PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KAPSUL PATI-ALGINAT DARI EKSTRAKSI RUMPUT LAUT COKLAT (Sargassum sp.) SEBAGAI MATERIAL
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KAPSUL
PATI-ALGINAT DARI EKSTRAKSI RUMPUT LAUT
COKLAT (Sargassum sp.) SEBAGAI MATERIAL
DRUG DELIVERY SYSTEM
SKRIPSI
MAWADDATUL KARIMAH
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2016
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KAPSUL
PATI-ALGINAT DARI EKSTRAKSI RUMPUT LAUT
COKLAT (Sargassum sp.) SEBAGAI MATERIAL
DRUG DELIVERY SYSTEM
SKRIPSI
MAWADDATUL KARIMAH
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2016
i
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
ii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
iii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam
lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk digunakan sebagai
referensi kepustakaan dengan pengutipan seijin penulis serta harus menyebutkan
sumbernya. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga
iv
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah atas segala rahmat, karunia dan hidayah yang telah
diberikan oleh Allah SWT, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan
skripsi dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Kapsul Pati-Alginat dari
Ekstraksi Rumput Laut Coklat (Sargassum sp.) sebagai Material Drug Delivery
System”. Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan dalam
menempuh pendidikan S1-Kimia di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Airlangga.
Dalam penulisan naskah skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak.
Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada
:
1. Ibu Siti Wafiroh, S.Si., M.Si. selaku dosen pembimbing I yang selalu
memberikan bimbingan, nasehat dan motivasi selama penyusunan naskah
skripsi ini.
2. Dr. Pratiwi Pudjiastuti, M.Si. selaku dosen pembimbing II yang selalu
memberikan saran dan nasehat selama penulis menempuh studi S1-Kimia di
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.
3. Bapak Dr. Purkan, M.Si. selaku ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Airlangga atas saran, nasehat, dan motivasinya selama
ini.
4. Ibu Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si. selaku dosen wali yang selalu memberikan
saran, nasehat, dan motivasi selama ini.
5. Ibu Dr. Alfinda Novi Kristanti dan Bapak Dr. Ir. Suyanto, M.Si. yang selalu
memberikan saran, nasehat, dan motivasi selama ini.
6. Seluruh staf pengajar Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga atas ilmu, bimbingan, dan saran yang telah diberikan.
7. Seluruh laboran dan karyawan di Laboratorium Kimia Fisik, Kimia Organik
dan Kimia Analitik.
8. Kedua orang tua dan semua keluarga yang selalu memberikan doa, semangat,
dan dukungan moral kepada penulis selama ini.
9. Kementrian Agama RI yang telah memberikan beasiswa kepada penulis
selama menempuh pendidikan S1.
10. Teman-teman prodi S1 Kimia angkatan 2012 yang selalu memberikan
semangat kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini
11. Teman-teman CSS MoRA Unair 2012 yang selalu memberikan motivasi
kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini
12. Teman-teman MTQ Unair yang selalu memberikan motivasi kepada penulis
selama mengerjakan skripsi ini
13. Teman-teman skripsi kapsul Aulala, Niyyah dan Ulil yang selalu memberikan
semangat, saran dan motivasi selama mengerjakan skripsi ini
Penulis menyadari masih banyak kelemahan pada naskah skripsi ini,
sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari
semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap skripsi ini dapat
bermanfaat dalam memperkaya khasanah ilmu pengetahuan. Selain itu, skripsi ini
v
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
dapat dijadikan sebagai salah satu sumber referensi bagi peneliti selanjutnya yang
berminat meneliti hal yang sama dan bermanfaat untuk masyarakat.
Surabaya, 13 Juli 2016
Penulis,
Mawaddatul Karimah
vi
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
Karimah, M., 2016, Pembuatan dan Karakterisasi Kapsul Pati-Alginat dari
Ekstraksi Rumput Laut Coklat (Sargassum sp.) sebagai Material Drug
Delivery System, skripsi ini di bawah bimbingan Siti Wafiroh, S.Si., M.Si.
dan Dr. Pratiwi Pudjiastuti, M.Si., Departemen Kimia, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.
ABSTRAK
Penelitian tentang material drug delivery system mengalami
perkembangan yang sangat cepat. Kapsul komersil dengan material gelatin
merupakan kapsul yang banyak digunakan, namun kapsul gelatin ini mudah
mengalami cracking. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengembangan material
drug delivery salah satunya kapsul dari pati dan alginat dengan crosslinker STPP
(sodium tripolyphosphat). Tujuan dari penelitian ini adalah membuat dan
megkarakterisasi kapsul pati-alginat. Alginat yang digunakan adalah hasil dari
ekstraksi rumput laut coklat jenis Sargassum sp. Metode yang digunakan adalah
maserasi jalur asam alginat. Kedua bahan ini dikompositkan dengan 5 macam
perbandingan yaitu (2:1), (3:2), (1:1), (1:2), (2:3). Karakterisasi yang dilakukan
meliputi uji tarik, uji swelling air, uji disolusi, uji FTIR dan uji SEM. Kapsul patialginat optimal memiliki nilai stress, strain, modulus Young dan swelling air
berturut-turut sebesar 8.018,18 kN/m2; 0,1225; 65.823,12 kN/m2 dan 248,12%.
Hasil uji disolusi kapsul yang mengandung ciprofloxacin pada pH 1,2; 4,5 and
6,8 selama 90; 2 dan 4 menit berturut-turut adalah 92%; 79% and 86%. Dengan
demikian, kapsul dari komposit pati-alginat dapat digunakan sebagai drug
delivery system.
Kata kunci : pati, natrium alginat, STPP, material drug delivery system
vii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
Karimah, M., 2016, Production and Characterization of Starch-Sodium
Alginate Capsule from Extraction of Brown Algae (Sargassum sp.) as
Material of Drug Delivery System, final project was under guidance of Siti
Wafiroh, S.Si., M.Si. and Dr. Pratiwi Pudjiastuti, M.Si., Department of
Chemistry, Faculty of Science and Technology, Airlangga University,
Surabaya.
ABSTRACT
Research of material of drug delivery system has developed so fast.
Commercial capsule with gelatin material is often consumed, but this capsule is
easy to crack. Therefore, more drug release material development is needed. One
of them is capsule from starch-sodium alginate using STPP (sodium
tripolyphosphat) as crosslinker. The purposes of this research are to produce and
characterise of starch-sodium alginate capsules. Alginate was extracted from
brown algae (Sargassum sp.). The method was alginate acid pathway. Both of the
materials were divided to 5 variation of compositions, (2:1), (3:2), (1:1), (1:2) and
(2:3). The characterizations was performed by using tensile, water swelling,
dissolution, FTIR and SEM tests. The optimum of starch-alginate capsules
include stress, strain, modulus Young and swelling water values are 8,018.18
kN/m2; 0.1225; 65,823.12 kN/m2; 248.12%, respectively. The dissolution of
capsules contain of ciprofloxacin at pH 1.2; 4.5 and 6.8 for 90; 2 and 4 minutes
are 92%; 79% and 86%, respectively. Based on this research, capsule from starchalginate composite can be used as drug delivery system.
Keywords : starch, sodium alginate, STPP, material of drug delivery system
viii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
ix
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i
LEMBAR PENYATAAN ................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ....................................... iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................... v
ABSTRAK ......................................................................................................... vii
ABSTRACT ........................................................................................................ viii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................... ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................
1.1 Latar Belakang ..............................................................................................
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................................
1.3 Tujuan ...........................................................................................................
1.4 Manfaat .........................................................................................................
1
1
7
7
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
2.1 Material Drug Delivery System .....................................................................
2.2 Pati ................................................................................................................
2.3 Alginat dari Estraksi Rumput Laut Coklat (Sargassum sp.) ........................
2.4 Crosslinker pada Drug Delivery System .......................................................
2.5 Sodium Tripoliphosphat (STPP) ...................................................................
2.6 Metode Pencetakan Kapsul ...........................................................................
2.7 Prinsip Kerja Material Drug Delivery System ...............................................
2.8 Karakterisasi Material Drug Delivery System ...............................................
2.8.1 Fourier Transformed Infra Red (FTIR) ..................................................
2.8.2 Scanning Electron Membrane (SEM) .....................................................
2.8.3 Penentuan berat molekul polimer............................................................
2.8.4 Uji swelling air ........................................................................................
2.8.5 Uji tarik ...................................................................................................
2.8.6 Uji desolusi .............................................................................................
8
8
9
11
14
16
17
18
21
21
23
24
25
26
27
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .......................................................................
