BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kitosan
Kitosan adalah poli-(2-amino-2-deoksi-β(1-4)-D-glukopiranosa) dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang diperoleh dari deasetilasi kitin. Kitosan juga dijumpai secara alamiah di beberapa organisme (Sugita, 2009).
O CH2OH
NH2
OH O
n
Gambar 2.1 Struktur Kitosan
(Mardliyati, 2010).
dengan karakteristik yang lebih seragam agar dapat memperuas bidang aplikasinya (Sugita, 2009).
2.1.1 Sifat Fisika-Kimia Kitosan
Sifat dan penampilan produk kitosan dipengaruhi oleh perbedaan kondisi seperti jenis pelarut, konsentrasi, waktu, dan suhu proses ekstraksi. Kitosan dapat diperoleh dengan berbagai macam bentuk morfologi diantaranya struktur yang tidak teratur, bentuknya kristalin atau semikristalin (Harianingsih, 2010).
Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan dengan rotasi spesifik [α]D11 -3 hingga -10o (pada konsentrasi asam asetat 2%). Kitosan larut pada kebanyakan larutan asam organik pada pH sekitar 4,0, tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5, juga tidak larut dalam pelarut air, alkohol, dan aseton. Dalam asam mineral pekat seperti HCl dan HNO3, kitosan larut pada konsentrasi 0,15-1,1%, tetapi tidak larut pada konsentrasi 10%. Kitosan tidak larut dalam H2SO4 pada berbagai konsentrasi, sedangkan di dalam H3PO4 tidak larut pada konsentrasi 1% sementara pada konsentrasi 0,1% sedikit larut. Perlu kita ketahui, bahwa kelarutan kitosan dipengaruhi oleh bobot molekul, derajat deasetilasi, dan rotasi spesifiknya yang beragam bergantung pada sumber dan metode isolasi serta transformasinya (Sugita, 2009).
rasio padatan dan larutan yang tinggi dapat memfasilitasi proses deasetilasi menghasilkan kitosan yang memiliki siaft fisiko-kimia yang memenuhi syarat untuk berbagai aplikasi (Ramadhan, dkk. 2010).
2.1.2 Kegunaan kitosan
Kitosan telah dimanfaatkan dalam berbagai keperluan industri seperti industri kertas dan tekstil sebagai zat aditif, industri pembungkus makanan berupa film khusus, industri metalurgi sebagai adsorban untuk ion-ion metal, industri kulit untuk perekat, photografi, industri cat sebagai koagulan, pensuspensi, dan flokulasi, serta industri makanan sebagai aditif dan penghasil protein tunggal (Suptijah, dkk. 1992).
Karena adanya gugus amino, kitosan merupakan polielektrolit kationik (pKa = 6,5), hal yang sangat jarang terjadi secara alami. Karena sifatnya yang basa ini, maka kitosan :
a. Dapat larut dalam media asam encer membentuk larutan kental, sehingga dapat digunakan untuk pembuatan gel dalam beberapa variasi konfigurasi seperti butiran, membran, pelapis kapsul, serat dan spons.
b. Membentuk kompleks yang tidak larut dalam air dengan polielektrolit anion yang dapat juga digunakan untuk pembuatan butiran gel, kapsul dan membran.
c. Dapat digunakan sebagai pengkelat ion logam berat dimana gelnya menyediakan sistem proteksi terhadap efek destruksi dari ion (Kaban, 2009).
2.1.3 Sifat Antibakteri Kitosan dan Turunannya
Sifat yang penting dari kitosan adalah muatan positif dalam larutan yang bersifat asam. Hal ini disebabkan terdapatnya amin primer pada molekul kitosan yang mengikat proton mnurut persamaan :
Chit-NH2 + H3O+ → Chit-NH3+ + H2O
Harga pKa untuk persamaan di atas sekitar 6,3. Kitosan larut apabila lebih dari 50% dari gugus asam amino diprotonasi, sehingga kelarutan dari pembuatan kitosan kebanyakan menurun dengan tajam pada saat pH larutan naik di atas 6,0-6,5. Konsentrasi yang larut maksimum bervariasi untuk kitosan yang berbeda tapi pada umumnya sekitar 10-20 gl-1 (Varum, 1994).
merupakan polimer alami hasil senyawa turunan kitin sehingga diharapkan aman bagi manusia (Henry, 2007).
