Metode DPPH digunakan untuk melihat potensi zeolit alam sebagai antioksidan. Metode ini mudah, cepat, dan peka untuk pengujian aktivitas antioksidan (Koleva et al. 2002). Kontrol positif yang digunakan adalah asam askorbat. Asam askorbat mudah mengalami oksidasi oleh radikal bebas karena mempunyai 2 gugus -OH enolik. Radikal bebas akan menarik atom hidrogen dari kedua gugus tersebut sehingga terbentuk radikal oksigen yang stabil dan tidak membahayakan karena elektron tak berpasangan didelokalisasikan melalui resonans (Cholison & Utami 2008) (Lampiran 7). Aktivitas antioksidan suatu senyawa dapat mengubah warna larutan DPPH dari ungu menjadi kuning. Warna ungu DPPH memberikan serapan kuat pada panjang gelombang 517 nm. Ketika elektron tak berpasangan pada a
d c
radikal DPPH menjadi berpasangan oleh sumbangan elektron dari senyawa yang memiliki aktivitas antioksidan, absorbans menurun secara stokiometri sesuai jumlah elektron yang diambil.
Semua sampel zeolit alam tanpa perlakuan aktivasi telah memiliki kemampuan menghambat senyawa radikal bebas, terlihat dari nilai absorbans yang lebih kecil dibandingkan dengan kontrol negatif (Lampiran 8). Namun, data pada Tabel 1 menunjukkan bahwa semua zeolit masih memiliki aktivitas antioksidan yang jauh lebih rendah dari pada asam askorbat (kontrol positif). Permukaan pori zeolit masih tertutupi pengotor sehingga perlu dilakukan aktivasi. Diduga mekanisme penangkapan radikal DPPH pada zeolit berbeda dengan asam askorbat. Zeolit tidak hanya menetralkan radikal DPPH dengan menyumbangkan elektron, tetapi juga menangkap dan mengadsorpsi radikal DPPH tersebut di dalam strukturnya (Lampiran 9).
Tabel 1 Aktivitas antioksidan zeolit alam tanpa perlakuan dan vitamin C
Sampel antioksidan Aktivitas (%) Zeolit Banten 55.20 Zeolit Lampung 31.95 Zeolit Sukabumi 42.46 Zeolit Tasikmalaya 41.20 Asam askorbat 92.14 Menurut Sukmawardany et al. (2004), zeolit di Indonesia, terutama zeolit Banten, Lampung, Sukabumi, dan Tasikmalaya adalah jenis klinoptilolit. Hal tersebut didukung oleh hasil analisis SEM dan XRD. Struktur sangkar zeolit klinoptilolit mempunyai 2 pori utama. Pori pertama dibatasi oleh 10 oksigen berdiameter 10.685 Å, ditempati oleh logam alkali dan alkali tanah (Ca, Na, K, Mg, Fe, dan Sr). Pori kedua lebih kecil, dibatasi oleh 8 oksigen berdiameter 8.193 Å, dan ditempati oleh molekul air, logam alkali, dan alkali tanah (Lampiran 10) (Supardi 2010). Zeolit dapat mengadsorpsi molekul DPPH karena ukuran molekulnya lebih kecil dibandingkan dengan ukuran pori zeolit. Nisbah Si/Al pada struktur zeolit memengaruhi ukuran porinya. Zeolit jenis klinoptilolit memiliki nisbah Si/Al sedang. Semakin kecil nisbah Si/Al, diameter pori semakin besar. Atom Sr dan Ca sebagai kation penyeimbang struktur kerangka zeolit Banten, Lampung, Sukabumi, dan
Tasikmalaya memiliki jejari atom 1.914 dan 1.74 Å. Ukuran atom Sr dan Ca menyebabkan pelebaran sudut Si-O-Al sehingga membentuk pori yang besar (Kasmui et al. 2009). Semakin besar diameter pori zeolit, semakin mudah DPPH teradsorpsi. Tipe utama interaksi adsorpsi DPPH dengan zeolit adalah gaya van der Waals, hasil interaksi dispersif dan induktif molekul DPPH dengan zeolit (Vasileva et al. 2010).
