RSS Feed (xml)
Pengembangan Nanogel Nano-Spirulina Berbasis Alginat sebagai Sistem Penghantaran Oral Fikosianin dengan Pelepasan Terkendali, Stabilitas Gastrointestinal, dan Aktivitas Antioksidan
ABSTRAK
Fikosianin (phycocyanin, PC) merupakan fikobiliprotein utama yang terkandung dalam Arthrospira platensis (Spirulina) dan dikenal memiliki aktivitas antioksidan, antiinflamasi, imunomodulator, serta berbagai manfaat biologis lainnya. Namun, pemanfaatannya sebagai bahan pangan fungsional dan nutraseutikal masih terbatas karena stabilitasnya yang rendah pada kondisi lambung yang bersifat asam sehingga menyebabkan penurunan bioavailabilitas setelah dikonsumsi secara oral. Penelitian ini bertujuan mengembangkan nanogel nano-Spirulina berbasis alginat sebagai sistem penghantaran oral fikosianin serta mengevaluasi profil pelepasan, kinetika pelepasan, dan aktivitas antioksidannya pada kondisi simulasi saluran pencernaan. Nano-Spirulina berukuran sekitar 200–300 nm diproduksi menggunakan metode high-pressure homogenization, kemudian dienkapsulasi ke dalam hidrogel kalsium alginat melalui teknik ionotropic gelation. Karakterisasi nanogel meliputi ukuran partikel, zeta potensial, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), rasio pengembangan (swelling ratio), dan efisiensi enkapsulasi. Uji pelepasan fikosianin dilakukan secara in vitro pada kondisi simulasi fase oral (pH 6,8), fase lambung (pH 2,0), dan fase usus (pH 6,8), sedangkan kadar fikosianin dianalisis menggunakan spektrofotometri UV–Vis. Analisis kinetika pelepasan dilakukan menggunakan model orde nol, orde satu, Higuchi, dan Korsmeyer–Peppas, sedangkan aktivitas antioksidan dievaluasi dengan metode DPPH Radical Scavenging Assay. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nanogel nano-Spirulina mampu mempertahankan pelepasan fikosianin tetap rendah pada fase oral dan lambung, kemudian melepaskannya secara bertahap hingga mencapai sekitar 95–100% pada fase usus. Sebaliknya, fikosianin bebas mengalami pelepasan yang cepat disertai degradasi pada kondisi asam. Profil pelepasan paling sesuai mengikuti model Korsmeyer–Peppas dengan nilai R² = 0,972, yang menunjukkan mekanisme pelepasan dikendalikan oleh proses difusi melalui matriks hidrogel. Selain itu, nanoenkapsulasi menghasilkan aktivitas antioksidan tertinggi dengan nilai IC₅₀ sebesar 24,7 µg/mL, lebih rendah dibandingkan mikro-Spirulina maupun fikosianin bebas. Dengan demikian, nanogel nano-Spirulina berbasis alginat terbukti efektif melindungi fikosianin selama melewati saluran pencernaan, meningkatkan pelepasan terkontrol di usus, serta mempertahankan aktivitas antioksidannya. Sistem penghantaran ini berpotensi dikembangkan sebagai platform inovatif untuk formulasi pangan fungsional, nutraseutikal, dan produk bioaktif oral dengan stabilitas serta bioavailabilitas yang lebih tinggi.
Kata kunci: Arthrospira platensis; fikosianin; nano-Spirulina; nanogel alginat; nanoenkapsulasi; pelepasan terkendali; simulasi gastrointestinal; aktivitas antioksidan; nutraseutikal.
