Pengaruh Derajat Deasetilasi Bahan Baku Pada Depolimerisasi Kitosan *

Akta Kimindo Vol. 1 No. 2 April 2006: 67-72

AKTA KIMIA

INDONESIA

Pengaruh Derajat Deasetilasi Bahan Baku Pada Depolimerisasi Kitosan * Bambang Srijanto 1*, Imam Paryanto 1, Masduki 2, Purwantiningsih 2 (1) Pusat

Pengkajian dan Penerapan Teknologi Farmasi dan Medika-BPPT (2) Departemen Kimia, FMIPA, Institut Pertanian Bogor

ABSTRAK Oligokitosan merupakan gula amino dengan bobot molekul rendah dengan derajat depolimerisasi 20.3 dan memiliki berat molekul rataan sekitar 2000 g/mol serta tidak bersifat toksik. Oligokitosan merupakan campuran oligomer dari D-glukosamin yang terbentuk melalui proses depolimerisasi kitosan dengan memutus ikatan β-glikosidik. Oligokitosan diterapkan secara luas dalam bidang kesehatan sebagai anti bakteri, anti jamur dan anti virus. Dewasa ini oligokitosan banyak dipakai dalam bidang makanan sebagai suplement makanan yang berguna untuk meningkatkan sistem kekebalan terhadap penyakit, pemulihan kesehatan setelah sakit, mencegah penuaan dan kontrol emosi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh derajat deasetilasi kitosan sebagai bahan baku pada proses depolimerisasi kitosan terhadap berat molekul oligo-kitosan dengan menggunakan pereaksi HNO2 0,5 N. Variabel yang digunakan adalah suhu berturut-turut 60 oC, 70 oC, 80 oC dan 90 oC, dan waktu berturut-turut 10 menit, 15 menit dan 20 menit. Kitosan yang digunakan mempunyai derajat deasetilasi 72,77 % dan 78,64 % dengan berat molekul 179.174,7634 g/mol dan 114.6480,8840 g/mol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa derajat deasetilasi bahan baku, suhu dan waktu reaksi berpengaruh terhadap berat molekul oligo-kitosan yang diperoleh. Semakin tinggi derajat deasetilasi dan suhu reaksi serta semakin lama waktu reaksi yang digunakan maka semakin rendah berat molekul oligokitosan yang diperoleh. Kata Kunci : depolimerisasi, kitosan, oligo-kitosan, asam nitrit ABSTRACT Oligochitosan is non-toxic amino polysaccharide with low molecular weight (average molecular weight of 2.000 g/mol) and depolymerisation degree of 20.3. Oligochitosan is D-glucosamine oligomer formed through chitosan depolymerisation process by breaking β-glycocidic bond. Oligochitosan has been applied in health purposes as anti bacteria, anti fungi and anti virus. Oligochitosan has also been used as food supplements for improving immune system against disease, health recovery, anti aging and emotional control. This study was aimed to identify the effect of deacetylation degree of chitosan, as raw material in the process of chitosan depolymerisation, on oligochitosan molecular weight using 0,5 N HNO2 solution. Parameters observed were varied temperatures (60oC, 70oC, 80oC and 90oC) and reaction time (10 minutes, 15 minutes and 20 minutes). Chitosan raw material used had varied degree of deacetylation namely : 72.77% (molecular weight of 179,174.7634 g/mol) and 78.64% (molecular weight of 114,648.8840 g/mol). The result showed that variation of each parameter (chitosan degree of deacetylation, temperature and reaction time) affected molecular weight of oligochitosan produced. The higher the degree of deacetylation and the temperature applied and the longer the reaction time was, the lower the molecular weight of oligochitosan produced. Keywords : depolymerisation, chitosan, oligochitosan, nitric acid PENDAHULUAN Oligokitosan merupakan gula amino dengan bobot molekul rendah dengan derajat *

Makalah ini disajikan pada Seminar Nasional Kimia VII, di Surabaya 9 Agustus 2005 ** Corresponding author Phone: (021)3169533; Fax: (021) 3169505; e-mail: zuhairzulfa @yahoo.com

© Kimia ITS – HKI Jatim

depolimerisasi 20.3 dan memiliki berat molekul rataan sekitar 2.000 g/mol serta tidak bersifat toksik. Oligokitosan merupakan campuran oligomer dari D-glukosamin yang terbentuk melalui proses depolimerisasi kitosan dengan memutus ikatan β-glikosidik. Oligo-kitosan merupakan kitosan yang telah mengalami depolimerisasi sehingga memiliki 67