Permukaan zeolit yang bermuatan negatif dan keberadaan oksida logam sebagai reduktor mengakibatkan zeolit dapat menstabilkan radikal DPPH. Atom oksigen sebagai penghubung antara atom Si dan Al yang membentuk pori-pori intrakristalin memiliki 2 pasang elektron bebas. Elektron bebas tersebut akan disumbangkan kepada atom N pada molekul DPPH sehingga aktivitas radikal DPPH dapat diredam. Selain itu, oksida logam seperti Fe dan Mn pada struktur zeolit memiliki kemampuan melepas elektron yang dimiliki untuk mereduksi radikal DPPH. Keberadaan oksida logam Fe dan Mn sebagai reduktor pada zeolit Banten, Lampung, Sukabumi, dan Tasikmalaya tidak teramati oleh XRD sehingga perlu dilakukan analisis dengan menggunakan spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDX) untuk melihat komposisi kimia zeolit. Potensi zeolit alam sebagai antioksidan dapat terlihat dari perubahan warna ungu DPPH menjadi kuning (Gambar 5).
Keterangan:
a = larutan DPPH awal, b = zeolit Banten, c = zeolit Lampung, d = zeolit Sukabumi, dan e = zeolit Tasikmalaya.
Gambar 5 Perubahan warna larutan DPPH setelah penambahan zeolit alam tanpa perlakuan.
Hasil uji zeolit teraktivasi-kalsinasi (Tabel 2) menunjukkan peningkatan aktivitas antioksidan untuk pemanasan pada suhu 100 °C. Aktivitas antioksidan zeolit teraktivasi-suhu kemudian menurun dengan meningkatnya suhu.
Tabel 2 Aktivitas antioksidan zeolit alam teraktivasi-suhu Sampel Zeolit Aktivitas antioksidan (%) Suhu (°C) 100 200 300 400 Banten 79.94 42.56 34.92 4.78 Lampung 75.26 29.83 23.46 6.37 Sukabumi 85.56 37.26 31.85 7.54 Tasik 78.47 39.60 28.77 5.41 Pada suhu 100 °C pengotor atsiri seperti air telah teruapkan. Dehidrasi molekul air akan membentuk pori-pori dan saluran yang dapat mengadsorpsi molekul DPPH. Selain itu, logam pengotor seperti oksida logam Fe dan Mn tidak hilang pada suhu 100 °C dan dapat berperan sebagai reduktor yang meningkatkan aktivitas zeolit sebagai antioksidan. Perubahan warna DPPH dari ungu menjadi kuning terlihat jelas pada zeolit yang teraktivasi-suhu 100 °C (Gambar 6).
Keterangan:
a = zeolit Banten, b = zeolit Lampung, c = zeolit Sukabumi, dan d = zeolit Tasikmalaya.
Gambar 6 Perubahan warna larutan DPPH setelah penambahan zeolit teraktivasi-suhu 100 °C.
Pada suhu 400 °C terjadi perubahan fase zeolit sehingga aktivitasnya sebagai antioksidan menurun. Menurut Barrer (1982), suhu aktivasi yang terlalu tinggi menyebabkan dehidroksilasi gugus -OH pada struktur zeolit. Akibatnya, ikatan Si-O-Al putus dan terbentuk gugus siloksana (Si-O-Si) serta aluminium yang miskin gugus hidroksil. Menurut Saputra (2006), perbedaan komposisi kation penyeimbang dan nisbah Si/Al menyebabkan kestabilan zeolit alam terhadap suhu berbeda-beda pula. Zeolit alam dengan nisbah Si/Al tinggi lebih tahan terhadap suhu tinggi daripada yang nisbah Si/Al-nya rendah (Józefaciuk & Bowanko 2002). Zeolit Banten, Lampung, Sukabumi, dan Tasikmalaya termasuk jenis klinoptilolit yang memiliki nisbah Si/Al sedang sehingga mudah rusak
pada suhu tinggi. Selama pemanasan pada suhu 400 °C terjadi perubahan warna zeolit alam. Hal ini dikarenakan zeolit mengalami perubahan struktur akibat pemanasan yang terlalu tinggi.
