Formulasi dan Karakterisasi Nanopartikel Fikosianin dari Spirulina sp. dengan Penyalut Kitosan Larut Air
Date
2021Author
Nuryadin, Devi Faustine Elvina
Setyaningsih, Iriani
Hardiningtyas, Safrina Dyah
Metadata
Show full item recordAbstract
Fikosianin merupakan pigmen yang tergolong ke dalam kelompok fikobiliprotein pada ganggang biru hijau seperti Spirulina sp.. Pigmen ini memiliki aktivitas biologis antara lain antikanker, antidiabetes, antioksidan, dan sebagainya, yang dapat diaplikasikan untuk bidang nutraseutika, farmaseutika, dan kosmeseutika. Fikosianin mampu mencegah pembentukan dan menstabilkan spesies oksigen reaktif (ROS) yang dapat menyebabkan kerusakan komponen sel termasuk DNA, lipid, protein dan juga sel membran. Aplikasi fikosianin masih memiliki beberapa kendala antara lain bioaviabilitas yang rendah, sulit berpenetrasi ke dalam kulit pada sediaan aplikasi topikal, dan internalisasi fikosianin pada sel yang masih rendah. Hal ini berkaitan dengan sifat fikosianin yaitu stabilitasnya yang rendah, dan sifatnya yang bermuatan negatif. Enkapsulasi fikosianin menggunakan nanoteknologi dapat menjadi solusi alternatif untuk mengoptimalkan fungsionalitasnya.
Tujuan penelitian ini adalah menentukan waktu terbaik depolimerisasi kitosan untuk mendapatkan kitosan larut air, menentukan formula nanopartikel fikosianin-kitosan larut air terbaik, membandingkan aktivitas antioksidan fikosianin dengan formula nanopartikel fikosianin-kitosan larut air terpilih. Prosedur penelitian dibagi menjadi empat bagian: 1) kultivasi dan pemanenan Spirulina sp.; 2) ekstraksi fikosianin dari biomassa basah Spirulina sp.; 3) depolimerisasi kitosan; dan 4) formulasi nanopartikel fikosianin-kitosan larut dalam air. Spirulina sp. dikultivasi di laboratorium dengan menggunakan media pupuk kombinasi. Ekstraksi fikosianin dilakukan menggunakan metode ultrasonikasi dengan buffer fosfat selama 20 menit. Depolimerisasi kitosan dilakukan menggunakan metode iradiasi UV-C selama 45, 60, 75 menit. Nanopartikel fikosianin-kitosan larut air diperoleh dengan metode gelasi ionik dengan konsentrasi fikosianin yang berbeda yaitu 0,5-0,9 mg/mL.
Hasil penelitian menunjukkan nilai optical density, rendemen biomassa, dan kadar air Spirulina sp. adalah 0,53, 1,32±0,27 g/L dan 92,19±0,39%. Ekstrak fikosianin memiliki konsentrasi dan indeks kemurnian 2,94±0,10 mg/mL dan 1,29±0,06. Waktu terbaik depolimerisasi kitosan adalah 75 menit dengan rendemen, kelarutan, derajat putih, viskositas, berat molekul, potensial zeta, dan derajat deasetilasi berturut-turut 70,07±14,00%, 99,53±0,31%, 99,99±0,00%, 49,78±0,31 cP, 169,46±0,30 kDa, 73,03±1,92 mV, dan 70%. Formula terpilih nanopartikel fikosainin-kitosan larut air adalah F0,6 (konsentrasi kitosan 1 mg/mL dan fikosianin 0,60 mg/mL) dengan ukuran nanopartikel, indeks polidispersitas, dan potensial zeta sebesar 234,29±6,33 nm, 0,28±0,12, dan 49,27±1,59 mV. Aktivitas antioksidan fikosianin dan nanopartikel F0,60 memiliki nilai IC50 sebesar 67,72±0,04 ppm dan 81,86±0,05 ppm menandakan fikosianin menggunakan kitosan yang larut dalam air sebagai bahan penyalut dapat menstabilkan fungsionalitas fikosianin. Phycocyanin is a pigment belonging to the phycobiliprotein group in blue-green algae such as Spirulina sp.. These pigments have biological activities including anticancer, antidiabetic, antioxidant, and etc, which can be applied to the fields of nutraceutical, pharmaceutical, and cosmeceutical. Phycocyanin can prevent the formation and stabilization of ROS which can cause damage to cell components including DNA, lipids, proteins, and also cell membranes. The application of phycocyanin had several obstacles, including low bioavailability, difficulty to penetrate the skin in topical applications, and low internalization of phycocyanin in cells. This is related to the nature of phycocyanin, namely its low stability, and negatively charged properties. Phycocyanin encapsulation using nanotechnology can be an alternative solution to optimize its functionality.
This study aimed to determine the best time of chitosan depolymerization for obtaining water soluble chitosan, determine the best phycocyanin-water soluble chitosan nanoparticle formula based on its characteristics, and compare the antioxidant activity of phycocyanin with the phycocyanin-water soluble chitosan nanoparticle. The research procedure was divided into four parts: 1) cultivation and harvesting of Spirulina sp.; 2) extraction of phycocyanin from wet biomass of Spirulina sp.; 3) depolymerization of chitosan; and 4) formulation of phycocyanin-water soluble chitosan nanoparticles Spirulina sp.. The Spirulina sp. was cultivated in the laboratory using fertilizer combination media. Phycocyanin extraction was carried out by ultrasonication method with phosphate buffer for 20 min. Depolymerization of chitosan was carried out using the UV-C irradiation method for 45, 60, 75 min. Phycocyanin-water soluble chitosan nanoparticles was obtained by ionic gelation method with different concentration of phycocyanin, such as 0.5-0.9 mg/mL.
The results showed that the optical density, yield and moisture content of Spirulina sp. was 0.53, 1.32±0,27 g/L, and 92.19±0.39%. Phycocyanin extract had a concentration and purity index of 2.94±0.10 mg/mL and 1.29±0.06. The best time for depolymerization was 75 minutes with yield, solubility, whiteness, viscosity, molecular weight, zeta potential, and deacetylation degree of 70.07±14.00%, 99.53±0.31%, 99.99±0.00 %, 49.78±0.31 cP, 169.46±0.30 kDa, 73.03±1.92 mV, and 70%, respectively. The best formula for the phycocyanin-water soluble chitosan nanoparticle product was F0.6 (chitosan and phycocyanin concentration 1 mg/mL and 0.60 mg/mL) with nanoparticle size, polydispersity index, and zeta potential of 234.29±6.33 nm, 0.28±0.12, and 49.27±1.59 mV. The antioxidant activity of phycocyanin solution and water soluble phycocyanin-chitosan nanoparticles F0.60 with IC50 values of 67.72±0.04 ppm and 81.86±0.05 ppm indicated that phycocyanin using water-soluble chitosan as a coating material can stabilize the functionality of phycocyanin.
Collections
- MT - Fisheries [3011]