PENGARUH KADAR UAP AIR TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIK CANGKANG KAPSUL ALGINAT SKRIPSI OLEH: HANDI HENDRA NIM

PENGARUH KADAR UAP AIR TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIK CANGKANG KAPSUL ALGINAT SKRIPSI OLEH: HANDI HENDRA NIM 060804038 FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

PENGARUH KADAR UAP AIR TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIK CANGKANG KAPSUL ALGINAT SKRIPSI Diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Farmasi pada Fakultas Farmasi OLEH: HANDI HENDRA NIM 060804038 FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Halaman Pengesahan Judul PERGARUH KADAR UAP AIR TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIK CANGKANG KAPSUL ALGINAT Oleh : Handi Hendra NIM : 060804038 Medan, September 2010 Disetujui oleh : Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II, (Prof. Dr. Hakim Bangun, Apt.) (Drs. Fathur Rahman H., MSi, Apt.) NIP 195201171980031002 NIP 195201041980031002 Disahkan oleh : Dekan Fakultas Farmasi, (Prof. Dr. Sumadio Hadisahputra, Apt.) NIP : 195311281983031002

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan berkat dan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pengaruh Kadar Uap Air terhadap Sifat-sifat Fisik Cangkang Kapsul Alginat. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Farmasi pada Fakultas Farmasi. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Hakim Bangun, Apt., dan Bapak Drs. Fathur Rahman H., MSi, Apt., selaku dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dengan penuh kesabaran, tulus dan ikhlas selama penelitian dan penyusunan skripsi ini berlangsung. 2. Bapak Prof. Dr. Sumadio Hadisahputra, Apt., selaku dekan Fakultas Farmasi yang telah memberikan bantuan dan fasilitas selama masa perkuliahan di Fakultas Farmasi. 3. Bapak Prof. Dr. Urip Harahap, Apt., Bapak Ismail, M.Si, Apt., dan Ibu Tuti Roida Pardede, M.Si, Apt., selaku penguji yang telah memberikan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini. 4. Analis Laboratorium Farmasi Fisik Kak Amyuni Nurmasari yang telah membantu dalam penyediaan alat dan pelaksanaan penelitian. 5. Ayahanda Kun Jian dan Ibunda Erma, kakak, adik dan seluruh keluarga yang telah sabar dan setia memberikan dukungan, doa, semangat, dan materil selama perkuliahan hingga penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh sebab itu dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun pada skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini dapat menjadi sumbangan yang bermanfaat bagi ilmu pengetahuan pada umumnya dan ilmu farmasi pada khususnya. Medan, September 2010 Penulis, Handi Hendra

PENGARUH KADAR UAP AIR TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIK CANGKANG KAPSUL ALGINAT ABSTRAK Cangkang kapsul alginat merupakan suatu cangkang kapsul keras yang dikembangkan sebagai salah satu bentuk penyampaian obat yang baru. Cangkang kapsul alginat ini mempunyai keuntungan dibandingkan kapsul gelatin, yaitu kemampuan melindungi permukaan mukosa lambung dari iritasi obat. Meskipun banyak penelitian tentang cangkang kapsul alginat, tapi belum ada mengenai sifatsifat fisik cangkang kapsul alginat terkait dengan kadar uap air. Oleh karena itu, tujuan utama penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh kadar uap air terhadap sifat-sifat fisik cangkang kapsul alginat. Pengaruh kadar uap air terhadap sifat-sifat fisik cangkang kapsul alginat yang diselidiki dalam penelitian ini adalah warna, waktu hancur, kerapuhan, permeabilitas uap air, dan kesetimbangan kandungan uap air. Untuk uji stabilitas fisik, cangkang kapsul disimpan pada suhu kamar (25 0 C, kelembaban relatif/rh 60%) dan suhu 40 0 C, RH 75% selama 3 bulan. Selain itu, juga diuji pengaruh kadar uap air terhadap kemampuan pertumbuhan mikroba. Kadar uap air mempengaruhi warna cangkang kapsul alginat. Kapsul alginat berwarna putih transparan jika kadar uap airnya >20%, dan berubah warnanya menjadi kuning jika kadar uap airnya mendekati 0%. Selain itu, kadar uap air mempengaruhi kerapuhan cangkang kapsul alginat. Kapsul alginat menjadi rapuh jika kadar uap airnya >16% tetapi melunak jika kadar uap airnya >25%. Kondisi penyimpanan yang ideal supaya kapsul tidak rapuh adalah pada suhu 25 o C, RH 70-75%. Cangkang kapsul alginat ini tidak pecah dalam medium HCl 0,1 N tetapi pecah dalam medium dapar fosfat ph 6,8 setelah kurang dari 1 jam; permeabilitas uap air 17,3±0,20 mg/jam cm 2 ; dan kesetimbangan kandungan uap airnya mengikuti isoterm tipe II (bentuk sigmoidal atau bentuk S). Setelah 3 bulan penyimpanan pada kedua kondisi penyimpanan, warna cangkang kapsul alginat berubah menjadi coklat, berkaitan dengan reaksi pengcoklatan. Kadar uap air dan uji kerapuhannya tidak jauh berbeda dengan keadaan mula-mula. Namun waktu hancur pada suhu 40 0 C, RH 75% lebih cepat, dari waktu awal dan kondisi suhu kamar. Aktivitas air cangkang kapsul alginat mula-mula adalah 0,34, tetapi dengan meningkatnya kadar uap air dengan penyimpanan pada RH 90%, a w kapsul meningkat dari 0,34 menjadi 0,94. Secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa kadar uap air mempengaruhi sifat-sifat fisik cangkang kapsul alginat. Kata kunci : cangkang kapsul alginat, kadar uap air, sifat-sifat fisik.

