(CARBOXYMETHYL CELLULOSE)
SEBAGAI GELLING AGENT DAN PROPILEN
GLIKOL SEBAGAI HUMEKTAN
DALAM SEDIAAN GEL SUNSCREEN EKSTRAK
KERING POLIFENOL TEH HIJAU
(CAMELLIA SINENSIS L)
Rini DwiastutiABSTRACT
The aims of the research were to investigate the effect among CMC, propylene glycol, and the interaction between CMC and propylene glycol on the gel physical properties and stability of green tea-polyphenol-dry extract sunscreen gel formulas. This research was a pure experimental study based on factorial design application. Four formulas were investigated, i.e. (1): CMC and propylene glycol both in low level, (a): CMC in high level and propylene glycol in low level, (b): CMC in low level and propylene glycol in high level, (ab): CMC and propylene glycol both in high level. They were evaluated for their physical properties parameter, i. e. spreadability, viscosity, and viscosity shift of gel over 1 month storage. Statistic analysis used was Yate’s treatment with 95% level of confidence.
The result showed that CMC was dominant in determining gel spreadability, gel viscosity, and viscosity shift of green tea-polyphenol-dry extract sunscreen gel.
Keyword : extract polyphenol, CMC, propylene glycol, gel, factorial design, sunscreen.
Rini Dwiastuti dosen Program Studi Farmasi, Fakultas Farmasi, Universitas Sanata Dharma. Alamat Korespondensi: Kampus III, Paingan, Maguwoharjo, Yogyakarta. Email: rini_dwi@staff.usd.ac.id
1. PENDAHULUAN
Senyawa yang memiliki sistem kromofor dan gugus auksokrom mampu menyerap radiasi pada daerah ultra violet (Sastrohamidjodjo, 1991). Teh hijau mengandung senyawa polifenol (Bisset, 2001) yang memiliki sistem kromofor dan gugus auksokrom, oleh karena itu polifenol teh hijau dapat menyerap radiasi sinar UV. Pada pemakaian topikal atau oral, polifenol teh hijau mampu memberikan perlindungan terhadap sinar UV B yang dapat menyebabkan eritema dan edema (Svobodova, Psotova, Walterova, 2003).
Dalam penelitian ini, gel sunscreen ekstrak kering polifenol teh hijau dibuat dengan menggunakan CMC sebagai gelling agent dan propilen glikol sebagai humektan. Gelling agent untuk kebutuhan farmasi dan sediaan kosmetik harus bersifat inert, aman dan tidak reaktif dengan komponen yang lain (Zath and Kushla, 1996). Bahan aktif yang digunakan dalam sediaan gel sunscreen ekstrak kering polifenol teh hijau adalah polifenol yang akan teroksidasi pada suasana basa. Untuk menjaga kestabilan polifenol dibutuhkan kondisi yang asam, sehingga sediaan gel sunscreen ekstrak kering polifenol teh hijau harus dalam suasana asam. CMC dapat digunakan sebagai gelling agent dalam sediaan gel dengan bahan aktif polifenol teh hijau karena CMC memiliki stabilitas yang baik pada suasana asam maupun basa (pH 2-10).
Propilenglikol digunakan sebagai humectant yang akan mempertahankan kandungan air dalam sediaan sehingga sifat fisik dan stabilitas sediaan selama penyimpanan dapat dipertahankan. Propilen glikol memiliki stabilitas yang baik pada pH 3-6 (Allen, 2002). Oleh karena itu propilen glikol dapat digunakan sebagai humektan dalam sediaan gel sunscreen ekstrak kering polifenol teh hijau.