3.2 Bahan dan Alat Penelitian .............................................................................
3.2.1 Bahan penelitian ......................................................................................
3.2.2 Alat penelitian .........................................................................................
3.3 Diagram Alir Penelitian ................................................................................
3.4 Prosedur Penelitian........................................................................................
3.4.1 Preparasi reagen .....................................................................................
29
29
29
29
29
31
32
32
x
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
3.4.2 Ekstraksi natrium alginat dari Sargassum sp. ......................................... .33
3.4.3 Karakterisasi natrium alginat .................................................................. .34
3.4.3.1 Penentuan berat molekul ..................................................................... 34
3.4.3.2 Penentuan gugus fungsi dengan FTIR ................................................ 34
3.4.4 Pembuatan komposit pati-alginat .............................................................. 35
3.4.5 Pencetakan kapsul pati-alginat .................................................................. 35
3.4.6 Karakterisasi kapsul pati-alginat ............................................................... 36
3.4.6.1 Uji mekanik ......................................................................................... 36
3.4.6.2 Uji kinerja............................................................................................ 36
3.4.6.3 Uji SEM .............................................................................................. 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 39
4.1 Hasil Ekstraksi Natrium Alginat dari Sargassum sp ..................................... 39
4.2 Hasil Karakterisasi Natrium Alginat ............................................................. 43
4.2.1 Hasil uji penentuan berat molekul ............................................................ 43
4.2.2 Hasil uji FTIR ........................................................................................... 45
4.3 Hasil Pembuatan Komposit Pati-Alginat ...................................................... 47
4.4 Hasil Pencetakan Kapsul Pati-Alginat .......................................................... 48
4.5 Hasil Karakterisasi Kapsul Pati-Alginat ....................................................... 50
4.5.1 Hasil uji tarik ............................................................................................. 50
4.5.2 Hasil uji swelling air.................................................................................. 53
4.5.3 Hasil uji FTIR kapsul pati-alginat optimum ............................................ 54
4.5.4 Hasil uji disolusi kapsul pati-alginat optimum.......................................... 57
4.5.5 Hasil uji SEM kapsul pati-alginat optimum .............................................. 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 61
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 61
5.2 Saran .............................................................................................................. 61
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 62
LAMPIRAN
xi
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR TABEL
Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
4.1
4.2
4.3
Judul Tabel
Halaman
Karakteristik amilosa dan amilopektin .................................................. 10
Karakteristik natrium alginat ................................................................ 13
Karakteristik sodium tripolyphosphate................................................. 16
Kriteria dosis urutan daya toksisitas suatu bahan ................................. 17
Data spektra FTIR natrium alginat ...................................................... 45
Karakteristik kapsul pada masing-masing variasi ................................ 49
Data spektra FTIR Na-alginat ekstraksi dan kapsul pati-Na alginat .... 54
xii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul Gambar
Halaman
2.1 Struktur kimia pati ................................................................................. 10
2.2 Sargassum sp. ......................................................................................... 11
2.3 Struktur kimia alginat M ( β-D mannuron acid) dan G (α-L glucuronic
acid…………………………………………………………………....... 13
2.4 Struktur kimia natrium alginat ................................................................ 13
2.5 Struktur kimia sodium tripolyphosphate ................................................. 16
2.6 Skema release suatu obat ........................................................................ 21
2.7 Desain rangkaian alat disolusi................................................................. 28
4.1 Persamaan reaksi kimia pada saat proses demineralisasi ........................ 40
4.2 Pemisahan antara filtrat dan padatan setelah maserasi ........................... 40
4.3 Persamaan reaksi kimia natrium alginat dengan HCl ............................. 41
4.4 Persamaan reaksi kimia konversi asam alginat menjadi natrium alginat 41
4.5 Persamaan reaksi kimia oksidasi lignin oleh NaOCl .............................. 42
4.6 Serbuk natrium alginat ............................................................................ 43
4.7 Grafik hubungan antara konsentrasi Na-alginat dan viskositas reduksi . 44
4.8 Hasil spektra natrium alginat .................................................................. 47
4.9 Kapsul pati-natrium alginat ..................................................................... 48
4.10 Autograph................................................................................................ 50
4.11 Diagram antara variasi komposisi membran dengan nilai stress ............ 51
4.12 Diagram antara variasi komposisi membran dengan nilai strain ............ 52
4.13 Diagram antara variasi komposisi membran dengan nilai modulus young53
4.14 Diagram antara variasi kapsul dengan nilai swelling air......................... 53
4.15 Hasil spektra FTIR kapsul pati-alginat dan Na-alginat ekstraksi............ 56
4.16 Hipotesis ikatan antara pati-STPP-alginat .............................................. 57
4.17 Grafik hasil uji disolusi pH 1,2 ............................................................... 58
4.18 Grafik hasil uji disolusi pH 4,5 ............................................................... 59
4.19 Grafik hasil uji disolusi pH 6,8 ............................................................... 59
4.20 Morfologi permukaan membran kapsul pati-alginat dan kapsul komersil
................................................................................................................ 60
4.21 Morfologi penampang lintang kapsul pati-alginat .................................. 60
xiii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul Lampiran
1. Pembuatan Larutan untuk Ekstraksi Natrium Alginat
2. Hasil Penentuan Viskositas dan Berat Molekul Natrium Alginat
3. Rendemen Hasil Ekstraski Natrium Alginat
4. Spektra FTIR Natrium Alginat Hasil Ekstraksi
5. Spektra FTIR Natrium Alginat Komersil
6. Spektra FTIR Natrium Alginat Campuran (Ekstraksi-Komersil)
7. Spektra FTIR Kapsul Pati-Natrium Alginat dengan crosslinker STPP
8. Hasil Pembuatan Komposit Pati – Alginat
9. Hasil Uji Tarik
10. Hasil Uji Swelling Air
11. Hasil Uji Disolusi
xiv
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Kapsul sebagai drug delivery system dalam dunia farmasi sudah banyak
digunakan sejak lama. Dalam pengembangannya, modifikasi swelling, cracking,
hingga mekanisme pelepasan obat sudah banyak dilakukan (Bertrand, 2012).
Beberapa macam metode drug delivery diantaranya secara oral, parenteral, lokal,
rektal, transdermal dan inhalasi (Shargel et al., 2007).
Pemberian obat secara oral yaitu pemberian obat secara langsung melalui
mulut, sedangkan parenteral yaitu pemberian obat melalui suntikan. Pemberian
obat secara lokal yaitu obat diteteskan atau dioleskan secara langsung seperti obat
tetes mata dan rektal yaitu pemberian obat melalui dubur. Transdermal yaitu
pemberian obat melalui permukaan kulit seperti plester dan inhalasi yaitu
pemberian obat dengan cara dihirup maupun disemprotkan melalui hidung atau
mulut (Anief, 1995). Diantara macam-macam metode drug delivery, metode drug
delivery secara oral merupakan metode yang paling diminati di masyarakat karena
cara pemberian obat yang mudah, aman dan praktis (Shargel et al., 2007). Bentukbentuk obat yang dapat diberikan secara oral antara lain kapsul, tablet, sirup dan
puyer. Pemberian obat tersebut disesuaikan dengan kebutuhan.
Kapsul berada pada urutan pertama dalam pengembangan obat karena
dinilai lebih sederhana untuk dalam produksinya dibandingkan dengan sediaan
oral lainnya. Kapsul memiliki banyak kelebihan jika dibandingkan dengan sediaan
oral lainnya seperti kombinasi bahan bervariasi sesuai kebutuhan pasien, dosis
1
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
2
lebih tepat, tidak berbau dan hambar sehingga mudah untuk ditelan, dan release
dalam waktu yang sesuai (Saputra, 2014).
Kapsul pertama kali dibuat oleh J. C Lehuby pada tahun 1846 yang
dikenal dengan kapsul gelatin (Augsburger, 2002). Berdasarkan sifatnya, kapsul
gelatin dibedakan menjadi dua macam, yaitu cangkang kapsul gelatin lunak dan
cangkang kapsul gelatin keras (Allen et al., 2011). Cangkang kapsul gelatin lunak
biasanya plastis dengan bentuk bervariasi dengan packing yang tertutup.
Umumnya isi kapsul ini berupa cairan, suspensi maupun pasta. Sedangkan
cangkang kapsul gelatin keras umumnya berisi serbuk dengan satu macam bentuk
yang umumnya lonjong yang terdiri dari dua bagian yaitu body dan cap
(Augsburger, 2002).
Pada umumnya, cangkang kapsul gelatin banyak digunakan di pasaran
karena material dalam pembuatannya murah dan mudah diproduksi. Namun,
material cangkang kapsul gelatin ini memiliki kelemahan yaitu kurang stabil
dalam lingkungan berair sehingga waktu swelling dan cracking cenderung sangat
cepat dan menyebabkan efek efikasi obat (Daberte, et al., 2011).
Modifikasi cangkang kapsul gelatin dapat berupa penambahan crosslinker
guna meningkatkan ketahanan mekanik suatu kapsul. Crosslinker merupakan
suatu metode dalam mengurangi kelarutan membran dalam air (Ma, J and Sahai,
Y., 2013). Selain itu, modifikasi kapsul berupa pembentukan dan penggunaan
polimer yang sesuai. Kapsul terus mengalami perkembangan yang cepat dengan
berbagai modifikasi dalam hal komposisi dan zat aditif yang ditambahkan. Bahan
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
3
yang digunakan dalam drug delivery system harus biodegradable dan memiliki
biokompabilitas tinggi (Zhou, 2008).
Polimer telah banyak digunakan sebagai bahan pembuat material drug
delivery system (Vilar et al., 2012). Berdasarkan kemampuannya untuk
terdegradasi, drug delivery system dapat diklasifikasikan menjadi material polimer
nondegradable dan polimer biodegradable. Polimer biodegradable banyak dipilih
sebagai drug delivery system agar aman dikonsumsi (Paolino et al., 2006).
