Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar
1
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
2
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
Skripsi
sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
3
ABSTRAK
FERI NATA. Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar.
Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan AHMAD SJAHRIZA.
Kemampuan kitosan untuk membentuk gel telah banyak dimodifikasi. Gel kitosangom guar berpotensi sebagai membran untuk digunakan dalam sistem pengantaran.
Dalam penelitian ini, membran kitosan-gom guar digunakan dalam uji difusi ketoprofen.
Membran kitosan-gom guar dibuat dengan mencampurkan 75 ml larutan kitosan 1.5%
(b/v), 12.5 ml larutan gom guar 0.33% (b/v), dan 1.25 ml glutaraldehida 4.86%, yang
kemudian dituang ke dalam cetakan. Dibuat juga ragam ketebalan membran (h) dengan
meragamkan volume larutan kitosan yang digunakan. Setelah itu, membran digunakan
dalam uji difusi pada suhu (T) 37 dan 42 oC. Digunakan tiga tingkat konsentrasi sel donor
(Cd): 25, 50, dan 75 mg/l, sedangkan sel resipien diisikan pelarut. Untuk difusi pada T 37
o
C, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 menit.
Sementara untuk difusi pada T 42 oC, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 20, 40,
60, 80, 100, dan 120 menit. Alikuot diukur serapannya pada panjang gelombang 258.6
nm.
Pengaruh T terhadap koefisien difusi dalam percobaan ini tidak nyata karena
jumlah dan besar rongga dalam membran yang beragam. Model yang diperoleh untuk
fluks (J) ketoprofen adalah J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th dengan nilai R2 = 98.4%.
ABSTRACT
FERI NATA. Diffusion Behavior of Ketoprofen Through Chitosan-Guar Gum
Membranes. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and AHMAD
SJAHRIZA.
The ability of chitosan to form gel has been much modified. Chitosan-guar gum
gels are potential for membranes to be used in drug delivery systems. In this research,
chitosan-guar gum membranes were used in ketoprofen diffusion assay. Chitosan-guar
gum membranes were prepared by mixing 75 ml 1.5% (b/v) chitosan solution, 12.5 ml
0.33% (b/v) guar gum solution, and 1.25 ml 4.86% glutaraldehyde solution, which was
then poured into a mold. Membranes thickness (h) was varied by varying the volume of
chitosan solution that was used. Then, the membranes were used in diffusion assay at
temperatures (T) 37 dan 42 oC. Three degrees of donor concentration (Cd) were used: 25,
50, dan 75 mg/l, whereas receptor compartment was filled with solvent. For diffusion at
37 oC, the aliquots were taken after 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 minutes. Whereas for
diffusion at 42 oC, the aliquots were taken after 20, 40, 60, 80, 100, dan 120 minutes.
Absorbances of the aliquots were measured at 258.6 nm.
The influence of T on diffusion coefficient in this research was not significant due
to the varied number and size of hollow space in membranes. The obtained model for
ketoprofen flux (J) was J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th with R2 = 98.4%.
4
Judul : Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar
Nama : Feri Nata
NIM : G44203002
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Purwantiningsih Sugita, MS
NIP 131 779 513
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
5
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
Tanggal lulus:
Kupersembahkan untuk Papa dan Mama
yang telah mengajarkan nilai-nilai yang berharga
dan untuk para pendidik
yang telah memberikan begitu banyak ilmu.
6
PRAKATA
Puji syukur Penulis panjatkan kepada Allah Tritunggal atas segala berkat yang
memampukan Penulis menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini bertujuan
mendapatkan model persamaan fluks ketoprofen sebagai fungsi dari konsentrasi
ketoprofen dalam sel donor, suhu difusi, dan ketebalan membran, dan dilaksanakan sejak
bulan Oktober 2006 sampai Mei 2007 di Laboratorium Kimia Organik dan Laboratorium
Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
Penulis selama penelitian dan juga penyusunan karya ilmiah ini, terutama kepada Ibu Dr.
Purwantiningsih Sugita, MS dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing yang
selalu menyempatkan waktu untuk berkonsultasi; kepada Kak Budi Arifin, S.Si atas
arahan-arahan yang sangat berharga selama Penulis menjalani penelitian; serta kepada
Papa dan Mama yang selama ini telah berjuang keras agar Penulis bisa tetap sekolah
sampai akhirnya dapat menyusun karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Pusat Studi Biofarmaka atas bantuannya dalam analisis FTIR dan
pengering-bekuan sampel membran; kepada Bapak Dr. Ir. Ronny Rachman Noor,
M.Rur.Cs atas bantuannya dalam analisis SEM; serta kepada Mba Siti Rahma dan para
laboran di Kimia Organik atas bantuan teknisnya selama Penulis menjalani penelitian.
Pada kesempatan ini, Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Hibah
Bersaing XIV Dikti dan Hibah Penelitian Internal Departemen Kimia sebagai sumber
dana bagi penelitian ini.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Juni 2007
Feri Nata
7
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Manggar, Belitung pada tanggal 25 Desember 1984 sebagai
anak bungsu dari enam bersaudara dari pasangan Tet Tjong dan A Moij. Tahun 2003,
Penulis lulus dari SMU Negeri 1 Manggar, dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk
Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, Penulis menjadi asisten praktikum Kimia Dasar I
dan Kimia D3 Fahutan pada tahun ajaran 2004/2005, Kimia TPB dan Kimia Fisik TPG
pada tahun ajaran 2005/2006; serta Kimia TPB, Kimia Bahan Alam, Kimia Pangan,
Kimia Organik, dan Kimia Organik D3 Analisis Kimia pada tahun ajaran 2006/2007.
Penulis juga menjadi asisten dosen Matematika Dasar, Kalkulus, dan Kimia Dasar II pada
tahun ajaran 2004/2005, serta Kimia Organik II pada tahun ajaran 2006/2007. Penulis
juga aktif dalam kegiatan organisasi Komisi Pelayanan Siswa Unit Kegiatan Persekutuan
Mahasiswa Kristen dan pernah mengajar di SMA Negeri 5, SMK Negeri 1, SMA Negeri
2, dan SMA Negeri 8 Bogor, serta di SMP Ciampea sebagai pengajar sukarela Pendidikan
Agama Kristen. Pada awal tahun 2007, Penulis juga pernah menjadi guru bantu di kelas
internasional SMA Negeri 1 Bogor. Pada bulan Juli-Agustus 2006, Penulis
berkesempatan menjalani Praktik Lapangan di Laboratorium Kontrol Mutu PT Bintang
Toedjoe, Pulogadung, Jakarta Timur.
8
DAFTAR ISI
Halaman
viii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………………...
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………..
viii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………………...
ix
PENDAHULUAN…………………………………………………………………...
1
TINJAUAN PUSTAKA
Kitin dan Kitosan…………………………………………………………….
Gel Kitosan…………………………………………………………………...
Gom Guar…………………………………………………………………….
Ketoprofen……………………………………………………………………
Membran…………………………………………………………………......
Difusi Membran…………………...…………………………………………
1
2
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat………………………….……………………………………
Pembuatan Kitosan ……………...…………………………………………...
Pengukuran Derajat Deasetilasi……………………………………………...
Penentuan Bobot Molekul Kitosan ……………………………...…………..
Pembuatan Membran Kitosan-Gom Guar …………………...………………
Uji Difusi Membran Secara In Vitro ....................…………………………...
Pemodelan Fluks Ketoprofen...........................................................................
5
5
5
5
5
6
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian Kitosan……………………………………………………….........
Pencirian Membran………………………………………………………......
Pengaruh Suhu Dfusi terhadap Koefisien Difusi.....…………………………
Pemodelan Fluks Ketoprofen.............................................…………………..
6
6
9
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan……………………………………………………………………...
Saran……………………………………………………………………….....
12
12
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………….
LAMPIRAN…………………………………………………………………………
12
15
9
DAFTAR TABEL
1
2
Halaman
Spesifikasi kitosan niaga.......................................................................................
2
Nilai D dan J yang didapatkan dari uji difusi.......................................................
9
DAFTAR GAMBAR
4
Halaman
Struktur kitin (R = -NHCOCH3) dan kitosan (R = -NH2).....................................
2
Struktur hidrogel kitosan: (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan
polimer hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik ..
3
Struktur gom guar.................................................................................................
3
Struktur ketoprofen...............................................................................................
4
5
Alat uji difusi........................................................................................................
6
6
Kitosan hasil isolasi..............................................................................................
6
7
Gel yang terbentuk pada proses pencampuran......................................................
7
8
Membran kitosan-gom guar (a) kering; (b) basah................................................
7
9
Membran rapuh yang terbentuk dari campuran yang tidak homogen..................
7
10
Foto SEM permukaan membran (a) yang belum diuji; (b) yang digunakan
dalam uji difusi ke-9; (c) yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada
perbesaran 7500 kali.............................................................................................
7
Foto SEM penampang melintang membran (a) yang belum diuji difusi; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 3500
kali........................................................................................................................
8
Foto SEM permukaan membran (a) yang digunakan dalam uji difusi ke-9; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 5000
kali........................................................................................................................
8
13
Kurva pengaruh T terhadap D ..............................................................………....
10
14
Kurva pengaruh T terhadap D pada (a) Cd 25 mg/l dan h = 75-82.5 μm; (b) Cd
50 mg/l dan h = 75-88.5 μm…………….............................................................
10
Kurva pengaruh Cd dan T terhadap J dengan h (a) 27 μm; (b) 91 μm…………..
11
1
2
3
11
12
15
10
16
Kurva pengaruh Cd dan h terhadap J pada T (a) 37 oC; (b) 42 oC………………
11
17
Kurva pengaruh T dan h terhadap J dengan Cd (a) 25 mg/l; (b) 75 mg/l………
12
DAFTAR LAMPIRAN
2
Halaman
Diagram alir penelitian......................................................................................... 16
(a) Penetapan kadar air; (b) Penetapan kadar abu................................................. 17
3
Metode pembuatan pereaksi.................................................................................
17
4
Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan..................................
17
5
Penentuan bobot molekul kitosan.........................................................................
18
6
Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan.....................................
19
7
Analisis SEM........................................................................................................
8
(a) Analisis keragaman J; (b) Koefisien regresi perkiraan untuk J......................
20
20
1
1
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
2
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
Skripsi
sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
3
ABSTRAK
FERI NATA. Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar.
Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan AHMAD SJAHRIZA.
Kemampuan kitosan untuk membentuk gel telah banyak dimodifikasi. Gel kitosangom guar berpotensi sebagai membran untuk digunakan dalam sistem pengantaran.
Dalam penelitian ini, membran kitosan-gom guar digunakan dalam uji difusi ketoprofen.
Membran kitosan-gom guar dibuat dengan mencampurkan 75 ml larutan kitosan 1.5%
(b/v), 12.5 ml larutan gom guar 0.33% (b/v), dan 1.25 ml glutaraldehida 4.86%, yang
kemudian dituang ke dalam cetakan. Dibuat juga ragam ketebalan membran (h) dengan
meragamkan volume larutan kitosan yang digunakan. Setelah itu, membran digunakan
dalam uji difusi pada suhu (T) 37 dan 42 oC. Digunakan tiga tingkat konsentrasi sel donor
(Cd): 25, 50, dan 75 mg/l, sedangkan sel resipien diisikan pelarut. Untuk difusi pada T 37
o
C, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 menit.
Sementara untuk difusi pada T 42 oC, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 20, 40,
60, 80, 100, dan 120 menit. Alikuot diukur serapannya pada panjang gelombang 258.6
nm.
Pengaruh T terhadap koefisien difusi dalam percobaan ini tidak nyata karena
jumlah dan besar rongga dalam membran yang beragam. Model yang diperoleh untuk
fluks (J) ketoprofen adalah J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th dengan nilai R2 = 98.4%.
ABSTRACT
FERI NATA. Diffusion Behavior of Ketoprofen Through Chitosan-Guar Gum
Membranes. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and AHMAD
SJAHRIZA.
The ability of chitosan to form gel has been much modified. Chitosan-guar gum
gels are potential for membranes to be used in drug delivery systems. In this research,
chitosan-guar gum membranes were used in ketoprofen diffusion assay. Chitosan-guar
gum membranes were prepared by mixing 75 ml 1.5% (b/v) chitosan solution, 12.5 ml
0.33% (b/v) guar gum solution, and 1.25 ml 4.86% glutaraldehyde solution, which was
then poured into a mold. Membranes thickness (h) was varied by varying the volume of
chitosan solution that was used. Then, the membranes were used in diffusion assay at
temperatures (T) 37 dan 42 oC. Three degrees of donor concentration (Cd) were used: 25,
50, dan 75 mg/l, whereas receptor compartment was filled with solvent. For diffusion at
37 oC, the aliquots were taken after 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 minutes. Whereas for
diffusion at 42 oC, the aliquots were taken after 20, 40, 60, 80, 100, dan 120 minutes.
