini dilakukan dengan bantuan enzim. Tubuh manusia memerlukan 9 asam amino. Artinya kesembilan asam amino ini tidak dapat disintesa sendiri oleh tubuh esensiil, sedangkan sebagian asam amino dapat disintesa sendiri atau tidak esensiil oleh tubuh. Keseluruhan berjumlah 21 asam amino. Setelah penyerapan di usus maka akan diberikan ke darah. Darah membawa asam amino itu ke setiap sel tubuh.

Pada makalah ini, akan dibahas tentang sifat dasar dan struktur protein serta asam amino, penjelasan bahwa protein dalam makanan masih bagus untuk tubuh walaupun mengalami denaturasi dikarenakan adanya single cell protein, sampai dengan teknik isolasi protein.

II. Rumusan Masalah

    1 Bagaimana sifat dasar dan struktur protein serta asam amino?

    2 Bagaimana sifat fungsional protein dan modifikasi sifat secara kimia, fisik dan    enzimatik?

   3 Apa saja fungsi protein?

   4 Bagaimana metode isolasi protein dengan menggunakan teknik ekstraksi?

III. Pembahasan

            a Sifat dasar dan struktur protein serta asam amino

        1. Sifat Dasar dan Struktur Protein

Protein yang tersusun dari rantai asam amino akan memiliki berbagai macam struktur yang khas pada masing-masing protein. Karena protein disusun oleh asam amino yang berbeda secara kimiawinya, maka suatu protein akan terangkai melalui ikatan peptida dan bahkan terkadang dihubungkan oleh ikatan sulfida. Selanjutnya protein bisa mengalami pelipatan-pelipatan membentuk struktur yang bermacam-macam. Adapun struktur protein meliputi struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier, dan struktur kuartener .

 Gambar 1. Reaksi pembentukan peptida melalui reaksi dehidrasi (Voet & Judith, 2009).

Gambar 2. Struktur primer dari protein (Campbell et al., 2009).

a. Struktur primer merupakan struktur yang sederhana dengan urutan-urutan asam amina yang tersusun secara linear yang mirip seperti tatanan huruf dalam sebuah kata dan tidak terjadi percabangan rantai. Struktur primer terbentuk melalui ikatan antara gugus α–amino dengan gugus α–karboksil.Ikatan tersebut dinamakan ikatan peptida atau ikatan amida. Struktur ini dapat menentukan urutan suatu asam amino dari suatu polipeptida.

b. Struktur sekunder bersifat reguler, pola lipatan berulang dari rangka protein. Dua pola terbanyak adalah alpha helix dan beta sheet. Struktur ini terjadi karena ikatan hidrogen antara atom O dari gugus karbonil (C=O) dengan atom H dari gugus amino (N-H) dala satu rantai polipeptida, memungkinkan terbentuknya konformasi spiral yang disebut struktur helix. Bila ikatan hidrogen tersebut terjadi di antara dua rantai polipeptida, maka masing-masing rantai tidak membentuk helix, melainkan rantai pararel polepeptida dengan konformasi- β. Rantai polipeptida denagn konformasi- β ini dihubung silangkan (cross-linked) oleh ikatan hydrogen sehingga membentuk struktur yang disebut lembaran berlipat-lipat (pleated sheets).

Gambar 3. Struktur sekunder α-heliks (Murray et al, 2009).

 Gambar 4. Struktur sekunder β-pleated (Campbell et al., 2009).

Struktur α-heliks terbentuk antara masing-masing atom oksigen karbonil pada suatu ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat ke gugus amida pada suatu ikatan peptida empat residu asam amino di sepanjang rantai polipeptida.

Pada struktur sekunder β-pleated terbentuk melalui ikatan hidrogen antara daerah linear rantai polipeptida. β-pleated ditemukan dua macam bentuk, yakni antipararel dan pararel (Gambar 7 dan 8). Keduanya berbeda dalam hal pola ikatan hidrogennya. Pada bentuk konformasi antipararel memiliki konformasi ikatan sebesar 7 Å, sementara konformasi pada bentuk pararel lebih pendek yaitu 6,5 Å. Jika ikatan hidrogen ini dapat terbentuk antara dua rantai polipeptida yang terpisah atau antara dua daerah pada sebuah rantai tunggal yang melipat sendiri yang melibatkan empat struktur asam amino, maka dikenal dengan istilah β turn yang ditunjukkan dalam Gambar 9.

 Gambar 5. Bentuk konformasi antipararel (Tamam, 2012).

 Gambar 6. Bentuk konformasi pararel (Tamam, 2012).

 

Gambar 7. Bentuk konformasi β turn yang melibatkan empat residu asam amino (Lehninger et al., 2004).

c. Struktur tersier dari suatu protein adalah lapisan yang tumpang tindih di atas pola struktur sekunder yang terdiri atas pemutarbalikan tak beraturan dari ikatan antara rantai samping (gugus R) berbagai asam amino (Gambar 10). Struktur ini merupakan konformasi tiga dimensi yang mengacu pada hubungan spasial antar struktur sekunder. Struktur ini distabilkan oleh empat macam ikatan, yakni ikatan hidrogen, ikatan ionik, ikatan kovalen, dan ikatan hidrofobik. Dalam struktur ini, ikatan hidrofobik sangat penting bagi protein. Asam amino yang memiliki sifat hidrofobik akan berikatan di bagian dalam protein globuler yang tidak berikatan dengan air, sementara asam amino yang bersifat hodrofilik secara umum akan berada di sisi permukaan luar yang berikatan dengan air di sekelilingnya.

