1 BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Emulsi merupakan suatu sistem dispersi, dimana salah satu fase terdispersi dalam fase lainnya dengan adanya suatu zat pengemulsi (Calderon dkk., 2007). Emulsi terbagi menjadi dua tipe, yaitu emulsi sederhana atau emulsi ganda. Emulsi sederhana dapat berbentuk emulsi air dalam minyak (A/M) atau emulsi minyak dalam air (M/A). Emulsi ganda dapat berbentuk emulsi air dalam minyak dalam air (A/M/A) atau emulsi minyak dalam air dalam minyak (M/A/M). Tipe emulsi akan mempengaruhi sifat-sifat fisik emulsi. Selain itu, tipe emulsi yang berbeda juga dapat menghasilkan pelepasan zat yang berbeda (Ainurofiq, 2006). Oleh sebab itu, dalam kontrol kualitas suatu emulsi, determinasi tipe emulsi merupakan hal mendasar yang perlu dilakukan.
Beberapa sifat fisik emulsi yang umumnya dipengaruhi oleh tipe emulsi tersebut adalah viskositas, pemisahan fase, dan ukuran droplet. Emulsi sederhana A/M dapat memiliki viskositas yang berbeda dengan emulsi ganda A/M/A. Hal ini dapat disebabkan salah satunya oleh penambahan emulgator golongan hidrokoloid seperti karbopol, carboxymethylcellulose, atau xanthan gum pada fase eksternal emulsi ganda A/M/A dapat membuat viskositas emulsi ganda lebih tinggi dibandingkan emulsi sederhana (Aserin, 2008). Karena memiliki viskositas yang mungkin berbeda, emulsi sederhana dan emulsi ganda dapat memiliki pemisahan
fase yang berbeda pula. Hal ini dijelaskan dengan hukum Stokes, dimana viskositas merupakan salah satu faktor penentu laju pemisahan emulsi (Tan, 2004). Tipe emulsi juga menentukan ukuran droplet fase terdispersi. Droplet yang terdispersi pada emulsi ganda mengandung droplet-droplet berukuran lebih kecil yang berbeda fase, sehingga ukuran droplet emulsi ganda akan lebih besar daripada emulsi sederhana (Aserin, 2008).
Tipe emulsi juga dapat mempengaruhi pelepasan zat dari sediaan. Sistem emulsi ganda memiliki lebih banyak lapisan yang dapat menahan lepasnya zat dari emulsi dibandingkan dengan emulsi sederhana. Untuk dapat lepas dari sediaan, suatu zat yang terlarut dalam fase air internal dalam suatu emulsi ganda A/M/A harus melewati barrier berupa lapisan minyak dan lapisan air eksternal (Benichou dan Aserin, 2008). Sedangkan, apabila tipe emulsinya adalah emulsi sederhana A/M, zat tersebut hanya perlu melewati satu lapisan minyak saja untuk lepas dari emulsi. Oleh karena itu, emulsi bertipe A/M/A lebih berpotensi untuk menjadi agen
prolonged release dibandingkan emulsi tipe A/M (Pal, 2011). Pelepasan suatu zat
aktif dari emulsi ganda dapat terjadi melalui dua mekanisme. Mekanisme pertama melalui breakdown droplet sebagai akibat dari aliran osmosis air ke fase internal dan peristiwa koalesens partikel, sementara mekanisme kedua melalui lepasnya zat melalui lapisan minyak yang berfungsi sebagai membran permeabel, dimana zat aktif berdifusi dari fase internal (Aserin, 2008).
Untuk mengetahui pemisahan yang terjadi pada emulsi sederhana dan emulsi ganda, dapat dilakukan uji stabilitas dipercepat, yaitu dengan menempatkan emulsi pada stress condition. Menurut Block (1996), fluktuasi suhu dapat menjadi
stress condition yang dapat digunakan untuk mengamati pemisahan yang terjadi
pada emulsi. Salah satu pilihan metode untuk uji stabilitas dipercepat yang menggunakan fluktuasi suhu adalah metode cycling. Dalam metode ini, suhu yang digunakan untuk pengujian menggambarkan suhu paling ekstrim yang mungkin terjadi selama sediaan atau produk dipakai dan disimpan oleh konsumen yang terbatas pada daerah geografis tertentu (Ford dkk., 2004).
Sifat emulsi yang mampu melepaskan zat secara perlahan-lahan dapat dimanfaatkan dalam dunia kosmetik, salah satunya adalah untuk formulasi
lipcream yang warnanya dapat bertahan lama dengan sekali aplikasi. Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives Monographs 11 menyatakan
bahwa zat warna yang diperbolehkan European Union dan World Health
Organization untuk makanan dan kosmetik salah satunya adalah Ponceau 4R
(E124). Zat warna ini berupa bubuk merah gelap dan bersifat larut dalam air. Dipilih zat warna larut air karena zat warna tersebut diinginkan untuk berada pada fase air internal emulsi A/M dan A/M/A sehingga dapat lebih menghasilkan efek lepas lambat daripada jika berada di fase minyak.
Untuk membuat emulsi A/M, diperlukan suatu surfaktan lipofil untuk mengurangi tegangan antarmuka air-minyak. Span 80 mampu menstabilkan fase air yang terdispersi dalam fase minyak seperti parafin cair (Calderon dkk., 2007). Span 80 juga memiliki toksisitas dan sifat iritan yang rendah sehingga banyak digunakan dalam sediaan topikal (Kim, 2004). Untuk pembuatan emulsi A/M/A, dapat digunakan sodium carboxymethylcellulose (CMC Na) sebagai agen pengental untuk menaikkan viskositas dan stabilitas emulsi (Aserin, 2008).
