8/13/2019 Am Pero Metri

1/9

BAB VIII

AMPEROMETRI PENENTUAN GLUKOSA DALAM MAKANAN DAN MINUMAN

8.1. Pendahuluan

Kebutuhan terhadap instrumen analisis yang sensitif, akurat dan cepat untuk penentuan

analit didalam makanan dan minuman sangat penting karena keberadaansenyawa seperti

glukosa didalam makanan memiliki korelasi positif dengan jenis penyakit yang mungkin diderita

oleh yang mengkonsumsinya, seperti penyakit diabetes (Briel,dkk.2009). Pengujian kualitas

makanan dan minuman terutama terhadap keberadaan senyawa yang dapat mengakibatkan

penyakit yang terdapat didalam makanan dan minuman dapat memberikan informasi terhadap

kehadiran senyawa yang dapat menyebabkan penyakit . Pengukuran terhadap komponen

glukosa didalam makanana dan minuman juga sangat penting dilakukan secara rutin, terutamabagi produsen makanan dan minuman, karena sangat berhubungan dengan kualitas produk

yang akan dipasarkan bagi konsumen yang membutuhkan diet terhadap makanan yang

mengandung glukosa.

Penentuan kadar senyawa glukosa sebagai bagian dari uji kualitas makanan dan minuman

sulit dilakukan secara reguler, khususnya bagiindustr makanan dan minuman yang dikonsumsi

masyarakat karena tidak diperoleh instrumen analisis yang sederhana, mudah penggunaanya

dan biaya analisis yang relatif murah. Analisis kadar glukosa secara spektrofotometri kurang

sensitif karena sulit memilih senyawa kimia pengabsorpsi yang tepat , zat kimia pengabsorpsi

kebanyakan karsinogenik. Penentuan dengan metode ini cenderung tidak selektif karena

spektrofotometri akan memberikan respon terhadap senyawa berwarna. Untuk mengatsasi

masalaah diatas maka dibutuhkan instrumen analisis dengan menggunakan biosensor karena

biosensor memiliki daya analisis sederhana karena penentuan umumnya dilakukan tanpa

perlakukan sampel dan dengan biaya analisis relatif rendah.

Teknologi biosensor diusulkan akan mempunyai peranan yang sangat penting dalam

meningkatkan kualitas kesehatan konsumen melalui penemuan instrumen analisis yang selektif

,akurat, cepat. Penelitian dilakukan dengan membuat rancang bangun biosensor dengan

mengunakan komponen biologi diintergrasikan dengan transduser yang dapat memberikanrepon terhadap senyawa glukosa. Politiramin dipolimerisasi secara elektrokimia pada

permukaan elektroda disk karbon gelas (GC) dan dibuat sebagai matriks untuk immobilisasi

enzim karena mempunyai gugus amino bebas yang dapat berikatan secara kovalen dengan

gugus karboksil yang terdapat pada enzim, menghasilkan eektroda modifikasi sebagai

komponen biosensor.

8/13/2019 Am Pero Metri

2/9

Tujuan umum penelitian adalah mengembangkan biosensor sebagai instrumen analis

untuk menguji kualitas makanan dan minuman sehingga menjadi metode analisis standar untuk

penentun kadar glukosa, koresteror dan asam urat. Tujuan khusus penelitian adalh untuk : 1)

membuat rancang bangun biosensor sebagai instrumen yang sensitif, selektif , akurat dan cepat

terhadap analit yang terdapat dalam makanana dan minuman seperti glukosa, koresteror dan

asam urat. 2) melakukan immobilasi enzimpada transduser untuk menghasilkan biosensor yang

sensitif, selektif , akurat dan cepat terhadap glukosa, koresteror dan asam urat dalam sampel

makanana dan minuman dan bebasbebas dari senyawa pengganggu (interferensi) dan

3)memodifikasi instrumenanalisis untuk mengahasilkan prototipe biosensor dalam ukuran mini

sehingga mudah dibawa untuk penentuan beberapa jenis analit seperti glukosa, koresteror dan

asm urat didalam berbagai jenis sampel makanan dan minuman.

8.2. analisis kualitas makanan dan minuman

Kebutuhan akan instrumen analisis yang sensitif, akurat dan cepat untuk kontrol kualitasmakanan dan minuman sangat mendesak karena keberadaan senyawa glukosa, koresterol dan

asam urat didalam makanan secara berlebihan akan dapat mengakibatkan berbagai jenis

penyakit.

Metode analisis yang dipergunakan untuk analisis makanan mumnya adaah metode

kolorimetri dan spektrofotometri. Permasalahan utama analisis spektrofotometri adalah

pengukuran yang kurang sensitif karena sulit memilih senyawa kimia pengabsorpsi yang tepat.

