Pengaruh pemberian sediaan biomaterial selulosa bakteri Acetobacter xylinum dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan sebagai material penutup luka pada tikus galur wistar jantan - USD Repository

  PENGARUH PEMBERIAN SEDIAAN BIOMATERIAL SELULOSA BAKTERI Acetobacter xylinum DARI LIMBAH AIR CUCIAN BERAS

  DENGAN PENAMBAHAN KITOSAN SEBAGAI MATERIAL PENUTUP LUKA PADA TIKUS GALUR WISTAR JANTAN SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm)

  Program Studi Farmasi Oleh:

  David Chandra Putra NIM: 098114098

  FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2013 PENGARUH PEMBERIAN SEDIAAN BIOMATERIAL SELULOSA BAKTERI Acetobacter xylinum DARI LIMBAH AIR CUCIAN BERAS

  DENGAN PENAMBAHAN KITOSAN SEBAGAI MATERIAL PENUTUP LUKA PADA TIKUS GALUR WISTAR JANTAN SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Farmasi (S.Farm)

  Program Studi Farmasi Oleh:

  David Chandra Putra NIM: 098114098

  FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA YOGYAKARTA 2013

  HALAMAN PERSEMBAHAN Kupersembahkan karya ini untuk Tuhan Yesus, orang tuaku, dan sahabat- sahabatku

  Philippians 4:13 “I can do all this through Him who gives me strength”

  PRAKATA Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah melimpahkan kasih rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul

  “Pengaruh Pemberian Sediaan Biomaterial Selulosa Bakteri Acetobacter xylinum dari Limbah Air Cucian Beras dengan Penambahan Kitosan sebagai Material Penutup Luka pada Tikus Galur Wistar Jantan”. Penelitian ini termasuk dalam penelitian payung yang dilakukan oleh Dr. Eli Rohaeti dengan judul “Pemanfaatan Biomaterial Selulosa Bakteri dari Limbah Rumah Tangga dengan Penambahan Kitosan dan Bahan Pemlastis sebagai Material Penutup Luka”.

  Skripsi ini disusun dalam rangka memenuhi persyaratan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan dan dorongan dari berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

  1. Ibu Dr.Eli Rohaeti selaku dosen pembimbing I yang telah memberi bimbingan dan arahannya selama penelitian maupun penyusunan skripsi.

  2. Ibu Phebe Hendra, Ph.D., Apt., selaku dosen pembimbing II yang memberikan banyak masukan dan solusi selama penelitian ini berlangsung.

  3. Ipang Djunarko, M.Sc., Apt. selaku Dekan Fakultas Farmasi Sanata Dharma

  4. Bapak Yohanes Dwiatmaka, M.Si., selaku penguji atas masukan, kritik, dan sarannya.

  5. Ibu Dr.Sri Hartati Yuliani, Apt., selaku penguji atas masukan, kritik, dan sarannya.

  6. Dra. Maria Margaretha Yetty Tjandrawati, M.Si. selaku dosen pembimbing akademik yang banyak memberikan nasehat.

  7. Pihak-pihak laboratorium Fakultas Farmasi Sanata Dharma yang turut membantu dalam penelitian, Pak Mukmin, Mas Ratijo, Mas Wagiran, Mas Sigit, Mas Parlan, Mas Parjiman, Mas Heru, Mas Kayat, dan Drh.Ari.

  8. Laboratorium Kimia Organik Fakultas Matermatika dan Ilmu Pengetahuan Alam UGM, Laboratorium Bioteknologi Fakultas Teknik Pertanian UGM, Laboratorium XRD Fakultas Teknik Geologi UGM, Laboratorium Akademi Teknik Kulit Yogyakarta, dan Laboratorium SEM Balai Konservasi Borobudur yang membantu dalam proses analisis.

  9. Anugerah Adhi Laksana dan Michael Raharja Gani selaku teman seperjuangan penelitian ini.

  10. Jenny Marina, Lani Agustina, dan Nanda Chris Nurcahyanti atas bantuannya dalam penyelesaian skripsi ini.

  11. Agnes Mutiara Kurniawan yang selalu memberikan dukungan selama proses penelitian hingga penyelesaian skripsi.

  12. Teman-teman FST dan FKK 2009 atas segala dukungan dan semangat yang yang diberikan.

  Akhir kata, penulisan skripsi ini tidak terlepas dari kekurangan dan keterbatasan. Itulah sebabnya, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diperlukan. Semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangsih yang bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

  Yogyakarta, 23 April 2013 Penulis

  DAFTAR ISI Halaman

  HALAMAN JUDUL ................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iii HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI .................. v PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................................... vi PRAKATA .................................................................................................. vii DAFTAR ISI ............................................................................................... x DAFTAR TABEL ....................................................................................... xvi DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xvii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xx

  INTISARI .................................................................................................... xxiv ABSTRACT .................................................................................................. xxv

  BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1 A. Latar Belakang ................................................................................ 1