Aktivitas antibakteri kitosan berkorelasi erat dengan karakteristik permukaan sel mikroba tersebut. Hal ini dikarenakan muatan positif yang berasal gugus asam amino dalam suasana pH asam (dibawah 6,5) yang menyebabkan depolarisasi membran seluler mikroba sebagai akibat terganggunya integritas dinding sel dari hubungan molekul yang menyebabkan kematian bagi mikroba. Kitosan bersifat antimikroba terhadap berbagai jenis organisme target. Aktifitas sangat bervariasi dengan tipe dari kitosan, organisme target dan lingkungan dimana dilakukan aplikasi (Allan & Hadwiger, 1979).
2.2 Kitosan Nanopartikel
Nano kitosan yaitu kitosan yang memiliki pertikel yang berbentuk padat dengan ukuran sekitar 10 – 1000 nm. Kitosan dalam bentuk nanopartikel ini pun bersifat netral, tidak toksik, dan memiliki stabilitas yang konstan. Nanopartikel ini digunakan dalam berbagai aplikasi yang sangat tidak invasive. Dalam sistem pengantaran obat, nanopartikel berperan sebagai pembawa (carrier) dengan cara melarutkan, menjebak, mengenkapsulasi, atau menempelkan obat di dalam matriksnya. Baru-baru ini, nanopartikel yang berasal dari bahan polimer digunakan sebagai sistem pengantaran obat yang potensial karena kemampuan penyebarannya di dalam organ tubuh selama waktu tertentu, dan kemampuannya untuk mengantarkan protein atau peptida (Mohanraj, 2006).
dan dibilas dengan aquades sampai netral kemudian ditempatkan pada ultrasonic bath untuk memecah partikel gel kitosan menjadi lebih kecil (Szeto, 2007).
Sebagian ahli juga mencoba metode lain untuk menyiapkan kitosan nano dengan menambahkan larutan tripoliposfat kedalam larutan kitosan sehingga diperoleh emulsi kitosan sambil distirer dengan kecepatan 1200 rpm kemudian emulsi di buat pH 3,5 dengan menambahkan asam asetat hasilnya akan berupa suspensi kitosan (Cheung, 2008).
2.3 Natrium Tripolifosfat
Natrium tripolifosfat adalah zat anorganik yang mempunyai rumus Na5P3O10 dan mempunyai berat molekul 367,864. Natrium tripolifosfat adalah garam natrium dari polifosfat penta anion yang berbentuk bubuk putih dan merupakan konjugat basa trifosforic asam. Memiliki kelarutan dalam air 14.5 g/100 mL dan densitas 2.52 g/cm3. Digunakan sebagai komponen dari berbagai produk industri seperti detergen. Natrium tripolifosfat dihasilkan dengan memanaskan campuran stoikiometri dinatrium fosfat (Na2HPO4) dan monosodium fosfat (NaH2PO4) pada kondisi yang dikendalikan secara hati-hati.
2 Na2HPO4 + NaH2PO4 → Na5P3O10 + H2O (Sagala, 2012).
2.4 Logam Seng (Zn)
Zink adalah logam yang berwarna putih-kebiruan, logam ini cukup mudah ditempa dan liat pada suhu 110-150oC. Zink melebur pada 410oC dan mendididih pada 906oC. Logamnya yang murni melarut lambat sekali dalam asam (Svehla, 1979).
