APLIKASI METODE RESPON PERMUKAAN DAN GOAL PROGRAMMING UNTUK OPTIMASI SIFAT FISIK DAN MEKANIK TABLET OBAT

Transkripsi

1 APLIKASI METODE RESPON PERMUKAAN DAN GOAL PROGRAMMING UNTUK OPTIMASI SIFAT FISIK DAN MEKANIK TABLET OBAT Ivan Aris Nugroho 1) dan Abdullah Shahab 2) 1) Program Studi Magister Manajemen Teknologi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Jl. Cokroaminoto 12A, Surabaya, 60264, Indonesia 2) Jurusan Manajemen Industri, Magister Manajemen Teknologi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember ABSTRAK Industri Farmasi menghasilkan berbagai jenis obat salah satunya adalah produksi solida (berbentuk tablet padat). Tablet merupakan produk yang paling banyak beredar dan diterima di masyarakat karena berbagai keuntungan. Keuntungan tablet adalah mudah dibawa, bentuk kompak dan mudah diberikan. Oleh karena banyak beredar di masyarakat dan mempunyai banyak keuntungan maka tablet haruslah memiliki sifat fisik dan mekanik yang baik. Hasil tablet yang diharapkan adalah tablet yang memiliki kekerasan cukup tinggi, waktu hancur yang singkat, dan tingkat keregasan yang rendah. Faktor yang diduga berpengaruh terhadap sifat fisik dan mekanik tablet adalah kadar zat pengikat, kadar zat disintegran, dan tekanan mesin. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah Metode Respon Permukaan. Metode Respon Permukaan digunakan untuk mengetahui pengaruh faktor terhadap hasil cetakan tablet. Dari Metode Respon Permukaan didapat persamaan hubungan antara faktor dan respon. Persamaan ini kemudian diolah dengan menggunakan Goal Programming agar mendapatkan hasil yang optimal. Hasil dari penelitian ini adalah faktor kadar zat pengikat, zat disintegran dan tekanan mesin pada waktu pengempaan terbukti secara signifikan mempengaruhi respon tingkat kekerasan, tingkat keregasan dan waktu hancur tablet. Hasil percobaan pembuatan tablet obat dengan menggunakan faktor-faktor yang telah optimal menunjukkan kesesuaian dengan prediksi menggunakan model. Kata kunci: Metode Respon Permukaan, Goal Programming, Optimasi Sifat Fisik dan Mekanik, Tablet Obat. PENDAHULUAN Industri Farmasi menghasilkan berbagai jenis obat dalam memenuhi kebutuhan kesehatan masyarakat. Pada dasarnya obat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu produksi solida (berbentuk tablet padat), produksi liquid (berbentuk cair), dan produksi semisolid (berbentuk balsam). Tablet dapat didefinisikan sebagai bentuk sediaan solid yang mengandung satu atau lebih zat aktif dengan atau tanpa bahan pengisi (Depkes RI, 1995). Biasanya tablet berbentuk bulat dengan permukaan datar, atau konveks. Tablet diberikan secara oral dan ditelan dengan bantuan air atau bisa juga dibuat untuk dikunyah terlebih dahulu baru ditelan. A-7-1

