emulsi

EMULSI

Emulsi adalah sistem polifase dari dua cairan yang tidak tercampurkan (minyak dan air); salah satunya terdispersi sebagai tetes-tetes berdiameter tertentu ke seluruh cairan lainnya dengan bantuan emulgator.  Emulsi merupakan campuran yang secara termodinamik tidak stabil yakni secara kimia tidak dapat bercampur.  Diameter tetes terdispersi berkisar  0,1 – 10µ    , tetapi ukuran 0,01µ dan 100µ biasa terdapat dalam beberapa sediaan.

A.           Fenomena  Antar Muka Cairan

Gaya yang bekerja pada antar muka cairan adalah gaya kohesi dan adhesi. Jika suatu zat seperti asam oleat diletakkan pada permukaan air, maka zat tersebut akan menyebar pada permukaan air dan membentuk  film jika gaya adhesi antara molekul-molekul asam oleat dengan molekul air lebih besar daripada gaya kohesi antara molekul-molekul asam oleat sendiri. Demikian pula bila minyak dapat menyebar pada permukaan air, maka dapat diprediksi bahwa  gaya kohesinya dapat dikalahkan oleh gaya adhesi antara cairan tersebut.

Terkonsentrasinya molekul-molekul zat pada permukaan cairan merupakan suatu peristiwa adsorpsi pada antarmuka.

1.             Interaksi Tetesan

Potensial penolakan total antara dua tetesan yang bermuatan merupakan fungsi jarak antar partikel. Potensial ini bukan hanya potensial penolakan tetapi meliputi juga interaksi yang dikenal sebagai kekuatan van der Walls ( interaksi London ).  Potensial penolakan pada jarak yang jauh adalah kecil tetapi akan naik bila jarak antara tetesan berkurang.

Molekul-molekul permukaan di dalam cairan murni hanya mengalami tarikan ke samping dan ke bawah, sedangkan molekul di sebelah dalam mengalami tarikan sama ke segala arah seperti yang terlihat pada gambar 4.1.

 

Gambar 4.1. Gambaran gaya tarik menarik pada permukaan cairan

Akibat tarikan yang tidak seimbang, molekul permukaan di tarik ke dalam cairan sehingga terjadi tegangan muka. Dapat dikatakan bahwa tegangan muka timbul karena cairan cenderung mempertahankan permukaannya sekecil mungkin. Pertikel cairan cenderung menjadi bulat karena bentuk ini  adalah permukaaan yang paling kecil.

Apabila suatu cairan yang tidak dapat bercampur dikocok kuat, maka salah satu darinya akan terdispersi dalam bentuk tetesan di dalam cairan lainnya, tetapi kedua cairan tersebut akan dengan segera memisah dan membentuk batas yang nyata. Kegagalan dua cairan untuk tetap bercampur disebabkan karena gaya kohesif (gaya tarik menarik antara molekul sejenis) lebih besar dibandingkan gaya adhesifnya (gaya tarik menarik antara molekul yang berbeda).  Gaya kohesif dari tiap-tiap fase dinyatakan sebagai suatu energi antar muka atau tegangan pada batas antara cairan tersebut.

2.             Tegangan Antar Muka

Tegangan antar muka pada cairan yang tidak bercampur adalah tegangan yang terdapat di permukaan antara keduanya sebagai akibat gaya kohesif lebih besar dari daya adhesif.

Dapat dinyatakan dalam persamaan :

                           ΔF = γ. ΔA atau ΔG= γ . ΔS  …………………………..( 4. 1)

Dimana : ΔF = ΔG = pertambahan energi bebas permukaan ( erg )

       γ = tegangan muka ( dyne / cm )

       ΔS = ΔA = pertegangan antarmukabahan luas permukaan (cm²)

F adalah suatu kekuatan yang perlu diatasi dalam mencampur dua bahan  yang tidak dapat bercampur.

Emulsi dinyatakan secara termodinamik tidak stabil,  karena itu, untuk mencapai kondisi stabilnya (secara termodinamika), maka dibutuhkan energi (tenaga) yang dapat memecah energi bebas permukaan yang berlebihan pada permukaan dan sistem berupaya mengurangi energi bebas permukaan yang ditimbulkan oleh ketua fase. Energi bebas permukaan yang tinggi, menyebabkan tetes – tetes saling mendekati dan membentuk tetesan yang saling bergabung dan membesar (koalesensi) untuk mereduksi energi bebas yang bekerja  pada antarmuka cairan. Penggabungan tetes-tetes dispersi pada akhirnya menyebabkan pemisahan fase dengan batas yang jelas.

Kecenderungan berkumpulnya tetes terdispersi tersebut akan berakibat berkurangnya energi bebas permukaan sehingga  sistem berada dalam keseimbangan (stabil secara termodinamika).  Untuk mencapai keadaan stabil, sistem cenderung mereduksi energi bebas permukaan dengan  mereduksi  luas permukaan (ΔA) kontak antara dua cairan tersebut.  Keseimbangan tercapai bila ΔG = 0. Kondisi ini tercapai dengan :

a.         Mereduksi tegangan antar muka

b.        Menurunkan luas permukaan tetes terdispersi

Kemungkinan pertama tidak  diinginkan dalam formulasi emulsi. Penurunan tegangan antar muka dua cairan yang yang tidak bercampur memungkinkan bercampurnya kedua cairan tersebut. Kemungkinan ke-2 dapat menyebabkan efek pemisahan karena partikel terdispersi dapat bersatu (coalescent) atau mengalami fusi. Keadaan bergabungnya tetes-tetes dispersi menunjukkan  rusaknya suatu sistem emulsi. Untuk memperkecil efek ini maka dalam formulasi ditambahkan suatu bahan yang   mempengaruhi kestabilan sistem emulsi, yang  dikenal sebagai emulgator.

Dalam emulsi  terjadi  2 proses yang berlawanan, yaitu :

1.    Bersatunya kembali tetes-tetes tersebut (mengurangi energi bebas);merupakan tanda menuju ketidakstabilan sistem emulsi.

2.    Pembentukan energi lain (penambahan energi bebas); tetes dispersi diperkecil;merupakan upaya menjamin stabilitas sistem emulsi.

Dengan penambahan emulgator dalam formula, maka :

a.    Tetesan terdispersi akan ditutupi

b.    Tegangan antar muka diturunkan

Sehingga luas permukaan (∆A)  meningkat dan Energi bebas permukaan (ΔF)  juga meningkat yang akhirnya  tercapai emulsi yang stabil.

B.            Teori Emulsifikasi

Banyak teori telah dikembangkan dalam upaya untuk menjelaskan bagaimana zat pengemulsi bekerja dalam membentuk emulsi dan menjaga stabilitas emulsi yang dihasilkan. Diantara teori yang paling lazim adalah teori tegangan permukaan (Surface Tension Theory), teori  terorientasi bentuk baji (Oriented-Wedge Theory), teori lapisan antarmuka/teori plastik (Interfacial film theory)

Surface Tension Theory.

Emulsi terbentuk melalui penurunan tegangan antarmuka dua fase cairan yang tidak bercampur, pengurangan gaya tolak menolak antara 2 jenis cairan tersebut, dan pengurangan gaya tarik menarik antara molekul-molekul cairan yang sejenis.   Kerja tersebut dilakukan oleh zat aktif permukaan (surfaktan). Surfaktan menurunkan tegangan antar muka kedua cairan dan membantu memecahkan tetes dispersi yang besar menjadi tetesan yang kecil, kemudian menyelimuti permukaan tetes tersebut, sehingga tetes terdispersi  mempunyai kecenderungan yang kecil untuk bergabung kembali.

Oriented-Wedge Theory

Teori ini menganggap bahwa zat pengemulsi membentuk lapisan monomolekuler dan melingkari seluruh tetes dispersi dalam emulsi. Suatu zat pengemulsi tertentu akan mengarahkan dirinya berdasarkan tingkat kelarutannya pada salah satu fase cairan, melarut dan terbenam dalam fase cairan tersebut. Menurut teori ini, suatu zat pengemulsi memiliki suatu bagian hidrofobik dan hidrofilik dan masing-masing  bagian pada strukturnya akan mengarah ke masing-masing fase cairan, hingga terbentuk bulatan-bulatan minyak atau air yang dikelilingi oleh zat pengemulsi. Fase cairan dimana zat pengemulsi lebih larut, pada umumnya akan menjadi fase kontinyu (fase luar).

Interfacial film theory

Teori ini menggambarkan bahwa zat pengemulsi teradsorpsi pada antarmuka minyak-air, mengelilingi tetes terdispersi sebagai suatu lapisan tipis. Lapisan ini mencegah kontak dan bersatunya tetes terdispersi. Makin kuat dan plastik lapisan tersebut, maka akan makin stabil emulsi yang terbentuk.

Biasanya dalam suatu sistem emulsi tertentu, diperlukan lebih dari satu teori emulsifikasi yang diterapkan dan teori tersebut berperan dalam pembentukan dan menjamin kestabilan sistem emulsi. Misalnya, penurunan tegangan permukaan penting sebagai awal pembentukan emulsi, tetapi untuk menjamin stabilitas emulsi karena  penggabungan tetes terdispersi, diperlukan pembentukan baji pelindung atau film plastik.

C.           Formulasi Sediaan Emulsi

Menyatukan dua cairan yang tidak saling bercampur menjadi suatu sediaan farmasi yang stabil, menarik dan menunjang efek terapi adalah suatu tantangan bagi seorang farmasis. Pengetahuan tentang  fenomena antar muka dua cairan yang berbeda sangat penting, mengingat formula sediaan yang akan dibuat termasuk bahan-bahan yang menjadi komponen sediaan  harus mempertimbangkan hal tersebut, yang meliputi: penurunan tegangan antar muka, pemberian koloid pelindung, pembentukan potensial zeta, perancangan jenis sedimen, dan pengendalian laju sedimentasi.  

1.      Pertimbangan Formulasi

Suatu emulsi dapat dirancang untuk menutupi rasa yang tidak enak dari suatu fase cairan yang tidak larut dalam air. Fase cairan yang tidak nyaman dalam penggunaan dapat dirancang untuk menjadi tetes terdispersi dalam fase air. Misalnya untuk penggunaan oral, minyak-minyak hewani dan nabati yang umum digunakan dalam pengobatan seperti minyak ikan dan VCO (virgin coconut oil) tidak menyenangkan jika digunakan langsung.

Secara umum, dikenal dua tipe emulsi berdasarkan fase terdispersi dan fase kontinyunya, yaitu  emulsi minyak dalam air (oil in water; o/w) dan emulsi air dalam minyak (water in oil; w/o). Tetapi dalam perkembangan teknologi sediaan farmasi,  emulsi dapat dibuat dalam tipe emulsi ganda (o/w/o atau w/o/w). Cairan yang akan menjadi fase terdispersi tergantung pada emulgator yang dipakai, jumlah relatif kedua fase, dan cara pembuatannya.  

 

Gambar. 4.2. Tipe-tipe emulsi

Berdasarkan ukuran tetes terdispersinya, emulsi dapat dibedakan atas makroemulsi, nanoemulsi, dan mikroemulsi. Makroemulsi adalah emulsi konvensional dengan ukuran tetes terdispersi 50-100µm; Nanoemulsi berukuran 50-200 nm; dan mikroemulsi berukuran ukuran   5-50 nm.

 Nanoemulsi dan mikroemulsi memiliki stabilitas yang lebih tinggi dan stabil lebih lama terhadap  creaming, flocculation dan coalescence dengan penetrasi lebih tinggi serta daya sebar  yang lebih baik ketika digunakan dibandingkan dengan mikroemulsi.  Nanoemulsi dan mikroemulsi digunakan pada  personal care products and cosmetics, agrokimia, produk farmasi terutama dalam sistem penghantaran obat (Drug Delivery System; DDS), serta produk makanan dan minuman. Emulsi jenis ini memerlukan konsentrasi  surfaktan yang lebig tinggi untuk membentuk tetes dispersi yang sangat kecil.