Kualitas fisik sediaan gel dipengaruhi oleh komposisi bahan-bahan yang digunakan. Gelling agent dan humektan merupakan bagian yang sangat berpengaruh terhadap kualitas fisik dari sediaan gel. Gelling agent akan membentuk jaringan struktural yang merupakan faktor yang sangat penting dalam sistem gel (Zath and Kushla, 1996). Humektan akan menjaga kestabilan sediaan gel dengan cara mengabsorbsi lembab dari lingkungan dan mengurangi
menentukan efek yang dominan antara CMC, propilen glikol dan interaksi keduanya dalam menentukan respon yang diharapkan dapat dilakukan dengan metode desain faktorial.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Komoditas teh dihasilkan dari pucuk daun tanaman teh (Camellia sinensis L.) melalui proses pengolahan tertentu. Secara umum berdasarkan cara/proses pengolahannya, teh dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu teh hijau, teh oolong, dan teh hitam. Teh hijau dibuat dengan cara menginaktifasi enzim oksidase/fenolase yang ada dalam pucuk daun teh segar, dengan cara pemanasan atau penguapan menggunakan uap panas, sehingga oksidasi enzimatik terhadap katekin dapat dicegah. Teh mengandung senyawa polifenol (Bisset, 2001). Teh juga mengandung sejenis antioksidan yang bernama katekin yang merupakan flavonoid yang termasuk dalam kelas flavanol. Pada daun teh segar kadar katekin bisa mencapai 30% dari berat kering. Teh hijau mengandung katekin yang tinggi, sedangkan teh hitam mengandung lebih sedikit karena katekin hilang dalam proses oksidasi (Hartoyo, 2003).
Gel adalah suatu sistem setengah padat yang terdiri dari suatu dispersi yang tersusun baik dari partikel anorganik yang kecil atau molekul organik yang besar dan saling diresapi cairan (Ansel, 1989). Gel biasanya digunakan untuk diaplikasikan pada membran mukus atau jaringan yang luka terbakar, karena gel memiliki kandungan air yang tinggi yang dapat mengurangi iritasi (Klech, 1997). Sunscreen merupakan senyawa kimia yang menyerap atau memantulkan radiasi sehingga melemahkan energi ultra violet sebelum berpenetrasi ke kulit. Sunscreen dapat dibagi menjadi dua yaitu chemical sunscreen dan physical sunscreen. Chemical sunscreen bekerja dengan cara mengabsorbsi radiasi sinar ultra violet (Stanfield, 2003).
Ekstraksi merupakan kegiatan menarik suatu zat yang dapat larut dari bahan yang tidak dapat larut dengan pelarut cair. Faktor yang mempengaruhi kecepatan ekstraksi adalah kecepatan difusi zat yang larut melalui lapisan-lapisan batas antara cairan pengekstrak dengan bahan yang mengandung zat tersebut (Anonim, 1986). Senyawa dari golongan polifenol mudah larut dalam air. Untuk senyawa yang hanya larut sedikit dalam air kepolarannya memadai
untuk diekstrak dengan baik menggunakan metanol, etanol, atau aseton; dan metanol 80% merupakan pelarut yang sering dipakai untuk ekstraksi flavonoid. Ekstraksi kembali larutan dalam air dengan pelarut organik yang tidak bercampur dengan air tetapi agak polar bermanfaat untuk memisahkan golongan flavonoid dari senyawa yang lebih polar seperti karbohidarat. Etil asetat merupakan pelarut yang baik untuk menangani katekin dan protoantosianidin (Robinson, 1991).
Desain faktorial merupakan aplikasi persamaan regresi yaitu teknik untuk memberikan model hubungan antara variabel respon dengan satu atau lebih variabel bebas. Model yang diperoleh dari analisis tersebut berupa persamaan matematika (Bolton, 1997). Desain faktorial merupakan desain yang digunakan untuk mengevaluasi efek dari faktor yang dipelajari secara simultan dan efek yang relatif penting dapat dinilai (Armstrong and James, 1996). Desain faktorial digunakan dalam penelitian di mana efek dari faktor atau kondisi yang berbeda dalam penelitian ingin diketahui (Bolton, 1997). Penelitian desain faktorial dimulai dengan menentukan faktor dan level yang akan diteliti, serta respon yang akan diukur. Respon yang diukur harus dapat diekspresikan secara numerik. Deskripsi sifat (seperti besar, lebih besar, terbesar) dan nomor urut (seperti menunjukan respon terbesar adalah 1, selanjutnya 2, dan seterusnya) tidak dapat digunakan (Armstrong and James, 1996). Respon yang diukur harus dapat dikuantitatifkan (Bolton, 1997). Penelitian desain faktorial yang paling sederhana adalah penelitian dengan 2 faktor dan 2 level (Armstrong and James, 1996). Desain faktorial dua level berarti ada dua faktor (misal A dan B) yang masing-masing faktor diuji pada dua level yang berbeda, yaitu level rendah dan level tinggi. Dengan desain faktorial dapat didesain suatu percobaan untuk mengetahui faktor yang dominan berpengaruh secara signifikan terhadap respon. Juga memungkinkan kita mengetahui interaksi di antara faktor-faktor tersebut (Bolton, 1997; Voigt, 1995).