  1. Rumusan Masalah ...................................................................... 5

  2. Keaslian Penelitian ..................................................................... 5

  3. Manfaat Penelitian ...................................................................... 6

  a. Manfaat teoritis .................................................................... 6

  b. Manfaat metodologis ........................................................... 6

  c. Manfaat praktis .................................................................... 6

  B. Tujuan .............................................................................................. 6

  BAB II PENELAAHAN PUSTAKA.......................................................... 7 A. Selulosa ........................................................................................... 7 B. Selulosa Bakteri ............................................................................... 8 C. Acetobacter xylinum ....................................................................... 9 D. Beras ............................................................................................... 10 E. Kitosan ............................................................................................ 11 F. Aplikasi Kitosan dalam Bidang Medis ............................................ 13 G. Struktur Kulit ................................................................................... 14 H. Luka ................................................................................................. 15

  1. Luka tertutup .............................................................................. 15

  2. Luka terbuka ............................................................................... 15

  a. Abrasi .................................................................................. 16

  b. Laserasi ................................................................................ 16

  c. Incisi .................................................................................... 16

  d. Avulsi .................................................................................. 16

  e. Pungtur ................................................................................ 16

  I. Penutupan Luka ............................................................................... 16

  1. Tahap inflamasi .......................................................................... 16

  2. Tahap proliferasi ......................................................................... 17

  3. Tahap pematangan ...................................................................... 18 J. Material Penutup Luka .................................................................... 18

  K. Analisis Karakteristik Polimer ........................................................ 19

  1. Analisis gugus fungsi dengan Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FT-IR) ........................................................ 19

  2. Pengamatan permukaan dengan Scanning Electron Microscope (SEM) ......................................................................................... 21

  3. Analisis sifat mekanik dengan Tensile Tester ............................ 22

  4. Analisis kestabilan termal dengan alat Thermogravimetric Analysis (TGA) ........................................................................... 23

  5. Analisis sifat termal dengan Differential Thermal Analysis (DTA) ......................................................................................... 24

  6. Analisis kristalinitas dengan X-Ray Diffraction (XRD) ............. 25 L. Landasan Teori ................................................................................ 26 M. Hipotesis .......................................................................................... 28

  BAB III METODE PENELITIAN.............................................................. 29 A. Jenis Penelitian ................................................................................ 29 B. Variabel Penelitian .......................................................................... 29

  1. Variabel utama ............................................................................ 29

  a. Variabel bebas ..................................................................... 29

  b. Variabel tergantung ............................................................. 29

  2. Variabel pengacau ...................................................................... 29

  a. Variabel pengacau terkendali .............................................. 30

  b. Variabel pengacau tidak terkendali ..................................... 30

  C. Definisi Operasional ........................................................................ 30

  1. Selulosa bakteri .......................................................................... 30

  2. Limbah air cucian beras .............................................................. 30

  3. Luka terbuka .............................................................................. 30

  4. Lama pemberian ......................................................................... 30

  5. Kemampuan biomaterial............................................................. 30

  6. Biomaterial penutup luka............................................................ 31

  7. Keropeng .................................................................................... 31

  8. Sifat mekanik .............................................................................. 31

  9. Tensile strength .......................................................................... 31

  10. Elongasi (Strain Fmax) ............................................................... 31

  D. Alat dan Bahan ................................................................................ 31

  1. Alat ............................................................................................. 31

  2. Bahan .......................................................................................... 31

  E. Tata Cara Penelitian ........................................................................ 32

  1. Pemilihan bahan ......................................................................... 32

  2. Pembuatan limbah air cucian beras ............................................ 32

  3. Pembuatan biomaterial selulosa bakteri ..................................... 32

  4. Pembuatan biomaterial selulosa gliserol .................................... 33

  5. Pembuatan biomaterial selulosa kitosan gliserol ........................ 33

  6. Pembuatan biomaterial kitosan sebagai kontrol positif .............. 34

  7. Analisis karakteristik biomaterial ............................................... 35

  a. Analisis gugus fungsi dengan alat FT-IR ............................ 35

  b. Foto SEM............................................................................. 35

  c. Analisis sifat mekanik berupa tensile strength dan elongasi 35

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 40 A. Pembuatan Biomaterial Selulosa ..................................................... 40 B. Analisis Karakteristik Selulosa ....................................................... 46

  C. Pengaruh Pemberian Biomaterial Selulosa Bakteri ........................ 61

  5. Analisis kristalinitas dengan teknik XRD .................................. 60

  4. Analisis kestabilan termal dengan TGA dan DTA ..................... 56

  3. Analisis tensile strength dan elongasi ........................................ 52

  2. Analisis Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FT-IR) 48

  1. Pengamatan permukaan dengan Scanning Electron Microscope (SEM) ......................................................................................... 46