Tipe emulsi dapat dirancang dengan mempertimbangkan jumlah, jenis dan kelarutan emulgator serta  rasio/jenis  fase air dan minyak. Tipe emulsi dapat ditentukan dengan melihat kemampuan mendispersi zat warna, sifat hantaran listrik, flouresens, dan pengenceran fase kontinyu.  Tipe emulsi juga dirancang dengan mempertimbangkan ketidaknyamanan rasa dari bahan obat, misalnya tipe emulsi o/w dapat  menutupi rasa tidak enak dari minyak karena minyak terdispersi ke dalam fase air. Dalam dunia farmasi, dikenal banyak senyawa senyawa obat yang larut dalam lemak, misalnya vitamin, yang lebih mudah diabsorbsi jika dibentuk dalam sistem emulsi dibandingkan jika hanya diberikan peroral dengan pembawa minyak saja.

Berbagai rute penggunaan obat juga memanfaatkan bentuk sediaan emulsi, seperti injeksi intravena, aerosol, sediaan topikal dermatologik dan kosmetik, bahkan beberapa produk makanan memanfaatkan teknologi emulsifikasi.

2.             Emulsifying Agent

 Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa emulsi adalah suatu sistem yang tidak stabil secara termodinamika (∆F ≠ 0).  Sistem dibuat lebih stabil dengan suatu zat pengemulsi, meskipun ∆F tidak pernah mencapai nol. Untuk menurunkan tegangan permukaan dan mencegah penggabungan tetes-tetes terdispersi, atau paling tidak mencegahnya dalam waktu yang relatif lama, maka diperlukan suatu bahan pengemulsi (emulsifying agent) yang akan membentuk suatu lapisan di sekeliling permukaan tetes-tetes terdispersi.

Emulgator adalah surfaktan yang menurunkan tegangan permukaan  dan membentuk film yang liat mengelilingi tetesan yang terdispersi (monomolekular atau multimolekular). Bahan ini ditambahkan untuk menghambat koalesensi (penggabungan tetes terdispersi) pada tingkat yang signifikan. Pemilihan emulgator sangat penting didalam suatu formula emulsi sebagai zat tambahan karena kemampuannya dalam membentuk emulsi. Seorang farmasis harus tahu bahwa bahan yang dipilihnya sebagai emulgator, harus mempunyai syarat sebagai berikut :

-                                             tidak toksik

Rasa dan bau yang dapat diterima

Stabil secara kimia dan dapat tercampurkan dengan bahan lain dalam formula.

Emulgator membantu dalam pembentukan emulsi   melalui tiga mekanisme, yaitu  :

1)      Mereduksi tegangan antar muka

2)      Pembentukan film antar muka yang liat ( penghalang mekanik terhadap koalesensi )

3)      Pembentukan lapisan listrik rangkap.

Mekanisme tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :

1)      Mereduksi tegangan antar muka

Reduksi tegangan antar muka penting dalam mendispersikan suatu cairan ke dalam cairan lainnya yang tidak bercampur. Peranan emulgator sebagai penghalang antar muka adalah hal yang paling penting.  Banyaknya polimer dan bahan padatan yang terbagi halus  tidak efisien mereduksi tegangan antar muka, tetapi membentuk penghalang antar muka yang mencegah koalesensi.

2)      Pembentukan film antar muka yang liat

Fase oleofilik surfaktan berada pada permukaan fase minyak dan hidrofiliknya pada fase air. Surfaktan cenderung memekat pada antarmuka dan terabsorbsi pada antarmuka minyak-air sebagai film monomolekuler. Bila konsentrasi emulgator cukup tinggi maka terbentuk film liat yang bertindak sebagai penghalang terhadap adhesi maupun kohesi (koalesensi) tetesan terdispersi. Pada emulsi-emulsi yang stabil, molekul tunggal surfaktan menempati permukaan tetesan dengan formasi yang rapat dan membentuk film antarmuka yang liat, contoh : emulsi o/w yang distabilkan dengan campuran Na setil sulfat dan kolesterol.

Film emulgator yang membungkus kencang, menunjang kestabilan emulsi dan menunjukkan juga bahwa kombinasi emulgator seringkali lebih efektif daripada emulgator tunggal.

3)      Pembentukan lapisan listrik rangkap

Film antarmuka yang mencegah koalesensi dapat menghasilkan kekuatan penolakan listrik di antara tetesan yang berdekatan. Lapisan listrik rangkap terbentuk oleh karena terjadi orientasi kelompok bermuatan listrik pada permukaan tetesan teremulsi.

Misalnya  emulsi minyak dalam air (o/w) yang distabilkan dengan Na Oleat. Rantai hidrokarbon dari Na oleat larut dalam tetes minyak sedangkan bagian ionik mengarah ke fase air yang kontinyu. Akibatnya permukaan tetesan dipenuhi gugus karboksilat yang bermuatan (-). Ini menghasilkan permukaan yang bermuatan pada tetesan, sedang kation yang (+) terorientasi dekat permukaan menghasilkan lapisan listrik rangkap (electrical double layer ).

Potensial yang ditimbulkan lapisan listrik ini menyebabkan efek penolakan antar tetesan sehingga mencegah koalesensi. Penolakan listrik ini kekuatannya dapat dihitung tetapi tidak dapat diukur langsung. Walaupun demikian, potensial yang sehubungan yaitu zeta potensial dapat ditentukan. Zeta potensial sebanding dengan potensial lapisan rangkap yang terbentuk. Perubahan zeta potensial dapat terjadi dengan kehadiran beberapa bahan seperti elektrolit, polimer dan surfaktan.

Surfaktan membantu dalam pembentukan emulsi karena dengan terabsorbsinya pada antar muka maka ia dapat mereduksi tegangan antar muka dan berfungsi sebagai pelindung untuk mencegah bersatunya tetesan ( koalesensi ). Beberapa surfaktan juga dapat memberi muatan ionik pada tetes terdispersi sehingga mampu membentuk potensial zeta. Mekanisme kerja surfaktan sama dengan mekanisme kerja emulgator karena semua emulgator adalah merupakan surfaktan yang dapat menurunkan tegangan antar muka, dan tidak semua surfaktan adalah emulgator.

Walaupun reduksi tegangan antar muka merupakan faktor yang paling penting dalam pembuatan suatu emulsi tetapi liatnya film yang terbentuk dari emulgator yang teradsorpsi merupakan faktor utama di dalam menjamin stabilitas suatu emulsi. Jumlah emulgator mempengaruhi ukuran partikel tetes terdispersi. Semakin banyak emulgator, semakin kecil ukuran tetes terdispersi. Bila diberikan tenaga atau energi yang besar ke dalam dispersi tetes minyak dalam air maka ukuran tetes  minyak dapat mencapai 1 µ.

Bila ada emulgator yang sesuai tersedia dalam jumlah yang cukup, maka  emulgator tersebut akan terabsorbsi pada permukaan tetes terdispersi sebagai suatu film monomolekuler, yang mencegah bersatunya tetes-tetes minyak. Sedangkan bila emulgator hanya terdapat dalam jumlah yang terbatas maka ia tidak dapat membentuk film yang lengkap mengelilingi semua butiran minyak yang terdispersi. Koalesensi akan berlanjut sampai luas permukaan dari tetesan minyak itu berkurang sehingga mencapai harga kontinyu dari surfaktan disekeliling tetesan minyak.

Terjadinya penurunan tegangan permukaan ditandai dengan terbentuknya misel (tetes dispersi yang terbungkus surfaktan). Critical micelle concentration (CMC)  adalah konsentrasi terkecil surfaktan yang diperlukan untuk dapat membentuk misel atau untuk dapat menurunkan tegangan permukaan suatu cairan terhadap cairan lainnya yang tidak bercampur. Di bawah konsentrasi ini, surfaktan hanya terdisposisi antar muka kedua cairan dan belum menghasilkan tetes terdispersi.  Di atas nilai CMC ini, misel akan semakin banyak terbentuk .    

 

Gambar 4.3.  Critical Micelle Concentration (CMC)

 Kebanyakan emulsi yang dijumpai dalam farmasi adalah  tipe minyak dalam air. Emulsi ini seringkali mengion dan memberikan muatan pada tetesan terdispersi. Muatan ini mempengaruhi kecenderungan untuk membentuk potensial zeta tetapi mempunyai efek yang relatif  kecil terhadap kekuatan film antar muka. Penurunan zeta potensial menaikkan kecepatan benturan tapi tidak mengakibatkan koalesensi.  Zeta potensial adalah besarnya muatan yang ada pada suatu titik mulai dari double layer sampai satu titik di dalam cairan dimana terdapat muatan (+) dan (-) dalam jumlah yang sama. Penjelasan tentang pembentukan  double layer ini sama seperti yang dijelaskan pada bab sebelumnya.

Kebanyakan  emulgator yang dipakai untuk pembuatan emulsi o/w adalah merupakan koloid hidrofilik yang terhidrasi di dalam medium air. Di dalam emulsi seperti itu, kestabilannya akan menurun dengan penambahan elektrolit konsentrasi  tinggi atau penambahan pelarut  polar. Penambahan pelarut yang sangat  polar ke dalam emulsi akan menurunkan kestabilannya, karena emulgator akan terekstraksi dari antarmuka oleh pelarut polar tersebut.

Umumnya emulsi air dalam minyak (w/o) mempunyai film yang lebih kaku jika dibandingkan dengan emulsi minyak dalam air (o/w) karena tetes-tetes air mempunyai bentuk yang tidak teratur. Di dalam emulsi w/o ini, minyak merupakan medium yang tidak mengionkan dan tidak ada atmosfir ionic di dalam fase minyak.

Film antar muka yang paling efektif umumnya tidak dibentuk oleh emulgator tunggal tetapi oleh beberapa emulgator yang berbeda rasionya dari kelompok polar sampai tidak polar. Emulsi o/w yang lebih stabil terbentuk bila menggunakan  2 emulgator, dimana emulgator yang satu mempunyai nilai HLB yang rendah. Pasangan emulgator yang memuaskan membentuk film monomolekuler kompleks yang stabil pada antarmuka keduanya; berdampingan di dalam monofilm disertai dengan penetrasi satu emulgator ke dalam monofilm emulgator lainnya.  

Suatu molekul, ion, koloid atau partikel, agar aktif sebagai emulgator maka ia harus mempunyai afinitas pada antar muka di antara fase terdispersi dengan medium pendispersi. Untuk dapat membentuk film monolayer atau multilayer, emulgator harus dalam bentuk larutan, karenanya ia harus agak larut dalam salah satu atau dalam kedua fase. Pada saat yang sama, emulgator itu tidak boleh berlebihan kelarutannya dalam salah satu fase, karena emulgator  akan tinggal di dalam fase yang melarutkannya sehingga tidak akan teradsorpsi pada antar muka.

Walaupun tipe emulsi tergantung pada sejumlah faktor, tetapi kelarutan relatif emulgator ke dalam 2 fase merupakan faktor yang paling penting menentukan tipe emulsi yang terbentuk di dalam suatu emulsi dengan emulgator tunggal. Emulgator yang larut dalam minyak (w/o) dan dalam air (w/o) terabsorbsi di permukaan dan membentuk lapisan film plastis.

Sifat emulgator ditentukan oleh sifat 2 fase yang tidak tercampurkan yang ada dalam suatu sistem. Sifat-sifat yang diingini untuk suatu emulgator adalah sebagai berikut :

a.    Aktif pada permukaan dan dapat menurunkan tegangan antar muka sampai kurang dari 10 dyne/cm.

Suatu emulgator harus dapat aktif pada permukaan tetes terdispersi dan dapat menurunkan tegangan antarmuka. Hal ini merupakan suatu cara menuju ‘stabilisasi termodinamika’.    

b.    Harus segera terabsorbsi di sekeliling tetes terdispersi sehingga mencegah koalesensi.