THE EFFECT OF MOISTURE CONTENT ON PHYSICAL PROPERTIES OF ALGINATE CAPSULE SHELL ABSTRACT Alginate capsule shell is a hard capsule shell which is developed as a new form of drug delivery. Alginate capsule shell has advantages over gelatin capsule, e.g. an ability to protect gastric mucose from drug irritation. Although there are many researches about alginate capsule shell, but there is no information available about the physical properties of alginate capsule shell related to moisture content. Therefore, the main objective of this research was to study the effect of moisture content on the physical properties of alginate capsule shell The effects of moisture content on physical properties of alginate capsule shells that were investigated in this research were color, disintegration time, brittleness, water vapor permeability, and equilibrium moisture content. For physical stability test, alginate capsule shells were stored at room temperature (25 0 C, Relative Humidity/RH 60%) and 40 0 C, RH 75% for 3 months. The effect of moisture content on the ability of microbial growth was also tested. Moisture content affected the color of alginate capsule shell. The color of alginate capsule shell was white transparent if the moisture content > 20%, and turned into yellow if the moisture content nearly 0%. In addition, moisture content affected the brittleness of alginate capsule shell. Alginate capsules became brittle if the moisture content < 16% but became soften if the moisture content > 25%. The ideal storage condition, which did not make capsule brittled was at 25 o C, 70-75% RH. Alginate capsule shells didn t disintegrate in HCl 0.1 N but disintegrated in phosphate buffer ph 6.8 after less than one hour, water vapor permeability of alginate capsule shells was 17.3 ± 0.20 mg/hr cm 2, and the equilibrium moisture content of alginate capsule shells followed isotherm type II (sigmoidal or S form). After 3 months of storage under room condition and at 40 0 C; RH 75%, the color of alginate capsule shells turned into brown due to browning reaction. Moisture content and brittleness test in both storage conditions showed no significance difference with the initial condition. But disintegration time at 40 0 C, RH 75% was faster than initial condition and room temperature condition. The initial water activity of alginate capsule shells was 0.34, but with the increasing moisture content from storage at RH 90%, a w capsule increased from 0.34 to 0.94. On overall, it could be concluded that moisture content affected the physical properties of alginate capsule shell. Key words: alginate capsule shell, moisture content, physical properties

DAFTAR ISI Halaman JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI.... v DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB I PENDAHULUAN..... 1 1.1 Latar Belakang.... 1 1.2 Kerangka Pikir Penelitian... 2 1.2 Perumusan Masalah.... 3 1.3 Hipotesis Penelitian...... 4 1.4 Tujuan Penelitian..... 4 1.4 Manfaat Penelitian..... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1 Kapsul... 6 2.2Alginat... 7 2.3 Interaksi Uap Air-Padatan... 8 2.4 Aktivitas Air... 9 2.5 Permeasi Uap Air... 11 2.6 Kesetimbangan Kandungan Uap Air... 12