Polimer alam yang berpotensi menjadi material drug delivery system
adalah pati. Penelitian tentang drug delivery system menggunakan pati telah
dilakukan oleh Wang et al., (2010), Zhang et al., (2013), Lopez et al., (2013) dan
Hosseini et al.,(2014), Fakharian et al., (2015), Marto et al., (2015), LozanoVazquez et al.,(2015) dan Mary and Sasikumar, (2015). Dalam penelitiannya,
Wang et al., (2010) menggunakan komposit polimer pati – alginat sebagai bahan
material local drug delivery system menggunakan bantuan crosslinker CaCl2.
Variasi rasio komposisi pati – alginat yang digunakan adalah (90:10), (70:30),
(50:50) and (30:70) dan penambahan CaCl2 : etanol sebesar 50 : 50. Uji kontrol
release obat meningkat seiring dengan meningkatnya komposisi pati di dalam
komposit pati – alginat. Hal ini menunjukkan potensi pati yang sangat besar
dalam drug delivery system.
Lopez et al., pada tahun 2013 menguji release antioksidan tumbuhan
yerba mate, sejenis tanaman yang tumbuh di Amerika Selatan yang dikemas
dalam kapsul yang dibuat dari pati - alginat. Karakterisasi yang dilakukan yaitu uji
porositas, swelling air dan uji SEM untuk alginat dan komposit dari pati – alginat.
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
4
Pada hasil swelling, komposit pati-alginat memberikan hasil swelling yang stabil
daripada alginat saja dan porositas kapsul alginat menurun seiring dengan
meningkatnya pati yang ditambahkan. Namun dalam penelitian ini hasil release
kurang maksimal dan cenderung cepat karena kapsul yang dihasilkan terlalu tipis
dengan porositas yang cukup tinggi. Hal ini mungkin dikarenakan tidak adanya
crosslinker yang ditambahkan sehingga tidak adanya penghubung antara pati dan
alginat yang menyebabkan ketahanan mekanik rendah.
Modifikasi materi drug delivery system terbaru dengan pati dan alginat
dilakukan oleh Mary and Sasikumar (2015). Dalam penelitiannya, drug delivery
diuji kinetika release dari antibiotik ciprofloxacin hydrochloride dengan cara in
vitro. Variasi komposisi yang digunakan yaitu (1:1), (1:2), (1:3) dan (1:4). Setelah
diamati selama 2 jam, hasil release tercepat yaitu pada komposisi pati – alginat
1:1 sebesar 65% dan release terlama yaitu pada perbandingan 1:4.
Selain pati, salah satu material pembuatan drug delivery system yang
sering digunakan adalah alginat. Alginat dikenal dengan biopolimer yang
serbaguna dan digunakan dalam berbagai aplikasi. Penggunaan konvensional
alginat sebagai drug delivery dalam produk obat umumnya tergantung pada
penebalan, pembentuk gel, dan sifat penstabilannya. Hidrokoloid seperti alginat
dapat memainkan peran penting dalam desain produk control-release (Tonnesen
and Karlsen, 2002). Dalam sebuah penelitian, alginat dapat diperoleh dari rumput
laut dari genus Sargassum (Purwanti, 2013). Alginat merupakan kandungan
utama dari dinding alginofit, yang tersusun atas asam guluronat dan manuronat,
dengan ikatan 1,4 𝛽-D-asam manuronat dan 𝛼-L-guluronat (Ertesvag et al., 2015).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
5
Dalam pembuatan material drug delivery system, selain pati dan alginat
juga ditambahkan crosslinker yang berguna dalam menjembatani terjadinya ikatan
antara dua gugus fungsi sehingga kinerja drug delivery system dapat meningkat
(Giri, 2012). Jika crosslinker ditambahkan, maka tingkat swelling air membran
dapat diperkecil dan kestabilannya meningkat. Crosslinker juga mempengaruhi
besarnya kerapatan rantai polimer karena banyaknya tarikan yang dapat terjadi,
sehingga
mengurangi fleksbilitas dan menjadi kaku. Senyawa-senyawa
crosslinker antara lain glutaraldehid, sodium tripolyphosphate (STPP), N,N’metilen-bis-akrilamida (MBA), asam oksalat, formaldehid, ion sulfat, ion fosfat,
dan beberapa senyawa lainnya yang dapat berikatan dengan bahan utama
membran (Berger et al., 2004).
Berdasarkan sifatnya, crosslinker dapat dibedakan menjadi kovalen dan
ionik (Berger et al., 2004). Mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan
kebebasan molekul adalah ikatan silang kimia yang mengikat silang bersama
rantai-rantai polimer melalui ikatan kovalen atau ikatan ion untuk membentuk
suatu jaringan (Katz, 2008). Crosslinker kovalen seperti glutaraldehid,
formaldehid dan asam oksalat. Sedangkan untuk crosslinker ionik contohnya
sodium tripolyphosphate (STPP) dan CaCl2.
Pada tahun 1998, Genta, menguji pengaruh glutaraldehid pada drug
delivery system dengan bahan dasar kitosan. Matriks drug delivery system diuji
secara in vitro dengan uji disolusi dengan larutan buffer fosfat pH 7.4 pada suhu
37℃. Hasil uji menunjukkan penambahan glutaraldehid bermanfaat dalam
mengatur terurainya kitosan, variasi
SKRIPSI
7%-10% dan 15-25% glutaraldehid
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
6
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
menujukkan hasil yang tidak jauh berbeda, disarankan untuk menggunakan
glutaraldehid dalam konsentrasi kecil guna meminimalisir efek toksik yang
disebabkan oleh crosslinker tersebut.
Pieróg (2009) menguji pengaruh crosslinker ionik pada swelling hydrogel
kitosan. Crosslinker yang diujikan adalah asam sulfat (H2SO4), trisodium sitrat
(Na3C6H5O7), tripolifosfat dan natrium alginat. Variasi pH yang digunakan adalah
1.2, pH 7.4 dan pH 8.5. Pada uji swelling, kitosan murni memiliki nilai swelling
yang tinggi dan ketahanan mekanik yang rendah sementara kitosan-tripolifosfat
memiliki nilai swelling yang rendah dan ketahanan mekanik yang tinggi. Hal ini
mengindikasikan bahwa potensi tripolifosfat sebagai crosslinker sangat besar.
Pada penelitian ini diekstraksi natrium alginat dari rumput laut coklat
(Sargassum sp.) dan pembuatan drug delivery system berupa kapsul pati - alginat
menggunakan crosslinker sodium tripolyphosphate (STPP). Pati berfungsi sebagai
emulgator untuk menstabilkan alginat yang membentuk gelasi. Dalam penelitian
ini dilakukan lima variasi perbandingan komposit pati dan natrium alginat, yaitu
(2 : 1), (3 : 2), (1 : 1), (2 : 3) dan (1:2). Kapsul pati-alginat dikarakterisasi dengan
uji mekanik berupa uji tarik dan uji swelling air. Kapsul optimal yang dihasilkan
diuji kinerjanya dengan uji disolusi pada variasi pH 1,2; 4,5 dan 6,8. Setelah
diperoleh kapsul pati-alginat optimal diuji morfologi menggunakan Scanning
Electron Microscopy (SEM) dan uji spektroskopi menggunakan Fourier
Transformed Infra Red (FTIR).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
7
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, dapat dirumuskan
permasalahan sebagai berikut :
1. Dapatkah dibuat kapsul dari pati - alginat sebagai drug delivery system?
2. Bagaimana pengaruh variasi komposisi pati – alginat terhadap sifat
mekanik drug delivery system?
3. Bagaimana kinerja material kapsul pati – alginat dibandingkan dengan
kapsul dari bahan-bahan komersil?
1.3
Tujuan
1. Membuat kapsul dari pati-alginat sebagai drug delivery system
2. Mengetahui pengaruh variasi komposisi pati – alginat terhadap sifat
mekanik drug delivery system
3. Mengetahui kinerja material kapsul pati – alginat dibandingkan dengan
kapsul dari bahan-bahan komersil
1.4
Manfaat
Penelitian ini bermanfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan
teknologi, khususnya di bidang kimia. Penelitian ini diharapkan menjadi salah
satu informasi ilmiah dalam pengembangan material drug delivery system.
Pembuatan kapsul dari pati-alginat diharapkan dapat menggantikan material
kapsul yang bersifat komersil yang tengah berkembang di masyarakat. Selain itu
juga dapat mengurangi ketergantungan pada produk luar negeri dengan cara
memanfaatkan kekayaan alam yang ada di Indonesia.
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Drug Delivery System
Penelitian tentang drug delivery system menggunakan bahan baku polimer
alam sudah banyak dilakukan (Vilar et al., 2012). Polimer alam yang sering
digunakan dalam pembuatan drug delivery system adalah kitosan yang diperoleh
dari deasetilasi kitin. Salah satunya telah dilakukan oleh Tahtat, et al., (2013)
dengan membuat material drug delivery system dari alginat - kitosan dengan
bantuan crosslinker glutaraldehid untuk oral delivery insulin.
Selain kitosan, polimer alam lain yang berpotensi menjadi material drug
delivery system adalah pati. Penelitian tentang drug delivery system menggunakan
pati telah dilakukan oleh Wang et al., (2010), Zhang et al., (2013), Lopez et al.,
(2013) dan Hosseini et al., (2014), Fakharian et al., (2015), Marto et al., (2015)
dan Lozano-Vazquez et al., (2015).
