Prosiding Seminar Nasional Kimia VISBN: 979-95845 -5-8

PERMEABILlTASMEMBRAN KHITOSAN IKAT SILANG

DENGAN VARIASI DERAJAT DEASETILASITERHADAP VITAMIN B-12

Eko Santoso"', Andi Yusroni dan Sugeng MulyonoJurusan 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 dalami:::!.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 cm2Jdt, 2,027.10-10 cm2Jdt, dan

.10-"11 cm2Jdt 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::lhuluanKhitin merupakan poiisakarida alamyak kedua setelah selulosa [Ito et ai,

997}, merupakan senyawa poll (2-asetamida-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 unitosa pada selulosa mengikat gugussir 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 menjadikwcmg bermanfaat.

Penelitian telah menunjukkan bahwa. in dapat diubah menjadi khitosan dengan

mengubah gugus asetamida pada C2 unitkosa menjadi gugus amina, dalam proses

ldrolisa dengan larutan basa kuat.Berdasarkan struktur kimianya, khitosanerupakan senyawa poli (2-amino-2-deoksi-

fH>-glukosa).. Dan persentase gugusasetamida ya ng dapat diubah menjadi gugusamin, biasa disebut derajat deasetilasi,dipengaruhi 01eh lama waktu hidrolisa [Chenand Tsaih, 1997]. Gugus amina dalam uni~unit glukosa khitosan menyebabkan khitosan

• Penuliskoresponden: Te/p. 5943353Fax.5928314

bersifat hidrofilik dan khitosan telah diketahuilarut dalam asam asetat eneer. Penelitianlain juga rrenunjukkan bahwa sifat khitosandapat dimodifikasi dengan caramenambahkan gluteraidehid sebagai zatpengikat silang sehingga terjadi ikat silang diantara dua gugus amin [Nakatsuka andAndrady, 1992].

Pada peneiitian terdahulu [Santoso danYusroni, 2002] telah dilaporkan bahwapeningkatan waktu hidrolisa dapatmeningkatkan nilai derajat deasetilasikhitosan dan berefek pada peningkatankemampuan membran khitosan mengikatgluteraldehid sebagai agen ikat silang dankekuatan tarik membran khitosan .

Hal ini tentu juga berefek pada berbagaisifat membran, di antaranya adalahpermeabilitas membran, yang merupakansifat penting membran dalam prosespengiriman obat.

Pada penelitian ini akan dikaji efekvariasi derajat deasetilasi khitosan terhadappermeabilitas membran khitosan berikatsilang dengan menggunakan permeat larutanvitamin 8-12 dalam buffer fosfat.

226

(2)

Prosiding Seminar Nasional Kimia VISBN: 979- 95845 -5 - 8

Ba:hanMembran khitosan dengan derajat

deasetilasi (DD) 58,50 %, 60,66 %, dan• % yang dibuat dengan metoda

terda:hulu (Santoso dan Yusroni, 2002), agent sllang gluteraldehid, larutan buffer fosfat6,98, vitamin 8-12, dan larutan asam

asetat 0,75 % (v/v).

atodaPembuatan membran ikat silang

Membran khitosan dengan ukurantertentu ditimbang kemudian dibenamkandalam 10,0 mL larutan gluteraldehid100,0 ppm se lama 24 jam. Kemudian,membran diambil dan dimasukkan kedalam akuades untuk disetimbangkan.Jumlah gluteraldehid yang terikat padamembran dan yang tak terikat diukurdengan metoda spektrofotometrik[Nakatsuka and Andrady, 1992]. Kadarikat silang membran (QcJ khitosanditentukan dengan persamaan (1) :

WCQCL=-

wT

WG : massa gluteraldehid terikat silangdengan membran khitosan dan WT :massa membran khitosan dangluteraldehid yang terikat membran.

