GudangIllmuFarmasi – Aliran serbuk merupakan salah satu persyaratan utama pada proses pembuatan sediaan farmasi dan sangat penting untuk mengetahui atau melakukan pengukuran aliran serbuk karena berdampak pada efisiensi dan juga kualitas produk, oleh karena itu diperlukan pengukuran aliran serbuk untuk memastikan kualitas produk.

Artikel ini dibuat untuk memberikan informasi mengenai metode yang dapat digunakan dalam menentukan aliran serbuk. Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan aliran serbuk sebagai upaya untuk memastikan kualitas serbuk atau granul antara lain pengukuran sudut istirahat, tapped density, bulk density, indeks kompresibilitas Carr, rasio Hausner.

Pendahuluan

Aliran serbuk merupakan salah satu persyaratan utama pada proses pembuatan sediaan farmasi dan sangat penting untuk mengetahui atau melakukan pengukuran aliran serbuk karena berdampak pada efisiensi dan juga kualitas produk. Pada pembuatan sediaan tablet, aliran serbuk sangat menentukan sifat dari sediaan tablet itu sendiri, meliputi berat, kekerasan, dan keseragaman isi tablet. Begitu pula dengan pembuatan kapsul, keseragaman volume serbuk juga perlu diperhatikan. Selain itu, aliran serbuk penting diketahui selama pencampuran dan pengemasan (Shah et al., 2008). Oleh karena itu, diperlukan pengukuran aliran serbuk untuk memastikan kualitas produk dan merancang hopper yang dapat digunakan untuk aliran serbuk yang tepat. 

Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan aliran serbuk. Metode tersebut meliputi pengukuran sudut istirahat, tapped density, bulk density, indeks kompresibilitas Carr, rasio Hausner. Hasil pengukuran dapat digunakan sebagai kontrol kualitas serbuk dan perbandingan serbuk (Moravkar et al., 2020).

Sudut istirahat

Sudut istirahat adalah sudut agregat dari tumpukan padatan yang tidak dibatasi dengan garis datar (horizontal). Sudut istirahat berkorelasi dengan gesekan antar partikel dan daya alir material kohesi yang lebih sedikit dan digunakan untuk mengkarakterisasi serbuk curah. 

Pengukuran dilakukan dengan serbuk dilewatkan pada corong, yang dipasang pada ketinggian tertentu, sampai puncak tumpukan yang dibentuk oleh serbuk mencapai corong. Sudut istirahat adalah rasio tinggi terhadap jari-jari rata-rata alas tumpukan serbuk.

= tan^-1 (h/r)

(Carson dan Pittenger, 2013).

Tabel 1. Hubungan Sudut yang Terbentuk Terhadap Sifat Aliran

(Nagar et al., 2011)

Tapped density

Kerapatan mampat adalah sampel yang ditempatkan pada volume tertentu setelah dimampatkan. Penggabungan partikel serbuk terjadi pada wadah karena adanya energi berupa gangguan mekanis atau ketukan. Ketukan yang dilakukan akan menyebabkan kerusakan dan membentuk kembali susunan antar partikel dalam serbuk. Hasil dari ketukan secara kontinyu akan menurunkan gesekan antar partikel dan proses ini akan terhenti pada batas tertentu saat volume tetap konstan. Volume yang dihasilkan ini disebut dengan kerapatan mampat. 

Pada industri farmasi, kerapatan mampat dapat digunakan untuk mengukur tinkat pengemasan serbuk yang terjadi dalam wadah selama ketukan. Nilai kerapatan mampat tergantung dari karakteristik serbuk, seperti bentuk, porositas, dan distribusi ukuran partikel. Umumnya, nilai kerapatan mampat selalu lebih tinggi daripada kerapatan semu aliran bebas dan kerapatan curah yang rendah akan meningkatkan persentase kerapatan mampat.

Tapped Density = Weight (W)Volume (V2)

(Tan et al., 2015).

Bulk density

Bulk density (kerapatan curah) dapat didefinisikan sebagai massa serbuk dibagi dengan volume yang ditempati oleh serbuk. Densitas diukur dengan cara menimbang bobot serbuk, kemudian dimasukkan ke dalam gelas ukur untuk dilihat volumenya.

Db =m (massa)V (volume)

(Garg et al., 2018).

