Sintesis Hibrid Hidrogel Dari N-Suksinil Kitosan dan Pati Dialdehid Chapter III V

(1)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1Alat-alat

Alat –alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

- Neraca analitis metler PM 480

- Labu leher dua 250ml Pyrex

- Gelas ukur 10ml Pyrex

- Gelas ukur 100ml Pyrex

- Hotplate stirer Fishons

- Statif dan klem

- Corong kaca Pyrex

- Beaker glass 50ml Pyrex

- Magnetic bar - Plastik dan karet - Desikator - Spatula

- Batang pengaduk kaca - Botol aquadest

- Labu takar 50ml Pyrex

- Spektrofotometer FT-IR Shimadzu

- Setrifugator Fisher Scientific

- Pompa air - Selang

(2)

- Kertas saring whatman No. 42 - Indikator universal

- Cawan petri - Pipet tetes - Sample cup

3.2Bahan-bahan - Kitosan

- Suksinat anhidrat p.a (E’Merck)

- Asam laktat 5% p.a (E’Merck)

- Pati p.a (E’Merck)

- Natrium periodat p.a (E’Merck)

- Metanol p.a (E’Merck)

- Etanol - NaOH - HCl

- Hidroksilamin klorida p.a (E’Merck) - Natrium hidrogen fospat p.a (E’Merck) - Natrium dihidrogen fospat p.a (E’Merck) - Indikator phenolfthalein

- Aquadest

(3)

3.3 Prosedur Penelitian 3.3.1 Pembuatan Reagen 3.3.1.1 Pembuatan NaOH 1N

Ditimbang NaOH sebanyak 4 gram dan dilarutkan dengan aquadest dalam labu takar 100ml hingga garis tanda.

3.3.1.2 Pembuatan NaOH 0,1N

3.3.1.3 Pembuatan NaOH 0,5N

3.3.1.4 Pembuatan HCl 0,15N

Diukur HCl pekat sebanyak 3,1ml dan diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 250ml hingga garis tanda.

3.3.1.5 Pembuatan HCl 0,1M

Diukur HCl pekat sebanyak 2,07ml dan diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 250ml hingga garis tanda.

3.3.1.6 Pembuatan asam laktat 5%

Diukur asam laktat pekat sebanyak 2,84ml dan diencerkan dengan aquadest dalam labu takar 50ml hingga garis tanda.

3.3.1.7 Pembuatan larutan HMH

Ditimbang sebanyak 5 gram dan ditambahkan 20ml NaOH 0,5M dan ditambahkan aquadest di dalam labu takar 100ml hingga garis tanda.

3.3.1.8 Pembuatan buffer phospat pH 7,4

Dibuat larutan A: Ditimbang 17,799 gram Na2HPO4.2H2O dan dilarutkan dengan aquadest didalam labu takar 1000ml hingga garis tanda.

(4)

Dicampurkan sebanyak 80,8ml larutan A dengan 19,2ml larutan B, diaduk hingga homogen.

3.3.2 Pembuatan N-Suksinil Kitosan (NSK)

Sintesa kitosan suksinat dilakukan dengan melarutkan 0,5 gram kitosan komersial dengan 20ml larutan asam laktat 5%, diikuti dengan penambahan 80ml metanol untuk mengencerkan larutan. Kemuadian ditambahkan 1,5 gram suksinat anhidrida kedalam larutan dengan pengadukan yang konstan pada suhu ruangan selama 24 jam. Setelah 24 jam, NSK diisolasi dengan proses presipitasi dengan mengatur pH larutan menjadi ~6-7. Hasil NSK yang berwarna putih kemudian di saring lalu cuci dengan etanol untuk menghilangkan asam laktat yang tidak bereaksi. Setelah itu endapan dilarutkan kembali dengan aquadest, lalu didialisis selama dua hari untuk menghilangkan sisa metanol. NSK kemudian di masukkan kedalam desikator selama 6 hari. Kemudian hasil dianalisa dengan menggunakan spektofotometer FT-IR.

