Struktur Kitosan Kegunaan Kitosan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kitosan

2.1.1 Struktur Kitosan

Kitosan adalah polisakarida alam yang diperoleh dari deasetilasi kitin. Jika sebagian besar gugus asetil pada kitin disubstitusikan oleh atom hidrogen menjadi gugus amino dengan penambahan larutan basa kuat berkonsentrasi tinggi, hasilnya dinamakan kitosan atau kitin terdeasetilasi Bastaman, 1989. Kitosan mempunyai rumus umum C 6 H 9 NO 3 n atau disebut sebagai poli β- 1,4-2-amino-2-Deoksi-D-Glukopiranosa. Kitosan bukan merupakan senyawa tunggal, tetapi merupakan kelompok yang terdeasetilasi sebagian dengan derajat polimerisasi yang berbeda. Kitin dan kitosan adalah nama untuk dua kelompok senyawa yang dibatasi dengan stoikiometri, kitin adalah poli N-asetilglukosamin yang terdeasetilasi sedikit. Derajat deasetilasi biasanya bervariasi diantara 8-15, tetapi tergantung pada sumber yang digunakan untuk memperoleh kitin, dan metode yang digunakan untuk isolasi dan pemurnian. Sedangkan kitosan adalah kitin yang terdeasetilasi sebanyak mungkin dengan derajat deasetilasi antara 80-90 Uragami, 2006. Struktur kitosan yang terlihat pada gambar 2.1 tidak mengandung gugus asetat bukan berarti merupakan kitin yang terdeasetilasi 100. 5 Gambar 2.1 Struktur Kitosan Universitas Sumatera Utara Struktur kimia dari kitin mirip dengan struktur kimia dari selulosa. Residu monosakarida pada selulosa adalah β-D-glukosa sedangkan pada kitin adalah N- asetil- β-D-glukosa dimana gugus hidroksil -OH pada posisi C-2 digantikan oleh gugus asetamido -NHCOCH 3 , dimana monosakaridanya dihubungkan melalui ikatan β1,4 Kumar, 2000;Taranathan Kittur, 2003. Gambar 2.2 Struktur Kitin Gambar 2.3 Struktur Selulosa 2.1.2 Sifat-sifat Fisika dan Kimia Kitosan 2.1.2.1 Sifat Fisika Pada umumnya polisakarida alami seperti selulosa, dekstrin, pektin, alginat, agar-agar, karagenan bersifat netral atau sedikit asam, sedangkan kitin dan kitosan bersifat basa Kumar, 2000. Kitosan merupakan padatan amorf putih yang tidak larut dalam alkali dan asam mineral kecuali pada keadaan tertentu. Kitosan merupakan molekul polimer yang mempunyai berat molekul tinggi. Kitosan dengan berat molekul tinggi didapati mempunyai viskositas yang baik dalam suasana asam Onsoyen and Skaugrud, 1990. Universitas Sumatera Utara Kitin merupakan bahan organik kedua yang melimpah sesudah selulosa. Produksi kitin dan kitosan berkisar 700 metrik ton per tahun, dan pemasarannya diperkirakan sekitar 5 triliun yen. Sekitar 85 kitosan yang diproduksi di Jepang digunakan untuk pengolahan air limbah industri pangan Alasalvar and Taylor, 2002. Kitin sebagai prekursor kitosan pertama sekali ditemukan oleh Henri Braconnot yang diisolasi dari jamur, dan 10 tahun kemudian ditemukan kitin dari kulit serangga. Pada umumnya keberadaan kitin di alam tidak terdapat dalam keadaan bebas, akan tetapi berikatan dengan protein, mineral, dan berbagai macam pigmen. Walaupun kitin tersebar secara luas di alam, sumber utama yang dapat digunakan memproduksi kitin dalam skala besar dan dijadikan untuk pengembangan lebih lanjut adalah kitin yang terdapat pada Crustaceae yang dipanen secara komersil seperti