2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kitin dan Kitosan

Kitosan adalah produk alami turunan dari kitin, polisakarida yang

ditemukan dalam eksoskleton krustacea misalnya udang, rajungan, dan kepiting.

Secara kimiawi, kitosan adalah sellulosa seperti serat tanaman yang mempunyai

sifat-sifat sebagai serat tetapi memiliki kemampuan untuk mengikat lemak seperti

busa penyerap lemak dalam saluran pencernaan. Sebagai serat tanaman kitosan

tidak dapat dicerna, oleh karena itu tidak bernilai kalori tetapi kitosan dapat

difungsikan sebagai penyerap dan pengikat lemak sehingga menimbulkan

turunnya berat badan, mencegah dan menghambat LDL dan meningkatkan HDL.

Kitosan bersifat antacid (menyerap zat racun), mencegah plak dan

kerusakan gigi, membantu mengontrol tekanan darah, membantu menjaga

pengkayaan kalsium (Ca) atau memperkuat tulang, dan bersifat anti tumor

(Shahidi 1999). Dalam tiga dekade terakhir kitosan digunakan dalam proses

detoksifikasi air. Apabila kitosan disebarkan diatas permukaan air, mampu

menyerap lemak, minyak, logam berat, dan zat yang berpotensi sebagai toksik

lainnya (Kumar 1998). Berikut struktur molekul kitin dan kitosan disajikan dalam

Gambar 1.

Gambar 1. Struktur molekul kitin (a), kitosan (b). Suptijah (1992)

Kitosan merupakan polimer linear yang tersusun oleh

2000-3000 monomer N-asetil-D-glukosamin dalam ikatan β-(1-4), tidak toksik

dengan LD50 setara dengan 16 g/kg BB dan mempunyai berat molekul 800 Kda.

Berat molekul ini tergantung dari derajat deasetilasi yang dihasilkan pada saat

ekstraksi. Semakin banyak gugus asetil yang hilang dari biopolimer kitosan, maka

(a) (b)

5

semakin kuat interaksi antar ion dan ikatan hidrogen dari kitosan

(Tang et al. 2007).

Proses deasetilasi merupakan suatu tahapan yang bertujuan untuk

menghilangan gugus asetil dari kitin menjadi kitosan yang dapat dilakukan

dengan proses kimiawi dan enzimatis. Secara kimiawi dilakukan dengan

penambahan NaOH sedangkan deasetilasi secara enzimatis menggunakan enzim

kitin deasetilase (Chang et al. 1997). Deasetilasi kitin akan menghilangkan

gugus asetil dan menyisakan gugus amino yang bermuatan positif sehingga

kitosan bersifat polikationik. Adanya gugus reaktif amino pada C-2 dan gugus

hidroksil pada C-3 dan C-6 pada kitosan menyebabkan kitosan memiliki

kemampuan sebagai pengawet dan penstabil warna, sebagai floculant dan

membantu proses reverse osmosis dalam penjernihan air, sebagai aditif untuk

produk agrokimia dan pengawet benih (Shahidi et al. 1999).

2.1.2 Sifat-sifat kitosan

Kitosan adalah polimer glukosamin yang larut dalam asam tetapi tidak

larut asam sulfat pada suhu kamar, juga tidak larut dalam pelarut organik tetapi

larut baik dalam pelarut dengan suasana asam. Pelarut kitosan yang baik adalah

asam format dengan konsentrasi 0,2% sampai pekat, namun demikian kitosan

sering dipakai dengan dilarutkan terlebih dahulu pada asam asetat

(Filer and Wirik 1978). Menurut Knorr (1984) berat molekul kitosan tergantung

dari degradasi yang terjadi pada proses pembuatan kitosan.

Kitosan mempunyai sifat mudah mengalami degradasi secara biologis,

tidak beracun, mempunyai berat molekul yang tinggi, tidak larut pada pH 6,5

berat molekul rata-rata 120.000 Dalton (Protan Laboratories 1987).

Menurut Knorr (1982), kitosan mempunyai gugus amino bebas sebagai

polikationik, pengkelat dan pembentuk dispersi dalam larutan asam asetat.

Ornum (1992), menambahkan bahwa gugus amino bebas inilah yang banyak

memberikan kegunaan pada kitosan. Bila dilarutkan dalam asam, kitosan akan

menjadi polimer kationik dengan struktur linier sehingga dapat digunakan dalam

proses flokulasi, pembentuk film atau imobilisasi dalam beberapa agen biologi

termasuk enzim. Bought (1975) menambahkan bahwa karakter kitosan sebagai

6

polielektrolit dapat digunakan untuk bahan pengkoagulan limbah secara fisika dan

kimia. Hirano (1989) mengemukakan kelebihan kitin dan kitosan yaitu:

(1) Merupakan komponen utama biomasa dari kulit udang.