3.3.3 Pembuatan Pati Dialdehid (PDA)

Oksidasi pati dilakukan dengan menggunakan natrium periodat sebagai oksidator, yang mengoksidasi pati menjadi pati dialdehid. Reaksi oksidasi pati yaitu dengan melarutkan 37,9 gram natrium periodat dengan 400 ml aquadest pada suhu kamar. Lalu ditambahkan 60 gram pati komersial dan diaduk dengan kuat dengan suhu yang dinaikkan hingga 370C dan pH dibuat hingga pH 7. Sesudah 12 jam diperoleh bubur pati termodifikasi, kemudian disaring. Setelah itu, endapan yang diperoleh dicuci dengan 200 ml aquadest hangat selama 5 menit. Tepung yang diperoleh dikeringkan didalam oven selama 24 jam pada suhu 500C. Kemudian hasil dianalisa dengan menggunakan spektofotometer FT-IR..

3.3.4 Pembuatan Hibrid Hidrogel NSK-PDA

(5)

3:7, 1:9. Kemudian hasil dianalisa dengan menggunakan spektofotometer FT-IR, derajat mengembang (swelling), dan waktu gelasi.

3.3.5 Penentuan Derajat Oksidasi PDA

Sebanyak 0,1 sampel dilarutkan dengan 10ml aquadest. Kemudian ditambahkan dengan 10ml NaOH 0,1N. Larutan kemudian dipanaskan hingga larut sempurna. Setelah itu, larutan didinginkan. Ditambahkan ke larutan 10ml HCl 0,15N hingga pH larutan <7. Lalu ditambahkan aquadest sebanyak volume yang berkurang saat pemanasan pertama. Larutan dipanaskan kembali selama 1 menit, lalu ditambahkan indikator PP 2 tetes. Dititrasi larutan dengan NaOH 0,1N, dan diamati perubahan warnanya. Penentuan kadar karbonil dapat ditentukan melalui persamaan berikut:

%DO

=

(�� −(��)

�₁₆₂� �

× 100%

3.3.6 Penentuan Jumlah Karbonil PDA

Sebanyak 1 gram sampel ditambahkan 40ml air demineralisasi dalam gelas beaker 250ml. Kemudian dipanaskan diatas waterbath selama 20 menit. Didinginkan larutan hingga suhu 40oC. Lalu diatur pH larutan hingga pH=3 dengan menggunakan HCl 0,1M. setelah itu, ditambahkan 25ml larutan hidroksilamin. Lalu dipanaskan kembali diatas waterbath dengan suhu 40oC selama 4 jam sambil distirer. Kemudian dititrasi dengan HCl 0,1 M hingga pH=3. Dicatat volume titran yang diperoleh.

%COH

= 0.118

�

0.028 �

(

�� − ��

)

�

100%

Dimana, Vcontrol adalah VHCl + aquadest, Vsampel adalah VHCl + aquadest.

3.3.7 Penentuan Waktu Gelasi Hidrogel

(6)

3.3.8 Penentuan Derajat Swelling Hidrogel

Hidrogel dikeringkan di oven dengan suhu 500C selama 24 jam (hidrogel dengan ukuran 2x2cm). Ditimbang (berat awal). Hidrogel yang sudah kering dimasukkan kedalam aquadest (50ml), lalu diinkubasi pada suhu 37oC. Ditimbang (berat akhir).