Hasil uji zeolit teraktivasi-asam (Tabel 3) menunjukkan peningkatan aktivitas antioksidan dibandingkan dengan zeolit tanpa perlakuan, tetapi menurun dibandingkan dengan zeolit teraktivasi-kalsinasi. Aktivitas antioksidan didapati semakin menurun seiring meningkatnya konsentrasi asam. Pada zeolit alam teraktivasi-asam, konsentrasi HCl 1 M menunjukkan aktivitas antioksidan paling tinggi.
Tabel 3 Aktivitas antioksidan zeolit alam teraktivasi-asam Sampel Zeolit Aktivitas antioksidan (%) 1 M 2 M 3 M 4 M Banten 63.18 59.80 49.44 48.15 Lampung 65.84 61.17 47.69 45.81 Sukabumi 66.56 56.11 48.98 44.02 Tasik 61.94 58.45 49.33 41.81 Pencucian zeolit dengan HCl 1 M meningkatkan luas permukaan karena berkurangnya pengotor berupa oksida logam dan zat lain yang terikat di sekitar kristal zeolit, yang tidak terlepas pada saat pencucian dengan air (Herawati et al. 1997). Perubahan warna DPPH dari ungu menjadi kuning terlihat jelas pada zeolit yang teraktivasi-HCl 1 M (Gambar 7). Perubahan warna tersebut mengindikasikan aktivitas zeolit sebagai antioksidan.
Keterangan:
a = zeolit Banten, b = zeolit Lampung, c = zeolit Sukabumi, dan d = zeolit Tasikmalaya.
Gambar 7 Perubahan warna larutan DPPH setelah penambahan zeolit teraktivasi-HCl 1 M.
Penurunan aktivitas antioksidan zeolit pada aktivasi dengan konsentrasi HCl 4 M
a b c d
disebabkan oleh terjadinya dealuminasi (Vasileva et al. 2010). Ion H+ hasil penguraian HCl dalam medium air akan diserang oleh atom oksigen yang terikat pada Si dan Al. Nilai energi disosiasi ikatan Al-O (116 kkal/mol) jauh lebih rendah daripada ikatan Si-O (190 kkal/mol), maka ikatan Al-O jauh lebih mudah terurai (Auerbach et al. 2003). Karena itu, ion H+ akan cenderung memutuskan ikatan Al-O pada kerangka zeolit dan terbentuk gugus silanol. Ion Cl– hasil penguraian ion HCl juga akan memengaruhi kekuatan ikatan Al-O dan Si-O. Ion Cl–
memiliki elektronegativitas yang tinggi (3.16) dan berukuran kecil (r = 0.97 Å), sehingga mudah berikatan dengan kation bervalensi besar seperti Si4+ dan Al3+. Akan tetapi, ion Cl– akan cenderung berikatan dengan atom Al dikarenakan elektronegativitas atom Al lebih kecil (1.61) dibandingkan dengan Si (1.90) (Mutngimaturrohmah et al. 2009). Dealuminasi ini merusak struktur kristal zeolit sehingga kemampuannya mengadsorpsi radikal DPPH menurun. Akibatnya aktivitas zeolit Banten, Lampung, Sukabumi, dan Tasikmalaya sebagai antioksidan menjadi sangat kecil. Herawati et al. (1997) telah membuktikan bahwa struktur klinoptilolit lebih tahan terhadap perlakuan dengan basa daripada perlakuan dengan asam.