  F. Analisis Data ................................................................................... 39

  d. Analisis kestabilan termal dengan DTA/TGA .................... 36

  12. Pengamatan penutupan luka secara makroskopis ....................... 38

  11. Pembuatan kontrol positif, kontrol negatif, dan perlakuan ........ 38

  10. Pembuatan luka pada hewan uji ................................................. 37

  9. Pengelompokkan hewan uji ........................................................ 37

  8. Sterilisasi produk ........................................................................ 36

  e. Analisis kristalinitas dengan XRD ...................................... 36

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 71 A. Kesimpulan ...................................................................................... 71 B. Saran ................................................................................................ 71 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 73

  LAMPIRAN ................................................................................................ 80 BIOGRAFI PENULIS ................................................................................ 105

  DAFTAR TABEL Halaman

  Tabel I. Komposisi kimia dalam 100 gram beras .................................. 10 Tabel II. Karakteristik penutup luka yang baik....................................... 19 Tabel III. Hasil tensile strength dan elongasi film kitosan dalam berbagai macam pelarut .......................................................................... 23 Tabel IV. Beberapa parameter membran selulosa yang dihasilkan .......... 45 Tabel V. Tabel korelasi gugus serapan inframerah ................................. 50 Tabel VI. Intensitas serapan inframerah ................................................... 52 Tabel VII. Hasil uji sifat mekanik selulosa bakteri, selulosa bakteri gliserol, dan selulosa bakteri gliserol ditambah kitosan ......................... 53 Tabel VIII. Pengamatan kualitatif makroskopis ketiga kelompok pada

  Periode perlakuan 1, 3, 5, dan 7 hari ........................................ 62 Tabel XI. Pengaruh pemberian biomaterial terhadap penurunan luas luka.................................................................................... 64

  DAFTAR GAMBAR Halaman

  Gambar 1. Selulosa dengan ikatan β-1,4-glikosidik .................................. 7 Gambar 2. Struktur kimia dari kitin dan kitosan serta alur produksi kitosan 8 Gambar 3. Struktur kulit ............................................................................ 14 Gambar 4. Proses regenerasi luka terbuka ................................................. 17 Gambar 5. Spektra FT-IR ........................................................................... 20

  a. Selulosa bakteri ............................................................... 20

  b. Film kitosan .................................................................... 20 Gambar 6. Foto permukaan SEM............................................................... 21

  a. Selulosa bakteri dengan perbesaran 5000x ..................... 21

  b. Film kitosan murni dengan perbesaran 6000x ................ 21 Gambar 7. Termogram TGA ...................................................................... 24

  a. Selulosa bakteri dan kombinasi selulosa bakteri/PEO .... 24

  b. Membran film kitosan ..................................................... 24 Gambar 8. Termogram DTA Epoksi .......................................................... 25 Gambar 9.

  Hasil XRD selulosa bakteri dan berbagai macam kitosan ................. 26 Gambar 10.

  Pemberian biomaterial pada tiap-tiap luka ............................... 37 a.

  Kontrol positif ......................................................................... 37 b. Kontrol negatif ........................................................................ 37 c. Perlakuan selulosa gliserol kitosan ......................................... 37 Gambar 11.

  Identifikasi beras yang digunakan ............................................ 41

  a. Beras yang ditebarkan ..................................................... 41

  b. Limbah air cucian beras yang ditambahkan iodine ........ 41

  c. Pengamatan amilum beras secara mikroskopik Perbesaran 1000x ............................................................ 41

  Gambar 12. Topografi permukaan selulosa bakteri perbesaran 500x ......... 46

  a. Ditambah dengan kitosan ............................................... 46

  b. Kontrol yang tidak ditambah dengan kitosan ................. 46

  Gambar 13. Topografi permukaan melintang selulosa bakteri ................... 47

  a. Ditambah dengan kitosan perbesaran 100x .................... 47

  b. Kontrol yang tidak ditambah dengan kitosan perbesaran 100x ............................................................. 47 c. Ditambah dengan kitosan perbesaran 500x .................... 47

  d. Kontrol yang tidak ditambah dengan kitosan perbesaran 500x .............................................................. 47 Gambar 14. Spektra inframerah serbuk kitosan .......................................... 49 Gambar 15. Spektra overlay(tumpang tindih) antara selulosa yang ditambah dengan kitosan (hijau), selulosa kontrol tanpa gliserol (hitam), dan selulosa kontrol dengan gliserol (merah) ......................... 50

  Gambar 16. Grafik TGA antara selulosa bakteri (kuning), selulosa bakteri gliserol (hijau), dan selulosa bakteri gliserol ditambah kitosan (merah) .................................................................................... 57

  Gambar 17. Grafik persentase kehilangan massa terhadap suhu ................ 58 Gambar 18. Grafik persen kehilangan massa selulosa terhadap kenaikan

  suhu ......................................................................................... 59 Gambar 19. Grafik DTA antara selulosa bakteri (kuning), selulosa bakteri gliserol (hijau), dan selulosa bakteri gliserol ditambah kitosan

  (merah) .................................................................................... 60 Gambar 20. Difraktogram XRD .................................................................. 61

  a. Selulosa ........................................................................... 61

  b. Selulosa gliserol kitosan ................................................. 61 Gambar 21. Grafik hubungan penurunan persentase luas luka antar hari dari hari 3 hingga hari 7 ......................................................... 66