2.6 Pengaruh Air terhadap Stabilitas Kimia dan Biokimia... 15 2.7 Stabilitas Fisik Cangkang Kapsul Gelatin dan HPMC... 16 2.7.1 Warna... 16 2.7.2 Kerapuhan... 18 2.7.3 Waktu Hancur... 19 2.8 Spektroskopi IR... 20 2.9 Differential Thermal Analyzer... 20 BAB.III METODOLOGI PENELITIAN... 6 3.1 Alat-alat... 6 3.2 Bahan-bahan... 7 3.3 Prosedur Penelitian... 7 3.3.1 Pembuatan Pereaksi... 7 3.3.1.1 Larutan CaCl 2 1 M... 7 3.3.1.2 Larutan NaCl jenuh... 7 3.3.1.3 Larutan K 2 CrO 4 jenuh... 7 3.3.1.4 Larutan K 2 SO 4 jenuh... 7 3.3.1.5 Larutan HCl 0,1 N... 7 3.3.1.6 Larutan Na 3 PO 4 0,2 M... 8 3.3.1.7 Dapar fosfat ph 6,8... 8 3.3.2 Pembuatan Cangkang Kapsul Alginat... 8 3.3.2.1 Pembuatan Larutan Alginat... 8 3.3.2.2 Pengukuran Viskositas Larutan Alginat... 8 3.3.2.3 Pembuatan Badan Cangkang Kapsul Alginat.. 9 3.3.2.4 Pembuatan Tutup Cangkang Kapsul Alginat... 9

3.3.2.5 Pengeringan Cangkang Kapsul Alginat... 9 3.3.3 Penentuan Spesifikasi Cangkang Kapsul... 10 3.3.3.1 Pengukuran Panjang dan Diameter Cangkang Kapsul... 10 3.3.3.2 Pengukuran Ketebalan Cangkang Kapsul... 10 3.3.3.3 Penimbangan Berat Cangkang Kapsul... 10 3.3.3.4 Pengamatan Warna Cangkang Kapsul... 10 3.3.3.5 Pengukuran Volume Cangkang Kapsul... 10 3.3.4 Uji Kadar Uap Air dan Pengamatan Perubahan Warnanya... 10 3.3.4.1 Dengan Pemanasan dalam Oven pada Suhu 105 o C... 10 3.3.4.2 Dengan Freeze Dryer Diikuti Pemanasan dalam Oven dalam Oven pada suhu 105 o C dan Dilanjutkan dengan Penyimpanan dalam Desikator dengan Kelembaban Tinggi (RH > 90%)... 11 3.3.4.3 Analisa Spektrum IR... 12 3.3.4.4 Differential Thermal Analyzer... 12 3.3.5 Uji Kerapuhan... 13 3.3.5.1 Cangkang Kapsul Kosong... 13 3.3.5.2 Cangkang Kapsul Berisi (Uji Ketahanan terhadap Tekanan)... 13 3.3.6 Uji Waktu Hancur (Disintegrasi)... 13 3.3.7 Uji Permeabilitas Uap Air... 14 3.3.8 Uji Kesetimbangan Kandungan Uap Air... 14 3.3.9 Uji Kerapuhan Cangkang Kapsul dengan Berbagai Kadar Uap Air... 15 3.3.10 Uji Stabilitas... 16

3.3.10.1 Penyimpanan pada Suhu Kamar... 16 3.3.10.2 Penyimpanan pada Suhu 40 o C, RH 75%... 16 3.3.11 Uji Aktivitas Air... 16 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 17 4.1 Pengukuran Viskositas Larutan Alginat... 17 4.2 Penentuan Spesifikasi Cangkang Kapsul... 17 4.3 Uji Kadar Uap Air dan Pengamatan Perubahan Warnanya... 19 4.3.1 Dengan Pemanasan dalam Oven pada Suhu 105 o C... 19 4.3.2 Dengan Freeze Dryer Diikuti Pemanasan dalam Oven dalam Oven pada suhu 105 o C dan Dilanjutkan dengan Penyimpanan dalam Desikator dengan Kelembaban Tinggi (RH > 90%)... 21 4.3.3 Analisis Spektrum IR... 23 4.3.4 Differential Thermal Analyzer... 24 4.4 Uji Kerapuhan... 27 4.4.1 Cangkang Kapsul Kosong... 27 4.4.2 Cangkang Kapsul Berisi (Uji Ketahanan terhadap Tekanan)... 28 4.5 Uji Waktu Hancur (Disintegrasi)... 29 4.6 Uji Permeabilitas Uap Air... 31 4.7 Uji Kesetimbangan Kandungan Uap Air... 32 4.8 Uji Kerapuhan Cangkang Kapsul dengan Berbagai Kadar Uap Air... 34 4.9 Uji Stabilitas... 38 4.9.1 Penyimpanan pada Suhu Kamar... 38 4.9.1.1 Pengamatan Warna... 38 4.9.1.2 Uji Kadar Uap Air... 39