2. Penentuan koefisien distribusi (K)Cakram membran khitosan ikat

silang (diameter 2,2 cm) direndam dalamlarutan 1.0 % (w/w) vitamin 8-12 dalambuffer fosfat (beker A) sampai setimbangpada suhu kamar. Setelah setimbang,cakram membran diambil dandimasukkan ke dalam larutan bufferfosfat (beker 8) sampai setimbang ..Setelah setimbang, cakram membrandiambil dan dimasukkan kembali kedalam larutan vitamin 8-12 (beker A)semula. Kemudian dilakukan pengukurankonsentrasi vitamin 8-12 dalam beker Adan beker 8 dengan spektrosopi UV-Vispada A.naks 212 nm untuk mengetahuivitamin 8-12 yang teserap cakrammembran khitosan. Kemudian dihitungbesar koefisien ditribusi vitamin 8-12berdasar persamaan (2) :

K= CmCl

Cm : konsentrasi vitamin 8-12 yangterserap oleh cakram membran khitosanikat silang dan Cl: konsentrasi vitamin 8-12 yang tertinggal di dalam larutan (yangtak terserap).

(1)

3. Pengukuran koefisien dlfusifitas (D) danpermeabilitas (P).

Skematika rangkaian alat pengukurkoefisien difusifitas (D) dan permebilitasmembran khitosan ikat silang ditunjukkandalam gambar-1.

Gambar-1. Skema alat pengukuran permeasivitamin 8-12.

Sebuah alat permeasi terbuat dari teflon,terdiri dari dua ruang yang dipisahkanoleh membran khitosan ikat silang.Ruang atas (donor) berisi 1,0 mL tarutanvitamin 8-12 1,0 % w/w dalam bufferfosfat, Ruang bawah (donor) bervolume0,9 mL berisi batang pengaduk magnetikyang berputar, yang akan dialiri secarakontinu larutan buffer fosfat dengankecepatan konstan 0,02 mUdt. Danvitamin 8-12 yang mengalami permeasimelalui membran khitosan ikat silang dariruang donor ke ruang akseptor akandimonitor setiap 5 menit dengan detektorspektrofotometer UV- VIS pada panjanggelombang A.-naks 212 nm.

Hasil dan pembahasan1. Membran ikat silang

Derajat deasetilasi khitosanmenyatakan besarnya gugus asetil yangberhasil diubah menjadi gugus amina.Semakin besar derajat deasetilasikhitosan berarti semakin besar jumlahgugus amina dalam rantai polimernya,dan semakih besar pula rantai polimertersebut untuk bereaksi dengan agen ikatsilang gluteraldehid, yang reaksinyaditunjukkan pada gambaF-2 [Nakatsukaand Andrady, 1992J.

227

3. Oifusi dan permeasi vitamin 8-12Pada gambar-3, ditunjukkan

perubahan massa vitamin 8-12 yangterpermeasi melalui membran khitosan

ikat silang sebagai fungsi waktu.Tampak, ketiga jenis membran khitosanikat silang dengan harga DD (Cb) yangberbeda menghasilkan pola permeasiyang yang hampir sama terhadap vitamin8-12. Yakni, massa vitamin 8-12 yangterpermeasi melalui membran meningkatsecara perlahan -lahan sebagai fungsiwaktu, kemudian menjadi konstan ataumencapai keadaan tunak (steady state)setelah waktu tertentu. Pola permeasiyang dernlkian merupakan pola permeasiFickian. Jadi ketiga jenis membrankhitosan ikat silang memiliki polapermeasi yang sama, yaitu polapermeasi Fickian, tetapi masing-masingmemiliki waktu pencapaian yangkeadaan tunak yang berbeda. Semakin'kecil nilai DD (Qed membran semakineepat keadaan tunak tereapai.

Pada sistem permeasi Fickian, ketikakeadaan tunak telah tereapai makapeningkatan massa kumulatif zatterpermeasi sebagai sebagai fungsiwaktu akan mengikuti persamaan (3)[Nakatsuka and Andrady, 1992].

Prosiding Seminar Nasional Kimia VISBN: 979- 95845 -5 - 8

~QHcrv',(CH,l,H, /

c-Qu• 0 P

OH

Gambar-2. lkat silang antarakhita;andenganIdehid.