Dipilih kedua jenis emulgator ini karena keduanya telah banyak digunakan dan tidak saling berinteraksi pada sistem emulsi.
Penelitian ini bertujuan untuk memformulasi dan menguji sifat-sifat fisik emulsi A/M dan A/M/A berupa determinasi tipe emulsi, viskositas, ukuran droplet, pemisahan fase setelah melalui uji cycling, serta evaluasi pelepasan zat warna. Emulsi A/M dibuat dengan konsentrasi Span 80 5%, 10%, 15%, dan 20%. Emulsi A/M/A dibuat dengan konsentrasi CMC Na 1%, 2%, dan 3%. Determinasi tipe emulsi dan ukuran droplet emulsi dianalisis secara deskriptif. Data pemisahan fase dan viskositas antarkonsentrasi emulgator dianalisis dengan ANOVA satu jalan, sedangkan pemisahan fase, viskositas, dan pelepasan zat warna antartipe emulsi dianalisis dengan Independent-Samples T Test jika data berdistribusi normal dan dengan Mann-Whitney jika tidak berdistribusi normal.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh tipe emulsi A/M dan A/M/A terhadap sifat-sifat fisik yang meliputi tipe emulsi, pemisahan fase, viskositas, dan ukuran droplet emulsi?
2. Bagaimana pengaruh tipe emulsi A/M dan A/M/A terhadap pelepasan zat warna Ponceau 4R dari sediaan?
C. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi pertimbangan bagi penelitian selanjutnya yang bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat dan pola pelepasan zat dari emulsi sederhana dan emulsi ganda, serta pemanfaatan emulsi sebagai agen prolonged release untuk obat-obatan, kosmetik, ataupun makanan.
D. Tujuan Penelitian
1. Memformulasikan emulsi A/M dan A/M/A serta menentukan pengaruh tipe emulsi terhadap sifat-sifat fisik yang meliputi tipe emulsi, pemisahan fase, viskositas, dan ukuran droplet emulsi
2. Menentukan pengaruh tipe emulsi A/M dan A/M/A terhadap pelepasan zat warna Ponceau 4R dari emulsi
E. Tinjauan Pustaka 1. Emulsi
Emulsi adalah suatu sistem dispersi yang terdiri dari dua cairan tak saling campur, dimana salah satu cairan terdispersi dalam cairan yang lain dengan adanya suatu surface-active agents. Emulsi umumnya dibuat dari dua fase dimana tegangan antar-mukanya bukan nol. Emulsi merupakan salah satu contoh dari koloid metastabil (Calderon dkk., 2007). Sistem emulsi dapat memiliki beberapa wujud mulai dari lotion yang memiliki viskositas relatif rendah sampai sediaan semipadat seperti salep dan krim. Diameter fase terdispersi umumnya berkisar antara 0,1
sampai 10µm, tetapi dalam beberapa sediaan dapat berukuran lebih kecil atau lebih besar (Sinko, 2011).
Fase dispers pada emulsi dianggap sebagai fase dalam dan medium dispers sebagai fase luar atau fase kontinyu. Emulsi yang memiliki fase dispers berupa air dan medium dispers berupa minyak disebut emulsi air dalam minyak dan biasanya diberi tanda sebagai emulsi A/M. Sebaliknya, jika fase minyak terdispersi dalam fase air, maka disebut emulsi minyak dalam air dan biasanya diberi tanda sebagai emulsi M/A (Aserin, 2008). Karena fase luar dari suatu emulsi bersifat kontinyu, suatu emulsi minyak dalam air bisa diencerkan atau ditambah dengan air atau suatu preparat dalam air (Ansel, 2005).
Ada beberapa teori yang menjelaskan bagaimana terbentuknya emulsi, yaitu teori penurunan tegangan permukaan, oriented-wedge theory, dan teori lapisan antarmuka atau teori plastik (Anief, 2007). Menurut teori penurunan tegangan permukaan, surfaktan atau surface active agent dapat menurunkan tegangan antarmuka dari kedua cairan yang tidak saling bercampur (Ansel, 2005). Surfaktan dapat mengurangi tegangan antarmuka karena teradsorpsi pada antarmuka air-minyak dan membentuk lapisan film monomolekuler (Sinko, 2011).
Menurut oriented-wedge theory, emulsi terbentuk karena adanya kelarutan selektif dari bagian molekul emulgator, ada yang bersifat polar dan ada yang bersifat nonpolar. Emulgator akan menempatkan diri pada antarmuka air-minyak, dimana bagian lipofilik berada pada fase minyak dan bagian hidrofilik berada pada fase air (Anief, 2007). Dengan demikian, emulgator seolah menjadi pengikat
yang menyatukan dua cairan yang tidak saling campur. Fase dimana emulgator lebih larut umumnya akan menjadi fase kontinyu atau medium dispers (Ansel, 2005).
Teori plastik atau teori lapisan antarmuka menyatakan bahwa emulgator akan diserap pada batas air-minyak sehingga terbentuk lapisan tipis atau film yang mengelilingi tetesan fase dispers. Lapisan ini mencegah kontak atau berkumpulnya droplet-droplet sejenis (Anief, 2007). Makin lunak dan kuat lapisan tersebut, emulsi akan semakin stabil, dengan catatan bahwa jumlah zat pengemulsi cukup untuk melingkupi seluruh permukaan dari tiap tetesan fase dalam. Dalam kenyataannya, dalam suatu sistem emulsi, lebih dari satu teori emulsifikasi berperan dalam menjelaskan pembentukan dan kestabilan emulsi tersebut (Ansel, 2005). Tidak ada teori emulsifikasi universal yang dapat diterapkan pada semua emulsi (Sinko, 2011).