Zink merupakan salah satu dari golongan logam esensial yang terdapat pada kebanyakan makanan khususnya makanan yang kadar proteinnya tinggi seperti kerang dan makanan-makanan laut. Zink dapat menimbulkan efek toksik bila dikonsumsi pada dosis tinggi. Zink tidak bersifat toksik pada manusia jika dikonsumsi 1 gram/hari tetapi berbahaya jika dikonsumsi lebih dari 10 gram/hari. Pada manusia seng merupakan unsur yang terlibat dalam sejumlah besar enzim yang mengkatalisis reaksi metabolik yang vital. Karena fasilitasnya yang digunakan dalam sintesis DNA dan RNA dan partisipasinya dalam metabolisme protein (Darmono, 1995).
2.5 Ultrasonik Bath
Ultrasonic menggunakan gelombang suara dengan frekuensi tinggi untuk proses agitasi dalam larutan. Kavitasi gelembung disebabkan oleh proses agitasi pada kontaminan yang terdapat dalam substrat. Proses ini juga berguna dalam blind-hole, peretakan dan peredaman (Todd, 1970). Proses degradasi bergantung kepada berat molekul, yaitu molekul dengan rantai panjang lebih utama dihilangkan dan polidispersitas polimer berubah. Dengan demikian degradasi dapat digunakan sebagai proses tambahan sebagai parameter dalam mengontrol distribusi berat molekul. Produk utama degradasi diperoleh ketika bahan radikal yang timbul dari kerusakan ikatan homolytic sepanjang rantai (Tabata, 1980).
volatilitas yang lebih rendah juga. Sonikasi pada suhu yang lebih tinggi atau dalam pelarut yang mudah menguap menghasilkan uap lebih banyak masuk ke gelembung dan terjadi penurunan pelunakan sehingga tingkat kekerasannya berkurang. Dalam larutan encer rantai polimer tidak terjerat dan bebas untuk bergerak dalam daerah aliran sekitar gelembung. Degradasi lebih efisien pada intensitas ultrasonik yang lebih tinggi karena semakin banyak jumlah gelembung dengan jari-jari yang lebih besar (Suslick & Price, 1999).
Efek kimia dari gelombang ultrasonik, tidak secara langsung berinteraksi dengan molekul-molekul untuk menginduksi suatu perubahan kimiawi. Ini karena panjang gelombang ultrasonik yang terlalu panjang jika dibandingkan dengan panjang gelombang molekul–molekul. Interaksi gelombang ultrasonik dengan molekul–molekul terjadi melalui media perantara berupa cairan. Gelombang yang dihasilkan oleh tenaga listrik (lewat tranduser) diteruskan oleh media cair ke medan yang dituju melalui fenomena kavitasi akustik yang menyebabkan terjadinya temperatur dan tekanan lokal ektrem dalam cairan dimana reaksi terjadi (Wardiyati et al, 2004).
2.6 Bakteri
Bakteri merupakan mikroba dengan dinding sel yang berfungsi melindungi protoplast. Protoplast terdiri dari membran sitoplasma yang memagari komponen-komponen dalam struktur lainnya antara lain ribosom dan kromosom yang ada di dalamnya. Bakteri adalah salah satu kelompok protista yang termasuk dalam prokariotik yaitu protista yang tidak memiliki membran inti (Hasyimi, 2010).
0,5 - 10μ dan lebar 0,5 – 2,5μ. Bakteri memiliki berat jenis 1,05 – 1,1 g cm-3 dan berat sekitar 10-12 g sebagai partikel kering (Buckle, 2007).
2.6.1 Bioindikator Bakteri
a. Escherichia
Berbentuk batang lurus, 1,1-1,5 μm x 2,0-6,0 μm, motil dengan flagelum peritrikus atau nonmotil. Gram negatif dan dapat tumbuh dengan mudah pada medium nutrien sederhana (Pelczar, 2005). Klasifikasi Escherichia coli adalah menurut Fardiaz (1993) adalah sebagai berikut:
Kingdom : Eubacteria Divisio : Proteobacteria
Classis : Gamma Proteobacteria Ordo : Enterobacteriales Familia : Enterobacteriaceae Genus : Escherichia
Species : Escherichia coli
Gambar 2.2 Bentuk koloni Escherichia coli
b. Staphylococcus
Staphylococcus aureus merupakan bakteri gram positif yang memiliki hanya satu dinding sel sehingga senyawa yang bersifat sebagai antibakteri akan lebih mudah untuk merusak dinding sel bakteri ini (Gambar 2.3). Staphylococcus aureus dapat menyebabkan beberapa macam kerugian yaitu menyebabkan makanan menjadi beracun, sindrom racun, infeksi kulit dan luka sehigga perlu diketahui senyawa yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri ini (Kunkel, 1999).