Menurut penelitian Wang et al., (2010) drug delivery system dibuat
dengan cara mengkompositkan dua polimer alam yaitu pati dan alginat yang
diperoleh dari ektraksi rumput laut coklat (Sargassum sp.). Hidrokoloid seperti
alginat dapat memainkan peran penting dalam desain produk control-release. Hal
ini menunjukkan alginat dari hasil ekstraksi rumput laut coklat (Sargassum sp.)
sangat berpotensi menjadi material drug delivery system.
Modifikasi materi drug delivery system dengan pati terbaru dilakukan oleh
Farakhian et al., (2015) dengan komposit lain berupa karaginan. Variasi karaginan
yang ditambahkan 0.25, 0.5, 0.75 dan 1%. Karakterisasi yang dilakukan adalah uji
8
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
9
viskositas dan viskoplastisitas. Kemampuan release kapsul pati – karaginan
sebanding dengan kapsul gelatin yang beredar di pasaran. Hal ini membuktikan
bahwa potensi pati sangat besar dalam drug delivery system.
2.2 Pati
Pati adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut dalam air, berwujud
bubuk putih, tawar dan tidak berbau. Pati merupakan karbohidrat dengan berat
molekul tinggi yang terdapat pada tanaman dan mampu mensuplay 70 hingga
80% kalori yang dibutuhkan manusia dari bahan pangan yang dikonsumsi.
Namun, selain sebagai sumber kalori utama, pati juga mempunyai sejumlah
kegunaan pada makanan, seperti : sebagai bahan pelekat, pengikat, pembentuk
lapisan, penstabil, pembentuk tekstur, pengental, dll (Mason, 2009). Kandungan
amilosa merupakan bagian polimer linier dengan ikatan α-(1,4) unit glukosa.
Derajat polimerisasi amilosa berkisar antara 500 − 6.000 unit glukosa, bergantung
pada sumbernya. Amilopektin merupakan polimer α-(1,4) unit glukosa dengan
rantai samping α-(1,6) unit glukosa. Dalam suatu molekul pati, ikatan α-(1,6) unit
glukosa ini jumlahnya sangat sedikit, berkisar antara 4 − 5%. Namun, jumlah
molekul dengan rantai yang bercabang, yaitu amilopektin, sangat banyak dengan
derajat polimerisasi 105 − 3x106 unit glukosa (Jacobs dan Delcour, 1998).
Amilosa merupakan fraksi gerak, yang artinya dalam granula pati letaknya tidak
pada satu tempat, tetapi bergantung pada jenis pati. Umumnya amilosa terletak di
antara molekul-molekul amilopektin dan secara acak berada selang-seling di
antara daerah amorf dan kristal (Oates, 1997).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
10
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
Ketika dipanaskan dalam air, amilopektin akan membentuk lapisan yang
transparan, yaitu larutan dengan viskositas tinggi dan berbentuk lapisan-lapisan
seperti untaian tali. Pada amilopektin cenderung tidak terjadi retrogradasi dan
tidak membentuk gel, kecuali pada konsentrasi tinggi (Belitz dan Grosch, 2009).
A
B
Gambar 2.1 Struktur kimia pati dengan A (α-(1,6) unit glukosa dan B (α- (1,4)
unit glukosa (Thomas, 1998)
Tabel 2.1 Karakteristik amilosa dan amilopektin (Thomas, 1998)
Karakteristik
Amilosa
Amilopektin
Bentuk
lurus
bercabang
Ikatan
α-(1,4) kadang α-(1,6) α-(1,4) dan α-(1,6)
Berat molekul
300℃
6-8
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
14
Pada pH rendah, asam alginat mengarah pada pembentukan viskositas
tinggi gel asam. Alginat juga mudah membentuk gel dengan adanya kation
divalen sebagai ion kalsium (Tonnesen and Karlsen, 2002).
2.4 Crosslinker pada Drug Delivery System
Cross link merupakan suatu metode yang dilakukan untuk mengurangi
kelarutan membran dalam air (Ma, J and Sahai, Y., 2013). Penambahan
crosslinker berfungsi untuk menjembatani terjadinya ikatan antara dua gugus
fungsi sehingga crosslinker dapat meningkatkan kinerja drug delivery system
(Giri, 2012). Ikatan yang terjadi dapat berupa ikatan kovalen maupun ionik. Jika
crosslinker ditambahkan maka tingkat swelling air membran dapat diperkecil dan
kestabilannya meningkat. Senyawa-senyawa crosslinker antara lain glutaraldehid,
sodium tripoliphosphate (STPP), N,N’-metilen-bis-akrilamida (MBA), asam
oksalat, formaldehid, ion sulfat, ion fosfat, dan beberapa senyawa lainnya yang
dapat berikatan dengan bahan utama membran (Berger et al., 2004).
Berdasarkan sifatnya, crosslinker dapat secara kovalen dan ionik (Gunter,
1985). Mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan kebebasan molekul
adalah ikatan silang kimia yang mengikat silang bersama rantai-rantai polimer
melalui ikatan kovalen atau ikatan ion untuk membentuk suatu jaringan (Katz,
2008). Glutaraldehid termasuk dalam crosslinker kovalen, contoh lainnya seperti
formaldehid dan asam oksalat. Sedangkan untuk crosslinker ionik contohnya
sodium tripolyphosphate (STPP).
Sifat-sifat fisik material drug delivery system seperti kestabilan kristal,
sensitivitas termal, rasio swelling, dan kekuatan mekanis dapat ditingkatkan
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
15
melalui modifikasi cross link secara kovalen (Giri, 2012). Beberapa crosslinker
yang berikatan secara kovalen adalah glutaraldehid, genipin, dan N,N’-metilenbis-akrilamida (MBA).
Pada tahun 1998, Genta, menguji pengaruh glutaraldehid pada drug
delivery system dengan bahan dasar kitosan. Matriks drug delivery system diuji
secara in vitro dengan uji disolusi dengan larutan buffer fosfat pH 7.4 pada suhu
37℃. Hasil uji menunjukkan penambahan glutaraldehid bermanfaat dalam
mengatur terurainya kitosan, variasi
7%-10% dan 15-25% glutaraldehid
menujukkan hasil yang tidak jauh berbeda, disarankan untuk menggunakan
glutaraldehid dalam konsentrasi kecil guna meminimalisir efek toksik yang
disebabkan oleh crosslinker.
Pieróg (2009) membandingkan hasil swelling kitosan murni dan kitosan
yang dimodifikasi dengan crosslinker tripolifosfat. Kitosan modifikasi memiliki
ketahanan mekanik lebih kuat dengan waktu swelling yang rendah sedangkan
kitosan memiliki ketahanan mekanik yang rendah dengan waktu swelling yang
tinggi.
Cross link secara ionik juga banyak dilakukan pada material drug delivery
system. Karakteristik kelarutan, rasio swelling, dan proses pelepasan obat pada
material drug delivery system seringkali disebabkan oleh proses ionisasi dan
protonasi gugus fungsi pada polimer yang digunakan. Untuk mengurang ionisasi
dan protonasi tersebut, selain dengan penambahan material polimer lain, juga
dapat ditingkatkan dengan crosslinker ionik seperti sodium tripolyphosphate
(STPP).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
16
2.5 Sodium tripolyphosphate (STPP)
Sodium tripolyphosphate merupakan senyawa anorganik dengan rumus
molekul Na5P3O10 dan merupakan bentuk garam dari polyphosphat penta-anion
yang berikatan dengan triphosporic acid. Garam STPP berwarna putih dan
terdapat dalam dua bentuk yaitu anhidrat dan hexahidrat.
Struktur sodium tripolyphosphate (STPP) ditunjukkan pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Struktur kimia sodium tripolyphosphate
Tabel 2.3 Karakteristik sodium tripolyphosphate
Karakteristik
Berat molekul
Densitas
Kelarutan dalam air
Bentuk
Keterangan
367,87 g/mol
2,52 g/cm3
14,5 g/100 mL (25°C)
Serbuk berwarna putih
Sodium tripolyphosphate dapat dibuat dengan cara mencampurkan
Na2HPO4 dan NaH2PO4 dengan kondisi yang terkontrol (Greenwood, 1997).
Berikut reaksi yang terjadi :
2 Na2HPO4 + NaH2PO4 → Na5P3O10 + 2 H2O
Garam ini memiliki nilai toksisitas yang rendah dari hasil uji LD50 secara oral
sebesar > 1.000 mg/Kg berat badan (Boyd et al., 2001). LD50 (lethal dose)
menggambarkan konsentrasi bahan bahan kimia yang dapat menyebabkan
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
17
kematian sampai 50% dari jumlah hewan yang di uji. Nilai LD50 digunakan untuk
mengelompokkan dosis toksik dari bahan kimia yang baru diproduksi.
