PEMBUATAN FILM BIOPOLIMER DENGAN MODIFIKASI EKSTRAK KITOSAN-MELANIN DARI CANGKANG PUPA BSF UNTUK FOOD PACKAGING
Fanny Sakinah, Prof. Chandra Wahyu Purnomo, S.T., M.E., M.Eng., D.Eng., IPM.
2025 | Tesis | S2 Teknik Kimia
Pengemasan makanan
memainkan peran penting dalam industri pangan untuk menjaga kualitas makanan,
memperpanjang umur simpan dan melindungi produk dari kerusakan mekanis dan
kontaminasi mikroba. Namun, penggunaan plastik sebagai bahan kemasan makanan
yang umum memiliki masalah dalam mendaur ulang dan akumulasinya memberikan
dampak negatif pada lingkungan. Banyak makanan yang diproduksi secara global
terbuang sia-sia tanpa pernah dikonsumsi, terutama buah dan sayuran yang sangat
mudah rusak bahkan sebelum mencapai toko ritel. Untuk mencegah banyaknya
timbulan sampah sisa makanan dan mengurangi tingkat kerugian, maka diperlukan
kemasan makanan yang bersifat anti-bakteri yang dapat mengatasi permasalahan
tersebut. Sehingga diperlukan pengembangan bahan kemasan alternatif yang ramah
lingkungan dan memiliki sifat bioaktif. Film PVA dapat dimodifikasi dengan
bahan mentah yang dapat dimanfaatkan untuk pembuatan kemasan makanan yaitu dari
limbah cangkang pupa pada BSF (Black
Soldier Fly) untuk memperoleh ekstrak kitosan dan melanin sebagai filler. Penambahan melanin meningkatkan
sifat mekanik, anti-bakteri, dan ketahanan terhadap kelembapan, menjadikannya
kandidat yang potensial untuk kemasan makanan ramah lingkungan. Solusi ini
diharapkan dapat memperpanjang masa simpan produk dan mengurangi limbah plastik
konvensional. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik kitosan
dan melanin hasil ekstraksi cangkang pupa BSF serta pengaruh variasi melanin
terhadap sifat fisik, mekanik, dan anti-bakteri biofilm berbasis PVA dan kitosan.
Metode penelitian meliputi ekstraksi kitosan dan melanin dari cangkang pupa BSF
melalui tahap demineralisasi, deproteinasi, deasetilasi, dan presipitasi.
Bioplastik berbasis PCM (Polyvinyl
Alcohol, Chitosan, and Melanin) dibuat menggunakan metode casting dengan variasi konsentrasi
melanin (0; 0,25; 0,5; 1,0; dan 2,0 % wt).
Penelitian
ini mengembangkan bioplastik berbasis PCM dari cangkang pupa BSF dengan
karakteristik yang menjanjikan untuk aplikasi kemasan makanan. Karakteristik
utama FTIR kitosan ditunjukkan pada puncak 3557 cm?¹ mencerminkan peregangan
gugus O-H, sementara pita pada 3269 cm?¹ menunjukkan vibrasi peregangan N-H?. Puncak
pada 1646 cm?¹ mewakili gugus C=O. Untuk melanin
termasuk ke dalam golongan eumelanin yang memiliki karakteristik pita IR dari
1400 hingga 1770 cm?1 dengan puncak jelas terlihat pada 1453, 1522,
dan 1628 cm?1, yang merupakan keunikan eumelanin. SEM-EDS
mengidentifikasi unsur utama kitosan (C, N, O), dimana impuritis dari kitosan
sebesar 6,25?ri unsur Na dan melanin (C, N, O), dimana unsur Na, Si, dan Cl
merupakan impuritis yang berasal dari proses precipitasi sebesar 30,22%
sehingga memerlukan proses pencucian yang lebih banyak lagi untuk memperoleh
nilai impuritis yang lebih kecil. Sedangkan PSA menunjukkan kitosan memiliki
ukuran partikel rata-rata 539 nm dan 6.840 nm, serta melanin 212 nm. Penambahan
melanin (0–2%) menghasilkan bioplastik dengan ketebalan 0,18–0,23 mm, sifat
mekanik dengan penambahan melanin dapat meningkatkan kekuatan tarik dari 16,39
MPa menjadi 30,17 MPa dan elongasi dari 9,03% menjadi 22,58%. Untuk sifat fisik
seperti MC, WS, dan SR akibat sifat hidrofobik melanin dengan nilai tren
penurunan. Uji biodegradabilitas selama 35 hari menunjukkan kehilangan massa
bioplastik sebesar 43,66–48,31%. Uji antibakteri efektif, menghasilkan zona
hambat 7–13 mm pada E. coli dan 6–10 mm pada S. aureus, seiring peningkatan
konsentrasi melanin. Kombinasi melanin, kitosan, dan PVA menghasilkan
bioplastik yang ramah lingkungan, biodegradable, dan memiliki sifat antibakteri
yang efektif.