Gambar 2.3 Bentuk koloni Staphylococcus aureus
Klasifikasi Staphylococcus aureus menurut Fardiaz (1993) adalah sebagai
berikut :
Divisio : Firmicutes Classis : Bacilli Ordo : Bacillales
Familia : Staphylococcaceae Genus : Staphylococcus Species : Staphylococcus aureus
Sel-sel berbentuk bola, berdiameter 0,5 sampai 1,5 μm, terdapat tunggal dan berpasangan, dan secara khas membelah diri pada lebih dari satu bidang sehingga membentuk gerombol yang tak teratur. Nonmotil dan merupakan gram positif. Tidak diketahui adanya stadium istirahat. Dinding sel mengandung dua komponen utama: peptidoglikan serta asam tekoat yang berkaitan dengannya. Kemoorganotrof, anaerob fakultatif, metabolisme dengan respirasi dan fermentatif serta tumbuh lebih cepat dan lebih banyak dalam keadaan aerobik. Suhu optimim 35 sampai 40oC. Terutama berasosiasi dengan kulit, kelenjar kulit dan selaput lendir hewan berdarah panas. Kisaran inangnya luas dan banyak galur merupakan patogen potensial (Pelczar, 2005).
2.6.2 Pengujian Antibakteri
Pengujian mikrobiologi memanfaatkan mikroorganisme sebagai indikator pengujian. Kegunaan uji antimikroba adalah diperolehnya senyawa antibakteri yang efektif dan efisien. Terdapat bermacam-macam metode uji antimikroba seperti dijelaskan berikut ini:
1. Metoda difusi agar
a) Cara Kirby Bauer / disc diffusion
Beberapa koloni kuman dari pertumbuhan 24 jam diambil, disuspensikan ke dalam 0,5 ml BHI cair, diinkubasikan 5-8 jam pada 37°C. Suspensi ditambah akuades steril hingga kekeruhan tertentu sesuai dengan standar konsentrasi bakteri 108 CFU per ml. Kapas lidi steril dicelupkan ke dalam suspensi bakteri lalu ditekan-tekan pada dinding tabung hingga kapasnya tidak terlalu basah, kemudian dioleskan pada permukaan media agar hingga rata. Kemudian kertas samir (disk) yang mengandung antibakteri diletakkan di atasnya, diinkubasi pada 37° selama 18-24 jam. Hasilnya dibaca:
1) Zona radikal yaitu suatu daerah di sekitar disk dimana sama sekali tidak ditemukan adanya pertumbuhan bakteri. Potensi antibakteri diukur dengan mengukur diameter dari zona radikal.
2) Zona irradikal yaitu suatu daerah di sekitar disk dimana pertumbuhan bakteri dihambat oleh antibakteri tetapi tidak dimatikan.
b) Cara Sumuran / cup plat
Beberapa koloni kuman dari pertumbuhan 24 jam diambil, disuspensikan ke dalam 0,5 ml BHI cair, diinkubasikan 5-8 jam pada suhu 37°C. Suspensi ditambah akuades steril hingga kekeruhan tertentu sesuai dengan standar konsentrasi bakteri 108 CFU per ml. Kapas lidi steril dicelupkan ke dalam suspensi bakteri lalu ditekan-tekan pada dinding tabung hingga kapasnya tidak terlalu basah, kemudian dioleskan pada permukaan media agar hingga rata. Media agar dibuat sumuran dengan garis tengah tertentu, ke dalam sumuran diteteskan larutan antibakteri kemudian diinkubasi pada 37°C selama 18-24 jam. Hasilnya dibaca seperti pada cara Kirby Bauer
c) Cara silinder plat
2. Metoda dilusi
Metode dilusi dibedakan menjadi dua, yaitu dilusi cair (broth dilution) dan dilusi padat (solid dilution).