kepiting, udang dan lobster. Kitin dari jenis Crustaceae ini banyak tersedia dalam jumlah besar sebagai limbah industri pangan Kaban, 2009. Pada saat ini, hanya sedikit jumlah limbah cangkang yang dimanfaatkan sebagai pakan ternak dan bahan sumber kitin, sehingga pengolahan cangkang menimbulkan pencemaran lingkungan. Akhir-akhir ini, nilai komersial dari kitin meningkat karena sifat-sifat yang menguntungkan dari turunannya yang sangat sulit larut dalam air sehingga cocok digunakan dalam industri kimia, bioteknologi, bidang pertanian, pengolahan pangan, kosmetik, peternakan, kedokteran, proteksi lingkungan, industri pembuatan kertas dan tekstil Kumar, 2000. Di negara-negara maju seperti Jepang dan Amerika Serikat, produk kitin, kitosan dan turunannya telah diproduksi secara komersil, maka pemanfaatan limbah cangkang akan mengatasi pencemaran lingkungan Kaban, 2009. Universitas Sumatera Utara Kitin mempunyai sifat utama sangat sulit larut dalam air dan beberapa pelarut organik sehingga kelarutan dan reaktifitas kimianya rendah. Kitin berwarna putih, keras, tidak elastis, polisakarida yang mengandung nitrogen. Kitin dapat larut di dalam HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , dikloroasetat, trikloroasetat, dan asam formiat. Kitin juga larut di dalam larutan pekat garam netral yang panas Synowiecki and Al-Kateeb, 2003. Molekul kitin cenderung bergabung dengan makro molekul lain karena adanya gugus nitrogen dan menyebabkan jenis struktur dan sifat fisikokimia baru. Misalnya ikatan kovalen antara kitin dan protein yang terbentuk antara N-asetil dari kitin bereaksi dengan α-asam amino terutama tirosin, dan protein kutikular akan membentuk kompleks stabil namun mudah terdisosiasi setelah pH berubah. Kitin dapat dianggap sebagai basa lemah, oleh karena itu dapat mengalami reaksi netralisasi sebagai senyawa yang bersifat alkali Taranathan and Kittur, 2003. Kitin mempunyai sifat-sifat yaitu : 1 berasal dari alam renewable, 2 biodegradable dan tidak mencemari lingkungan, 3 biokompatibel tidak hanya pada hewan juga dengan jaringan tanaman, 4 tidak bersifat toksis, 5 struktur molekulnya dapat dan mudah dimodifikasi. Sifat-sifat inilah yang menjadi pendorong untuk digunakan dalam industri yaitu modifikasi metode sehingga biopolimer yang bernilai ini digunakan sebagai bahan yang multiguna Taranathan and Kittur, 2003. Pemanfaatan kitin dan turunannya di bidang industri adalah untuk pangan yang berserat, kosmetik, alat pembalut dan untuk toilet. Kitosan hasil deasetilasi kitin larut dalam asam encer seperti asam asetat dan asam formiat. Kitosan dapat membentuk gel dalam N-metilmorpholin N-Oksida yang dapat digunakan dalam formulasi pelepasan obat terkendali. Kandungan nitrogen dalam kitin berkisar 5-8 tergantung pada tingkat deasetilasi sedangkan nitrogen pada kitosan kebanyakan dalam bentuk gugus amino. Maka kitosan bereaksi melalui gugus amino dalam pembentukan N-asilasi dan reaksi basa schiff, merupakan reaksi yang penting Kumar, 2000. Universitas Sumatera Utara Sifat fisik yang khas dari kitosan yaitu mudah dibentuk menjadi spons, larutan, gel, pasta, membran dan serat yang sangat berperan dalam aplikasinya Kaban, 2009.

