06 Enkapsulasi [PDF]

Citation preview

Enkapsulasi MK Satuan Operasi Ir. I Putu Candra, M.P.



Topik Bahasan • Prinsip Enkapsulasi • Tipe Enkapsulasi • Bentuk Mikrokapsul



2



Referensi • Singh, R. P. & Heldman, D. R. 2009. Introduction to Food Engineering. New York: Academic Press • Toledo, R. T. 2009. Fundamental of Food Process Engineering. New York: AVI Publication Company



3



Prinsip Enkapsulasi • Mikrokapsul merupakan partikel berukuran kecil yang mengandung zat aktif atau zat inti yang dilapisi oleh coating atau shell. • Sekarang ini belum ada patokan tertentu untuk ukuran partikel dari mikrokapsul. • Ada 2 type yaitu: o Nanokapsul, yaitu yang memiliki ukuran dibawah 1 mikrometer dan o Makrokapsul yaitu yang memiliki ukuran lebih besar dari 1000 mikrometer



• Mikrokapsul yang tersedia di pasaran memiliki diameter antara 3800 µm dengan persentase berat zat inti antara 10-90 %



4



Prinsip Enkapsulasi • Sejumlah besar zat inti yang telah alami mikrokapsulasi diantaranya: o zat2 adhesif, o agrokimia, o live cells, o enzyme aktif, o zat pemberi rasa, o pewangi, o obat dan tinta



• Sebagian besar pelapis makro kapsul merupakan polimer, lemak dan wax



5



Bentuk Mikrokapsul • Continuous core/shell = mikrokapsul berbentuk lingkaran dimana zat inti berupa suatu bagian utuh yang langsung dilapisi shell nya • Multinuclear mikrokapsul = bentuk mikrokapsul tidak beraturan, zat aktif terpecah & lapisan shell melapisi masing2nya & membentuk kesatuan utuh



(A) Continuous core/shell Microcapsule (B) Multinuclear microcapsule



6



Tipe proses enkapsulasi • Proses enkapsulasi dapat dibedakan menjadi 2 tipe: • Tipe A = proses enkapsulasi secara kimia • Tipe B = proses enkapsulasi secara mekanis



TIPE A



TIPE B



Complex Coaservation



Spray Drying



Polimer-polimer incompatibility



Fluidized bed coater



Interfacial Polymerization



Centrifugal extrusion



In Situ Polymerization



Rotational suspension Separation



Sentrifugal Force dan submerged nozzle



7



1. Tipe A Complex Coacervation • Metoda inilah yang pertama kali digunakan dalam perkembangan enkapsulasi yang diterapkan pada kertas fotocopy rendah karbon.



• Complex coaservation telah banyak diaplikasikan seperti pada pembuatan tinta, kertas rendah karbon, bahan penguat aroma, dan lain-lain.



• Metode ini didasarkan kepada kemampuan dari polimer larut air kationik dan anionic untuk berinteraksi dalam air untuk membentuk suatu larutan berupa fase kaya polimer yang disebut complex coacervation.



• Metode ini secara rutin dapat menghasilkan kapsul berdiameter 20- 800 µm yang mengandung core material dalam rentang 80-90 %.



• Polimer kationik yang umum digunakan adalah gelatin



8



Skema diagram alir Proses enkapsulasi dengan dasar complex



2. Tipe A Polymer-polymer incompatibility • Teknologi ini memanfaatkan sifat pemisahan fase polimer berbeda complex coarcevation. • Complex coacervation 2 polimer berbeda muatan, gelatin & 1 polianion bergabung membentuk complex coaservate, menjadi kapsul. • Polymer incompatibility, terjadi karena 2 polimer kimia yang terlarut dalam pelarut bersifat incompatible dan tak tercampur dalam suatu larutan



• Digunakan pada pelarut organic dan mengkapsulkan padatan yang memiliki kelarutan rendah dengan air. • Sebagian besar kapsul yang dihasilkan secara komersial menggunakan shell etil selulose yang melapisi partikel zat obat yang berupa padatan dengan kelarutan rendah • Dimanfaatkan memperbaiki rasa obat dan sistim penghantaran obat lepas lambat yang di konsumsi secara oral 10



Skema diagram alir proses enkapsulasi dasar Polimer-polimer fase pemisahan



3. Tipe A Interfacial polymerization • Keunikan teknik ini adalah pembentukan pelapis kapsul terjadi dengan polimerisasi oleh monomer reaktif pada permukaan tetesan atau partikel. • Pendekatan teknologi ini merupakan teknologi serbaguna yang telah digunakan untuk mengkapsulkan sejumlah besar zat inti termasuk larutan air, larutan tak larut air, dan padatan.