(2) Merupakan sumber daya yang dapat diperbaharui.

(3) Merupakan senyawa biopolimer yang dapat terdegradasi dan tidak mencemari

lingkungan.

(4) Tidak bersifat toksik (LD50 16 gram per kg berat badan tikus).

(5) Konformasi molekulnya dapat dirubah.

(6) Mempunyai fungsi biologis.

(7) Dapat membentuk gel, koloid dan film.

(8) Mengandung gugus amino dan gugus hidroksil yang dapat dimodifikasi.

Kitosan merupakan kerangka heksosa yang memiliki gugus amin

bermuatan, sehingga menunjukan sifat yang unik yaitu bermuatan positif,

berlainan dengan polisakarida alam lainnya yang bermuatan negatif atau netral.

Boddu et al. (1999) menyatakan bahwa muatan positif pada polimer kitosan

mengakibatkan afinitas atau daya tarik menarik yang sangat baik dengan suspensi

dalam cairan selulosa dan polimer glikoprotein.

Mengingat banyak bahan memiliki gugus negatif seperti protein, anion

polisakarida, asam nukleat, dan lain-lain. Maka gugus kitosan berpengaruh kuat

dengan gugus negatif sehingga membentuk ion netral (Sanford 1989). Kekuatan

ion berpengaruh terhadap struktur kitosan dengan kata lain peningkatan kekuatan

ion meningkatkan sifat kekakuan matriks kitosan, daya gembung dan ukuran pori-

pori matriks. Sementara porositas granula dari kitosan berpengaruh terhadap

peningkatan keaktifan grup grup amino terhadap kitosan (Suhartono 2000).

2.2.2 Kitosan Mikrokristalin

Kitosan mikrokristalin merupakan biopolimer hasil modifikasi kitosan

dengan karakteristik tingkat kristal yang tinggi dan dapat dibentuk menurut skala

besar molekulnya melalui berbagai metode. Menurut Struszczyk dan Kivekäs

dalam Säkkinen (2003) kitosan mikrokristalin telah banyak dipelajari dan

diaplikasikan kedalam beberapa bentuk aplikasi yang diantaraya berfungsi sebagai

devirat obat-obatan serta dalam formulasi menurunkan kolesterol.

7

Kitosan mikrokristalin secara khusus memiliki manfaat sebagai media obat

atau zat aktif. Sebagai tingkatan kristal yang tinggi dalam kitosan, salah satu

karakteristik yang dimiliki kitosan mikrokristalin berupa kemampuan

kapasitasnya yang tinggi dalam mempertahankan air. Karakteristik ini

menguntungkan dalam hal pengembangan formulasi lepas lambat karena dapat

memfasilitasi pembentukan gel yang akan mengontrol pelepasan obat.

Kemampuan Mikrokristalin kitosan untuk membentuk ikatan hidrogen secara

teoritis dapat menghasilkan mukoadhesion efisien dengan kitosan mikrokristalin.

Sifat-sifat yang dimiliki mikrokristalin kitosan disebutkan membuatnya sangat

menarik untuk studi sebagai hidrofilik tingkat media zat aktif dalam

mengendalikan pelepasan obat dari formulasi yang juga dimaksudkan untuk

mukoadhesif dalam perut. (Säkkinen et al. 2003).

2.2.3 Kitosan dan kegunaannya.

Kitosan mempunyai bentuk spesifik mengandung gugus amin dalam rantai

karbonnya yang bermuatan positif, sehingga dalam keadaan cair sensitif terhadap

kekuatan ion tinggi, daya repulsif antara fungsi amin menurun sesuai dengan

fleksibilitas rantai kitosan dan pendekatannya dalam ruang distabilkan oleh ikatan

hidrogen di dalam dan di luar rantai (Sanford 1989), artinya kitosan dalam bentuk

polimer memanjang mempunyai daya repulsif yang menurun dibanding kitosan

yang bentuk polimernya menggulung.

Kitosan dapat digunakan dalam berbagai bidang diantaranya :

(1) Klarifikasi pada limbah pengolahan industri buah, pengolahan wine dan

minuman beralkohol, penjernihan air minum, penjernihan kolam renang,

penjernihan zat warna dan penjernihan tanin.

(2) Pertanian untuk pelapis biji-bijian dan enkapsulasi.