  DAFTAR LAMPIRAN Halaman

  Lampiran 1. Perbedaan bahan komposisi pembentukan selulosa ............ 80 Lampiran 2. Perbandingan berat basah selulosa dengan berat kering selulosa ................................................................................ 80 Lampiran 3. Perhitungan % yield yang didapatkan masing-masing selulosa ................................................................................ 80 Lampiran 4. Hasil uji tensile Strength dan elongasi kontrol selulosa bakteri tanpa penambahan gliserol ...................................... 80 Lampiran 5. Hasil uji tensile strength dan elongasi kontrol selulosa bakteri dengan penambahan gliserol ................................... 81 Lampiran 6. Hasil uji tensile strength dan elongasi selulosa bakteri dengan penambahan gliserol dan kitosan ............................ 81 Lampiran 7. Uji statistik karakteristik polimer dengan SPSS .................. 81

  a. Uji normalitas ............................................................. 81

  b. Levene test ................................................................. 81

  c. Anova test .................................................................. 82

  d. Kesimpulan ................................................................ 82

  e. Grafik batang tensile strength dan elongasi ............... 83 Lampiran 8. Perhitungan persentase luas kristalinitas menggunakan XRD 83 Lampiran 9. Perhitungan derajat deasetilasi kitosan ................................ 84 Lampiran 10. Perhitungan intensitas IR ..................................................... 85

  a. Bilangan gelombang 3400 ......................................... 85

  b. Bilangan gelombang 1600 ......................................... 85 Lampitan 11. Perbandingan kenaikan temperatur dengan persentase massa tersisa ................................................................................... 86 Lampiran 12. Pengaruh pemberian biomaterial terhadap penutupan luka terbuka ......................................................................... 86 Lampiran 13. Uji statistik pengaruh pemberian biomaterial penutupan luka dengan SPSS .............................................. 87 a. Tes normalitas ............................................................ 87

  b. Levene test ................................................................. 87

  c. Kruskal Wallis test luas hari ke 3............................... 87

  d. Uji Mean-Whitney luas hari ke 3 ............................... 88

  e. One Way Anova luas hari 5 dan 7 .............................. 89

  f. Kesimpulan pengaruh pemberian biomaterial terhadap penurunan luas luka ................................................... 88 Lampiran 14. Persentase penurunan diameter luka tikus galur Wistar jantan

  a. Perlakuan (SGK) ........................................................ 90

  b. Kontrol positif ............................................................ 91

  c. Kontrol negatif ........................................................... 92 Lampiran 15. Uji statistik pengaruh pemberian biomaterial penutupan luka antar hari masing-masing kelompok dengan SPSS ...... 93 a. Kelompok perlakuan (SGK) ...................................... 93

  1. Uji normalitas ........................................................ 93

  2. Levene test ............................................................. 93

  3. One way Anova ..................................................... 93

  4. Kesimpulan ............................................................ 93

  b. Kelompok kontrol positif (K) .................................... 94

  1. Uji normalitas ........................................................ 94

  2. Levene test ............................................................. 94

  3. One Way Anova .................................................... 94

  4. Kesimpulan ............................................................ 94

  c. Kelompok kontrol negatif (O) .................................... 95

  1. Uji normalitas ........................................................ 95

  2. Levene test ............................................................. 95

  3. One Way Anova .................................................... 95

  4. Kesimpulan ............................................................ 95 Lampiran 16. Gambar pembuatan membran selulosa ................................. 96 Lampiran 17. Gambar alat yang digunakan dalam analisis karakteristik polimer .................................................................................. 96 a. Alat untuk analisis tensile strength dan elongasi ....... 96

  b. Alat untuk analisis SEM ............................................ 96

  c. Alat untuk analisis XRD ............................................ 97

  d. Alat untuk analisis TGA/DTA ................................... 97 Lampiran 18. Gambar spektra IR selulosa, selulosa gliserol, dan selulosa gliserol kitosan ..................................................................... 98 Lampiran 19. Termogram TGA selulosa, selulosa glierol, dan selulosa

  gliserol kitosan ...................................................................... 99 Lampiran 20. Termogram DTA selulosa, selulosa gliserol, dan selulosa gliserol kitosan ..................................................................... 100 Lampiran 21. Difraktogram XRD selulosa dan selulosa gliserol kitosan ... 102 Lampiran 22. Foto pengamatan makroskopis luka eksisi ........................... 103 Lampiran 23. Ethical Clearence ................................................................. 104

  INTISARI Tujuan dari penelitian ini dilakukan adalah untuk mengetahui karakteristik dan pengaruh pemberian biomaterial selulosa bakteri Acetobacter xylinum dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan sebagai material penutup luka pada tikus galur wistar jantan. Karakteristik biomaterial dilakukan terhadap gugus fungsi senyawa, foto permukaan polimer, uji kristalinitas, dan uji mekanik sedangkan dalam pengamatan pengaruh pemberian yang diamati adalah penurunan diameter luka untuk melihat regenerasi sel kulit.