Kata kunci: PVA,
Kitosan, Melanin, Cangkang Pupa BSF, dan Kemasan Makanan
Food packaging plays an important role in the food
industry to maintain food quality, extend shelf life and protect products from
mechanical damage and microbial contamination. However, the use of plastic as a
common food packaging material has problems in recycling and its accumulation
has a negative impact on the environment. Much of the food produced globally is
wasted without ever being consumed, especially fruits and vegetables that are
highly perishable even before reaching retail stores. To prevent the large
amount of food waste and reduce the level of loss, anti-bacterial food
packaging is needed to overcome these problems. So it is necessary to develop
alternative packaging materials that are environmentally friendly and have
bioactive properties. PVA film can be modified with raw materials that can be
used for making food packaging, namely from pupa shell waste in BSF (Black
Soldier Fly) to obtain chitosan and melanin extracts as fillers. The addition
of melanin improves mechanical, antibacterial, and moisture resistance
properties, making it a potential candidate for eco-friendly food packaging.
This solution is expected to extend the shelf life of products and reduce
conventional plastic waste. This study aims to study the characteristics of chitosan
and melanin extracted from BSF pupa shells and the effect of melanin variations
on the physical, mechanical, and antibacterial properties of PVA and
chitosan-based biofilms. The research methods include the extraction of
chitosan and melanin from BSF pupa shells through demineralization,
deproteination, deacetylation, and precipitation stages. PCM (Polyvinyl
Alcohol, Chitosan, and Melanin)-based bioplastics were made using the casting
method with variations in melanin concentration (0; 0.25; 0.5; 1.0; and 2.0%
wt).
This study developed PCM-based bioplastics
from BSF pupa shells with promising characteristics for food packaging
applications. The main characteristics of chitosan FTIR are shown in the peak
at 3557 cm?¹ reflecting the stretching of the O-H group, while the band at 3269
cm?¹ indicates the stretching vibration of N-H?. The peak at 1646 cm?¹
represents the C=O group. For melanin, it belongs to the eumelanin group which
has a characteristic IR band from 1400 to 1770 cm?1 with clear peaks seen at
1453, 1522, and 1628 cm?1, which is the uniqueness of eumelanin. SEM-EDS
identified the main elements of chitosan (C, N, O), where the impurities of
chitosan were 6.25% of the Na and melanin elements (C, N, O), where the Na, Si,
and Cl elements were impurities originating from the precipitation process of
30.22% so that it required a greater washing process to obtain a smaller
impurity value. While PSA showed that chitosan had an average particle size of
539 nm and 6,840 nm, and melanin 212 nm. The addition of melanin (0–2%)
produced bioplastics with a thickness of 0.18–0.23 mm, mechanical properties
with the addition of melanin can increase tensile strength from 16.39 MPa to
30.17 MPa and elongation from 9.03% to 22.58%. For physical properties such as
MC, WS, and SR due to the hydrophobic nature of melanin with a decreasing trend
value. Biodegradability tests for 35 days showed a loss of bioplastic mass of
43.66–48.31%. Effective antibacterial tests, producing inhibition zones of 7–13
mm in E. coli and 6–10 mm in S. aureus, as melanin concentration increases. The
combination of melanin, chitosan, and PVA produces environmentally friendly,
biodegradable bioplastics with effective antibacterial properties..
Keywords: PVA, Chitosan-Melanin, BSF Pupa Shell, and Food Packaging
Kata Kunci : Kata kunci: PVA, Kitosan, Melanin, Cangkang Pupa BSF, dan Kemasan Makanan