2. Emulsi Ganda
Emulsi ganda atau multiple emulsion merupakan suatu sistem dispersi cairan kompleks yang dikenal dengan istilah ‘emulsi dalam emulsi’, dimana droplet suatu dispersi cairan (air dalam minyak atau minyak dalam air) didispersikan ke cairan lainnya (air atau minyak) untuk menghasilkan emulsi ganda A/M/A atau M/A/M (Lutz dan Aserin, 2008). Umumnya, diameter droplet rata-rata pada emulsi ganda sedikit lebih besar daripada emulsi biasa, berkisar antara 15-50 µm. Beberapa dapat berukuran lebih kecil, antara 2-5 µm yang
terdiri dari satu atau beberapa droplet air untuk setiap globul minyak (Garti dan Bisperink, 1998).
Emulsi ganda, utamanya yang bertipe A/M/A merupakan sistem penghantar yang potensial bagi zat-zat hidrofilik. Efek lepas lambat yang dapat diberikan oleh emulsi ganda dimanfaatkan untuk penghantaran vaksin, vitamin, enzim, dan hormon dalam dunia farmasi (Calderon dkk., 2007). Emulsi ganda juga dapat diaplikasikan dalam industri kosmetik untuk memberikan feel yang nyaman dalam pemakaian dan pelepasan lambat dari zat aktif (Lutz dan Aserin, 2008).
Gambar 1. Skema proses pembentukan emulsi ganda A/M/A dengan dua tahap (Garti dan Benichou, 2004)
Proses pembuatan emulsi ganda dapat dilihat pada Gambar 1, dimana pada umumnya emulsi ganda dibuat melalui dua tahap emulsifikasi dengan dua jenis
emulgator. Emulgator hidrofobik didesain untuk menstabilkan emulsi air dalam minyak sedangkan emulgator hidrofilik digunakan untuk menstabilkan emulsi minyak dalam air. Emulgator lipofilik dicampur dengan fase minyak kemudian ditambahkan fase air dan dilakukan pengadukan. Emulsi A/M yang terbentuk ditambahkan ke dalam campuran air dan emulgator hidrofilik lalu dilakukan pengadukan hingga terbentuk emulsi ganda A/M/A (Garti dan Benichou, 2004). Pembuatan emulsi air dalam minyak menggunakan kondisi kecepatan pengadukan yang tinggi agar memperoleh droplet yang berukuran kecil. Tahap emulsifikasi kedua dibuat tanpa pengadukan berlebihan karena dapat merusak droplet emulsi primer sehingga hanya akan menghasilkan emulsi minyak dalam air (Garti, 1997).
3. Emulgator
Ada beberapa jenis emulgator yang digunakan dalam pembuatan emulsi, yaitu surfaktan, hidrokoloid, dan zat padat halus yang terdispersi. Surfaktan bisa bersifat ionik ataupun non-ionik. Dalam zat anionik, bagian lipofilik bermuatan negatif, sedangkan dalam zat kationik, bagian ini bermuatan positif. Oleh karena itu, surfaktan anionik dan kationik cenderung saling menetralkan apabila terdapat dalam satu sistem yang sama. Surfaktan non-ionik tidak menunjukkan kecenderungan untuk mengion (Ansel, 2005). Kemampuan surfaktan dalam menstabilkan emulsi bergantung pada penurunan energi bebas permukaan, pembentukan lapisan monolayer, dan adanya surface charge dapat menyebabkan partikel saling tolak-menolak sehingga turut membantu menstabilkan emulsi (Sinko, 2011).
Surfaktan lipofilik seperti span 80 dapat digunakan untuk menstabilkan emulsi A/M (Calderon dkk., 2007). Hidrofilisitas dari span 80 berasal dari gugus hidroksil pada cincin siklik jenuh. Bagian hidrokarbon dari span 80 berada pada fase minyak dan radikal sorbitan berada pada fase air. Karena termasuk surfaktan nonionik, mekanisme span 80 dalam menstabilkan emulsi bukan melalui tolak-menolak listrik antar droplet fase dispers, melainkan melalui pembentukan lapisan film di antarmuka air-minyak dan halangan sterik antardroplet serta mencegah koalesens (Kim, 2004).
Hidrokoloid merupakan kelompok heterogen dari polimer rantai panjang (polisakarida dan protein) yang mampu membentuk dispersi kental dan/atau gel ketika didispersikan dalam air. Adanya gugus hidroksil (-OH) dalam jumlah besar dapat meningkatkan kemampuan mengikat molekul air. Hidrokoloid dapat menghasilkan sebuah dispersi intermediet antara larutan dan suspensi, yang menunjukkan sifat-sifat koloid. Hidrokoloid mampu membentuk lapisan film multimolekuler dan menaikkan viskositas emulsi sehingga menghalangi droplet-droplet untuk bergabung (Sinko, 2011). Carboxymethylcellulose atau CMC merupakan salah satu hidrokoloid yang digunakan untuk menstabilkan emulsi M/A. CMC menstabilkan emulsi dengan pembentukan lapisan film multimolekuler yang kuat dan elastis pada antarmuka air-minyak dan memberikan perlindungan mekanis dari koalesens (Kim, 2004). Hidrokoloid lain yang umumnya digunakan adalah xanthan gum, guar gum, karagenan, dan derivat selulosa lainnya (Lutz dan Aserin, 2008).
Zat padat seperti bentonit, magnesium hidroksida, dan aluminium hidroksida umumnya membentuk emulsi M/A jika bahan tersebut ditambahkan ke fase air dan jika ada sejumlah volume fase air yang lebih besar daripada fase minyaknya. Namun, jika ditambahkan ke dalam minyak dan volume fase minyak lebih besar, suatu zat seperti bentonit dapat membentuk emulsi A/M (Ansel, 2005). Zat padat halus teradsorpsi pada antarmuka dua cairan dan membentuk lapisan partikel di sekitar droplet fase dispers. Tiga jenis emulgator ini sama-sama dapat membentuk lapisan film, baik monomolekuler, multimolekuler, atau partikulat (Sinko, 2011).