  Pembuatan biomaterial selulosa bakteri dilakukan dengan menyiapkan limbah cucian air beras yang kemudian ditambahkan gula, urea, dan gliserol. Campuran tersebut difermentasikan selama 7 hari dengan menggunakan kultur Acetobacter xylinum. Hasil yang didapatkan kemudian ditambahkan kitosan dengan merendam selulosa dalam larutan kitosan 2%. Larutan kitosan dibiarkan

  o

  mengering dan selulosa dikeringkan dalam oven pada suhu 40

  C. Selulosa yang sudah kering diuji karakteristik sifat mekaniknya dengan menggunakan tensile tester, foto permukaan polimer dilihat dengan Scanning Electron Microscope (SEM), persentase kristalinitas dengan X-Ray Diffaction (XRD), ketahanan termal dengan Thermogravimetric Analysis/Differential Thermal Analysis (TGA/DTA), pengamatan gugus fungsi dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-

  IR), dan pengujian penutupan luka dilakukan dengan uji farmakologi. Uji farmakologi yang dilakukan adalah melukai kulit tikus pada hari pertama, luka ditutup dengan biomaterial yang dibuat, dan pada hari 1, 3, 5, dan 7 setelah pemberian, diamati diameter penutupan luka lalu dihitung persentase luas penutupan luka.

  Hasil yang didapat dari uji karakteristik selulosa dengan penambahan

• 1

  kitosan akan mengakibatkan terjadinya perlebaran spektra pada 3400 cm yang

• 1

  menunjukkan peningkatan gugus OH dan 1650 cm yang menunjukkan

  17,01 ± 2,53

  peningkatan gugus NH

  2 , tensile strength menjadi , ketahanan termal

  lebih tinggi, namun derajat kristalinitas menjadi 50,15% dan elastisitas menjadi

  8,01 ± 3,60

  . Biomaterial selulosa bakteri dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan tidak menunjukkan regenerasi sel kulit yang lebih baik dari pengamatan makroskopis dan persentase penurunan luas permukaan. Kata kunci: biomaterial selulosa bakteri, Acetobacter xylinum, kitosan, karakteristik biomaterial, pengaruh pemberian

  ABSTRACT The objective of this study was to determine the characteristics and influence of biomaterial bacterial cellulose Acetobacter xylinum from waste water of washing rice with addition of chitosan as a wound dressing material to male rats. The characteristics of biomaterial involved functional groups, polymer surface photos, crystallinity test, and mechanical test, while the effectiveness of biomaterial on regeneration skin cells observed as decrease in wound diameter.

  Bacterial cellulose made from waste water of washing rice, glucose, urea, dan glycerol. The mixture fermentated for 7 days with addition of Acetobacter xylinum. After 7 days, cellulose soaked with chitosan solution 2% and let the

  o

  chitosan solution dry out. Then cellulose dried on the oven at 40 C. Characteristics of the mechanical properties tested using tensile tester, polymer surface photos seen with Scanning Electron Microscopy (SEM), percentage of crystallinity tested using X-Ray Diffaction (XRD), thermal resistance using Thermogravimetric Analysis/Differential Thermal Analysis (TGA/DTA), observation of functional groups with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), and wound closure test perfomed with study pharmacological. The pharmacological tested with cut the rat skins on the first day, then the wound was covered with a biomaterial, and on 1, 3, 5, dan 7 days after administration, the wound diameter was observed and vast percentage calculated.

  The result of the characteristics test shows that in the presence of chitosan

• 1

  on cellulose there are wide spectra occured at 3400 cm that increased OH group

• 1

  17.01 ± 2.53

  and 1650 cm that increased NH

  2 group, tensile strength become ,

  higher thermal stability, but the degree of crystallinity reduce to 50.15% and

  8.01 ± 3.60

  elasticity become . Biomaterials bacterial cellulose from waste water of washing rice with addition of chitosan didn’t show better regeneration of skin cells by macroscopic obervations and percentage vast of the wound. Keywords: biomaterial bacterial cellulose, Acetobacter xylinum, chitosan, biomaterial characteristics, biomaterial influence

  BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Menurut penelitian yang pernah dilakukan mahasiswa Departemen Proteksi Tanaman, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor, air cucian beras mengandung kandungan nutrisi yang melimpah diantaranya karbohidrat berupa pati (85-90%), protein glutein, selulosa, hemiselulosa, gula dan vitamin yang tinggi. Namun, sebagian besar penduduk Indonesia belum menyadari manfaat air cucian beras, sehingga air cucian beras hanya menjadi limbah yang terbuang sia- sia. Kandungan air cucian beras ini sebenarnya dapat dimanfaatkan. Ada yang menggunakan sebagai masker penutup wajah karena kandungan vitaminnya, ada yang menggunakan sebagai pupuk (Ruslan, 2011). Selain itu kandungan yang terdapat dalam limbah ini terutama karbohidrat dapat dimanfaatkan sebagai medium pertumbuhan Acetobacter xylinum dalam proses fermentasi pembuatan selulosa bakteri.