 Emulgator harus segera teradsorpsi di sekeliling tetes terdispersi untuk mencegah koalesensi dan mempertahankan ukuran tetes dispersi. Emulgator yang membungkus tetes dispersi  disebut   ‘ mechanical barrier ‘. Sifat inilah yang paling penting, meskipun suatu emulgator kurang mampu menurunkan tegangan antar muka, tetapi mampu mencegah koelesensi karena membentuk koloid pelindung, maka akan mampu membentuk emulsi   yang stabil (ct.gelatin) 

c.    Mampu memberi potensial listrik yang memadai sehingga tetes-tetes saling menolak.

 Emulgator sabun, membentuk film antar muka. Bagian hidrokarbonnya larut dalam tetes minyak dan bagian hidrofil terdispersi pada permukaan fase air. Potensial listrik timbul karena adanya perbadaan potensial antara muatan yang terabsorpsi dengan counter ion, dan seterusnya hingga terbentuk daerah listrik rangkap (electrical double layer), yang memeberikan potensial pada tetesan akibatnya terjaditolak-menlak antara tetesan terdispersi (koalesensi tidak terjadi)

d.   Meningkatkan kekentalan ( viskositas )

Kekentalan emulgator yang menyelimuti permukaan tetes terdispersi mampu menjadi penghalang terjadinya penggabungan tetes-tetes terdispersi, sehingga stabilitas emulsi tercapai.

Kekentalan ditentukan oleh :

-       Struktur kimia emulgator

-       Konsentrasi

e.    Efektif pada konsentrasi rendah.

Emulgator yang baik adalah yang efektif membentuk emulsi  stabil pada konsentrasi rendah. Jika penggunaan emulgator telah melebihi  5%,  maka emulgator dianggap tidak efektif lagi. Penggunaan emulgator konsentrasi tinggi  akan mempengaruhi sediaan dengan terbentuknya busa bila dikocok.   

Klasifikasi Emulsifying Agent

     Emulgator dapat diklasifikasikan  berdasarkan mekanisme aksinya, yaitu pada pembentukan film (lapisan) pada permukaan tetes terdispersi.

a.    Film monomolekuler

Emulgator ini merupakan senyawa organik sintetis  yang membentuk lapisan tunggal yang terdispersi pada tetesan. Mekanisme utamanya adalah menurunkan tegangan antarmuka. Emulgator dapat mengion sehingga kestabilan akan tinggi karena terjadi tolak menolak pada tetes terdispersi. Emulgator ini dapat membentuk emulsi o/w atau w/o.

Misal :    -    K laurat

c.      Polisorbat 80

b.    Film Multimolekuler

Emulgator ini tak jelas mekanismenya dalam menurunkan tegangan antarmuka, tetapi membentuk film antarmuka yang liat dan kuat dalam melindungi tetesan terdispersi. Merupakan hidrokoloid yang juga akan menunjang kestabilan emulsi karena bersifat mengentalkan sehingga butiran emulgator yang tidak teradsorpsi oleh permukaan tetes terdispersi tidak menyebabkan tetes terdispersi segera bergabung. Emulgator ini dapat membentuk emulsi o/w dan diperoleh dari tumbuhan dan merupakan senyawa organik.

Misal :    -      Akasia

-            Gelatin

c.    Film partikel padat

Bahan ini membentuk emulsi dengan cara: padatannya yang terdispersi halus teradsorbsi pada permukaan tetes terdispersi. Emulgator ini  merupakan senyawa anorganik dan dapat membentuk emulsi tipe w/o atau o/w.

Misal :      -      bentonit

d.        Veegum

Bahan yang dapat berfungsi sebagai emulgator dengan mekanisme ini harus memenuhi syarat :

e.         Dapat terbasahi oleh fase minyak atau air

f.          Ukuran partikel harus lebih kecil dari tetes terdispersi

Emulgator Sintetik

Emulgator sistetik adalah merupakan golongan surfaktan. Surfaktan dapat digambarkan sebagai molekul yang terdiri dari bagian hidrofilik ( suka air ) dan bagian hidrofobik (tidak suka air), karena itu golongan senyawa ini sering dinamakan ampifilik.

 

Gambar 4.4. Molekul Ampifilik (surfaktan)

Kelompok surfaktan ini dapat digolongkan berdasarkan muatan yang dihasilkan yaitu :

a.       Anionik

b.      Kationik

c.       Non ionik.

a.    Golongan Anionik          

Dalam kelompok ini, surfaktan mempunyai ion bermuatan negatif. Sabun yang terbentuk dari berbagai asam lemak sangat luas pemakaiannya sebagai garam amfifilik. Jenis surfaktan ini yang mengandung 12 – 18 atom C  lebih disukai. Demikian pula sabun alkali seperti K, Ca dan Ammonium kwartener dari asam laurat dan asam oleat yang larut dalam air   merupakan emulgator o/w yang baik. Garam-garam ini mempunyai rasa yang sulit diterima dan mengiritasi saluran pencernaan,  sehingga penggunaannya terbatas hanya untuk sediaan emulsi untuk penggunaan pada permukaan   tubuh.

Kalium laurat merupakan contoh khas dengan struktur   CH₃(CH₂)₁₀CH₂COOˉ  . Larutan sabun alkali mempunyai pH yang tinggi dan pada pH di bawah 10 akan mulai mengendap dari larutan karena terbentuk asam lemak yang tidak terionkan yang mempunyai kelarutan yang rendah dalam air. Asam lemak bebas ini tidak efektif sebagai emulgator. Dengan demikian, emulsi yang terbentuk dari sabun alkali tidak stabil pada pH di bawah 10.

Garam Ca, Mg dan Al dari asam lemak yang biasa disebut sabun logam,  tidak larut dalam air dan dapat membentuk emulsi w/o. Pemakaiannya terbatas pada emulsi-emulsi eksternal seperti krim dan liniment.

Sabun lain adalah garam yang terbentuk dari asam lemak dan suatu amin organik  misalnya trietanolamin; merupakan emulgator o/w untuk sediaan topikal. Sabun ini  digunakan sebagai emulgator pada pH sekitar 8 dan tingkat iritasinya lebih lemah dibanding sabun alkali.  Pada pembuatan emulsinya, trietanolamin ditambahkan ke dalam fase air sementara asam lemak dilarutkan dalam fase minyak. Jika kedua fase dicampur maka trietanolamin stearat yang terbentuk terdisposisi pada antar muka  kedua fase tersebut.

Alkohol sulfat adalah ester asam sulfat yang sudah dinetralkan dari lemak alkohol seperti lauril dan setil alkohol. Senyawa ini merupakan kelompok surfaktan yang paling penting untuk pengobatan. Pemakaiannya yang paling utama  adalah sebagai wetting agent  walaupun dapat juga disebut sebagai emulgator, khususnya jika digunakan bersama-sama dengan bahan  pengental. Salah satu contoh yang sering digunakan  adalah Na lauril sulfat.

Surfaktan anionik tipe sulfonat merupakan suatu kelas senyawa dimana atom sulfur berikatan langsung dengan atom C. Formula umum emulgator sulfonat adalah CH₃ ( CH₂ )n CH₂SO₃ˉ  . Sulfonat mempunyai toleransi yang lebih tinggi terhadap ion Ca dan tidak segera terhidrolisa seperti sulfat-sulfat. Surfaktan yang sering dipakai dari tipe ini antara lain adalah Na dioktil sulfosuksinat.

b.    Gol. Kationik    

Aktivitas pada permukaan dari kelompok ini terletak pada kation yang bermuatan (+). Walaupun tidak digunakan secara luas seperti tipe anionik dan nonionik tetapi senyawa ini mempunyai nilai lebih karena bersifat bakterisid dan oleh karena itu disukai dalam produk-produk emulsi untuk antiinfeksi seperti krim dan losio untuk kulit.

Emulsi yang dibuat dengan emulgator kationik mempunyai pH pada kisaran 4 – 6. Kisaran pH ini sama dengan pH normal kulit, sehingga emulgator ini menjadi pilihan untuk sediaan yang digunakan pada kulit.

Bahan kationik merupakan emulgator yang lemah dan umumnya diformulasikan bersama dengan suatu solubilizing agent atau emulgator pembantu seperti sekostearil alkohol. Contoh bahan dari kelompok ini yang sering digunakan  sebagai emulgator adalah senyawa ammonium kwartener seperti : trimetil ammonium bromide. Emulgator kationik tidak digunakan bersama dengan emulgator anionik dalam satu formula   karena akan terjadi interaksi berupa terbentuknya endapan  dengan segera. Benzalkonium klorida dan  benzethonium klorida adalah sebagian contoh dari emulgator golongan ini.

c.    Gol. Nonionic   

Surfaktan yang tidak terdisosiasi ini digunakan secara luas sebagai emulgator karena memiliki keseimbangan kelompok hidrofil dan lipofil di dalam molekulnya. Emulgator non ionik ini tidak mudah dipengaruhi oleh perubahan pH dan adanya elektrolit. Surfaktan golongan ini yang paling sering dipakai adalah ester gliserol, ester dan eter polioksi etilen glikol dan asam lemak sorbitan seperti sorbitan mono palmitat ( span 40 ) serta derivat polioksietilen, yakni ester asam lemak polioksietilen sorbitan seperti tween 40. Seringkali hasil yang terbaik diperoleh dari campuran emulgator non ionik. Campuran  emulgator o/w seperti tween 80 dapat digunakan dalam emulsi bersama dengan emulgator w/o seperti span 40. Ini menghasilkan emulsi yang sangat stabil dengan tekstur yang  halus.

Suatu ester gliserol seperti gliseril monostearat terlalu lipofilik untuk dapat berfungsi sebagai emulgator yang baik. Bahan ini tidak digunakan sebagai emulgator, tetapi   sebagai bahan pembantu pengemulsi.  

Emulgator Alam

   Sejumlah emulgator berasal dari alam yakni dari tumbuhan dan hewan, seperti   akasia, gelatin,  kolesterol dan lesitin. Beberapa bahan alam lainnya  digunakan sebagai bahan penstabil dan pembantu pengemulsi (pembentuk massa dan peningkat viskositas).  Akasia dan gelatin membentuk film antar muka beberapa lapis sedangkan lesitin dan kolesterol membentuk lapisan monomolekuler pada antar muka minyak-air.  

a.    Acacia ( akasia )

Akasia adalah gom karbohidrat yang luas dipakai dalam emulsi untuk pemakaian internal, terutama emulsi yang dibuat sesaat. Gom tersedia sebagai serbuk dan granul, larut dalam air dan membentuk emulsi o/w. Emulsi yang dibuat dengan akasia ini stabil pada rentang pH yang luas, akan tetapi karena merupakan karbohidrat, maka emulsi akasia harus diberikan pengawet yang sesuai untuk mencegah pertumbuhan mikroorganisma.

Gom dapat diendapkan dari larutannya dalam air dengan penambahan elektrolit yang konsentrasinya tinggi atau pelarut yang kurang polar seperti alkohol.

b.    Gelatin  

Gelatin merupakan suatu protein yang sejak lama digunakan sebagai emulgator.  Gelatin dapat mempunyai 2 titik isoelektrik tergantung pada metode pembuatannya. Gelatin tipe A berasal dari prekursor yang diberi asam dan mempunyai pH antara 7 dan 9 (yaitu pH titik isoelektriknya). Gelatin tipe A ini akan baik sebagai emulgator pada pH 3 dan  bermuatan (+).

Di lain pihak, gelatin tipe B diperoleh dari prekursor yang diberi alkali dan mempunyai titik isoelektrik pada pH 5. Gelatin tipe B ini sangat baik dipakai sebagai emulgator pada pH sekitar 8 dan  emulgator ini bermuatan ( - ).