% Swelling Ratio

=

�

(�� ℎ��−�� )

��

�

× 100%

3.4 Bagan Penelitian

3.4.1 Pembuatan N-Suksinil Kitosan

Uji FT-IR 0,5 gram kitosan

Dilarutkan kedalam 20 ml asam laktat 5%

Ditambahkan 80 ml metanol

Ditambahkan 1,5 gram suksinat anhidrat sambil distirer pada suhu kamar selama 24 jam

Ditetapkan pH ~6-7

Dicuci kristal dengan etanol

Disaring

Filtrat Endapan

Dilarutkan kembali dengan aquadest

Didialisis selama 2 hari untuk menghilangkan sisa metanol dan asam laktat yang tidak bereaksi

Dikeringkan dengan desikator

(7)

3.4.2 Pembuatan Pati Dialdehid

37,5 gram NaIO₄

Dilarutkan dengan 400ml aquadest pada suhu kamar Ditambahkan dengan 60 gram pati

Diaduk dengan kuat dan suhu dinaikkan menjadi 35oC dan pH=7 selama 12 jam

Bubur Pati Termodifikasi

Disaring

Filtrat Endapan

Dicuci dengan 200ml aquadest hangat selama 5 menit Dikeringkan selama 24 jam pada suhu 50oC

Hasil

(8)

3.4.3 Penentuan Derajat Oksidasi PDA

0,1 gram sampel

Dilarutkan dengan 10ml aquadest

Ditambahkan 10ml NaOH 0,1 N Dipanaskan hingga larut sempurna

Didinginkan

Ditambahkan 10ml HCl 0,15N hingga pH <7

Ditambahkan aquadest sebanyak volume yang berkurang saat pemanasan pertama

Dipanaskan selama 1 menit

Ditambahkan indikator PP 2 tetes

Dititrasi dengan NaOH 0,1N

Diamati perubahan warnanya

Hasil

3.4.4 Penentuan Jumlah Karbonil PDA

1 gram sampel

Ditambahkan 40ml air demineralisasi dalam beaker glass 250ml

Dipanaskan diatas penangas air hingga sampel larut sambil diaduk sambil diaduk selama 20 menit

Didinginkan larutan hingga suhu 40oC

Diatur pH = 3 dengan menggunakan larutan HCl 0,1 M Ditambahkan 25 ml larutan hidroksilamin

Dipanaskan diatas penangas air pada suhu 40oC selama 4 jam sambil diaduk

Dititrasi dengan HCl 0,1M hingga pH = 3

Diukur volume larutan pentiter yang dipakai

(9)

0,5 gram Pati Dialdehid 0,5 gram N-Suksinil Kitosan

Dilarutkan dalam 25 ml buffer posfat

PDA + BP NSK + BP

Dilarutkan dalam 25 ml buffer posfat

Dicampurkan campuran PDA+BP denga NSK+BP pada perbandingan 9:1, 7:3, 5:5, 3:7 dan 1:9.

Hasil

Diamati perubahan yang terjadi

Uji FT-IR Uji Waktu

Gelasi Uji Derajat

Mengembang

3.4.6 Penentuan Waktu Gelasi

NSK-DAS

Ditimbang masing-masing NSK dan DAS sebesar 0,75 gram

Dilarutkan dalam larutan buffer phosfat selama 10-90 menit

Diamati perubahan atau pembentukan gel yang terjadi

Dicatat waktu gelasinya

(10)

3.4.7 Penentuan Derajat Swelling Hidrogel

Hidrogel

Hidrogel dikeringkan di oven dengan suhu 50oC selama 24 jam (hidrogel dengan ukuran 2x2cm).

Ditimbang (berat awal).

Hidrogel yang sudah kering dimasukkan kedalam aquadest (50ml), lalu diinkubasi pada suhu 37oC.

Ditimbang (berat akhir).

(11)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil 4.1.1 Kitosan

Kitosan yang digunakan dalam penelitian ini adalah berasal dari kulit udang dengan derajat deasetilasi minimum 80 %. Dari data spektroskopi FT-IR kitosan memberikan spektrum dengan puncak-puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3425,58 cm-1 ; 2877,79 cm-1 ; 2368,59 cm-1 ; 1658,78 cm-1 ; 1381,03 cm-1 ; 1080,14 cm-1 ; 1033,85 cm-1 ; 894,97 cm-1 (Gambar 4.1).