Absorbances of the aliquots were measured at 258.6 nm.
The influence of T on diffusion coefficient in this research was not significant due
to the varied number and size of hollow space in membranes. The obtained model for
ketoprofen flux (J) was J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th with R2 = 98.4%.
4
Judul : Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar
Nama : Feri Nata
NIM : G44203002
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Purwantiningsih Sugita, MS
NIP 131 779 513
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
5
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
Tanggal lulus:
Kupersembahkan untuk Papa dan Mama
yang telah mengajarkan nilai-nilai yang berharga
dan untuk para pendidik
yang telah memberikan begitu banyak ilmu.
6
PRAKATA
Puji syukur Penulis panjatkan kepada Allah Tritunggal atas segala berkat yang
memampukan Penulis menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini bertujuan
mendapatkan model persamaan fluks ketoprofen sebagai fungsi dari konsentrasi
ketoprofen dalam sel donor, suhu difusi, dan ketebalan membran, dan dilaksanakan sejak
bulan Oktober 2006 sampai Mei 2007 di Laboratorium Kimia Organik dan Laboratorium
Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
Penulis selama penelitian dan juga penyusunan karya ilmiah ini, terutama kepada Ibu Dr.
Purwantiningsih Sugita, MS dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing yang
selalu menyempatkan waktu untuk berkonsultasi; kepada Kak Budi Arifin, S.Si atas
arahan-arahan yang sangat berharga selama Penulis menjalani penelitian; serta kepada
Papa dan Mama yang selama ini telah berjuang keras agar Penulis bisa tetap sekolah
sampai akhirnya dapat menyusun karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Pusat Studi Biofarmaka atas bantuannya dalam analisis FTIR dan
pengering-bekuan sampel membran; kepada Bapak Dr. Ir. Ronny Rachman Noor,
M.Rur.Cs atas bantuannya dalam analisis SEM; serta kepada Mba Siti Rahma dan para
laboran di Kimia Organik atas bantuan teknisnya selama Penulis menjalani penelitian.
Pada kesempatan ini, Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Hibah
Bersaing XIV Dikti dan Hibah Penelitian Internal Departemen Kimia sebagai sumber
dana bagi penelitian ini.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Juni 2007
Feri Nata
7
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Manggar, Belitung pada tanggal 25 Desember 1984 sebagai
anak bungsu dari enam bersaudara dari pasangan Tet Tjong dan A Moij. Tahun 2003,
Penulis lulus dari SMU Negeri 1 Manggar, dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk
Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, Penulis menjadi asisten praktikum Kimia Dasar I
dan Kimia D3 Fahutan pada tahun ajaran 2004/2005, Kimia TPB dan Kimia Fisik TPG
pada tahun ajaran 2005/2006; serta Kimia TPB, Kimia Bahan Alam, Kimia Pangan,
Kimia Organik, dan Kimia Organik D3 Analisis Kimia pada tahun ajaran 2006/2007.
Penulis juga menjadi asisten dosen Matematika Dasar, Kalkulus, dan Kimia Dasar II pada
tahun ajaran 2004/2005, serta Kimia Organik II pada tahun ajaran 2006/2007. Penulis
juga aktif dalam kegiatan organisasi Komisi Pelayanan Siswa Unit Kegiatan Persekutuan
Mahasiswa Kristen dan pernah mengajar di SMA Negeri 5, SMK Negeri 1, SMA Negeri
2, dan SMA Negeri 8 Bogor, serta di SMP Ciampea sebagai pengajar sukarela Pendidikan
Agama Kristen. Pada awal tahun 2007, Penulis juga pernah menjadi guru bantu di kelas
internasional SMA Negeri 1 Bogor. Pada bulan Juli-Agustus 2006, Penulis
berkesempatan menjalani Praktik Lapangan di Laboratorium Kontrol Mutu PT Bintang
Toedjoe, Pulogadung, Jakarta Timur.
8
DAFTAR ISI
Halaman
viii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………………...
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………..
viii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………………...
ix
PENDAHULUAN…………………………………………………………………...
1
TINJAUAN PUSTAKA
Kitin dan Kitosan…………………………………………………………….
Gel Kitosan…………………………………………………………………...
Gom Guar…………………………………………………………………….
Ketoprofen……………………………………………………………………
Membran…………………………………………………………………......
Difusi Membran…………………...…………………………………………
1
2
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat………………………….……………………………………
Pembuatan Kitosan ……………...…………………………………………...
Pengukuran Derajat Deasetilasi……………………………………………...
Penentuan Bobot Molekul Kitosan ……………………………...…………..
Pembuatan Membran Kitosan-Gom Guar …………………...………………
Uji Difusi Membran Secara In Vitro ....................…………………………...
Pemodelan Fluks Ketoprofen...........................................................................
5
5
5
5
5
6
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian Kitosan……………………………………………………….........
Pencirian Membran………………………………………………………......
Pengaruh Suhu Dfusi terhadap Koefisien Difusi.....…………………………
Pemodelan Fluks Ketoprofen.............................................…………………..
6
6
9
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan……………………………………………………………………...
Saran……………………………………………………………………….....
12
12
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………….
LAMPIRAN…………………………………………………………………………
12
15
9
DAFTAR TABEL
1
2
Halaman
Spesifikasi kitosan niaga.......................................................................................
2
Nilai D dan J yang didapatkan dari uji difusi.......................................................
9
DAFTAR GAMBAR
4
Halaman
Struktur kitin (R = -NHCOCH3) dan kitosan (R = -NH2).....................................
2
Struktur hidrogel kitosan: (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan
polimer hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik ..
3
Struktur gom guar.................................................................................................
3
Struktur ketoprofen...............................................................................................
4
5
Alat uji difusi........................................................................................................
6
6
Kitosan hasil isolasi..............................................................................................
6
7
Gel yang terbentuk pada proses pencampuran......................................................
7
8
Membran kitosan-gom guar (a) kering; (b) basah................................................
7
9
Membran rapuh yang terbentuk dari campuran yang tidak homogen..................
7
10
Foto SEM permukaan membran (a) yang belum diuji; (b) yang digunakan
dalam uji difusi ke-9; (c) yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada
perbesaran 7500 kali.............................................................................................
7
Foto SEM penampang melintang membran (a) yang belum diuji difusi; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 3500
kali........................................................................................................................
8
Foto SEM permukaan membran (a) yang digunakan dalam uji difusi ke-9; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 5000
kali........................................................................................................................
8
13
Kurva pengaruh T terhadap D ..............................................................………....
10
14
Kurva pengaruh T terhadap D pada (a) Cd 25 mg/l dan h = 75-82.5 μm; (b) Cd
50 mg/l dan h = 75-88.5 μm…………….............................................................
10
Kurva pengaruh Cd dan T terhadap J dengan h (a) 27 μm; (b) 91 μm…………..
11
1
2
3
11
12
15
10
16
Kurva pengaruh Cd dan h terhadap J pada T (a) 37 oC; (b) 42 oC………………
11
17
Kurva pengaruh T dan h terhadap J dengan Cd (a) 25 mg/l; (b) 75 mg/l………
12
DAFTAR LAMPIRAN
2
Halaman
Diagram alir penelitian......................................................................................... 16
(a) Penetapan kadar air; (b) Penetapan kadar abu................................................. 17
3
Metode pembuatan pereaksi.................................................................................
17
4
Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan..................................
17
5
Penentuan bobot molekul kitosan.........................................................................
18
6
Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan.....................................
19
7
Analisis SEM........................................................................................................
8
(a) Analisis keragaman J; (b) Koefisien regresi perkiraan untuk J......................
20
20
1
11
PENDAHULUAN
Kemampuan kitosan untuk membentuk gel telah banyak dimodifikasi. Wang et al. (2004)
melaporkan pembentukan gel kitosan-polivinil alkohol (PVA) dengan glutaraldehida sebagai
penaut-silang. PVA bertindak sebagai interpenetrating agent (IPN). PVA ditambahkan karena
sifat mekaniknya yang lebih baik daripada kitosan dan dapat terurai secara alami. Hasil yang
diperoleh menunjukkan penambahan PVA dapat memperbaiki sifat gel kitosan, yaitu menurunkan
waktu gelasi dan meningkatkan kekuatan mekanis gel. Modifikasi gel kitosan juga dikembangkan
dengan menambahkan hidrokoloid alami, di antaranya dengan karboksimetil selulosa (CMC)
(Rachmanita 2006), alginat (Wahyono 2006), gom guar (Lestari 2006), dan gom xantan (Utomo
2006). Keempat modifikasi tersebut memiliki potensi untuk digunakan sebagai membran. Namun,
gel kitosan yang terbentuk dengan penambahan gom guar memiliki sifat reologi yang lebih baik
dibandingkan dengan modifikasi lainnya. Lestari (2006) melaporkan bahwa pada kondisi
optimumnya, gel kitosan-gom guar memiliki kekuatan gel, titik pecah (break point), ketegaran
(rigidity), pembengkakan (swelling), dan pengerutan (sineresis; shrinking) berturut-turut 553.439
g/cm2; 0.968 cm; 4.147 g/cm; 4.0772 g; dan 1.2738 g. Kondisi optimum yang sesuai untuk
pangantaran obat ini diperoleh dari hasil olah data dengan metode respons permukaan (RSM),
yaitu pada konsentrasi glutaraldehida dan gom guar berturut-turut 4.86% dan 0.33% yang
ditambahkan ke dalam larutan kitosan 2.5%.
Studi terhadap membran kitosan dan kitosan-termodifikasi telah banyak dilakukan, di
antaranya sebagai membran ultrafiltrasi, osmosis balik, dan dialisis, serta untuk pemisahan protein,
pervaporasi, dan pemisahan isomer optik (Krajewska 2001). Dalam penelitian Cardenas et al.
(2003), juga telah dibuat gel kitosan dengan hidrokoloid alami alginat melalui pembentukan
membran kompleks polielektrolit (PEC) yang berguna untuk bidang-bidang pangan, kosmetik, dan
industri farmasi. Sementara gom guar sendiri telah dimanfaatkan sebagai pembawa untuk
memperbaiki sistem pengantaran obat ke dalam usus besar untuk mengobati radang usus besar dan
kanker usus besar (Kshirsagar 2000). Namun, membran dari gel kitosan-gom guar praktis belum
pernah diteliti.
Gom guar, sebagai bahan saling-tembus (interpenetrating agent), diharapkan dapat
menghasilkan gel kitosan dengan ciri-ciri yang lebih baik. Jaringan tiga dimensi terbentuk antara
molekul kitosan dan gom guar pada seluruh volume gel, dan memerangkap sejumlah air di
dalamnya. Sifat jaringan ini serta interaksi molekular yang mengikat keseluruhan
n gel menentukan
kekuatan, stabilitas, dan tekstur gel. Untuk memperkuat jaringan internal gel biasanya digunakan
molekul lain sebagai penaut-silang; dalam penelitian ini, digunakan glutaraldehida. Dengan sifat
reologi yang baik, gel kitosan-gom guar (Lestari 2006) diharapkan dapat menghasilkan membran
dengan efektivitas pengantaran substrat yang lebih baik dibandingkan dengan membran kitosan
yang telah diteliti selama ini.
Ketoprofen adalah obat anti-peradangan kelompok nonsteroidal. Kelarutan ketoprofen dalam
air rendah dan penggunaan dalam dosis tinggi dapat menyebabkan pendarahan pada lambung.
Kelemahan-kelemahan tersebut diharapkan dapat teratasi dengan menyalut ketoprofen dalam
mikrokapsul gel yang mampu mengatur pelepasan obat dalam tubuh (Tiyaboonchai et al. 2003 dan
Yamada et al. 2001).
Tujuan penelitian ini adalah menyajikan perilaku difusi ketoprofen melalui membran kitosangom guar. Pengaruh suhu difusi (T) terhadap koefisien difusi (D) dikaji dengan metode regresi
linear. Sementara fluks (J) ketoprofen dikaji dengan metode respons permukaan (RSM) dengan
faktor-faktor: konsentrasi ketoprofen dalam sel donor (Cd), suhu difusi (T), dan ketebalan
membran (h).