a. Metode dilusi cair, digunakan unutk mengukur MIC atau kadar hambat minimum dan MBC atau kadar bunuh minimum. Cara yabg dilakukan adalah dengan memberi seri pengenseran agen antimikroba pada medium cair yang ditambahkan dengan mikroba uji. Larutan uji agen antimikroba pada kadar terkecil yang terlihat jernih tanpa adanya pertumbuhan mikroba uji ditetapkan sebagai KHM. Larutan yang ditetapkan sebagi KHM tersebut selanjutnya dikultur ulang pada media cair tanpa penambahan mikroba uji ataupun agen antimikroba dan diikubasi selama 18-24 jam. Media cair yang tetap terlihat jernih setelah diinkubasi ditetapkan sebagai KMB.
b. Metode dilusi padat, metode ini serupa dengan metode dilusi cair namun menggunakan media padat (soil). Keuntungan metode ini adalah suatu konsentrasi agen antimikroba yang diuji dapat digunakan untuk menguji beberapa mikroba uji (Pratiwi, 2008).
2.7 Spektroskopi FT-IR
Pengukuran pada spektrum inframerah dilakukan pada cahaya inframerah tengah (mid-infrared) yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 μm atau bilangan gelombang 4000 – 200 cm-1. Energi yang dihasilkan oleh radiasi ini akan menyebabkan vibrasi atau getaran pada molekul. Pita absorbsi inframerah sangat khas dan spesifik untuk setiap tipe ikatan kimia atau gugus fungsi. Spektrum yang dihasilkan berupa grafik yang menunjukkan persentase transmitan yang bervariasi pada setiap frekuensi radiasi inframerah (Dachriyanus, 2004).
Jumlah energi yang diserap juga bervariasi untuk setiap ikatan. Hal ini disebabkan terjadinya perubahan momen ikatan suatu absorbsi. Ikatan non polar (C-H atau C-C) pada umumnya akan memberikan absorbansi lemah, sedangkan ikatan polar (C-O) akan terlihat sebagai absorbansi yang kuat. Spektroskopi FTIR dapat digunakan untuk analisa kualitatif maupun kuantitatif. Analisa kualitatif spektroskopi FTIR secara umum dipergunakan untuk identifikasi ggus-gugus fungsional yang terdapat dalam suatu senyawa yang dianalisa (Silverstein, 1986).
Analisa kuantitatif dari spektroskopi FTIR dapat dilakukan berdasarkan spektra inframerah yang dihasilkan, salah satu contohnya adalah penentuan derajat deasetilasi dari kitin dan kitosan menggunakan persamaan Domszy dan Roberts (Sugita, 2009).
dimana : A1655 = absorbansi pada bilangan gelombang 1655 cm-1 A3450 = absorbansi pada bilangan gelombang 3450 cm-1 1,33 = tetapan yang diperoleh dari perbandingan A1655 / A3450
2.8 Scanning Elektron Microscopy (SEM)
SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara makroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar x, electron sekunder, absorbs elektron. Adanya material lain dalam suatu matriks seperti dispersi material tersebut menyebabkan terjadinya perubahan pada permukaan spesimen. Untuk melihat parubahan dalam bahan tersebut dapat dilakukan suatu analisa permukaan, dimana alat yang biasa digunakan adalah SEM.
Teknik SEM pada hakikatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan yang diperoleh merupakan gambar tofografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang permukaan. Gambar tofografi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh detektor dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas yang menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar di monitor dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam kedalam suatu disket. (wirjosentono, 1996)
