BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Hasil Penelitian Terdahulu
Baru-baru ini air alkali yang terionisasi yang dihasilkan oleh
elektrolisis air telah mendapat perhatian yang meningkat karena
manfaatnya dalam pengobatan dan pencegahan penyakit. Efek air alkali
yang menguntungkan dianggap bertanggung jawab terhadap potensi
reduksi oksidasi negatifnya, dan hidrogen terlarut yang melimpah. Peran
utama air alkali tersebut sebagai antioksidan karena kandungan
hidrogennya yang tinggi telah lama terbentuk. Selanjutnya, minum air
hidrogen dan menghirup gas hidrogen menunjukkan perlindungan
terhadap penyakit oksidatif (Ignacio et al., 2012). Telah dilaporkan bahwa pada 45% dari 411 pasien diabetes tipe 2 (usia rata-rata 71,5 tahun) yang
minum 2 liter air alkali perhari, kadar glukosa darah dan HbA1c menurun
secara signifikan setelah minum air tersebut selama 6 hari. Selain itu
kolesterol darah, low density lipoprotein (LDL) dan kadar kreatinin menurun secara seginifikan serta high density lipoprotein (HDL) meningkat secara signifikan (Shirahata et al., 2012). Osada et al. (2010) melakukan tes klinis pada 65 pasien dengan diabetes dan 50 pasien dengan
hiperlipidemia. Pada 89% pasien diabetes yang minum 2 liter air alkali
yang terelekrolisis perhari selama 2 bulan mengalami penurunan kadar
gula darah yang signifikan. Sedangkan pada 92% pasien hiperlipidemia
mengalami penurunan trigliserida darah dan kadar kolesterol total secara
signifikan.
B. Landasan Teori
1. Radikal bebas
Radikal bebas dapat didefinisikan suatu molekul, atom atau
senyawa-senyawa yang mengandung satu atau lebih elektron yang
tidak berpasangan yang bersifat sangat reaktif dan tidak stabil.
sangat reaktif terhadap sel-sel tubuh dengan cara mengikat elektron
molekul sel (Pietta, 1999). Reaksi tersebut disebut reaksi oksidasi.
Oksidasi yang berlebihan terhadap asam nukleat, protein, lemak dan
DNA sel dapat menginisiasi terjadinya penyakit degeneratif seperti
jantung koroner, katarak, gangguan kognisi dan kanker (Leong dan
Shui, 2001; Pietta, 1999). Sedangkan menurut Winarsi (2007), radikal
bebas adalah salah satu bentuk senyawa yang reaktif dan secara luas
dikenal dengan senyawa yang mempunyai elektron bebas. Radikal
bebas bisa terbentuk karena dipicu oleh beberapa faktor yang
dihasilkan oleh tubuh dimana komponen makanan diubah menjadi
bentuk energi melalui proses metabolisme. Pada proses metabolisme
sering terjadi kebocoran elektron sehingga mudah terbentuk radikal
bebas seperti anion superoksida, hidroksil dan lain-lain
Sumber radikal bebas dapat berasal dari sisa hasil metabolisme
tubuh (endogen) dan dari luar tubuh (eksogen). Secara endogen,
senyawa radikal dapat timbul melalui beberapa mekanisme seperti
otooksidasi, aktivitas oksidasi, dan sistem transport elektron. Radikal
bebas diproduksi terus menerus di dalam sel pada sistem transport
elektron mitokondria, membran plasma, sitosol, retikulum endoplasma,
dan peroksisom. Sedangkan dari luar tubuh (eksogen) senyawa radikal
berasal dari polutan, makanan atau minuman, radiasi, ozon dan
pestisida (Madhavi et al., 1996). Jumlah radikal bebas yang terus meningkat dalam tubuh dapat mengakibatkan terjadinya stress
oksidatif sel karena terjadi ketidakseimbangan antara jumlah radikal
bebas dengan antioksidan yang dihasilkan oleh tubuh (Kabel, 2014).
Spesies oksigen reaktif atau Reactive Oxygen Species (ROS) seperti radikal superoksida, radikal hidroksil, hidrogen peroksida, dan
lipid peroksida diperlukan oleh tubuh untuk proses signaling dan
proses fagositosis bakteri. Adanya ROS yang berlebihan dapat memicu
penyebab utama dari proses penuaan dan banyak penyakit seperti
pencernaan, liver, dan penyakit inflamasi lainnya (Finkel dan
Holbrook, 2000).