• Kapsul yang dihasilkan melalui teknik ini memiliki struktur yang continous dan melingkar, menyebabakan permukaan luar kapsul yang dihasilkan lebih rata dan seragam. • Namun tak begitu untuk permukaan bagian dalamnya yang tak rata dan berlekuklekuk



12



Ilustrasi skema frekwensi reaksi interfacial digunakan Preparat mikrokapsul dengan interfacial polimerisasi



4. Tipe A In situ polymerization • Teknik ini sangat mirip dengan teknik sebelumnya. Hanya saja teknik ini tidak melalui penambahan reagent yang reactive ke zat inti. • Teknik ini terjadi secara khusus dalam suatu fase yang kontinu dan sisi fase kontinu dari interfase terbentuk karena proses pendispersian zat inti dan fase kontinu.



• Secara khusus teknik ini diaplikasikan pada pembentukan kapsul berukuran sangat kecil dengan diameter 3-6 µm pada kertas tinta rendah karbon, dan pewangi pada tisu.



• Polimerisasi dari reagent yang terjadi didalam fase kontinu menghasilkan prepolimer dengan berat molekul yang relative rendah.



• Teknologi ini juga di adaptasikan dalam proses kapsulasi



• Dalam semua pembuatannya kapsul yang terbentuk memiliki struktur lapisan luar yang kontinu.



14



5. Centrifugal force dan submerged nozzle processes • Teknik ini menggunakan tekanan sentrifugal yang terjadi antara 2 cairan untuk membentuk suatu mikrokapsul.



• Proses ini dikembangkan pada tahun 1942 untuk menghasilkan kapsul yang meningkatkan kestabilan vitamin dan minyak ikan.



• Pada prosesnya pada pembentukan emulsi, dimana fase air emulsi tersebut merupakan larutan konsentrat dari polimer larut air yang dapat berubah menjadi gel dalam proses pendinginan. Contohnya gelatin.



• Kapsul juga bisa diproduksi dengan melakukan coekxtruksi terhadap cairan gelatin dan minyak untuk membentuk suatu kapsul dengan mengalirkannya kedalam pipa yang memiliki dua aliran didalamnya.



• Dengan pengaturan suhu dari fase external dari emulsi akan berubah menjadi sejenis gel yang bisa diisolasi dan dikeringkan. • Saat isolasi berhasil kapsul yang didapat memiliki sejumlah tetesan yang terdispersi ke dalam matriks dari shell nya



• Didalam pipa zat aktif dan shellnya bergabung dan saat keluar dari pipa menjadi tetesan yang berubah mnjadi gel dg bantuan pengontrolan suhu kemudian dapat di keringkan dan diisolasi. Teknik ini dikenal dengan istilah Submerged nozzle processes



15



6. Tipe B Spray drying • Proses enkapsulasi tipe B mulai berkembang pada tahun 1930 dengan spray drying sebagai teknik yang pertama dipelajari. • Teknik ini diawali dengan mengemulsikan atau mendispersikan zat inti kedalam suatu larutan konsentrat yang berfungsi sebagai shell/bahan pelapis yang umumnya memiliki konsentrasi antara 40-60 % • Mikroenkapsulasi metode pengeringan semprot meliputi 2 tahapan yaitu emulsifikasi minyak dengan larutan polimer dan penghilangan pelarut dengan udara panas. • Bahan polimer yang digunakan jenis polisakarida dan protein seperti pati, gum arab, dan kasein



