Pembuatan dan Karakterisasi Selulosa Mikrokristal dan Nanokristal Tandan Aren (Arenga pinnata (Wurmb) Merr.) dan Penggunaannya sebagai Eksipien dalam Tablet Natrium Diklofenak

Abstract

Cellulose is a polysaccharide that occurs as the supporting tissue of the plant including in the fruit bunch and can be isolated and crystallized. Microcrystalline cellulose (MCC) is the most common form of cellulose used in the preparation of tablet by direct compression method. MCC is still imported that makes the production cost of pharmaceutical dosage form is expensive. Therefore it is necessary to find alternative excipients from the more economical sources. To increase the surface area and the crystallinity of the MCC, nanocrystalline cellulose then be made. The objective of this study was to prepare, characterize MCC and nanocrystalline cellulose (NCC) obtained from sugar palm fruit bunches (SPFB) (Arenga pinnata (Wurmb) Merr.), and use it as an excipient in diclofenac sodium tablet. Physical characteristics and influence on tablet properties and drug release from tablets by direct compression were then compared to those of commercial excipient (Avicel®). In this study, SPFB was used as source of cellulose. MCC was prepared from α-cellulose of SPFB by hydrolysis using 2.5 N hydrochloric acid solution. The physical properties of MCC of SPFB was determined in accordance with the standards of the United State Pharmacopeia 32-National Formulary 27 (USP 32- NF 27). In addition,the yield of the starting material, functional groups, morphology, crystalline structure, degree of crystallinity, flow properties, capacity swelling, hydration, moisture, and acute toxicity of the MCC were also determined. NCC was isolated from α-cellulose of SPFB by hydrolysis method using 54% sulfuric acid solution and homogenized by magnetic stirrer for 45 minutes. To remove residual acid, the milky suspension was centrifuged at 10,000 rpm for 15 minutes. The precipitate was dialyzed for 48 hours with an activated dialysis membrane. Characterization of NCC included functional group, morphology, crystalline structure, degree of crystallinity, thermal degradation, flow property, and compressibility. Tabletswere prepared in 7 formulas (F1-F7) using diclofenac sodium as a model drug. Evaluation, dissolution test, and drug release kinetic of diclofenac sodium tablets that prepared with NCC of SPFB were compared to tablets formulated with the MCC of SPFB and Avicel PH 102®, as well as the commercially available Voltaren® tablets in the medium of pH 6.8 and pH changed. The results showed thatthe yield of MCC from the starting material SPFB were 16 to 21.33% w/w. MCC hasphysical characteristics with irregular in shapes, uneven surfaces, and fulfilled the requirement of USP 32-NF 27. Fourier transform infra red (FTIR) spectra indicated that MCC and Avicel PH 102® exhibited similar spectra. Particle size of MCC from SPB were larger than Avicel PH 102®. The structure of MCC crystals from SPB was cellulose II whereas Avicel PH 102® was cellulose I. Flow properties, swelling capacity, hydration, and moisture absorption of the MCC showed no significant difference from the Avicel PH 102®. The cytotoxicity test of MCC at concentration of 2000 and 5000 mg/kg body weight in mice showed no sign of abnormalities of liver and kidney tissues. The yield of NCC from the starting material SPB was 17.41-19.05%. NCC had spherical shape with a diameter of 15-20 nm and particle size distribution ranging from 257.2 to 395.8 nm. The structure of NCC crystals was cellulose II with a degree of crystallinity 97.57%. Based on thermogravimetric analysis (TGA), the degradation of NCCs occured at a temperature of 173oC leaving a mass of solid residue 11.25% at 800oC. Flow property and compressibility of NCC were good and therefore can be used as a filler and a binder in the preparation of tablet. Concentration of NCC that can be used in the formulation of diclofenac sodium tablets by direct compression method was 10%. Diclofenac sodium tablets were formulated with NCC (F5) had lower friability, higher hardness, and slower disintegration time than that formulated with MCC (F6) and Avicel PH102 (F7) with the value of friability of F5, F6, and F7 0.50%, 0.75%, and 0.75%, respectively, hardness 7.98 kg, 7.21 kg, and 7.15 kg, respectively, disintegration time with a disc method 16.30 min, 5.48 min, and 5.40 min, and without a disc 16.78 min, 5.63 min, and 5.55 min, respectively. The drug release rate of F5 tablet was slower than F6, F7, and Voltaren® tablets. Percentage of drug release in diclofenac sodium tablets made using NCC was 95.22% after 240 minutes in pH 6.8 medium, whereas in pH changed medium was 93.82% within 300 minutes. Statistical analysis by ANOVA method with 95% confidence level and using Tukey test showed a significant difference in the percentage drug release from dissolution test between formulas F5, F6, F7, and Voltaren® in pH 6.8 and pH changed medium (p ≤ 0.05). Drug release kinetic of F5 tablet in pH 6.8 medium was first order and Higuchi, and in pH changed medium was Higuchi. MCC of SPB has characteristics and good flow properties that can be used as filler, binder, and disintegrant in the preparation of tablet by direct compression method. NCC of SPB can be used as filler and binder in slow release tablet.