2 Produk solida berbentuk tablet adalah produk yang paling banyak beredar di masyarakat. Selain itu tablet adalah bentuk obat untuk orang dewasa yang paling luas diterima karena berbagai keuntungan. Keuntungan tersebut seperti kemudahan pemberian dosis yang akurat, bahan yang digunakan tidak mengandung alkohol (alkohol seringkali digunakan untuk meningkatkan kelarutan dan stabilitas bentuk lain), dan komposisi tablet dapat segera disesuaikan dalam berbagai dosis zat aktif. Keuntungan tablet lainnya adalah mudah dibawa, bentuk kompak, dan ekonomis bila dibandingkan obat lain dan mudah diberikan (Siregar, 2008). Zat yang terkandung dalam tablet secara garis besar dibagi menjadi empat, yaitu zat aktif, zat pembentuk sifat fisik tablet, zat pengisi, dan zat pengawet. Zat aktif merupakan zat kandungan obat yang dosisnya telah ditentukan oleh para ahli farmasi melalui berbagai uji untuk menyembuhkan penyakit. Sedangkan zat pembentuk sifat fisik tablet merupakan zat yang tidak memiliki efek menyembuhkan namun digunakan untuk memperlancar pembentukan tablet dan mempermudah proses pelarutan agar dapat diserap oleh tubuh. Zat pengisi berfungsi untuk mengisi tablet agar mencapai berat yang telah ditentukan. Dalam proses pembuatan obat keempat zat tersebut dicampur melalui berbagai proses sebelum mencapai proses pencetakan. Secara umum proses produksi solida melibatkan urutan proses yaitu persiapan bahan baku, penimbangan bahan baku, proses campur basah, sizing (pembuatan granul), pengeringan, pengecilan ukuran granul, campur kering, dan proses pencetakan. Proses pengeringan dilakukan dengan oven pada suhu dan waktu tertentu. Proses pengecilan ukuran granul dilakukan agar granul tersebut dapat dicetak. Pada proses campur kering ditambahkan pelincir dan disintegran. Pelincir berfungsi untuk memperlancar granul pada waktu melalui proses pencetakan. Sedangkan disintegran adalah tambahan zat agar tablet mudah larut ketika masuk ke dalam tubuh manusia. Setelah proses produksi tersebut selesai maka pihak quality control (QC) mengadakan sampling untuk memeriksa apakah hasil tablet tersebut telah sesuai dengan kriteria tablet yang baik atau tidak. Pihak Quality control melakukan uji terhadap tablet meliputi uji kadar air (sebelum mulai cetak), uji keragaman berat tablet, uji keragaman diameter dan tebal tablet, uji kekerasan tablet (Hardness test), uji waktu hancur tablet (disintegration test), dan uji keregasan atau kerapuhan tablet (friability test). Hasil tablet yang diharapkan adalah tablet yang memiliki kekerasan cukup tinggi (agar tidak mudah pecah dalam pengemasan dan pengiriman tablet), waktu hancur yang singkat (agar zat cepat diserap oleh tubuh dan khasiat obat cepat bekerja), dan tingkat keregasan yang rendah (tingkat kerapuhan tablet terhadap gesekan dan bantingan). Faktor yang diduga berpengaruh terhadap sifat fisik dan mekanik tablet adalah kadar zat pengikat, kadar zat disintegran, dan tekanan mesin. Zat pengikat adalah zat yang ditambahkan agar tablet tidak pecah atau retak. Zat disintegran adalah zat yang membuat tablet agar dapat hancur di dalam perut. Sedangkan tekanan mesin yang dimaksud adalah tekanan mesin pada alat mesin kempa granul. Penelitian dilakukan agar dapat melihat faktor yang dominan mempengaruhi respon hasil cetak tablet. Dengan menggunakan data hasil percobaan yang cukup banyak, model akan diperoleh dengan menggunakan metode respon permukaan. Setelah mendapatkan model hasil dari metode respon permukaan, akan dilakukan optimasi faktor-faktor dengan menggunakan metode goal programming. Dengan optimasi parameter tersebut diharapkan bisa diperoleh solusi optimal untuk memperoleh hasil tablet sesuai dengan kriteria yang diharapkan. A-7-2