Teknik analisis secara spektrofotometri pada umumnya sangat lambat dan proses

pelaksanaannya juga sangat komplek, yaitu melalui tahapan pelakukan sampel dengan

menggunkan zat-zat kimia mahal sebelum dianalissi menggunkana instrumen optik.

Untuk menguji kualitas makanan dan minuman sangat dierlukan instrumen analisis yang

sensitif, selekti, cepat dan dengan biaya analisi murah untuk menghindari bahaya yang lebih

fatal bagi kesehatan. Ntuk memenuhi kriteria ini, maka istrumen analisis dengan menggunakan

biosensor merupakan salah satu alternatif yang baik untuk dikembangkan, sehingga pembuatan

rancang bangun biosensor elektrokimia seperti yang direncankan dalam usulan penelitian ini

sangat tepat untuk dilakukan.

8.21. analisis secara biosensor

Biosensor merupakan instruman analisis yang sangat penting karena mempunyai daya

analisis selektif dan sensitif terhadap analit sehingga dapat mennetukan kadar senyawa pada

konsentansi sangat rendah. Komponen-komponen biologi yang dapat dieprgunakan untuk

pengembangan biosensor diantaranya enzim, Jaringan tanamana dan hewan.

8/13/2019 Am Pero Metri

3/9

Biosensor elektrokimia dengan deteksi amperometri dan potensiometri mempunyai

kelebihan dalam hal sensitifikasi, selektifitasi dan linieritas pengukuran. Penentuan secara

amperometri didasarkan pada pengukuran arus (i) dalam sel elektrokimia, sedangkan

pengukuran potensiometri didasarkan pada pengukuran potensial (E) didalam reaksi redoks.

Untuk meningkatkan sensitifitas dan stabilitas biosensor diperlukan teknik immobilisasi

agar komponen biologi sangat dekat terhadap transduser. Teknik immobilasi di atas akan

dipergunakan pada disain biosensor yang direncanakan dalam usulan penelitian ini. Untuk

menghasilakn lapisan matriks dengan keterulangan tinggi maka sangat baik bila menggunakan

polimer yang dibuat melalui elektropolimerisasi, karena teknik polimerisasi elektrokimia dapat

menghasilkan lapisan tipis yang homogen dengan ketebalan sama dan merata.

Untuk deteksi amperometri, besarnya arus yang dihasilkan dari hasil reduksi hidrogen

peroksida yang diperoleh dari hasil reaksi oksidasi analit oleh kehadiran enzim sebagai katalis.

8.2.2. miniaturasi instrumentasi

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknoligi mendorong pengembangan instrumen analisi

ke arah yang lebih sederhana dan dengan kecepatan analisis yang lebih cepat yaitu melalui

pembuatan instrumentasi yang mini dan kompak.

Peneliti pengembangan biosensor elektrokimia telah berhsil dilakukan dengan

menggunakan polimer politiramin sebagai matrik untuk immobililasi enzim. Berbagai jenis

biosensor dalam deteksi amperometri telah berhasil didisain dan dipergunakan untuk

penentuan glukosa dalam sampel serum maupun untuk penentun sulfit dan asam malat didlam

sampel minumn anggur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biosensor memberikn respon

yang sensitif, selektif dan cepat terhadap analit, linieritas pengukuran lebar dan limit deteksi

rendah. Enzim yang diimmobilisasi pada matriks politiramin menunjukkan stabilitas baik yaitu

aktifitas enzim tidak berubah walau telah disimpan selama enam bulan. Hasil analisis

menggunakan biosensor memberikan korelasi yang sangat baik dengan metode analisis

standard.

Reaksi enzimasi menggunkan enzim berbentuk arutan dirangkaikan dengan redoks

mediator dalam sistem FIA telah diaplikasikan untuk penentuan glukosa dan koresterol didalam

serum.

Pengalaman dan keberhasilan dalam penelitian pendahuluan yaitu pembuatan disain

biosensor elktrokimia dengan deteksi amperometri dalam sistem statik dengan menggunkan

matriks politiramin untuk immobilisasi enzim dan dipadukan dengan penelitian menggunakan

deteksi potensiometri dalam sistem FIA meyakinkan bahwa penelitian yang dihasilkan akan

berhasilkan sesuai dengan target yang diinginkan.