Muatan (+) dan (-) dari gelatin merupakan dasar untuk kestabilan emulsi bila ada   emulgator lainnya yang mempunyai muatan. Jadi bila gom seperti tragakan, akasia dan agar yang bermuatan (-) ingin digunakan bersama gelatin, maka dipakai gelatin tipe B dan dipakai pada pH alkalis dimana pada kondisi ini gelatin mempunyai muatan yang sama dengan gom, yakni muatan negatif.

c.    Lecithin ( lesitin )

Lesitin adalah bahan yang berasal dari hewan (telur) dan kacang kedele. Lesitin yang dimurnikan berbentuk padat seperti lilin yang tidak berwarna, bila dikenai cahaya dan udara akan cepat teroksidasi dan berubah menjadi kuning, umumnya tidak larut dalam air, tetapi terdispersi dalam bentuk koloidal.  Lesitin jarang digunakan secara tunggal sebagai emulgator.

     Lesitin mengalami dekomposisi dengan adanya alkali. Lesitin telah digunakan dalam suspensi parenteral untuk pemakaian IM, sebagai wetting agent dan sebagai emulgator pada emulsi parenteral untuk pemakaian I.V.

d.   Kolesterol

Kolesterol merupakan bahan yang diperoleh antara lain dari lemak bulu domba dan sebagai konstituen utama dalam adeps lanae. Kolesterol ini dapat  diperoleh melalui reaksi saponifikasi dan fraksinasi adeps lanae. Karena kandungan kolesterol ini, maka adeps lanae  mampu mengadsorpsi air (lanolin) dan membentuk emulsi o/w.

Bahan Padat yang Terdispersi Halus

   Kelompok emulgator ini akan diadsopsi pada batas antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur dan membentuk  film yang mengelilingi tetes terdispersi dan menghasilkan emulsi yang walaupun tetes-tetes dispersinya besar, tetapi mempunyai kestabilan fisika yang agak besar. Dua kelompok dari senyawa ini yang sering digunakan adalah tanah liat koloidal ( bentonit + veegum ), dan hidroksida logam ( Mg dan Al hidroksida ).

a.    Bentonit

Selain sebagai pensuspensi (seperti dijelaskan pada bab sebelumnya), bentonit dapat dijadikan emulgator yang mampu teradsorbsi pada antar muka cairan yang berbeda. Pada konsentrasi kurang dari 1% bentonit dapat membentuk emulsi o/w atau w/o, yang tergantung pada cara pencampurannya.  

Emulsi o/w akan terbentuk jika  bentonit  didispersikan terlebih dahulu di dalam air dan dibiarkan terhidrasi sampai terbentuk magma, fase minyak kemudian di tambahkan secara perlahan-lahan dengan pengadukan yang konstan. Karena fase air selalu dalam keadaan berlebihan  maka terbentuklah emulsi o/w. Sebaliknya, emulsi w/o akan terbentuk  jika   dispersi  bentonit  dalam minyak  dibuat lebih dahulu kemudian  air  ditambahkan perlahan-lahan ke dalamnya.

b.    Veegum

Veegum ( Mg Al silikat kolidal ) digunakan pada konsentrasi kurang dari 1% sebagai emulgator dalam bentuk partikel-partikel padat, penggunaannya paling umum sebagai penstabil dalam losio dan krim untuk kosmetik. Veegum akan menstabilkan emulsi yang mengandung emulgator anionik dan nonionik.

c.    Mg dan Aluminium hidroksida

Merupakan hidroksida logam yang mempunyai kemampuan sebagai emulgator untuk pengobatan. Mg (OH)₂ telah lama digunakan untuk mengemulsikan paraffin cair sedangkan beberapa bentuk Aluminium hidroksida telah digunakan sebagai emulgator untuk bahan-bahan seperti benzyl benzoat.  Sering kali bahan ini ada dalam formula emulsi terutama karena efeknya sebagai bahan aktif farmakologi, bukan karena fungsinya sebagai emulgator (pada sediaan antasida).  

Emulgator Sekunder

Emulgator pembantu disebut juga emulgator sekunder atau Auxiliary Emulsifying Agent  . Bahan ini adalah senyawa – senyawa yang secara normal tidak mempunyai kemampuan dalam membentuk emulsi yang stabil tetapi mempunyai kemampuan untuk berfungsi sebagai pengental sehingga membantu menstabilkan emulsi.    

      Bahan ini akan menaikkan viskositas fase luar sehingga menjadi penghalang bersatunya tetes-tetes dispersi yang sekaligus menunjang stabilitas sistem emulsi. Terkadang dalam formula,  tragakan  dikombinasikan dengan akasia untuk menaikkan konsistensi fase air suatu emulsi o/w.

Beberapa contoh dari emulgator sekunder adalah Agar, Tragakan, Metil Selulosa, CMC, Pectin, dan  Na alginat

Kombinasi Emulgator

Kombinasi emulgator diperlukan untuk  menghasilkan emulsi yang sangat stabil, juga karena sulitnya formulator mencari emulgator tunggal yang mempunyai nilai Hidrophilic-Lipophilic Balance (HLB)   yang sesuai, dimana HLB butuh suatu fase minyak menyatakan nilai HLB yang dibutuhkan untuk emulsifikasi. Untuk menghasilkan emulsi yang sangat stabil diperlukan pembentuka film yang kompleks, rapat dan kental pada antarmuka cairan.

Yang perlu diperhatikan dalam mengkombinasi emulgator adalah  bahwa emulgator yang digunakan memiliki muatannya sama.  Jika muatannya tidak sama, akan terbentuk coaservat yaitu : gabungan antara emulgator (+) dan (-) dan akibatnya kekentalan emulsi akan turun sebanding dengan coaservat yang terbentuk. Misalnya : gelatin tipe A yang bermuatan (-) tidak boleh ditambahkan dengan tragakan yang bermuatan (+)

Beberapa keuntungan yang dapat diberikan suatu kombinasi emulgator adalah :

a.              Keseimbangan hidrofil dan lipofil emulgator

b.             Menaikkan kestabilan sifat kohesi film antar muka

c.              Menaikkan kekentalan dan rasa produk

Keseimbangan Hidrofilik – Lipofilik (HLB)

   Bila emulgator menjadi lebih hidrofilik, kelarutannya dalam air bertambah dan lebih cenderung membentuk suatu emulsi o/w, sebaliknya emulsi w/o ditunjang oleh emulgator yang lebih lipofilik.

   Griffin merancang suatu skala dari berbagai angka untuk dipakai sebagai suatu ukuran keseimbangan hidrofilik-lipofilik (HLB) dari zat-zat aktif permukaan. Nilai HLB ini sangat membantu dalam memilih kombinasi emulgator yang sesuai.  Makin tinggi nilai HLB suatu zat, makin hidrofilik  zat tersebut. Nilai HLB lebih dari 10 lebih bersifat hidrofil sedangkan yang nilai / harganya 1-10 adalah lipofil. Span suatu ester sorbitan mempunyai nilai HLB yang rendah (1,8 sampai 8,6); Tween, suatu emulgator derivet  polioksietilen  mempunyai nilai HLB yang tinggi (9,6-16,7).

Hubungan antara nilai HLB dan aktivitas surfaktan dapat dilihat di bawah ini (Kulshreshtha,2010:5; Rowe,2004):

Rentang HLB                                        Aktivitas

1 – 3                                                       anti foaming agent  

3 – 6                                                       emulgator w/o

7 – 9                                                       weeting agent  

8 – 18                                                     emulgator o/w

13 – 15                                                   detergents

15 – 20                                                   solubilizing agent  

Harga HLB juga ditetapkan untuk minyak-minyak, sehingga dengan dasar HLB minyak ini, formulator dapat memilih zat pengemulsi yang memiliki harga HLB yang sama atau hampir sama dengan fase minyak tersebut. Demikian pula jika akan digunakan campuran emulgator, maka harga HLB minyak dapat menjadi acuan dalam pemilihan emulgator hingga mencapai harga HLB yang tepat.

 Nilai HLB butuh untuk minyak dan bahan yang sehubungan dapat dilihat dalam berbagai pustaka. Berikut adalah HLB butuh minyak yang sering digunakan dalam formulasi emulsi yaitu :

Substansi                               Tipe emulsi                      Tipe emulsi

                                                   W / O                             O / W

Asam stearat                               6                                      15

Setil alcohol                                -                                       15

Lanolin anhidrat                          8                                      10

Beeswax                                      4                                      12

Paraffin                                       9                                      -

Mineral oil light                           8                                      12

Perhitungan HLB Butuh

R/  Petrolatum                           25 g     (1) HLB 7-8

      Setil alkohol                         20 g     (2) HLB 15

      Emulsifier                             2 g       (3)

      Pengawet                             0,2 g

      air ad                                    100 g

Fase minyak : Petrolatum + Setil  alkohol = 25 +20 = 45 g

                        Petrolatum          = 25/45  x 100% = 55,5%

                        Setil alkohol       = 20/45 x 100% = 44,5%

Nilai HLB butuh minyak (o/w):

(55,5 % x 8)+(44,5% x 15) = 11,04

Perhitungan Emulgator  Gabungan

Jika diinginkan emulgator gabungan Tween 80 dan span 80  (total 2 g), maka  berapa g masing-masing diperlukan?

Span 80 (HLB = 4.3) , Tween 80 (HLB = 15.0)  HLB butuh minyak 11.04

Total Tween dan Span = 100% (1), maka

Jika Tween 80 = x, maka span 80 = (1- x)

Maka :

(HLB Span x % Span) + (HLB tween x % Tween)

= 4,3 (1 - x) + 15 x = 11,04     x = 0,4 ≈ 0,4 x 100% = 40%

Tween 80  diperlukan 40 % dan Span 80 diperlukan 60 % dari 2 gram emulgator dalam formula.

3.             Pembuatan Emulsi

Seperti halnya bentuk sediaan larutan dan suspensi, sediaan emulsi juga memerlukan beberapa bahan tambahan yang menunjang stabilitasnya disamping bahan utama pembentuk sediaan, seperti pengawet, antioksidan, serta bahan penunjang estetika (warna,aroma dan rasa).  

Pengawet

Emulsi biasanya mengandung bahan-bahan seperti karbohidrat, protein, lemak dan air yang menunjang pertumbuhan sejumlah mikroba. Kontaminasi selama produksi, penggunaan bahan yang tidak murni atau karena sanitasi yang buruk, serta selama pemakaian sediaan.  Oleh karena itu dianjurkan pemakaian bahan baku  yang tidak terkontaminasi mikroba, pencucian peralatan dengan uap,  penggunaan  anti mikroba yang  efektif terhadap beberapa mikroba pada formula, serta cukup memadai melindungi sediaan selama pemakaian oleh konsumen.

Keberadaan mikroorganisme yang tidak terkontrol dalam sediaan emulsi, akan menyebabkan perubahan-perubahan tertentu dalam sifat-sifat emulsi yang tidak dikehendaki, seperti pemisahan fase, perubahan warna dan bau, terbentuknya gas dan bau, serta perubahan-perubahan sifat-sifat rheologi.

Kriteria umum yang harus dipenuhi oleh suatu anti mikroba  antara lain adalah :

1)      Toksisitasnya pada pemakaian dan penyimpanan.

2)      Stabil pada pemakaian dan penyimpanan

3)      Dapat tercampurkan secara kimia dengan bahan-bahan lain dalam formula

4)      Ras, bau dan warna dapat diterima

5)      Efektif terhadap kontaminan bakteri, fungi dan yeast

Konsentrasi anti mikroba atau pengawet ( preservative ) yang dibutuhkan tergantung dari :

1)   Pembagian dalam perbandingan fase air dan fase minyak.

Bakteri terutama tumbuh dalam fase air dari sistem emulsi. Jika kelarutan pengawet lebih tinggi dalam minyak, maka pada konsentrasi normal, pengawet tersebut relative kurang efektif karena pada fase air konsentrasinya rendah. Oleh karena itu  diperlukan konsentrasi pengawet yang tinggi dalam emulsi. Contohnya adalah ester asam p-hidroksibenzoat  (paraben), metil paraben larut dalam air sedangkan propil paraben hampir tidak dapat larut dalam air.

2)    Kemampuan berinteraksi dengan mikroba.

Pengawet harus dalam keadaan tidak terion sehingga dapat berpenetrasi melintasi membran mikroba

3)   Ikatan pengawet dengan molekul lain.