Gambar 4.1 Spektrum FT-IR Kitosan 4.1.2 Pembuatan N-Suksinil Kitosan

(12)

Pembuatan N-suksinil kitosan merupakan hasil reaksi asilasi antara kitosan dengan suksinat anhidrat, dimana sebanyak 0,5 gram kitosan dilarutkan dengan pelarut asam laktat 5% dan diikuti dengan penambahan metanol. Kemudian sebanyak 1,5 gram suksinat anhidrat ditambahkan kedalam campuran kitosan sambil diaduk selama 24 jam. Setelah itu campuran diatur pHnya menjadi ~6-7 dengan menggunakan larutan NaOH 1N yang selanjutnya dicuci dengan etanol dan kemudian disaring. N-suksinil kitosan yang terbentuk berwarna padatan kuning pucat sebanyak 0,53 gram.

Gambar 4.2 Spektrum FT-IR N-Suksinil Kitosan

O O

HO O O

HN H2N

OH

(13)

4.1.3 Pati

Pati yang digunakan dalam penelitian ini adalah pati komersial.

Gambar 4.3 Spektrum FT-IR Pati

Pati dialdehid merupakan hasil dari reaksi oksidasi pati dengan natrium periodat sebagai oksidator. Natrium periodat dilarutkan dengan aquadest, lalu ditambahkan pati komersial kedalam larutan natrium periodat tersebut. Reaksi dilakukan pada suhu 35oC dan pH=7 selama 12 jam.

O O

O HO

OH CH2OH

(14)

Gambar 4.4 Spektrum FT-IR Pati Dialdehid

4.1.5 Penentuan Derajat Oksidasi Pati Dialdehid Dan Penentuan Kadar Karbonil

Hasil penentuan kadar karbonil menurut Smith dengan metode titrimetri. Penentuan kadar karbonil dari pati dialdehid dapat ditentukan dengan metode titrasi sesuai dengan literatur ( Zhang et al. 2009).

Hasil penentuan derajat oksidasi dan penentuan kadar karbonil dilakukan dengan metode titrasi yang ditunjukkan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil Penentuan Derajat Oksidasi Pati dan Penentuan Kadar Karbonil Derajat Oksidasi Pati (%) Kadar Karbonil (%)

Pati Dialdehid 28,63% 7,92%

4.1.6 Pembuatan Hibrid Hidrogel NSK-DAS

O

O O

CH₂OH

(15)

Hibrid hidrogel terbentuk dari ikatan basa Schiff C=N antara pati dialdehid dengan N-suksinil kitosan.

Gambar 4.5 Spektrum FT-IR Hibrid Hidrogel NSK-PDA

4.1.7. Penentuan Waktu Gelasi

Penentuan watktu gelasi dilakukan dengan menghitung waktu saat campuran NSK-PDA mulai mengalami perubahan viskositas yang semakin meningkat. Hasil penentuan gelasi dapat ditunjukkan dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2. Hasil Penentuan Waktu Gelasi

4.1.8. Penentuan Derajat Mengembang (Swelling Ratio) Hidrogel

Penentuan derajat mengembang pada hidrogel disebut juga dengan persentase penyerapan air yang dapat diserap oleh hidrogel. Penentuan derajat mengembang hidrogel dilakukan dengan mengeringkan hidrogel didalam oven pada suhu 50oC

NSK:PDA Waktu Gelasi (menit)

(16)

selama 24 jam. Lalu ditimbang (berat awal). Setelah itu, sampel kering kemudian ditambahkan aquadest lalu diinkubasi pada suhu 37oC, lalu ditimbang sampel basah tersebut (berat akhir).

Hasil penentuan derajat mengembang hidrogel dapat dilihat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3. Hasil Penentuan Derajat Mengembang Hidrogel NSK-PDA

NSK-PDA Derajat Mengembang

1:9 1,44%

3:7 0,43%

5:5 0,17%

7:3 0,25%

9:1 0,33%

4.2 Pembahasan

4.2.1 Pembuatan N-Suksinil Kitosan

Pereaksi yang paling umum digunakan untuk N-asilasi kitosan adalah asil anhidrida dan telah digunakan dalam kondisi heterogen dan homogen (Robert, 1992).