Basamya kadar ikat silang khitosanengan gluteraldehid, berdasarkan

perhitungan persamaan-1, ditunjukkanpada tabel-1.

abel-1. Kadar ikat silang membrankhitosan

00(%) OcL(%w/w

58.5 1.09660.66 1.11664.04 1.179

Koefisien distribusi vitamin 8-12Hasil perhitungan koefisien distribusi

vitamin 8-12 dalam membran khitosanikat silang, berdasarkan persamaan-2,ditunjukkan dalam tabel-2.

Tabel-2. Koefisien (K) distribusi vitamin8-12 dalam membran khitosan ikatsilang.

00(%) 5850 6066 6404Qc! (%w/w) 1,096 1,116 1,179

K 0.106 0.058 0.035

Oengan semakin besar derajatdeasetilasi yang berarti juga semakinbesar kadar ikat silang dalam membranmaka semakin keeil kemampuan vitamin8-12 terdistribusi di dalamnya. Hal inimenunjukkan bahwa semakin besarkadar ikat silang semakin halanganproses pelarutan vitamin 8-12 ke dalammembran karena semakin besar ikatsilang membran semakin sulitmengembang (swelling).

0.1

0.09

0.07

0.08

0.06

0.06

0.04 ~DD-5B,50%(acl-1.o96%)

--a-- oo-60.66%(Od-1 ,116%)

--.- 00-64.o4%(Od-1 ,179%}

0.03

0.02

0.01

o~--~--~----~--~--~----~--~o 10 30 50 60 70

wak:tu (men[Q

Gambar-3. Vitamin 8-12·terpermeasi (mgr)sebagai fungsi waktu, melalui membrankhitosanikat silang.

.M = DCoA (t- h2 )h 6D

(3)

M : massa kumulatif zat terpermeasi, 0koefisien difusi atau difusifitas. Cokonsentrasi awal zat terpermeasi, A :luas penampang membran, h : tebalmembran, dan t : waktu.

Pada gambar-4 ditunjukkan kurvaperubahan massa kumulatif (M) vitamin8-12), diperoleh dari integrasi gambar-.3,

228

Tabel-4. Nilai difusifitas vitamin B-12dalam membran khitosan ikat silang.

Prosiding Seminar Nasional Kimia VISBN : 979~ 95845-5 - 8

melalui membrand:::se=:1i;;:;tsilallQ sebagai fungsi waktu

;:E1S:i1C -lIJlaSl" ng kurva gambar-4garis 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 dibutuhkantuk berdifusi dalam

dapat digunakan untukkoefisien difusi atau, B12 dalam membransilang, Pada tabel-3

, iG (fag tim~ dari letiga

83::::a;;c:;li;:cg persamaan (3) maka pada= tl.£sehingga :

(4)

- _ (menit) dalam membran

60,66% 64,04%1,116% 1,179 %

11,358,81

tabel-3 dapat dihitung• B-12 pada ketiga

ikat silang,i!i2;l~ ..:i::::I~::Ia;;1patia tabel-4.

229

DD 58,50% 60,~6% 64,04%Qa. 1,096 % 1,116% 1,179%

D(cm2/dt) 1,65.10-8 1,10.10'8 0,85.10'8Catatan : h (tebai membran) = 0,59 mm

Tampak pada tabel-4, makin besar nilaiDD dan Q:;L dari membran makin rendahnilai difusifitas (D) vitamin B-12.Penurunan nilai difusifitas terse but bisasebagai akibat lambatnya prosespelarutan, yang ditandai denganrendahnya nilai koefisien distribusi (K).Penurunan nilai difusifitas (D) vitamin B-12 dalam mem bran khitosan ikat silangmempunyai korelasi linear denganpenurunan nilai koefisien distribusinya(K), dengan koefisien korelasi 0,995.