TINJAUAN PUSTAKA
12
Kitin dan Kitosan
Kitin merupakan biopolimer polisakarida terbanyak kedua setelah selulosa. Struktur kimia kitin
berupa unit linear berulang dari 2-asetamido-2-deoksi-D-glukopiranosa yang berikatan β-(1→4)
(Gambar 1) (Thatte 2004). Kitin berupa padatan amorf berwarna putih yang hampir tidak larut
dalam air, asam encer, dan basa. Kitin dapat terurai secara alami, tidak beracun, biokompatibel,
serta tidak menimbulkan efek alergi, dengan sifat-sifat bahan yang unik dan sifat fungsional yang
beragam.
Kitin berasal dari eksoskeleton krustasea, seperti kepiting, udang, dan lobster. Selain dari
hewan-hewan tersebut, kitin juga dapat diperoleh dari serangga, jamur, dan cendawan yang
jumlahnya beragam. Pada umumnya, kitin tidak berada dalam keadaan bebas, tetapi berikatan
dengan protein, mineral, dan berbagai macam pigmen. Kulit udang sendiri mengandung 25–40%
protein, 40–50% CaCO3, dan 15–20% kitin. Jumlah setiap komponen tersebut masih bergantung
pada jenis udangnya (Purwantiningsih 1992).
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
O
OH
R
R
n
Gambar 1 Struktur kitin (R = -NHCOCH3) dan kitosan (R = -NH2)
Kitosan merupakan kitin yang terdeasetilasi, yaitu modifikasi struktur kitin melalui hidrolisis
gugus asetamido menggunakan larutan basa atau secara biokimia (Gambar 1). Protonasi gugus
amino membuat kitosan bersifat polikationik pada suasana asam dan dapat membentuk gel di
dalam lambung. Dengan struktur yang mirip selulosa dan kemampuannya membentuk gel dalam
suasana asam, kitosan memiliki sifat-sifat sebagai matriks dalam sistem pengantaran obat (Sutriyo
et al. 2005).
Sifat kitosan bergantung pada sumber (asal), derajat deasetilasi (DD), distribusi gugus asetil,
gugus amino, panjang rantai, dan distribusi bobot molekul. Tabel 1 menampilkan spesifikasi untuk
kitosan niaga.
Tabel 1 Spesifikasi kitosan niaga*
Parameter
Ciri
Ukuran partikel
Serpihan sampai bubuk
Kadar air
≤ 10%
Kadar abu
≤ 2%
Derajat deastilasi
≥ 70%
Warna larutan
tidak berwarna
Viskositas (cps):
Rendah
< 200
Medium
200-799
Tinggi
800-2000
Sangat tinggi
> 2000
*Sumber: Anonim 1987 dalam Jamaludin 1994
13
Pengukuran DD kitosan dapat dilakukan dengan menggunakan metode spektrofotometri turunan
pertama, titrimetri dengan HBr, dan spektrofotometri inframerah transformasi Fourier (FTIR).
Penentuan DD dengan metode FTIR relatif cepat dan tidak membutuhkan pelarutan kitosan dalam
pelarut berair. Penyiapan kitosan, jenis instrumen yang digunakan, dan kondisi analisis akan
memengaruhi hasil analisis (Khan et al. 2002).
Gel Kitosan
Gelasi atau pembentukan gel merupakan fenomena yang menarik dan sangat kompleks. Pada
prinsipnya, pembentukan gel terjadi karena terbentuknya jaringan tiga dimensi dari molekul
primer, yang terentang pada seluruh volume gel dan memerangkap sejumlah pelarut di dalamnya
(Oakenfull 1984 dalam Nuraini 1994). Hal serupa juga dinyatakan oleh Tobolsky (1943) dalam
Fardiaz (1989), yakni jika terjadi ikatan silang pada rantai-panjang polimer dalam jumlah yang
cukup banyak, akan terbentuk bangunan tiga dimensi yang sinambung. Molekul pelarut akan
terjebak di antaranya dan terimobilisasi sehingga terbentuk struktur kaku dan tegar yang tahan
terhadap gaya atau tekanan tertentu. Glicksman (1984) dalam Fardiaz (1989) juga mengemukakan
bahwa fenomena gelasi melibatkan penggabungan atau ikatan-silang antarrantai polimer.
Menurut Depkes (1995), gel merupakan sistem semipadat yang berupa suspensi partikel
anorganik yang kecil atau molekul organik yang besar, yang terpenetrasi oleh suatu cairan. Gel
yang dapat menahan air di dalam strukturnya disebut hidrogel (Wang et al. 2004). Air dalam gel
ini merupakan tipe air imbibisi, yaitu air yang masuk ke dalam suatu bahan dan menyebabkan
pengembangan volume, tetapi bukan merupakan komponen penyusun bahan tersebut (Winarno
1997). Hidrogel kitosan dapat digolongkan menjadi hidrogel kimia dan fisika. Hidrogel kimia
dibentuk dari reaksi tidak dapat-balik, melibatkan ikatan silang secara kovalen. Sementara hidrogel
fisika dibentuk oleh reaksi yang dapat-balik, dengan ikatan-silang terjadi secara ionik (Stevens
2001 dan Berger et al. 2004).
Ikatan-silang kovalen dalam hidrogel kitosan dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu (a)
ikatan-silang kitosan-kitosan, (b) jaringan polimer hibrida (HPN, hybrid polymer network), dan (c)
jaringan polimer saling-tembus tanggung atau utuh (semi-IPN atau full-IPN, interpenetrating
polymer network) (Gambar 2). Sebagaimana tersirat dari namanya, ikatan silang kitosan-kitosan
terjadi antara dua unit struktural pada rantai polimer kitosan yang sama, sementara pada HPN,
reaksi penautan silang terjadi antara satu unit dari struktur rantai kitosan dan unit lain dari struktur
polimer tambahan. Berbeda dengan HPN, semi-IPN, atau full-IPN terjadi jika ditambahkan
polimer lain yang tidak bereaksi dengan larutan kitosan sebelum terjadi ikatan silang. Pada semiIPN, polimer yang ditambahkan ini hanya melilit, sementara pada full-IPN, ditambahkan dua
senyawa penaut-silang yang terlibat pada jaringan (Berger et al. 2004).
Pencampuran antara kitosan dan hidrokoloid alami dengan muatan yang berlawanan dapat
dimanfaatkan dalam proses gelasi dengan bantuan glutaraldehida sebagai penaut-silang.
Glutaraldehida merupakan senyawa dwifungsi yang umum digunakan untuk modifikasi protein
dan polimer (Carla et al. 2004). Wang et al. (2004) melaporkan fungsi glutaraldehida sebagai
perantara ikatan silang untuk polivinil alkohol (PVA) dan beberapa polisakarida seperti heparin,
asam hialuronat, dan kitosan.
14
Gambar 2 Struktur hidrogel kitosan: (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan polimer
hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik (Berger et al.
2004).
Gom Guar
Gom adalah molekul berbobot molekul tinggi yang bersifat koloid (berukuran 10−1000 Å), dan
dalam bahan pengembang yang sesuai dapat membentuk gel, larutan, atau suspensi kental pada
konsentrasi sangat rendah (Whistler 1973 dalam Nasution 1999). Selain sebagai bahan pengental
dan pembentuk gel, gom mempunyai banyak sifat fungsional sekunder yang berguna bagi produk
pangan. Sifat-sifat fungsional tersebut di antaranya adalah sebagai perekat, penaut, penghambat
kristalisasi es, penjernih, pengeruh, pelapis, pengemulsi, pembentuk film, pemantap buih, koloid
pelindung, pemantap, pensuspensi, dan penghambat pengerutan (Fardiaz 1989).
Gom guar merupakan gom biji yang diperoleh dari biji tanaman Legominos, Cyamopsis
tetragonolobus, dan Cyamopsis psoraloides yang ditemukan di barat laut India dan Pakistan
(Nussinovitch 1997). Pengolahan yang dilakukan meliputi pemisahan secara mekanik terhadap
kulit biji, lalu lembaganya dibuang, dan endosperma yang mengandung gom digiling menjadi
tepung halus (Fardiaz 1989). Dilihat dari strukturnya, gom guar merupakan galaktomanan yang
terdiri atas D-galaktosa yang berikatan α-(1→6) dengan rantai tulang punggung 1,4-β-Dmanopiranosa (Gambar 3) (Chaplin 2005).
CH2OH
HO
O H
H
OH
H
H
HO
O
H
H
CH2
O
H
OH
HO
H
O
H
H
H
H
OH
H
HO
H
O
H
O
CH2OH
n
Gambar 3 Struktur gom guar.
15
Gom guar tidak bermuatan sehingga tidak terpengaruh oleh pH dan sangat efektif dalam
produk-produk asam. Gom ini juga bersifat kompatibel dengan hampir semua hidrokoloid; secara
khusus dengan karaginan atau gom xantan, dapat terjadi interaksi sinergis. Interaksi gom guar
tidak menghasilkan gel, tetapi hanya meningkatkan kekentalan, karena derajat substitusi rantai
tulang punggungnya yang tinggi mengurangi interaksi (Fardiaz 1989). Gom guar juga telah
dimanfaatkan sebagai pembawa untuk memperbaiki sistem pengantaran obat ke dalam usus besar
untuk mengobati radang usus besar dan kanker usus besar (Kshirsagar 2000).
Ketoprofen
Ketoprofen [asam 2-(3-benzoilfenil)propanoat; Mr = 254.3 g mol-1] berupa serbuk hablur yang
putih atau hampir putih dan tidak berbau. Zat ini mudah larut dalam etanol, kloroform, dan eter,
tetapi taklarut dalam air. Suhu leburnya berkisar antara 93 dan 96 ºC (US Pharmacopeia and
National Formulary 2003). Struktur ketoprofen dapat dilihat pada Gambar 4.
O
O
C
CH COH
CH3
Gambar 4 Struktur ketoprofen.
Ketoprofen merupakan zat anti peradangan non-steroid (NSAID) dengan daya analgesik, antiperadangan, dan antipiretik yang bekerja menghambat sintesis prostaglandin. Ketoprofen
dieliminasi melalui ginjal. Dosis oral ketoprofen bagi penderita rheumatoid arthritis dan osteoarthritis adalah 75 mg, 3 kali sehari atau 50 mg, 4 kali sehari (American Medical Association
1991).
Ketoprofen memiliki waktu paruh eliminasi yang kecil dalam plasma darah, yaitu sekitar 1.5-2
jam. Konsentrasi ketoprofen yang bertahan dalam plasma darah setelah 24 jam hanya sekitar 0.07
mg/l. Sementara, konsentrasi maksimum yang dapat dicapai sendiri jauh lebih besar daripada
konsentrasi terapi, yaitu 15-25 mg/l. Oleh karena itu, ketoprofen perlu dimikroenkapsulasi untuk
memperbaiki pengantaran dalam tubuh (Patil et al. 2005).
Membran
Membran merupakan film tipis yang sering digunakan dalam ultrafiltrasi, osmosis balik,
dialisis, pemisahan protein, pervaporasi, dan pemisahan isomer optik. Studi terhadap sifat difusi
dari berbagai substrat dan kekuatan fisik dari suatu membran sangat penting bagi pengembangan
sistem pelepasan substrat terkendali yang menggunakan membran hidrogel. Sifat difusi pada
membran kitosan dapat diatur oleh derajat penautan-silang dengan glutaraldehida dan imobilisasi
protein (Krajewska 2001).
Cardenas et al. (2003) melaporkan pembentukan membran kompleks polielektrolit kitosanalginat. Difusi partikel terlarut melewati membran ini sangat bergantung pada bobot molekul
partikel dan pH larutannya. Membran sejenis dikembangkan untuk diterapkan dalam sistem
pelepasan-obat, pemisahan protein, pembungkus/pelapis anti-penggumpalan, dan membran
pemisahan-zat. Sebelumnya, membran kompleks polielektrolit yang terbentuk dari kitosan dan
beberapa hidrokoloid anionik, seperti karboksimetil selulosa (Arguelles-Monal et al. 1993 dan
Penche-Covas et al. 1995 dalam Cardenas et al. 2003), asam galakturonat, dan karaginan (Peniche
& Arguelles-Monal 2001 dalam Cardenas et al. 2003) juga telah berhasil dibuat. Membran-
16
membran ini digunakan dalam industri pangan, kosmetik, dan farmasi karena kemampuannya
membentuk gel dengan adanya kation divalen (Gaseca 1988 dalam Cardenas et al. 2003).