1. PENDAHULUAN
Spirulina (Arthrospira platensis) merupakan mikroalga hijau-biru yang telah lama dikenal sebagai salah satu sumber pangan fungsional dengan kandungan protein berkualitas tinggi, pigmen alami, vitamin, mineral, asam lemak esensial, serta berbagai senyawa bioaktif yang berpotensi meningkatkan kesehatan manusia (Habib et al., 2008; Becker, 2013). Di antara berbagai komponen bioaktif tersebut, phycocyanin (PC) merupakan pigmen fikobiliprotein utama yang memiliki aktivitas antioksidan, antiinflamasi, imunomodulator, antikanker, hepatoprotektif, serta neuroprotektif yang telah banyak dilaporkan dalam berbagai penelitian.
Meskipun demikian, aplikasi phycocyanin dalam produk pangan maupun nutraseutikal masih menghadapi berbagai kendala. Molekul protein ini relatif tidak stabil terhadap perubahan pH, suhu, cahaya, oksigen, maupun aktivitas enzimatik selama proses pengolahan dan pencernaan. Lingkungan lambung yang sangat asam (pH ±2) menyebabkan denaturasi protein dan degradasi struktur kromofor phycocyanobilin sehingga menurunkan bioaktivitas maupun bioavailabilitasnya setelah dikonsumsi.
Berbagai pendekatan enkapsulasi telah dikembangkan untuk meningkatkan stabilitas phycocyanin, termasuk penggunaan liposom, nanoemulsi, nanopartikel polisakarida, hidrogel, dan sistem penghantaran berbasis biopolimer. Di antara berbagai metode tersebut, alginate hydrogel menjadi salah satu material yang paling menjanjikan karena memiliki sifat biokompatibel, biodegradable, tidak toksik, mudah membentuk gel melalui ikatan ionik dengan kalsium, serta mampu memberikan mekanisme pelepasan terkendali (controlled release) pada saluran pencernaan.
Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan nanoteknologi membuka peluang baru untuk meningkatkan efisiensi sistem penghantaran senyawa bioaktif. Reduksi ukuran partikel Spirulina menjadi skala nano mampu meningkatkan luas permukaan spesifik, mempercepat hidrasi, meningkatkan kelarutan, memperbaiki difusi zat aktif, serta meningkatkan interaksi antara matriks hidrogel dan senyawa bioaktif. Kombinasi teknologi nano dengan hidrogel diperkirakan mampu menghasilkan sistem penghantaran oral yang lebih efektif dibandingkan formulasi konvensional.
Mekanisme pelepasan senyawa aktif pada sistem hidrogel umumnya dipengaruhi oleh difusi molekul, swelling matriks, degradasi polimer, serta kondisi fisiologis sepanjang saluran pencernaan. Oleh karena itu, simulasi gastrointestinal (simulated gastrointestinal digestion) menjadi metode penting untuk mengevaluasi kemampuan sistem enkapsulasi dalam melindungi phycocyanin selama fase oral dan lambung sekaligus melepaskannya secara optimal pada fase usus.
Selain karakteristik pelepasan, evaluasi aktivitas antioksidan setelah proses pencernaan juga merupakan parameter penting untuk mengetahui apakah aktivitas biologis phycocyanin tetap dipertahankan setelah melewati kondisi gastrointestinal. Pengujian menggunakan metode DPPH Radical Scavenging Assay telah banyak digunakan sebagai indikator kemampuan suatu sistem penghantaran mempertahankan aktivitas antioksidan senyawa bioaktif.
Berdasarkan latar belakang tersebut, penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan Nano-Spirulina Nanogel berbasis alginat sebagai sistem penghantaran oral phycocyanin serta mengevaluasi karakteristik pelepasan phycocyanin selama simulasi gastrointestinal, mekanisme kinetika pelepasan, dan aktivitas antioksidannya dibandingkan dengan mikro-Spirulina nanogel maupun phycocyanin bebas. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan dasar ilmiah bagi pengembangan pangan fungsional dan nutraseutikal berbasis Spirulina dengan bioavailabilitas yang lebih tinggi.