(3) Biomedik untuk menurunkan kadar kolesterol, mempercepat penyembuhan

luka dan dapat digunakan sebagai lensa kontak.

(4) Pengembalian protein dalam mengendapkan bahan-bahan protein dari limbah

industri.

(5) Detoksifikasi limbah industri untuk menghilangkan logam-logam berbahaya

dan bahan kimia berbahaya lainnya.

8

(6) Kitosan mempunyai bentuk spesifik mengandung gugus amin dalam rantai

karbonnya, dalam fotografi berfungsi sebagai pengikat film dan melindungi

film dari kerusakan.

(7) Bioteknologi untuk proses pembuatan enzim teramobilisasi, pembentuk

senyawa kompleks dengan protein (Shahidi et al. 1999).

Penggunan kitosan begitu meluas karena karakteristik kationiknya yakni

mempunyai muatan listrik positif unik. Disamping itu, sifat-sifat kimia yang lain

juga sangat menunjang penggunaannya. Karena kitosan merupakan hasil sintesis

senyawa alami dan bukan dari bahan kimia sintetik, maka keamanan penggunaan

kitosan dapat dijamin.

Kitosan memiliki gugus fungsional amina (–NH2) yang bermuatan positif

yang sangat reaktif, sehingga mampu berikatan dengan dinding sel bakteri yang

bermuatan negatif. Selain itu kitosan memiliki struktur yang menyerupai dengan

peptidoglikan yang merupakan struktur penyusun 90% dinding sel bakteri Gram

positif (Ermawati et al. 2009). Bakteri gram positif merupakan jenis bakteri yang

mengawali terjadinya kolonisasi pada plak gigi. Bakteri ini, seperti Actinomyces

viscosus dan Streptococcus sanguis melekat melalui adhesin, yakni molekul

spesifik yang terdapat pada permukaan sel bakteri (Litsgarten 2000).

Bakteri Gram positif akan memanfaatkan oksigen dan mengurangi jumlah

oksigen secara signifikan pada wilayah tersebut sehingga terjadi transisi

kolonisasi menjadi bakteri Gram negatif yang bersifat anaerob atau

mikroaerofilik. Karena strukturnya yang serupa, kitosan dapat menjadi kompetitor

potensial bagi bakteri Gram positif untuk dapat melekat di permukaan gigi. Oleh

sebab itu beberapa penelitian dilakukan dengan memanfaatkan sifat fungsional

kitosan menjadi bentuk sediaan aplikatif untuk menghambat bakteri gigi dan

mulut berupa zat antibakteri dalam obat kumur. Kitosan juga berguna dalam

industri (Suptijah et al. 1992):

(1) Kertas dan tekstil sebagai zat aditif.

(2) Pembungkus makanan berupa film khusus.

(3) Metalurgi sebagai absorben untuk ion-ion metal.

(4) Kulit sebagai perekat.

(5) Photografi.

9

(6) Cat, sebagai koagulan, pensuspensi dan flokulan.

(7) Makanan sebagai aditif dan penghasil protein sel tunggal.

2.1.3 Karakteristik kitosan sebagai antimikroba

Kitosan dan turunannya telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang

misalnya dalam bidang pangan, mikrobiologi, pertanian farmasi, dan sebagainya.

Kitosan memiliki banyak keunggulan, diantaranya memiliki struktur yang mirip

dengan serat selulosa yang terdapat pada buah dan sayuran. Keunggulan lain yang

sangat penting adalah kemampuannya dalam menghambat dan membunuh

mikroba atau sebagai zat antibakteri, diantaranya kitosan dapat menghambat

pertumbuhan berbagai mikroba penyebab penyakit tifus yang resisten terhadap

antibiotik yang ada (Yadaf dan Bhise 2004 diacu dalam Hardjito 2006).

Berbagai hipotesa yang sampai saat ini masih berkembang mengenai

mekanisme kerja kitosan sebagai antibakteri adalah sifat afinitas yang dimiliki

oleh kitosan yang sangat kuat dengan DNA mikroba sehingga dapat berikatan

dengan DNA yang kemudian mengganggu mRNA dan sintesa protein (Hadwiger

dan Loschke 1978 diacu dalam Hardjito 2006). Sifat afinitas antimikroba dari

kitosan dalam melawan bakteri atau mikroorganisme tergantung dari berat

molekul dan derajat deasetilasi. Berat molekul dan derajat deasetilasi yang lebih

besar menunjukkan aktifitas antimikroba yang lebih besar (No et al. 2002). Selain

