PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Selulosa merupakan salah satu polimer yang dapat diperbaharui. Selulosa telah digunakan dalam bentuk serat atau turunannya selama sekitar 150 tahun sebagai bahan baku kimia (Habibi, dkk., 2010). Selulosa merupakan suatu makromolekul rantai tidak bercabang dari unit-unit anhidroglukopiranosayang tersambung dengan ikatan β-1,4-glikosida. Setiap unit anhidroglukopiranosa memiliki tiga gugus hidroksil. Serat selulosa terdapat pada dinding sel semua
tanaman.Senyawa ini juga dijumpai dalam plankton bersel satu atau alga di
lautan, juga pada jamur dan bakteri (Potthast, dkk., 2006; Zugenmaier, 2008).
Turunan selulosa telah digunakan secara luas sebagai bahan tambahan
(eksipien) dalam sediaan farmasetik, seperti etil selulosa, metil selulosa,
karboksimetil selulosa, dan hidroksipropil metil selulosa dalam bentuk sediaan
oral, topikal, dan injeksi. Penggunaan berbagai bentuk selulosa dalam sediaan
farmasi disebabkan sifatnya yang inert dan biokompatibel pada manusia (Bravo,
dkk., 2010; Jackson, dkk., 2011).
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam larutan NaOH
17,5%, selulosa dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu α, β, dan γ-selulosa.
α-selulosa merupakan selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH
17,5% dan 9,45% dengan DP 600-1500. α-selulosa adalah penentu sifat
kemurnian selulosa. β-selulosa adalah selulosa berantai pendek, larut dalam
selulosa ialah sama dengan β-selulosa, tetapi DP kurang dari 15 (BSN, 2009;
Sumada, dkk., 2011).
Selulosa mikrokristal merupakan hasil dari hidrolisis α-selulosa dengan
larutan asam encer (Rowe, dkk., 2009). Ini adalah bentuk selulosa yang banyak
digunakan dalam tablet, karena ia dapat digunakan sebagai bahan pengisi,
pengikat, dan penghancur (Soekemi, dkk., 1987; Gohel dan Jogani, 2005; Rowe,
dkk., 2009). Oleh karena itu, selulosa mikrokristal dianggap sebagai bahan
tambahan terbaik dalam pembuatan tablet cetak langsung (Bhimte dan Tayade,
2007; Bushra,dkk., 2008). Beberapa sumber alam telah digunakan untuk
menghasilkan selulosa mikrokristal, seperti serat rami(Bhimte dan Tayade, 2007),
rambut biji Cochlospermum planchonii(Ohwoavworhua dan Adelakun, 2005a),
ampas tebu, jerami (Ilindra dan Dhake, 2008), dan lenan (Leppanen,dkk., 2009).
Selulosa mikrokristal yang telah beredar di pasaran dan banyak digunakan adalah
dengan nama dagang Avicel.
Avicel berfungsi sebagai bahan pengisi, pengikat, dan penghancur, dan
memiliki sifat bebas mengalir, sehingga banyak digunakan dalam pembuatan
tablet cetak langsung. Penggunaan Avicel pada tablet cetak langsung baik sebagai
pengisi maupun penghancur memberikan waktu hancur dan pelepasan obat dalam
waktu yang singkat. Hal ini dikarenakan Avicel mempercepat penetrasi medium
ke dalam tablet (Bhimte dan Tayade, 2007). Avicel merupakan bahan tambahan
yang harganya relatif mahal, padahal penggunaannyamenyusun sebagian besar
dari komponen tablet (50-80%). Ini merupakan salah satu faktor yang
Penggunaan selulosa dalam formulasi tidak terlibat langsung dalam
pengendalian pelepasan obat melalui interaksinya dengan obat. Walaupun selulosa
mikrokristal memiliki muatan sedikit agak negatif pada permukaan akibat adanya
residu hidroksil, namun muatan ini terbatas pada luas permukaan yang kecil pada
massa yang besar sehingga tidak dapat berikatan dengan sejumlah obat (Jackson,
dkk., 2011).