Pengawet tidak boleh terikat dengan molekul lain di dalam sistem emulsi, karena kompleks yang terbentuk tidak efektif sebagai pengawet. Pengawet yang dalam keadaan bebas saja yang efektif, sehingga perlu diperhitungkan konsentrasi pengawet yang bebas.

Beberapa kondisi dapat menyebabkan perubahan aksi pengawet, antara lain :

1)      pH  sediaan

2)      ratio fase / tipe emulsi

3)      Jumlah udara yang masuk selama pembuatan

4)      Nilai nutrisi produk

5)      Keberadaan surfaktan nonionik

Oleh karena itu, sering digunakan kombinasi pengawet karena dapat menaikkan spektrum aktivitas atau karena beberapa sifat sinergis. Pengujian mikrobiologis pada sediaan akhir perlu dilakukan, mengingat pemilihan pengawet agak bersifat empiris.

Antioksidan

Senyawa-senyawa organik khususnya minyak/lemak serta banyak obat dapat mengalami otooksidasi sehingga mengakibatkan terjadinya dekomposisi ( penguraian ). Minyak tidak jenuh seperti minyak tumbuhan yang mengalami otooksidasi akan menjadi tengik disertai penampakan dan rasa yang kurang menyenangkan. Otooksidasi adalah reaksi oksidasi dari rantai radikal bebas.

Reaksi oksidasi dapat dihalangi dengan :

1)      Mencegah adanya oksigen

2)      Penambahan  bahan yang dapat memecah rantai redikal bebas

3)      penambahan bahan pereduksi (antioksidan)

Pemilihan antioksidan yang khusus tergantung pada :

a.         Keamanannya

b.        Dapatnya diterima untuk suatu pemakaian khusus

c.         Kemanjurannya

Konsentrasi antioksidan yang sering digunakan adalah 0,001 – 0,1%.  Vitamin  E (α-tokoferol) merupakan antioksidan yang sering digunakan dan sesuai untuk sediaan oral, misalnya yang mengandung Vit.A. Butylated hydroxyanisole (BHA) dan Butylated hydroxytoluen (BHT) mempunyai bau yang nyata dan digunakan pada konsentrasi rendah dalam pengobatan dan kosmetika.

Parameter Fisika Pembuatan Emulsi

Parameter fisika dalam pembuatan emulsi meliputi :

a.       Suhu

b.      Waktu pengocokkan

c.       Kecepatan pencampuran

d.      Kecepatan pendinginan

a.    Suhu

Bila terjadi kenaikan suhu, maka akan mengakibatkan :

-   Penurunan  tegangan antarmuka  

d.   Penurunan viskositas ( kestabilan berkurang )

e.    Kenaikan energi kinetik tetesan  

Dengan adanya energi kinetik tetesan mengakibatkan :

f.     Semakin banyak terjadi tumbukan

g.    Mudah terjadi koalesensi

h.    Mempengaruhi koefisien distribusi minyak menguap

i.      Menyebabkan migrasi emulgator

Dapat menyebabkan inversi fase yakni tipe emulsi berubah, sehingga dapat membentuk emulsi yang stabil dengan tetes yang lebih halus. Suhu terjadi inversi disebut  Phase Inversion Temperature ( PIT ). Ada yang menamakan PIT ini sama dengan suhu HLB yakni suhu dimana terjadi keseimbangan lipofil-hidrofil emulgator. Pada suhu 100ºC terjadi inverse dan tidak dapat kembali lagi ke bentuk semula.

Pada pembuatan emulsi o/w dengan  emulgator Polisorbat 80. Ternyata emulsi ini mengandung tetes-tetes minyak sebagai fase dalam dengan misel ( suatu agregat atau kelompok surfaktan ) yang membungkusnya. Jika pemanasan dilanjutkan hingga 170ºC, misel akan pecah karena ikatan Hidrogen dari air terputus,  minyak keluar sehingga tetes minyak semakin membesar  dan bila dipanaskan terus akan terjadi hasil akhir berupa 3 lapisan yaitu minyak, air dan misel berupa surfaktan yang tidak larut dalam minyak. Surfaktan lalu bergabung dengan air sehingga membentuk emulsi tipe w/o (inversi).

Misel yang paling kecil menghasilkan emulsi yang paling baik tetapi ada batas-batas tertentu suatu emulgator yang dikenal dengan nama ; Critical Micelle Concentration ( CMC ) yakni suatu titik / saat dimana konsentrasi surfaktan cukup untuk membentuk misel dalam emulsi. Jika suhu dinaikkan, misel akan pecah, tetes minyak akan membesar.

Dalam kosmetik sering dilakukan inverse untuk tipe w/o dimana air dimasukkan ke dalam fase minyak untuk memperoleh fase dalam yang halus dengan diameter yang kecil.

b.   Waktu Pengocokan

Sulit untuk menentukan apakah pengocokan menunjang emulsifikasi. Pengocokan bertujuan untuk memecah fase terdispersi menjadi tetes yang lebih kecil.  Pada suatu waktu pengocokan tertentu, akan terjadi tetesan,   jika pengocokan dilanjutkan,  akan terjadi koalesensi karena benturan antara tetesan sering terjadi.  Hindari pengocokan yang berlebihan bila emulsi sudah terbentuk.  .

Dalam pembuatan emulsi, pengocokan harus dilakukan secara intermitten, artinya ada “waktu antara” pada pengocokan. Waktu antara ini dimaksudkan untuk memberi kemungkinan tetesan putus dan untuk memberi waktu kepada emulgator membungkus tetesan.

c.   Kecepatan Pencampuran dan Pendinginan

Kecepatan pencampuran adalah kecepatan penambahan fase minyak ke fase air atau sebaliknya yang dapat berpengaruh pada kestabilan produk akhir. Karena itu, perlu kehati – hatian dalam waktu pencampuran. Pencampuran yang singkat pun tidak baik karena fase terdispersi  belum sempat dipecah & dibungkus oleh emulgator.

Kecepatan pendinginan juga sangat berpengaruh, terlalu cepat pendinginan akan menyebabkan malamnya (lilinnya) dapat mengkristal. Untuk emulsi yang mengandung bahan padat (parafin solidum, cera, setil alkohol, asam stearat) yang harus dilebur terlebih dahulu sebelum dicampur, maka kondisi suhu antara fase air dan fase minyak perlu dipertimbangkan, mengingat perbedaan suhu dari kedua fase akan mempercepat pendinginan fase lainnya, akibatnya bahan yang telah dilebut kembali ke bentuk kristalnya sebelum terbentuk emulsi.

Parameter Kimia Pembuatan Emulsi

Beberapa parameter kimia dalam pembuatan emulsi yang perlu diperhatikan antara lain adalah :

a.    Emulgator sabun tidak boleh ditambahkan ke dalam sistem atau sediaan yang pH akhirnya = 5, karena sabun akan terhidrolisa, dimana asam lemak bebas akan mengendap & tidak dapat berfungsi sebagai emulgator.

b.    Ester yang mudah terhidrolisa tidak boleh ditambahkan ke dalam emulsi yang asam atau alkalis.

c.    Sebaiknya dihindari penggunaan lipid yang mudah teroksidasi, meskipun penambahan   antioksidan diperbolehkan dalam sediaan emulsi.

d.  Keamanan dan kestabilan komponen obat mutlak diperlukan. Misalnya : suatu emulgator tidak sama untuk pemakaian dalam dan luar. Contohnya, emulgator sabun digunakan untuk pemakaian luar dan jika digunakan untuk pemakaian dalam akan menyebabkan iritasi.

Pemilihan fase minyak berdasar kepada :

a.         Bahannya dipilih berdasarkan penggunaan produk.

b.        Bahan aktif harus larut di dalamnya dan tidak mudah menguap sehingga dapat menembus kulit.

c.         Suatu bahan obat di dalam emulsi akan terdispersi di dalam fase minyak dan air sesuai koefisien partisi minyak-air molekul obat. Absorpsi obat pada saluran cerna atau oleh kulit tergantung pada kelarutannya dalam fase minyak.                                                       

d.        Perbandingan fase dalam dan luar ditentukan oleh kelarutan bahan aktif yang secara farmakologis harus tetap aktif. Kelarutan terbatas dari bahan aktif di dalam pembawa sangat penting agar bahan tersebut terbagi halus. Umumnya pelepasan bahan obat dari suatu sediaan merupakan fungsi kelarutannya di dalam pembawa dan di dalam membran tubuh. Obat tidak boleh terlalu larut terutama pada antar muka.

Untuk pemakaian secara topical, fase minyak tergantung rasanya di kulit sehingga sangat baik apabila dikombinasikan untuk mendapatkan kenyamanan rasa apabila digosokkan/ digunakan pada kulit.

Beberapa pertimbahan khusus dalam merancang komponen bahan dalam formula emulsi yaitu :

a.    Konsistensi

Untuk mendapatkan konsistensi yang diinginkan dapat dilakukan dengan 3 cara antara lain :

1)        Manipulasi komponen fase minyak (bahan padat dan cair)

2)        Mengubah nisbah / ratio fase dan surfaktan yang digunakan

3)        Penambahan gom

Jika kekentalan fase luar meningkat maka kestabilan emulsi bertambah. Dengan penambahan gom pada emulsi o/w dan logam polifalen, sabun valensi dua atau malam yang titik leburnya tinggi pada emulsi w/o akan menaikkan kekentalan fase luar.

Kekentalan emulsi kurang dipengaruhi oleh kekentalan fase terdispersi, dan umumnya makin besar volume fase terdispersi, maka makin berkurang kekentalan. Untuk merubah kekentalan emulsi adalah dengan merubah fase terdispersi yakni menambah volume fase terdispersi dan  mereduksi tetesan fase terdispersi dapat meningkatkan kekentalan.

b.    Sifat Tiksotropi

Perlu adanya sifat tiksotropi dalam sistem emulsi, yakni sifat yang lebih encer pada pengocokkan dan menjadi kental pada penyimpanan, untuk memperoleh emulsi yang sangat stabil. Tiksotropi dapat juga merupakan perubahan sol-gel yang reversible. Misalnya : bentonit, Na CMC  jika dilakukan pengocokkan yang kuat dapat bersifat agak tiksotropik.

c.    Low Energy Emulsification

 Fase terdispersi dipanaskan seluruhnya dan fase luar dipanaskan hanya sebagian saja.  Kemudian keduanya dicampur dan ditambahkan ke dalam fase luar sisanya. Jika emulsi mengalami inverse maka pemanasan harus di atas PIT karena akan dapat membentuk emulsi yang betul-betul stabil dan halus.

Variabel yang berpengaruh dalam Low Energy Emulsification ini adalah :

j.          Suhu

k.        Jumlah fase luar yang digunakan

l.          Intensitas pencampuran

m.      Metode pencampuran

Pembuatan Emulsi Skala Kecil

Emulsi dapat disiapkan dengan berbagai cara  tergantung sifat komponen emulsi dan peralatan yang tersedia.  Dalam skala kecil, emulsi dapat disiapkan dengan peralatan seperti mortir dan stamper porselen, hand mixer, milk-shake mixer atau hand homogenizer, atau pada kondisi tertentu menggunakan botol.  Pada skala ini, pembuatan emulsi dengan gom dapat dilakukan dengan 3 metode umum, yaitu metode gom kering (metode kontinental), metode gom basah (metode Inggris), dan metode botol (metode botol Forbes).

a.    Metode gom kering ( metode kontinental)

  Pada metode ini, zat pengemulsi dicampurkan dengan minyak sebelum penambahan air.  Metode ini dikenal dengan metode “4 : 2 : 1”, karena 4 bagian minyak (volume) , 2 bagian air, dan 1 bagian gom ditambahkan untuk membuat emulsi utama atau emulsi awal. Dalam metode ini, gom atau zat pengemulsi m/o lainnya digerus dengan minyak dalam mortir kering hingga seluruhnya bercampur sempurna, kemudian dua bagian  air ditambahkan sekaligus kemudian campuran digerus dengan cepat dan terus menerus hingga emulsi utama terbentuk yang ditandai dengan terbentuknya krim berwarna putih susu dan mengeluarkan bunyi ‘krek’ pada pergerakan stamper. (corpus). Bahan- bahan tambahan lainnya yang larut dalam air seperti pemanis, pewarna, pengaroma, penstabil dan pengawet dilarutkan dalam air yang tersisa (fase luar) dan ditambahkan secara perlahan kedalam emulsi utama dengan bantuan pengadukan. Selanjutnya emulsi dicukupkan dalam gelas ukur dan dituang ke dalam botol untuk diserahkan kepada pasien.