Tabel 2.4 Kriteria dosis urutan daya toksisitas suatu bahan (per-berat
badan manusia ~70 Kg) (Gosselin et al., 1984)
Kriteria
Dosis
Praktis tidak toksik
>15g/Kg
Sedikit toksik
5-15 g/Kg
Toksik sedang
0,5-5 g/Kg
Sangat toksik
50-500 mg/Kg
Amat sangat toksik
5-50 mg/Kg
Super toksik
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KAPSUL
PATI-ALGINAT DARI EKSTRAKSI RUMPUT LAUT
COKLAT (Sargassum sp.) SEBAGAI MATERIAL
DRUG DELIVERY SYSTEM
SKRIPSI
MAWADDATUL KARIMAH
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2016
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KAPSUL
PATI-ALGINAT DARI EKSTRAKSI RUMPUT LAUT
COKLAT (Sargassum sp.) SEBAGAI MATERIAL
DRUG DELIVERY SYSTEM
SKRIPSI
MAWADDATUL KARIMAH
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2016
i
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
ii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
iii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam
lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk digunakan sebagai
referensi kepustakaan dengan pengutipan seijin penulis serta harus menyebutkan
sumbernya. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga
iv
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah atas segala rahmat, karunia dan hidayah yang telah
diberikan oleh Allah SWT, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan
skripsi dengan judul “Pembuatan dan Karakterisasi Kapsul Pati-Alginat dari
Ekstraksi Rumput Laut Coklat (Sargassum sp.) sebagai Material Drug Delivery
System”. Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan dalam
menempuh pendidikan S1-Kimia di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Airlangga.
Dalam penulisan naskah skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak.
Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada
:
1. Ibu Siti Wafiroh, S.Si., M.Si. selaku dosen pembimbing I yang selalu
memberikan bimbingan, nasehat dan motivasi selama penyusunan naskah
skripsi ini.
2. Dr. Pratiwi Pudjiastuti, M.Si. selaku dosen pembimbing II yang selalu
memberikan saran dan nasehat selama penulis menempuh studi S1-Kimia di
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.
3. Bapak Dr. Purkan, M.Si. selaku ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Airlangga atas saran, nasehat, dan motivasinya selama
ini.
4. Ibu Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si. selaku dosen wali yang selalu memberikan
saran, nasehat, dan motivasi selama ini.
5. Ibu Dr. Alfinda Novi Kristanti dan Bapak Dr. Ir. Suyanto, M.Si. yang selalu
memberikan saran, nasehat, dan motivasi selama ini.
6. Seluruh staf pengajar Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga atas ilmu, bimbingan, dan saran yang telah diberikan.
7. Seluruh laboran dan karyawan di Laboratorium Kimia Fisik, Kimia Organik
dan Kimia Analitik.
8. Kedua orang tua dan semua keluarga yang selalu memberikan doa, semangat,
dan dukungan moral kepada penulis selama ini.
9. Kementrian Agama RI yang telah memberikan beasiswa kepada penulis
selama menempuh pendidikan S1.
10. Teman-teman prodi S1 Kimia angkatan 2012 yang selalu memberikan
semangat kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini
11. Teman-teman CSS MoRA Unair 2012 yang selalu memberikan motivasi
kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini
12. Teman-teman MTQ Unair yang selalu memberikan motivasi kepada penulis
selama mengerjakan skripsi ini
13. Teman-teman skripsi kapsul Aulala, Niyyah dan Ulil yang selalu memberikan
semangat, saran dan motivasi selama mengerjakan skripsi ini
Penulis menyadari masih banyak kelemahan pada naskah skripsi ini,
sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari
semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap skripsi ini dapat
bermanfaat dalam memperkaya khasanah ilmu pengetahuan. Selain itu, skripsi ini
v
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
dapat dijadikan sebagai salah satu sumber referensi bagi peneliti selanjutnya yang
berminat meneliti hal yang sama dan bermanfaat untuk masyarakat.
Surabaya, 13 Juli 2016
Penulis,
Mawaddatul Karimah
vi
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
Karimah, M., 2016, Pembuatan dan Karakterisasi Kapsul Pati-Alginat dari
Ekstraksi Rumput Laut Coklat (Sargassum sp.) sebagai Material Drug
Delivery System, skripsi ini di bawah bimbingan Siti Wafiroh, S.Si., M.Si.
dan Dr. Pratiwi Pudjiastuti, M.Si., Departemen Kimia, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.
ABSTRAK
Penelitian tentang material drug delivery system mengalami
perkembangan yang sangat cepat. Kapsul komersil dengan material gelatin
merupakan kapsul yang banyak digunakan, namun kapsul gelatin ini mudah
mengalami cracking. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengembangan material
drug delivery salah satunya kapsul dari pati dan alginat dengan crosslinker STPP
(sodium tripolyphosphat). Tujuan dari penelitian ini adalah membuat dan
megkarakterisasi kapsul pati-alginat. Alginat yang digunakan adalah hasil dari
ekstraksi rumput laut coklat jenis Sargassum sp. Metode yang digunakan adalah
maserasi jalur asam alginat. Kedua bahan ini dikompositkan dengan 5 macam
perbandingan yaitu (2:1), (3:2), (1:1), (1:2), (2:3). Karakterisasi yang dilakukan
meliputi uji tarik, uji swelling air, uji disolusi, uji FTIR dan uji SEM. Kapsul patialginat optimal memiliki nilai stress, strain, modulus Young dan swelling air
berturut-turut sebesar 8.018,18 kN/m2; 0,1225; 65.823,12 kN/m2 dan 248,12%.
Hasil uji disolusi kapsul yang mengandung ciprofloxacin pada pH 1,2; 4,5 and
6,8 selama 90; 2 dan 4 menit berturut-turut adalah 92%; 79% and 86%. Dengan
demikian, kapsul dari komposit pati-alginat dapat digunakan sebagai drug
delivery system.
Kata kunci : pati, natrium alginat, STPP, material drug delivery system
vii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
Karimah, M., 2016, Production and Characterization of Starch-Sodium
Alginate Capsule from Extraction of Brown Algae (Sargassum sp.) as
Material of Drug Delivery System, final project was under guidance of Siti
Wafiroh, S.Si., M.Si. and Dr. Pratiwi Pudjiastuti, M.Si., Department of
Chemistry, Faculty of Science and Technology, Airlangga University,
Surabaya.
ABSTRACT
Research of material of drug delivery system has developed so fast.
Commercial capsule with gelatin material is often consumed, but this capsule is
easy to crack. Therefore, more drug release material development is needed. One
of them is capsule from starch-sodium alginate using STPP (sodium
tripolyphosphat) as crosslinker. The purposes of this research are to produce and
characterise of starch-sodium alginate capsules. Alginate was extracted from
brown algae (Sargassum sp.). The method was alginate acid pathway. Both of the
materials were divided to 5 variation of compositions, (2:1), (3:2), (1:1), (1:2) and
(2:3). The characterizations was performed by using tensile, water swelling,
dissolution, FTIR and SEM tests. The optimum of starch-alginate capsules
include stress, strain, modulus Young and swelling water values are 8,018.18
kN/m2; 0.1225; 65,823.12 kN/m2; 248.12%, respectively. The dissolution of
capsules contain of ciprofloxacin at pH 1.2; 4.5 and 6.8 for 90; 2 and 4 minutes
are 92%; 79% and 86%, respectively. Based on this research, capsule from starchalginate composite can be used as drug delivery system.
Keywords : starch, sodium alginate, STPP, material of drug delivery system
viii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
ix
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i
LEMBAR PENYATAAN ................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ....................................... iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................... v
ABSTRAK ......................................................................................................... vii
ABSTRACT ........................................................................................................ viii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................... ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................
1.1 Latar Belakang ..............................................................................................
1.2 Rumusan Masalah .........................................................................................
1.3 Tujuan ...........................................................................................................
1.4 Manfaat .........................................................................................................
1
1
7
7
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
2.1 Material Drug Delivery System .....................................................................
2.2 Pati ................................................................................................................
2.3 Alginat dari Estraksi Rumput Laut Coklat (Sargassum sp.) ........................
2.4 Crosslinker pada Drug Delivery System .......................................................
2.5 Sodium Tripoliphosphat (STPP) ...................................................................
2.6 Metode Pencetakan Kapsul ...........................................................................
2.7 Prinsip Kerja Material Drug Delivery System ...............................................
2.8 Karakterisasi Material Drug Delivery System ...............................................
2.8.1 Fourier Transformed Infra Red (FTIR) ..................................................
2.8.2 Scanning Electron Membrane (SEM) .....................................................
2.8.3 Penentuan berat molekul polimer............................................................
2.8.4 Uji swelling air ........................................................................................
2.8.5 Uji tarik ...................................................................................................
2.8.6 Uji desolusi .............................................................................................
8
8
9
11
14
16
17
18
21
21
23
24
25
26
27
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .......................................................................