Indeks kompresibilitas Carr

Pada tahun 1965, Carr menjelaskan hubungan antara kerapatan curah dan kerapatan mampat untuk menentukan indeks serbuk Carr dalam persamaan:

Carr’s index = Ptapped – PbulkPtappedx 100%

Indeks Carr adalah metode tidak langsung yang cepat untuk mengukur kekuatan relatif antar partikel dan gaya gesekan serbuk curah (Tan et al., 2015). Secara umum, semakin tinggi nilai indeks Carr menunjukkan semakin buruk serbuk yang mengalir.

Tabel 2. Hubungan Indeks Carr Terhadap Sifat Aliran

(Moghbel and Abbaspour, 2013)

Rasio Hausner

Pada tahun 1967, Hausner telah menjelaskan hubungan antara kerapatan curah dan kerapatan mampat. Rasio Hausner dapat didefinisikan sebagai kerapatan mampat terhadap kerapatan curah. Nilai rasio Hausner yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan aliran serbuk yang buruk dan sebaliknya. Rasio ini menunjukkan kemampuan serbuk curah untuk mengatur ulang ruang antar partikel yang muncul selama gaya eksternal seperti ketukan atau getaran. Penataan ulang partikel bubuk ke dalam ruang antar partikel bergantung pada kekuatan kohesif bubuk yang dapat dicerminkan oleh rasio Hausner.

Hausner ratio = tapped densitybulk density

(Moravkar et al., 2017).

Tabel 3. Hubungan Rasio Hausner Terhadap Sifat Alir

(Haque, 2010)

Aliran serbuk dipengaruhi oleh beberapa faktor. Menurut Neumann, faktor-faktor tersebut diantaranya yaitu ukuran partikel, bentuk, porositas dan kerapatan, dan tekstur permukaan (Neumann, 1967). Ukuran partikel yang lebih besar memiliki sifat aliran yang lebih baik. Hal ini dikarenakan efek gravitasi melebihi gaya tarik antar partikel. Saat ukuran partikel berkurang, gaya van der Waals semakin meningkat dan berkontribusi pada meningkatnya resistensi serbuk untuk mengalir. Partikel dengan bentuk bulat memiliki pengemasan yang lebih baik, kompresibilitas yang lebih rendah, dan berkurangnya area kontak, sehingga berkontribusi pada kelancaran aliran serbuk.  Selain itu, tekstur permukaan juga berpengaruh terhadap sifat alir karena semakin kecil gaya gesek friksi / gaya gesek antar partikel maka semakin mudah serbuk mengalir. Sebaliknya, semakin kasar permukaan partikel maka semakin besar friksi antar partikel sehingga menyebabkan semakin sulit mengalir (Moravkar et al., 2020).

Pengemasan padatan dalam bentuk serbuk atau granul

Rheologi merupakan suatu ilmu mengenai aliran zat atau perubahan bentuk (deformasi) zat di bawah tekanan. Pada padatan, rheologi mempelajari hubungan antara strain dan stress, sedangkan pada cairan mempelajari hubungan antara tekanan geser (shearing stress) dan kecepatan geser (shearing rate). Pengukuran rheologi dari suatu produk tertentu dapat menggambarkan konsistensi dari bentuk cair ke semisolid sampai ke padatan, pengemasan bahan ke dalam wadah serta pengeluarannya saat akan dipakai, penggosokan bentuk produk di atas atau ke dalam kulit, mempengaruhi stabilitas fisika dan bahkan mempengaruhi availabilitas biologis suatu zat aktif. Selain itu, dalam hal pembuatan dan pengemasan produk, sifat rheologi mempengaruhi pemilihan alat yang akan digunakan untuk memproses produk farmasi (Sinala, 2016).

Dari perspektif rheologi, zat padat diklasifikasikan sebagai zat yang benar-benar tahan terhadap deformasi, zat cair sebagai zat yang kurang tahan, dan gas sebagai zat yang benar-benar tidak tahan. Industri farmasi sangat memperhatikan sifat reologi dari bahan farmasetiknya karena sifat reologi akan mempengaruhi proses, pembuatan, dan karakteristik produk akhir. Misalnya, bubuk yang tidak mengalir dengan baik mungkin tidak dapat bercampur secara homogen dengan bubuk lain atau menghasilkan tablet atau kapsul dengan berat bervariasi (Amiji et.al., 2014).

Sifat-sifat dari zat padat dapat mempengaruhi besarnya interaksi antar partikel. Serbuk non newton menunjukkan aliran plastis dan kadang dilatansi dari partikel dipengaruhi oleh gaya tarik menarik. Serbuk dapat mengalami aliran bebas atau menjadi melekat.  Diantara faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sifat alir serbuk atau granul seperti bentuk dan ukuran partikel granul, kekasaran atau tekstur permukaan, distribusi ukuran partikel, luas permukaan dan penurunan energi permukaan (Aulton M.E., 2002).