  Acetobacter xylinum dapat memproduksi selulosa bakteri dengan adanya oksigen dan karbohidrat. Kandungan karbohidrat pada air cucian beras tersebut yang akan digunakan dalam pembentukan selulosa bakeri. Selulosa bakteri yang dihasilkan memiliki kesamaan dengan selulosa pada tumbuhan, hanya secara fisika-kimia keduanya berbeda, salah satunya yaitu pori. Selulosa bakteri yang 100 kali lebih tipis dari selulosa tanaman memiliki pori yang lebar sehingga perpindahan bahan atau zat aktif menjadi lebih mudah (Chawla, Bajaj, Survase,

  2

  and Singhal, 2009). Polimer ini biasa digunakan sebagai biomaterial penyembuh luka dengan memberikan lingkungan lembab pada permukaan kulit dan menutup dari gangguan luar baik secara fisik maupun kimia (Ciechańska, 2004).

  Pemilihan selulosa bakteri ini dikarenakan sifat dari selulosa yang ramah lingkungan, toksisitas dan sifat pirogenik selulosa bakteri sangat rendah hingga dapat dikatakan non-pyrogenic dan non-toxic. Jika dibandingkan dengan selulosa sintetik, selulosa sintetik cenderung lebih mahal, dan tidak ramah lingkungan karena lebih banyak menggunakan bahan-bahan kimia, namun selulosa sintetik memiliki keuntungan yaitu dapat disintesis sesuai dengan keinginan, baik dari segi elastisitas, porositas, hingga penambahan senyawa aktif secara langsung pada polimer (Subyakto, Hermiati, Yanto, Fitria, Budiman, Ismadi, dkk., 2009).

  Selulosa bakteri memiliki kekurangan yaitu tidak adanya daya antimikroba, sehingga aplikasi penggunaan biomaterial kurang efektif dalam penggunaan sebagai polimer penutup luka maka diperlukan adanya bahan tambahan lain yang mendukung efektivitas kerja selulosa bakteri (Maneerung, Tokura, and Rujiravanit, 2008). Untuk mendukung efektivitas selulosa bakteri tersebut maka dapat dilakukan dengan penambahan kitosan.

  Kitosan merupakan biopolimer alami glukosamin dan N-asetil glukosamin. Kitosan bersifat polikationik, biokompatibel, toksisitas rendah, dan biodegradabel. Kitosan memiliki gugus fungsi yang dapat dimodifikasi dengan beragam ligan. Sifat unik tersebut menyebabkan kitosan memiliki potensi yang cukup luas dalam aplikasi medis termasuk dalam perbaikan jaringan (Abbas, 2010). Kitosan merupakan derivat dari kitin yang diesktraksi menggunakan

  3

  larutan natrium hidroksida konsentrasi tinggi pada suhu tinggi. Kitin ini merupakan limbah yang berasal dari kerangka luar Crustacea filum Arhtropoda seperti cangkang kepiting dan udang. Hampir 40% limbah cangkang ini dibuang dan menyebabkan masalah pada lingkungan. Untuk mengatasi masalah lingkungan ini kitin diproses menjadi kitosan yang lebih bermanfaat (Satyanarayana, Johri, dan Prakash, 2012).

  Di Indonesia, kitosan masih jarang digunakan, terlebih dalam penggunaan di bidang medis. Di negara Barat, penggunaan kitosan dalam aplikasi medis sudah banyak dimanfaatkan antara lain sebagai basis hidrogel penyembuh luka, pembawa obat anti-kanker, dan sistem penghantaran obat nanoteknologi pada terapi jaringan mata. Selain itu telah diketahui bahwa kitosan memiliki sifat bakteriostatik, fungistatik, menstimulasi proliferasi sel, merangsang makrofag, agen hemostatik dan membantu penyembuhan luka secara cepat (Paul dan Sharma, 2004; Sarmento, 2012; Yamazaki, 2007). Dengan kitosan yang memiliki efek biomedis seperti selulosa bakteri yaitu efek mempercepat penyembuhan luka, diharapkan selulosa bakteri akan meningkatkan biokompatibilitas dan bioaktivitas kitosan. Interaksi kitosan yang masuk ke dalam rantai selulosa akan menghasilkan bentuk dan sifat yang sesuai dengan pembuluh darah alami (Ciechanska, Wietecha, Kazmierczak, dan Kazimiercak, 2010 ).

  Luka dalam kasus ini adalah luka terbuka, terjadi pembukaan pada lapisan luar kulit sehingga terjadi perdarahan (external bleeding). Luka ini bisa disebabkan goresan, tekanan, atau benda tajam. Waktu untuk proses penyembuhan luka terbuka ini dibagi atas tahap inflamasi selama 0-3 hari, tahap

  4

  proliferasi 3-24 hari dan tahap maturasi 24-365 hari (Australian Wound Management Association, 2008). Proses penutupan luka terbuka ini cukup lama, maka perlu dilakukan proses untuk mempercepat penutupan luka, salah satunya dengan biomaterial penutup luka. Penutup luka yang baik harus dapat melindungi luka dari kondisi lingkungan luar, memiliki daya tahan cukup lama, tahan terhadap tekanan, lentur, elastis (Mercier, Zambelli, dan Kurz, 2002; Yamazaki, 2007).