Mekanisme perusakan sel oleh radikal bebas antara lain yaitu
teroksidasinya asam lemak tak jenuh pada lapisan lipid membran sel,
reaksi tersebut mengawali terjadinya oksidasi lipid berantai yang
menyebabkan kerusakan pada membrane sel, oksidasi lebih lanjut akan
terjadi pada protein yang berakibat fatal dengan rusaknya DNA (Cook
dan Samman, 1996).
2. Antioksidan
Antioksidan adalah suatu molekul yang mampu memperlambat
atau mencegah oksidasi molekul lain. Reaksi oksidasi dapat
menghasilkan radikal bebas, dimulai dengan reaksi berantai yang
merusak sel. Antioksidan menghentikan reaksi berantai ini dengan
menghapus intermediet radikal dan menghambat reaksi oksidasi
lainnya dengan mengoksidasinya. Meskipun reaksi oksidasi sangat
penting bagi kehidupan, tetapi juga dapat merusak. Oleh sebab itu
tanaman dan hewan mengandung berbagai antioksidan seperti
glutathione, vitamin C, vitamin E, enzim seperti katalase, superoksida
dismutase dan peroksidase. Rendahnya tingkat antioksidan atau
penghambatan enzim antioksidan menyebabkan terjadinya stress
oksidatif dan dapat merusak atau membunuh sel.
Sistem pertahanan antioksidan berfungsi dengan menghalangi
produksi awal radikal bebas, pemberian oksidan, mengubah oksidan
untuk senyawa kurang beracun, menghalangi produksi sekunder
matabolit beracun atau mediator inflamasi, menghalangi propagasi
rantai oksidan sekunder, memperbaiki cedera molekul yang
disebabkan oleh radikal bebas atau meningkatkan sistem pertahanan
antioksidan endongen dari target. Mekanisme pertahanan ini bertindak
kooperatif untuk melindungi tubuh dari stress oksidatif (Kabel, 2014).
Antioksidan dapat dibedakan menjadi dua yaitu antioksidan primer
radikal lipid dan mengubahnya menjadi bentuk yang lebih stabil.
Senyawa dapat disebut sebagai antioksidan primer apabila senyawa
tersebut dapat mendonorkan atom hidrogennya dengan cepat ke radikal
lipid dan radikal antioksidan yang dihasilkan lebih stabil dari radikal
lipid atau dapat diubah menjadi produk lain yang lebih stabil (Gordon,
1990). Contoh senyawa antioksidan primer adalah vitamin E (tokoferol), vitamin C (asam askorbat), β-karoten, glutation, dan sistein (Taher, 2003).
Sedangkan antioksidan sekunder digunakan untuk mencegah
terjadinya radikal yang paling berbahaya yaitu radikal hidroksil.
Antioksidan sekunder berfungsi sebagai antioksidan pencegah dengan
cara menurunkan kecepatan inisiasi dengan berbagai mekanisme
seperti melalui pengikatan ion-ion logam, penangkapan oksigen, dan
penguraian hidroperoksida menjadi produk-produk nonradikal
(Gordon, 1990).
3. Kangen Water
Air yang terionisasi bisa disebut sebagai air elektrolisis yang
dihasilkan dari mesin ionisasi Kangen Water dengan menggunakan
elektroda bermuatan positif dan negatif (Laura, 2012). Selama ionisasi,
ion muatan positif akan tertarik ke elektroda negatif sedangkan ion
yang bermuatan negatif akan tertarik ke elektroda positif. Ion dengan
muatan positif seperti kalsium, magnesium, natrium, dan kalium dapat
meningkatkan pH dan menghasilkan air alkali. Ion negatif termasuk
fosfor, klorin, dan sulfur dapat menurunkan pH dan menghasilkan air
asam (Carpenter, 2009).
Ionisasi mengubah air yang dihasilkan dengan cara melewati
pemisahan ion. Ada tiga perubahan utama yang terjadi selama proses
ionisasi yaitu pH, potensial oksidasi/reduksi (ORP), dan struktur
molekul (Ignacio et al., 2012). pH mengacu pada potensi hidrogen yang merupakan ukuran dari konsentrasi ion hidrogen (H+) dan ukuran
(dengan muatan positif) tertarik dengan muatan negatif pada ion
hidroksil (OH-) dan terkonsentrasi pada satu sisi ruang ionisasi
menghasilkan alkalin water. Air alkali memiliki pH antara 10 dan 1000
kali lebih basa dari air mula-mula, tergantung pada mineral dalam air
asli dan pada pengaturan pH yang dipilih (Carpenter, 2009).