Difusi Membran
Kecepatan difusi partikel terlarut melalui membran diukur untuk menentukan fungsi membran
tersebut (Krajewska 2001). Jika tidak terdapat interaksi kimia antara partikel terlarut dan
membran, maka difusi partikel terlarut tersebut melalui membran hidrogel dapat digambarkan oleh
persamaan Fick (Martin 1993):
dM
(1)
J=
S ⋅ dt
dC
(2)
J = −D
dx
(C − C r )
dM
(3)
J=
= DK d
S ⋅ dt
h
dengan J adalah fluks partikel terlarut (g cm-2 det-1), M adalah massa partikel terlarut yang
berdifusi (g), S adalah luas permukaan membran (cm2), t adalah waktu difusi (det), dM adalah
dt
kemiringan kurva hubungan jumlah partikel terlarut yang melewati membran dengan waktu difusi
(kurva difusi), Cd adalah konsentrasi partikel terlarut dalam sel donor (g cm-3), Cr adalah
konsentrasi partikel terlarut dalam sel resipien (g cm-3), K adalah koefisien partisi partikel terlarut,
dan h adalah ketebalan membran (cm).
Beberapa asumsi digunakan untuk memudahkan penentuan parameter difusi, yaitu (a) nilai K
dianggap sama dengan satu ketika kedua sel difusi diaduk homogen dan (b) nilai (Cd − Cr)≈Cr
selama uji difusi. Dengan dua asumsi ini, Persamaan 3 menjadi
dM DSCd
(4)
=
dt
h
dM ⋅ h
(5)
D=
dt ⋅ SC d
Plot jumlah ketoprofen yang memasuki sel resipien terhadap waktu difusi akan menghasilkan nilai
dM sehingga nilai D dan J dapat dihitung.
dt
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah kulit udang pancet yang dibeli dari Muara Angke Jakarta
Utara, NaOH teknis, HCl teknis, kertas indikator pH universal, asam asetat teknis, gom guar,
glutaraldehida 25%, etanol teknis, etanol absolut, air suling, dan ketoprofen yang diperoleh dari PT
Kalbe Farma.
Alat-alat yang digunakan, antara lain lempeng pemanas, pengaduk magnet, oven,
spekrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) Bruker jenis Tentor 37, viskometer
Ostwald, alat difusi dan penangas air, aerator, spektrofotometer ultraviolet/sinar tampak (UV/Vis)
UV-1700 PharmaSpec, pengering beku, pelapis ion Au JEOL JFC-1100E, mikroskop elektron
susuran JEOL JSM-5200, dan peranti lunak Minitab Release 14. Analisis SEM dilakukan di
Laboratorium Pemuliaan dan Genetika, Departemen Ilmu Produksi dan Teknologi Peternakan,
Fakultas Peternakan, IPB, dan analisis FTIR dilakukan di Lembaga Pelayanan dan Pengembangan
Masyarakat (LPPM) Pusat Studi Biofarmaka (PSB) IPB.
17
Pembuatan Kitosan (Lestari 2006)
Kulit udang dibersihkan, dikeringkan, dan dipotong-potong kecil. Sebanyak 50 g kulit udang
dimasukkan dalam gelas piala yang dilengkapi pengaduk, termometer, dan lempeng pemanas.
Setelah itu, ke dalam gelas piala ditambahkan 1000 ml larutan NaOH 3.5% [1:20 (w/v)] untuk
proses deproteinasi. Proses ini dilakukan selama 2 jam pada suhu 65 oC. Residu dicuci dengan
menggunakan akuades sampai pH 7, kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 70 oC.
Residu bebas-protein didemineralisasi dengan menambahkan larutan HCl 3.5% dengan nisbah
residu:larutan HCl 3.5% 1:20. Proses ini dilakukan pada suhu kamar selama 2 jam sambil terus
diaduk. Residu dicuci dengan menggunakan akuades sampai pH 7 kemudian dikeringkan dalam
oven bersuhu 70 oC. Residu hasil pemisahan ini adalah kitin.
Kitin diubah menjadi kitosan melalui deasetilasi. Sebanyak 50 g kitin dimasukkan ke dalam
gelas piala kemudian ditambahkan 1000 ml larutan NaOH 50% (1:20) dan dipanaskan pada suhu
100 oC selama 4 jam sambil terus diaduk. Residu dicuci dengan menggunakan akuades sampai pH
7 kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 70 oC. Residu dari proses ini disebut kitosan.
Pengukuran Derajat Deasetilasi (Domszy & Robert 1985 dalam Khan et al. 2002)
Kitosan yang diperoleh diukur derajat deasetilasinya (DD) menggunakan metode garis-dasar.
Kitin dan kitosan dianalisis dengan FTIR. Jika DD kitosan kurang dari 70%, maka proses
deasetilasi diulangi sampai DD lebih dari 70%.
Puncak serapan tertinggi dicatat dan diukur dari garis dasar yang dipilih. Nilai absorbans dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
A = log P0
(6)
P
P0 = % transmitans pada puncak maksimum
P = % transmitans pada puncak minimum
Kitin yang terdeasetilasi sempurna (100%) memiliki nilai A1655 = 1.33. Dengan
membandingkan absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm-1 (serapan pita amida I) dengan
absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm-1 (serapan gugus hidroksil), maka DD dapat dihitung
dengan persamaan berikut
DD (%) = ⎡⎢1 − ⎛⎜ A1655 × 1 ⎞⎟ ⎤⎥ × 100%
(7)
⎜
⎟
⎣ ⎝ A3450 1.33 ⎠ ⎦
Penentuan Bobot Molekul Kitosan (Tarbojevich & Cosani 1996)
Bobot molekul kitosan ditentukan dengan menggunakan viskometer Ostwald-Cannon-Fenske.
Dibuat ragam konsentrasi larutan kitosan dalam asam asetat 0.5 M, yaitu 0, 0.02, 0.04, 0.06, dan
0.08% (b/v). Sebanyak 5 ml dan dimasukkan ke dalam viskometer untuk ditentukan waktu alirnya.
Waktu alirnya dibaca sebanyak tiga kali. Kemudian, dibuat kurva hubungan antara lnηsp/c dan C
sehingga didapatkan persamaan
lnηsp/c = ln[η] + KM [η]2C
(8) [η]
= KMa
(9)
-4
dengan K = 3.5 × 10 dan a = 0.76. Dengan metode regresi linear, akan diperoleh nilai ln[η]
sebagai intersep (a), KM[η]2 sebagai kemiringan (b), dan koefisien regresi (r).
Pembuatan Membran Kitosan-Gom Guar (modifikasi dari Lestari 2006)
18
Sebanyak 75 ml larutan kitosan 1.5% ditambahkan 12.5 ml larutan gom guar dengan
konsentrasi 0.33% (b/v) sambil diaduk sampai homogen. Kemudian ditambahkan 1.25 ml
glutaraldehida 4.86% secara perlahan-lahan sambil terus diaduk. Larutan terus diaduk sampai 10
menit setelah penambahan glutaraldehida. Larutan yang terbentuk dituangkan ke atas cetakan
berukuran 21.40 × 28.25 cm2 pada suhu ruang. Pelarut dibiarkan menguap pada suhu ruang dan
diperoleh membran yang kering. Membran dilepaskan dari cetakan dengan menambahkan larutan
NaOH 1 M ke atas membran. Pekerjaan ini diulang dengan meragamkan volume kitosan untuk
memperoleh membran dengan ketebalan yang berbeda.
Uji Difusi Membran Secara In Vitro (Brazel & Peppas 2000 dan Peppas et al. 2000)
Pada salah satu sel difusi diisikan larutan berisi larutan ketoprofen dengan konsentrasi 25, 50
dan 75 μg/ml, sementara pada sel lain diisikan pelarut. Alat difusi ini kemudian diletakkan dalam
penangas air bersuhu 37 dan 42 oC untuk menjaga agar suhu sistem konstan. Pengadukan dibantu
oleh aerator yang dipasang pada kedua sel difusi (Gambar 5). Selanjutnya alikuot diambil dari sel
yang berisi pelarut untuk diukur konsentrasi ketoprofennya menggunakan spektrofotometer
UV/Vis setelah difusi berlangsung 20, 40, 60, 80, 100, dan 120 menit untuk uji difusi pada suhu 42
o
C, sementara untuk uji difusi pada suhu 37 oC, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 30, 60,
90, 120, 120, 150, dan 180 menit.
Gambar 5 Alat uji difusi
Pemodelan Fluks Ketoprofen
Model hubungan matematik fluks ketoprofen (J) diturunkan dengan menggunakan metode
respons permukaan (RSM) dalam peranti lunak Minitab Release 14 dengan faktor-faktor:
konsentrasi ketoprofen dalam sel donor (Cd), suhu difusi (T), dan ketebalan membran (h).
Keluaran pemodelan ini adalah persamaan dan bentuk respons permukaan secara tiga dimensi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian Kitosan
Hasil pencirian kitosan hasil isolasi (Gambar 6) dengan parameter kadar air, kadar abu, bobot
molekul, dan derajat deasetilasi adalah berturut-turut 5.59%, 0.12% (Lampiran 5), 1.18 × 104 g
mol-1 (Lampiran 6), dan 74.02% (Lampiran 7). Kadar air ini memenuhi persyaratan spesifikasi
kitosan niaga (Tabel 1). Pada kondisi ini, air terikat dalam kitosan sebagai air tipe II (kadar air
bahan berkisar 3–10%) telah dihilangkan, sehingga pertumbuhan mikroorganisme dan reaksi kimia
yang bersifat merusak seperti pencokelatan (browning), hidrolisis, atau oksidasi lemak dapat
19
dikurangi (Winarno 1997). Hal ini menjamin kitosan hasil isolasi memiliki kualitas yang sama
selama masa penelitian. Nilai derajat deasetilasi juga memenuhi syarat spesifikasi kitosan niaga,
yaitu ≥ 70% (Tabel 1).
Gambar 6 Kitosan hasil isolasi
Pencirian Membran
Kondisi optimum gel kitosan-gom guar yang dikembangkan oleh Lestari (2006), yaitu 30 ml
larutan kitosan 2.5% dicampur dengan 5 ml larutan gom guar 0.33%, dan 1 ml larutan
glutaraldehida 4.86% tidak dapat digunakan untuk pembuatan membran dengan menggunakan
kitosan hasil isolasi. Campuran membentuk gel dengan sangat cepat sehingga tidak dapat dituang
ke cetakan untuk dibuat membran (Gambar 7). Hal ini disebabkan kitosan hasil isolasi dalam
penelitian ini memiliki bobot molekul (1.18 × 104 g mol-1) lebih besar dibandingkan kitosan yang
digunakan oleh Lestari (2006) (1.53 × 103 g mol-1) sehingga pada konsentrasi yang sama kitosan
ini lebih kental dan lebih cepat mengegel. Oleh karena itu, membran yang digunakan dalam
penelitian ini dibuat dengan konsentrasi kitosan yang lebih rendah, yaitu 1.5% (Gambar 8).
Gambar 7 Gel yang terbentuk pada proses
pencampuran
a
Gambar b8 Membran kitosan-gom guar (a) kering; (b) basah
20
Membran yang dihasilkan akan semakin kuat jika ketiga komponen pembentuk gel bercampur
semakin baik. Membran yang terbentuk dari campuran yang kurang homogen bersifat sangat rapuh
(Gambar 9).
Gambar 9 Membran rapuh yang terbentuk dari campuran yang tidak homogen
Tabel 2 menampilkan ragam ketebalan membran yang digunakan dalam uji difusi. Sementara
luas permukaan membran yang membatasi cairan sel donor dan sel resipien tetap, yaitu 16.11 cm2.
Porositas Membran
Foto-foto SEM pada Gambar 10 dengan jelas bahwa membran kitosan-gom guar yang
terbentuk tidak memiliki pori ataupun porositas yang merata. Secara mikroskopik, pada perbesaran
7500 kali, permukaan membran yang belum diuji difusi tidak memiliki pori-pori (Gambar 10a).
Sementara, membran yang telah digunakan dalam uji difusi ke-9 (Cd = 75 mg/l; T = 37 oC; h = 31
μm) hanya memiliki lubang-lubang dangkal yang tak menembus membran (Gambar 10b). Karena
itu, diduga ikatan silang yang terbentuk antarmolekul kitosan sangat rapat. Lubang-lubang kecil
yang terjadi pada membran yang digunakan dalam uji difusi ke-9 sendiri diduga terjadi akibat
pembengkakan membran yang didukung oleh adanya gaya dorong akibat perbedaan konsentrasi
ketoprofen dan juga
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
2
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
Skripsi
sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
3
ABSTRAK
FERI NATA. Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar.
Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan AHMAD SJAHRIZA.
Kemampuan kitosan untuk membentuk gel telah banyak dimodifikasi. Gel kitosangom guar berpotensi sebagai membran untuk digunakan dalam sistem pengantaran.