 

Gambar 8. Bentuk struktur tersier dari protein denitrificans cytochrome C550 pada bakteri Paracoccus denitrificans (Tamam, 2012).

d. Struktur kuarterner adalah gambaran dari pengaturan sub-unit atau promoter protein dalam ruang. Struktur ini memiliki dua atau lebih dari sub-unit protein dengan struktur tersier yang akan membentuk protein kompleks yang fungsional. ikatan yang berperan dalam struktur ini adalah ikatan nonkovalen, yakni interaksi elektrostatis, hidrogen, dan hidrofobik. Protein dengan struktur kuarterner sering disebut juga dengan protein multimerik. Jika protein yang tersusun dari dua sub-unit disebut dengan protein dimerik dan jika tersusun dari empat sub-unit disebut dengan protein tetramerik[1] (Gambar 11)

  Gambar 9. Beberapa contoh bentuk struktur kuartener.

     (Lodish et al., 2003; Murray et al, 2009).

Menurut sumbernya protein terbagi dua, yaitu protein hewani dan protein nabati. Protein hewani adalah protein yang berasal dari berbagai bahan makanan dari hewan, sedangkan protein nabati adalah protein yang bersumber dari tumbuh-tumbuhan. Bahan-bahan makanan yang banyak mengandung protein hewan: daging, ikan, telur dan susu. Bahan-bahan makanan yang banyak mengandung protein nabati: beras sebagai sumber protein dan kacang-kacangan.[2] Beberapa bahan makanan yang mengandung protein serta kadar proteinnya adalah sebagai berikut:

Tabel 1.1

No	Nama bahan makanan	Kadar protein (%)
1	Daging ayam	18,2
2	Daging Sapi	18,8
3	Telur ayam	12,8
4	Susu sapi segar	3,2
5	Keju	22,8
6	Bandeng	20,0
7	Udang segar	21,0
8	Kerang	8,0
9	Beras tumbuk merah	7,9
10	Beras giling	6,8
11	Kacang hijau	22,2
12	Kedelai basah	30,2
13	Tepung terigu	8,9
14	Jagung kuning (butir)	7,9
15	Pisang Ambon	1,2
16	Durian	2,5

b. Sifat Dasar dan Struktur Asam Amino.

Secara stereokimia, semua asam amino, kecuali gisin,  mengikat 4 gugus yang berbeda pada C-α. Gugus-gugus tersebut adalah gugus karboksilat, gugus ammonium, atom H dan sebuah rantai samping (R) yang berbeda-beda antara asam amino satu dengan yang lain.[3] Gambar 10 berikut menunjukkan struktur dasar asam amino.

Gambar 10 Struktur dasar asam amino, (Nirwana, R.R  2013)

Dari keseluruhan asam amino yang terdapat di alam hanya 20 asam amino yang sangat penting untuk nutrisi manusia. Asam amino mempunyai dua gugus pada tiap molekulnya, yaitu gugus amino dan gugus karboksil, yang digambarkan sebagai struktur ion dipolar. Gugus amino dan gugus karboksil pada asam amino menunjukkan sifat-sifat spesifiknya.

Berdasarkan dapat-tidaknya suatu asam amino disintesis oleh tubuh, asam amino dibedakan menjadi asam amino  esensial  dan asam amino non-esensial. Asam amino esensial harus diperoleh dari bahan makanan karena tidak dapat diproduksi tubuh, sedangkan asam amino non-esensial dapat diproduksi di dalam tubuh melalui proses transaminasi. Tabel 1.1 berikut adalah klasifikasi asam amino esensial dan nonesensial. (dimodif lagi woeee..)

Tabel 1.2 Asam amino esensial dan non esensial

Esensial	Non-esensial
Lisin (lys) Triptofan (trp) Histidin (his) Fenilalanin (phe) Leusin(leu) Isoleusin (ile) Treonin (thr) Metionin (met) Valin (val)  Arginin * (arg)	Glisin (gly) Alanin (ala) Asam aspartat (asp) Asam glutamat (glu) Prolin (pro) Citrulin (ctr) Tirosin (tyr) Sistein (cys) Asparagin (asn) Serin (ser)

Arginin digolongkan dalam asam amino esensial walaupun sebenarnya, tubuh dapat mensintesa arginin dari siklus krebs. Akan tetapi, laju sintesis arginin sangat lambat dan kurang mencukupi untuk pertumbuhan, sehingga masih diperlukan tambahan arginin dari makanan. Ada beberapa asamamino yang merupakan bahan pembentuk asam amino non-esensial lainnya, diantaranya metionin dan fenilalanin. Asam amino metionin termasuk asam amino esensial.