(17)

Mekanisme reaksi pembentukan N-suksinil kitosan secarahipotesis dapat dibuat sebagai berikut (Gambar 4.6) :

O

Gambar 4.6Mekanisme reaksi pembentukan N-suksinil kitosan

(18)

asam laktat, atom N pada suksinat menyerang atom H pada dari asam laktat, sedangkan atom O dari asan laktat menyerang atom karbonil pada gugus asetil kitosan. Lalu pada akhir reaksi menghasilkan N-suksinil kitosan dan hasil sampingnya.

Terbentuknya N-suksinil kitosan dapat dilihat dengan berdasarkan uji kualitatif yaitu kelarutan dalam air, dimana kitosan sebelum dimodifikasi memiliki sifat yang tidak larut dalam air. Selain itu, berdasarkan spektrum FT-IR (Gambar 4.2) dapat dilihat vibrasi streching gugus –OH dan –NH2 pada puncak serapan 3441.01cm -1

, vibrasi streching –CH2 pada puncak 2931.8cm-1, vibrasi streching gugus amida C=O pada puncak 1674cm-1, vibrasi streching simetris dari gugus –COOH pada puncak 1404.18cm-1, dan vibrasi gugus –OH pada puncak vibrasi 1080.14cm-1 (Kamoun, 2015).

Pati dialdehid dibentuk dari reaksi oksidasi pati komersial yang menggunakan oksidator natrium periodat. Natrium periodat merupakan oksidator selektif yang dapat mengoksidasi gugus –OH (diol) pada pati menjadi dua gugus aldehid. Pada akhir reaksi, akan terbentuk IO3-.

Pada spektrum FT-IR dapat dilihat perubahan serapan puncak streching pada 2931 cm-1 dan 1373cm-1. Dan spektrum yang menunjukkan gugus –OH yaitu pada puncak serapan 3410cm-1. Puncak serapan yang menunjukkan gugus –OH primer adalah pada puncak 1026cm-1. Dan pada puncak 1635 cm-1 yang menunjukkan residu periodat (Kamoun, 2015).

(19)

O

Gambar 4.7 Mekanisme reaksi pembentukan pati dialdehid

Reaksi antara pati dengan natrium periodat berdasarkan reaksi oksidasi pati. Dimana terjadi penyerangan dari atom O dari natrium periodat pada atom C2 dari pati. Dan gugus –OH sekunder pada pati menyerang atom Na pada natruim periodat sehingga menghasilkan natrium hidroksida. Kemudian terjadi reaksi resonansi elektron sehingga menghasilkan pati dialdehid dan residu periodat.

4.2.3 Penentuan Derajat Oksidasi Pati Dialdehid Dan Penentuan Kadar Karbonil

(20)

menyebabkan kadar karbonil menurun. Ketika rasio molar dari oksidator diatas 1.0, maka oksidator yang berlebih akan mengdegradasi pati dan menyebabkan beberapa pati dialdehid terlarut dalam air, sehingga menurunkan kadar karbonil. (Petrucci et al., 2007). Kadar karbonil mengambarkan derajat oksidasi, yang menunjukkan nilai dari gugus karbonil per 100 unit glukosa. Hubungan rasio molar dari oksidator terhadap pati dan terhadap kadar karbonil dilaporkan serupa dengan hubungan terhadap hasilnya/yield( Zhang et al., 2009).

Penentuan kadar karbonil derajat oksidasi pati diperlukan untuk mengetahui sejauh mana diol dari pati mengalami perubahan menjadi dialdehid setelah di oksidasi dengan natrium periodat. Apabila derajat oksidasi atau kadar karbonil kecil, maka derajat ikat silang yang terbentuk juga sedikit. Derajat ikat silang yang sesuai dibutuhkan dalam penggunaan hibrid hidrogel sebagai penghantar atau pengontrol obat.