4. Kestabilan Emulsi
Stabilitas emulsi merupakan suatu hal yang penting untuk diperhatikan. Ketidakstabilan yang dapat terjadi terhadap emulsi di antaranya adalah flokulasi dan creaming, koalesens dan breaking, perubahan fisika kimia, dan inversi fase (Sinko, 2011). Selain itu, emulsi juga dapat mengalami ketidakstabilan biologi, seperti adanya kontaminasi dan pertumbuhan mikroba (Ansel, 2005). Peristiwa
creaming dari suatu emulsi berkaitan dengan persamaan Stokes:
V =
𝑑2(𝜌1−𝜌2)𝑔18𝜂 (1)
keterangan: V = kecepatan jatuhnya suatu partikel bulat g = konstanta gravitasi
d = diameter rata-rata partikel 𝜌1 = kerapatan partikel bulat 𝜌2 = kerapatan cairan
Menurut persamaan (1) di atas, laju pemisahan dari fase dispers dapat dihubungkan dengan faktor-faktor seperti ukuran droplet dari fase dispers, perbedaan kerapatan antarfase, dan viskositas fase luar. Laju pemisahan meningkat dengan makin besarnya ukuran droplet fase dalam, makin besarnya perbedaan kerapatan kedua fase, dan berkurangnya viskositas fase luar (Ansel, 2005). Oleh karena itu, untuk meningkatkan stabilitas suatu emulsi, ukuran droplet harus dibuat sehalus mungkin, perbedaan kerapatan antarfase harus sekecil mungkin, dan viskositas fase luar harus cukup tinggi (Sinko, 2011).
Agregat dari bulatan fase dalam cenderung naik ke permukaan atau jatuh ke dasar emulsi. Terjadinya bulatan-bulatan tersebut disebut creaming. Upward
creaming terjadi jika fase dispers memiliki kerapatan lebih rendah daripada
medium dispers, sedangkan downward creaming terjadi jika fase dispers memiliki kerapatan lebih tinggi daripada medium dispers (Sinko, 2011). Kecepatan creaming dapat dikurangi dengan cara mengecilkan ukuran droplet, menyamakan berat jenis dari dua fase, dan menambah viskositas meedium dispers. Creaming merupakan suatu proses bolak-balik dan seringkali tidak menyebabkan masalah stabilitas yang serius, tetapi dapat memberikan kesan yang buruk pada produk (Kim, 2004).
Koalesens terjadi ketika dua droplet saling mendekati satu sama lain dan tidak ada pembatas di antara kedua droplet tersebut (Kim, 2004). Peristiwa ini dapat mengarah kepada penggabungan bulatan-bulatan fase dalam dan pemisahan emulsi tersebut menjadi suatu lapisan. Peristiwa ini disebut breaking dan emulsinya disebut “pecah” atau “retak” (cracking), dimana sifatnya adalah
ireversibel karena lapisan pelindung di sekitar bulatan fase terdispersi tidak ada lagi (Ansel, 2005). Inversi fase terjadi ketika medium dispers pada suatu emulsi menjadi fase dispers atau sebaliknya. Peristiwa ini dapat terjadi karena perubahan rasio volume masing-masing fase, perubahan suhu, atau perubahan tekanan (Calderon dkk., 2007).
Gambar 2. Ketidakstabilan emulsi ganda A/M/A (Mezzenga dkk., 2004)
Ketidakstabilan yang dapat terjadi pada emulsi ganda A/M/A dijelaskan pada Gambar 2. Pada emulsi ganda A/M/A, koalesens dapat terjadi baik antara droplet-droplet air internal maupun antara droplet-droplet minyak. Peristiwa ini akan menyebabkan peningkatan ukuran droplet air maupun minyak (Lutz dan Aserin, 2008). Selain itu, ketidakstabilan yang dapat terjadi pada emulsi ganda A/M/A adalah difusi air dan molekul yang terlarut di dalamnya melintasi lapisan minyak dari fase air internal ke fase air eksternal atau sebaliknya, tergantung dari gradien tekanan osmosis antara dua fase air. Air dari fase internal yang berdifusi ke luar akan mengosongkan droplet internal sehingga emulsi A/M/A akan berubah
menjadi emulsi M/A. Transpor air dari fase eksternal ke fase internal dapat menyebabkan pecahnya fase air dalam. Dengan demikian, emulsi ganda tipe A/M/A dapat rusak atau pecah karena tekanan osmotik yang tidak sama antara fase air internal dan eksternal. Penambahan elektrolit seperti NaCl atau non-elektrolit seperti protein atau glukosa dapat membantu menyamakan tekanan osmotik antara kedua fase air (Rosen, 2005).
Pada emulsi ganda A/M/A, droplet minyak dapat mengalami creaming, flokulasi, dan koalesens. Ketidakstabilan ini dapat dikurangi dengan mengecilkan ukuran droplet minyak atau meningkatkan viskositas dari fase air eksternal melalui penambahan stabilisator polimerik atau thickener (Lutz dan Aserin, 2008).
5. Kontrol Kualitas Emulsi
Beberapa kontrol stabilitas yang dapat dilakukan terhadap suatu sediaan emulsi adalah :
a. Determinasi tipe emulsi
Tipe emulsi dapat ditentukan dengan beberapa cara (Anief, 2007): 1). Pengukuran daya hantar (konduktivitas elektrik)
Apabila elektroda yang terhubung dengan lampu dan sumber listrik dicelupkan ke dalam emulsi dapat mengakibatkan menyalanya lampu pada alat uji, maka tipe emulsi tersebut adalah M/A. Sebaliknya, apabila lampu tidak menyala, maka tipe emulsi tersebut adalah M/A.