3.2 Bahan dan Alat Penelitian .............................................................................
3.2.1 Bahan penelitian ......................................................................................
3.2.2 Alat penelitian .........................................................................................
3.3 Diagram Alir Penelitian ................................................................................
3.4 Prosedur Penelitian........................................................................................
3.4.1 Preparasi reagen .....................................................................................
29
29
29
29
29
31
32
32
x
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
3.4.2 Ekstraksi natrium alginat dari Sargassum sp. ......................................... .33
3.4.3 Karakterisasi natrium alginat .................................................................. .34
3.4.3.1 Penentuan berat molekul ..................................................................... 34
3.4.3.2 Penentuan gugus fungsi dengan FTIR ................................................ 34
3.4.4 Pembuatan komposit pati-alginat .............................................................. 35
3.4.5 Pencetakan kapsul pati-alginat .................................................................. 35
3.4.6 Karakterisasi kapsul pati-alginat ............................................................... 36
3.4.6.1 Uji mekanik ......................................................................................... 36
3.4.6.2 Uji kinerja............................................................................................ 36
3.4.6.3 Uji SEM .............................................................................................. 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 39
4.1 Hasil Ekstraksi Natrium Alginat dari Sargassum sp ..................................... 39
4.2 Hasil Karakterisasi Natrium Alginat ............................................................. 43
4.2.1 Hasil uji penentuan berat molekul ............................................................ 43
4.2.2 Hasil uji FTIR ........................................................................................... 45
4.3 Hasil Pembuatan Komposit Pati-Alginat ...................................................... 47
4.4 Hasil Pencetakan Kapsul Pati-Alginat .......................................................... 48
4.5 Hasil Karakterisasi Kapsul Pati-Alginat ....................................................... 50
4.5.1 Hasil uji tarik ............................................................................................. 50
4.5.2 Hasil uji swelling air.................................................................................. 53
4.5.3 Hasil uji FTIR kapsul pati-alginat optimum ............................................ 54
4.5.4 Hasil uji disolusi kapsul pati-alginat optimum.......................................... 57
4.5.5 Hasil uji SEM kapsul pati-alginat optimum .............................................. 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 61
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 61
5.2 Saran .............................................................................................................. 61
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 62
LAMPIRAN
xi
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR TABEL
Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
4.1
4.2
4.3
Judul Tabel
Halaman
Karakteristik amilosa dan amilopektin .................................................. 10
Karakteristik natrium alginat ................................................................ 13
Karakteristik sodium tripolyphosphate................................................. 16
Kriteria dosis urutan daya toksisitas suatu bahan ................................. 17
Data spektra FTIR natrium alginat ...................................................... 45
Karakteristik kapsul pada masing-masing variasi ................................ 49
Data spektra FTIR Na-alginat ekstraksi dan kapsul pati-Na alginat .... 54
xii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul Gambar
Halaman
2.1 Struktur kimia pati ................................................................................. 10
2.2 Sargassum sp. ......................................................................................... 11
2.3 Struktur kimia alginat M ( β-D mannuron acid) dan G (α-L glucuronic
acid…………………………………………………………………....... 13
2.4 Struktur kimia natrium alginat ................................................................ 13
2.5 Struktur kimia sodium tripolyphosphate ................................................. 16
2.6 Skema release suatu obat ........................................................................ 21
2.7 Desain rangkaian alat disolusi................................................................. 28
4.1 Persamaan reaksi kimia pada saat proses demineralisasi ........................ 40
4.2 Pemisahan antara filtrat dan padatan setelah maserasi ........................... 40
4.3 Persamaan reaksi kimia natrium alginat dengan HCl ............................. 41
4.4 Persamaan reaksi kimia konversi asam alginat menjadi natrium alginat 41
4.5 Persamaan reaksi kimia oksidasi lignin oleh NaOCl .............................. 42
4.6 Serbuk natrium alginat ............................................................................ 43
4.7 Grafik hubungan antara konsentrasi Na-alginat dan viskositas reduksi . 44
4.8 Hasil spektra natrium alginat .................................................................. 47
4.9 Kapsul pati-natrium alginat ..................................................................... 48
4.10 Autograph................................................................................................ 50
4.11 Diagram antara variasi komposisi membran dengan nilai stress ............ 51
4.12 Diagram antara variasi komposisi membran dengan nilai strain ............ 52
4.13 Diagram antara variasi komposisi membran dengan nilai modulus young53
4.14 Diagram antara variasi kapsul dengan nilai swelling air......................... 53
4.15 Hasil spektra FTIR kapsul pati-alginat dan Na-alginat ekstraksi............ 56
4.16 Hipotesis ikatan antara pati-STPP-alginat .............................................. 57
4.17 Grafik hasil uji disolusi pH 1,2 ............................................................... 58
4.18 Grafik hasil uji disolusi pH 4,5 ............................................................... 59
4.19 Grafik hasil uji disolusi pH 6,8 ............................................................... 59
4.20 Morfologi permukaan membran kapsul pati-alginat dan kapsul komersil
................................................................................................................ 60
4.21 Morfologi penampang lintang kapsul pati-alginat .................................. 60
xiii
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul Lampiran
1. Pembuatan Larutan untuk Ekstraksi Natrium Alginat
2. Hasil Penentuan Viskositas dan Berat Molekul Natrium Alginat
3. Rendemen Hasil Ekstraski Natrium Alginat
4. Spektra FTIR Natrium Alginat Hasil Ekstraksi
5. Spektra FTIR Natrium Alginat Komersil
6. Spektra FTIR Natrium Alginat Campuran (Ekstraksi-Komersil)
7. Spektra FTIR Kapsul Pati-Natrium Alginat dengan crosslinker STPP
8. Hasil Pembuatan Komposit Pati – Alginat
9. Hasil Uji Tarik
10. Hasil Uji Swelling Air
11. Hasil Uji Disolusi
xiv
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Kapsul sebagai drug delivery system dalam dunia farmasi sudah banyak
digunakan sejak lama. Dalam pengembangannya, modifikasi swelling, cracking,
hingga mekanisme pelepasan obat sudah banyak dilakukan (Bertrand, 2012).
Beberapa macam metode drug delivery diantaranya secara oral, parenteral, lokal,
rektal, transdermal dan inhalasi (Shargel et al., 2007).
Pemberian obat secara oral yaitu pemberian obat secara langsung melalui
mulut, sedangkan parenteral yaitu pemberian obat melalui suntikan. Pemberian
obat secara lokal yaitu obat diteteskan atau dioleskan secara langsung seperti obat
tetes mata dan rektal yaitu pemberian obat melalui dubur. Transdermal yaitu
pemberian obat melalui permukaan kulit seperti plester dan inhalasi yaitu
pemberian obat dengan cara dihirup maupun disemprotkan melalui hidung atau
mulut (Anief, 1995). Diantara macam-macam metode drug delivery, metode drug
delivery secara oral merupakan metode yang paling diminati di masyarakat karena
cara pemberian obat yang mudah, aman dan praktis (Shargel et al., 2007). Bentukbentuk obat yang dapat diberikan secara oral antara lain kapsul, tablet, sirup dan
puyer. Pemberian obat tersebut disesuaikan dengan kebutuhan.
Kapsul berada pada urutan pertama dalam pengembangan obat karena
dinilai lebih sederhana untuk dalam produksinya dibandingkan dengan sediaan
oral lainnya. Kapsul memiliki banyak kelebihan jika dibandingkan dengan sediaan
oral lainnya seperti kombinasi bahan bervariasi sesuai kebutuhan pasien, dosis
1
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
2
lebih tepat, tidak berbau dan hambar sehingga mudah untuk ditelan, dan release
dalam waktu yang sesuai (Saputra, 2014).
Kapsul pertama kali dibuat oleh J. C Lehuby pada tahun 1846 yang
dikenal dengan kapsul gelatin (Augsburger, 2002). Berdasarkan sifatnya, kapsul
gelatin dibedakan menjadi dua macam, yaitu cangkang kapsul gelatin lunak dan
cangkang kapsul gelatin keras (Allen et al., 2011). Cangkang kapsul gelatin lunak
biasanya plastis dengan bentuk bervariasi dengan packing yang tertutup.
Umumnya isi kapsul ini berupa cairan, suspensi maupun pasta. Sedangkan
cangkang kapsul gelatin keras umumnya berisi serbuk dengan satu macam bentuk
yang umumnya lonjong yang terdiri dari dua bagian yaitu body dan cap
(Augsburger, 2002).
Pada umumnya, cangkang kapsul gelatin banyak digunakan di pasaran
karena material dalam pembuatannya murah dan mudah diproduksi. Namun,
material cangkang kapsul gelatin ini memiliki kelemahan yaitu kurang stabil
dalam lingkungan berair sehingga waktu swelling dan cracking cenderung sangat
cepat dan menyebabkan efek efikasi obat (Daberte, et al., 2011).
Modifikasi cangkang kapsul gelatin dapat berupa penambahan crosslinker
guna meningkatkan ketahanan mekanik suatu kapsul. Crosslinker merupakan
suatu metode dalam mengurangi kelarutan membran dalam air (Ma, J and Sahai,
Y., 2013). Selain itu, modifikasi kapsul berupa pembentukan dan penggunaan
polimer yang sesuai. Kapsul terus mengalami perkembangan yang cepat dengan
berbagai modifikasi dalam hal komposisi dan zat aditif yang ditambahkan. Bahan
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
3
yang digunakan dalam drug delivery system harus biodegradable dan memiliki
biokompabilitas tinggi (Zhou, 2008).
Polimer telah banyak digunakan sebagai bahan pembuat material drug
delivery system (Vilar et al., 2012). Berdasarkan kemampuannya untuk
terdegradasi, drug delivery system dapat diklasifikasikan menjadi material polimer
nondegradable dan polimer biodegradable. Polimer biodegradable banyak dipilih
sebagai drug delivery system agar aman dikonsumsi (Paolino et al., 2006).