Hibrid hidrogel terbentuk dari reaksi antara N-suksinil kitosan dengan pati dialdehid, dimana terbentuk ikatan basa Schiff antara atom N dari N-suksinil kitosan dengan atom C pada gugus aldehid pada senyawa pati dialdehid.

Reaksi percobaan dapat di buat sebagai berikut (Kamoun, 2015) :

O

N-Suksinil Kitosan Pati Dialdehid

Hibrid Hidrogel NSK-PDA

Gambar 4.8Reaksi Pembentukan Hibrid Hidrogel

(21)

yaitu dengan munculnya puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 904 cm-1 dimana terjadi reaksi kopling antara gugus aldehid dari PDA dan gugus amida dari NSK (Kamoun, 2015).

4.2.5 Penentuan Waktu Gelasi Hibrid Hidrogel NSK-PDA

Penentuan waktu gelasi dihitung saat campuran NSK-PDA mengalami perubahan viskositas sehingga berubah menjadi gel. Perhitungan waktu gelasi pada hibrid hidrogel dilakukan pada suhu ruangan dan dengan menggunakan konsentrasi per sampel sebesar 30mg.ml-1, dimana reaksi gelasi dilakukan selama 5-90 menit. Menurut Kamoun (2015), hidrogel akan mengalami reaksi gelasi yang cepat apabila mengandung jumlah NSK yang lebih banyak pada tiap perbandingan hidrogel. Pada hasil yang peneliti peroleh, didapat waktu gelasi yang cepat pada perbandingan NSK-PDA ; 9:1, sedangkan hidrogel yang mengalami waktu gelasi yang paling lama adalah perbandingan hidrogel 1:9, dimana kandungan PDA yang lebih banyak.

4.2.6 Penentuan Derajat Mengembang Hibrid Hidrogel NSK-PDA

(22)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Sintesis N-suksinil kitosan dihasilkan dari kitosan yang direaksikan dengan suksinat anhidrid yang dimurnikan dengan proses dialisis dimana dari sebanyak 0.5 gram kitosan diperoleh hasil sebanyak 0,53 gram. Terbentuknya N-suksinil kitosan didukung oleh peningkatan sifat kelarutan NSK dalam aquadest (air) dan oleh data spektroskopi FT-IR yaitu dengan munculnya puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 1674 cm-1 yaitu vibrasi streching dari gugus amida.

2. Sintesis pati dialdehid dihasilkan dari oksidasi pati dengan menggunakan oksidator yaitu natrium periodat. Terbentuknya pati dialdehid didukung oleh data spektroskopi FT-IR yaitu dengan munculnya puncak vibrasi pada daerah bilangan gelombang 2931 cm-1yang menunjukkan streching dialdehid. Pada pati dialdehid dilakukan penentuan kadar karbonil dan derajat oksidasi, dimana didapat kadar karbonil sebesar 7,92% dan derajat oksidasi sebesar 28,63%.

(23)

yaitu selama 5 menit, sedangkan pada perbandingan 1:9 merupakan perbandingan hidrogel yang paling lama membentuk gel yaitu selama 86 menit. Dan pada penentuan derajat mengembang, didapat pada perbandingan 9:1 merupakan perbandingan yang paling tinggi derajat mengembangnya, yaitu 1,44%, sedangkan derajat mengembang yang paling kecil adalah pada perbandingan 5:5, yaitu sebesar 0,17%.

5.2 Saran

1. Diharapkan kepada peneliti selanjutnya untuk menyempurnakan reaksi pembentukan pati dialdehid dengan melakukan sejumlah perbandingan variasi konsentrasi pati dan natrium periodat sehingga didapat perbandingan konsentrasi yang baik.

2. Diharapkan kepada peneliti selanjutnya untuk melakukan uji SEM pada hidrogel yang diperoleh.