PERMEABILlTAS MEMBRAN KHITOSAN IKAT SILANG DENGAN

advertisement
Prosiding Seminar Nasional Kimia V
ISBN: 979-95845 -5-8
PERMEABILlTAS
MEMBRAN KHITOSAN IKAT SILANG
DENGAN VARIASI DERAJAT DEASETILASI
TERHADAP VITAMIN B-12
Eko Santoso"', Andi Yusroni dan Sugeng Mulyono
Jurusan Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS, Surabaya 60111
. . derajat deasetilasi pada khitosan teiah mempengaruhi kemampuan khitosan untuk
=e~!IIat agefl pengikat siiang. Jumiah gugus amina yang cukup besar daiam rantai poiimer
.c!:osan. seIain menaikkan sifat hidrofiiitas khitosan dibandingkan khitin, juga menjadikan khitos an
berikatan dengan agen pengilat silang gluteraldehid. Dan jumlah ikat silang dalam
i:::!.5rJEat berpengaruh pada permeabiiitasnya ketika khitosan dibuat membran. Dan hasii
:a~:ian menunjukkan bahwa khitosan berikat silang dengan variasi derajat deasetilasi memiliki
:s~abiifilas terhadap vitamin 8-12 yang berbeda pula. Semakin tinggi derajat deasetilasi
maka semakin besar kadar ikat silang yang dihasiikan dan semakin rendah nilai
;e~labiJi!clSjll)'a. Nilai permeabilitas tersebut adalah 5,105.10-10 cm 2Jdt, 2,027.10-10 cm2Jdt, dan
2
.10-"11 cm Jdt berturut-turut untuk membran khitosan dengan derajat deasetilasi 58,50 %
ldern:;!n kadar ikat silang 1,096 %w/w) , 60,66 % (dengan kadar ikat silang 1,116 % w/w) , dan
(dengan kadar ikat silang 1,179 % w/w).
Iamci: khitin, khitosan, derajat deasetilasi, gluteraldehid, permeabilitas.
Pe!rld::lhuluan
bersifat hidrofilik dan khitosan telah diketahui
larut dalam asam asetat eneer. Penelitian
lain juga rrenunjukkan bahwa sifat khitosan
dapat
dimodifikasi
dengan
cara
menambahkan gluteraidehid sebagai zat
pengikat silang sehingga terjadi ikat silang di
antara dua gugus amin [Nakatsuka and
Andrady, 1992].
Pada peneiitian terdahulu [Santoso dan
Yusroni, 2002] telah dilaporkan bahwa
peningkatan
waktu
hidrolisa
dapat
meningkatkan
nilai
derajat
deasetilasi
khitosan dan berefek pada peningkatan
kemampuan membran khitosan mengikat
gluteraldehid sebagai agen ikat silang dan
kekuatan tarik membran khitosan .
Hal ini tentu juga berefek pada berbagai
sifat
membran,
di
antaranya
adalah
permeabilitas membran, yang merupakan
sifat
penting
membran
dalam
proses
pengiriman obat.
Pada penelitian ini akan dikaji efek
variasi derajat deasetilasi khitosan terhadap
permeabilitas membran khitosan berikat
silang dengan menggunakan perm eat larutan
vitamin 8-12 dalam buffer fosfat.
Khitin merupakan poiisakarida alam
yak kedua setelah selulosa [Ito et ai,
997},
merupakan
senyawa
poll
(2asetamida-2-deoksi-f3-D-glukosa) dan antar
ulangnya dihubungkan oleh ikatan 13. ik (1,4). Struktur kimiawi khitin hampir
sama dengan selulosa, dimana atom C2 unit
osa pada selulosa mengikat gugus
sir dan pada khitin mengikat gugus
asetamida [Varum et at, 1995; Isogi and
,
1992].
Khitin
mempunyai
sifat
. ropobik sehingga sukar dilarutkan dalam
. - Hal ini menyebabkan khitin menjadi
kwcmg bermanfaat.