2. MATERIAL DAN METODE
2.1 Material
Biomassa Spirulina (Arthrospira platensis) diperoleh dari kultur laboratorium dengan kadar air kurang dari 8%. Sodium alginate (food grade), calcium chloride (CaCl₂), larutan buffer fosfat, pepsin, pancreatin, garam empedu (bile salts), DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl), metanol analitik, serta seluruh bahan kimia lainnya memiliki tingkat kemurnian pro analysis.
2.2 Persiapan Nano-Spirulina
Biomassa Spirulina terlebih dahulu didispersikan dalam akuades steril kemudian mengalami proses high-pressure homogenization (HPH) pada tekanan sekitar 200–300 MPa selama beberapa siklus hingga diperoleh ukuran partikel rata-rata sekitar 200–300 nm.
Ukuran partikel dianalisis menggunakan Dynamic Light Scattering (DLS) untuk menentukan:
· particle size
· polydispersity index (PDI)
· zeta potential.
2.3 Pembuatan Nanogel Nano-Spirulina
Larutan sodium alginate 2% (w/v) dicampurkan dengan suspensi nano-Spirulina menggunakan magnetic stirrer hingga homogen.
Campuran kemudian diteteskan ke dalam larutan CaCl₂ melalui metode ionotropic gelation sehingga terbentuk bead hidrogel.
Bead yang dihasilkan dicuci menggunakan akuades steril kemudian disimpan pada suhu 4°C sebelum digunakan untuk analisis lebih lanjut.
Sebagai pembanding dibuat pula:
· Micro-Spirulina hydrogel beads
· Free phycocyanin solution.
2.4 Karakterisasi Nanogel
Karakterisasi nanogel meliputi:
· ukuran partikel
· zeta potential
· swelling ratio
· Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
· Scanning Electron Microscopy (SEM)
· efisiensi enkapsulasi (Encapsulation Efficiency, EE)
Efisiensi enkapsulasi dihitung menggunakan persamaan:
di mana:
· PCtotal = total phycocyanin
· PCfree = phycocyanin yang tidak terenkapsulasi.
2.5 Simulasi Pencernaan Gastrointestinal
Uji pelepasan phycocyanin dilakukan secara in vitro mengikuti prosedur INFOGEST yang dimodifikasi.
Simulasi terdiri atas tiga tahapan:
Fase Oral
Fase oral merupakan tahap awal yang mensimulasikan kondisi fisiologis rongga mulut sebelum bahan memasuki saluran pencernaan. Pengujian dilakukan pada pH 6,8, yang merepresentasikan kondisi saliva manusia, dengan suhu dipertahankan pada 37°C untuk meniru suhu tubuh normal. Sampel diinkubasi menggunakan pengadukan konstan sebesar 100 rpm selama 5 menit guna mensimulasikan gerakan mekanis di dalam rongga mulut yang terjadi selama proses pengunyahan dan pencampuran dengan saliva. Meskipun durasi kontak pada fase ini relatif singkat, tahap oral memiliki peran penting dalam mengevaluasi stabilitas awal sistem penghantaran, perubahan sifat fisik material, serta potensi pelepasan awal senyawa bioaktif sebelum memasuki lingkungan lambung yang lebih asam.
Fase Lambung
Setelah menyelesaikan fase oral, sampel dipindahkan ke dalam Simulated Gastric Fluid (SGF) untuk mensimulasikan kondisi fisiologis lambung. Medium SGF diatur pada pH 2 dan mengandung enzim pepsin sebagai enzim proteolitik utama yang berperan dalam proses pencernaan protein. Inkubasi dilakukan pada suhu 37°C dengan kecepatan pengadukan 100 rpm selama 2 jam, sehingga mencerminkan kondisi mekanis dan kimiawi di dalam lambung manusia. Tahap ini bertujuan untuk mengevaluasi stabilitas sistem penghantaran terhadap lingkungan yang sangat asam, ketahanan matriks nanogel terhadap degradasi enzimatik, serta kemampuan enkapsulasi dalam melindungi senyawa bioaktif dari pelepasan dini sebelum mencapai usus halus sebagai lokasi absorpsi utama.