Asam amino esensial yang terdapat dalam protein menentukan kualitas protein .Secara umum , protein hewan termasuk lebih tinggi dari protein nabati .Protein nabati dapat dinaikkan nutrisinya oleh campuran atau oleh modifikasi genetik melalui tanaman berkembang biak. Asam amino yang terdapat pada telur adalah salah satu kualitas terbaik protein dan biologis dinilai nilai dari 100 .Secara luas digunakan sebagai standar , dan protein efisiensi rasio ( per ) nilai-nilai kadang-kadang menggunakan putih telur sebagai standar .[4]

Asam amino bukan hanya berperan sebagai penyusun protein yang diperlukan tubuh, tetapi juga merupakan sumber atom N untuk memproduksi senyawa lain seperti heme, nukleotida, glutation, dll. Kelebihan asam amino dalam tubuh akan dikonversi menjadi α-ketoglutarat, oksaloasetat atau piruvat. Dengan demikian, asam amino juga bisa berperan sebagai prekursor glukosa, asam lemak, dan benda keton, sehingga bisa diubah menjadi energi.  Tempat pembentukan dan perombakan protein secara intensif adalah di hati. Berikut ini adalah gambaran metabolisme protein secara holistik. Gambar 11 menunjukkan alur metabolisme protein dan asam amino dalam Tubuh

Gambar 11 Alur metabolisme protein dan asam amino dalam tubuh

2 Sifat fungsional protein dan modifikasi sifat secara kimia, fisik dan enzimatik.

            Modifikasi protein dalam bidang pangan melibatkan 2 hal yaitu :

a. Modifikasi protein pangan memanfaatkan teknologi sel mikroba, untuk produksi pangan terfermentasi dan aditif pangan.

         Teknologi sel mikroba sudah diaplikasikan dibidang pangan beberapa abad yang lalu. Tujuan dari tekniologi sel mikroba ini adalah untuk pengawetan pangan yang menghasilkan berbagi jenis pangan terfermentasi seperti dadih (yoghurt dan keju), tauco, tape dan sebagainya. Sedangkan teknologi mikrobial yang bertujuan untuk menghasilkan bahan kimia (sekaligus bahan pangan) adalah produksi etanol oleh khamir dan proses lanjutannya untuk mengahasilkan cuka (asam asetat) oleh bakteri. Mikroorganisme yang dibiakkan untuk protein sel tunggal dan digunakan sebagai sumber protein untuk hewan atau pangan harus mendapat perhatian secara khusus. Mikroorganisme yang cocok antara lain memiliki sifat tidak menyebabkan penyakit terhadap tanaman, hewan, dan manusia. Selain itu, nilai gizinya baik, dapat digunakan sebagai bahan pangan atau pakan, tidak mengandung bahan beracun serta biaya produk yang dibutuhkan rendah. Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Chlorella, Spirulina, dan Scenedesmus; dari khamir Candida utylis; dari kapang berfilamen Fusarium gramineaum; maupun dari bakteri.

 Teknologi microbial yang menghasilkan mikroorganisme-mikroorganisme seperti alga, jamur,bakteri, serta ragi yang dinamakan Protein Sel Tunggal (Single Cell Protein). Protein Sel Tunggal adalah protein yang berasal dari mikroorganisme bersel satu. Hasil sel yang telah dikeringkan disebut protein sel tunggal.[5] Banyak bahan baku yang dapat dijadikan substrat guna pengembangan produksi Single Cell Protein. Menurut Domsch dan Zadrazil (1981) bahan-bahan yang digunakan untuk memproduksi Single Cell Protein meliputi bahan konvensional seperti materi yang mengandung serat, materi yang mengandung gula (gula, bit, tebu) dan bahan-bahan non konvensional seperti alcohol, asam organic, limbah rumah tangga, limbah peternakan dan lain sebagainya.

Kemajuan ilmu pengetahuan dalam bidang fisiologi, nutrisi, dan genetika mikroba telah banyak memperbaiki metode untuk menghasilkan protein sel tunggal dari berbagai macam mikroba dan bahan mentah. Umpamanya, bakteri dengan kandungan protein yang tinggi (72% lebih) dapat dihasilkan terus-menerus dengan menggunakan methanol sebagai bahan mentah, dan mikrobanya berupa ragi yang dibiakan dalam media yang kadar selnya tinggi sekali, sehingga ini dapat mengurangi biaya energi untuk pengeringan

         Proses skala besar Single Cell Protein dapat ditunjukkan sebagai berikut :

1. Variasi metodologi yang luas, bahan mentah dan mikroorganisme dapat digunakan dalam tujuan ini.

2. Konvernsi substrat berefisiensi tinggi.

3. Produktivitas yang tinggi, yang diturunkan dari laju pertumbuhan mikroorganisme yang cepat. .[6]

Langkah-langkah produk protein sel tunggal sebagai berikut:

1. Pemilihan dan penyiapan sumber karbon, beberapa perlakuan fisik dan kimiawi terhadap bahan dasar yang diperlukan

2. Penyiapan media yang cocok dan mengandung sumber karbon, sumber nitrogen, fosfor, dan unsur-unsur lain yang penting

3. Pencegahan kontaminasi media

4. Pembiakan mikroorganisme yang diperlukan

5. Pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi

6. Penanganan lanjut biomassa

         Namun Single Cell Protein memiliki beberapa kelemahan yakni tingginya tingkat asam nukleat serta bahan-bahan yang sulit dicerna seperti materi yang berasal dari dinding sel. Kelemahan lain memungkinkan adanya toksik jika dikonsumsi , zat ini diperkirakan berasal dari substrat yang digunakan.

b. Enzim melalui modifikasi molekul protein.