Dalam penelitian ini, membran kitosan-gom guar digunakan dalam uji difusi ketoprofen.
Membran kitosan-gom guar dibuat dengan mencampurkan 75 ml larutan kitosan 1.5%
(b/v), 12.5 ml larutan gom guar 0.33% (b/v), dan 1.25 ml glutaraldehida 4.86%, yang
kemudian dituang ke dalam cetakan. Dibuat juga ragam ketebalan membran (h) dengan
meragamkan volume larutan kitosan yang digunakan. Setelah itu, membran digunakan
dalam uji difusi pada suhu (T) 37 dan 42 oC. Digunakan tiga tingkat konsentrasi sel donor
(Cd): 25, 50, dan 75 mg/l, sedangkan sel resipien diisikan pelarut. Untuk difusi pada T 37
o
C, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 menit.
Sementara untuk difusi pada T 42 oC, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 20, 40,
60, 80, 100, dan 120 menit. Alikuot diukur serapannya pada panjang gelombang 258.6
nm.
Pengaruh T terhadap koefisien difusi dalam percobaan ini tidak nyata karena
jumlah dan besar rongga dalam membran yang beragam. Model yang diperoleh untuk
fluks (J) ketoprofen adalah J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th dengan nilai R2 = 98.4%.
ABSTRACT
FERI NATA. Diffusion Behavior of Ketoprofen Through Chitosan-Guar Gum
Membranes. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and AHMAD
SJAHRIZA.
The ability of chitosan to form gel has been much modified. Chitosan-guar gum
gels are potential for membranes to be used in drug delivery systems. In this research,
chitosan-guar gum membranes were used in ketoprofen diffusion assay. Chitosan-guar
gum membranes were prepared by mixing 75 ml 1.5% (b/v) chitosan solution, 12.5 ml
0.33% (b/v) guar gum solution, and 1.25 ml 4.86% glutaraldehyde solution, which was
then poured into a mold. Membranes thickness (h) was varied by varying the volume of
chitosan solution that was used. Then, the membranes were used in diffusion assay at
temperatures (T) 37 dan 42 oC. Three degrees of donor concentration (Cd) were used: 25,
50, dan 75 mg/l, whereas receptor compartment was filled with solvent. For diffusion at
37 oC, the aliquots were taken after 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 minutes. Whereas for
diffusion at 42 oC, the aliquots were taken after 20, 40, 60, 80, 100, dan 120 minutes.
Absorbances of the aliquots were measured at 258.6 nm.
The influence of T on diffusion coefficient in this research was not significant due
to the varied number and size of hollow space in membranes. The obtained model for
ketoprofen flux (J) was J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th with R2 = 98.4%.
4
Judul : Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar
Nama : Feri Nata
NIM : G44203002
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Purwantiningsih Sugita, MS
NIP 131 779 513
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
5
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
Tanggal lulus:
Kupersembahkan untuk Papa dan Mama
yang telah mengajarkan nilai-nilai yang berharga
dan untuk para pendidik
yang telah memberikan begitu banyak ilmu.
6
PRAKATA
Puji syukur Penulis panjatkan kepada Allah Tritunggal atas segala berkat yang
memampukan Penulis menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini bertujuan
mendapatkan model persamaan fluks ketoprofen sebagai fungsi dari konsentrasi
ketoprofen dalam sel donor, suhu difusi, dan ketebalan membran, dan dilaksanakan sejak
bulan Oktober 2006 sampai Mei 2007 di Laboratorium Kimia Organik dan Laboratorium
Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
Penulis selama penelitian dan juga penyusunan karya ilmiah ini, terutama kepada Ibu Dr.
Purwantiningsih Sugita, MS dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing yang
selalu menyempatkan waktu untuk berkonsultasi; kepada Kak Budi Arifin, S.Si atas
arahan-arahan yang sangat berharga selama Penulis menjalani penelitian; serta kepada
Papa dan Mama yang selama ini telah berjuang keras agar Penulis bisa tetap sekolah
sampai akhirnya dapat menyusun karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Pusat Studi Biofarmaka atas bantuannya dalam analisis FTIR dan
pengering-bekuan sampel membran; kepada Bapak Dr. Ir. Ronny Rachman Noor,
M.Rur.Cs atas bantuannya dalam analisis SEM; serta kepada Mba Siti Rahma dan para
laboran di Kimia Organik atas bantuan teknisnya selama Penulis menjalani penelitian.
Pada kesempatan ini, Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Hibah
Bersaing XIV Dikti dan Hibah Penelitian Internal Departemen Kimia sebagai sumber
dana bagi penelitian ini.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Juni 2007
Feri Nata
7
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Manggar, Belitung pada tanggal 25 Desember 1984 sebagai
anak bungsu dari enam bersaudara dari pasangan Tet Tjong dan A Moij. Tahun 2003,
Penulis lulus dari SMU Negeri 1 Manggar, dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk
Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, Penulis menjadi asisten praktikum Kimia Dasar I
dan Kimia D3 Fahutan pada tahun ajaran 2004/2005, Kimia TPB dan Kimia Fisik TPG
pada tahun ajaran 2005/2006; serta Kimia TPB, Kimia Bahan Alam, Kimia Pangan,
Kimia Organik, dan Kimia Organik D3 Analisis Kimia pada tahun ajaran 2006/2007.
Penulis juga menjadi asisten dosen Matematika Dasar, Kalkulus, dan Kimia Dasar II pada
tahun ajaran 2004/2005, serta Kimia Organik II pada tahun ajaran 2006/2007. Penulis
juga aktif dalam kegiatan organisasi Komisi Pelayanan Siswa Unit Kegiatan Persekutuan
Mahasiswa Kristen dan pernah mengajar di SMA Negeri 5, SMK Negeri 1, SMA Negeri
2, dan SMA Negeri 8 Bogor, serta di SMP Ciampea sebagai pengajar sukarela Pendidikan
Agama Kristen. Pada awal tahun 2007, Penulis juga pernah menjadi guru bantu di kelas
internasional SMA Negeri 1 Bogor. Pada bulan Juli-Agustus 2006, Penulis
berkesempatan menjalani Praktik Lapangan di Laboratorium Kontrol Mutu PT Bintang
Toedjoe, Pulogadung, Jakarta Timur.
8
DAFTAR ISI
Halaman
viii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………………...
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………..
viii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………………...
ix
PENDAHULUAN…………………………………………………………………...
1
TINJAUAN PUSTAKA
Kitin dan Kitosan…………………………………………………………….
Gel Kitosan…………………………………………………………………...
Gom Guar…………………………………………………………………….
Ketoprofen……………………………………………………………………
Membran…………………………………………………………………......
Difusi Membran…………………...…………………………………………
1
2
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat………………………….……………………………………
Pembuatan Kitosan ……………...…………………………………………...
Pengukuran Derajat Deasetilasi……………………………………………...
Penentuan Bobot Molekul Kitosan ……………………………...…………..
Pembuatan Membran Kitosan-Gom Guar …………………...………………
Uji Difusi Membran Secara In Vitro ....................…………………………...
Pemodelan Fluks Ketoprofen...........................................................................
5
5
5
5
5
6
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian Kitosan……………………………………………………….........
Pencirian Membran………………………………………………………......
Pengaruh Suhu Dfusi terhadap Koefisien Difusi.....…………………………
Pemodelan Fluks Ketoprofen.............................................…………………..
6
6
9
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan……………………………………………………………………...
Saran……………………………………………………………………….....
12
12
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………….
LAMPIRAN…………………………………………………………………………
12
15
9
DAFTAR TABEL
1
2
Halaman
Spesifikasi kitosan niaga.......................................................................................
2
Nilai D dan J yang didapatkan dari uji difusi.......................................................
9
DAFTAR GAMBAR
4
Halaman
Struktur kitin (R = -NHCOCH3) dan kitosan (R = -NH2).....................................
2
Struktur hidrogel kitosan: (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan
polimer hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik ..
3
Struktur gom guar.................................................................................................
3
Struktur ketoprofen...............................................................................................
4
5
Alat uji difusi........................................................................................................
6
6
Kitosan hasil isolasi..............................................................................................
6
7
Gel yang terbentuk pada proses pencampuran......................................................
7
8
Membran kitosan-gom guar (a) kering; (b) basah................................................
7
9
Membran rapuh yang terbentuk dari campuran yang tidak homogen..................
7
10
Foto SEM permukaan membran (a) yang belum diuji; (b) yang digunakan
dalam uji difusi ke-9; (c) yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada
perbesaran 7500 kali.............................................................................................
7
Foto SEM penampang melintang membran (a) yang belum diuji difusi; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 3500
kali........................................................................................................................
8
Foto SEM permukaan membran (a) yang digunakan dalam uji difusi ke-9; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 5000
kali........................................................................................................................
8
13
Kurva pengaruh T terhadap D ..............................................................………....
10
14
Kurva pengaruh T terhadap D pada (a) Cd 25 mg/l dan h = 75-82.5 μm; (b) Cd
50 mg/l dan h = 75-88.5 μm…………….............................................................
10
Kurva pengaruh Cd dan T terhadap J dengan h (a) 27 μm; (b) 91 μm…………..
11
1
2
3
11
12
15
10
16
Kurva pengaruh Cd dan h terhadap J pada T (a) 37 oC; (b) 42 oC………………
11
17
Kurva pengaruh T dan h terhadap J dengan Cd (a) 25 mg/l; (b) 75 mg/l………
12
DAFTAR LAMPIRAN
2
Halaman
Diagram alir penelitian......................................................................................... 16
(a) Penetapan kadar air; (b) Penetapan kadar abu................................................. 17
3
Metode pembuatan pereaksi.................................................................................
17
4
Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan..................................
17
5
Penentuan bobot molekul kitosan.........................................................................
18
6
Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan.....................................
19
7
Analisis SEM........................................................................................................
8
(a) Analisis keragaman J; (b) Koefisien regresi perkiraan untuk J......................
20
20
1
1
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
2
PERILAKU DIFUSI KETOPROFEN MELALUI
MEMBRAN KITOSAN-GOM GUAR
FERI NATA
Skripsi
sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
3
ABSTRAK
FERI NATA. Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar.
Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan AHMAD SJAHRIZA.
Kemampuan kitosan untuk membentuk gel telah banyak dimodifikasi. Gel kitosangom guar berpotensi sebagai membran untuk digunakan dalam sistem pengantaran.
Dalam penelitian ini, membran kitosan-gom guar digunakan dalam uji difusi ketoprofen.
Membran kitosan-gom guar dibuat dengan mencampurkan 75 ml larutan kitosan 1.5%
(b/v), 12.5 ml larutan gom guar 0.33% (b/v), dan 1.25 ml glutaraldehida 4.86%, yang
kemudian dituang ke dalam cetakan. Dibuat juga ragam ketebalan membran (h) dengan
meragamkan volume larutan kitosan yang digunakan. Setelah itu, membran digunakan
dalam uji difusi pada suhu (T) 37 dan 42 oC. Digunakan tiga tingkat konsentrasi sel donor
(Cd): 25, 50, dan 75 mg/l, sedangkan sel resipien diisikan pelarut. Untuk difusi pada T 37
o
C, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 menit.
Sementara untuk difusi pada T 42 oC, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 20, 40,
60, 80, 100, dan 120 menit. Alikuot diukur serapannya pada panjang gelombang 258.6
nm.
Pengaruh T terhadap koefisien difusi dalam percobaan ini tidak nyata karena
jumlah dan besar rongga dalam membran yang beragam. Model yang diperoleh untuk
fluks (J) ketoprofen adalah J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th dengan nilai R2 = 98.4%.
ABSTRACT
FERI NATA. Diffusion Behavior of Ketoprofen Through Chitosan-Guar Gum
Membranes. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and AHMAD
SJAHRIZA.
The ability of chitosan to form gel has been much modified. Chitosan-guar gum
gels are potential for membranes to be used in drug delivery systems. In this research,
chitosan-guar gum membranes were used in ketoprofen diffusion assay. Chitosan-guar
gum membranes were prepared by mixing 75 ml 1.5% (b/v) chitosan solution, 12.5 ml
0.33% (b/v) guar gum solution, and 1.25 ml 4.86% glutaraldehyde solution, which was
then poured into a mold. Membranes thickness (h) was varied by varying the volume of
chitosan solution that was used. Then, the membranes were used in diffusion assay at
temperatures (T) 37 dan 42 oC. Three degrees of donor concentration (Cd) were used: 25,
50, dan 75 mg/l, whereas receptor compartment was filled with solvent. For diffusion at
37 oC, the aliquots were taken after 30, 60, 90, 120, 150, dan 180 minutes. Whereas for
diffusion at 42 oC, the aliquots were taken after 20, 40, 60, 80, 100, dan 120 minutes.