Polimer alam yang berpotensi menjadi material drug delivery system
adalah pati. Penelitian tentang drug delivery system menggunakan pati telah
dilakukan oleh Wang et al., (2010), Zhang et al., (2013), Lopez et al., (2013) dan
Hosseini et al.,(2014), Fakharian et al., (2015), Marto et al., (2015), LozanoVazquez et al.,(2015) dan Mary and Sasikumar, (2015). Dalam penelitiannya,
Wang et al., (2010) menggunakan komposit polimer pati – alginat sebagai bahan
material local drug delivery system menggunakan bantuan crosslinker CaCl2.
Variasi rasio komposisi pati – alginat yang digunakan adalah (90:10), (70:30),
(50:50) and (30:70) dan penambahan CaCl2 : etanol sebesar 50 : 50. Uji kontrol
release obat meningkat seiring dengan meningkatnya komposisi pati di dalam
komposit pati – alginat. Hal ini menunjukkan potensi pati yang sangat besar
dalam drug delivery system.
Lopez et al., pada tahun 2013 menguji release antioksidan tumbuhan
yerba mate, sejenis tanaman yang tumbuh di Amerika Selatan yang dikemas
dalam kapsul yang dibuat dari pati - alginat. Karakterisasi yang dilakukan yaitu uji
porositas, swelling air dan uji SEM untuk alginat dan komposit dari pati – alginat.
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
4
Pada hasil swelling, komposit pati-alginat memberikan hasil swelling yang stabil
daripada alginat saja dan porositas kapsul alginat menurun seiring dengan
meningkatnya pati yang ditambahkan. Namun dalam penelitian ini hasil release
kurang maksimal dan cenderung cepat karena kapsul yang dihasilkan terlalu tipis
dengan porositas yang cukup tinggi. Hal ini mungkin dikarenakan tidak adanya
crosslinker yang ditambahkan sehingga tidak adanya penghubung antara pati dan
alginat yang menyebabkan ketahanan mekanik rendah.
Modifikasi materi drug delivery system terbaru dengan pati dan alginat
dilakukan oleh Mary and Sasikumar (2015). Dalam penelitiannya, drug delivery
diuji kinetika release dari antibiotik ciprofloxacin hydrochloride dengan cara in
vitro. Variasi komposisi yang digunakan yaitu (1:1), (1:2), (1:3) dan (1:4). Setelah
diamati selama 2 jam, hasil release tercepat yaitu pada komposisi pati – alginat
1:1 sebesar 65% dan release terlama yaitu pada perbandingan 1:4.
Selain pati, salah satu material pembuatan drug delivery system yang
sering digunakan adalah alginat. Alginat dikenal dengan biopolimer yang
serbaguna dan digunakan dalam berbagai aplikasi. Penggunaan konvensional
alginat sebagai drug delivery dalam produk obat umumnya tergantung pada
penebalan, pembentuk gel, dan sifat penstabilannya. Hidrokoloid seperti alginat
dapat memainkan peran penting dalam desain produk control-release (Tonnesen
and Karlsen, 2002). Dalam sebuah penelitian, alginat dapat diperoleh dari rumput
laut dari genus Sargassum (Purwanti, 2013). Alginat merupakan kandungan
utama dari dinding alginofit, yang tersusun atas asam guluronat dan manuronat,
dengan ikatan 1,4 𝛽-D-asam manuronat dan 𝛼-L-guluronat (Ertesvag et al., 2015).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
5
Dalam pembuatan material drug delivery system, selain pati dan alginat
juga ditambahkan crosslinker yang berguna dalam menjembatani terjadinya ikatan
antara dua gugus fungsi sehingga kinerja drug delivery system dapat meningkat
(Giri, 2012). Jika crosslinker ditambahkan, maka tingkat swelling air membran
dapat diperkecil dan kestabilannya meningkat. Crosslinker juga mempengaruhi
besarnya kerapatan rantai polimer karena banyaknya tarikan yang dapat terjadi,
sehingga
mengurangi fleksbilitas dan menjadi kaku. Senyawa-senyawa
crosslinker antara lain glutaraldehid, sodium tripolyphosphate (STPP), N,N’metilen-bis-akrilamida (MBA), asam oksalat, formaldehid, ion sulfat, ion fosfat,
dan beberapa senyawa lainnya yang dapat berikatan dengan bahan utama
membran (Berger et al., 2004).
Berdasarkan sifatnya, crosslinker dapat dibedakan menjadi kovalen dan
ionik (Berger et al., 2004). Mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan
kebebasan molekul adalah ikatan silang kimia yang mengikat silang bersama
rantai-rantai polimer melalui ikatan kovalen atau ikatan ion untuk membentuk
suatu jaringan (Katz, 2008). Crosslinker kovalen seperti glutaraldehid,
formaldehid dan asam oksalat. Sedangkan untuk crosslinker ionik contohnya
sodium tripolyphosphate (STPP) dan CaCl2.
Pada tahun 1998, Genta, menguji pengaruh glutaraldehid pada drug
delivery system dengan bahan dasar kitosan. Matriks drug delivery system diuji
secara in vitro dengan uji disolusi dengan larutan buffer fosfat pH 7.4 pada suhu
37℃. Hasil uji menunjukkan penambahan glutaraldehid bermanfaat dalam
mengatur terurainya kitosan, variasi
SKRIPSI
7%-10% dan 15-25% glutaraldehid
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
6
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
menujukkan hasil yang tidak jauh berbeda, disarankan untuk menggunakan
glutaraldehid dalam konsentrasi kecil guna meminimalisir efek toksik yang
disebabkan oleh crosslinker tersebut.
Pieróg (2009) menguji pengaruh crosslinker ionik pada swelling hydrogel
kitosan. Crosslinker yang diujikan adalah asam sulfat (H2SO4), trisodium sitrat
(Na3C6H5O7), tripolifosfat dan natrium alginat. Variasi pH yang digunakan adalah
1.2, pH 7.4 dan pH 8.5. Pada uji swelling, kitosan murni memiliki nilai swelling
yang tinggi dan ketahanan mekanik yang rendah sementara kitosan-tripolifosfat
memiliki nilai swelling yang rendah dan ketahanan mekanik yang tinggi. Hal ini
mengindikasikan bahwa potensi tripolifosfat sebagai crosslinker sangat besar.
Pada penelitian ini diekstraksi natrium alginat dari rumput laut coklat
(Sargassum sp.) dan pembuatan drug delivery system berupa kapsul pati - alginat
menggunakan crosslinker sodium tripolyphosphate (STPP). Pati berfungsi sebagai
emulgator untuk menstabilkan alginat yang membentuk gelasi. Dalam penelitian
ini dilakukan lima variasi perbandingan komposit pati dan natrium alginat, yaitu
(2 : 1), (3 : 2), (1 : 1), (2 : 3) dan (1:2). Kapsul pati-alginat dikarakterisasi dengan
uji mekanik berupa uji tarik dan uji swelling air. Kapsul optimal yang dihasilkan
diuji kinerjanya dengan uji disolusi pada variasi pH 1,2; 4,5 dan 6,8. Setelah
diperoleh kapsul pati-alginat optimal diuji morfologi menggunakan Scanning
Electron Microscopy (SEM) dan uji spektroskopi menggunakan Fourier
Transformed Infra Red (FTIR).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
7
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, dapat dirumuskan
permasalahan sebagai berikut :
1. Dapatkah dibuat kapsul dari pati - alginat sebagai drug delivery system?
2. Bagaimana pengaruh variasi komposisi pati – alginat terhadap sifat
mekanik drug delivery system?
3. Bagaimana kinerja material kapsul pati – alginat dibandingkan dengan
kapsul dari bahan-bahan komersil?
1.3
Tujuan
1. Membuat kapsul dari pati-alginat sebagai drug delivery system
2. Mengetahui pengaruh variasi komposisi pati – alginat terhadap sifat
mekanik drug delivery system
3. Mengetahui kinerja material kapsul pati – alginat dibandingkan dengan
kapsul dari bahan-bahan komersil
1.4
Manfaat
Penelitian ini bermanfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan
teknologi, khususnya di bidang kimia. Penelitian ini diharapkan menjadi salah
satu informasi ilmiah dalam pengembangan material drug delivery system.
Pembuatan kapsul dari pati-alginat diharapkan dapat menggantikan material
kapsul yang bersifat komersil yang tengah berkembang di masyarakat. Selain itu
juga dapat mengurangi ketergantungan pada produk luar negeri dengan cara
memanfaatkan kekayaan alam yang ada di Indonesia.
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Drug Delivery System
Penelitian tentang drug delivery system menggunakan bahan baku polimer
alam sudah banyak dilakukan (Vilar et al., 2012). Polimer alam yang sering
digunakan dalam pembuatan drug delivery system adalah kitosan yang diperoleh
dari deasetilasi kitin. Salah satunya telah dilakukan oleh Tahtat, et al., (2013)
dengan membuat material drug delivery system dari alginat - kitosan dengan
bantuan crosslinker glutaraldehid untuk oral delivery insulin.
Selain kitosan, polimer alam lain yang berpotensi menjadi material drug
delivery system adalah pati. Penelitian tentang drug delivery system menggunakan
pati telah dilakukan oleh Wang et al., (2010), Zhang et al., (2013), Lopez et al.,
(2013) dan Hosseini et al., (2014), Fakharian et al., (2015), Marto et al., (2015)
dan Lozano-Vazquez et al., (2015).