Beberapa tahun belakangan ini selulosa dikembangkan dalam bentuk
nanokristal, yang memiliki ukuran sekitar 0,2-100 nm (Gardner, 2008). Selulosa
nanokristal merupakan bahan penguat nanokomposit selulosa nanokristal-alginat
dengan densitas rendah (1,6 g/ml) dan kekuatan mekanik tinggi (10 GPa). Bahan
ini juga dapat dimanfaatkan dalam pembuatan perangkat biomedis, implan, tekstil
(Benavides, 2011), aditif pada makanan dan kosmetik (Boluk, 2010), dan
penyampaian obat dalam bentuk liposom, misel, mikrogel, dan pembawa dalam
targetted delivery system (Peng, dkk., 2011).
Selulosa nanokristal dibuat dari serat selulosa atau dari selulosa
mikrokristal dengan tahapan hidrolisis asam, sentrifus, dialisis, dan ultrasonikasi
(Oksman dan Mathew, 2007; Jackson, dkk., 2011) atau homogenisasi dengan
tekanan tinggi (Liu, dkk., 2010). Pada tahap hidrolisis sebagaimana diilustrasikan
pada Gambar 1.1, terjadi perubahan struktur selulosa dengan penghilangan bagian
amorf, sehingga yang tinggal hanya bagian kristal dari selulosa. Proses ini
menghasilkan selulosa dalam bentuk batang, kristal, dan berdimensi nanometer
Bagian kristal Hidrolisis asam Bagian amorf
nanokrstal
Gambar 1.1. Skema tahapan hidrolisis selulosa
Selulosa nanokristal mempunyai rasio luas permukaan dan volume yang
sangat besar (Habibi, dkk., 2010; Liu, dkk., 2010). Luas permukaan yang sangat
besar ini merupakan suatu keuntungan dari selulosa nanokristal yaitu
memungkinkan untuk lebih banyak obat dapat berinteraksi pada permukaannya.
Jackson, dkk. (2011)telah meneliti ikatan dan mekanisme pelepasan beberapa
bahan obat yang menggunakan selulosa nanokristal eksipien. Hasil yang diperoleh
adalah tetrasiklin dan doksorubisin yang sifatnya terionisasi memiliki pelepasan
yang cepat dalam periode 1 hari, sedangkan pelepasan dosetaksel, paklitaksel,
dan etoposida dari selulosa nanokristal yang dimodifikasi permukaannya dengan
setil trimetilamonium bromida (CTAB) pelepasan obatnya terkendali dalam
periode lebih dari 2 hari. Keberadaan gugus-gugus hidroksil pada permukaan
selulosa nanokristal juga memungkinkan derivatisasi selulosa dengan bahan kimia
tertentu. Villanova, dkk. (2011) telah memodifikasi selulosa nanokristal dengan
beberapa akrilat yang kemudian digunakan sebagai eksipien untuk mendapatkan
pelepasan terkendali dari tablet propanolol HCl. Selulosa yang memiliki
kristalinitas yang lebih tinggi akan membuat tablet menjadi lebih kompak dan
keras (Suzuki dan Nakagami, 1999) dan akan mengurangi kemampuan untuk
Tandan buah tanaman Palmae umumnya memiliki kandungan serat yang
tinggi disamping zat-zat lainnya. Seperti pada tandan kosong sawit yang memiliki
kadar serat tinggi pada bagian pangkal dan ujungnya yang keras dan kaku, yaitu
72,67% pada bagian pangkal dan 62,47% pada bagian ujungnya (Darnoko, 1995).
Tidak seperti pada tongkol jagung yang kandungan seratnya hanya 34,02%
(Darliah, 2008). Serat atau selulosa terdiri dari kristal dan amorf. Bagian kristal
dari selulosa menyebabkan serat menjadi keras dan kaku (Darnoko, 1995).
Telah dilaporkan oleh Ohwoavworhua dan Adelakun (2005b) bahwa α-
selulosa diisolasi dari tongkol jagung dan diperoleh rendemen α-selulosa
sebanyak 81,23%. Selanjutnya Ohwoavworhua dan Adelakun (2005ba)
menghidrolisis α-selulosa dari rambut biji Cochlospermum planchonii (Bixaceae)
dan dihasilkan selulosa mikrokristal sebanyak 21% dari bahan awal.