Penelitian telah menunjukkan bahwa
. in dapat diubah menjadi khitosan dengan
mengubah gugus asetamida pada C2 unit
kosa menjadi gugus amina, dalam proses
ldrolisa
dengan
larutan
basa
kuat.
Berdasarkan struktur kimianya, khitosan
erupakan senyawa poli (2-amino-2-deoksifH>-glukosa)..
Dan
persentase
gugus
asetamida ya ng dapat diubah menjadi gugus
amin, biasa disebut derajat deasetilasi,
dipengaruhi 01 eh lama waktu hidrolisa [Chen
and Tsaih, 1997]. Gugus amina dalam uni~
unit glukosa khitosan menyebabkan khitosan
• Penuliskoresponden: Te/p. 5943353
Fax.5928314
226
Prosiding Seminar Nasional Kimia V
ISBN: 979- 95845 -5 - 8
Ba:han
3.
Membran
khitosan
dengan
derajat
deasetilasi (DD) 58,50 %, 60,66 %, dan
•
% yang dibuat dengan metoda
terda:hulu (Santoso dan Yusroni, 2002), agen
t sllang gluteraldehid, larutan buffer fosfat
6,98, vitamin 8-12, dan larutan asam
asetat 0,75 % (v/v).
Pengukuran koefisien dlfusifitas (D) dan
permeabilitas (P).
Skematika rangkaian alat pengukur
koefisien difusifitas (D) dan permebilitas
membran khitosan ikat silang ditunjukkan
dalam gambar-1.
atoda
Pembuatan membran ikat silang
Membran khitosan dengan ukuran
tertentu ditimbang kemudian dibenamkan
dalam 10,0 mL larutan gluteraldehid
100,0 ppm se lama 24 jam. Kemudian,
membran diambil dan dimasukkan ke
dalam akuades untuk disetimbangkan.
Jumlah gluteraldehid yang terikat pad a
membran dan yang tak terikat diukur
dengan
metoda
spektrofotometrik
[Nakatsuka and Andrady, 1992]. Kadar
ikat silang membran (QcJ khitosan
ditentukan dengan persamaan (1) :
WC
QCL=-
wT
Gambar-1. Skema alat pengukuran
vitamin 8-12.
Sebuah alat permeasi terbuat dari teflon,
terdiri dari dua ruang yang dipisahkan
oleh membran
khitosan
ikat silang.
Ruang atas (donor) berisi 1,0 mL tarutan
vitamin 8-12 1,0 % w/w dalam buffer
fosfat, Ruang bawah (donor) bervolume
0,9 mL berisi batang pengaduk magnetik
yang berputar, yang akan dialiri secara
kontinu larutan buffer fosfat dengan
kecepatan konstan 0,02 mUdt. Dan
vitamin 8-12 yang mengalami permeasi
melalui membran khitosan ikat silang dari
ruang donor ke ruang akseptor akan
dimonitor setiap 5 menit dengan detektor
spektrofotometer
UV- VIS pada panjang
gelombang A.-naks 212 nm.
(1)
: massa gluteraldehid
terikat silang
dengan membran khitosan dan WT :
massa
membran
khitosan
dan
gluteraldehid yang terikat membran.
Penentuan koefisien distribusi (K)
Cakram
membran
khitosan
ikat
silang (diameter 2,2 cm) direndam dalam
larutan 1.0 % (w/w) vitamin 8-12 dalam
buffer fosfat (beker A) sampai setimbang
pada suhu kamar. Setelah setimbang,
cakram
membran
diambil
dan
dimasukkan
ke dalam larutan buffer
fosfat (beker 8) sampai setimbang ..