Mortir yang digunakan harus memiliki permukaan dalam yang kasar sehingga dapat memperkecil ukuran tetes terdispersi. Emulsi yang dihasilkan akan lebih baik jika menggunakan mixer atau blender listrik.         

b.    Metode gom basah ( metode Inggris )

  Pembuatan emulsi dengan metode ini menggunakan proporsi minyak, air , dan gom yang sama dengan metode gom kering, tetapi urutan pencampurannya berbeda dan jika diinginkan,  perbandingan bahan-bahannya bisa bervariasi selama pembuatan emulsi primer. Umumnya mucilago gom dibuat dengan menghaluskan granular gom dengan air 2 kali beratnya dalam mortir. Minyak kemudian ditambahkan secara perlahan-lahan ke dalam mucilago dan digerus terus-menerus hingga minyaknya teremulsi. Campuran ini harus sangat kental. Selanjutnya air dan bahan-bahan lain yang terlarut didalamnya ditambahkan dan dicukupkan volumenya sesuai volume akhir yang direncanakan. Metode ini cocok untuk membuat emulsi dari minyak-minyak yang sangat kental.

Beberapa  hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan emulsi dengan  metode  ini adalah :

1)        Pembuatan emulsi utama menentukan kestabilan & penampakan hasil akhir

2)        Adanya bunyi karakteristik umumnya merupakan petunjuk keberhasilan metode yang dipakai

3)        Jika emulsi utama menjadi encer pada waktu pembuatannya maka cara mengatasinya yakni dengan membuat musilago segar lalu ditambahkan ke dalam emulsi utama yang gagal tadi

4)        Jika emulsi utama menjadi terlalu kental, maka untuk menyerap minyak dapat ditambahkan sejumlah kecil air dengan cara meneteskan perlahan-lahan untuk mendapatkan kembali konsistensi yang tepat.

c.    Metode Botol (metode botol Forbes)

Metode ini dapat diterapkan dalam pembuatan emulsi yang dibuat segera dari minyak-minyak menguap atau zat-zat bersifat minyak dengan viskositas yang rendah. Serbuk gom arab diisikan ke dalam botol kering, lalu ditambahkan air 2 kali bobot gom. Campuran tersebut dikocok kuat-kuat dengan mulut botol tertutup. Selanjutnya dimasukkan suatu volume air yang sama banyak dengan minyak, dilakukan berulang-ulang, sedikit demi sedikit dan terus dikocok hingga minyak habis.  Jika semua air telah ditambahkan, emulsi utama yang dihasilkan dapat diencerkan hingga volume yang direncanakan dengan air dan campuran zat-zat tambahan lainnya. Metode ini tidak cocok untuk mengemulsikan minyak-minyak yang kental.

Jika menggunakan emulgator sintetis maka metode pembuatannya lebih sederhana, sehingga   emulgator jenis ini  lebih luas pemakaiannya dalam sediaan emulsi. Yang perlu diperhatikan adalah sifat-sifat dan kelarutan tiap komponen dalam formulasi (stabilitasnya pada peningkatan temperatur  dan kelarutan dalam minyak atau air)

Komponen – komponen yang larut dalam fase minyak dikumpulkan dalam suatu wadah. Demikian pula dengan fase air. Selanjutnya kedua fase masing-masing dipanaskan dalam pada suhu sekitar 70-75ºC. jika ada komponenyang perlu dilebur, maka komponentersebut harus lebih dahulu dipanaskan dan bahan yang lain dicampurkan dalam leburan. Setelah itu kedua fase dicampurkan dan diaduk secara intermitten hingga  emulsi dingin. Pengenceran dilakukan menggunakan fase luarnya hingga sisa fase tersebut habis atau sesuai dengan volume yang direncanakan.

Metode ini hanya membutuhkan 2 beker gelas, thermometer dan pemanas untuk melebur lilin dan bahan lain, untuk titik lebur yang tinggi harus dilebur sebelum diemulsikan. Emulsi kasar yang terbentuk ini dapat dilewatkan beberapa kali dalam homogenizer untuk mereduksi ukuran partikelnya. Penggunaan homogenizer  dapat mengatasi kekurangan dalam teknik pembuatan dan menghasilkan emulsi yang memuaskan. Jika homogenizer gagal menghasilkan produk yang memadai maka formulasinya sebaiknya diteliti kembali.

Pembuatan Emulsi Skala Besar

 Untuk tujuan komersial, emulsi disiapkan dalam jumlah besar. Pembuatan seediaan emulsi ini dilakukan dalam industri obat, kosmetik dan makanan. Bermacam-macam alat digunakan untuk memecah cairan menjadi tetes – tetes kecil dan mengemulsikannya dalam cairan lainnya. Alat-alat tersebut antara lain adalah :

1)      Pengaduk mekanik

2)      Homogenizer

3)      Colloid Mill

4)      Ultrasonic homogenizer

Campuran minyak dan air serta berbagai bahan yang membantu terbentuknya emulsi serta zat-zat yang dapat menunjang stabilitas serta estetika sediaan dicampur dan diaduk  dalam tangki pengaduk bervolume besar dan distabilkan dengan melewatkannya pada suatu colloid mill atau homogenizer.

  Colloid Mill   yang menghasilkan gerakan / putaran yang teratur dan menghasilkan emulsi dengan ukuran globul (tetes terdispersi) yang sangat kecil.  Kecepatan penggilingan yang tinggi  dikombinasi dengan aliran yang kecil, menghasilkan pemotongan yang efektif selama proses dan menghasilkan emulsi yang lembut dengan derajat dispersi yang sangat tinggi.

 Homogenizers  yang dijalankan dengan tekanan tinggi akan menghasilkan emulsi yang sangat baik,karena campuran dipaksa melalui suatu saluran dengan lubang kecil dengan tekanan besar.

Ultrasonic Homogenizer bekerja dengan memanfaatkan getaran (vibrasi) dengan frekuensi tinggi yakni 200.000 rpm (ultrasonic). Alat ini digerakkan oleh tekanan gelombang tinggi dalam media cair secara intensif. Gelombang tekanan ini akan menggetarkan cairan dan pada kondisi yang tepat, secara cepat akan terbentuk tetesan-tetesan berukuran mikro.  

Pembuatan emulsi ganda

 Pada pembuatan emulsi tipe w/o/w , terlebih dahulu dibuat emulsi tipe w / o, misalnya  dengan  mendispersikan sorbitan mono oleat ( span 80 ) ke dalam fase minyak dengan bantuan mikser, setelah itu ditambahkan fase air perlahan-lahan sehingga terbentuk emulsi tipe w / o. Emulsi ini kemudian didispersikan ke dalam larutan air dari emulgator o / w seperti polisorbat 80 ( tween 80 ) sehingga terbentuk emulsi tipe w / o / w. Fase yang direncanakan sebagai fase dalam,  maka ia yang  ditambahkan pada campuran fase lainnya.

Pada pembuatan emulsi, volume fase terdispersi dapat sampai sekitar 75 % dari total volume emulsi. Asumsi  bahwa tetesan merupakan butiran dengan ukuran yang sama secara ideal tidak dijumpai dalam praktek. Volume fase terdispersi dapat lebih dari harga tersebut tetapi kemungkinan terjadinya inversi fase juga besar, karena suatu saat volume fase kontinyu tidak cukup untuk menampung fase terdispersi sehingga mengakibatkan emulsi pecah atau terinversi sehingga fase internal menjadi fase kontinyu, dan sebaliknya. Perubahan tipe karena perubahan volume fase ini sering diikuti kenaikan viskositas. 

Adalah sangat penting  mengetahui tipe emulsi yang akan dibuat (tidak hanya melihat komposisi dari formula) karena hal ini mempengaruhi sifat dan penampakan emulsi yang dihasilkan.

Adapun beberapa peraturan empiris untuk menentukan tipe emulsi yang terbentuk yaitu :

1)             Ratio volume fase, yakni jumlah relatif air dan minyak menentukan jumlah relatif tetes-    tetes yang terbentuk dan kemungkinan benturan yang akan terjadi. Secara normal fase yang jumlahnya lebih besar akan menjadi fase eksternal.

2)             Untuk menentukan tipe emulsi yang terbentuk pada kondisi tertentu maka interaksi terhadap emulgator  perlu dipertimbangkan. 

a.             Bila emulgator terutama larut dalam air ( sabun, derivat polioksi etilen dengan etilen oksid lebih dari 5 unit) maka umumnya akan menunjang terbentuknya emulsi o / w. tetapi bila emulgator terutama larut dalam bagian minyak (sabun Na, derivat polioksietilen dengan etilen oksid kurang dari 5 unit) maka emulsi yang terbentuk adalah tipe w/o bila kondisi lainnya menunjang.

b.             Bagian polar emulgator umumnya merupakan penghalang yang lebih baik dari pada bagian hidrokarbon. Hal tersebut memungkinkan pembuatan emulsi o/w dengan fase dalam relati ftinggi. Di pihak lain, emulsi w/o yang penghalangnya bersifat hidrokarbon agak terbatas dalam hal ini dan akan segera terinversi bila jumlah air yang ada signifikan. Misalnya : emulsi air-minyak mineral dengan emulgator span 80 biasanya menunjang pembentukan emulsi w/o karena tidak adanya gugus etilen oksid. Hal tersebut hanya bila kandungan air volumenya kurang dari 40%. Pada kandungan yang lebih besar / tinggi akan terbentuk emulsi o/w.

c.             Dengan kandungan air 20 hingga 30%, maka hanya terbentuk emulsi w/o bila air ditambahkan ke minyak dengan pengadukan. Tetapi kalau kedua fase dicampur dahulu baru diikuti pengocokan maka terbentuk emulsi o/w pada konsentrasi air di atas 10%, kemungkinan terakhir umumnya sulit dilakukan

d.            Tipe emulsi juga agak dipengaruhi viskositas tiap fase sehingga kenaikan viskositas suatu fase akan membantu fase tersebut menjadi fase luar.

Walaupun ada ketentuan-ketentuan tersebut di atas, pada umumnya emulgator yang lebih larut dalam air akan membentuk emulsi o/w dan emulgator yang lebih larut dalam minyak akan membentuk emulsi w/o.

D.           Stabilitas Emulsi 

Dari sudut termodinamika, emulsi  digolongkan dalam sistem yang tidak stabil.   Ketidakstabilan termodinamika dari emulsi berbeda dengan kestabilan yang didefenisikan oleh formulator atau konsumen. Kestabilan yang dapat diterima dalam sediaan untuk pengobatan tidak membutuhkan kestabilan termodinamika. Jika suatu emulsi mengalami  creaming  tetapi masih dapat diemulsikan dengan pengocokan yang sedang, maka bagi farmasis, emulsi tersebut masih dapat diterima untuk pengobatan. Pertimbangan serupa juga berlaku untuk emulsi-emulsi kosmetik tetapi biasanya kurang dapat diterima karena pemisahan itu menyebabkan penampakan kosmetik tidak menarik. Jadi standar kestabilan tergantung sebagian besar oleh pengamatnya.