2.1.2.2 Sifat Kimia

Sifat kimia kitosan antara lain adalah polimer poliamin berbentuk linear, mempunyai gugus amino dan hidroksil yang aktif dan mempunyai kemampuan mengkelat beberapa jenis logam. Adanya gugus amino dan hidroksil dari kitosan juga menyebabkan kitosan mudah dimodifikasi secara kimia antara lain dalam reaksi pembentukan: a. N-Asil Metode yang paling sederhana adalah dengan mereaksikan asam karboksilat dengan kitosan, pemanasan larutan kitosan dalam asam formiat 100 pada suhu 90- o C dengan penambahan piridin sedikit demi sedikit untuk menghasilkan N- formilkitosan, serta N-Asetil dalam asam asetat 20. b. O-Asilasi Gugus amino kitosan lebih reaktif daripada gugus hidroksilnya. Karenanya gugus amino perlu di proteksi selama proses asilasi untuk menghasilkan O- Asilkitosan. Metode proteksi yang dilakukan antara lain melalui pembuatan basa schiff disusul O-Asetilasi menggunakan larutan asetat anhidrida-piridin untuk mencegah hidrolisis asam dari basa schiff. Universitas Sumatera Utara Pembuatan O-Asetil kitosan dapat juga dilakukan dengan melarutkan kitosan terasetilasi dalam asam formiat 90 yang mengandung asetat anhidrida dan HClO 4 , dengan asumsi protonasi gugus amino akan mencegah terjadinya N-Asetilasi. c. Basa Schiff Basa schiff turunan kitosan belum dibahas seluas N-Asil kitosan atau eter kitosan karena rendahnya kestabilan basa schiff yang menyebabkan basa schiff mudah mengalami hidrolisis asam dan telah digunakan sebagai proteksi terhadap gugus amina. Turunan basa schiff dapat diperoleh dari reaksi film kitosan dengan aldehid alifatik, bukan saja yang linier-asetaldehid ke dekanal juga yang bercabang dan aldehid aromatrik. d. N- dan O-Asilasi N- dan O-Asilasi kitosan juga dapat diperoleh bersamaan dengan menggunakan asil klorida. Caranya dengan merefluks kitosan dalam campuran dodekanoil klorida berlebih-piridin-kloroform dan ditambah asam klorida sesudah direfluks 5 jam. Produk yang diperoleh sesudah 9 jam larut dalam kloroform, benzen, dietil eter dan piridin. e. Eter Kitosan Pembuatan derivat O-Alkil kitosan dapat dilakukan dengan dua cara yaitu O- alkilasi kitin disusul pengurangan N-Asetilasi dan O-alkilasi derivat kitosan, dimana gugus amino diproteksi selama reaksi alkilasi. Karboksimetil kitosan yang diperoleh melalui prosedur pertama menghasilkan garam natrium dengan gugus amin bebas dalam bentuk basa maupun Universitas Sumatera Utara garam hidroklorida dari amino dengan gugus karboksimetil dalam bentuk asam. Sensitifitas terhadap penambahan elektrolit meningkat dengan bertambahnya karboksimetilasi. Perlakuan alkali kitin dengan epiklorohidrin pada 0-15 o C disusul deasetilasi menghasilkan O-hidroksialkil kitosan Kaban, 2007. f. N-Alkil Metode yang paling mudah untuk N-alkilasi kitosan adalah reaksi antara kitosan dan alkil halida yaitu metode yang menyelidiki reaksi kitosan dengan metil- etil iodida dalam keberadaan beberapa amina tersier, piridin, dimetilpiridin, trimetil piridin dan trietilamin. g. Kitosan nitrat Penyelidikan kitosan nitrat dilakukandengan dua cara yaitu, petama melarutkan kitosan dalam HNO 3 absolut, kemudian yang kedua kitosan ditambahkan dalam campuran 1:1:1 dari asam asetat glasial; asetat anhidrid; asam nitrit absolut selama 5,5 jam pada suhu 5 o C. h. Kitosan pospat Tehnik penyiapan kitosan pospat yang dikembangkan ada dua cara yaitu, pertama berdasarkan pada metode penyiapan selulosa pospat, dimana mula-mula seluruh campuran asam posporat dan urea dipanaskan kemudian diubah dengan menggunakan cairan inert sebagai perantara reaksi. Metode yang kedua adalah reaksi poaporus pentoksida dengan kitosan yang dilarutkan dalam asam metanasulponat. i. Kitosan sulpat Kitosan sulpat diperoleh dengan menggunakan ClSO 3 H-piridin yang dicampur selama 1 jam pada suhu 100 o C. Hasil yang diberikan mengandung dua Universitas Sumatera Utara gugus sulpat setiap satu D-glukosamin anhidra. Perlakuan lain adalah menggantikan piridin dengan DMF, karena komleks SO 3 -DMF melebihi DMF maka reaksi dibuat pada suhu kamar. Hasil yang diberikan mengandung satu gugus N-sulfat dan satu gugus O-sulfat setiap D-glukosamin anhidra March, 1984.