itu potensi kitosan sebagai zat antibakteri didasarkan pada interaksi awal antara

kitosan dan bakteri yang bersifat elektrostatik. Kitosan memiliki gugus fungsional

amina (–NH2) yang bermuatan positif yang sangat reaktif, sehingga mampu

berikatan dengan dinding sel bakteri yang bermuatan negatif. Ikatan ini terjadi

pada situs elektronegatif di permukaan dinding sel bakteri. Selain itu, karena -NH2

juga memiliki pasangan elektron bebas, maka gugus ini dapat menarik mineral

Ca2+

yang terdapat pada dinding sel bakteri dengan membentuk ikatan kovalen

koordinasi (Jeon dan Kim 2000). Helander et al. (2001) menyatakan bahwa

reduksi sejumlah sel bakteri disebabkan oleh perubahan permukaan sel dan

kehilangan fungsi pelindung dalam sel bakteri tersebut. Bakteri gram negatif

dengan lipopolisakarida dalam lapisan luarnya memiliki kutub negatif yang sangat

sensitif terhadap kitosan. Menurut penelitian yang dilakukan oleh

Tsai et al. (2002), menemukan bahwa kitosan dapat menghambat pertumbuhan

10

Escherichia coli. Adanya penghambatan ini disebabkan oleh adanya sifat

keelektronegatifan dari permukaan sel E. coli. Perubahan dalam potensial

permukaan E. coli selama pertumbuhan, yaitu terjadinya peningkatan

keelektronegatifan seiring dengan peningkatan umur sel, yaitu sampai

pertumbuhan lambat, namun sifat keelektronegatifan akan menurun setelah

bakteri mencapai fase stasioner.

2.2 Mouthwash

Mouthwash (obat kumur) adalah sediaan berupa larutan, umumnya dalam

bentuk pekat yang harus diencerkan dahulu sebelum digunakan, dimaksudkan

untuk digunakan sebagai pencegahan atau pengobatan infeksi tenggorok (Anonim,

1979). Semua mouthwash merupakan cairan yang berupa larutan dalam air yang

digunakan pada mulut. Tetapi tidak semua obat kumur tersedia dalam bentuk

tersebut. Beberapa produk dalam bentuk padatan atau cairan pekat yang harus

diencerkan terlebih dahulu sebelum digunakan (Rosenthal 1957). Kini, banyak

tersedia produk dengan zat aktif untuk terapi yang juga dimaksudkan untuk

membersihkan, sekaligus menyegarkan. Mouthwash golongan ini tergolong obat

dan kosmetik (Rosenthal 1957). Hal yang perlu diingat adalah bahwa mouthwash

merupakan pelengkap, bukan pengganti gosok gigi (Tal and Rosenberg 1990).

Secara umum, mouthwash dapat berupa kosmetik, astringen, konsentrat, buffer,

dan deodoran. Selain itu juga terdapat mouthwash yang didesain untuk membunuh

mikroba normal yang ditemukan dalam jumlah banyak di mulut dan tenggorok,

serta yang didesain untuk terapi. Produk mouthwash dapat berupa kombinasi dari

klasifikasi tersebut (Rosenthal 1957). Komposisi mouthwash secara umum adalah

zat aktif, air (pelarut), dan pemanis (perasa). Sebagai pemanis sering digunakan

sorbitol, sucralose, sakarin Na, atau xylitol (yang juga memberikan aktivitas

penghambatan pertumbuhan mikroba) (Giertsen et al. 1999).

2.3 Jenis-Jenis Bakteri Mulut dan Gigi

Berbagai ruang dan permukaan di dalam mulut mengandung banyak flora

mikroba (Suryo 1993). Mikroorganisme yang hidup pada permukaan mulut antara

lain Streptococcus salivarius, S. mitis, S. sanguis, S. mutans, Veillonella, dan

Bakteroides gingivalis (Suryo 1993). Sterptococcus mutans adalah bakteri gram

11

positif (Ryan and Ray 2004), bersifat asidogenik dan asidodurik (Nugraha 2008),

yang merupakan kontributor signifikan kerusakan pada gigi (Loesche 1996). Hasil

penelitian menunjukkan adanya korelasi antara frekuensi S. mutans di dalam plak

dengan terjadinya karies gigi (Englander and Jordan 1972). Bakteri ini bersifat

patogen, dapat menjalar ke organ lain dan menyebabkan penyakit yang berakibat

fatal (Zaenab et al. 2004), seperti bacteraemia dan endokarditis infektif

(Nomura, et al. 2007).