Absorbances of the aliquots were measured at 258.6 nm.
The influence of T on diffusion coefficient in this research was not significant due
to the varied number and size of hollow space in membranes. The obtained model for
ketoprofen flux (J) was J = 14.6207 + 0.165Cd − 0.398T – 0.2035h – 0.0007h2 −
0.0006Cdh − 0.007Th with R2 = 98.4%.
4
Judul : Perilaku Difusi Ketoprofen Melalui Membran Kitosan-Gom Guar
Nama : Feri Nata
NIM : G44203002
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Purwantiningsih Sugita, MS
NIP 131 779 513
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 131 842 413
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
5
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP 131 473 999
Tanggal lulus:
Kupersembahkan untuk Papa dan Mama
yang telah mengajarkan nilai-nilai yang berharga
dan untuk para pendidik
yang telah memberikan begitu banyak ilmu.
6
PRAKATA
Puji syukur Penulis panjatkan kepada Allah Tritunggal atas segala berkat yang
memampukan Penulis menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini bertujuan
mendapatkan model persamaan fluks ketoprofen sebagai fungsi dari konsentrasi
ketoprofen dalam sel donor, suhu difusi, dan ketebalan membran, dan dilaksanakan sejak
bulan Oktober 2006 sampai Mei 2007 di Laboratorium Kimia Organik dan Laboratorium
Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
Penulis selama penelitian dan juga penyusunan karya ilmiah ini, terutama kepada Ibu Dr.
Purwantiningsih Sugita, MS dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing yang
selalu menyempatkan waktu untuk berkonsultasi; kepada Kak Budi Arifin, S.Si atas
arahan-arahan yang sangat berharga selama Penulis menjalani penelitian; serta kepada
Papa dan Mama yang selama ini telah berjuang keras agar Penulis bisa tetap sekolah
sampai akhirnya dapat menyusun karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Pusat Studi Biofarmaka atas bantuannya dalam analisis FTIR dan
pengering-bekuan sampel membran; kepada Bapak Dr. Ir. Ronny Rachman Noor,
M.Rur.Cs atas bantuannya dalam analisis SEM; serta kepada Mba Siti Rahma dan para
laboran di Kimia Organik atas bantuan teknisnya selama Penulis menjalani penelitian.
Pada kesempatan ini, Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Hibah
Bersaing XIV Dikti dan Hibah Penelitian Internal Departemen Kimia sebagai sumber
dana bagi penelitian ini.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Juni 2007
Feri Nata
7
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Manggar, Belitung pada tanggal 25 Desember 1984 sebagai
anak bungsu dari enam bersaudara dari pasangan Tet Tjong dan A Moij. Tahun 2003,
Penulis lulus dari SMU Negeri 1 Manggar, dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk
Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, Penulis menjadi asisten praktikum Kimia Dasar I
dan Kimia D3 Fahutan pada tahun ajaran 2004/2005, Kimia TPB dan Kimia Fisik TPG
pada tahun ajaran 2005/2006; serta Kimia TPB, Kimia Bahan Alam, Kimia Pangan,
Kimia Organik, dan Kimia Organik D3 Analisis Kimia pada tahun ajaran 2006/2007.
Penulis juga menjadi asisten dosen Matematika Dasar, Kalkulus, dan Kimia Dasar II pada
tahun ajaran 2004/2005, serta Kimia Organik II pada tahun ajaran 2006/2007. Penulis
juga aktif dalam kegiatan organisasi Komisi Pelayanan Siswa Unit Kegiatan Persekutuan
Mahasiswa Kristen dan pernah mengajar di SMA Negeri 5, SMK Negeri 1, SMA Negeri
2, dan SMA Negeri 8 Bogor, serta di SMP Ciampea sebagai pengajar sukarela Pendidikan
Agama Kristen. Pada awal tahun 2007, Penulis juga pernah menjadi guru bantu di kelas
internasional SMA Negeri 1 Bogor. Pada bulan Juli-Agustus 2006, Penulis
berkesempatan menjalani Praktik Lapangan di Laboratorium Kontrol Mutu PT Bintang
Toedjoe, Pulogadung, Jakarta Timur.
8
DAFTAR ISI
Halaman
viii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………………...
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………………..
viii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………………...
ix
PENDAHULUAN…………………………………………………………………...
1
TINJAUAN PUSTAKA
Kitin dan Kitosan…………………………………………………………….
Gel Kitosan…………………………………………………………………...
Gom Guar…………………………………………………………………….
Ketoprofen……………………………………………………………………
Membran…………………………………………………………………......
Difusi Membran…………………...…………………………………………
1
2
3
3
4
4
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat………………………….……………………………………
Pembuatan Kitosan ……………...…………………………………………...
Pengukuran Derajat Deasetilasi……………………………………………...
Penentuan Bobot Molekul Kitosan ……………………………...…………..
Pembuatan Membran Kitosan-Gom Guar …………………...………………
Uji Difusi Membran Secara In Vitro ....................…………………………...
Pemodelan Fluks Ketoprofen...........................................................................
5
5
5
5
5
6
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian Kitosan……………………………………………………….........
Pencirian Membran………………………………………………………......
Pengaruh Suhu Dfusi terhadap Koefisien Difusi.....…………………………
Pemodelan Fluks Ketoprofen.............................................…………………..
6
6
9
10
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan……………………………………………………………………...
Saran……………………………………………………………………….....
12
12
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………….
LAMPIRAN…………………………………………………………………………
12
15
9
DAFTAR TABEL
1
2
Halaman
Spesifikasi kitosan niaga.......................................................................................
2
Nilai D dan J yang didapatkan dari uji difusi.......................................................
9
DAFTAR GAMBAR
4
Halaman
Struktur kitin (R = -NHCOCH3) dan kitosan (R = -NH2).....................................
2
Struktur hidrogel kitosan: (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan
polimer hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik ..
3
Struktur gom guar.................................................................................................
3
Struktur ketoprofen...............................................................................................
4
5
Alat uji difusi........................................................................................................
6
6
Kitosan hasil isolasi..............................................................................................
6
7
Gel yang terbentuk pada proses pencampuran......................................................
7
8
Membran kitosan-gom guar (a) kering; (b) basah................................................
7
9
Membran rapuh yang terbentuk dari campuran yang tidak homogen..................
7
10
Foto SEM permukaan membran (a) yang belum diuji; (b) yang digunakan
dalam uji difusi ke-9; (c) yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada
perbesaran 7500 kali.............................................................................................
7
Foto SEM penampang melintang membran (a) yang belum diuji difusi; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 3500
kali........................................................................................................................
8
Foto SEM permukaan membran (a) yang digunakan dalam uji difusi ke-9; (b)
yang digunakan dalam uji difusi ke-25 pada perbesaran 5000
kali........................................................................................................................
8
13
Kurva pengaruh T terhadap D ..............................................................………....
10
14
Kurva pengaruh T terhadap D pada (a) Cd 25 mg/l dan h = 75-82.5 μm; (b) Cd
50 mg/l dan h = 75-88.5 μm…………….............................................................
10
Kurva pengaruh Cd dan T terhadap J dengan h (a) 27 μm; (b) 91 μm…………..
11
1
2
3
11
12
15
10
16
Kurva pengaruh Cd dan h terhadap J pada T (a) 37 oC; (b) 42 oC………………
11
17
Kurva pengaruh T dan h terhadap J dengan Cd (a) 25 mg/l; (b) 75 mg/l………
12
DAFTAR LAMPIRAN
2
Halaman
Diagram alir penelitian......................................................................................... 16
(a) Penetapan kadar air; (b) Penetapan kadar abu................................................. 17
3
Metode pembuatan pereaksi.................................................................................
17
4
Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan..................................
17
5
Penentuan bobot molekul kitosan.........................................................................
18
6
Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan.....................................
19
7
Analisis SEM........................................................................................................
8
(a) Analisis keragaman J; (b) Koefisien regresi perkiraan untuk J......................
20
20
1
11
PENDAHULUAN
Kemampuan kitosan untuk membentuk gel telah banyak dimodifikasi. Wang et al. (2004)
melaporkan pembentukan gel kitosan-polivinil alkohol (PVA) dengan glutaraldehida sebagai
penaut-silang. PVA bertindak sebagai interpenetrating agent (IPN). PVA ditambahkan karena
sifat mekaniknya yang lebih baik daripada kitosan dan dapat terurai secara alami. Hasil yang
diperoleh menunjukkan penambahan PVA dapat memperbaiki sifat gel kitosan, yaitu menurunkan
waktu gelasi dan meningkatkan kekuatan mekanis gel. Modifikasi gel kitosan juga dikembangkan
dengan menambahkan hidrokoloid alami, di antaranya dengan karboksimetil selulosa (CMC)
(Rachmanita 2006), alginat (Wahyono 2006), gom guar (Lestari 2006), dan gom xantan (Utomo
2006). Keempat modifikasi tersebut memiliki potensi untuk digunakan sebagai membran. Namun,
gel kitosan yang terbentuk dengan penambahan gom guar memiliki sifat reologi yang lebih baik
dibandingkan dengan modifikasi lainnya. Lestari (2006) melaporkan bahwa pada kondisi
optimumnya, gel kitosan-gom guar memiliki kekuatan gel, titik pecah (break point), ketegaran
(rigidity), pembengkakan (swelling), dan pengerutan (sineresis; shrinking) berturut-turut 553.439
g/cm2; 0.968 cm; 4.147 g/cm; 4.0772 g; dan 1.2738 g. Kondisi optimum yang sesuai untuk
pangantaran obat ini diperoleh dari hasil olah data dengan metode respons permukaan (RSM),
yaitu pada konsentrasi glutaraldehida dan gom guar berturut-turut 4.86% dan 0.33% yang
ditambahkan ke dalam larutan kitosan 2.5%.
Studi terhadap membran kitosan dan kitosan-termodifikasi telah banyak dilakukan, di
antaranya sebagai membran ultrafiltrasi, osmosis balik, dan dialisis, serta untuk pemisahan protein,
pervaporasi, dan pemisahan isomer optik (Krajewska 2001). Dalam penelitian Cardenas et al.
(2003), juga telah dibuat gel kitosan dengan hidrokoloid alami alginat melalui pembentukan
membran kompleks polielektrolit (PEC) yang berguna untuk bidang-bidang pangan, kosmetik, dan
industri farmasi. Sementara gom guar sendiri telah dimanfaatkan sebagai pembawa untuk
memperbaiki sistem pengantaran obat ke dalam usus besar untuk mengobati radang usus besar dan
kanker usus besar (Kshirsagar 2000). Namun, membran dari gel kitosan-gom guar praktis belum
pernah diteliti.
Gom guar, sebagai bahan saling-tembus (interpenetrating agent), diharapkan dapat
menghasilkan gel kitosan dengan ciri-ciri yang lebih baik. Jaringan tiga dimensi terbentuk antara
molekul kitosan dan gom guar pada seluruh volume gel, dan memerangkap sejumlah air di
dalamnya. Sifat jaringan ini serta interaksi molekular yang mengikat keseluruhan
n gel menentukan
kekuatan, stabilitas, dan tekstur gel. Untuk memperkuat jaringan internal gel biasanya digunakan
molekul lain sebagai penaut-silang; dalam penelitian ini, digunakan glutaraldehida. Dengan sifat
reologi yang baik, gel kitosan-gom guar (Lestari 2006) diharapkan dapat menghasilkan membran
dengan efektivitas pengantaran substrat yang lebih baik dibandingkan dengan membran kitosan
yang telah diteliti selama ini.
Ketoprofen adalah obat anti-peradangan kelompok nonsteroidal. Kelarutan ketoprofen dalam
air rendah dan penggunaan dalam dosis tinggi dapat menyebabkan pendarahan pada lambung.
Kelemahan-kelemahan tersebut diharapkan dapat teratasi dengan menyalut ketoprofen dalam
mikrokapsul gel yang mampu mengatur pelepasan obat dalam tubuh (Tiyaboonchai et al. 2003 dan
Yamada et al. 2001).
Tujuan penelitian ini adalah menyajikan perilaku difusi ketoprofen melalui membran kitosangom guar. Pengaruh suhu difusi (T) terhadap koefisien difusi (D) dikaji dengan metode regresi
linear. Sementara fluks (J) ketoprofen dikaji dengan metode respons permukaan (RSM) dengan
faktor-faktor: konsentrasi ketoprofen dalam sel donor (Cd), suhu difusi (T), dan ketebalan
membran (h).