Srijanto, dkk.-Pengaruh Derajat Deasetilasi Bahan Baku Pada Depolimerisasi Kitosan

ukuran molekul yang lebih kecil. Proses depolimerisasi terjadi melalui pemutusan ikatan βglikosidik, sehingga akan mempunyai bobot molekul yang lebih kecil daripada kitosan sebelum terdepolimerisasi. Berkurangnya bobot molekul dari kitosan tersebut akan menyebabkan sifat kelarutan yang semakin besar. Saat ini oligokitosan diterapkan secara luas dalam bidang kesehatan sebagai anti bakteri, anti jamur dan anti virus, suplement makanan yang berguna untuk meningkatkan sistem kekebalan terhadap penyakit, pemulihan kesehatan setelah sakit, mencegah penuaan dan kontrol emosi serta berbagai klaim khasiat antara lain anti kanker, antidiabetes dan lain-lain. Oligo-kitosan sangat menarik perhatian para peneliti karena dapat larut dalam air dan mempunyai aktivitas biologis. Suzuki (1992) menyatakan bahwa oligo-kitosan dapat meningkatkan imunomodulator (ketahanan daya tubuh). Suzuki et al (1986) menyimpulkan bahwa oligo-kitosan dapat berperan sebagai anti tumor. Hirano dan Nagao (1989) menyimpulkan oligokitosan mempunyai aktivitas anti bakteri. Berbagai metode telah dikembangkan untuk mendapatkan oligo-kitosan. Allan ,G.G, et.al (1995) melakukan penelitian terhadap kinetika reaksi depolimerisasi kitosan dengan menggunakan asam nitrit, dengan kesimpulan reaksi berlangsung pada orde satu, tidak tergantung pada berat molekul kitosan, tidak memerlukan katalis, dan tergantung pada suhu. Defaye (1975) , Williams (1975) dan Williams (1988) menyatakan bahwa reaksi depolimerisasi kitosan dengan menggunakan asam nitrit adalah reaksi yang selektif, cepat dan mudah dikontrol. Hirano, et.al (1985) dan Sashiwa et.al (1993) menyatakan depolimerisasi kitosan dengan menggunakan asam nitrit tidak menimbulkan reaksi samping. Ridd (1978) dan Allan, G.G, et al (1995) menyatakan bahwa reaksi deaminasi homogen berlangsung sangat cepat walaupun berlangsung pada larutan berkadar asam sedang dan bersuhu ruangan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh derajat deasetilasi kitosan sebagai bahan baku pada proses depolimerisasi kitosan terhadap berat molekul oligo-kitosan dengan menggunakan pereaksi HNO2.

68

BAHAN DAN METODE Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit udang, NaOH,HCl p.a (Merck), bahan –bahan untuk IR, AcOH, NaOAc p.a (Merck), NaNO2 p.a (Merck), metanol dan bahan-bahan analisis lainnya. Alat

Peralatan yang digunakan adalah 1 (satu) set alat refluks, 1 (satu) set alat vakum, oven, pengaduk, viskosimeter Oswald, hot plate, spektrofotometer IR dan alat-alat gelas lainnya. Metode penelitian Limbah kulit udang dibersihkan , kemudian dikeringkan dengan sinar matahri untuk selanjutnya digiling dan diayak untuk mendapatkan ukuran sampel -40 + 80 Mesh. Terhadap kulit udang yang telah dibersihkan kemudian dilakukan deproteinasi dan demineralisasi. Deproteinasi dilakukan dalam bejana yang ditambahkan NaOH 3,5 % (1:10 w/v) selama 2 jam pada suhu 65 oC. Residu dicuci dengan menggunakan aquades sampai pH netral, kemudian dikeringkan di dalam oven selam 4 jam pada suhu 60 oC. Produk hasil deproteinasi kemudian dilakukan demineralisasi dengan menambahkan HCl 1 N (1: 10 w/v) ke dalam bejana. Proses demineralisasi dilakukan selama 1 jam pada suhu kamar. Residu kemudian dicuci dengan aquades sampai pH netral, kemudian dikeringkan di dalam oven selama 4 jam pada suhu 60 oC. Residu hasil yang diperoleh adalah kitin. Kitin yang telah diperoleh kemudian ditarnsformasikan menjadi kitosan dengan menambahkan NaOH 50 % (1:10 w/v). Proses ini dilakukan selama 4 jam pada suhu 100 oC (kitosan 100) dan 130 oC (kitosan 130). Residu dicuci dengan aquades sampai pH netral kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 60 0C selama 4 jam. Residu hasil pengeringan berupa kitosan. Penentuan derajat deasetilasi digunakan metode base line di mana kitin dan kitosan yang telah diperoleh diukur dengan menggunakan spektrofotometer IR.