8/13/2019 Am Pero Metri

4/9

8.3. metode penelitian

Metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai tahapan pembuatan

biosensor elektrokimia sebagai bagian dari laporan hasil penelitian hibah kompetitif penelitian

sesuai prioritas nasional Tahun Anggaran 2009). Metode penelitian terdiri atas zat kimia dan

larutan meliputi penyediaan larutan dan penyediaan sampel untuk penentuan glukosa,

intrumentasi laboratorium, penyediaan dan perlakuan sampel untuk analisis, penyediaan

sampel untuk penentuan glukosa, rancangan penelitian, prosedur dan tahapan penelitian,

optimasi biosensor dan analisis sampel secara biosensor dan spektrofotometri.

8.3.1 zat kimia dan larutan

Zat kimia yng dipergunakan terdiri atas tyramine (hydroxyphenethylamine), senyawa D-

glukosa, Kalium ferosianida, dan kalium klorida semua diperoleh dari sigma chem. Co. Berbagai

jenis zat lain seperti tris [hydroxymethy]aminomethane (trisma-base), glutaraldehyde 25%

aqueous solution, 4-[N-morpholino]butanesulfonic acid (MOBS), N-[ hydroxymethy]piperazine-

N-[2-ethanesulfonic acid] (HEPES), hidogen peroksida (50%) diperoleh dari sigma chem. Co.

Larutan enzim dibuat dengan cara melarutkannya didalam air sesuai dengan unit yang

dibutuhkan. Larutan buffer dibuat dengan menimbang KH2PO4.10H2O kemudian dilarutkan

dengan aquades sampai tanda batasdalam labu ukur 1 liter.

Sampel makanan dan minuman untuk penentuan glukosa yang akan dianalisis terlebih

dahulu diperlakukan agar dapat dianalisis secara biosensor.

8.3.2. instrumentasi laboratorium

Peralatan yang diperlukan dalam penelitaian ini adalah intrumen aperometry yang

dipergunakan untuk pengukuran arus elektropolymerisasi dan elektrodeposisi menggunakan

potentiostat BAS 100B(Bioanalytical system inc. Lafayette). Peralatan lain adalah

potensiometer (keithley 177 microvolt DMM), Spektrofotometer (U-Vis) spektronik 21 milton

roy, pengolah signal powerlab 2/20 (ADInstrumen) yang dilengkapi dengan software Scope,

Ekstraktor, kromatografi kolom, jarum suntik mikro (HamiltonCo) dan gelas-gelas kimia.

Perlatan pendukung adalah water baththermostat.

8.3.3. penyediaan dan perlakuan sampel untuk analisis

Sampel makanan dan minuman terdiri atas berbagi jenis bahan sayran segar, bahan

daging segar dan kaleng bahan ikan segar dan kaleng dan berbagai jenis kacang-kacangan

sedangkan sampel minuman terdiri atas minuman berlemak sepperi berbagai jenis susu yang

diperjualbelikan secara profesional.

8/13/2019 Am Pero Metri

5/9

Berbgai jenis sampel makanan dan minuman yang dianalisisi kadar glukosa yaitu makanan

dan minuman yag diperdagangkan dipasar lokal dan modern. Secara umum skesa perlakukan

sampel untuk analisis glukosa didalam sampel bahan makanan dan minuman dalam bentuk

padat diperhatikan pada gambar 8.1.A, sedangkan skema perlakukan sampel untuk analisi

glukosa didalam sampel bhn maakanan dan minuman dalam bentuk cair diperhatikan pada

gambar 8.1.B

homogenkan

Dipotong dan dihaluskan

Dikeringkan didalam oben pada suhu 600C dilarutkan dalam buffer

Dihaluskan(gerus),ditimbang 1 mg

Dilarutkan dalam buffer

Gambar 8.1 : skema perlakuan sampel untuk analisis glukosa didalam sampel secara

biosensor dan Spektrofotometri untuk : (a) Bahan makanan dan minuman dalam bentuk bahan

padatan dan (b) bahan makanan dan minuman dalam bentuk bahan cair.

8.3.5. proses dan tahapan penelitian

Sampel padat

(berbagai makanan segar dan kaleng)

Sampel basah halus

Sampel kering

1 mg sampel kering

Pengukuran secara biosensor

elektrokimia dan spektrometri

Sampel cair (berbagai jenis minuman)

Sampel basah homogen

Pengukuran secara biosensor

Elektrokimia dan spektrometri

8/13/2019 Am Pero Metri

6/9

Pembuatan biosensor sebagai instrumen analisis untuk kontrol kwualitas makanan dan

minuman dibuat melalui immobilasi enzim didalam matriks politramin, diintegrasikan dengan

peralatan elektronik.