Fase Usus
Setelah menyelesaikan inkubasi pada fase lambung, sampel selanjutnya dipindahkan ke dalam Simulated Intestinal Fluid (SIF) untuk mensimulasikan kondisi fisiologis usus halus sebagai lokasi utama absorpsi senyawa bioaktif. Medium SIF diatur pada pH 6,8 dan mengandung pancreatin serta garam empedu (bile salts) untuk merepresentasikan aktivitas enzimatik dan emulsifikasi yang terjadi selama proses pencernaan di usus. Inkubasi dilakukan pada suhu 37°C dengan kecepatan pengadukan 100 rpm selama 4 jam guna meniru kondisi dinamis saluran pencernaan. Tahap ini bertujuan untuk mengevaluasi kemampuan sistem penghantaran nanogel dalam melepaskan senyawa bioaktif secara terkendali setelah melewati lingkungan lambung yang asam, sekaligus menilai stabilitas matriks, efisiensi pelepasan, dan potensi bioaksesibilitas fikosianin pada kondisi usus yang mendukung proses absorpsi.
2.6 Penentuan Pelepasan Fikosianin
Pada interval waktu tertentu, aliquot diambil kemudian disentrifugasi.
Kadar phycocyanin pada supernatan dianalisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 620 nm dan 652 nm.
Persentase pelepasan dihitung sebagai:
di mana:
· PCt = phycocyanin yang terlepas pada waktu t
· PC0 = total phycocyanin awal.
2.7 Release Kinetics Modeling
Data pelepasan dianalisis menggunakan empat model kinetika:
Zero-order
First-order
Higuchi
Korsmeyer–Peppas
Nilai koefisien determinasi (R²) digunakan untuk menentukan model kinetika terbaik.
2.8 Aktivitas Antioksidan
Aktivitas antioksidan dianalisis menggunakan metode DPPH Radical Scavenging Assay.
Sebanyak 1 mL sampel dicampurkan dengan 3 mL larutan DPPH 0,1 mM.
Campuran diinkubasi selama 30 menit dalam kondisi gelap kemudian absorbansi diukur pada panjang gelombang 517 nm.
Persentase inhibisi dihitung menggunakan rumus:
Nilai IC₅₀ diperoleh dari persamaan regresi antara konsentrasi sampel dan persentase inhibisi radikal bebas.
2.9 Analisis Statistik
Seluruh percobaan dilakukan sedikitnya dalam tiga ulangan independen (n = 3) dan hasil disajikan sebagai mean ± standard deviation. Analisis statistik dilakukan menggunakan one-way analysis of variance (ANOVA) yang dilanjutkan dengan Tukey's multiple comparison test pada taraf signifikansi p < 0,05. Analisis kinetika pelepasan dilakukan menggunakan regresi nonlinier dengan membandingkan nilai koefisien determinasi (R²) dari masing-masing model, sedangkan hubungan antara karakteristik pelepasan dan aktivitas antioksidan dianalisis menggunakan uji korelasi Pearson.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Produksi Nanogel Nano-Spirulina
Nano-Spirulina berhasil diproduksi melalui proses high-pressure homogenization pada tekanan sekitar 200–300 MPa, yang menghasilkan ukuran partikel sekitar 200–300 nm sebelum proses enkapsulasi. Selanjutnya, partikel nano tersebut diimobilisasi ke dalam matriks hidrogel berbasis alginat membentuk Nano-Spirulina Nanogel Beads.
Pendekatan ini bertujuan meningkatkan stabilitas pigmen bioaktif terutama fikosianin (phycocyanin) terhadap kondisi saluran pencernaan yang ekstrem. Matriks hidrogel bertindak sebagai penghalang difusi sehingga pelepasan senyawa aktif dapat berlangsung secara bertahap (controlled release).
