BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 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. Elektron tersebut menyebabkan radikal bebas menjadi senyawa yang 4

2 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 asma, kanker, penyakit kardiovaskular, katarak, inflamasi saluran 5

3 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 dan antioksidan sekunder. Antioksidan primer dapat bereaksi dengan 6

4 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 keasaman atau alkalinitas. Ketika air terionisasi, mineral alkalin 7

5 (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 baku menjadi 2 jenis yaitu air alkali (alkaline water) yang kaya akan 8

6 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: Gambar 2.1. Bagan generator elektrolisis air dan senyawa yang dihasilkan (Huang et al., 2008) 9

7 Prinsip produksi air elektrolisis yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 sebagai berikut: Elektroda positif: 2H 2 O 4H + + O 2 + 4e - 2NaCl Cl 2 + 2e - + 2Na + Cl 2 + H 2 O HCl + HOCl Elektroda Negatif: 2H 2 O + 2e - 2OH - +H 2 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. Gambar 2.2. Reaksi peredaman DPPH dengan senyawa antioksidan (Molyneux, 2004) 10

8 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 (EC 50 ) atau Inhibition Concentration (IC 50 ) 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 IC 50 berkisar antara ppm, sedang apabila nilai IC 50 berkisar antara ppm, dan lemah apabila nilai IC 50 berkisar antara 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 nm dan daerah sinar tampak (Visibel) antara nm (Gandjar dan Rohman, 2007). 11

9 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 (Sastrohamidjojo, 1985). 12

10 C. Kerangka Konsep Kerangka konseptual penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.4: 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 radikal bebas yang berbeda. 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. 13