Kestabilan dari suatu emulsi farmasi memiliki ciri tidak adanya penggabungan fase terdispersi, tidak adanya creaming, dan memberikan penampilan, bau, warna dan sifat-sifat fisika lainnya yang baik. Seperti telah dijelaskan bahwa creaming bukanlah tanda ketidakstabilan suatu emulsi. Akan tetapi karena emulsi adalah suatu sistem yang dinamis, maka creaming dapat berpotensi terjadinya penggabungan fase terdispersi secara sempurna. Disamping itu, pada emulsi yang mengalami creaming, pengocokan yang tidak sempurna akan berakibat tidak tercapainya pemberian dosis yang diharapkan pada penggunaannya.

Campuran ini harus menunjukkan  self life yang dapat diterima pada suhu sekitar suhu kamar. Shelf life adalah jangka waktu yang dibutuhkan untuk berkurangnya konsentrasi zat aktif, atau kestabilan yang dapat diterima pada suhu sekitar suhu kamar. Shelf life yang diinginkan adalah emulsi masih stabil setelah penyimpanan :

a.         12 – 18 bulan pada suhu kamar

b.        5 – 6 bulan pada suhu 37ºC

c.         2 – 3 bulan pada suhu 45ºC

Indikator stabilitas emulsi adalah: 

a.         Tidak terjadi pemisahan

b.        Tidak ada perubahan kekentalan

c.         Tidak ada perubahan ukuran tetes terdispersi

d.        Mempunyai sifat elektroforesa.

 Segera setelah  pembentukan emulsi, terjadi proses yang mempengaruhi pemisahan. Pemisahan dipengaruhi oleh lamanya  (waktu) dan suhu penyimpanan. Selama penyimpanan, terjadi gejala ketidakstabilan  emulsi yang ditandai dengan adanya :

a.              Flokulasi dan Creaming  

b.             Penggabungan (Koalesen) dan pemecahan

c.              Berbagai jenis perubahan kimia dan fisika   

d.             Inversi fase

Creaming

Creaming dapat diartikan sebagai naiknya tetes terdispersi ke permukaan emulsi, sehingga tampak seperti terjadi pemisahan fase. Creaming bersifat reversibel, artinya dapat teremulsi kembali dan homogen dengan pengocokan karena tetesan terdispersi masih dikelilingi oleh suatu lapisan pelindung ari zat pengemulsi.  Meskipun creaming bagi seorang farmasis bukanlah suatu ketidakstabilan dari emulsi, tetapi gejala ini  tidak menyenangkan  untuk dilihat.  Faktor-faktor yang berkaitan dengan terjadinya creaming  dari suatu emulsi dapat dihubungkan dengan hukum Stokes (persamaan 3.2). 

Berbeda dengan sistem suspensi, fase terdispersi pada sistem emulsi dapat memiliki kerapatan yang lebih besar daripada kerapatan fase kontinyu  (emulsi tipe w/o), ataupun sebaliknya kerapatan fase terdispersi lebih kecil daripada kerapatan fase kontinyu (emulsi tipe o/w). Sehingga creaming/flokulasi dapat mengarah ke atas jika kecepatan sedimentasinya (dari hukum Stokes) negatif ((ρ_o-ρ_w) < 0), yang terjadi pada emulsi tipe o/w (kerapatan minyak lebih kecil daripada air). Sebaliknya creaming akan mengarah ke bawah pada emulsi tipe w/o, karena kecepatan sedimentasinya positif ((ρ_w-ρ_o) > 0).

Semakin besar perbedaan kerapatan antar fase, peningkatan diameter fase terdispersi akibat flokulasi, dan peningkatan gaya grafitasi dengan sentrifugasi, akan meningkatkan kecepatan   creaming. Untuk mengurangi kecepatan creaming, maka faktor-faktor dalam persamaan Stokes dapat diubah. Perlambatan creaming dapat tercapai dengan meningkatkan viskositas fase kontinyu  tanpa melewati batas – batas konsistensi dengan suatu zat pengental (viskosity improver atau thickening agent),  pengecilan ukuran tetes dispersi dan peningkatan kerapatan fase minyak. 

Kerapatan fase minyak dapat ditingkatkan dengan menambahkan zat-zat yang larut dalam minyak.   Kekentalannya fase kontinyu dapat dilakukan dengan penambahan suatu hidrokoloid seperti CMC, tragakan atau Na alginat  tetapi harus diperhitungkan dalam penggunaanya oleh pasien. Jika kekentalan sangat tinggi, maka sediaan akan sulit dituang.  Dalam kosmetik, sediaan yang sangat kental akan sulit dalam meratakannya pada permukaan kulit.

Flokulasi  

Pada keadaan terflokulasi, tetesan saling berdekatan tetapi tidak bersatu. Flokulasi dipengaruhi oleh  muatan pada permukaan tetes terdispersi, tetes terdispersi berkelompok tetapi tidak bersatu karena adanya muatan listrik. Hal ini juga terjadi oleh karena adanya penghalang mekanis atau listrik cukup untuk mencegah koalesensi tersebut.

Flokusi berbeda dengan koalesensi dalam hal film antar muka dan tetes terdispersi dalam flokulasi tidak rusak.

Penggabungan (Koalesensi) dan Pemecahan

Koalesensi adalah proses fusi sempurna tetesan yang menyebabkan jumlah tetesan berkurang tetapi diameternya membesar dan akhirnya terjadi pemisahan menjadi 2 fase yang tidak tercampurkan. Penggabungan tetes-tetes terdispersi terjadi karena lapisan pelindung dari zat pengemulsi telah dirusak.

Faktor utama yang dapat mencegah terjadinya koalesen adalah :

1)     Kekuatan mekanis film antar muka

2)     Sifat struktur film antar muka

Umumnya tidak terjadi koalesensi jika ada film antar muka yang tebal dan rapat dari mikromolekuler atau partikel padatan. Agar efektif, suatu lapisan pengemulsi harus kuat, elastis, dan terbentuk dengan cepat selama proses emulsifikasi. Serrallach, Jones, dan Owen telah mengukur kekuatan lapisan antar muka. Mereka menemukan bahwa suatu zat pengemulsi atau kombinasi zat pengemulsi yang baik mengakibatkan penurunan tegangan antarmuka awal dan menghasilkan tetes-tetes dispersi yang kecil dan sama yang terbentuk dengan cepat, sehingga melindungi tetesan tersebut untuk tidak bersatu  kembali selama pembuatan. Lapisan tersebut secara perlahan akan meningkat kekeuatannya setelah periode penyimpanan beberapa hari atau beberapa minggu. 

 

Gambar 4.5. Perubahan stabilitas emulsi. (1) Emulsi segar , (2) Flokulasi, (3) koalesen,

 (4) creaming, (5) Ostwald ripening, (6) inversi fase (Kulshreshtha,2010:7)

Berbagai jenis perubahan kimia dan fisika  

Gejala ketidakstabilan suatu emulsi dapat diamati dari penampakan fisik seperti penggabungan tetes terdispersi hingga pemisahan fase  seperti yang telah dijelaskan di atas; serta perubahan kimia yang tampak dari perubahan warna, bau dan rasa akibat reaksi kimia yang terjadi antar komponen dalam sediaan karena pengaruh lama penyimpanan, suhu dan kontaminasi mikroorganisme.

Inverse

Emulsi dikatakan terinversi jika tipenya berubah, dari tipe o/w ke w/o atau sebaliknya. Jika dikontrol dengan tepat selama pembuatan emulsi, inversi fase seringkali menguntungkan karena dapat menghasilkan suatu produk yang lebih halus. Tetapi jika pembuatan telah selesai, maka inversi fase merupakan suatu masalah besar, karena tipe emulsi yang dibentuk menjadi tidak sesuai dengan tipe yang direncanakan.

Inversi fase dapat terjadi dengan beberapa perlakuan terhadap sistem, yaitu:

a.    Penambahan elektrolit

     Misalnya emulsi o/w yang distabilkan dengan emulgator Na stearat dapat diubah menjadi tipe w/o dengan penambahan Ca untuk membentuk  Ca stearat ( emulgator lipofilik ).

b.    Mengubah perbandingan volume fase

     Bila memungkinkan maka volume fase terdispersi sebaiknya tidak lebih dari 50% dari volume total emulsi, jika volume fase terdispersi dinaikkan dalam pembuatan, maka fase terdispersi akan berubah menjadi fase kontinyu.

c.    Pada emulsi yang dibuat dengan pemanasan dan mencampurkan fase dalam keadaan panas, maka pada waktu dingin akan terjadi inversi karena perubahan kelarutan emulgator yang disebabkan oleh perubahan suhu.

Efek inversi fase ini dapat diperkecil dengan menggunakan emulgator dengan jenis dan jumlah yang sesuai/memadai. Misalnya : minyak kelapa yang tersusun dari stearat atau oleat maka digunakan emulgator yang mengandung stearat atau oleat.

Cara mengetahui tipe emulsi sebelum dan setelah terjadinya inversi fase pada pengujian kestabilan adalah sebagai berikut :

1)    Menggunakan kobalt klorit ( CoCl₂ . 6 H₂O )

Kertas saring dibuat menyerupai lingkaran, kemudian ditetesi larutan kobalt klorida, akan berwarna pink yang jika dikeringkan berwarna biru. Bila ditetesi suatu emulsi dan kertas berwana pink kembali, maka tipe emulsi tersebut adalah tipe o/w.

2)   Uji Hantaran Listrik

Jika elektroda yang telah dihubungkan dengan sumber listrik dan bola lampu dimasukkan ke dalam suatu emulsi,  maka bila lampu menyala menunjukkan bahwa tipe emulsi tersebut adalah  o/w, karena fase kontinyu adalah air yang dapat menghantarkan arus listrik.

 

Gambar 4.6. Uji hantaran listrik

3)   Test Kelarutan

Sejumlah kecil pewarna yang larut dalam air seperti biru metil ditaburkan pada permukaan emulsi, bila emulsi tipe o/w maka pewarna akan larut dan terdifusi merata ke seluruh air. Bila pewarna tidak mewarnai fase kontinyu maka test diulang menggunakan sejumlah kecil cat yang larut dalam minyak, jika fase kontinyu diwarnai maka emulsi adalah tipe w/o.

4)   Test pengenceran

Bila emulsi dapat bercampur bebas dengan air maka tipenya adalah o / w.

5)   Fluoresensi

Minyak berfluoresensi jika disinari dengan sinar UV, sebagai pembanding digunakan vaselin. Jika disinari dengan sinar UV maka emilsi w/o akan berflouresensi seluruhnya.

Evaluasi Kestabilan Emulsi

Karena tidak ada metode yang cepat dan sensitif untuk penentuan ketidakstabilan emulsi maka emulsi diberi kondisi yang ditekan/dipaksakan (stress condition) untuk mengevaluasi ketidakstabilannya atau untuk mengetahui apakah sudah terjadi koalesensi.

Kondisi yang dipaksakan itu meliputi :

1)   Menempatkan emulsi pada suhu  yang lebih tinggi   dari suhu normalnya selama beberapa waktu.

Kebanyakan emulsi tetap stabil pada suhu 40ºC – 45ºC tapi tidak bisa bertahan pada suhu 50ºC - 65ºC walaupun hanya beberapa jam. Cara khusus yang biasa berguna untuk menilai kestabilan suatu emulsi adalah memberikan stress condition pada sediaan dengan  menempatkannya diantara 2 suhu yaitu 4º dan 45ºC, selama periode waktu tertentu dan dilaksanakan dalam beberapa siklus. Pada kondisi ini, emulsi cukup mengalami tekanan untuk merubah berbagai parameter dalam emulsi. Kebanyakan emulsi menjadi lebih encer pada suhu yang tinggi dan mengental pada suhu kamar. Pembekuan lebih berpotensi dalam merusak emulsi, karena kelarutan emulgator lebih sensitif baik dalam fase minyak ataupun fase air. Tekanan ini dapat mengubah bentuk tetes-tetes terdispersi.

2)   Sentrifusi

Pemisahan fase dalam sistem emulsi dapat segera diamati dengan mensentrifus emulsi. Pemisahan fase yang tampak adalah akibat dari terjadinya creaming atau koalesen. Pemisahan fase  tergantung dari lama dan kecepatan putaran.