Karakterisasi nanogel menunjukkan bahwa sistem yang dikembangkan memiliki sifat fisik yang memenuhi persyaratan sebagai sistem penghantaran senyawa bioaktif secara oral. Hasil karakterisasi meliputi ukuran partikel yang berada pada skala nano, distribusi ukuran partikel yang relatif homogen, efisiensi enkapsulasi yang tinggi, morfologi permukaan yang stabil, serta kemampuan swelling yang baik. Kombinasi karakteristik tersebut menunjukkan bahwa nanogel memiliki kapasitas yang memadai untuk melindungi fikosianin selama proses pencernaan, mempertahankan stabilitas struktur matriks, serta mendukung pelepasan senyawa bioaktif secara terkendali pada saluran pencernaan. Dengan demikian, karakteristik fisikokimia yang diperoleh mengindikasikan bahwa nanogel berbasis alginat berpotensi menjadi sistem penghantaran oral yang efektif untuk meningkatkan stabilitas dan bioavailabilitas fikosianin. Karakteristik tersebut merupakan indikator bahwa proses enkapsulasi berlangsung secara efektif.
3.2 Pelepasan Fikosianin dalam Kondisi Saluran Pencernaan yang Disimulasikan
Profil pelepasan fikosianin menunjukkan perbedaan yang sangat nyata antara nano-Spirulina nanogel, mikro-Spirulina nanogel, dan fikosianin bebas.
Pengujian pelepasan fikosianin dilakukan secara bertahap menggunakan model simulasi pencernaan in vitro yang terdiri atas tiga fase fisiologis, yaitu fase oral, fase lambung, dan fase usus. Fase oral dilakukan pada pH 6,8 untuk mensimulasikan kondisi rongga mulut, dilanjutkan dengan fase lambung pada pH 2 yang merepresentasikan lingkungan lambung yang sangat asam, dan diakhiri dengan fase usus pada pH 6,8 untuk meniru kondisi usus halus sebagai lokasi utama absorpsi senyawa bioaktif. Pendekatan bertahap ini memungkinkan evaluasi yang komprehensif terhadap stabilitas nanogel serta profil pelepasan fikosianin pada setiap segmen saluran pencernaan, sehingga dapat menggambarkan kinerja sistem penghantaran oral secara lebih realistis.
Pada fase oral hanya terjadi pelepasan awal (initial burst) dalam jumlah kecil pada nano-Spirulina nanogel. Pelepasan yang rendah ini mengindikasikan bahwa matriks alginat masih stabil pada kondisi netral sehingga kehilangan senyawa aktif selama proses mastikasi dan saliva dapat diminimalkan.
Memasuki fase lambung, pelepasan fikosianin dari nano-Spirulina nanogel tetap berlangsung lambat dibandingkan fikosianin bebas.
Sebaliknya, fikosianin bebas menunjukkan pelepasan hampir sempurna hanya dalam waktu sekitar 1 jam, menandakan bahwa senyawa tersebut sangat rentan terhadap degradasi pada kondisi asam.
Mikro-Spirulina nanogel memberikan pelepasan yang lebih tinggi dibandingkan nano-Spirulina nanogel karena ukuran partikelnya lebih besar sehingga distribusi bahan aktif di dalam matriks hidrogel kurang homogen.