4.9.1.3 Uji Kerapuhan... 39 4.9.1.4 Uji Waktu Hancur (Disintegrasi)... 40 4.9.2 Penyimpanan pada Suhu 40 o C, RH 75%... 42 4.9.2.1 Pengamatan Warna... 42 4.9.2.2 Uji Kadar Uap Air... 43 4.9.2.3 Uji Kerapuhan... 43 4.9.2.4 Uji Waktu Hancur (Disintegrasi)... 44 4.10 Uji Aktivitas Air... 47 4.10.1 Cangkang Kapsul Alginat Mula-mula... 47 4.10.2 Cangkang Kapsul Alginat dengan Penyimpanan pada Suhu Kamar dengan Kelembaban Tinggi (RH 90%) 48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 50 5.1 Kesimpulan... 50 5.2 Saran... 51 DAFTAR PUSTAKA... 52 LAMPIRAN... 56

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Spesifikasi cangkang kapsul alginat... 18 Tabel 2. Spesifikasi cangkang kapsul 00 menurut Pfizer Inc. Capsugel Division... 18 Tabel 3. Uji kadar uap air dengan pemanasan dalam oven pada suhu 105 o C dan pengamatan perubahan warnanya... 19 Tabel 4. Kadar uap air pada cangkang kapsul alginat... 19 Tabel 5. Uji kadar uap air dengan freeze dryer diikuti pemanasan dalam oven pada suhu 105 o C dan dilanjutkan dengan penyimpanan dalam desikator dengan kelembaban tinggi (RH > 90%)... 21 Tabel 6. Uji permeabilitas uap air pada cangkang kapsul alginat dan gelatin... 31 Tabel 7. Pengaruh kondisi penyimpanan (RH) terhadap kadar uap air dan kerapuhan cangkang kapsul kosong pada suhu 25 0 C... 36 Tabel 8. Pengaruh kondisi penyimpanan (RH) terhadap kadar uap air dan kerapuhan cangkang kapsul berisi pada suhu 25 0 C... 36 Tabel 9. Perbandingan sifat-sifat fisik cangkang kapsul alginat mula-mula dan setelah penyimpanan selama 3 bulan pada suhu kamar dan suhu dipercepat... 46

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur alginat... 7 Gambar 2. Air bebas, air terikat secara fisik atau kimia... 8 Gambar 3. Lokasi uap air dalam zat padat... 9 Gambar 4. Klasifikasi isoterm sorpsi uap air dan berbagai bentuknya... 14 Gambar 5. Skema histeresis antara adsorpsi dan desorpsi uap air... 14 Gambar 6. Aktivitas air Diagram stabilitas (Labuza)... 16 Gambar 7. Kelembaban relatif (RH), kandungan air gelatin dan sifat kapsul gelatin... 19 Gambar 1. Cangkang kapsul alginat... 18 Gambar 2. Uji kadar uap air dengan pemanasan dalam oven pada suhu 105 o C... 20 Gambar 3. Pengamatan perubahan warna dengan freeze dryer diikuti pemanasan dalam oven pada suhu 105 o C dan dilanjutkan dengan penyimpanan dalam desikator dengan kelembaban tinggi (RH > 90%)... 22 Gambar 4. Spektrum IR cangkang kapsul alginat sebelum pemanasan... 24 Gambar 5. Spektrum IR cangkang kapsul alginat sesudah pemanasan... 24 Gambar 6. Hasil Analisis DTA Na alginat... 25 Gambar 7. Hasil Analisis DTA cangkang kapsul kalsium alginat... 26 Gambar 8. Uji kerapuhan cangkang kapsul kosong... 27 Gambar 9. Uji kerapuhan cangkang kapsul berisi (uji ketahanan terhadap tekanan)... 28 Gambar 10. Pengamatan cangkang kapsul pada uji waktu hancur... 30 Gambar 11. Grafik perbandingan ketebalan dan permeabilitas uap air pada cangkang kapsul alginat dan gelatin pada 24 jam pertama... 31 Gambar 12. Kesetimbangan kandungan uap air pada cangkang kapsul