Pada desain faktorial dua level dan dua faktor diperlukan empat percobaan (2n = 4, dengan 2 menunjukkan level dan n menunjukkan jumlah faktor).
Rumusan yang berlaku:
Y = b0 + b1(XA) + b2(XB) + b12 (XA)(XB) ... (8) Dengan:
Y = respon hasil atau sifat yang diamati (XA)(XB) = level faktor A dan faktor B
b0, b1, b2, b12 = koefisien, dapat dihitung dari hasil percobaan Dari rumus dan data yang diperoleh dapat dibuat contour plot suatu respon tertentu yang sangat berguna dalam memilih komposisi campuran yang optimum. Besarnya efek dapat dicari dengan menghitung selisih antara rata respon pada level tinggi dan rata-rata respon pada level rendah (Bolton, 1997).
CMC dengan konsentrasi 4% sampai 6% dapat digunakan sebagai gelling agent. Gliserin dapat ditambahkan untuk mencegah gel mengering. Presipitasi dapat terjadi pada pH kurang dari 2; stabil pada pH antara 2-10, dengan stabilitas maksimum pada pH 7-9 (Allen, 2002). CMC larut dalam air dan campur dalam air dengan sedikit alkohol dan gliserin. Gel basis air ini mudah untuk ditumbuhi mikroba (Kelch, 1997). Propilen glikol dapat berfungsi sebagai desinfektan, dan stabilizer. Propilen glikol stabil pada pH 3-6. Propilen glikol secara umum merupakan material yang nontoksik, biasanya digunakan dalam makanan, obat dan kosmetik. Penggunaan propilen glikol yang melebihi batas maksimal dalam sediaan topikal dapat menyebabkan iritasi (Allen and Emeritus, 1999).
3. BAHAN DAN METODE
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah serbuk teh hijau yang berasal dari salah satu produsen teh hijau di Wonosobo, metanol (teknis), kloroform (teknis), etil asetat (teknis), etanol (teknis), aquadest, CMC (farmasetis), propilen glikol (farmasetis), metil paraben, asam sitrat (farmasetis), aseton p.a.
Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan percobaan desain faktorial. Data yang diperoleh dari uji sifat fisik gel yang meliputi daya sebar, viskositas, dan perubahan viskositas dianalisis menggunakananalisis statistik Anova Yates treatment.
4. HASIL DAN DISKUSI
Untuk memenuhi syarat sediaan gel yang baik dan dapat diterima masyarakat dapat dilihat dari sifat fisik dan stabilitas fisiknya. Sifat fisik yang diukur adalah daya sebar gel dan viskositas gel. Untuk stabilitas fisik bisa dilihat dari perubahan viskositas gel selama penyimpanan satu bulan. Perubahan profil kekentalan setelah satu bulan merupakan indikator ketidakstabilan sediaan selama penyimpanan. Daya sebar gel diukur dengan cara mengukur diameter paling panjang pada skala kaca bulat. Daya sebar yang baik menjamin pemerataan gel saat diaplikasikan pada kulit. Pengukuran viskositas digunakan untuk melihat profil kekentalan gel dan dilakukan dua kali, yaitu 48 jam setelah dibuat dan satu bulan setelah pembuatan. Hasil pengukuran sifat fisis gel sebagai berikut:
Tabel 1. Hasil Pengukuran Sifat Fisik Gel
Formula Daya Sebar (cm) Viskositas (d Pa.s) Pergeseran Viskositas (%)
1 4,94 ± 0,15 196,67 ± 5,16 2,83 ± 1,58 a 3,47 ± 0,15 391,67 ± 7,53 1,99 ± 0,84 b 5,02 ± 0,07 166,67 ± 6,06 3,99 ± 2,45 ab 3,65 ± 0,04 348,33 ± 4,08 0,96 ± 1,17 Hasil perhitungan desain faktorial sifat fisik gel sebagai berikut:
Tabel 2. Efek CMC, Propilen Glikol, dan Interaksi dalam Menentukan Sifat Fisik Gel
Efek Daya sebar Viskositas Pergeseran Viskositas
CMC |-1,42| 376,66 |-1,935|
Propilen glikol 0,13 l -73,34 l 0,13 Interaksi 0,05 l -13,34 l l – 1,095 l
4.1 Daya Sebar Gel
Pada respon daya sebar penambahan CMC menyebabkan penurunan daya sebar gel yang diformulasikan dengan propilen glikol level rendah maupun level tinggi (Gambar 1a). Respon
sebaliknya tampak pada gambar 1b di mana peningkatan jumlah propilen glikol dalam formula menyebabkan peningkatan daya sebar pada penggunaan CMC level rendah maupun level tinggi.