Hal ini disebabkan karena air memiliki sifat penghantar listrik yang lebih baik daripada minyak.
2). Metode pengenceran fase
Suatu emulsi dikatakan bertipe M/A apabila dapat segera diencerkan dengan air dan bertipe emulsi A/M apabila tidak dapat diencerkan dengan air.
3). Metode warna
Dalam metode ini digunakan dua jenis pewarna, yang pertama adalah pewarna yang larut dalam air dan yang kedua larut dalam minyak. Pewarna yang dapat digunakan misalnya biru metilen atau amaranth untuk pewarna larut air dan sudan III untuk pewarna larut minyak. Emulsi yang terwarnai homogen oleh pewarna larut air adalah emulsi tipe M/A dan emulsi yang terwarnai oleh pewarna larut minyak adalah emulsi tipe A/M.
4). Metode pembasahan kertas saring
Emulsi diteteskan di atas kertas saring kemudian diamati ada tidaknya cincin air di sekeliling tetesan emulsi. Apabila terbentuk cincin air, maka tipe emulsi adalah M/A.
5). Metode fluoresensi
Emulsi yang semua bagiannya terfluoresensi ketika diamati di bawah mikroskop dengan sinar fluoresen memiliki tipe A/M, sedangkan emulsi yang hanya menampakkan noda-noda kecil dengan sinar fluoresen adalah emulsi yang bertipe M/A.
b. Sifat reologi
Kebanyakan emulsi memiliki sifat alir non-Newton. Sifat alir emulsi dapat dipengaruhi oleh fase dispers, medium dispers, dan emulgator. Faktor-faktor yang berkaitan dengan fase dispersi adalah rasio volume, distribusi ukuran partikel, dan viskositas dari fase internal itu sendiri. Sistem akan memiliki sifat Newtonian jika volume droplet emulsi dibanding total volume emulsi adalah kurang dari 0,05. Jika lebih dari nilai tersebut, sistem akan semakin resisten untuk mengalir dan mulai menunjukkan ciri aliran pseudoplastik. Viskositas emulsi akan meningkat seiring mengecilnya ukuran partikel dan menyempitnya distribusi ukuran partikel. Faktor yang juga mempengaruhi sifat alir emulsi adalah medium dispers. Berkurangnya viskositas seiring dengan peningkatan shear dapat terjadi karena meningkatnya jarak yang memisahkan globul-globul (Sinko, 2011).
Selain itu, sifat alir juga berkaitan dengan tipe emulgator. Tipe emulgator dapat mempengaruhi flokulasi dan tarik-menarik antarpartikel. Emulgator yang termasuk dalam golongan hidrokoloid menstabilkan emulsi dengan membentuk film multimolekuler yang kuat dan menaikkan secara siginifikan viskositas medium dispers (Sinko, 2011). Surfaktan juga dapat membentuk film yang bersifat monomolekuler, tetapi tidak menaikkan viskositas emulsi seperti oleh hidrokoloid. Oleh karena itu, emulsi ganda yang di samping menggunakan surfaktan juga menambahkan hidrokoloid sebagai emulgatornya akan memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan emulsi sederhana yang hanya menggunakan surfaktan sebagai emulgator. Viskositas yang tinggi ini dapat menjadi penghalang bagi terjadinya flokulasi atau koalesens (Claesson dkk., 2001).
c. Pemisahan fase
Emulsi merupakan suatu sistem yang tidak stabil secara termodinamika. Dua cairan yang tidak saling campur dalam sistem emulsi cenderung untuk memisah karena gaya kohesif di antara cairan sejenis lebih besar dibandingkan gaya adhesif kedua cairan (Sinko, 2011). Butir-butir cairan berupaya untuk menstabilkan diri dengan mengurangi energi permukaan yang tinggi akibat luas permukaan yang besar. Untuk mengurangi energi permukaan, butir-butir cairan tersebut akan menyatu membentuk butiran yang lebih besar sehingga luas permukaannya dapat berkurang dan terjadilah pemisahan fase (Ainurofiq, 2006).
Pemisahan fase yang terjadi dapat berbeda-beda pada tiap tipe emulsi. Peristiwa creaming atau koalesens pada emulsi sederhana A/M terjadi antardroplet fase dispers air. Pada emulsi ganda A/M/A, penggabungan butir-butir dapat terjadi antardroplet minyak atau antardroplet air internal (Lutz dan Aserin, 2008). Emulsi ganda A/M/A yang viskositasnya yang lebih tinggi daripada emulsi sederhana A/M akan memiliki laju pemisahan yang lebih kecil, seperti yang dinyatakan oleh hukum Stokes (Calderon dkk., 2007).
d. Ukuran droplet
Ukuran droplet dapat bervariasi pada berbagai tipe emulsi. Emulsi sederhana umumnya memiliki ukuran fase dispers 0,1-10µm, beberapa emulsi dapat memiliki ukuran lebih kecil atau lebih besar (Sinko, 2011). Pada emulsi ganda, droplet-droplet emulsi primer terlingkupi oleh bulatan yang lebih besar. Diameter droplet rata-rata pada emulsi ganda berkisar antara 15-50 µm, beberapa berukuran antara 2-5 µm (Garti dan Bisperink, 1998). Ukuran fase dispers dapat
mengalami perubahan jika emulsi tidak stabil, misalnya koalesens antardroplet minyak pada emulsi tipe A/M/A dapat menyebabkan ukuran droplet minyak bertambah besar, atau difusi air dari fase eksternal ke fase internal yang menyebabkan ukuran fase air internal pada emulsi A/M/A bertambah besar (Aserin, 2008).