3 Metode Respon Permukaan Metode respon permukaan adalah kumpulan teknik statistika dan matematika yang berguna untuk mengembangkan, meningkatkan, dan mengoptimalkan proses. Metode ini juga mempunyai aplikasi penting dalam desain, pengembangan dan formulasi produk baru, demikian juga pada peningkatan desain produk yang sudah ada (Myers, 2002) Pengukuran kualitas karakteristik suatu produk disebut respon. Kebanyakan aplikasi nyata dari metode respon permukaan akan melibatkan lebih dari satu respon. Input variable kadang disebut variabel bebas. Variabel bebas ini adalah besaran yang dapat dikontrol oleh peneliti dalam suatu eksperimen. Metode respon permukaan adalah metode yang berupaya melihat pengaruh atau respon dari beberapa variabel secara bersama-sama. Menurut Myers (2002) metode respon permukaan berguna sebagai solusi dari berbagai masalah. Secara umum masalah dibagi menjadi tiga kategori : 1. Memetakan respon permukaan atas suatu daerah. 2. Optimasi dari respon. Dalam dunia industri permasalahan yang sangat penting adalah menentukan kondisi yang mengoptimalkan respon. 3. Pemilihan dari kondisi operasi untuk mencapai spesifikasi. Dalam kebanyakan masalah respon permukaan terdapat beberapa respon yang harus dipertimbangkan secara bersamaan. Pada dasarnya analisis permukaan respon adalah serupa dengan analisis regresi yaitu menggunakan prosedur pendugaan parameter fungsi respons berdasarkan kuadrat terkecil (Least Square Method). Perbedaanya dengan regresi linear adalah dalam analisis respon diperluas dengan menerapkan teknik-teknik metematik untuk menentukan titik-titik optimum agar dapat ditentukan respon yang optimum (maksimum atau minimum) (Montgomery, 1998). Dalam respon permukaan digunakan model first order atau model second order. Secara umum model first order mempunyai fungsi sebagai berikut : Y = β0 + β1x1 + β2x2 + + βkxk + Namun model first order tidak cukup memetakan hubungan parameter dengan respon bila berbentuk kurva. Oleh karena itu diperlukan model second order yang dapat memetakan bentuk kurva. Model second order dengan dua variabel mempunyai fungsi sebagai berikut : Y = β0+ β1x1 + β2x2 +β11x1 2 +β22x2 2 + β12x1x2 + Model yang digunakan dalam penelitian ini adalah model second order respon permukaan. Model ini banyak sekali digunakan dalam metode respon permukaan karena modelnya sangat fleksibel dalam mendeskripsikan data eksperimen dalam bentuk kurva. Goal Programming Masalah keputusan yang melibatkan tidak hanya satu tetapi beberapa fungsi tujuan merupakan masalah yang tidak dapat diselesaikan dengan linear programming biasa. Oleh karena itu terdapat suatu teknik riset operasional untuk menanganni masalah keputusan dengan beberapa fungsi tujuan, yang dinamakan Goal Programming. Goal Programming merupakan suatu metode yang menggabungkan beberapa tujuan dalam sebuah fungsi tujuan dengan prioritas yang sudah ditentukan. Ini dilakukan dengan mengekspresikan tujuan itu dalam bentuk sebuah kendala (goal constraint), memasukkan suatu variabel simpangan (deviational variable) dalam kendala itu untuk mencerminkan seberapa jauh deviasi dari tujuan. Goal Programming bertujuan meminimumkan penyimpanganpenyimpangan dari tujuan-tujuan tertentu (Mulyono, 2002). A-7-3