Setelah setimbang, cakram membran
diambil dan dimasukkan
kembali ke
dalam larutan vitamin 8-12 (beker A)
semula. Kemudian dilakukan pengukuran
konsentrasi vitamin 8-12 dalam beker A
dan beker 8 dengan spektrosopi UV- Vis
pada A.naks 212 nm untuk mengetahui
vitamin
8-12
yang teserap
cakram
membran khitosan. Kemudian dihitung
besar koefisien ditribusi vitamin 8-12
berdasar persamaan (2) :
WG
2.
K= Cm
Cl
permeasi
Hasil dan pembahasan
1.
(2)
Cm : konsentrasi vitamin 8-12 yang
terserap oleh cakram membran khitosan
ikat silang dan Cl: konsentrasi vitamin 812 yang tertinggal di dalam larutan (yang
tak terserap).
227
Membran ikat silang
Derajat
deasetilasi
khitosan
menyatakan besarnya gugus asetil yang
berhasil diubah menjadi gugus amina.
Semakin
besar
derajat
deasetilasi
khitosan berarti semakin besar jumlah
gugus amina dalam rantai polimernya,
dan semakih besar pula rantai polimer
tersebut untuk bereaksi dengan agen ikat
silang gluteraldehid,
yang reaksinya
ditunjukkan pada gambaF-2 [Nakatsuka
and Andrady, 1992J.
Prosiding Seminar Nasional Kimia V
ISBN: 979- 95845 -5 - 8
ikat silang
sebagai
fungsi
waktu.
Tampak, ketiga jenis membran khitosan
ikat silang dengan harga DD (Cb) yang
berbeda menghasilkan pola permeasi
yang yang hampir sama terhadap vitamin
8-12. Yakni, massa vitamin 8-12 yang
terpermeasi melalui membran meningkat
secara perlahan -lahan sebagai fungsi
waktu, kemudian menjadi konstan atau
mencapai keadaan tunak (steady state)
setelah waktu tertentu. Pola permeasi
yang dernlkian merupakan pola permeasi
Fickian. Jadi ketiga jenis membran
khitosan
ikat silang
memiliki
pola
permeasi
yang
sama,
yaitu
pola
permeasi Fickian, tetapi masing-masing
memiliki
waktu
pencapaian
yang
keadaan tunak yang berbeda. Semakin
'kecil nilai DD (Qed membran semakin
eepat keadaan tunak tereapai.
Pada sistem permeasi Fickian, ketika
keadaan tunak telah tereapai maka
peningkatan
massa
kumulatif
zat
terpermeasi
sebagai sebagai fungsi
waktu akan mengikuti persamaan (3)
[Nakatsuka and Andrady, 1992].
~QH
c
rv',
H, /
(CH,l,
c
-Q
u
•
P
0
OH
Gambar-2. lkat silang antara khita;an dengan
Idehid.
Basamya kadar ikat silang khitosan
engan
gluteraldehid,
berdasarkan
perhitungan persamaan-1, ditunjukkan
pada tabel-1.
abel-1. Kadar ikat silang
khitosan
00(%)
OcL(%w/w
58.5
60.66
64.04
membran
1.096
1.116
1.179
0.1
Koefisien distribusi vitamin 8-12
Hasil perhitungan koefisien distribusi
vitamin 8-12 dalam membran khitosan
ikat silang, berdasarkan persamaan-2,
ditunjukkan dalam tabel-2.
0.09
0.08
0.07
0.06
0.06
Tabel-2. Koefisien (K) distribusi vitamin
8-12 dalam membran khitosan ikat
silang.
00(%)
Qc! (%w/w)
K
5850
1,096
0.106
6066
1,116
0.058
0.04
0.02
--a--
oo-60.66%(Od-1
,116%)
--.-
00-64.o4%(Od-1
,179%}
0.01
6404
1,179
o~--~--~----~--~--~----~--~
o
10
30
50
60
wak:tu (men[Q
0.035
Oengan
semakin
besar
derajat
deasetilasi yang berarti juga semakin
besar kadar ikat silang dalam membran
maka semakin keeil kemampuan vitamin
8-12 terdistribusi di dalamnya. Hal ini
menunjukkan bahwa semakin besar
kadar ikat silang semakin halangan
proses pelarutan vitamin 8-12 ke dalam
membran karena semakin besar ikat
silang
membran
semakin
sulit
mengembang (swelling).
3.
~DD-5B,50%(acl-1.o96%)
0.03
Gambar-3. Vitamin 8-12·terpermeasi (mgr)
sebagai fungsi waktu, melalui membran
khitosanikat silang.
.M
= DCoA (th
h2 )
6D
(3)
M : massa kumulatif zat terpermeasi, 0
koefisien difusi atau difusifitas. Co
konsentrasi awal zat terpermeasi, A :
luas penampang membran, h : tebal
membran, dan t : waktu.
Pada gambar-4 ditunjukkan kurva
perubahan massa kumulatif (M) vitamin
8-12), diperoleh dari integrasi gambar-.3,
Oifusi dan permeasi vitamin 8-12
Pada
gambar-3,
ditunjukkan
perubahan massa vitamin 8-12 yang
terpermeasi melalui membran khitosan
228
70
Prosiding Seminar Nasional Kimia V
ISBN : 979~ 95845-5 - 8
melalui
membran
sebagai fungsi waktu
;:E1S:i1C -lIJlaSl" ng
kurva gambar-4
garis regresi yang akan
waktu (t), saat belum
, B-12 terpemeasi,
= 0, Waktu ini disebut waktu
, 4..& yaitu waktu yang
, B-12 untuk mengatasi
membran, sebelum
:a:::a;~asi' dari membran. Wa ktu
wa:ktu yang dibutuhkan
tuk berdifusi
dalam
dapat digunakan untuk
koefisien
difusi
atau
, B12 dalam membran
silang, Pada
tabel-3
, iG (fag tim~ dari letiga
Tabel-4. Nilai difusifitas vitamin B-12
dalam membran khitosan ikat silang.
DD
58,50%
64,04%
60,~6%
Qa.
1,096 % 1,116%
1,179%
d:::se=:1i;;:;tsilallQ
D(cm2/dt) 1,65.10-8 1,10.10'8 0,85.10'8
Catatan : h (tebai membran) = 0,59 mm
Tampak pada tabel-4, makin besar nilai
DD dan Q:;L dari membran makin rendah
nilai
difusifitas
(D)
vitamin
B-12.
Penurunan nilai difusifitas terse but bisa
sebagai
akibat
lambatnya
proses
pelarutan,
yang
ditandai
dengan
rendahnya nilai koefisien distribusi (K).
Penurunan nilai difusifitas (D) vitamin B12 dalam mem bran khitosan ikat silang
mempunyai
korelasi
linear
dengan
penurunan nilai koefisien distribusinya
(K), dengan koefisien korelasi 0,995.
Koefisien distribusi
(K) adalah
parameter tsrmodlnamik,
yang dapat
dijadikan ukuran kelarutan vitamin B-12
dalam membran khitosan ikat silang
pada keadaan setimbang. Dan difusifitas
(D) adalah
parameter
kinetik yang
menggambarkan
kecepatan difusi dari
vitamin
B-12
menembus
halangan
membran
khitosan.
ikat
silang.
Sedangkan proses permeasi vitamin B
12 merupakan proses traisport vitamin
B-12-dalam
penelitian ini-- dari ruang
donor
ke
ruang
akseptor
melalui
membran khitosan ikat silang, dapat
dipandang sebagai perpaduan antara
proses pelarutan
(termodinamik)
dan
proses difusi (kinetik).