Selulosa adalah polisakarida yang berperan sebagai jaringan penopang pada tanaman termasuk tandan aren dan dapat diisolasi dan dibuat menjadi kristal. Selulosa mikrokristal merupakan eksipien yang paling sering digunakan dalam pembuatan tablet dengan metode cetak langsung. Selulosa mikrokristal selama ini masih diimpor sehingga harga sediaan farmasi menjadi mahal. Karena itu perlu diupayakan untuk menemukan bahan tambahan alternatif dari sumber yang lebih ekonomis. Untuk meningkatkan luas permukaan dan kristalinitas selulosa mikrokristal, maka dibuat selulosa nanokristal. Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat, mengkarakterisasi selulosa mikrokristal dan nanokristal yang diperoleh dari tandan aren (Arenga pinnata (Wurmb) Merr.), dan menggunakannya sebagai eksipien pada tablet natrium diklofenak. Kemudian karakteristik fisik dan pengaruhnya pada sifat tablet dan pelepasan obat dari tablet cetak langsung dibandingkan dengan eksipien komersial (Avicel®). Pada penelitian ini tandan buah aren digunakan sebagai sumber selulosa. Selulosa mikrokristal dibuat dari α-selulosa tandan aren melalui proses hidrolisis dengan asam klorida 2,5 N. Selulosa mikrokristal tandan aren (SMTA) yang diperoleh ditentukan sifat fisiknya menurut standar United State Pharmacopeia 32-National Formulary 27 (USP 32-NF 27). Selain itu ditentukan juga rendemen dari bahan awal, gugus fungsi, morfologi, struktur kristal, derajat kristalinitas, sifat alir, kapasitas pengembangan, hidrasi, serap lembab, dan toksisitas akut dari SMTA. Selulosa nanokristal dibuat dari α-selulosa tandan aren dengan cara hidrolisis dengan asam sulfat 54% dan dihomogenkan dengan pengaduk magnet selama 45 menit. Untuk menghilangkan sisa asam, suspensi disentrifugasi pada 10.000 rpm selama 15 menit. Endapan didialisis selama 48 jam dengan membran dialisis yang telah diaktivasi. Selulosa nanokristal tandan aren (SNTA) yang diperoleh dikarakterisasi gugus fungsi, morfologi, struktur selulosa,derajat kristalinitas, degradasi termal, sifat alir, dan kompresibilitas. Tablet dibuat dalam 7 formula (F1-F7) dengan menggunakan natrium diklofenak sebagai model obat. Evaluasi tablet, uji pelepasan obat, dan kinetika pelepasan obat dari tablet natrium diklofenak yang diformulasi dengan selulosa nanokristal dibandingkan terhadap tablet yang diformulasi dengan selulosa mikrokristal dan Avicel PH 102®, serta tablet Voltaren® yang sudah beredar di pasaran dalam medium pH 6,8 dan pH berganti. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rendemen SMTA dari tandan aren adalah 16-21,33% b/b. SMTA memiliki karakteristik fisik dengan bentuk yang tidak beraturan, permukaan yang tidak rata, dan memenuhi persyaratan USP 32- NF 27. Hasil uji fourier transform infra red (FTIR) menunjukkan spektrum yang sama dengan Avicel PH 102®. Ukuran partikel SMTA lebih besar dibandingkan dengan Avicel PH 102®. Struktur kristal SMTA adalah selulosa II sedangkan Avicel PH 102® adalah selulosa I. Sifat alir, kapasitas pengembangan, hidrasi, dan serap lembab dari SMTA tidak berbeda signifikan dengan Avicel PH 102®. Uji sitotoksisitas SMTA sebanyak 2000 dan 5000 mg/kg bb pada mencit tidak menunjukkan adanya kelainan pada jaringan hati dan ginjal. Rendemen SNTA yang diperoleh dari tandan aren adalah 17,41-19,05%. Bentuk SNTA adalah sferis dengan diameter 15-20 nm dan distribusi ukuran partikel berkisar 257,2- 395,8 nm. Struktur kristal SNTA adalah selulosa II dengan derajat kristalinitas 97,57%. Berdasarkan analisis thermogravimetric analysis (TGA), degradasi SNTA terjadi pada suhu 173oC dengan meninggalkan residu massa padat 11,25% pada 800oC. Sifat alir dan kompresibilitas SNTA adalah cukup baik dan dapat digunakan sebagai bahan pengisi dan pengikat pada tablet. Konsentrasi SNTA yang dapat digunakan dalam formulasi tablet natrium diklofenak dengan metode cetak langsung adalah 10%. Tablet natrium diklofenak yang diformulasi dengan SNTA (F5) memiliki friabilitas yang lebih rendah, kekerasan yang lebih tinggi, dan waktu hancur yang lebih lambat dari yang diformulasi dengan SMTA (F6) dan Avicel PH 102® (F7) dengan nilai friabilitas untuk F5, F6, dan F7 berturutturut 0,50%, 0,75%, dan 0,75%, kekerasan 7,98 kg, 7,21 kg, dan 7,15 kg. Waktu hancur dengan cakram, 16,30 menit, 5,48 menit, dan 5,40 menit, dan tanpa cakram 16,78 menit, 5,63 menit, dan 5,55 menit. Laju pelepasan obat dari tablet F5 lebih lambat dari tablet F6, F7, dan Voltaren®. Persentasepelepasan obat dari tablet F5 adalah 95,22% setelah 240 menit dalam medium pH 6,8, sedangkan dalam medium pH berganti sebesar 93,82% dalam waktu 300 menit. Hasil analisis statistik dengan metode Anova dengan taraf kepercayaan 95% dan menggunakan Tukey test menunjukkan adanya perbedaan yang signifikan pada persen pelepasan obat dari uji disolusi antara formula F5, F6, F7, dan Voltaren® dalam medium pH 6,8 dan pH berganti (p ≤ 0,05). Kinetika pelepasan obat dari tablet F5 dalam medium pH 6,8 adalah order 1 dan Higuchi, dan dalam medium pH berganti adalah kinetika pelepasan Higuchi. SMTA memiliki karakteristik dan sifat alir yang baik sehingga dapat digunakan sebagai bahan pengisi, pengikat, dan penghancur dalam pembuatan tablet cetak langsung. SNTA dapat digunakan sebagai bahan pengisi dan pengikat pada tablet dengan memberikan pelepasan obat yang diperlambat.