ORP adalah pengukuran kekuatan dari oksidasi atau reduksi pada
larutan. Reaksi oksidasi dan reduksi melibatkan pertukaran elektron.
Selain menjadi ukuran dari aktivitas elektron, ORP adalah ukuran
kapasitas antioksidan dari larutan. Karena nilai ORP negatif
menunjukkan banyaknya elektron yang tersedia, setiap larutan dengan
ORP negatif adalah antioksidan. Larutan dengan ORP sangat negatif
mempunyai antioksidan yang sangat baik (Carpenter, 2009).
Struktur molekul memiliki efek yang kuat pada kemampuan air
untuk menghidrasi sel-sel dan membawa energi melalui tubuh. Air
disebut juga dengan molekul polar yang memiliki bagian yang
bermuatan positif dan muatan negatif karena arah elektron akan
mengatur setiap atom di sekitarnya. Ketika air ditempatkan dalam
medan listrik, molekul harus mengatur sendiri dengan cara yang sangat
spesifik untuk untuk tetap seimbang dalam medan listrik. Molekul air
diasumsikan seperti kristal, geometri heksagonal kristal yang dapat
mengubah sifat air. Struktur kristal meningkatkan kemampuan air
untuk melembabkan sel, untuk transportasi nutrisi, menghilangkan
kotoran, untuk mendukung proses metabolisme dan meningkatkan
komunikasi seluler. Pengisian kristal (hexagonallystructured) air dalam tubuh manusia dapat meningkatkan vitalitas, memperlambat
proses penuaan, dan mencegah suatu penyakit (Carpenter, 2009).
Proses pembuatan Kangen Water adalah dengan mengalirkan air
bahan baku melalui filter untuk menyaring kotoran dan bakteri, lalu
masuk ke dalam ruangan khusus yang disebut electrolysis chamber. Di dalam ruangan tersebut terdapat pelat-pelat yang terbuat dari bahan
titanium yang dilapisi platinum yang fungsinya memecah air bahan
ion hidroksil (OH-) sehingga bersifat alkali dan mengandung
antioksidan, dan satu pecahan lagi menjadi air asam (acidic water) yang kaya akan ion hidrogen (H+) sehingga bersifat asam dan dapat
mengoksidasi (Satia, 2017).
EOW dihasilkan dengan melewatkan larutan garam encer melalui
sel elektrolitik, dimana anoda dan katoda dipisahkan oleh membran.
Dengan menundukkan elektroda untuk mengarahkan voltase arus, ion
bermuatan negatif seperti klorida dan hidroksida dalam larutan garam
encer bergerak ke anoda untuk melepaskan elektron dan menjadi gas
oksigen, gas klorin, ion hipoklorit, asam hipoklorida dan asam klorida.
Sementara ion bermuatan positif seperti hidrogen dan natrium
berpindah ke katoda untuk mengambil elektron dan menjadi gas
hidrogen dan natrium hidroksida (Hsu, 2005). Dua jenis air diproduksi
secara bersamaan. EOW dengan pH rendah (2,3-2,7), potensial
oksidasi reduksi tinggi (ORP>1000 mV), oksigen terlarut tinggi dan
mengandung klorin bebas (konsentrasi tergantung pada pengaturan
mesin EOW), dihasilkan dari sisi anoda. Namun, ERW dengan pH
tinggi (10-11,5), hidrogen terlarut tinggi, dan ORP rendah (800 sampai
900 mV) dihasilkan dari sisi katoda. Air bersih dengan potensial
reduksi kuat dapat digunakan untuk menghilangkan kotoran dan lemak
(Hsu, 2005). Prinsip produksi elektrolisis air ditunjukkan pada Gambar
2.1 sebagai berikut:
Prinsip produksi air elektrolisis yang ditunjukkan pada Gambar 2.1
sebagai berikut:
Elektroda positif: 2H2O 4H+ + O2 + 4e-
2NaCl Cl2 + 2e- + 2Na+
Cl2 + H2O HCl + HOCl
Elektroda Negatif: 2H2O + 2e- 2OH- +H2
2NaCl + 2OH- 2NaOH + Cl-
(Huang et at., 2008).