3)   Agitasi ( pengocokan )

Agitasi dapat memberi energi bagi tetes-tetes terdispersi untuk melakukan sehingga terjadi koalesen yang pada akhirnya terjadi pemisahan fase

Parameter fisika yang digunakan dalam mengukur ketidakstabilan emulsi pada kondisi stress, meliputi pemisahan fase, viskositas, sifat elektroforesa, dan kecepatan pemindahan tetes emulsi ke salah satu elektroda

1)   Pemisahan fase

Besar dan cepatnya pemisahan fase dapat diamati secara visual atau dengan mengukur volume fase yang memisah memakai gelas ukur. Penelitian kestabilan emulsi minyak mineral dalam air yang distabilkan dengan tween 80 dan Na lauril sulfat pada suhu kamar menunjukkan bahwa jumlah koalesensi yang diamati tergantung pada konsentrasi emulgator.

Cara khusus yang sederhana adalah dengan mengambil sedikit contoh emulsi dari puncak dan dasar sediaan beberapa waktu penyimpanan dan membandingkan komposisi kedua sampel dengan kandungan minyak atau air sediaan emulsi lainnya.

2)   Viskositas

Penggunaan kekentalan dalam penentuan kestabilan emulsi tidak berhubungan dengan nilai absolut kekentalan pada berbagai periode waktu, karena emulsi umumnya adalah non Newtonian maka perhitungan viskositas sebaiknya tidak penggunaan viskometer bola jatuh dan kapiler. Setelah pembuatan, tetes emulsi akan terflokulasi & segera terjadi kenaikan kekentalan. Setelah perubahan ini, banyak emulsi berubah kekentalannya seiring dangan waktu. Jika tidak ada perubahan kekentalan dengan pertambahan waktu,  maka emulsi dianggap ideal walaupun kebanyakan sistem yang dapat diterima memperlihatkan sedikit kenaikan kekentalan antara 0,04 dan 400 hari.

Emulsi lainnya menunjukkan kenaikan kekentalan yang lebih drastis dan tiba-tiba setelah 2-3 bulan. Keadaan tersebut sering diikuti oleh penurunan kekentalan yang kemungkinan berhubungan dengan pemisahan fase.

Untuk mendeteksi sedimentasi digunakan viskometer Brockfield. Jika terjadi sedimentasi, pandulunnya akan turun dan mencatat turun naiknya kekentalan. Misalnya pengukuran viskositas pada losio yang mengandung partikel padat, maka kekentalannya yang tinggi pada permukaan disebabkan bahan padat yang tidak terbasahi dan emulsi yang mengalami kriming.  Kekentalan yang tinggi pada level yang lebih rendah,  disebabkan oleh sedimental partikel. Pada losio tersebut penambahan polisorbat 80 dengan MC menghasilkan kekentalan yang lebih merata setelah penyimpanan 8 minggu. Dari data itu jelas bahwa tidak mungkin untuk meramalkan sifat-sifat kekentalan yang berlangsung lama pada minggu pertama penyimpanan setelah pembuatan emulsi.

3)   Sifat elektroforesa

Elektroforesis adalah pergerakan suatu permukaan yang bermuatan melalui suatu cairan dibawah pengaruh suatu perbedaan  potensial yang digunakan. Laju perpindahan partikel diamati dengan suatu ultramikroskop dan merupakan fungsi muatan pada partikel tersebut. Zeta potensial emulsi  mengamati gerakan partikel dibawah pengaruh aliran listrik. Zeta potensial khususnya berguna untuk menetapkan tingkat flokulasi karena muatan listrik partikel mempengaruhi kecepatan flokulasi.

Jika ketidakstabilan itu disebabkan oleh koalesensi dan bukan flokulasi, maka penentuan muatan partikel tidak relevan untuk meramalkan Shelf life.

                                      ζ =   …………………………….     (4.2)

Dimana :

ζ        = potensial zeta  (volt)

n        = kekentalan ( poise atau dyne det/cm² )

ϵ        = konstanta dielektrik

E       = perubahan potensial ( volt/cm )

v        = kecepatan pergerakan partikel ( cm/ det )

umumnya bila zeta potensial = 25 mV atau lebih kecil, maka sistem menjadi  tidak stabil terhadap flokulasi dan dapat terjadi koalesensi.

4)      Ukuran Partikel dan Analisa Jumlah

Parameter penting lainnya untuk mengevaluasi emulsi adalah perubahan ukuran partikel rata-rata atau perubahan distribusi ukuran tetesan.  Menurut King dan Mukherjee, satu-satunya metode yang tepat untuk menentukan kestabilan emulsi adalah analisis frekuensi – ukuran dari emulsi tersebut dari waktu ke waktu.  Pengamatan terhadap distribusi ukuran partikel dapat dilakukan dengan menggunakan mikroskop yang dilengkapi dengan skala. Area pengamatan dapat diproyeksikan melalui layar komputer, sehingga ukuran partikel lebih mudah diukur.Melalui cara ini, dapat diukur tetesan dispersi yang berukuran 0,2 µm hingga sekitar 100 µm. 

Yang harus diperhatikan dalam pengukuran ini adalah ukuran partikel, jumlah partikel, luas permukaan tetesan, volume tetesan vs waktu penyimpanan. Ukuran tetes-tetes terdispersi dalam mikrometer diplot terhadap frekuensi atau banyaknya tetesan. Distribusi luas permukaan spesifik merupakan suatu kriteria kestabilan emulsi.

Metode lain yang ditawarkan adalah melakukan analisis ukuran partikel dengan alat coulter sentrifugal fotosedimentometer . Diameter tetesan rata-rata dapat diketahui, sehingga dapat diplot hubungan antara luas permukaan spesifik dari waktu ke waktu untuk tiap gram minyak yang teremulsi.

Pengambilan kesimpulan terhadap penilaian stabilitas suatu emulsi dapat mengacu pada parameter berikut :

1)      Tidak menunjukkan pemisahan sekurang-kurangnya selama 60-90 hari penyimpanan pada 45 atau 50ºC; selama 5-6 bulan pada suhu 37ºC; atau selama 12-18 bulan pada suhu kamar.

2)      Tidak memisah setelah penyimpanan 1 bulan pada 4ºC

3)      Tidak memisah setelah 2 atau 3 siklus pembekuan-pemanasan pada 20º dan 25ºC.

4)      Stabil sekurang-kurangnya 6-8 siklus pemanasan dan pendinginan, pada suhu pendinginan 4º dan 45ºC   dengan penyimpanan pada masing-masing suhu tidak kurang dari 48 jam; -5 dan 40ºC dengan penyimpanan 24 jam pada masing-masing suhu selama  24 siklus; atau 5 dan 35ºC dengan penyimpanan 12 jam bergantian selama 10 siklus.

5)      Tidak mengalami kerusakan serius pada sentrifugasi 2000 – 3000 rpm pada suhu kamar selama 20 menit.

6)      Tidak dipengaruhi pengocokan selama 24-48 jam pada shaker yang mempunyai siklus 60 per menit pada suhu kamar dan 45ºC.

Evaluasi stabilitas emulsi idealnya dilakukan pada interval waktu tertentu dengan mengamati perubahan aliran listrik, refraksi sinar, kekentalan, ukuran partikel dan perubahan komposisi kimia. Disamping itu, uji  mikrobiologis terhadap sediaan juga perlu dilakukan, karena distribusi pengawet di dalam emulsi segar berbeda dengan emulsi yang telah disimpan beberapa waktu pada kondisi suhu yang berbeda-beda.

E.     Jenis dan Penggunaan Sediaan Emulsi

Bentuk  emulsi digunakan secara luas dalam formulasi sediaan farmasi, kosmetik, dan makanan. Kebanyakan emulsi yang dirancang untuk pemakaian per oral adalah tipe o / w, sedangkan krim dan lotion dapat tipe emulsi o / w. ataupun tipe w / o.

Penggunaan emulsi secara oral mempunyai beberapa keistimewaan antara lain:

1)   Rasa minyak dapat ditutupi karena dibuat tipe emulsi o/w dimana minyak sebagai fase internal dapat ditutupi, juga vitamin yang larut dalam lemak atau obat dengan kadar minyak yang tinggi (nutrisi).

2)   Absorpsinya lebih cepat untuk senyawa tertentu.                    

3)   Mudah penerimaannya karena penampilan dan rasa dapat dirancang sesuai keinginan konsumen

4)   Khusus untuk sediaan yang mengandung sulfa, aksinya dapat diperpanjang.

Untuk pemakaian parenteral, emulsi dapat diperuntukkan bagi :

1)      Pasien  yang sukar menggunakannnya melalui mulut.

2)      Pemeriksaan sinar X pada organ tubuh ( I.V )

3)      Untuk penggunaan I.M ( tipe w/o ) sebagai depo obat

Dalam formulasi sediaan kosmetika, emulsi sangat disukai antara lain karena :

1)             Kandungan minyaknya dapat berfungi sebagai emolien, pembersih wajah dan kulit

2)             Sebagai basis sediaan kosmetik dan emulsi tipe o/w disukai karena dapat dicuci dengan air

3)             Dapat dibuat dalam bentuk aerosol, untuk keperluan mencukur  (saving cream)

Dewasa ini dikembangkan emulsi ganda untuk memperpanjang pelepasan bahan aktif di dalam emulsi. Obat-obat dalam emulsi ganda yang ada pada fase paling dalam harus melewati dua batas fase untuk mencapai fase luar.

Mikroemulsi merupakan jenis emulsi lainnya yang dibedakan karena ukuran partikel tetes terdispersinya, seperti yang telah dijelaskan pada awal bab ini. Emulsi ini terlihat transparan dan distabilkan dengan konsentrasi surfaktan yang relatif besar serta dibantu dengan kosurfaktan. Dengan adanya kosurfaktan, tegangan antar muka direduksi sampai nol sehingga emulsi terjadi secara spontan. Secara termodinamik, beberapa sediaan mikroemulsi memiliki digolongkan sebagai sistem termodinamika stabil

Emulsi oral

Emulsi untuk oral adalah o/w yang emulgatornya mengelilingi minyak sehingga rasa minyak dapat dikurangi dan tidak menyebabkan iritasi pada pengobatan.  Untuk memperbaiki rasanya ditambahkan flavouring agent ( bahan pengaroma ).

Flavoring agent dapat terbagi diantara kedua fase. Hal ini diinginkan karena emulsi yang kedua fasenya diberi flavor mempunyai rasa lebih pada awal pemakaian & sesudahnya, dibandingkan dengan emulsi yang hanya fase luarnya saja yang diberi flavoring agent. Konsentrasi flavor yang digunakan harus mempertimbangkan kelarutannya pada kedua fase sehingga ada konsentrasi memadai tersisa untuk fase luar.

Sediaan dalam bentuk emulsi akan menaikkan absorpsi usus untuk lemak. Suatu emulsi yang dibuat dengan alat homogenizer akan menghasilkan butir-butir minyak dengan ukuran kurang dari 1 µ sehingga dapat cepat terabsopsi.

Emulsi untuk topikal

Emulsi topikal dapat diformulasi dengan baik sehingga menghasilkan sediaan dengan konsistensi yang mudah mengalir dan rasa  licin, sehingga memungkinkan penggosokan ( massage ) di dalam pemakaiannya. Contohnya  losio atau salep liniment.  Emulsi untuk kulit lebih disukai dari jenis yang mudah dibersihkan dari kulit melalui pencucian dengan air,  tidak mengotori pakaian, dan rasanya tidak kasar karena butiran zat padat.

Emulsi untuk intra vena

       Vitamin K dan beberapa vitamin larut minyak serta makanan yang bersifat minyak dapat   diberikan secara i.v sebagai emulsi parenteral. Karena efek fisiologis yang tidak diinginkan seperti demam dan hemolisis maka pemberian emulsi secara i.v dibatasi. Emulgator untuk emulsi i.v adalah lesitin, gelatin, serum albumin, polisorbat 80 dan pluronik F-68.

Posted in: