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
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.