alginat dan gelatin pada suhu 25±2 0 C... 33 Gambar 13. Grafik pengaruh kadar uap air terhadap kerapuhan cangkang kapsul (pada suhu 25 o C dengan kelembaban yang bervariasi)... 34 Gambar 14. Cangkang kapsul yang rapuh... 37 Gambar 15. Cangkang kapsul yang telah disimpan pada suhu kamar selama 3 bulan... 38 Gambar 16. Uji kerapuhan cangkang kapsul kosong dengan penyimpanan pada suhu kamar selama 3 bulan... 39 Gambar 17. Uji kerapuhan cangkang kapsul berisi dengan penyimpanan pada suhu kamar selama 3 bulan... 40 Gambar 18. Pengamatan cangkang kapsul pada uji waktu hancur cangkang kapsul yang telah disimpan pada suhu kamar selama 3 bulan.. 41 Gambar 19. Cangkang kapsul dengan penyimpanan pada suhu 40±2 0 C, RH 75±5% selama 3 bulan... 42 Gambar 20. Uji kerapuhan cangkang kapsul kosong dengan penyimpanan pada suhu 40±2 0 C, RH 75±5% selama 3 bulan... 43 Gambar 21. Uji kerapuhan cangkang kapsul berisi dengan penyimpanan pada suhu 40±2 0 C, RH 75±5% selama 3 bulan... 44 Gambar 22. Pengamatan cangkang kapsul pada uji waktu hancur cangkang kapsul dengan penyimpanan pada suhu 40±2 0 C, RH 75±5% selama 3 bulan... 45 Gambar 23. Aktivitas air cangkang kapsul alginat mula-mula... 47 Gambar 24. Aktivitas air cangkang kapsul alginat dengan penyimpanan pada suhu kamar dengan kelembaban tinggi (RH > 90%)... 48

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Pengukuran viskositas larutan alginat... 56 Lampiran 2. Penentuan spesifikasi cangkang kapsul... 57 Lampiran 3. Alat uji kerapuhan... 60 Lampiran 4. Alat uji waktu hancur... 62 Lampiran 5. Data uji waktu hancur... 63 Lampiran 6. Data uji aktivitas air... 64 Lampiran 7. Alat uji permeabiitas uap air... 67 Lampiran 8. Membran cangkang kapsul (alginat/gelatin) pada uji permeabilitas uap air... 69 Lampiran 9. Alat pengukur kelembaban pada uji permeabilitas uap air... 70 Lampiran 10. Data uji permeabiitas uap air cangkang kapsul alginat... 71 Lampiran 11. Data uji permeabiitas uap air cangkang kapsul gelatin... 77 Lampiran 12. Uji ANOVA Ketebalan Cangkang Kapsul Alginat dan Gelatin... 83 Lampiran 13. Uji ANOVA Laju Permeasi Uap Air Cangkang Kapsul Alginat dan Gelatin... 84 Lampiran 14. Data uji kesetimbangan kandungan uap air cangkang kapsul alginat... 85 Lampiran 15. Data uji kesetimbangan kandungan uap air cangkang kapsul gelatin... 89 Lampiran 16. Alat uji kerapuhan cangkang kapsul dengan berbagai kadar uap air... 93 Lampiran 17. Data uji kerapuhan cangkang kapsul alginat dengan berbagai kadar uap air... 94 Lampiran 18. Data uji kerapuhan cangkang kapsul gelatin dengan berbagai kadar uap air... 104

Lampiran 19. Lemari penyimpanan pada uji stabilitas dipercepat... 114 Lampiran 20. Data uji waktu hancur cangkang kapsul alginat dengan penyimpanan pada suhu kamar selama 3 bulan... 115 Lampiran 21. Data uji waktu hancur cangkang kapsul alginat dengan penyimpanan pada suhu dipercepat ( 40±2 0 C, RH 75±5%) selama 3 bulan... 116 Lampiran 22. Uji ANOVA waktu hancur cangkang kapsul alginat mula-mula dan setelah penyimpanan 3 bulan pada suhu kamar dan pada suhu 40 0 C, RH 75%... 117 Lampiran 23. Alat analisa DTA... 121