Po

P

Po P

Gambar Penentuan Derajat Deasetilasi dengan Metoda Base Line Puncak tertinggi dicatat dan diukur dari garis dasar yang dipilih. Nilai absorbansi dihitung dengan menggunakan rumus : 1

Po A = log P

Perbandingan antara absorbansi pada ν = 1655 cm-1 (serapan pita amida I) dengan absorbansi pada ν = 3450 cm-1 (serapan gugus hidroksil). Untuk N-deasetilasi kitin yang sempurna (100%) diperoleh nilai A1655 = 1,33. Pengukuran nilai absorbansi pada puncak yang terkait derajat Ndeasetilasi dapat dihitung dengan rumusan:

1 ⎤ ⎡ A1655 % N − deasetilasi = 1 − ⎢ × ⎥ × 100 ⎣ A3450 1.33 ⎦ (2) Depolimerisasi kitosan dilakukan dengan melarutkan di dalam HCl, kemudian ditambahkan ion nitrit 0,5 M dan dipanaskan pada suhu 60 -90 oC selama 10 – 20 menit. Depolimerisasi kitosan menggunakan HNO2 menghasilkan kito-oligosakarida. Pembentukan HNO2 sendiri terjadi secara in situ di mana kitosan dilarutkan dalam HCl 0,16 M kemudian dicampur dengan NaNO2 sehingga menghasilkan HNO2 yang kemudian bereaksi dengan kitosan menghasilkan unit kito-oligosakarida (2,5anhidro-D-manosida). Hasil reaksi kemudian didinginkan pada suhu 0 oC kurang dan dikondisikan pada pH antara 4-5. Hasil depolimerisasi kitosan ini kemudian dicuci dengan menggunakan campuran 70 % metanol dan 30 % NH4OH sampai dengan pH 11. Endapan yang diperoleh disentrifugasi dan dicuci dengan menggunakan aquades serta metanol kemudian dikeringkan pada suhu 35 oC. Proses


ini dilakukan secara duplo. Penentuan bobot molekul kitosan dan oligokitosan hasil depolimerisasi kitosan dilakukan dengan menggunakan viskometer Ostwald ukuran 100. Beberapa gram zat hasil depolimerisasi dilarutkan dalam 0,5 M AcOH-0,2 M NaOAc,kemudian beberapa mL larutan larutan yang dihasilkan dimasukkan ke dalam viskometer dan ditentukan waktu alirnya. Penentuan nilai intrinsik zat dan nilai k mengacu kepada: =η

ηr

η 0 ≅ t0 η − η0 = = ηr − 1 η0 η sp η − η0 η −1 = lim = lim = lim r c→0 c c→0 η c c→0 c 0

η sp

[η ] η sp

t

= [η ] + k H [η ] c 2

c ln η r

= [η ] − k K [η ] c c kH + kK = 1/ 2

[η ]

2

= KM a

K = 3,5 x 10-4 a = 0,76 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Derajat deasetilasi (DD) kitosan 100 dan kitosan 130 yang digunakan dengan menggunakan metode base line diperoleh berturut-turut sebesar 72,77 % dan 78,64 % dengan berat molekul kitosan 179.174,7634 g/mol dan 114.6480,8840 g/mol. Sedangkan hasil proses depolimerisasi dengan menggunakan berbagai variabel dapat dilihat pada Grafik 1.

69


Grafik 1. Pengaruh Derajat Deasetilasi Bahan Baku, Suhu dan Waktu Reaksi Terhadap Berat Molekul Oligo-kitosan

Berat Molekul, g/ mol

14,000

Suhu 60 oC, kitosan 100

12,000


10,000


8,000


6,000


4,000

Suhu 80 oC, kitosan 130 Suhu 90 oC, kitosan 100

2,000


-

5

10

15

20

25

Waktu Reaksi, menit

Dari Grafik 1 terlihat bahwa derajat deasetilasi bahan baku, suhu dan waktu reaksi berpengaruh terhadap proses depolimerisasi kitosan dengan ditunjukkan kecenderungan berat molekul oligokitosan yang semakin rendah. Semakin tinggi derajat deasetilasi bahan baku, maka semakin rendah berat molekul oligo-kitosan yang diperoleh. Kondisi yang sama diperoleh oleh variasi suhu dan waktu reaksi. Semakin tinggi suhu reaksi dan semakin lama waktu reaksinya maka berat molekul oligo-kitosan akan semakin rendah. Namun demikian pada penelitian ini, derajat deasetilasi bahan baku yang paling berpengaruh terhadap proses depolimerisasi kitosan. Hal ini ditunjukkan oleh kecenderungan kurva pada Grafik 1 yang memperlihatkan keseluruhan kitosan 130 akan menghasilkan oligo-kitosan dengan berat molekul berkisar antara 2.000 – 7.000 g / mol sedangkan oligo-kitosan yang diperoleh dengan menggunakan kitosan 100 mempunyai kisaran berat molekul antara 5.000 hingga 12.000 g/mol. Kecenderungan kurva suhu 90 oC - kitosan 100 yang menghasilkan oligo kitosan dengan berat molekul yang lebih rendah daripada kurva suhu 60 oC - kitosan 130 dan kurva 70 oC - kitosan 130 diduga ada interaksi antara derajat deasetilasi bahan baku dengan suhu dan waktu reaksi. Penurunan berat molekul oligo-kitosan yang relatif besar dalam kurun waktu yang relatif cepat menunjukkan bahwa reaksi depolimerisasi kitosan dengan menggunakan pereaksi HNO2 merupakan reaksi yang berlangsung cepat. Hal ini ditunjukkan adanya penurunan berat molekul kitosan dari orde 105 menjadi orde 103 dalam kurun waktu 10 menit. KESIMPULAN Hasil penelitian menunjukkan bahwa derajat deasetilasi bahan baku, suhu dan waktu reaksi berpengaruh terhadap berat molekul oligokitosan yang diperoleh. Semakin tinggi derajat deasetilasi dan suhu reaksi serta semakin lama 70