  Dalam aplikasinya, material penutup luka harus mudah dilekatkan pada kulit dan mudah dilepaskan tanpa memberikan kerusakan jaringan apapun.

  Dengan demikian, sifat mekanik dari polimer penutup luka sangat penting dan kritis. Untuk meningkatkan kemampuan mekaniknya, polimer ditambahkan dengan gliserol sebagai pemlastis. Gliserol akan mengubah sifat mekaniknya menjadi lebih fleksibel sehingga polimer diharapkan mampu menyesuaikan topografi luka. Namun, kitosan yang ditambahkan sebagai antibakteri memiliki sifat amorf. Sifat amorf pada kitosan diketahui menimbulkan degradasi yang cepat dan menurunkan kemampuan menanggung beban, sedangkan selulosa yang terbentuk dari bakteri memiliki kristalinitas yang tinggi. Penambahan sifat amorf dari kitosan ke dalam selulosa bakteri yang kristalinitasnya tinggi tentu akan mengubah karakteristik dari polimer yang terbentuk menjadi lebih amorf.

  (Mercier, Zambelli, dan Kurz, 2002; Ren, 2010; Yamazaki, 2007). Karakterisitik polimer dengan penambahan kitosan dan gliserol diharapkan sebaiknya mampu untuk menanggung tekanan yang diberikan oleh berbagai bagian tubuh yang berbeda dan mampu untuk menyesuaikan topografi luka. Hal ini untuk menjamin

  5

  polimer mampu mengurangi rasa sakit, menjamin dekontaminasi, dan mencegah masuknya bakteri ke dalam luka (Khan, Peh, dan Ch’ng, 2000).

  Oleh karena itu penelitian dilakukan pembuatan polimer yang berasal dari limbah air cucian beras ditambah dengan penambahan gliserol dan kitosan, lalu dilakukan uji karakterisasi yang meliputi sifat mekanik, ketahanan thermal, kristalinitas, pengamatan permukaan dan kemampuan melekat pada kulit. Selain itu untuk melihat pengaruh pemberian biomaterial penutup luka dari limbah air cucian beras yang ditambah kitosan terhadap proses regenerasi sel kulit dilakukan uji terhadap tikus jantan galur Wistar.

  1. Rumusan Masalah

  a. Bagaimana karakteristik biomaterial selulosa bakteri dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan? b. Bagaimana pengaruh pemberian biomaterial selulosa bakteri dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan terhadap regenerasi sel kulit pada tikus jantan galur Wistar?

  2. Keaslian Penelitian Sejauh yang peneliti ketahui belum ada penelitian mengenai pembuatan selulosa bakteri kitosan dengan memanfaatkan limbah air cucian beras.

  Penelitian serupa yang dilakukan Ciechanska, et al. (2010) yaitu pembuatan polimer bakteri selulosa kitosan memiliki perbedaan yaitu penelitian yang dilakukan menggunakan media mikrobiologis, pengujian uji sensitasi terhadap

  6

  marmot dan dilakukan uji efek post-implant dengan hispatologi in vivo, sedangkan pada penelitian ini dilakukan pembuatan polimer selulosa kitosan gliserol dari limbah air cucian beras dengan menggunakan metode celup dan pengujian yang dilakukan sebagai wound dressing.

3. Manfaat Penelitian

  a. Manfaat teoritis : Penelitian ini diharapkan dapat memperkaya ilmu pengetahuan tentang pembuatan biomaterial selulosa bakteri dari limbah rumah tangga.

  b. Manfaat metodologis. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu metode pengembangan selulosa bakteri sebagai penutup luka dari limbah- limbah yang tidak digunakan.

  c. Manfaat praktis. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi alternatif penutup luka yang dibuat dari limbah yang bersifat ramah lingkungan.

B. Tujuan

  1. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik biomaterial selulosa bakteri dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan ditinjau dari gugus fungsi, ketahanan termal, topografi permukaan polimer, kristalinitas dan sifat mekanik.

  2. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pemberian biomaterial selulosa bakteri dari limbah air cucian beras dengan penambahan kitosan terhadap regenerasi sel kulit tikus jantan galur Wistar.

  BAB II PENELAAHAN PUSTAKA A. Selulosa Selulosa pertama kali ditemukan oleh Anselme Payen pada tahun 1838 yang didiskripsikan sebagai fibrosa padat yang berasal dari jaringan tumbuhan. Secara alami selulosa memiliki rantai ikatan β-1,4-glikosidik (Gambar 1) untuk membentuk suatu struktur yang semi-kuat seperti kristal. Selulosa yang dapat terbentuk ini dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain dengan adanya perlakuan secara kimia maupun secara fisika (Brown, 2007).