3.3 Pelepasan Terkendali selama Fase Usus
Perbedaan pelepasan fikosianin yang paling signifikan diamati pada fase intestinal. Nano-Spirulina nanogel menunjukkan profil pelepasan yang berlangsung secara bertahap (sustained release), dengan jumlah kumulatif senyawa bioaktif yang dilepaskan mencapai sekitar 95–100% pada akhir periode inkubasi. Sebaliknya, mikro-Spirulina hanya mampu melepaskan sekitar 80–85% fikosianin, yang mengindikasikan efisiensi pelepasan yang lebih rendah. Sementara itu, Spirulina bebas mengalami pelepasan yang sangat cepat pada tahap awal pengujian (burst release), sehingga tidak lagi memperlihatkan pola pelepasan yang terkontrol. Hasil tersebut menunjukkan bahwa formulasi nanogel berbasis Nano-Spirulina mampu mempertahankan stabilitas senyawa bioaktif selama melewati lingkungan lambung dan memfasilitasi pelepasan yang lebih optimal di usus halus, sehingga berpotensi meningkatkan bioaksesibilitas dan bioavailabilitas fikosianin setelah pemberian secara oral.
Fenomena ini mengindikasikan bahwa matriks hidrogel mampu melindungi fikosianin selama melewati lambung kemudian melepaskannya secara efektif ketika mencapai usus. Secara biologis, mekanisme tersebut sangat penting karena absorpsi sebagian besar senyawa bioaktif memang terjadi pada usus halus. Selain itu, ukuran nano menghasilkan luas permukaan lebih besar sehingga proses hidrasi dan difusi di dalam matriks berlangsung lebih seragam dibandingkan partikel mikro.
3.4 Release Kinetic Analysis
Analisis kinetika pelepasan menunjukkan bahwa model Higuchi memberikan nilai koefisien determinasi (R²) tertinggi.
Model | R² |
Zero-order | 0.912 |
First-order | 0.946 |
Higuchi | 0.962 |
Korsmeyer–Peppas | 0.972 |
Nilai R² sebesar 0,972 pada model Korsmeyer–Peppas (sesuai infografis) menunjukkan kecocokan yang sangat baik terhadap mekanisme pelepasan. Namun infografis juga menyoroti mekanisme dominan berupa difusi yang sejalan dengan model Higuchi.
Secara keseluruhan, hasil tersebut menunjukkan bahwa pelepasan fikosianin lebih banyak dikendalikan oleh proses difusi melalui jaringan hidrogel dibandingkan proses erosi matriks.
Dengan demikian, hidrogel alginat berfungsi sebagai sistem penghantaran (controlled-release carrier) yang efektif.
3.5 Aktivitas Antioksidan
Aktivitas antioksidan dievaluasi menggunakan metode DPPH Radical Scavenging Assay.
Kurva menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi diikuti oleh meningkatnya kemampuan menangkap radikal bebas pada seluruh perlakuan.
Nano-Spirulina nanogel menghasilkan aktivitas antioksidan tertinggi.
Nilai IC50 yang diperoleh adalah:
Sample | IC50 (µg/mL) |
Nano-Spirulina Nanogel | 24.7 |
Micro-Spirulina Nanogel | ±35 |
Free Phycocyanin | ±50 |
Semakin kecil nilai IC50 menunjukkan aktivitas antioksidan yang semakin kuat.
Penurunan IC50 pada nano-Spirulina sekitar 30–50% dibandingkan perlakuan lainnya mengindikasikan bahwa proses nanoenkapsulasi mampu mempertahankan stabilitas fikosianin selama simulasi pencernaan.
Hal tersebut kemungkinan disebabkan oleh:
· meningkatnya luas permukaan partikel,
· meningkatnya kelarutan,
· meningkatnya bioaksesibilitas,
· perlindungan terhadap degradasi oksidatif.
3.6 Mekanisme Nanoenkapsulasi
Mekanisme kerja nano-Spirulina nanogel dapat dijelaskan sebagai berikut.
Pada kondisi lambung, jaringan alginat masih berada dalam keadaan kompak sehingga difusi fikosianin sangat terbatas.
Ketika memasuki lingkungan intestinal dengan pH lebih tinggi, matriks mulai mengalami swelling sehingga terbentuk pori-pori yang memungkinkan fikosianin berdifusi keluar secara perlahan.
Proses ini menghasilkan pelepasan yang lebih stabil dibandingkan fikosianin bebas.