4 Karena penyimpangan-penyimpangan dari tujuan-tujuan itu diminimumkan, sebuah model Goal Programming menangani aneka ragam tujuan dengan dimensi atau satuan ukuran yang berbeda. Tujuan-tujuan yang saling bentrok juga dapat diselesaikan. Jika terdapat banyak tujuan, prioritas atau urutannya bisa ditentukan, dan proses penyelesaian Goal Programming itu akan berjalan sedemikian rupa sehingga tujuan dengan prioritas tertinggi dipenuhi sedekat mungkin sebelum memikirkan tujuan-tujuan dengan prioritas lebih rendah. Goal programming mencari titik yang paling memuaskan dari sebuah persoalan dengan beberapa tujuan.goal programming meminimumkan penyimpangan-peyimpangan dari tujuan dengan mempertimbangkan hirarki prioritas (Mulyono, 2002). METODE Studi lapangan dan percobaan secara langsung dilakukan di sebuah perusahaan farmasi. Dari para apoteker dan staf yang bekerja di perusahaan tersebut diperoleh gambaran dan aplikasi mengenai pembuatan tablet obat dengan metode granulasi basah. Berdasarkan pengalaman membuat tablet obat selama ini didapatkan faktor dan variabel respon untuk penelitian ini. Untuk menghasilkan tablet yang mempunyai kualitas fisik dan mekanik yang baik, beberapa faktor dalam produksi tablet diduga berpengaruh. Faktor yang diduga berpengaruh tersebut adalah kadar zat pengikat, kadar zat disintegran, dan tekanan mesin. Sedangkan respon dari faktor tersebut adalah tingkat kekerasan tablet, tingkat keregasan/kerapuhan tablet, dan waktu hancur tablet Setelah menetapkan faktor dan respon maka langkah selanjutnya adalah menetapkan level dari faktor tersebut. Faktor kadar zat pengikat mempunyai level bawah 2%, level tengah 4% dan level atas 6%. Kadar zat disintegran mempunyai level bawah 2%, level tengah 3,5% dan level atas 5%. Tekanan mesin waktu cetak mempunyai level bawah 3.5, level tengah 3.25, dan level atas 3. Untuk mempermudah perhitungan maka ketiga level tersebut diubah dalam bentuk coded. Nilai Coded adalah nilai faktor bukan berdasar nilai yang sebenarnya melainkan diberi notasi -1 untuk tingkat bawah, nilai 0 untuk tingkat tengah dan nilai +1 untuk level atas. Setelah penentuan level dilakukan, maka dipilih desain percobaan Central Composite Design. Percobaan ini dirancang dengan 20 macam perlakuan. Setiap perlakuan diulang sebanyak lima kali. Kemudian hasil kempa tablet dengan 20 perlakuan yang berbeda tersebut dilakukan pengujian tingkat kekerasan, tingkat keregasan dan waktu hancur. Pengujian dilakukan dengan cara sebagai berikut : misal pada komposisi pertama dengan pengikat -1, disintegran 1, dan tekanan 1, diambil 5 tablet untuk 5 kali uji kekerasan, uji keregasan sebanyak 5 kali (1 kali uji diperlukan 20 tablet, sehingga total membutuhkan 100 tablet) d an terakhir diambil 5 tablet untuk 5 kali uji waktu hancur. Didapatkan 5 hasil pengukuran tekanan, 5 pengukuran keregasan, 5 pengukuran waktu hancur yang kemudian diambil rata ratanya untuk tiap jenis pengukuran. Angka rata rata tersebut yang digunakan sebagai respon pada metode respon permukaan. HASIL DAN PEMBAHASAN Tablet dibuat berdasarkan Central Composite Design dan setelah itu dilakukan pengukuran. Tabel 1 merupakan data hasil percobaan yang menunjukkan hasil pengukuran tingkat kekerasan.tablet, tingkat keregasan tablet dan waktu hancur tablet. A-7-4