2.1.3 Kegunaan Kitosan

Kitosan merupakan turunan kitin yang paling bermanfaat. Ini disebabkan karena berat molekul yang tinggi, sifat polielektrolit, keberadaan gugus fungsional, kemampuan untuk membentuk gel, dan kemampuan mengadsorbsi. Selanjutnya kitosan dapat dimodifikasi secara kimia dan enzimatik dan bersifat biodegradable dan biokompatibel dengan sel dan jaringan manusia. Untuk pemanfaatannya, berat molekul dan tingkat deasetilasi sangat berperan, karena kedua parameter ini mempengaruhi kelarutan, sifat-sifat fisikokimia, dan sifat biokompatibilitas serta aktivitas immunitas. Kapasitas mengadsorbsi kitin dan kitosan meningkat dengan bertambahnya kandungan gugus amino yang bebas Syanowiecki and Al-Kateeb, 2003. Kitosan banyak digunakan dalam berbagai industri antara lain industri farmasi, kesehatan, biokimia, bioteknologi, pangan, pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri tekstil, industri perkayuan, dan industri kertas Kaban, 2009. Sifat-sifat dan pemanfaatan kitosan antara lain dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2.1 Sifat-sifat dan Pemanfaatan Kitosan Sifat-sifat Pemanfaatan Kationik : Polielektrolit linier bermuatan tinggi Mengkelat ion logam beracun Pemurnian air Flokulan yang baik Kimiawi : Berat Molekul tinggi Gugus amino dan hidroksil Viskositas tinggi, film Modifikasi kimia Biologis : Biokompatibel, biodegradable Non-toksis, film pengemas Universitas Sumatera Utara Bioaktivitas Antimikroba, antitumor Farmasi : Biokompatible, biodegradable Penyembuh luka, pelepasan obat, kulit sintesis, kontak lensa Sifat-sifat Pemanfaatan Umum-kosmetik : Pelembab, pakan, penyalut, pelindung Produk perawatan kulit, perawatanpemeliharaan rambut Makanan dan Pertanian: Pengikat ion asam empedu atau asam lemak Fungistatik Bakteriologis: Penjerat dan Adsorben Penurun kolesterol, antikanker, serat pangan, anti luka Meningkatkan produksi, bahan penjerat Sumber : Taranathan and Kittur 2003.

2.2 Kosmetik

2.2.3 Bahan Kosmetik

Kosmetik berasal dari kata Yunani ”Kosmetikos” yang berarti keterampilan menghias Trenggono, 2007. Sedangkan menurut Badan Pengawas Obat dan Makanan Republik Indonesia, kosmetik adalah setiap bahan atau sediaan yang dimaksudkan untuk digunakan pada seluruh bagian luar tubuh manusia epidermis, rambut, kuku, bibir dan organ genital bagian luar atau gigi dan membran mukosa disekitar mulut terutama untuk membersihkan, mewangikan, mengubah penampilan dan atau memperbaiki bau badan dan atau melindungi serta memelihara tubuh pada kondisi baik. Bahan kosmetik merupakan bahan-bahan yang termasuk di dalam kosmetik tertentu, misalnya cat kuku secara garis besar memiliki bahan-bahan pembentuk lapisan film yang tidak tembus air dan udara seperti selulosa asetat, selulosa aseto butirat, etil selulosa, nitroselulosa, bahan plasticizer supaya cat kuku tidak mudah terkelupas seperti ester-ester dibutil ptalat, trietil sitrat, butil stearat, bahan resin Universitas Sumatera Utara