TINJAUAN PUSTAKA
12
Kitin dan Kitosan
Kitin merupakan biopolimer polisakarida terbanyak kedua setelah selulosa. Struktur kimia kitin
berupa unit linear berulang dari 2-asetamido-2-deoksi-D-glukopiranosa yang berikatan β-(1→4)
(Gambar 1) (Thatte 2004). Kitin berupa padatan amorf berwarna putih yang hampir tidak larut
dalam air, asam encer, dan basa. Kitin dapat terurai secara alami, tidak beracun, biokompatibel,
serta tidak menimbulkan efek alergi, dengan sifat-sifat bahan yang unik dan sifat fungsional yang
beragam.
Kitin berasal dari eksoskeleton krustasea, seperti kepiting, udang, dan lobster. Selain dari
hewan-hewan tersebut, kitin juga dapat diperoleh dari serangga, jamur, dan cendawan yang
jumlahnya beragam. Pada umumnya, kitin tidak berada dalam keadaan bebas, tetapi berikatan
dengan protein, mineral, dan berbagai macam pigmen. Kulit udang sendiri mengandung 25–40%
protein, 40–50% CaCO3, dan 15–20% kitin. Jumlah setiap komponen tersebut masih bergantung
pada jenis udangnya (Purwantiningsih 1992).
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
OH
O
OH
R
R
n
Gambar 1 Struktur kitin (R = -NHCOCH3) dan kitosan (R = -NH2)
Kitosan merupakan kitin yang terdeasetilasi, yaitu modifikasi struktur kitin melalui hidrolisis
gugus asetamido menggunakan larutan basa atau secara biokimia (Gambar 1). Protonasi gugus
amino membuat kitosan bersifat polikationik pada suasana asam dan dapat membentuk gel di
dalam lambung. Dengan struktur yang mirip selulosa dan kemampuannya membentuk gel dalam
suasana asam, kitosan memiliki sifat-sifat sebagai matriks dalam sistem pengantaran obat (Sutriyo
et al. 2005).
Sifat kitosan bergantung pada sumber (asal), derajat deasetilasi (DD), distribusi gugus asetil,
gugus amino, panjang rantai, dan distribusi bobot molekul. Tabel 1 menampilkan spesifikasi untuk
kitosan niaga.
Tabel 1 Spesifikasi kitosan niaga*
Parameter
Ciri
Ukuran partikel
Serpihan sampai bubuk
Kadar air
≤ 10%
Kadar abu
≤ 2%
Derajat deastilasi
≥ 70%
Warna larutan
tidak berwarna
Viskositas (cps):
Rendah
< 200
Medium
200-799
Tinggi
800-2000
Sangat tinggi
> 2000
*Sumber: Anonim 1987 dalam Jamaludin 1994
13
Pengukuran DD kitosan dapat dilakukan dengan menggunakan metode spektrofotometri turunan
pertama, titrimetri dengan HBr, dan spektrofotometri inframerah transformasi Fourier (FTIR).
Penentuan DD dengan metode FTIR relatif cepat dan tidak membutuhkan pelarutan kitosan dalam
pelarut berair. Penyiapan kitosan, jenis instrumen yang digunakan, dan kondisi analisis akan
memengaruhi hasil analisis (Khan et al. 2002).
Gel Kitosan
Gelasi atau pembentukan gel merupakan fenomena yang menarik dan sangat kompleks. Pada
prinsipnya, pembentukan gel terjadi karena terbentuknya jaringan tiga dimensi dari molekul
primer, yang terentang pada seluruh volume gel dan memerangkap sejumlah pelarut di dalamnya
(Oakenfull 1984 dalam Nuraini 1994). Hal serupa juga dinyatakan oleh Tobolsky (1943) dalam
Fardiaz (1989), yakni jika terjadi ikatan silang pada rantai-panjang polimer dalam jumlah yang
cukup banyak, akan terbentuk bangunan tiga dimensi yang sinambung. Molekul pelarut akan
terjebak di antaranya dan terimobilisasi sehingga terbentuk struktur kaku dan tegar yang tahan
terhadap gaya atau tekanan tertentu. Glicksman (1984) dalam Fardiaz (1989) juga mengemukakan
bahwa fenomena gelasi melibatkan penggabungan atau ikatan-silang antarrantai polimer.
Menurut Depkes (1995), gel merupakan sistem semipadat yang berupa suspensi partikel
anorganik yang kecil atau molekul organik yang besar, yang terpenetrasi oleh suatu cairan. Gel
yang dapat menahan air di dalam strukturnya disebut hidrogel (Wang et al. 2004). Air dalam gel
ini merupakan tipe air imbibisi, yaitu air yang masuk ke dalam suatu bahan dan menyebabkan
pengembangan volume, tetapi bukan merupakan komponen penyusun bahan tersebut (Winarno
1997). Hidrogel kitosan dapat digolongkan menjadi hidrogel kimia dan fisika. Hidrogel kimia
dibentuk dari reaksi tidak dapat-balik, melibatkan ikatan silang secara kovalen. Sementara hidrogel
fisika dibentuk oleh reaksi yang dapat-balik, dengan ikatan-silang terjadi secara ionik (Stevens
2001 dan Berger et al. 2004).
Ikatan-silang kovalen dalam hidrogel kitosan dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu (a)
ikatan-silang kitosan-kitosan, (b) jaringan polimer hibrida (HPN, hybrid polymer network), dan (c)
jaringan polimer saling-tembus tanggung atau utuh (semi-IPN atau full-IPN, interpenetrating
polymer network) (Gambar 2). Sebagaimana tersirat dari namanya, ikatan silang kitosan-kitosan
terjadi antara dua unit struktural pada rantai polimer kitosan yang sama, sementara pada HPN,
reaksi penautan silang terjadi antara satu unit dari struktur rantai kitosan dan unit lain dari struktur
polimer tambahan. Berbeda dengan HPN, semi-IPN, atau full-IPN terjadi jika ditambahkan
polimer lain yang tidak bereaksi dengan larutan kitosan sebelum terjadi ikatan silang. Pada semiIPN, polimer yang ditambahkan ini hanya melilit, sementara pada full-IPN, ditambahkan dua
senyawa penaut-silang yang terlibat pada jaringan (Berger et al. 2004).
Pencampuran antara kitosan dan hidrokoloid alami dengan muatan yang berlawanan dapat
dimanfaatkan dalam proses gelasi dengan bantuan glutaraldehida sebagai penaut-silang.
Glutaraldehida merupakan senyawa dwifungsi yang umum digunakan untuk modifikasi protein
dan polimer (Carla et al. 2004). Wang et al. (2004) melaporkan fungsi glutaraldehida sebagai
perantara ikatan silang untuk polivinil alkohol (PVA) dan beberapa polisakarida seperti heparin,
asam hialuronat, dan kitosan.
14
Gambar 2 Struktur hidrogel kitosan: (a) ikatan silang kitosan-kitosan, (b) jaringan polimer
hibrida, (c) jaringan semi-IPN, dan (d) kitosan berikatan silang ionik (Berger et al.
2004).
Gom Guar
Gom adalah molekul berbobot molekul tinggi yang bersifat koloid (berukuran 10−1000 Å), dan
dalam bahan pengembang yang sesuai dapat membentuk gel, larutan, atau suspensi kental pada
konsentrasi sangat rendah (Whistler 1973 dalam Nasution 1999). Selain sebagai bahan pengental
dan pembentuk gel, gom mempunyai banyak sifat fungsional sekunder yang berguna bagi produk
pangan. Sifat-sifat fungsional tersebut di antaranya adalah sebagai perekat, penaut, penghambat
kristalisasi es, penjernih, pengeruh, pelapis, pengemulsi, pembentuk film, pemantap buih, koloid
pelindung, pemantap, pensuspensi, dan penghambat pengerutan (Fardiaz 1989).
Gom guar merupakan gom biji yang diperoleh dari biji tanaman Legominos, Cyamopsis
tetragonolobus, dan Cyamopsis psoraloides yang ditemukan di barat laut India dan Pakistan
(Nussinovitch 1997). Pengolahan yang dilakukan meliputi pemisahan secara mekanik terhadap
kulit biji, lalu lembaganya dibuang, dan endosperma yang mengandung gom digiling menjadi
tepung halus (Fardiaz 1989). Dilihat dari strukturnya, gom guar merupakan galaktomanan yang
terdiri atas D-galaktosa yang berikatan α-(1→6) dengan rantai tulang punggung 1,4-β-Dmanopiranosa (Gambar 3) (Chaplin 2005).
CH2OH
HO
O H
H
OH
H
H
HO
O
H
H
CH2
O
H
OH
HO
H
O
H
H
H
H
OH
H
HO
H
O
H
O
CH2OH
n
Gambar 3 Struktur gom guar.
15
Gom guar tidak bermuatan sehingga tidak terpengaruh oleh pH dan sangat efektif dalam
produk-produk asam. Gom ini juga bersifat kompatibel dengan hampir semua hidrokoloid; secara
khusus dengan karaginan atau gom xantan, dapat terjadi interaksi sinergis. Interaksi gom guar
tidak menghasilkan gel, tetapi hanya meningkatkan kekentalan, karena derajat substitusi rantai
tulang punggungnya yang tinggi mengurangi interaksi (Fardiaz 1989). Gom guar juga telah
dimanfaatkan sebagai pembawa untuk memperbaiki sistem pengantaran obat ke dalam usus besar
untuk mengobati radang usus besar dan kanker usus besar (Kshirsagar 2000).
Ketoprofen
Ketoprofen [asam 2-(3-benzoilfenil)propanoat; Mr = 254.3 g mol-1] berupa serbuk hablur yang
putih atau hampir putih dan tidak berbau. Zat ini mudah larut dalam etanol, kloroform, dan eter,
tetapi taklarut dalam air. Suhu leburnya berkisar antara 93 dan 96 ºC (US Pharmacopeia and
National Formulary 2003). Struktur ketoprofen dapat dilihat pada Gambar 4.
O
O
C
CH COH
CH3
Gambar 4 Struktur ketoprofen.
Ketoprofen merupakan zat anti peradangan non-steroid (NSAID) dengan daya analgesik, antiperadangan, dan antipiretik yang bekerja menghambat sintesis prostaglandin. Ketoprofen
dieliminasi melalui ginjal. Dosis oral ketoprofen bagi penderita rheumatoid arthritis dan osteoarthritis adalah 75 mg, 3 kali sehari atau 50 mg, 4 kali sehari (American Medical Association
1991).
Ketoprofen memiliki waktu paruh eliminasi yang kecil dalam plasma darah, yaitu sekitar 1.5-2
jam. Konsentrasi ketoprofen yang bertahan dalam plasma darah setelah 24 jam hanya sekitar 0.07
mg/l. Sementara, konsentrasi maksimum yang dapat dicapai sendiri jauh lebih besar daripada
konsentrasi terapi, yaitu 15-25 mg/l. Oleh karena itu, ketoprofen perlu dimikroenkapsulasi untuk
memperbaiki pengantaran dalam tubuh (Patil et al. 2005).
Membran
Membran merupakan film tipis yang sering digunakan dalam ultrafiltrasi, osmosis balik,
dialisis, pemisahan protein, pervaporasi, dan pemisahan isomer optik. Studi terhadap sifat difusi
dari berbagai substrat dan kekuatan fisik dari suatu membran sangat penting bagi pengembangan
sistem pelepasan substrat terkendali yang menggunakan membran hidrogel. Sifat difusi pada
membran kitosan dapat diatur oleh derajat penautan-silang dengan glutaraldehida dan imobilisasi
protein (Krajewska 2001).
Cardenas et al. (2003) melaporkan pembentukan membran kompleks polielektrolit kitosanalginat. Difusi partikel terlarut melewati membran ini sangat bergantung pada bobot molekul
partikel dan pH larutannya. Membran sejenis dikembangkan untuk diterapkan dalam sistem
pelepasan-obat, pemisahan protein, pembungkus/pelapis anti-penggumpalan, dan membran
pemisahan-zat. Sebelumnya, membran kompleks polielektrolit yang terbentuk dari kitosan dan
beberapa hidrokoloid anionik, seperti karboksimetil selulosa (Arguelles-Monal et al. 1993 dan
Penche-Covas et al. 1995 dalam Cardenas et al. 2003), asam galakturonat, dan karaginan (Peniche
& Arguelles-Monal 2001 dalam Cardenas et al. 2003) juga telah berhasil dibuat. Membran-
16
membran ini digunakan dalam industri pangan, kosmetik, dan farmasi karena kemampuannya
membentuk gel dengan adanya kation divalen (Gaseca 1988 dalam Cardenas et al. 2003).