Fenomena tersebut menjelaskan mengapa aktivitas antioksidan tetap tinggi setelah melewati simulasi gastrointestinal.
3.7 Implikasi Ilmiah
Hasil penelitian menunjukkan bahwa teknologi nanoenkapsulasi memberikan beberapa keuntungan utama:
· meningkatkan stabilitas fikosianin selama melewati lingkungan lambung yang asam;
· menghasilkan pelepasan bertahap (controlled release) pada usus sehingga meningkatkan bioaksesibilitas;
· mempertahankan aktivitas antioksidan dengan nilai IC50 yang lebih rendah dibandingkan bentuk mikro maupun fikosianin bebas;
· meningkatkan efisiensi penghantaran senyawa bioaktif melalui mekanisme difusi yang dikendalikan oleh matriks hidrogel.
Secara keseluruhan, sistem Nano-Spirulina Nanogel menunjukkan performa yang unggul sebagai oral delivery system untuk fikosianin. Kombinasi antara ukuran partikel nano dan matriks hidrogel alginat menghasilkan stabilitas yang lebih baik, pelepasan terkontrol, serta aktivitas antioksidan yang lebih tinggi dibandingkan formulasi konvensional. Temuan ini memperkuat potensi nano-Spirulina nanogel sebagai bahan baku fungsional untuk nutraseutikal, pangan fungsional, suplemen kesehatan, dan sistem penghantaran senyawa bioaktif dengan bioavailabilitas yang ditingkatkan.
1. KESIMPULAN
Penelitian ini berhasil mengembangkan Nano-Spirulina Nanogel berbasis kalsium alginat sebagai sistem penghantaran oral (oral delivery system) untuk fikosianin (phycocyanin) yang mampu meningkatkan stabilitas dan efektivitas pelepasan senyawa bioaktif selama simulasi saluran pencernaan. Nano-Spirulina yang diproduksi melalui proses high-pressure homogenization dan dienkapsulasi menggunakan metode ionotropic gelation menghasilkan nanogel dengan karakteristik fisik yang baik, meliputi ukuran partikel pada skala nano, distribusi ukuran yang homogen, efisiensi enkapsulasi yang tinggi, serta morfologi hidrogel yang stabil.
Hasil uji pelepasan secara in vitro menunjukkan bahwa matriks alginat mampu menahan pelepasan fikosianin pada fase oral dan lambung sehingga melindungi senyawa tersebut dari degradasi akibat kondisi asam. Pelepasan kemudian berlangsung secara bertahap pada fase usus hingga mencapai sekitar 95–100%, yang menunjukkan efektivitas sistem penghantaran berbasis hidrogel dalam mengarahkan pelepasan senyawa bioaktif ke lokasi absorpsi utama di saluran pencernaan.
Analisis kinetika pelepasan memperlihatkan bahwa model Korsmeyer–Peppas memberikan kecocokan terbaik (R² = 0,972), yang mengindikasikan bahwa mekanisme pelepasan terutama dikendalikan oleh proses difusi melalui jaringan hidrogel yang mengalami swelling. Temuan ini menunjukkan bahwa kombinasi ukuran partikel nano dan matriks alginat menghasilkan sistem controlled release yang lebih efektif dibandingkan formulasi konvensional.
Evaluasi aktivitas antioksidan menggunakan metode DPPH menunjukkan bahwa Nano-Spirulina Nanogel memiliki aktivitas antioksidan tertinggi dengan nilai IC₅₀ sebesar 24,7 µg/mL, lebih rendah dibandingkan mikro-Spirulina nanogel maupun fikosianin bebas. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa nanoenkapsulasi tidak hanya meningkatkan stabilitas fikosianin selama proses pencernaan, tetapi juga mempertahankan bahkan meningkatkan bioaktivitasnya.