 Untuk stabilitas enzim pada kondisi-kondisi khusus. Ditinjau dari sumber dan manfaatnya, enzim dimanfaatkan dalam bidang pangan, karena enzim merupakan alat yang ideal digunakan untuk memanipulasi bahan-bahan biologis. Beberapa keuntungan modifikasi enzim dalam pengolahan pangan adalah aman terhadap kesehatan karena bahan alami, mengkatalisis reaksi yang sangat spesifik tanpa efek samping,aktif pada konsentrasi yang rendah, dan dapat digunakan sebagai indicator kesesuaian proses pengolahan.[7]

Enzim dimanfaatkan untuk menghasilkan produk bioteknologi dalam bidang industri pangan, diantaramya: Pembuatan gula cair dari bahan berpati seperti singkong, sagu, jagung, ubi jalar atau jenis ubi-ubian lainnya memerlukan kerja  berbagai enzim pemecah pati yaitu : (1) Alfa amilse, Glukoamilase, dan Glukosa isomerase. (2) Protease dalam pembuatan bir diperlukan, baik dalam tahap hidrolisis makanan protein untuk pertumbuhan ragi bir maupun dalam tahap  penjernihan bir. (3) Penambahan alfa amilase dan protease dalam pembuatan roti dan kue, akan memperbaiki tekstur roti. Beberapa enzim yang berperan dalam  bidang industri pangan diantaranya: (1) enzim xilanase, (2) enzim pektinase, (3) enzim lipase, (4) enzim selulase, (5) enzim phytase, (6) enzim glukosa oksidase, (7) enzim papain.

3. Fungsi Protein

Protein mempunyai bermacam-macam fungsi bagi tubuh, yaitu sebagai enzim, zat    pengatur pergerakan, pertahanan tubuh, alat pengangkut, dan lain-lain.

   a. Sebagai enzim

Hampir semua reaksi biologis dipercepat atau dibantu oleh suatu senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim, dari reaksi yang sangat sederhana seprti reaksi transportasi karbon dioksida sampai yang sangat rumit seperti replikasi kromosom. Hampir semua enzim menunjukkan daya katalitik yang luar biasa, dan biasanya dapat mempercepat reaksi sampai beberapa juta kali. Sampai kini lebih dari seribu enzim telah dapat diketahui sifat-sifatnya dan jumlah tersebut masih terus bertambah. Protein besar peranannya terhadap perubahan-perubahan kimia dalam sistem biologis.

  b. Alat pengangkut dan Alat penyimpan

Banyak molekul dengan BM kecil serta beberapa ion dapat diangkut atau dipindahkan oleh protein-protein tertentu. Misalnya hemoglobin mengangkut oksigen dalam eritrosit, sedang mioglobin mengangkut oksigen dalam otot.

c. Pengatur Pergerakan

  Protein merupakan komponen utama daging, gerakan otot terjadi karena adanya dua molekul protein yang saling bergeseran. Pergerakan flagela sperma disebabkan oleh protein.

d. Penunjang mekanis

  Kekuatan dan daya tahan robek kulit dan tulang disebabkan adanya kolagen, suatu protein berbentuk bulat panjang dan mudah membentuk serabut.

e. Pertahanan tubuh/Imunisasi

  Pertahanan tubuh biasanya dalam bentuk antibodi, yaitu suatu protein khusus yang dapat mengenal dan menempel atau mengikat benda-benda asing yang masuk ke dalam tubuh seperti virus.

f. Media perambatan impuls syaraf

  Protein yang mempunyai fungsi ini biasanya berbentuk reseptor misalnya rodopsin, suatu protein yang bertindak sebagai reseptor/penerima warna atau cahaya pada sel-sel mata.

g. Pengendalian pertumbuhan

  Protein ini bekerja sebagai reseptor (dalam bakteri) yang dapat mempengaruhi fungsi bagian-bagian DNA yang mengatur sifat dan karakter bahan.[8]

4 Teknik ekstraksi dari isolasi protein

            Tahap awal dari isolasi protein adalah ekstraksi protein. Pada ekstraksi protein terlebih dahulu dilakukan pengeringan sampel, misalnya sampel buah. Hal ini bertujuan untuk menghilangkan kadar air yang ada di sampel dengan cara diangin-anginkan. Tekniknya bukan dengan pemanasan agar protein tidak terdenaturasi atau rusak karena pengaruh suhu. Selanjutnya sampel digerus atau dihaluskan dengan tujuan untuk memperluas permukaan sampel yang akan mempermudah proses ekstraksi karena kontak antara sampel dan pelarut akan semakin luas. Tahap selanjutnya yaitu sampel direndam dengan pelarut Buffer Tris-HCl pada pH 7,4. Penggunaan buffer selama proses ekstraksi dimaksudkan untuk mempertahankan pH selama ekstraksi. Perubahan, khususnya penurunan pH akan mempengaruhi jumlah protein yang akan terekstrak. Pemilihan pH 7,4 (suasana basa) sebagai pH selama ekstraksi berdasarkan pada kenyataan bahwa sebagian besar asam amino akan bermuatan negatif pada pH di atas titik isoelektriknya, muatan yang sejenis akan cenderung untuk tolak menolak, hal ini menyebabkan minimumnya interaksi antara residu asam amino yang berarti kelarutan protein akan meningkat. Pada titik isoelektriknya muatan total masing-masing asam amino dalam protein sama dengan nol, yang artinya terjadi keseimbangan antara gugus yang bermuatan positif dan negatif. Fenomena yang terjadi pada penggumpalan protein disebabkan oleh interaksi elektrostatik yang maksimum antara asam amino karena muatan yang tidak sejenis akan cenderung tarik-menarik.

Hasil homogenasi dari sampel dan buffer berupa larutan keruh yang selanjutnya akan dipisahkan antara protein dan residunya dengan cara sentrifugasi. Sentrifugasi pertama pada kecepatan 4500 rpm selama 15 menit yang dapat memisahkan protein dari larutannya. Prinsip utama sentrifugasi adalah memisahkan substansi berdasarkan berat jenis molekul dengan cara memberikan gaya sentrifugal sehingga substansi yang lebih berat akan berada di dasar, sedangkan substansi yang lebih ringan akan terletak di atas. Setelah tahap awal sentrifugasi dilanjutkan dengan penambahan amonium sulfat 70% pada supernatan yang dihasilkan. Penambahan amonium sulfat 70% lebih dikenal dengan metode salting out. Salting out merupakan metode yang digunakan untuk memisahkan protein yang didasarkan pada prinsip bahwa protein kurang terlarut ketika berada pada daerah yang konsentrasi kadar garamnya tinggi. Konsentrasi garam dibutuhkan oleh protein untuk mempercepat keluarnya larutan yang berbeda dari protein satu ke protein yang lainnya. Zat-zat penggaraman dapat memperbaiki hasil ekstraksi. Pengaruh penambahan garam terhadap kelarutan protein berbeda-beda, tergantung pada konsentrasi dan jumlah muatan ionnya dalam larutan. Semakin tinggi konsentrasi dan jumlah muatan ionnya, semakin efektif garam dalam mengendapkan protein. Sentrifugasi tahap kedua dilanjutkan dengan kecepatan 14.000 rpm selama 30 menit untuk mendapatkan protein yang terendapkan (pellet).[9]

DAFTAR PUSTAKA

Suhardjo dkk, Pangan, Gigi dan pertanian, Jakarta: UI Press, 1986

[1]Arif Hartoyo dan Feri Kusnandar Daftar Komposisi Bahan Makanan, (Jakarta: Bharatan, 1981)

[1] DeMan, John M, Principles of Food Chemistry, (Canada : Department of Food Science at the University of Guelph, Ontario, 1999)

[1] Zdsisk E. Sikorski, Chemical and Functional Properties Food Components Third Edition, (Francis : CRC Press) 2007 

5  Zdsisk E. Sikorski, Chemical and Functional hlm. 138

[1] Departemen Ilmu Teknologi Pangan - IPB - Mengenal Sifat Fungsional Protein.html diakses tgl 10 september 2015 jam 11:21 WIB)

[1] Anna Poedjiadi & Titin Supriyanti, Dasar-dasar Biokimia, (jakarta: UI Press,2007), hlm 119.

Campbell, Neil.A, Biologi Edisi 8 Jilid 1, Jakarta : Erlangga, 2009.

Voet D & Judith G. Voet, Biochemistry 2^nd edition, USA : John Willey & Sons, Inc.p.

Murray R. K., et all, Biokimia Harper Ed.25, Jakarta : EGC, 2003

Lehninger A.L., Dasar-Dasar Biokimia, Jakarta: Erlangga, 2004

M.H. Badrut Tamam, Generasi Biologi, http://www.generasibiologi.com/2012/09/struktur-dan-fungsi-protein.html (diakses tanggal 15 September 2015)

Lodish et al., Molecular Cell Biology Fifth Edition, Courtes of H Saibil J, 2003)

Murray, et all,Biokimia Harper, Alih Bahasa Andry Hartono, Jakarta : EGC, 2009

           

---

[1]  M.H. Badrut Tamam, Generasi Biologi, Artikel, http: //www.generasi biologi.com/2012/09/ struktur-dan-fungsi-protein.html (diakses tanggal 15 September 2015)

[2] Suhardjo dkk, Pangan, Gigi dan pertanian, (Jakarta: UI Press, 1986), hlm.65

[3] Ratih Rizqi Nirwana, Biomolekul dan Metabolisme (Karbohidrat, Lipid, dan Protein), Modul Perkuliahan Biokimia Berbasis Growth Mindset & Unity of Sciences , (Semarang : Jurusan Tadris Kimia IAIN Walisongo Semarang, 2013) hlm.

[4] DeMan, John M, Principles of Food Chemistry, (Canada : Department of Food Science at the University of Guelph, Ontario, 1999)

[5] Reza Samsudin, Pengaruh Substitusi Tepung Ikan dengan Single Cell Protein (SCP) yang Berbeda dalam Pakan Ikan Patin Pangasius sp. Terhadap Retensi Protein, Pertumbuhan, dan Efisiensi Pakan, Skripsi, Bogor : Institut Pertanian Bogor, 2004) hlm. 17

[6] Nasseri, et all, Single Cell Protein : Production and Process, American Journal of Food Technology, Iran : Academic Journals, Inc, 2011 hlm. 2

[7] Helmi Fauziyah,  Pemanfaatan Enzim dalam Industri Pemanfaatan Enzim dalam Industri Pangan dan Pertanian https://www.academia.edu/8494845/ Medan  : Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Negeri Medan

 

[8] Anna Poedjiadi & Titin Supriyanti, Dasar-dasar Biokimia, (jakarta: UI Press,2007), hlm 119.

[9] http://repository.unib.ac.id/8487/2/IV,V,LAMP,2-13-vov.FI.pdf

TEKNIK PROSES DALAM INDUSTRI POLIMER

TEKNIK PROSES DALAM INDUSTRI POLIMER

       I.            PENDAHULUAN

Industri kimia merupakan industri yang bergerak dalam produksi zat kimia, menggunakan proses kimia untuk menghasilkan zat baru. Proses-proses kimia yang dilakukan dalam industri yaitu reaksi kimia dan peristiwa kimia fisik, seperti pencampuran molekuler bahan-bahan dengan rumus dan struktur molekul yang berlainan, pengubahan fase, misalnya penguapan, pengembunan, dan pengkristalan, serta pemisahan campuran menjadi zat-zat penyusunnya yang lebih murni. Industri kimia sangat luas cakupannya, namun ada beberapa bidang besar dala industri kimia, antara lain petrokimia, agrokimia, farmasi, polimer, dan oleokimia. Industri kimia terlibat dalam pemrosesan bahan mentah yang diperoleh melalui penambangan, pertanian, dan sumber-sumber alam lain menjadi material, zat kimia, serta senyawa kimia yang merupakan produk akhir atau produk antara dalam sebuah industri. Sebagai mahasiswa kimia, kita perlu mengetahui lebih dalam bidang-bidang tersebut, agar kita mengetahui tempat untuk menggunakan ilmu kimia yang dimiliki dengan aplikasi nyata dalam dunia industri.

Polimer termasuk bidang dalam industri kimia yang sedang dan akan terus berkembang. Hal ini disebabkan aplikasi produk-produk polimer yang banyak digunakan untuk kebutuhan rumah tangga maupun dalam dunia industri. Industri kimia yang bergerak dalam bidang polimer juga luas cakupannya, misalnya polimer yang saat ini sedang banyak dikembangkan yaitu polimer untuk bahan bakar ramah lingkungan, yaitu polimer membran penukar ion menggunakan polisulfon tersulfonasi-TEOS yang membutuhkan bahan baku air untuk menghasilkan listrik dengan residu berupa gas CO₂. Selain itu juga sedang berkembang pemanfaatan senyawa polimer sebagai katalis reaksi.

Berdasarkan uraian diatas untuk mengetahui lebih lanjut mengenai industri polimer, maka dibuat beberapa rumusan masalah, yaitu:

A.       Bagaimana diagram alir dan proses pembuatan polimer Bahan Baku PVC?

B.       Bagaimana operasi industri polimer?

C.       Apa laboratorium penunjang industri polimer?

    II.            PEMBAHASAN

A.       Diagram Alir dan Proses Pembuatan Polimer Bahan Baku PVC (Poli vinil klorida)

PVC merupakan bahan baku plastik jenis komoditi yang sering digunakan untuk memproduksi bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk lantui, isolasi kawat dan kabel. Jika dilihat dari sifatnya, plastik berbahan baku PVC merupakan termoplastik. PVC dapat dibuat dengan cara Polimerisasi adisiyaitu polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomernya yaitu etil klorida (VCM). (Anonim1, 2009)

Proses pembuatan PVC melalui reaksi Polimerisasi adisi dibutuhkan beberapa materi yaitu Etilena, Garam Indusri (merupakan garam terbaik untuk dilakukan elektrolisis karena kualitas kemurniannya tinggi), dan tenaga listrik.

Gambar 1. Proses Produksi PVC (Anonim5, 2008)

Dalam proses yang disebut elektrolisis, garam dilarutkan dalam air dan larutan dialiri dengan arus listrik sehingga pada proses ini diproduksi klorin, soda kaustik, dan hidrogen. Secara terpisah, minyak atau gas disuling dan Etilena dapat diproduksi melalui proses pemisahan kimia yang disebut dengan ‘cracking’. Lalu Etilena dan Klorin direaksikan dan ketika Etilena dan klorin bereaksi akan dihasilkan produk yaitu diklorida etilena (EDC); dimana selanjutnya akan dipecah dan dihasilkan monomer etil klorida (VCM), yaitu dasar dari penyusunan poli (vinil klorida) (PVC). Selanjutnnya PVC yang diproduksi dalam bentuk bubuk putih disebut dengan termoplastik (Anonim5, 2008).

Teknik produksi plastik yang tepat untuk bahan baku PVC adalah ekstrusi. Pertama bahan berupa PVC berbentuk butiran atau serbuk dimasukkan dalam corong, di dorong ke screw baja. Dilairkan ke sepanjang bejana (barrel), dan dipanaskan. Kedalaman lekukan screw makin berkurang untuk memadatkan bahannya. Pada ujung ekstruder, lelehan melalui die dalam keadaan panas, lunak, dan mudah dibentuk. Ekstrusi ini harus segera dijaga bentuk dan ukurannya yaitu dengan cara pendinginan menggunakan udara atau air. Dalam proses ekstrusi, ekstrudat yang dihasilkan tidak selalu tepat sama dengan dimensi/ukuran die, yaitu agak lebih kecil. Untuk mengatasi hal ini maka dapat digunakan alat khusus yang mampu mengambil ekstrudat lunak dari die dengan cepat (Hartono, 1993).