Untuk partikel yang relatif kecil kurang dari 10 mikrometer aliran partikel melewati lubang dibatasi oleh gaya lekat, namun ketika ukuran partikel ditingkatkan akan membuat aliran menjadi lebih mudah. Laju aliran maksimum dicapai setelah aliran berkurang apabila ukuran partikel mendekati besarnya lubang tersebut. Partikel-partikel dengan kerapatan tinggi dan porositas dalam rendah cenderung untuk mempunyai sifat-sifat bebas mengalir. Kecepatan alir serbuk berpengaruh pada keseragaman pengisian ruang kompresi dan keseragaman bobot tablet. Apabila 100 g serbuk mempunyai waktu alir kurang dari 10 g/detik maka akan mengalami kesulitan saat penabletan (Bandelin, 1989).

Selain itu ilmu Rheologi juga dapat diaplikasikan dalam pengemasan sediaan solid berupa serbuk dan granul. Pengemasan merupakan sistem yang terkoordinasi untuk menyiapkan sediaan serbuk atau granul untuk dapat ditransportasikan, didistribusikan, disimpan, dijual, dan dikonsumsi. Adanya wadah atau pembungkus dapat membantu mencegah atau mengurangi kerusakan, melindungi produk yang ada di dalamnya, melindungi dari bahaya pencemaran serta gangguan fisik (gesekan, benturan, getaran) sehingga kestabilan sediaan tetap terjaga. Disamping itu pengemasan berfungsi untuk menempatkan suatu sediaan agar mempunyai bentuk-bentuk yang memudahkan dalam penyimpanan, pengangkutan dan distribusi (Wirya, 1999). 

Salah satu sifat dari serbuk dan granul yang penting dalam saat pengemasan adalah waktu alir. Waktu alir adalah waktu yang dibutuhkan sejumlah serbuk atau granul untuk mengalir dalam suatu alat, salah satunya alat yang digunakan untuk mengemas sediaan serbuk atau granul. Sifat alir ini dapat dipakai untuk menilai efektivitas eksipien yang digunakan dalam formulasi serbuk atau granul tersebut yaitu salah satunya bahan pelicin, dimana adanya bahan pelicin dapat memperbaiki sifat alir suatu serbuk atau granul sebanyak 100 gram. Kecepatan alir serbuk atau granul dinyatakan dalam satuan gram/detik dan serbuk atau granul tersebut mengalir tidak lebih dari 10 detik, jika sediaan yang akan dikemas memiliki ketentuan tersebut atau mendekati ketentuan tersebut maka dapat dikatakan serbuk atau granul memiliki laju alir yang baik (Voigt, 1994). Apalagi dengan saat ini mayoritas industri sediaan farmasi telah banyak menggunakan mesin dan mengurangi penggunaan tenaga manusia dalam proses pembuatan sediaan, guna mengurangi adanya kontaminan dan gangguan lainnya, sehingga selama proses pembuatan sediaan dari pencampuran bahan aktif dan eksipien hingga pengemasan sediaan, oleh karena itu sifat alir bahan atau sediaan yang baik sangat diperlukan.

Sifat Rheologi serbuk dan granul dalam pengemasan-nya perlu diperhatikan karena tidak selalu mengalir secara homogen seperti fluida saat terkena tegangan eksternal, tetapi seringkali membentuk daerah kaku yang dipisahkan oleh ‘narrow shear bands’ dimana material mengalir. Shear bands ini berdampak pada reologi yang tampak, yang membuatnya sulit untuk menyimpulkan perilaku konstitutif dari pengukuran reometrik konvensional (Fall et al., 2015). Tujuan dari memperhatikan rheologi serbuk dan granul dalam pengemasan ini adalah untuk memperhatikan serta memprediksi cara pengemasannya ke dalam wadah serta pengeluaran serbuk dan granul yang baik. Selain itu mengetahui sifat rheologi juga dapat memperkirakan kestabilan fisis, ketersediaan hayati dan pemilihan peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan (produksi). 

Dalam teknologi farmasetik, rheologi dalam pengemasan penting untuk memperhatikan; kemudahan dalam penuangan (mengalirkan) sediaan dari wadah, penekanan atau pemencetan sediaan dari wadahnya (merupakan wadah elastis) dan pemeliharaan bentuk produk dalam suatu wadah sesudah pengeluaran sediaan.