  Gambar 1. Selulosa dengan ikatan β-1,4-glikosidik (Klemm, Schmauder, dan Heinze)

  Selulosa didapat dari berbagai macam sumber. Selulosa biasanya didapatkan dari tumbuhan-tumbuhan seperti pohon di hutan, sintesis sel tumbuhan melalui fotosintesis, uniseluler plankton dan algae di pantai melalui fikasasi dari karbondioksida. Selain itu selulosa juga dapat berasal dari beberapa hewan tertentu, fungi, dan bakteri yang tidak memiliki kemampuan fotosintesis (Zugenmaier, 2008).

  Dalam pemanfaatannya selulosa ini lebih banyak digunakan dalam bentuk selulosa murni dan bentuk selulosa campuran lignin pada tumbuhan. Selulosa tidak murni biasanya dijadikan furnitur rumah, papan, kursi, dan meja, sedangkan selulosa murni biasanya digunakan untuk bahan pakaian seperti katun. Selain itu

  8

  penggunaan selulosa sendiri seperti kapas telah digunakan dari jaman dulu hingga sekarang, terlebih dalam beberapa penggunaan aplikasi medis, material selulosa tidak dapat digantikan dengan apapun. Hal ini disebabkan potensi dari selulosa secara molekular yang memiliki kemampuan sebagai matrix bioaktif dan biokompatibel (Kamide, 2005; Moore, Stanitski, dan Jurs, 2008; Elnashar, 2010).

B. Selulosa Bakteri

  Dalam perkembangan selulosa, ditemukan biosintesis selulosa oleh bakteri Acetobacter xylinum tahun 1886 oleh A.J. Brown, yang kemudian berkembang pembentukan selulosa oleh organisme sejenis. Selulosa bakteri memiliki struktur dasar yang dikenal dengan mikrofibril, terdiri dari rantai glucan yang terikat oleh ikatan hidrogen yang akan menstabilkan keseluruhan struktur. Selulosa sintesis yang dilakukan oleh Acetobacter melibatkan sekompleks proses yang mencakup polimerisasi pembentukan β-1,4-glikosidik diperantai adanya selulosa sintase, sekresi ekstraseluler rantai linier, pembentukan dan kristalisasi rantai glukan menjadi suatu pita. Sebagai hasilnya, maka akan terbentuk suatu bentuk tiga dimensi dengan struktur bergelatin. Selulosa bakteri termasuk eksopolisakarida yang merupakan rantai panjang polisakarida dengan rantai gula seperti glukosa, ramnosa, dan galaktosa (Chawla, et al., 2009 ; Czaja, Young, Kawecki, dan Brown, 2006).

  Selulosa bakteri memiliki karakteristik mekanik terkuat dan jauh lebih murni dibandingkan selulosa tumbuhan, hal ini dikarenakan pada selulosa tumbuhan, biasanya selulosa yang dihasilkan bercampur dengan lignin. Selain itu

  9

  selulosa bakteri juga dapat terurai, seratnya halus (berdiameter 0.1 ~m atau 300 kaIi lebih kecil dibanding serat kayu), kekuatan mekaniknya bagus, kapasitas pengikatan airnya yang tinggi dan derajat kristalinitasnya yang tinggi. Berdasarkan kelebihan selulosa bakteri dibandingkan selulosa tumbuhan, mengakibatkan selulosa bakteri banyak dimanfaatkan dalam menghasilkan produk berkualitas tinggi (Chawla, et al., 2009; Laily, Atariansah, Nurani, Istini, Susanti, dan Hartoto, 2004).

C. Acetobacter xylinum Acetobacter xylinum termasuk dalam bakteri gram negatif.

  Pertumbuhannya dipengaruhi oleh tingkat keasaman medium, suhu fermentasi, lama fermentasi, sumber nitrogen, sumber karbon, dan konsentrasi starter (bibit).

  Derajat keasaman yang dapat menghasilkan nata ada pada kisaran 3,5 – 7,5 dan

  o o dengan kisaran temperatur 28 C – 32 C (Sutarminingsih, 2004).

  Acetobacter xylinum dapat memproduksi selulosa murni. Hasil selulosa yang dihasilkan terbagi menjadi 2 bentuk yaitu selulosa I seperti pita dan selulosa

  II yang secara termodinamika merupakan polimer yang lebih stabil. Yang mempengaruhi pembentukan kedua selulosa ini adalah struktur mikrofibrilar selulosa. Polimer ini dapat menyimpan kandungan air hingga 99%, air yang

  o

  disimpan tidak akan mudah menguap kecuali polimer dipanaskan pada suhu 85 C

  o

• – 140

  C. Ini menunjukkan polimer ini sangat kuat terhadap panas. Polimer akan

  o

  rusak ketika suhu mencapai kurang lebih 355 C (Slusarska, Presler, dan

  10

  Danielewicz, 2008 ; Wertz, Bedue, dan Mercier, 2010; Lina, Yue, Jin, dan Guang, 2011).