Secara keseluruhan, penelitian ini membuktikan bahwa Nano-Spirulina Nanogel berbasis alginat merupakan platform penghantaran oral yang menjanjikan untuk meningkatkan bioavailabilitas fikosianin. Teknologi ini berpotensi diaplikasikan dalam pengembangan pangan fungsional, nutraseutikal, suplemen kesehatan, maupun sistem penghantaran berbagai senyawa bioaktif alami yang memerlukan perlindungan terhadap degradasi selama proses gastrointestinal. Penelitian lanjutan masih diperlukan untuk mengevaluasi bioavailabilitas in vivo, farmakokinetika, stabilitas penyimpanan jangka panjang, serta potensi aplikasinya pada skala industri.
DAFTAR PUSTAKA
Becker, E. W. (2013). Microalgae for Human and Animal Nutrition. In A. Richmond & Q. Hu (Eds.), Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biotechnology (2nd ed., pp. 461–503). Wiley-Blackwell.
Chaiklahan, R., Chirasuwan, N., Loha, V., Tia, S., & Bunnag, B. (2012). Separation and purification of phycocyanin from Spirulina sp. using a membrane process. Bioresource Technology, 101, 7159–7164.
Chen, B., You, W., Huang, J., Yu, Y., & Chen, W. (2020). Advances in oral delivery systems for bioactive proteins and peptides using hydrogel-based carriers. International Journal of Biological Macromolecules, 164, 3949–3962.
Fang, Z., & Bhandari, B. (2010). Encapsulation of polyphenols—a review. Trends in Food Science & Technology, 21(10), 510–523.
Habib, M. A. B., Parvin, M., Huntington, T. C., & Hasan, M. R. (2008). A Review on Culture, Production and Use of Spirulina as Food for Humans and Feeds for Domestic Animals and Fish. FAO Fisheries and Aquaculture Circular No. 1034. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
Korus, J. (2018). Microencapsulation and nanoencapsulation of bioactive compounds in food applications. Food Hydrocolloids, 83, 123–132.
Lafarga, T., & Hayes, M. (2014). Bioactive peptides from microalgae and cyanobacteria: A review. Food Reviews International, 30(3), 234–246.
Liu, Q., Huang, H., Chen, H., Lin, J., & Wang, Q. (2019). Food-grade polysaccharide-based nanoparticles and hydrogels for controlled release of bioactive compounds. Carbohydrate Polymers, 211, 356–369.
Minekus, M., Alminger, M., Alvito, P., Ballance, S., Bohn, T., Bourlieu, C., et al. (2014). A standardised static in vitro digestion method suitable for food—An international consensus. Food & Function, 5(6), 1113–1124.
Patel, A. R. (2022). Functional hydrogel systems for oral delivery of nutraceuticals: Recent advances and future perspectives. Food Hydrocolloids, 124, 107246.
Ravi, M., De, S. L., Azharuddin, S., & Paul, S. F. D. (2010). The beneficial effects of Spirulina focusing on its immunomodulatory and antioxidant properties. Nutrition and Dietary Supplements, 2, 73–83.
Richmond, A., & Hu, Q. (2013). Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biotechnology (2nd ed.). Wiley-Blackwell.
Sharma, K., Agrawal, S. S., & Gupta, M. (2021). Development of alginate-based hydrogel carriers for controlled release of bioactive compounds. International Journal of Biological Macromolecules, 183, 1283–1296.
Wu, Q., Liu, L., Miron, A., Klímová, B., Wan, D., & Kuča, K. (2016). The antioxidant, immunomodulatory, and anti-inflammatory activities of Spirulina: An overview. Archives of Toxicology, 90(8), 1817–1840.
Zhang, Y., Fu, C., & Li, X. (2021). Controlled release behavior of alginate-based hydrogel nanoparticles for oral delivery of natural antioxidants. International Journal of Biological Macromolecules, 183, 1727–1738.
#NanoSpirulina
#NanogelAlginat
#Phycocyanin
#Nutraseutikal
#PanganFungsional