Gambar 1 a Gambar 1 b
Gambar :
1a. Grafik Hubungan antara CMC dan Daya Sebar Gel; 1b. Grafik Hubungan antara Propilen Glikol dan Daya Sebar Gel
Berdasarkan perhitungan desain faktorial pada daya sebar, efek CMC lebih dominan dibandingkan propilen glikol dan interaksinya. Secara kuantitatif, besar efek CMC adalah
−
1
,
42
, efek propilenglikol 0,13, dan efek interaksi CMC-propilen glikol 0,05 (tabel II). Efek CMC bernilai negatif, hal ini berarti CMC akan memperkecil daya sebar. Semakin banyak penggunaan CMC, maka daya sebar semakin menurun. Efek propilen glikol dan interaksi bernilai positif, hal ini berarti propilen glikol akan meningkatkan daya sebar. Semakin banyak penggunaan propilen glikol, maka daya sebar semakin meningkat. Efek penurunan daya sebar gel dominan disebabkan oleh penggunaan CMC, maka perlu perhatian pada penambahan faktor CMC karena sedikit saja penambahan CMC akan berakibat pada penurunan daya sebar.
Tabel 3. Hasil Perhitungan Yate’s Treatment pada Respon Daya Sebar
Source Degrees Sum Mean F of Variation of Freedom of Squares Squares
Replicates 5 0,091 0,0182 Treatment 3 12,2304 4,0768 CMC 1 12,1126 12,1126 1081,4821 Propilen glikol 1 0,1001 0,1001 8,9375 Interaksi 1 0,0177 0,0177 1,5804 Experimental error 15 0,1677 0,0112 Total 23
Dari hasil perhitungan harga F yang diperoleh dari Yate’s treatment (tabel lll) untuk respon daya sebar memperlihatkan bahwa CMC dan propilen glikol mempunyai harga F hitung yang lebih besar dari F tabel yaitu 4,5431. Oleh karena itu CMC dan propilen glikol memberikan pengaruh yang bermakna secara statistik. Harga F hitung CMC paling besar, hal ini menegaskan bahwa CMC merupakan faktor yang dominan dalam menentukan respon daya sebar.
Salah satu faktor yang mempengaruhi daya sebar gel adalah jumlah dan kekuatan matriks gel. Semakin banyak dan kuat matriks gel maka daya sebar gel akan menurun. Dalam sistem gel yang bertanggung jawab terhadap terbentuknya matriks gel adalah gelling agent. Dengan kenaikan konsentrasi gelling agent akan menambah dan memperkuat matriks gel (Zats and Kushla, 1996). Oleh karena itu faktor dominan yang menentukan respon daya sebar adalah CMC.
4.2 Viskositas Gel
Pengaruh penambahan CMC dan propilenglikol terhadap viskositas gel digambarkan pada gambar berikut:
Gambar 2 a Gambar 2 b
Gambar:
2 a. Grafik Hubungan antara CMC dan viskositas gel; 2.b. Grafik hubungan antara propilen glikol dan viskositas gel
Fenomena pada respon viskositas gel berbanding terbalik dengan daya sebar, gambar 2a memperlihatkan penambahan CMC menyebabkan peningkatan viskositas gel, baik pada penggunaan propilen glikol level rendah maupun tinggi. Sebaliknya tampak pada gambar 2b, peningkatan jumlah propilen glikol dalam formula menyebabkan penurunan viskositas gel pada penggunaan CMC level rendah maupun level tinggi.