Ukuran droplet merupakan salah satu faktor yang dapat menentukan stabilitas emulsi. Emulsi yang memiliki ukuran droplet yang lebih besar akan memiliki laju pemisahan yang lebih cepat. Ada beberapa teknik pengamatan ukuran droplet, misalnya dengan mikroskop elektron, electroacoustic spectroscopy, dan
light scattering (Dalgleish, 2004).
6. Uji Stabilitas Dipercepat
Uji stabilitas bertujuan untuk menyediakan informasi mengenai bagaimana variasi kualitas produk seiring berjalannya waktu dengan adanya pengaruh lingkungan seperti suhu, kelembaban, atau cahaya (Estanqueiro dkk., 2014). Uji stabilitas memberikan keyakinan bahwa suatu produk tetap memiliki kualitas yang
acceptable dalam jangka waktu tertentu selama dipasarkan dan dapat memenuhi
kebutuhan konsumen sampai pada pemakaian terakhir. Untuk dapat mengamati stabilitas emulsi dalam waktu singkat, dapat dilakukan uji stabilitas dipercepat, yaitu dengan menempatkan emulsi pada stress condition seperti suhu, kelembaban, cahaya, pengadukan, pH, atau gravitasi (Bajaj dkk., 2012).
Beberapa prinsip uji stabilitas dipercepat yaitu: a. Gravitationally accelerated stability testing
Sentrifugasi merupakan salah satu metode yang telah lama digunakan untuk menguji stabilitas dipercepat suatu emulsi dengan pengaruh gravitasi. Peningkatan kecepatan sentrifugasi sebanding dengan besarnya pemisahan emulsi. Hal ini terjadi karena fase internal yang terdispersi dapat mengalami perubahan bentuk dan memicu terjadinya koalesen pada kecepatan sentrifugasi yang tinggi (Zulkarnain dkk., 2013). Ultrasentrifugasi banyak diaplikasikan dalam evaluasi kinetika flokulasi droplet dan koalesens. Metode sentrifugasi memiliki keterbatasan antara lain tidak cocok untuk sediaan yang sangat kental seperti berbagai sediaan semisolid (Block, 1996).
b. Thermally accelerated stability testing
Ketidakstabilan emulsi oleh adanya suhu secara umum mengikuti persamaan Arrhenius yaitu:
ln 𝑘 = ln 𝐴 − [𝐸𝑎
𝑅] 1
𝑇
(2)
keterangan: k = konstanta laju reaksi A = konstanta Arrhenius Ea = energi aktivasi R = konstanta molar gas T = temperatur absolut (K)
Persamaan (2) menunjukkan hubungan antara suhu penyimpanan dan kecepatan degradasi. Konstanta laju reaksi akan meningkat seiring naiknya suhu (Block, 1996). Dengan persamaan Arrhenius, ketika energi aktivasi diketahui, laju
degradasi pada suhu rendah dapat digambarkan oleh hasil pengamatan pada suhu
stress condition (Bajaj dkk., 2012).
c. Miscellaneous Accelerants of Stability Testing
Berbagai macam stress selain suhu dan gravitasi dapat menginduksi ketidakstabilan pada emulsi, misalnya gojogan (agitation) dan getaran (vibration) yang dapat meningkatkan frekuensi tabrakan antarpartikel dan potensi terjadinya koalesens. Apabila sifat reologi emulsi adalah shear-thinning system, tendensi untuk terjadinya koalesens akan lebih besar sebagai akibat dari berkurangnya viskositas yang menahan pergerakan droplet (Block, 1996).
d. Freeze-Thaw Testing
Pengujian freeze-thaw dilakukan untuk melihat pemisahan fase air dan minyak akibat pengaruh stress suhu. Freeze-thaw testing dibatasi oleh ketidakseragaman temperatur yang mungkin terjadi pada sistem emulsi atau ketidakstabilan komponen penyusun emulsi oleh pengaruh panas (Block, 1996).
7. Pelepasan Zat Aktif dari Emulsi
Kecepatan pelepasan suatu zat dari emulsi bergantung pada tipe emulsinya. Pada emulsi sederhana A/M, lepasnya zat dapat disebabkan karena proses difusi zat menembus lapisan minyak sebagai membran permeabel atau karena penipisan lapisan minyak sehingga tidak ada yang menghalangi keluarnya zat aktif dari sediaan (Ainurofiq, 2006). Pada emulsi ganda, lepasnya zat aktif juga dapat terjadi melalui dua mekanisme, yaitu melalui lapisan minyak semipermeabel yang memisahkan fase air internal dan eksternal sehingga lepasnya solut dari emulsi
A/M/A dapat terjadi jika ada aliran osmotik air ke fase internal dan adanya koalesens, atau melalui lapisan minyak yang bersifat permeabel, dimana pelepasan terjadi karena difusi dan/atau permeasi dari zat aktif melintasi fase minyak (Aserin, 2008).
Karena masing-masing tipe emulsi memiliki jumlah lapisan barrier yang berbeda, maka kecepatan pelepasan zat dari emulsi juga berbeda. Pada umumnya, emulsi sederhana akan lebih cepat melepaskan zat karena hanya memiliki satu lapisan yang harus ditembus oleh zat untuk dapat keluar dari sediaan. Emulsi ganda memiliki dua lapisan penghalang keluarnya zat dari sediaan (Benichou dan Aserin, 2008). Selain itu, emulsi ganda yang menggunakan emulgator hidrokoloid umumnya juga memiliki viskositas tinggi yang memperlambat difusi zat ke luar dan membantu terciptanya prolonged release (Dwisari, 2012).