Prosedur kerja dalam pembuatan biosensor adalah berturut-turut melakukan ;

a. Elektrodeposisi platina pada elektroda kerjab. Pembuatan matriks polytyramin dan immobilasi enzimc. Mengintegrasikan intrumentasi dalam sistem statikd. Optimasi biosensor menggunakan larutan standar.

Untuk mendapatkan kondisi percobaan yang optimum dilakukan optimasi biosensor

untuk penentuan glukosa, koresterol, dan asam urat dengan variasi : jenis larutan buffer,

konsentrasi, dan pH. Analisis penentuan analit target (glukosa) dengan biosensor dilakukan

dengan cara mengukur larutan standar glukosa secara seri kemudian dilanjutkan dengan analisis

sampel.Penentuan analit target (glukosa) juga dilakukan secara biosensor dengan deteksi

spektrometri dengan menggunakan spektrometri UV-Vis mengikuti prosedur yang dijelaskan

oleh situmorong,dkk (2008) dengan modifikasi untuk penentuan glukosa.

Pengukuran dilakukan secara seri untuk larutan standar pada skala konsentrasi 0,01-40

mM glukosa. Pengukuran dilkukan pada semua sampel makanan dan minuman sampai seluruh

sampel diperoleh absorban untuk penentuan secara kuntitatif. Hasil pengukuran absorban

selanjutnya dikonversi menjdi konsentrasi dalm thapan analisis untuk mengetahui kadar glukosa

(mM) yang terdapat didalam sampel.

8.4. hasil penelitian dan pembahasan

Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini terdiri atas keberhasilan dalam membuat

matriks politiramin sebagai komponen biosensor, respon biosensor glukosa terhdap glukosa

standar, optimasi biosensor glukosa, stabilisasi biosensor berdasarkan penyimpanan, respon

biosensor glukosa terhadap senyawa pengganggu.

8.4.1. matriks politiramin sebagai Komponen biosensor

Matriks politiramin digunakan sebagai Komponen biosensor karena matrik politiramin

sangat baik digunakan dalam membuat biosensor dengan keterulangan baik. Polimer sangatdiperlukan sebagai matriks untuk immobilasi enzim didalam pembuatan biosensor elektrokimia.

Matriks polimer politirami yang terbentuk pada permukaan elektroda transparan dan

terikat kuat sehingga sangat ideal untuk dipergunakan sebagai matriks untuk mengikat enzim

urikase (Uox) pada permukaan elektroda kerja. Dalam hal ini pilityramin masih memiliki gugus

8/13/2019 Am Pero Metri

7/9

amina dalam strukturnya yang selanjutnya berikatan dengan gugus karboksilat yang terdapat

pada enzim urikase sehingga berikatan secara kovalen.

Hasil penelitian menunjukkan dua jenis crosslnking agen EDC/NHS dan glutaraldehid

dapat digunakan untuk mengimobilasi enzim dengan menggunakan jaringan nilon diketahui

bahwa enzim tidak stabil mungkin disebabkan keluarnya (kebocoran) enzim dari permukaan

jaring. Kedua crosslnking agen EDC/NHS dan glutaraldehidmemberikan respon yang sensitif

terhadap biosensor, akan tetapi dalam study yang dilakukan sebelumnya sudah terbukti bahwa

keterulangan biosensor akan lebih baik apabila dipergunakan crosslnking agen EDC/NHS untuk

mengikat enzim dengan polityramin.

Komponen biosensor berupa elektroda kerja yang dibuat secara

elektrokimiamengandung matrik polityramin yang mengikat enzim urikasesecara kovalen

didalam matriks menempel pada permukaan elektroda karbon gelas yang sudah dilapisi dengan

platina secara elektrokimia.

8.4.2. Respon biosensor terhadap glukosa standar

Respon biosensor terhadap glukosa standar diuji menggunakan larutan standar glukosa secara

amperometri. . Respon biosensor terhadap glukosa dilihat berdasarkan besarnya arus yang

terdapat pada sel elektrokimia yang berasal dari reaksi oksidasi glukosa oleh adanya katalis

enzim Gox yang diimobilasi pada permukaan elektroda kerja (GC/Pt/Pty/GOx).Arus yang

dihasilkan dalam reaksi enzimasi dideteksi secara amperometri dalam sel elektrokimia.

Besar arus yang terbentuk dalam sistem elektrokimia biosensor yaitu berasar dari reduksi

hidrogen perosida yang dihasilkan dari reaksi enzimasi semakin meningkat setara dengan

meningkatnya konsentrasi glukosa yang ditambahkan kedalam sel elektrokimia.

8/13/2019 Am Pero Metri

8/9

8/13/2019 Am Pero Metri

9/9