Kesimpulan

Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan aliran serbuk sebagai upaya untuk memastikan kualitas serbuk atau granul antara lain pengukuran sudut istirahat, tapped density, bulk density, indeks kompresibilitas Carr, rasio Hausner.

DAFTAR PUSTAKA

Amiji, Mansoor M., Thomas J. Cook, and W. Cary Mobley. 2014. Applied Physical Pharmacy, 2nd Edition. USA: McGraw-Hill Education.

Aulton M.E.. 2002. Pharmaceutics : the science of dosage form design, 2nd ed., Churchill Livingstone, Edinburgh ;New York.

Bandelin,F.J. 1981. Introduction to Pharmaceutical Dosage Form,71. Lea and Febiger, Philadelphia.

Carson, J.W. dan Pittenger, B.H. 2013. Bulk Properties of Powders, ASM Handbook: Powder Metal Technologies and Applications. USA: ASM International

Fall,A., Ovarlez, G., Hautemayou, D., Mézière, C., Roux, J.-N.,  Chevoir, F. 2015. Dry granular flows: rheological measurements of the I-rheology. Université Paris Est, Laboratoire Navier

Garg, V., Mallick, S.S., Garcia-Trinanes, P., dan Berry, R.J. 2018. An Investigation Into The Flowability of Fine Powders Used In Pharmaceutical Industries. Powder Technol. Vol. 336: 375-382.

Haque, Mahjabin. 2010. Variation Of Flow Property Of Different Set of Formulas of Excipients Against Variable Ratio Of Different Diluents. Bangladesh : East West University.

Moravkar, K.K., Ali, T.M., Pawar, J.N., dan Amin, P.D. 2017. Application of Moisture Activated Dry Granulation (MADG) Process To Develop High Dose Immediate Release (IR) Formulations. Adv Powder Technol. Vol. 28(4): 1270-1280.

Moravkar, K. K., Korde, S. D., Bhairav, B. A., Shinde, S. B., Kakulade, S. V., dan Chalikwar, S. S. 2020. Traditional and Advanced Flow Characterization Techniques: A Platform Review for Development of Solid Dosage Form. Indian Journal of Pharmaceutical Science. Vol 82(6): 945-957.

Moghbel, A. and Abbaspour, H. 2013. Study of compressibility properties of yogurt powder in order to prepare a complementary formulation. Iranian Journal of Pharmaceutical Research, 12(3), pp. 231±237. doi: 10.22037/ijpr.2013.1338.

Nagar, P., Singh, K., Chauhan, I., Verma, M., Yasir, M., Khan, A., Sharma, R. and GXSWD, N. 2011. Orally disintegrating tablets: Formulation, preparation techniques and evaluation. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 1(4), pp. 35±45.

Neumann, B. S. 1967. Flow Properties of Disperse System. New York: Interscience Publishers, Inc.

Shah, R. B., Tawakkul, M. A., dan Khan, M. A. 2008. Comparative Evaluation of Flow for Pharmaceutical Powders and Granules. AAPS PharmSciTech. Vol 9(1): 250-258

Sinala, Santi. 2016. Farmasi Fisik. Jakarta Selatan: Pusat Pendidikan Sumber Daya Manusia Kesehatan.

Tan, G., Morton, D. A. V., dan Larson, I. 2015. On the Methods to Measure Powder Flow. Curr Pharm Des. Vol 21(40): 5751-65

Voight R., 1994. Buku Pelajaran Teknologi Farmasi, Edisi Kelima.  Yogyakarta : Gadjah Mada University Press.Wirya, Iwan. 1999. Kemasan yang Menjual. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.

Penulis

Nabilah Azka Nihlah¹⁸⁰¹⁰⁶, Taqiyyah Qothrunnadaa¹⁸⁰¹⁰⁹, Sinta Aulia Rachmah¹⁸⁰¹⁴⁴, Fathia Pebriani¹⁸⁰¹⁵³, Firda Silvia P.¹⁷⁰⁰⁴⁴, Natasha Salsabila¹⁷⁰⁰⁴⁶, Indah Permata R.¹⁷⁰⁰⁵², Nadila Berliana¹⁷⁰⁰⁷³, Ardhia Kirana P.¹⁷⁰⁰⁹² Ghifari Farhan H.¹⁷⁰¹²⁰

Program Studi Farmasi, Fakultas Farmasi, Universitas Padjadjaran, Jatinangor, Jawa Barat, Indonesia