Arenga pinnata (Wurmb) Merr., sinonim Arenga saccharifera Labill.,
family Arecaceae (Palmae), disebut juga aren atau enau banyak didapati di
seluruh Nusantara pada ketinggian hingga sekitar 1220 m di atas permukaan laut.
Pohon inibanyak tumbuh di alam liar dan tidak jarang pula dibudidayakan
(Heyne, 1987). Menurut data yang dikeluarkan Direktorat Jenderal Perkebunan
(Ditjenbun) tahun 2003 total luas yang telah ditanami tanaman aren di seluruh
Indonesia mencapai 60.482 ha (Rumokoi, 2004). Sejak tahun 2007, Presiden telah
mencanangkan program nasional penanaman aren di wilayah Indonesia dengan
anggaran biaya Rp 60 miliar. Luas lahan potensial yang dapat digarap untuk lahan
aren diperkirakan sekitar 65.000 ha yang tersebar di wilayah Sulawesi Utara,
Sulawesi Tenggara, Kalimantan Barat, Kalimantan Timur, Jawa Barat, Jawa
Pohon aren memiliki banyak kegunaan untuk kehidupan manusia, seperti
nira yang dihasilkan dalam bentuk cairan manis dan biji buah aren yang dapat
dijadikan makanan yang biasa disebut kolang-kaling (Florido dan De Mesa,
2003). Pada industri kolang-kaling, terdapat limbah padat berupa tandan dan kulit
buah aren. Tandan yang telah diambil buahnya untuk diolah menjadi kolang
kaling hanya dimanfaatkan sebagai kayu bakar. Tandan aren diharapkan juga
memiliki kadar serat tinggi, seperti halnya tandan buah sawit (kandungan serat 62-
72%). Komponen senyawa kimia yang terdapat pada limbah tandan aren adalah
27,74% lignin, 68,11% holoselulosa, 33,79% α-selulosa, 11,10% kadar air, dan
1,80% ekstraktif (Sumaiyah, dkk., 2013).
Natrium diklofenak merupakan obat antiinflamasi nonsteroid (AINS) tidak
selektif yang berfungsi sebagai analgetik, antipiretik, dan antiradang. Obat ini
praktis tidak larut dalam larutan asam (pKa = 4,0), tetapi larut dalam cairan usus
dan air (Bravo, dkk., 2002). Natrium diklofenak jika digunakan dalam waktu yang
lama dapat menimbulkan efek samping pada saluran cerna, mulai dari dispepsia
sampai perdarahan (Mycek, dkk., 2001). Kerusakan lambung oleh obat ini yang
digunakan secara oral akibat dari cara kerjanya yang menghambat enzim cyclo-
oxygenase (COX)-1 untuk perlindungan mukosa lambung dan COX-2 untuk
peradangan (Tjay dan Kirana, 2002).
Selulosa mikrokristal yang digunakan selama ini masih diimpor dari luar
negeri sehingga harga selulosa mikrokristal dan produk jadi relatif mahal. Untuk
mengatasi hal ini, maka peneliti berminat untuk mencari alternatif bahan
tambahan untuk formulasi cetak langsung dari sumber yang lebih ekonomis.
permukaannya, maka α-selulosa dipreparasi menjadi selulosa nanokristal.
Selulosa mikrokristal dan nanokristal yang diperoleh akan dikarakterisasi dan
digunakan sebagai eksipien pada tablet natrium diklofenak.