Hukum Stokes-Einstein menyatakan hubungan antara koefisien difusi dengan suhu, jari-jari molekul, dan viskositas medium.
Hukum Stokes-Einstein:
𝐷 =
𝑘 𝑇6 𝜋𝑟η (3)
keterangan: D = koefisien difusi k = konstanta Boltzman T = temperatur absolut (K) r = jari-jari molekul zat η = viskositas
Menurut persamaan (3), koefisien difusi berbanding terbalik dengan viskositas dan jari-jari molekul zat aktif, dan akan meningkat dengan bertambahnya
suhu. Peningkatan suhu medium akan menyebabkan bertambahnya tenaga gerak molekul zat sehingga proses difusi melalui lapisan film ke dalam larutan menjadi lebih mudah dan kecepatan pelarutan yang semakin besar akan memberikan kenaikan gradien konsentrasi yang berujung pada kenaikan kecepatan disolusi (Ainurofiq, 2006).
Sel difusi Franz tipe vertikal yang dapat digunakan untuk uji pelepasan zat memiliki tiga bagian, yaitu kompartemen donor, kompartemen aseptor, dan membran/kulit (Hendriati dan Nugroho, 2012). Uji pelepasan zat dari emulsi dapat dilakukan dengan metode difusi menggunakan membran sintetis. Salah satu membran sintetis yang sering digunakan adalah membran porous seperti selofan, selulosa asetat, dan collodion (Ainurofiq, 2006). Membran porous ini digunakan untuk menguji pelepasan suatu zat dari basis.
Kecepatan pelepasan obat secara in-vitro dari suatu emulsi dapat dipengaruhi oleh sifat fisika kimia zat, faktor formulasi, dan faktor uji pelarutan
in-vitro. Sifat fisika kimia yang dapat mempengaruhi pelepasan suatu zat yaitu derajat
kelarutan dan koefisien partisinya. Faktor formulasi yang dapat mempengaruhi pelepasan zat misalnya konsentrasi emulgator yang digunakan. Faktor uji pelarutan
in-vitro seperti kondisi percobaan juga dapat mempengaruhi pelepasan zat dari
sediaan (Ainurofiq, 2006). Data lepasnya zat dari suatu sediaan dapat dinyatakan dalam kumulatif zat yang berdifusi, kecepatan absorbsi dari kompartemen donor ke membran, atau kecepatan pelepasan dari membran ke aseptor (Hendriati dan Nugroho, 2012).
8. Tinjauan Bahan a. Ponceau 4R
Gambar 3. Struktur Ponceau 4R (JECFA, 2011)
Ponceau 4R atau Brilliant Scarlet (E124, CAS number: 2611-82-7) terdiri dari trinatrium-2-hidroksi-1-(4-sulfonato-1-naftilazo)-6,8-naftalendisulfonat, zat-zat warna tambahan, dan natrium klorida dan/atau natrum sulfat sebagai komponen bukan pewarna yang utama. Ponceau 4R merupakan senyawa azo dengan rumus kimia C20H11N2Na3O10S3 dan bobot molekul 604,48 g/mol. Ponceau 4R memiliki
sistem konjugasi yang cukup panjang pada strukturnya seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3. Ponceau 4R dapat menyerap sinar tampak dengan panjang gelombang maksimum antara 505-510 nm. Ponceau 4R adalah salah satu jenis zat pewarna yang digunakan pada kosmetik dan makanan yang telah mendapatkan
approval dari EU dan WHO. Ponceau 4R berbentuk bubuk merah gelap dengan
kelarutan dalam air pada suhu 200C adalah 120 g/L (JECFA, 2011). b. Parafin Cair
Parafin cair atau mineral oil adalah cairan transparan, tidak berwarna, kental, dan tidak berfluoresensi yang diperoleh dari penyulingan petroleum. Parafin cair tersusun dari hidrokarbon alifatik (C14-C18) dan siklik. Umumnya parafin cair
digunakan sebagai emolien, lubrikan, pembawa atau solven, dan adjuvan vaksin dalam berbagai preparasi dental, kapsul, tablet, transdermal, topikal, bahkan makanan dan kosmetik . Parafin cair memiliki titik didih >3600C, praktis tidak larut dalam etanol (95%), gliserin, dan air; larut dalam aseton, benzen, kloroform, karbon disulfida, eter, dan petroleum eter; dapat campur dengan minyak menguap dan fixed
oils, kecuali minyak jarak. Adanya cahaya dan panas dapat mengoksidasi parafin
cair. Parafin cair sebaiknya disimpan dalam wadah kedap udara, terlindung dari cahaya, dalam ruangan kering dan sejuk (Rowe dkk., 2009).
c. Span 80
Span 80 atau sorbitan monooleat memiliki rumus kimia C24H44O6 (BM: 429
g/mol) dan termasuk dalam kelompok ester sorbitan. Span 80 merupakan cairan kental berwarna kuning dengan nilai HLB 4,3, larut atau terdispersi dalam minyak dan kebanyakan solven organik, tidak larut tetapi terdispersi dalam air. Ester sorbitan banyak digunakan sebagai surfaktan non-ionik lipofilik. Jika digunakan sendiri akan menghasilkan emulsi air dalam minyakdan mikroemulsi, tetapi juga sering digunakan dalam kombinasi dengan polisorbat untuk menghasilkan emulsi air dalam minyak atau minyak dalam air atau krim dalam berbagai konsistensi. Span 80 banyak digunakan dalam kosmetik, makanan, maupun sediaan farmasetik oral dan topikal sebagai emulgator, solubilizing agent, dan wetting agent. Span 80 sebaiknya disimpan dalam wadah tertutup rapat dalam ruangan kering dan sejuk (Rowe dkk., 2009).
d. Carboxymethylcellulose Sodium (CMC Na)
CMC Na memiliki bentuk serbuk atau granul putih atau hampir putih, tidak berbau dan tidak berasa. Karakter utama CMC Na adalah pembentuk viskositas (Murray, 2009). CMC Na banyak digunakan sebagai stabilizing agent, coating
agent, disintegran pada tablet dan kapsul, dan bahan penambah viskositas yang
umum terdapat pada sediaan oral maupun topikal. Pada konsentrasi 3-6% CMC Na digunakan sebagai gelling agent. CMC Na praktis tidak larut dalam aseton, etanol 95%, eter, dan toluen, tetapi dapat terdispersi dengan mudah dalam air pada semua temperatur, membentuk larutan koloidal jernih (Rowe dkk., 2009).