Berdasarkan perhitungan desain faktorial, dominasi CMC dalam menentukan viskositas gel tampak jelas, dibandingkan dengan efek propilen glikol maupun efek interaksi (Tabel 2). Besar efek CMC dalam menentukan viskositas gel adalah 376,66, efek propilen glikol adalah |-73,34|, dan efek interaksi CMC-propilen glikol adalah |-13,34|. Efek CMC bernilai positif, hal ini berarti CMC akan meningkatkan viskositas gel. Semakin banyak penggunaan CMC, maka viskositas gel akan meningkat. Efek propilen glikol bernilai negatif, hal ini berarti penggunaan propilen glikol akan menurunkan viskositas gel. Semakin banyak penggunaan propilen glikol, maka viskositas gel akan menurun. Efek interaksi CMC-propilen glikol juga akan menurunkan viskositas gel.
Tabel 4. Hasil Perhitungan Yate’s Treatment pada Respons Viskositas
Source Degrees Sum Mean F of Variation of freedom of Squares Squares
Replicates 5 108 21,6 Treatment 3 221150 73716,6667 CMC 1 212816 212816 5551,726567 Propilen glikol 1 8066 8066 210,417574 Interaksi 1 268 268 6,932229 Experimental error 15 575 38,3333 Total 23
Dari hasil perhitungan yang diperoleh dari Yate’s treatment (tabel IV) untuk respon viskositas memperlihatkan bahwa CMC, propilen glikol dan interaksi mempunyai harga F hitung yang lebih besar dari F tabel yaitu 4,5431. Oleh karena itu CMC, propilen glikol dan interaksi memberikan pengaruh yang bermakna secara statistik. Harga F hitung CMC paling besar, hal ini menegaskan bahwa CMC merupakan faktor yang dominan dalam menentukan respon viskositas.
Viskositas gel dipengaruhi oleh konsentrasi dari gelling agent. Peningkatan jumlah gelling agent dapat memperkuat matriks gel sehingga menyebabkan kenaikan viskositas (Zats and Kushla, 1996). Oleh karena itu dalam formula ini CMC dominant dalam menentukan respon viskositas gel.
4.3 Perubahan Viskositas Gel
Penambahan CMC yang digunakan dalam formula, menyebabkan perubahan viskositas gel kecil. Efek CMC|-1,96| paling besar jika dibandingkan dengan efek propilen glikol (0,37) dan efek interaksi CMC-propilen glikol |-1,13|. Efek CMC bernilai negatif, hal ini berarti CMC akan menurunkan perubahan viskositas gel. Efek propilen glikol bernilai positif, hal ini berarti propilen glikol akan meningkatkan perubahan viskositas gel. Berdasarkan nilai efek tersebut maka CMC merupakan faktor yang dominan dalam menentukan perubahan
adanya interaksi antara CMC dan propilen glikol. Adanya sedikit perubahan level pada CMC atau propilen glikol maupun keduanya akan menyebabkan perubahan terhadap efek interaksi yang akan menyebabkan mempengaruhi pergeseran viskositas gel.
Gambar 3 a Gambar 3 b
Gambar:
3 a. Grafik Hubungan antara CMC dan Pergeseran Viskositas Gel; 3b. Grafik Hubungan antara Propilen Glikol dan Pergeseran Viskositas Gel
Perhitungan harga F yang diperoleh dari Yate’s treatment (tabel V) untuk respon pergeseran viskositas memperlihatkan bahwa CMC memberikan pengaruh yang bermakna secara statistik. F hitung diterima jika harga F hitung lebih besar dari F tabel. Harga F hitung CMC lebih besar dari F tabel yaitu 4,5431. Harga F CMC paling besar, hal ini menegaskan bahwa CMC merupakan faktor yang dominan dalam menentukan respon pergeseran viskositas.
Viskositas gel dipengaruhi oleh konsentrasi gelling agent. Dalam sistem gel, gelling agent bertanggung jawab terhadap terbentuknya matriks gel. Selama penyimpanan matriks gel dapat mengalami kerusakan yang menyebabkan perubahan viskositas gel. Oleh karena itu, faktor dominan yang menentukan perubahan viskositas gel ekstrak kering polifenol teh hijau adalah CMC (sebagai gelling agent).