Difusi Membran
Kecepatan difusi partikel terlarut melalui membran diukur untuk menentukan fungsi membran
tersebut (Krajewska 2001). Jika tidak terdapat interaksi kimia antara partikel terlarut dan
membran, maka difusi partikel terlarut tersebut melalui membran hidrogel dapat digambarkan oleh
persamaan Fick (Martin 1993):
dM
(1)
J=
S ⋅ dt
dC
(2)
J = −D
dx
(C − C r )
dM
(3)
J=
= DK d
S ⋅ dt
h
dengan J adalah fluks partikel terlarut (g cm-2 det-1), M adalah massa partikel terlarut yang
berdifusi (g), S adalah luas permukaan membran (cm2), t adalah waktu difusi (det), dM adalah
dt
kemiringan kurva hubungan jumlah partikel terlarut yang melewati membran dengan waktu difusi
(kurva difusi), Cd adalah konsentrasi partikel terlarut dalam sel donor (g cm-3), Cr adalah
konsentrasi partikel terlarut dalam sel resipien (g cm-3), K adalah koefisien partisi partikel terlarut,
dan h adalah ketebalan membran (cm).
Beberapa asumsi digunakan untuk memudahkan penentuan parameter difusi, yaitu (a) nilai K
dianggap sama dengan satu ketika kedua sel difusi diaduk homogen dan (b) nilai (Cd − Cr)≈Cr
selama uji difusi. Dengan dua asumsi ini, Persamaan 3 menjadi
dM DSCd
(4)
=
dt
h
dM ⋅ h
(5)
D=
dt ⋅ SC d
Plot jumlah ketoprofen yang memasuki sel resipien terhadap waktu difusi akan menghasilkan nilai
dM sehingga nilai D dan J dapat dihitung.
dt
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah kulit udang pancet yang dibeli dari Muara Angke Jakarta
Utara, NaOH teknis, HCl teknis, kertas indikator pH universal, asam asetat teknis, gom guar,
glutaraldehida 25%, etanol teknis, etanol absolut, air suling, dan ketoprofen yang diperoleh dari PT
Kalbe Farma.
Alat-alat yang digunakan, antara lain lempeng pemanas, pengaduk magnet, oven,
spekrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) Bruker jenis Tentor 37, viskometer
Ostwald, alat difusi dan penangas air, aerator, spektrofotometer ultraviolet/sinar tampak (UV/Vis)
UV-1700 PharmaSpec, pengering beku, pelapis ion Au JEOL JFC-1100E, mikroskop elektron
susuran JEOL JSM-5200, dan peranti lunak Minitab Release 14. Analisis SEM dilakukan di
Laboratorium Pemuliaan dan Genetika, Departemen Ilmu Produksi dan Teknologi Peternakan,
Fakultas Peternakan, IPB, dan analisis FTIR dilakukan di Lembaga Pelayanan dan Pengembangan
Masyarakat (LPPM) Pusat Studi Biofarmaka (PSB) IPB.
17
Pembuatan Kitosan (Lestari 2006)
Kulit udang dibersihkan, dikeringkan, dan dipotong-potong kecil. Sebanyak 50 g kulit udang
dimasukkan dalam gelas piala yang dilengkapi pengaduk, termometer, dan lempeng pemanas.
Setelah itu, ke dalam gelas piala ditambahkan 1000 ml larutan NaOH 3.5% [1:20 (w/v)] untuk
proses deproteinasi. Proses ini dilakukan selama 2 jam pada suhu 65 oC. Residu dicuci dengan
menggunakan akuades sampai pH 7, kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 70 oC.
Residu bebas-protein didemineralisasi dengan menambahkan larutan HCl 3.5% dengan nisbah
residu:larutan HCl 3.5% 1:20. Proses ini dilakukan pada suhu kamar selama 2 jam sambil terus
diaduk. Residu dicuci dengan menggunakan akuades sampai pH 7 kemudian dikeringkan dalam
oven bersuhu 70 oC. Residu hasil pemisahan ini adalah kitin.
Kitin diubah menjadi kitosan melalui deasetilasi. Sebanyak 50 g kitin dimasukkan ke dalam
gelas piala kemudian ditambahkan 1000 ml larutan NaOH 50% (1:20) dan dipanaskan pada suhu
100 oC selama 4 jam sambil terus diaduk. Residu dicuci dengan menggunakan akuades sampai pH
7 kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 70 oC. Residu dari proses ini disebut kitosan.
Pengukuran Derajat Deasetilasi (Domszy & Robert 1985 dalam Khan et al. 2002)
Kitosan yang diperoleh diukur derajat deasetilasinya (DD) menggunakan metode garis-dasar.
Kitin dan kitosan dianalisis dengan FTIR. Jika DD kitosan kurang dari 70%, maka proses
deasetilasi diulangi sampai DD lebih dari 70%.
Puncak serapan tertinggi dicatat dan diukur dari garis dasar yang dipilih. Nilai absorbans dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
A = log P0
(6)
P
P0 = % transmitans pada puncak maksimum
P = % transmitans pada puncak minimum
Kitin yang terdeasetilasi sempurna (100%) memiliki nilai A1655 = 1.33. Dengan
membandingkan absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm-1 (serapan pita amida I) dengan
absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm-1 (serapan gugus hidroksil), maka DD dapat dihitung
dengan persamaan berikut
DD (%) = ⎡⎢1 − ⎛⎜ A1655 × 1 ⎞⎟ ⎤⎥ × 100%
(7)
⎜
⎟
⎣ ⎝ A3450 1.33 ⎠ ⎦
Penentuan Bobot Molekul Kitosan (Tarbojevich & Cosani 1996)
Bobot molekul kitosan ditentukan dengan menggunakan viskometer Ostwald-Cannon-Fenske.
Dibuat ragam konsentrasi larutan kitosan dalam asam asetat 0.5 M, yaitu 0, 0.02, 0.04, 0.06, dan
0.08% (b/v). Sebanyak 5 ml dan dimasukkan ke dalam viskometer untuk ditentukan waktu alirnya.
Waktu alirnya dibaca sebanyak tiga kali. Kemudian, dibuat kurva hubungan antara lnηsp/c dan C
sehingga didapatkan persamaan
lnηsp/c = ln[η] + KM [η]2C
(8) [η]
= KMa
(9)
-4
dengan K = 3.5 × 10 dan a = 0.76. Dengan metode regresi linear, akan diperoleh nilai ln[η]
sebagai intersep (a), KM[η]2 sebagai kemiringan (b), dan koefisien regresi (r).
Pembuatan Membran Kitosan-Gom Guar (modifikasi dari Lestari 2006)
18
Sebanyak 75 ml larutan kitosan 1.5% ditambahkan 12.5 ml larutan gom guar dengan
konsentrasi 0.33% (b/v) sambil diaduk sampai homogen. Kemudian ditambahkan 1.25 ml
glutaraldehida 4.86% secara perlahan-lahan sambil terus diaduk. Larutan terus diaduk sampai 10
menit setelah penambahan glutaraldehida. Larutan yang terbentuk dituangkan ke atas cetakan
berukuran 21.40 × 28.25 cm2 pada suhu ruang. Pelarut dibiarkan menguap pada suhu ruang dan
diperoleh membran yang kering. Membran dilepaskan dari cetakan dengan menambahkan larutan
NaOH 1 M ke atas membran. Pekerjaan ini diulang dengan meragamkan volume kitosan untuk
memperoleh membran dengan ketebalan yang berbeda.
Uji Difusi Membran Secara In Vitro (Brazel & Peppas 2000 dan Peppas et al. 2000)
Pada salah satu sel difusi diisikan larutan berisi larutan ketoprofen dengan konsentrasi 25, 50
dan 75 μg/ml, sementara pada sel lain diisikan pelarut. Alat difusi ini kemudian diletakkan dalam
penangas air bersuhu 37 dan 42 oC untuk menjaga agar suhu sistem konstan. Pengadukan dibantu
oleh aerator yang dipasang pada kedua sel difusi (Gambar 5). Selanjutnya alikuot diambil dari sel
yang berisi pelarut untuk diukur konsentrasi ketoprofennya menggunakan spektrofotometer
UV/Vis setelah difusi berlangsung 20, 40, 60, 80, 100, dan 120 menit untuk uji difusi pada suhu 42
o
C, sementara untuk uji difusi pada suhu 37 oC, alikuot diambil setelah difusi berlangsung 30, 60,
90, 120, 120, 150, dan 180 menit.
Gambar 5 Alat uji difusi
Pemodelan Fluks Ketoprofen
Model hubungan matematik fluks ketoprofen (J) diturunkan dengan menggunakan metode
respons permukaan (RSM) dalam peranti lunak Minitab Release 14 dengan faktor-faktor:
konsentrasi ketoprofen dalam sel donor (Cd), suhu difusi (T), dan ketebalan membran (h).
Keluaran pemodelan ini adalah persamaan dan bentuk respons permukaan secara tiga dimensi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pencirian Kitosan
Hasil pencirian kitosan hasil isolasi (Gambar 6) dengan parameter kadar air, kadar abu, bobot
molekul, dan derajat deasetilasi adalah berturut-turut 5.59%, 0.12% (Lampiran 5), 1.18 × 104 g
mol-1 (Lampiran 6), dan 74.02% (Lampiran 7). Kadar air ini memenuhi persyaratan spesifikasi
kitosan niaga (Tabel 1). Pada kondisi ini, air terikat dalam kitosan sebagai air tipe II (kadar air
bahan berkisar 3–10%) telah dihilangkan, sehingga pertumbuhan mikroorganisme dan reaksi kimia
yang bersifat merusak seperti pencokelatan (browning), hidrolisis, atau oksidasi lemak dapat
19
dikurangi (Winarno 1997). Hal ini menjamin kitosan hasil isolasi memiliki kualitas yang sama
selama masa penelitian. Nilai derajat deasetilasi juga memenuhi syarat spesifikasi kitosan niaga,
yaitu ≥ 70% (Tabel 1).
Gambar 6 Kitosan hasil isolasi
Pencirian Membran
Kondisi optimum gel kitosan-gom guar yang dikembangkan oleh Lestari (2006), yaitu 30 ml
larutan kitosan 2.5% dicampur dengan 5 ml larutan gom guar 0.33%, dan 1 ml larutan
glutaraldehida 4.86% tidak dapat digunakan untuk pembuatan membran dengan menggunakan
kitosan hasil isolasi. Campuran membentuk gel dengan sangat cepat sehingga tidak dapat dituang
ke cetakan untuk dibuat membran (Gambar 7). Hal ini disebabkan kitosan hasil isolasi dalam
penelitian ini memiliki bobot molekul (1.18 × 104 g mol-1) lebih besar dibandingkan kitosan yang
digunakan oleh Lestari (2006) (1.53 × 103 g mol-1) sehingga pada konsentrasi yang sama kitosan
ini lebih kental dan lebih cepat mengegel. Oleh karena itu, membran yang digunakan dalam
penelitian ini dibuat dengan konsentrasi kitosan yang lebih rendah, yaitu 1.5% (Gambar 8).
Gambar 7 Gel yang terbentuk pada proses
pencampuran
a
Gambar b8 Membran kitosan-gom guar (a) kering; (b) basah
20
Membran yang dihasilkan akan semakin kuat jika ketiga komponen pembentuk gel bercampur
semakin baik. Membran yang terbentuk dari campuran yang kurang homogen bersifat sangat rapuh
(Gambar 9).
Gambar 9 Membran rapuh yang terbentuk dari campuran yang tidak homogen
Tabel 2 menampilkan ragam ketebalan membran yang digunakan dalam uji difusi. Sementara
luas permukaan membran yang membatasi cairan sel donor dan sel resipien tetap, yaitu 16.11 cm2.
Porositas Membran
Foto-foto SEM pada Gambar 10 dengan jelas bahwa membran kitosan-gom guar yang
terbentuk tidak memiliki pori ataupun porositas yang merata. Secara mikroskopik, pada perbesaran
7500 kali, permukaan membran yang belum diuji difusi tidak memiliki pori-pori (Gambar 10a).
Sementara, membran yang telah digunakan dalam uji difusi ke-9 (Cd = 75 mg/l; T = 37 oC; h = 31
μm) hanya memiliki lubang-lubang dangkal yang tak menembus membran (Gambar 10b). Karena
itu, diduga ikatan silang yang terbentuk antarmolekul kitosan sangat rapat. Lubang-lubang kecil
yang terjadi pada membran yang digunakan dalam uji difusi ke-9 sendiri diduga terjadi akibat
pembengkakan membran yang didukung oleh adanya gaya dorong akibat perbedaan konsentrasi
ketoprofen dan juga