B.       Operasi Industri Polimer

Operasi industri polimer meliputi beberapa proses, yaitu:

1.    Proses Injection Molding

Molding Injeksi adalah teknik yang paling banyak digunakan untuk fabrikasi bahan termoplastik. Sebuah  penampang  skematik  dari  alat  yang  digunakan  diilustrasikan  pada  Gambar 2:

Gambar 2. Skema diagram Injection Molding

Bijih plastik (pellet) dimasukan pada feed hopper kemudian bahan akan masuk dalam silinder dengan gerakan pendorong atau ram. Bahan didorong maju ke dalam ruang pemanas yang mana diberikan tekanan di sekitar spreader sehingga dapat melakukan kontak yang lebih baik dengan dinding yang telah  dipanaskan.  Akibatnya,  bahan  termoplastik  meleleh  membentuk  cairan  kental.  Selanjutnya, plastik cair  didorong  lagi  oleh  gerak  ram,  melalui mulut  pipa  ke  dalam rongga  cetakan  tertutup; tekanan  dipertahankan  sampai  molding  telah  dipadatkan. Akhirnya,  cetakan  dibuka,  potongan dikeluarkan, cetakan ditutup, dan seluruh siklus diulang. Mungkin fitur yang paling menonjol dari teknik ini adalah kecepatan produksi potongan. Untuk termoplastik, pemadatan muatan disuntikkan sesegera mungkin, akibatnya, siklus untuk proses ini sangatlah singkat (biasanya dalam kisaran 10 sampai 30 s). Thermosetting polimer mungkin juga dibentuk melalui teknik ini, namun dibutuhkan waktu siklus lebih lama dibandingkan proses thermoplastics karena harus ada proses curing pada bahan setelah berada dibawah tekanan dalam cetakan yang dipanaskan. Proses ini kadang-kadang disebut reaksi injection molding (RIM) dan umumnya digunakan untuk bahan seperti polyurethane.

2.    Proses Ekstrusi

       Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap. Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali.

Gambar 3. Alat Ekstrusi

       Sebuah sekrup mekanis atau auger (gurdi) mendorong bahan pelet (bijih plastik) melalui ruang, yang berturut-turut  dipadatkan, meleleh , dan dibentuk menjadi muatan kontinu cairan kental.

Gambar 4. Skema Diagram Ekstrusi

       Ekstrusi  terjadi  karena  massa  cair  dipaksa  melalui  lubang cetakan.  Pemadatan  dari  bahan  yang diekstrusi  dipercepat  oleh  blower,  semprotan  air,  atau bath.  Teknik  ini  biasa  digunakan  dalam memproduksi bahan yang berbentuk panjang yang memiliki penampang geometri konstan misalnya, batang, tabung, selang saluran, lembaran, dan filamen.

3.    Proses Molding Kompresi dan Transfer

       Dalam proses Molding kompresi dibutuhkan campuran yang tepat antara Polimer dan aditif yang kemudian ditempatkan antara Mold Plunger dan Mold Cavity sperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 5. Skema Diagram Molding Kompresi

       Kedua bagian pada cetakan tersebut telah dipanaskan, namun hanya satu saja yang dapat digerakkan. Kemudian cetakan ditutup kemudian bahan diberikan tekanan pada saat suhu tinggi, seingga plastik menjadi kental lalu mengalir mengisi rongga cetakan dan membentuk sesuai bentuk cetakan yang digunakan. Sebelum pencetakan bahan dapat melalui proses Preform (proses pencampuran bahan bakudan ditekan dingin pada sebuah disc (potongan). Proses ini akan mengakibatkan berkurangnya waktu molding dan tekanan, memperluas die life-time, serta dapat menghasilkan potongan yang lebih seragam. Teknik cetakan ini cocok untuk pembuatan polimer termoplastik dan termoset baik, namun penggunaannya dengan termoplastik lebih memakan waktu dan mahal daripada ekstrusi yang lebih umum  digunakan  atau  teknik  injeksi  molding.  Dalam    molding  transfer  (variasi  dari  Molding kompresi), pada awalnya bahan padatan terlebih dahulu dilelehkan dalam sebuah wadah perpindahan panas. Setelah itu, bahan yang sudah berubah menjadi cairan disuntikan ke dalam ruangan cetak, kemudian diberikan tekanan yang merata pada seluruh permukaaannya. Teknik ini digunakan dengan polimer-polimer termoseting yang memiliki geometri yang kompleks.

Gambar 6. Skema diagram Transfer Molding

4.    Proses Blow Molding

        Proses blow-molding untuk pembuatan wadah plastik mirip dengan yang digunakan untuk meniup botol kaca.

Gambar 7. Proses Blow Molding Secara Umum

       Pertama  parison  atau  pipa  panjang  polimer,  diekstrusi.  Ketika  masih dalam  keadaan  semileleh, parison  ditempatkan  dalam  cetakan  dua  potong  memiliki  konfigurasi  (bentuk)  kontainer  yang diinginkan.  Bentuk  bahan  yang  berongga  dibentuk  dengan  meniupkan  udara  atau  uap  di  bawah tekanan ke parison, sehingga mendorong dinding tabung agar sesuai dengan kontur cetakan. Suhu dan viskositas parison harus diatur dengan cermat.

C.       Laboratorium Penunjang Industri Polimer

Laboratorium Uji Polimer (LUP) merupakan Laboratorium terakreditasi (SK KAN No. LP-083-IDN) sejak tahun 1999. LUP memberikan pelayanan uji dan karakterisasi, konsultasi, serta pelatihan di bidang material khususnya polimer atau plastik. Selain pengujian dan karakterisasi yang berdasarkan standar uji internasional seperti ASTM, JIS, atau ISO, kami juga melayani proses pembuatan plastik atau polimer serta berbagai preparasi awal sampel untuk pengujian.

1.        Universal testing machine

Laboratorium Uji Polimer melayani pengujian sifat fisis dan mekanik suatu bahan terutama polimer. Secara umum pengujian yang menggunakan Universal Testing Machine (UTM) adalah uji  tarik (tensile test) dan uji tekan (compression test). Pengujian yang setipe dengan uji tarik adalah uji sobek (tear test), uji geser (shear test), uji kelelahan (fatigue test), dan uji kelupas (peal test). Sedangkan pengujian yang sejenis dengan uji tekan adalah uji lentur (bending/flexural test).

Parameter yang dihasilkan baik untuk uji tarik maupun uji tekan adalah modulus elastisitas (modulus Young), kuat luluh (yield strength), kuat maximum tekan/tarik (ultimate strength), kuat putus (break strength), regangan luluh (yield strain), regangan di titik maksimum tekan/tarik (ultimate strain), regangan putus (break strain/ % elongation at break).

Alat buatan Orientec, UCT-5T ini dapat menguji  bahan  plastik, logam, kayu, tali, benang, dan kertas.  Adapun load cell yang digunakan  adalah 5 kgf, 100 kgf, dan 5000 kgf.  Pengujian bisa dilakukan pada suhu kamar, 23 ^oC dengan kelembaban 50% sampai pengujian pada suhu tinggi hingga 200 ^oC.

2.        Analisis termal

Teknik analisa termal yang umum digunakan adalah Differential Thermal Analysis (DTA), Thermogravimetry Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), dan Thermal Mechanical Analyzer (TMA) . 

Masing-masing metoda di atas secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut :

a.       Thermogravimetry (TG) adalah teknik analisa yang mengukur berat sampel yang hilang sebagai fungsi temperatur atau sebagai fungsi dari waktu pada temperatur tertentu pada kecepatan yang tetap.

b.      Diffrential Thermal Analysis (DTA) adalah teknik analisa yang mengukur perbedaan temperatur antara sampel dan referensi sebagai fungsi temperatur.

c.       Differential Scanning Calorimetry (DSC) adalah teknik analisa yang mengukur perbedaan kalor yang masuk ke dalam sampel dan referensi sebagai fungsi temperatur.

Alat ini bisa mengukur perubahan temperatur sampai 500 ^oC dengan laju pemanasan 5 ^oC/menit sampai 10 ^oC/menit. Pengukuran juga bisa dilakukan menggunakan udara kering maupun gas nitrogen. Untuk DSC dan TMA, pengujian bisa dilakukan mulai dari suhu -150 ^oC sedangkan untuk TGA pengujian hanya bisa dilakukan mulai dari suhu kamar.

3.        Scanning electron microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) menggunakan metode Secondary Electron Image (SEI). SEM digunakan untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan sampel. Alat buatan JEOL T-330A ini menghasilkan foto polaroid dan mampu memfoto dengan perbesaran dari 35x sampai 10000x. Sampel yang difoto sebaiknya berukuran kecil, tidak lebih dari 5 mm x 5 mm untuk luas permukaan dan sampel dalam keadaan kering.  Untuk sampel yang tidak bersifat konduktif, sampel harus dilapisi terlebih dahulu dengan bahan yang bersifat konduktif. Ion sputtering, alat yang digunakan untuk melapisi sampel ini tersedia juga di Laboratorium Uji Polimer (LUP). Bahan pelapisnya adalah emas (Au).

 III.            KESIMPULAN

A.    Proses pembuatan PVC melalui reaksi Polimerisasi adisi dibutuhkan beberapa materi yaitu Etilena, Garam Indusri (merupakan garam terbaik untuk dilakukan elektrolisis karena kualitas kemurniannya tinggi), dan tenaga listrik. Teknik produksi plastik yang tepat untuk bahan baku PVC adalah ekstrusi.

B.     Operasi industri polimer terdiri dari beberapa proses, yaitu proses injeksi molding, proses ekstrusi, proses molding kompresi dan transfer, serta proses blow molding.

C.     Laboratorium Uji Polimer (LUP) merupakan Laboratorium terakreditasi (SK KAN No. LP-083-IDN) sejak tahun 1999. LUP memberikan pelayanan uji dan karakterisasi, konsultasi, serta pelatihan di bidang material khususnya polimer atau plastik.

D.    Proses pembuatan plastik atau polimer serta berbagai preparasi awal sampel untuk pengujian, yaitu Universal testing machine, Analisis Termal, dan Scanning electron microscope (SEM).