5 No Tabel 1. Data Hasil Percobaan Faktor (Coded) Respon Pengikat Disintegran Tekanan Kekerasan Keregasan Waktu Hancur (Kp) (detik) X 1 X 2 X 3 Y 1 Y 2 Y ,35 1,3% 17, ,95 0,9% 24, ,75 0,9% 23, ,2 0,8% 23, ,8% 23, ,8% 24, ,3 0,8% 19, ,95 0,8% 75, ,75 4,1% 22, ,682 13,3 0,3% 62, , ,65 0,6% 27, ,15 0,9% 23,2 13 1, ,7 0,5% ,7 0,6% ,3 0,5% 88,6 16-1, ,8 3,5% 17, , ,55 1,2% 18, ,1 1,0% ,682 6,1 3,0% 13, ,9 3,8% 19,6 Hasil percobaan yang terdapat pada tabel 1 diolah dengan menggunakan perangkat lunak statistik (program minitab) untuk memperoleh persamaan regresi. Formulasi matematis secara lengkap yang didapat dari metode respon permukaan bisa dituliskan sebagai berikut: Y1 = 8, ,98467*X1-0,08471*X2 + 2,32682*X3 + 0,38705*X1*X1 + 0,52848*X3*X3 + 0,35000*X1*X2 + 0,36250*X1*X3 (1) Y2 = 0, ,008732*X1 + 0,001671*X2-0,008119*X3 + 0,004243*X1*X1 + 0,000460*X2*X2 + 0,002935*X3*X3-0,000800*X1*X2 + 0,006950*X1*X3 + 0,000900*X2*X3 (2) Y3 = 23, ,4107*X1-2,8224*X2 + 14,8549*X3 + 7,3307*X1*X1 + 5,3862*X3*X3-1,7000*X1*X2 + 15,1000*X1*X3-2,4500*X2*X3 (3) Batasan batasan : X1-2 (4) X1 2 (5) X2-2 (6) X2 2 (7) X3-2 (8) X3 2 (9) A-7-5

6 Di mana Y1 adalah tingkat kekerasan, Y2 adalah tingkat keregasan, Y3 adalah waktu hancur, X1 adalah zat pengikat, X2 adalah zat disintegran, dan X3 adalah tekanan mesin. Penyelesaian goal programming dilakukan dengan mencari deviasi minimal sasaran dengan hirarki yang lebih tinggi, kemudian diikuti dengan mencari deviasi minimal sasaran dengan hirarki lebih rendah. Untuk itu perlu ditentukan terlebih dahulu tingkat hirarki berdasarkan skala prioritas. Tingkat kekerasan merupakan hal yang harus diprioritaskan pertama karena tablet dalam kemasan pasti bertumpuk tumpuk sehingga tablet haruslah dapat menahan gaya tekan dan tidak mudah pecah. Nilai respon kekerasan yang diinginkan adalah minimal 11 Kp. Tingkat keregasan merupakan prioritas kedua yang diutamakan karena pada saat pengiriman tablet akan terbanting dan bergesekan satu dengan yang lain. Diharapkan nilai keregasan suatu tablet tidak lebih dari 0,01 atau 1%. Waktu hancur merupakan prioritas ketiga yang terpenting karena tablet haruslah cepat hancur ketika di dalam perut agar khasiat tablet dapat cepat bekerja. Waktu hancur diharapkan dapat kurang dari 1 menit. Oleh karena itu ditentukan angka yang sedikit kurang dari 1 menit yaitu 55 detik. Ketiga fungsi tujuan di atas kemudian dimasukkan ke dalam formulasi. Format dari formulasi di atas akan dirubah agar sesuai dengan format goal programming. Berikut adalah formulasi lengkap Goal Programming dari optimasi sifat fisik dan mekanik tablet : Kendala sasaran : 8, ,98467*X1-0,08471*X2 + 2,32682*X3 + 0,38705*X1*X1 + 0,52848*X3*X3 + 0,35000*X1*X2 + 0,36250*X1*X3 + δ1 - - δ1 + = 11 0, ,008732*X1 + 0,001671*X2-0,008119*X3 + 0,004243*X1*X1 + 0,000460*X2*X2 + 0,002935*X3*X3-0,000800*X1*X2 + 0,006950*X1*X3 + 0,000900*X2*X3 + δ2 - - δ2 + = 0,01 23, ,4107*X1-2,8224*X2 + 14,8549*X3 + 7,3307*X1*X1 + 5,3862*X3*X3-1,7000*X1*X2 + 15,1000*X1*X3-2,4500*X2*X3 + δ3 - - δ3 + = 55 Batasan batasan : X1-2 X1 2 X2-2 X2 2 X3-2 X3 2 Langkah pertama optimasi dilakukan dengan memasukkan kendala sasaran kekerasan saja dan batasan yang ada. Tujuan dari langkah pertama adalah meminimalkan δ1 - agar mendapat tingkat kekerasan yang optimal. Dengan menggunakan perangkat lunak maka diperoleh nilai δ1 - = 0, kadar zat pengikat sebesar 4%, kadar zat disintegran sebesar 5,4% dan tekanan mesin 2,9. Langkah kedua optimasi dilakukan dengan menambahkan kendala sasaran keregasan dan nilai variabel δ1 - yang dihasilkan pada langkah pertama dimasukkan sebagai tambahan batasan. Tujuan dari langkah kedua adalah meminimalkan variabel δ2 + agar tingkat kekerasan dan tingkat keregasan yang optimal dapat sekaligus tercapai. Langkah kedua ini menghasilkan A-7-6

7 nilai δ2 + =0, kadar zat pengikat sebesar 4,4%, kadar zat disintegran sebesar 3,8% dan tekanan mesin 2,95. Langkah ketiga optimasi dilakukan dengan menambahkan kendala sasaran terakhir yaitu waktu hancur dan nilai variabel δ2 + yang dihasilkan pada langkah kedua dimasukkan sebagai tambahan batasan. Tujuan dari langkah ketiga adalah meminimalkan variabel δ3 + agar tingkat kekerasan, tingkat keregasan dan waktu hancur yang optimal dapat sekaligus tercapai. Langkah ketiga ini menghasilkan nilai δ3 + =0, kadar zat pengikat sebesar 5,22%, kadar zat disintegran sebesar 3,5% dan tekanan mesin 3,1. Setelah mendapatkan faktor-faktor yang telah optimal dengan goal programming, maka dilakukan percobaan sesuai dengan komposisi tersebut. Data hasil percobaan menunjukkan kesesuaian antara hasil percobaan dan prediksi menggunakan model. KESIMPULAN Percobaan untuk mengetahui komposisi yang optimal agar menghasilkan tablet obat sesuai kriteria dengan metode respon permukaan dan goal programming menghasilkan beberapa kesimpulan yaitu : 1. Faktor kadar zat pengikat, zat disintegran dan tekanan mesin pada waktu pengempaan terbukti secara signifikan mempengaruhi respon tingkat kekerasan, tingkat keregasan dan waktu hancur tablet. 2. Agar dapat mencapai sasaran tingkat kekerasan tablet setidaknya 11 Kp, tingkat keregasan tablet kurang dari 1% dan waktu hancur tablet kurang dari 55 detik, maka diperlukan formulasi faktor yang optimal yaitu kadar zat pengikat 5,22%, kadar zat disintegran 3,5% dan tekanan mesin pada waktu pengempaan 3,1. 3. Data hasil percobaan dengan faktor yang telah optimal menunjukkan kesesuaian dengan prediksi menggunakan model. DAFTAR PUSTAKA Departemen Kesehatan Republik Indonesia, (1995), Farmakope Indonesia IV Iriawan, N., (2006), Mengolah Data Statistik dengan Mudah Menggunakan Minitab 14, C.V Andi Offset, Yogyakarta Montgomery, D. C., (1998), Pengantar Pengendalian Kualitas Statistik, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta Mulyono, Sri, (2002), Riset Operasi, Lembaga Penerbit Fakultas Ekonomi, Jakarta. Myers, R., (2002), Response Surface Methodology : Process and Product Optimization Using Designed Experiments, A Wiley-Interscience Publication, United States of America. Siregar, C., & Wikarsa, S. (2008), Teknologi Farmasi Sediaan Tablet Dasar - Dasar Praktis, Penerbit Buku Kedokteran EGC, Jakarta, Indonesia: A-7-7