Koefisien distribusi (K) adalahparameter tsrmodlnamik, yang dapatdijadikan ukuran kelarutan vitamin B-12dalam membran khitosan ikat silangpada keadaan setimbang. Dan difusifitas(D) adalah parameter kinetik yangmenggambarkan kecepatan difusi darivitamin B-12 menembus halanganmembran khitosan. ikat silang.Sedangkan proses permeasi vitamin B12 merupakan proses traisport vitaminB-12-dalam penelitian ini-- dari ruangdonor ke ruang akseptor melaluimembran khitosan ikat silang, dapatdipandang sebagai perpaduan antaraproses pelarutan (termodinamik) danproses difusi (kinetik).

Sedangkan permeabilitas (P)merupakan merupakan parameter yangbiasa digunakan untuk menjelaskanfenomena fransport gas atau cairanmelalui membran rapat denganmekanisme pelarutan-difusi. Oleh karenaitu . nilai permeabilitas (P) dapatdinyatakan sebagai hasil kali antarakelarutan atau koefisien distribusi (K)dengan difusifitas (D) [Nakatsuka andAndrady, 1992; Mulder, 1991], yakni :

P=D.K (5)

Berdasarkan persamaan (5), maka hasi/perhitungan nilai permeabilitas berbagaijenis membran khitosan ikat silang,dengan variasi DD(Qc0, terhadapvitamin B -12 ditunjukkan dalam tabel-5.

Prosiding Seminar Nasional Kimia VISBN: 979-95845 -5-8

PemJeabiJitas vitamin B-12;::e-=!Jrnn khrtosan ikat silang.

58.50 % 60,66 % 64,04 %,,006% 1,116% 1,179%

2,027.10' 10 1,810.10 -10

dapat dilihat bahwadera.jat deasetilasi (DD)

menin9<atkan.t:3:~=I:2:::c81nb1-ankhitosan mengikat

g1uteraldehid (Qcd danmeningkatkan kerapataneningkatan kerapatan

..::Ec::a;a:: Wios:m berikat silang akano::=::a:sc!!! proses pelarutan vitamin B-

membran sehingga. k.oefisien distribusi (K)

.::E~a11arn1ba.t proses difusi vitaminmembran sehingga

CErt:l6":lag6!1g niiai fag time ~GG),yangakan berakibat pada

permeabilitas (P) dari.::sc::z::::~~.:o:san berikat sila ng.

alas dapat ditarikpeningkatan nilqi derajatkadar ikat sil1:\f1g(Qcu

;:=::.c:-glii~im kerapatan rnembrena~!t: yang berefek ~C\qa

- ~i1itasnya terhaiap

230

Kimia Polimer yang telah banyak membantudalam pelaksanaan penelitian ini.

Oaftar PustakaChen, RH. and Tsaih, M.L. (1997). Effeect of

preparation method and characteristic ofchitosan on the mechanical and releaseproperties of the prepared capsule, J.App. Pol. Sci., vo166.

Santoso, Eko dan Yusroni, Andi, (2001),Pengaruh waktu hidrolisa terhadapderajat deasetilasi khitosan dan efeknyapada kemampuan mengikat gluteraldehiddan kekuatan tarik membran khitosan,Prosiding Seminar Nasional Kimia,Jurusan Kimia FMIPA ITS, 2002.

Isogi, A. and Atalla, RH. (1992), Preparationof cellulose-chitosan polymer blend,Journal of carbohydrate polumer, 19, p.25-28.

Ito, A., Sato, M, and Anma, T., (1997),Permeability of CO2 throeugh chitosanmembrane swollen by water vapor infeed gas, Die AngewadnteMakromolekulare Chemie, 248, 85-94.

Mulder, Marcel, (1991), Basic Primciples ofMembran Technology, Kluwer AcademicPublishers.

Nakatsuka, S. and Andrady, A.L (1992),Permeability of Vitamin B12 in chitosanmembrane, effect of crosslinking andblending with poly(vinylalcohol) onpermeability, J. App. Pol. Sci., vo144.

Varum, K.M., Egelansdal, B., and Ellekjaer,M.R., 1995. Characterization of partiallyN-acetylated chitosan by near infraredspectroscopy, Journal of carbohydrate-polymer, p.187 -193.