waktu reaksi yang digunakan maka semakin rendah berat molekul oligo-kitosan yang diperoleh. Pengaruh derajat deasetilasi bahan baku merupakan faktor yang paling dominan jika dibandingkan dengan variabel yang lain. Daftar Notasi A1665 : Absorbansi pada gelombang 1665 A3450 : Absorbansi pada gelombang 3450 Po : % transmitansi pada garis dasar P : % transmitansi pada puncak minimum ν : panjang gelombang

η0 η t t0

: viskositas pelarut : viskositas zat : waktu alir zat (s) : waktu alir pelarut (s)

DAFTAR PUSTAKA Allan, G.G. and Peyron, M., 1995, Molecular weight manipulation of chitosan. I: Kinetics of depolymerization by nitrous acid, Carbohydr Res. 1995 Nov 22;277(2):257-72. Anonim, 1999, Limitid Summary of Data for Chemical Selection, ntp-server.niehs.nih.gov. Bastaman, S., Studies on Degradation and Extraction of Chitin and Chitosan from Prawn Shell (Nephrops norvegious), Thesis, The Department of Chemical Engineering, The Faculty of Engineering, The Queen’s University of Belfast, 1989. Defaye, J., 1975, Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 25 : 181 –194. Gilberg,A. & Stenberg,E. 2001, A New Proceess for Advanced Utilization of Shrimp Waste, J.Process Biochem.,36:806-812. Kim, SJ., et.al, 1989, Effects of Chitooligosacharides on Liver Function in the Mous’, Korean J. Food Sci. Technol., Vol.30 No3,pp. 693-696. © Kimia ITS – HKI Jatim


Kolodzeijska,I., Wojtasz-Pajak, A., Ogonwska G & Sitorki ZA, Deacetylation of Chitin in Twostage Chemical and Enzymatic Process, Bulletin of The Sea Fisheries Institute 2: 15 – 24. Ludlow, M.E., 2001, World Application of Chitin and Chitosan: A Revie w”, Di dalam IFT Annual Meeting-New Orleans, Louisiana, June 26, 2001, Vanson, Inc. Madihally,S.V, & Matthew HWT, 1998, Porous Chitosan Seafold for Tissue, Engineering, Biomaterial 30 :113-1142 Muzzarelli,RAAA., & Peter MG (Editors), Chitin Handbook, European Chitin Society 475-486, 1997.


Purwantiningsih, Isolasi Kitin dan Komposisi Senyawa Kimia dari Limbah Udang Windu Panaeus monodon), Tesis, Jurusan Kimia, Program Pasca Sarjana, Institut Teknologi Bandung, 1992. Rhee,JS, Jung MW., & Paeng, KJ., 1998, Evaluation of Chitin nad Chitosan as Sorbent for the Preconcentration of Phenol and Clorophenols in Water, Anal. Sci. 14 : 10891093. Stephen AM (Editor), Food Polysaccharides and their Application, Marcel Dekker Inc. New York, 1995. Williams, D.L.H., Nitrosation, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 1988 Williams,J.M., 1975, Adv. Carbohydrat Chemistry , Biochem. 31:9-79

71


LAMPIRAN Tabel 1. Pengaruh dengan Berbagai Variabel pada Berat Molekul Oligo-Kitosan Kadar NaNO2, (N)

0,5

Waktu, (min)

Suhu, oC

Kitosan 100 10 60 70 80 90 15 60 70 80 90 20 60 70 80 90 Kitosan 130

BM Oligo-kitosan, (g/mol)

11,832 10,931 10,595 10,249 9,730 9,056 8,723 8,224 7,577 7,108 6,944 4,817

0,5 10

15

20

72

60 70 80 90 60 70 80 90 60 70 80 90

6,606 5,840 4,953 3,425 6,297 5,689 4,808 3,034 6,297 5,098 4,103 2,655


Pengaruh Derajat Deasetilasi Bahan Baku Pada Depolimerisasi Kitosan *

Recommend Documents