F. Landasan Teori
Emulsi merupakan salah satu pilihan bentuk sediaan yang dapat melepaskan zat aktif perlahan-lahan atau prolonged release (Ainurofiq, 2006). Zat warna larut air yang diemulsikan dalam emulsi A/M dapat mengalami pelepasan lambat karena zat warna terhalang oleh lapisan minyak. Jika zat warna tersebut diemulsikan dalam emulsi A/M/A, maka akan ada dua lapisan yang menghalangi lepasnya zat warna dari emulsi, yakni lapisan minyak dan lapisan air eksternal (Benichou dan Aserin, 2008).
Ponceau 4R merupakan zat model yang bersifat larut dan dapat diformulasikan ke dalam emulsi tipe A/M ataupun tipe A/M/A. Penggunaan Span 80 sebagai emulgator primer telah banyak digunakan karena mampu menghasilkan emulsi A/M yang stabil dan memiliki toksisitas dan sifat iritan yang rendah (Kim, 2004). Span 80 digunakan untuk menstabilkan emulsi primer baik secara tunggal
seperti yang dilakukan oleh Hajda dan Dickinson (1996) dan Ainurofiq (2006), atau dalam kombinasi dengan emulgator lain seperti Tween 80 (Dwisari, 2012). Penggunaan CMC Na sebagai penstabil emulsi juga banyak digunakan, misalnya dalam kombinasi dengan natrium kaseinat (Liu dkk., 2012) dan sebagai gelling
agent dalam sediaan gel topikal (Patel dkk., 2011). CMC Na termasuk golongan
hidrokoloid dan dapat meningkatkan stabilitas emulsi ganda karena membantu enkapsulasi yang lebih baik pada fase dalam sehingga mencegah pelepasan tidak terkendali dari bahan yang terjerap (Dwisari, 2012).
Perbedaan tipe emulsi berpengaruh terhadap sifat-sifat fisik dan pelepasan zat dari emulsi. Pada emulsi ganda A/M/A yang dibuat dengan menggunakan hidrokoloid sebagai penstabil antara fase dispers A/M dan fase air eksternal, viskositasnya dapat lebih tinggi dibandingkan dengan emulsi sederhana A/M karena sifat hidrokoloid yang dapat menaikkan viskositas emulsi (Aserin, 2008). Viskositas yang tinggi merupakan salah satu faktor yang menyebabkan rendahnya laju pemisahan emulsi. Dengan kata lain, emulsi akan semakin resisten terhadap pemisahan fase apabila memiliki viskositas yang tinggi (Ansel, 2005). Sifat fisik lainnya yang juga dipengaruhi oleh tipe emulsi adalah ukuran droplet. Pada emulsi sederhana A/M, droplet fase dispers akan berukuran lebih kecil karena hanya terdiri dari satu fase, yakni fase air. Sedangkan, pada emulsi ganda A/M/A, droplet minyak akan berukuran lebih besar karena droplet tersebut mengandung droplet air yang berukuran lebih kecil di dalamnya (Calderon dkk., 2007).
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Ainurofiq (2006), emulsi ganda A/M/A mampu melepaskan secara lambat zat aktif larut air, yakni natrium salisilat.
Kemampuan emulsi ganda A/M/A lebih baik dibandingkan emulsi sederhana A/M dalam melepaskan zat aktif secara lambat karena emulsi A/M/A memiliki viskositas tinggi yang menghalangi lepasnya zat aktif dan memiliki lapisan barrier yang lebih banyak daripada emulsi A/M. Dari penelitian tersebut juga teramati bahwa pemisahan fase emulsi A/M lebih besar dibandingkan pada emulsi A/M/A dan viskositasnya juga lebih rendah. Hal ini menunjukkan bahwa stabilitas dan kemampuan emulsi sederhana A/M dalam melepaskan zat aktif secara lambat masih lebih rendah dibandingkan emulsi A/M/A.
Untuk mengetahui pengaruh tipe emulsi terhadap sifat-sifat fisik emulsi, dilakukan pengukuran viskositas, ukuran droplet, dan pemisahan fase. Untuk mengetahui pengaruh tipe emulsi terhadap pelepasan zat warna, dapat dilakukan uji pelepasan dengan model membran sintetis yang dilakukan secara in vitro menggunakan sel difusi Franz tipe vertikal.
G. Hipotesis
1. Emulsi A/M dan A/M/A memiliki sifat fisik yang berbeda signifikan. Emulsi A/M/A yang menggunakan hidrokoloid akan memiliki viskositas lebih besar, pemisahan fase lebih kecil akibat besarnya viskositas, dan ukuran droplet yang lebih besar dibandingkan emulsi A/M.
2. Emulsi ganda A/M/A mampu menghasilkan pelepasan zat warna yang lebih lama dan lebih berpotensi menjadi agen prolonged release dibandingkan emulsi A/M karena emulsi A/M/A memiliki lapisan barrier lebih banyak. Perbedaan tipe emulsi berpengaruh secara signifikan terhadap pelepasan zat warna dari emulsi.