• Umumnya teknik ini digunakan untuk zat inti yang bersifat water-immiscible oil seperti fragrance, perasa makanan, dan vitamin yang nantinya akan teremulsi ke dalam shell nya. Shell yang digunakan umumnya merupakan polimer larut air seperti gom arab atau starch termodifikasi. • Mampu memproduksi kapsul dalam jumlah banyak, bahan pelapis yang cocok untuk pengeringan semprot juga layak sebagai bahan makanan, dan bahan pelapis yang digunakan larut dalam air sehingga dapat melepaskan bahan inti tanpa adanya bahan pelapis yang mengendap. • Metode pengeringan semprot juga cocok untuk bahan yang mudah teroksidasi



16



Skema diagram dari dua larutan nozzle digunakan untuk preparat mikrokapsul



7. Tipe B Fluidized bed coater • Ini merupakan teknik mikrokapsul Tipe B yang khusus digunakan untuk zat inti berupa partikel yang berbentuk padatan atau zat berpori yang telah mengabsorbsi sejumlah cairan. • Teknik ini lebih sering digunakan untuk partikel padatan dalam dunia farmasi. • Teknik ini digunakan dengan mensuspensikan sejumlah partikel padatan kedalam udara yang mengalir dalam alat.



• Keuntungan dari teknik ini adalah kemampuannya untuk menyelesaikan sejumlah besar tipe coating formulation. Banyak digunakan untuk hot melts, pendispersian cairan latex, pembuatan larutan solvent organic, dan cairan dari shell material. • Polimer enteric adalah satu hasil formulasi yang unik dari tipe ini. • Diaplikasikan pada pembuatan obat yang tahan terhadap kondisi lambung. Obat tersebut tak larut di lambung namun baru akan larut di cairan usus yang memiliki pH 7



18



Skema diagram dari dua tipe fludized bed coaters (A)Unit top spray (B) Bottom-spray atau Unit Wurster



7. Tipe B Fluidized bed coater • Terdapat 3 jenis dari teknik ini yang umum digunakan: Top spray, Tangential spray, Bottom spray • Top spray agak terbatas, namun teknik ini lebih simple dalam pelaksanaannya dan bisa menghasilkan lebih banyak partikel tercoating. • Bottom spray sudah dijadikan metode dasar untuk mengkapsulasi zat padatan terutama zat farmasetik. • Teknik pemisahan dan pengaliran gas (spray) menjadi salah satu komponen penting yang harus diperhatikan karena langsung berhubungan ke zat inti yang akan di coating. • Kekurangan teknik ini adalah waktu yang dibutuhkan lebih lama.



20



8. Tipe B Centrifugal extrusion • Tipe ini, zat inti & lapisan sell yang akan digunakan dialirkan bersamaan ke dalam sejenis pipa pencampur yang berputar. • Di dalam pipa terdapat jalur terpisah antara keduanya yang dalam prosesnya, zat inti dan shellnya akan bersatu menjadi tetesan ketika mereka keluar dari mulut pipa. • Perubahan dari tetesan untuk membentuk kapsul nanti dipengaruhi oleh sifat dasar . Jika shell material merupakan zat dengan viskositas rendah yang dapat mengkristal dengan cepat jika didinginkan maka tetesan yang terbentuk langsung berubah menjadi partikel solid seketika saat dihembuskan dari dalam pipa pencampur. • Zat inti yang cocok digunakan adalah cairan polar seperti air atau larutan air yang sulit campur dengan shell materialnya seperti wax. 21



Skema diagram dari dua larutan nozzle digunakan untuk Produk mikrokapsul



9. Rotational suspension separation • Pada teknik ini zat inti biasanya berupa padatan yang di alirkan bersamaan dengan shel material kedalam alat yang disebut rotating disk. • Di dalam alat yang berotasi terjadi pendispersian zat inti ke shel nya / terjadi coating. Setelah itu kapsul yang telah jadi mengalir keluar bersama dengan pure coating material yang tidak terpakai.



• Teknologi ini disebutkan sebagai teknik yang cepat, lowcost, dan sangat sering digunakan untuk melapisi berbagai jenis zat inti yang berupa padatan sampai yang ukuran diameternya di bawah 150 µm. • Untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, sebaiknya zat inti berupa padatan yang strukturnya speris (bentuk bola). Bentuk spheris ini bisa dihasilkan dengan proses granulasi terlebih dahulu dari zat inti yang bentuknya tak teratur. 23



Skema diagram dari rotasi suspensi pada bagian Proses enkapsulasi