Tabel 5. Hasil Perhitungan Yate’s Treatment pada Respons Pergeseran Viskositas
Source Degrees Sum Mean F of Variation of freedom of Squares Squares
Replicates 5 14,9242 2,9848 Treatment 3 29,7004 9,9001 CMC 1 22,446 22,446 8,8800 Propilen glikol 1 0,0273 0,0273 0,0108 Interaksi 1 7,2271 7,2271 2,8592 Experimental error 15 37,9157 2,5277 Total 23
5. KESIMPULAN
CMC mempunyai pengaruh yang dominan dalam menentukan respon daya sebar, viskositas, dan pergeseran viskositas.
6. UCAPAN TERIMAKASIH
Tim peneliti mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Dirjen DIKTI (melalui Task Force PHK A3 tahun 2007 Fakultas Farmasi USD) yang telah banyak membantu dalam pembiayaan penelitian ini.
2. Lucia Resty Wijayanti, yang telah membantu dalam pelaksanaan proyek penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Allen, L. V. Jr. 2002. The Ar t, Science, and Technology of Pharmaceutical Compounding. 2nd Ed, 301-324. Washington, D.C.: American Pharmaceutical Association.
Anonim, 1986. Sediaan Galenik. P.1-17. Jakarta: Departemen Kesehatan RI.
Ansel, H. C. 1989. Introduction to Pharmaceutical Dosage Forms. P.313, Jakarta: UI-Press.
Armstrong, N. A., and James, K. C. 1996. Pharmaceutical Experimental Design and Interpretation: Factorial design of Experiment. P.131-165. USA: Taylor and Francis.
Bisset, N. G. 2001. Herbal Drugs and Phytopharmaceuticals a Handbook for Practice on a Scientific Basic With Reference to German Commision E Monographs. 2nd Ed., P.490-491. London: CRC Press.
Bolton, S. 1997. Pharmaceutical Statistic Practical and Clinical Application. 3rd Ed., P.308-337; P.532-574. New York: Marcel Dekker, Inc.
Garg, A., Aggarwal, D., Garg, S., and Singla, A.K., 2002. Spreading of Semisolid Formulation: An Update. Pharmaceutical Technology, September 2002. P.84-102, www.pharmtech.com.
Harry, R. G. 1982. Harry’s Cosmeticology, The Principle and Practice of Modern Cosmetics. 6th Ed., P.306-320; P.702-705. London: Leonard Hill Book.
Hartoyo, A. 2003. Teh dan Khasiatnya Bagi Kesehatan Sebuah Tinjauan Ilmiah. P.11-19. Yogyakarta: Kanisius.
Kelch, C. M. 1997. Gels and Jellies, in Swarbrick, J., and Boylan, J. C., Encyclopedia of Pharmaceutical Technology. Vol. 6, P.424. New York: Marcel Dekker, Inc.
Robinson, Trevor. 1991. The Organic Constituents of Higher Plants. 6th edition. diterjemahkan oleh Kosasih Padmawinata, P.193,208. Bandung: Penerbit ITB.
Sastrohamidjodjo, Hardjono. 1991. Spektroskopi, P.5-8. Yogyakarta: Liberty.
Stanfield, Joseph W. 2003. Sun Protectans: Enhancing Product Functionality with Sunscreens. In Schueller, R., Romanowski, P., (Eds.), Multifunctional Cosmetics, P.145-148. New York: Marcel Dekker Inc.
Svobodova, A., Psotova, J., dan Walternova, D. 2003. Natural Phenolics in Prevention of UV-Induced Skin Damage (A review), Biomed. Papers, P.147(2), P.137-145.
Voigt, R. 1995. Lehrbruch der Pharmazeutischen Tecnologie (Buku Pelajaran Teknologi Farmasi). Diterjemahkan oleh Soewandhi, S. N. dan Widianto M. B., P.141-145. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.
Zath, J. L., and Kushla, G. P., Gels, in Lieberman, H. A., Lachman, L., and Schwatz, J. B. Pharmaceutical Dosage Form: Dysperse System Vol. 2. 2nd Ed, P.399-417. New York: Marcell Dekker, Inc.