Menurut penelitian Wang et al., (2010) drug delivery system dibuat
dengan cara mengkompositkan dua polimer alam yaitu pati dan alginat yang
diperoleh dari ektraksi rumput laut coklat (Sargassum sp.). Hidrokoloid seperti
alginat dapat memainkan peran penting dalam desain produk control-release. Hal
ini menunjukkan alginat dari hasil ekstraksi rumput laut coklat (Sargassum sp.)
sangat berpotensi menjadi material drug delivery system.
Modifikasi materi drug delivery system dengan pati terbaru dilakukan oleh
Farakhian et al., (2015) dengan komposit lain berupa karaginan. Variasi karaginan
yang ditambahkan 0.25, 0.5, 0.75 dan 1%. Karakterisasi yang dilakukan adalah uji
8
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
9
viskositas dan viskoplastisitas. Kemampuan release kapsul pati – karaginan
sebanding dengan kapsul gelatin yang beredar di pasaran. Hal ini membuktikan
bahwa potensi pati sangat besar dalam drug delivery system.
2.2 Pati
Pati adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut dalam air, berwujud
bubuk putih, tawar dan tidak berbau. Pati merupakan karbohidrat dengan berat
molekul tinggi yang terdapat pada tanaman dan mampu mensuplay 70 hingga
80% kalori yang dibutuhkan manusia dari bahan pangan yang dikonsumsi.
Namun, selain sebagai sumber kalori utama, pati juga mempunyai sejumlah
kegunaan pada makanan, seperti : sebagai bahan pelekat, pengikat, pembentuk
lapisan, penstabil, pembentuk tekstur, pengental, dll (Mason, 2009). Kandungan
amilosa merupakan bagian polimer linier dengan ikatan α-(1,4) unit glukosa.
Derajat polimerisasi amilosa berkisar antara 500 − 6.000 unit glukosa, bergantung
pada sumbernya. Amilopektin merupakan polimer α-(1,4) unit glukosa dengan
rantai samping α-(1,6) unit glukosa. Dalam suatu molekul pati, ikatan α-(1,6) unit
glukosa ini jumlahnya sangat sedikit, berkisar antara 4 − 5%. Namun, jumlah
molekul dengan rantai yang bercabang, yaitu amilopektin, sangat banyak dengan
derajat polimerisasi 105 − 3x106 unit glukosa (Jacobs dan Delcour, 1998).
Amilosa merupakan fraksi gerak, yang artinya dalam granula pati letaknya tidak
pada satu tempat, tetapi bergantung pada jenis pati. Umumnya amilosa terletak di
antara molekul-molekul amilopektin dan secara acak berada selang-seling di
antara daerah amorf dan kristal (Oates, 1997).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
10
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
Ketika dipanaskan dalam air, amilopektin akan membentuk lapisan yang
transparan, yaitu larutan dengan viskositas tinggi dan berbentuk lapisan-lapisan
seperti untaian tali. Pada amilopektin cenderung tidak terjadi retrogradasi dan
tidak membentuk gel, kecuali pada konsentrasi tinggi (Belitz dan Grosch, 2009).
A
B
Gambar 2.1 Struktur kimia pati dengan A (α-(1,6) unit glukosa dan B (α- (1,4)
unit glukosa (Thomas, 1998)
Tabel 2.1 Karakteristik amilosa dan amilopektin (Thomas, 1998)
Karakteristik
Amilosa
Amilopektin
Bentuk
lurus
bercabang
Ikatan
α-(1,4) kadang α-(1,6) α-(1,4) dan α-(1,6)
Berat molekul
300℃
6-8
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
14
Pada pH rendah, asam alginat mengarah pada pembentukan viskositas
tinggi gel asam. Alginat juga mudah membentuk gel dengan adanya kation
divalen sebagai ion kalsium (Tonnesen and Karlsen, 2002).
2.4 Crosslinker pada Drug Delivery System
Cross link merupakan suatu metode yang dilakukan untuk mengurangi
kelarutan membran dalam air (Ma, J and Sahai, Y., 2013). Penambahan
crosslinker berfungsi untuk menjembatani terjadinya ikatan antara dua gugus
fungsi sehingga crosslinker dapat meningkatkan kinerja drug delivery system
(Giri, 2012). Ikatan yang terjadi dapat berupa ikatan kovalen maupun ionik. Jika
crosslinker ditambahkan maka tingkat swelling air membran dapat diperkecil dan
kestabilannya meningkat. Senyawa-senyawa crosslinker antara lain glutaraldehid,
sodium tripoliphosphate (STPP), N,N’-metilen-bis-akrilamida (MBA), asam
oksalat, formaldehid, ion sulfat, ion fosfat, dan beberapa senyawa lainnya yang
dapat berikatan dengan bahan utama membran (Berger et al., 2004).
Berdasarkan sifatnya, crosslinker dapat secara kovalen dan ionik (Gunter,
1985). Mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan kebebasan molekul
adalah ikatan silang kimia yang mengikat silang bersama rantai-rantai polimer
melalui ikatan kovalen atau ikatan ion untuk membentuk suatu jaringan (Katz,
2008). Glutaraldehid termasuk dalam crosslinker kovalen, contoh lainnya seperti
formaldehid dan asam oksalat. Sedangkan untuk crosslinker ionik contohnya
sodium tripolyphosphate (STPP).
Sifat-sifat fisik material drug delivery system seperti kestabilan kristal,
sensitivitas termal, rasio swelling, dan kekuatan mekanis dapat ditingkatkan
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
15
melalui modifikasi cross link secara kovalen (Giri, 2012). Beberapa crosslinker
yang berikatan secara kovalen adalah glutaraldehid, genipin, dan N,N’-metilenbis-akrilamida (MBA).
Pada tahun 1998, Genta, menguji pengaruh glutaraldehid pada drug
delivery system dengan bahan dasar kitosan. Matriks drug delivery system diuji
secara in vitro dengan uji disolusi dengan larutan buffer fosfat pH 7.4 pada suhu
37℃. Hasil uji menunjukkan penambahan glutaraldehid bermanfaat dalam
mengatur terurainya kitosan, variasi
7%-10% dan 15-25% glutaraldehid
menujukkan hasil yang tidak jauh berbeda, disarankan untuk menggunakan
glutaraldehid dalam konsentrasi kecil guna meminimalisir efek toksik yang
disebabkan oleh crosslinker.
Pieróg (2009) membandingkan hasil swelling kitosan murni dan kitosan
yang dimodifikasi dengan crosslinker tripolifosfat. Kitosan modifikasi memiliki
ketahanan mekanik lebih kuat dengan waktu swelling yang rendah sedangkan
kitosan memiliki ketahanan mekanik yang rendah dengan waktu swelling yang
tinggi.
Cross link secara ionik juga banyak dilakukan pada material drug delivery
system. Karakteristik kelarutan, rasio swelling, dan proses pelepasan obat pada
material drug delivery system seringkali disebabkan oleh proses ionisasi dan
protonasi gugus fungsi pada polimer yang digunakan. Untuk mengurang ionisasi
dan protonasi tersebut, selain dengan penambahan material polimer lain, juga
dapat ditingkatkan dengan crosslinker ionik seperti sodium tripolyphosphate
(STPP).
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
16
2.5 Sodium tripolyphosphate (STPP)
Sodium tripolyphosphate merupakan senyawa anorganik dengan rumus
molekul Na5P3O10 dan merupakan bentuk garam dari polyphosphat penta-anion
yang berikatan dengan triphosporic acid. Garam STPP berwarna putih dan
terdapat dalam dua bentuk yaitu anhidrat dan hexahidrat.
Struktur sodium tripolyphosphate (STPP) ditunjukkan pada Gambar 2.5
Gambar 2.5 Struktur kimia sodium tripolyphosphate
Tabel 2.3 Karakteristik sodium tripolyphosphate
Karakteristik
Berat molekul
Densitas
Kelarutan dalam air
Bentuk
Keterangan
367,87 g/mol
2,52 g/cm3
14,5 g/100 mL (25°C)
Serbuk berwarna putih
Sodium tripolyphosphate dapat dibuat dengan cara mencampurkan
Na2HPO4 dan NaH2PO4 dengan kondisi yang terkontrol (Greenwood, 1997).
Berikut reaksi yang terjadi :
2 Na2HPO4 + NaH2PO4 → Na5P3O10 + 2 H2O
Garam ini memiliki nilai toksisitas yang rendah dari hasil uji LD50 secara oral
sebesar > 1.000 mg/Kg berat badan (Boyd et al., 2001). LD50 (lethal dose)
menggambarkan konsentrasi bahan bahan kimia yang dapat menyebabkan
SKRIPSI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ...
MAWADDATUL K.
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA
17
kematian sampai 50% dari jumlah hewan yang di uji. Nilai LD50 digunakan untuk
mengelompokkan dosis toksik dari bahan kimia yang baru diproduksi.
Tabel 2.4 Kriteria dosis urutan daya toksisitas suatu bahan (per-berat
badan manusia ~70 Kg) (Gosselin et al., 1984)
Kriteria
Dosis
Praktis tidak toksik
>15g/Kg
Sedikit toksik
5-15 g/Kg
Toksik sedang
0,5-5 g/Kg
Sangat toksik
50-500 mg/Kg
Amat sangat toksik
5-50 mg/Kg
Super toksik