Pada penelitian ini tandan aren yang selama ini menjadi limbah dari
industri kolang-kaling akan dimanfaatkan untuk menghasilkan selulosa yang
berguna dalam bidang farmasi. Selulosa dari tandan aren diolah menjadi selulosa
mikrokristal dan nanokristal. Pembuatan selulosa mikrokristal yaitu dengan cara
menghidrolisis α-selulosa tandan aren dengan asam hidroklorida encer. Selulosa
mikrokristal tandan aren (SMTA) yang diperoleh dikarakterisasi dan diaplikasikan
sebagai eksipien pada tablet natrium diklofenak yang dibuat secara cetak
langsung. Karakteristik SMTA yang ditentukan adalah sesuai dengan United State
Pharmacopeia 32-National Formulary 27 (USP 32-NF 27), yaitu organoleptis,
derajat polimerisasi, pH, morfologi, ukuran partikel, berat jenis, kadar abu, logam
berat, susut pengeringan, mikroba, indeks kompresibilitas, porositas, gugus
fungsi, struktur kristal, sifat alir, kompresibilitas, dan toksisitas akut. Nanokristal
selulosa dibuat dengan cara menghidrolisis α-selulosa tandan aren dengan asam
sulfat, dilanjutkan dengan sentrifugasi, dialisis, ultrasonikasi, dan evaporasi.
Setelah itu akan ditentukan karakteristik selulosa nanokristal tandan aren (SNTA)
yang meliputi morfologi, ukuran partikel, gugus fungsi, struktur kristal,
temperatur degradasi, sifat alir, dan kompresibilitas. Karakteristik selulosa
mikrokristal dan nanokristal dari tandan aren ini akan dibandingkan dengan Avicel
yang merupakan selulosa mikrokristal yang tersedia di pasar. Selanjutnya SMTA
SMTA: Organolepis, derajat polimerisasi, pH, morfologi, ukuran parikel, berat jenis, kadar abu, logam berat, susut pengeringan, mikroba, indeks kompresibilitas,
SNTA: Morfologi, ukuran parikel, gugus fungsi, struktur kristal, temperatur degradasi, sifat alir, dan
α-selulosa
Tandan aren Karakterisik
Keseragaman sediaan, keseragaman bobot, kekerasan, friabilitas, waktu hancur
Disolusi Formulasi tablet natrium diklofenak
% pelepasan obat
Sifat isik tablet
keseragaman bobot, kekerasan, friabilitas, waktu hancur tablet, dan % pelepasan
obat yang terlepas dari tablet.
1.2 Kerangka Konsep Penelitian
a. Pembuatan SMTA dan SNTA
Variabel bebas Variabel terikat Parameter
(a)
b. Penggunaan selulosa mikrokristal dan nanokristal dalam tablet natrium
diklofenak
Variabel bebas Variabel terikat Parameter
(b)
SMTA, SNTA, Avicel
Gambar 1.2. Kerangka konsep penelitian (a) pembuatan SMTA dan SNTA, dan (b) penggunaan selulosa mikrokristal dan nanokristal dalam tablet natrium diklofenak
1.3 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah penelitian ini adalah:
1. bagaimana metode preparasi yang optimum dapat menghasilkan selulosa mikrokristal dan nanokristal dari tandan aren?
2. bagaimana karakteristik selulosa mikrokristal dan nanokristal dari tandan aren?
3. apakah selulosa mikrokristal dari tandan aren dapat digunakan sebagai eksipien tablet cetak langsung?
4. bagaimana peranan selulosa nanokristal terhadap pelepasan natrium diklofenak dari tablet?
1.4 Hipotesis Penelitian
Hipotesis penelitian ini adalah:
1. metode preparasi yang optimum dapat menghasilkan selulosa mikrokristal dan nanokristal dari tandan aren
2. selulosa mikrokristal dari tandan aren memiliki karakteristik yang menyamai Avicel PH 102 dan karakteristik selulosa nanokristal tandan aren
berbeda dari selulosa mikrokristal tandan aren dan Avicel
3. selulosa mikrokristal dari tandan aren dapat digunakan sebagai eksipien tablet cetak langsung
1.5 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk:
1. menghasilkan selulosa mikrokristal dan nanokristal dari tandan arendengan metode preparasi yang optimum
2. mengetahui karakteristik selulosa mikrokristal dan nanokristaldari tandan aren dan membandingkannya dengan Avicel PH 102
3. mengetahui selulosa mikrokristal dari tandan aren dapat digunakan sebagai eksipien tablet cetak langsung
4. mengetahui peranan selulosa nanokristal terhadap pelepasan natrium diklofenak dari tablet
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk menyediakan dan mengkarakterisasi
SMTA dan SNTA, juga untuk memanfaatkan limbah tandan aren menjadi produk