Sedangkan
permeabilitas
(P)
merupakan merupakan parameter yang
biasa digunakan
untuk menjelaskan
fenomena fransport gas atau cairan
melalui
membran
rapat
dengan
mekanisme pelarutan-difusi. Oleh karena
itu . nilai
permeabilitas
(P)
dapat
dinyatakan sebagai hasil kali antara
kelarutan atau koefisien distribusi (K)
dengan difusifitas (D) [Nakatsuka and
Andrady, 1992; Mulder, 1991], yakni :
83::::a;;c:;li;:cg persamaan (3) maka pada
= tl.£sehingga :
(4)
- _ (menit) dalam membran
i!i2;l~
60,66%
64,04%
1,116%
1,179 %
8,81
11,35
P=D.K
(5)
Berdasarkan persamaan (5), maka hasi/
perhitungan nilai permeabilitas berbagai
jenis membran
khitosan ikat silang,
dengan
variasi
DD(Qc0,
terhadap
vitamin B -12 ditunjukkan dalam tabel-5.
tabel-3 dapat dihitung
• B-12 pada ketiga
ikat silang,
..:i::::I~::Ia;;1patia tabel-4.
229
Prosiding Seminar Nasional Kimia V
ISBN: 979-95845 -5-8
PemJeabiJitas
vitamin
B-12
Kimia Polimer yang telah banyak membantu
dalam pelaksanaan penelitian ini.
;::e-=!Jrnn khrtosan ikat silang.
58.50 %
,,006%
60,66 %
64,04 %
1,116%
1,179%
2,027.10'
10
1,810.10
-10
dapat
dilihat
bahwa
dera.jat deasetilasi (DD)
menin9<atkan
.t:3:~=I:2:::c81nb1-ankhitosan mengikat
g1uteraldehid (Qcd dan
meningkatkan kerapatan
eningkatan
kerapatan
..::Ec::a;a:: Wios:m berikat silang akan
o::=::a:sc!!! proses pelarutan vitamin Bmembran
sehingga
. k.oefisien distribusi (K)
.::E~a11arn1ba.t proses difusi vitamin
membran
sehingga
CErt:l6":lag6!1g
niiai fag time ~GG), yang
akan berakibat pada
permeabilitas (P) dari
.::sc::z::::~ ~.:o:san berikat sila ng.
alas dapat ditarik
peningkatan nilqi derajat
kadar ikat sil1:\f1g(Qcu
;:=::.c:-glii~im kerapatan rnembren
a~!t:
yang berefek ~C\qa
- ~i1itasnya
terhaiap
230
Oaftar Pustaka
Chen, RH. and Tsaih, M.L. (1997). Effeect of
preparation method and characteristic of
chitosan on the mechanical and release
properties of the prepared capsule, J.
App. Pol. Sci., vo166.
Santoso, Eko dan Yusroni, Andi, (2001),
Pengaruh
waktu
hidrolisa
terhadap
derajat deasetilasi khitosan dan efeknya
pada kemampuan mengikat gluteraldehid
dan kekuatan tarik membran khitosan,
Prosiding
Seminar
Nasional
Kimia,
Jurusan Kimia FMIPA ITS, 2002.
Isogi, A. and Atalla, RH. (1992), Preparation
of cellulose-chitosan
polymer blend,
Journal of carbohydrate polumer, 19, p.
25-28.
Ito, A., Sato, M, and Anma, T., (1997),
Permeability of CO2 throeugh chitosan
membrane swollen by water vapor in
feed
gas,
Die
Angewadnte
Makromolekulare Chemie, 248, 85-94.
Mulder, Marcel, (1991), Basic Primciples of
Membran Technology, Kluwer Academic
Publishers.
Nakatsuka, S. and Andrady, A.L (1992),
Permeability of Vitamin B 12 in chitosan
membrane, effect of crosslinking and
blending
with
poly(vinylalcohol)
on
permeability, J. App. Pol. Sci., vo144.
Varum, K.M., Egelansdal, B., and Ellekjaer,
M.R., 1995. Characterization of partially
N-acetylated chitosan by near infrared
spectroscopy, Journal of carbohydratepolymer, p.187 -193.
Download