4. Uji aktivitas penangkapan radikal bebas dengan metode DPPH
Metode DPPH merupakan salah satu metode aktivitas antioksidan
yang sering digunakan dan sederhana dengan menggunakan DPPH
sebagai senyawa pendeteksi (Miller et al., 2000). DPPH merupakan senyawa radikal bebas yang stabil sehingga apabila digunakan sebagai
pereaksi dalam uji penangkapan radikal bebas cukup dilarutkan dan
bila disimpan dalam keadaan kering dengan kondisi penyimpanan
yang baik dan stabil selama bertahun-tahun (Marxen et al., 2007). Semakin tinggi kemampuan senyawa antioksidan dalam mengikat
radikal DPPH maka warna yang akan dihasilkan semakin kuning dan
jernih karena ditandai dengan adanya absorbansi yang semakin kecil
dan terukur pada spektrofotometer (Molyneux, 2004).
Reaksi senyawa yang bersifat sebagai antioksidan dengan molekul
DPPH dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Berdasarkan Gambar 2.2 menunjukkan bahwa senyawa yang
bereaksi sebagai penangkap radikal akan menangkap atau mereduksi
radikal DPPH. Sebagai gantinya, molekul DPPH akan mendonorkan
atom hidrogennya sehingga berubah menjadi difenilpikrilhidrazin yang
bersifat non radikal. Sisa molekul DPPH yang masih ada dapat dibaca
serapannya oleh spektrofotometer pada panjang gelombang 517 nm
yang ditandai dengan berkurangnya warna ungu dari radikal DPPH
menjadi warna kuning pucat yaitu warna golongan pikril (Molyneux,
2004).
Aktivitas antioksidan merupakan kemampuan suatu senyawa untuk
menghambat reaksi oksidasi yang dapat dinyatakan dengan persen
penghambatan. Parameter yang digunakan untuk menunjukan aktivitas
antioksidan adalah harga konsentrasi efisien atau Efficient concentration (EC50) atau Inhibition Concentration (IC50) yaitu konsentrasi suatu zat antioksidan yang dapat menyebabkan 50% DPPH
kehilangan karakter radikal atau konsentrasi suatu zat antioksidan yang
memberikan % penghambatan 50%. Molyneux (2004) menyatakan
bahwa suatu senyawa dikatakan sebagai antioksidan sangat kuat
apabila nilai IC50 berkisar antara 50-100 ppm, sedang apabila nilai IC50
berkisar antara 100-150 ppm, dan lemah apabila nilai IC50 berkisar
antara 150-210 ppm (Andarwulan et al., 1996).
5. Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometri merupakan suatu metode pengukuran energi
radiasi atom intensitas sinar yang terserap oleh larutan. Sedangkan
spektrum UV-Vis merupakan hasil interaksi antara radikal
elektromagnetik (REM) dengan molekul. Radiasi elektromagnetik
(REM) merupakan bentuk radiasi yang mempunyai sifat gelombang
dan partikel (Sastrohamidjojo, 1985). Daerah serapan sinar ultraviolet
adalah 200-400 nm dan daerah sinar tampak (Visibel) antara 400-800
Komponen-komponen spektrofotometer UV-Vis meliputi sumber
cahaya, monokromator, kuvet, detektor dan rekorder memegang fungsi
dan peranannya, setiap fungsi dan peranan tiap bagian dituntut
ketelitian dan ketepatan yang optimal. Susunan komponen-komponen
tersebut umumnya seperti pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Susunan komponen spektrofotometer (Sastrohamidjojo, 1985)
Sinar dari sumber cahaya yang sesuai ditransmisikan melalui
monokromator untuk menghasilkan panjang gelombang yang
dikehendaki. Panjang gelombang ini kemudian dicatat oleh detektor
C. Kerangka Konsep
Kerangka konseptual penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.4:
Gambar 2.4 Kerangka konsep penelitian
D. Hipotesis
Berdasarkan uraian dari kerangka konseptual, Kangen Water yang
tereduksi secara elektrolisis pada pH basa (8,5; 9,0; dan 9,5) diduga
memiliki aktivitas penangkapan radikal bebas.
Electrolyzed Reduced Water memiliki aktivitas antioksidan yang dapat membersihkan spesies oksigen reaktif secara intraselular (Shirahata et al.,
2001).
Kangen Water merupakan air yang terionisasi atau air yang mengalami proses elektrolisis dengan menggunakan elektroda bermuatan positif
dan negatif (Carpenter, 2009).
Kangen Water sebagai salah satu produk yang banyak digunakan masyarakat tersedia di pasaran dalam berbagai pH, antara lain yaitu
pH 2,5; 6,0; 7,0; 8,5; 9,0 dan 9,5.
Dilakukan uji aktivitas penangkapan radikal bebas
dengan metode DPPH.
Kangen Water yang tereduksi secara elektrolisis diduga memiliki aktivitas penangkapan
