Air sebagai Sumber Kontaminasi
Usman Suwandi
Pusat Penelitian dan Pengembangan P.T. Kalbe Farma, Jakarta
PENDAHULUAN
Air merupakan kebutuhan utama makhluk hidup, tidak hanya
bagi manusia, hewan dan tumbuhan tetapi juga mikroorganisme.
Beberapa tipe mikroorganisme tertentu, dapat tumbuh dengan
baik di dalam air, sehingga dapat mengganggu peruntukan air
tersebut.
Untuk sediaan farmasi terutama sediaan parenteral, air me-
rupakan bagian yang sangat penting. Air ini digunakan untuk
mencuci kontainer, peralatan, bahkan sering digunakan sebagai
pembawa. Perusahaan farmasi memerlukan banyak air bersih,
tentu lebih disukai air yang murni dan tidak mahal.
Air yang baik untuk diminum biasanya mengandung berbagai
kontaminan seperti elektrolit, substansi organik, mikroorga-
nisme, partikel gas terlarut misalnya karbon dioksida, oksigen.
Air minum sering mengandung klorin. Zat ini dapat dihilangkan
dengan distilasi atau dengan berbagai proses purifikasi lainnya.
Di USP, air yang digunakan sebagai vehicle sediaan injeksi
harus memenuhi syarat waterier injection. Bahan ini merupakan
air yang telah dimurnikan dengan distilasi atau reserve osmosis
dan memenuhi syarat standar kemumian purified water. Standar
kedua jenis air tersebut dapat dilihat pada tabel I. Air tersebut
tidak hanya memenuhi syarat kemurniaan secara kimiawi saja,
tetapi juga harus bebas dari substansi pirogenik yaitu penyebab
terjadinya reaksi febril setelah injeksi sediaan steril. Zat ini
dianggap berasal dari bakteri dan mempunyai sifat dapat lam t
air, filtrable, termostabil, dan non volatile. Jumlah relatip kecil
substansi ini sudah cukup menyebabkan efek samping yang
serius dan reaksinya akan lebih serius pada injeksi intravena
volume besar, karena dosisnya akan lebih besar dan langsung
masuk ke pembuluh darah.
Tabel 1. USP XX Standards for Water Purity
Numerical
Interpretations
of
Standard.
Components
Purified Water
mg/1
Water for Injection
mg/1
pH
Choride
Sulfate
Ammonia
Calcium
Heavy Metals
Oxidizable Substance
Total Solids
Bacteriological Purity
Pyrogens
5.0 7.0
0.5
5.0
0.3
1.0
0.4
3.0 4.0
10.0
*
5.0 7.0
0.5
5.0
0.3
1.0
0.4
3.0 4.0
10.0
**
***
Note : * Complies with federal EPA regulations for drinking water.
**
Depends
on
use.
*** Absent by rabbit test, or below predetermined concentration, as
measured
by
LAL
test.
KONTAMINAN AIR
Industri farmasi banyak membutuhkan air distilasi dan de-
mineral. Untuk mendapatkan air tersebut diperlukan bahan baku
air yang mempunyai kualitas baik, karena kualitas yang jelek
dapat menimbulkan gangguan, baik dalam proses pembuatan
air tersebut maupun air yang dihasilkan. Pada dasarnya ada 4
macam kontaminan yang ada dalam air.
1. Anorganik terlarut
Garam anorganik di dalam air dapat terdisosiasi membentuk
ion positip dan negatip, misalnya kalsium dan magnesium se-
bagai pembentuk kesadahan (hardness) air. Bila air diuapkan,
ion-ion ini bersama dengan ion-ion seperti karbonat, dapat dien-
Cermin Dunia Kedokteran No. 82, 1993
32
dapkan membentuk kerak (hard scale). Pembentukan kerak pada
tabung evaporator dapat mengurangi transfer panas dan akhirnya
akan mengurangi kapasitas. Untuk menghilangkan kerak ini
diperlukan zat-zat kimia pembersih.
2.
Organik terlarut
Substansi organik terlarut mencakup hasil samping berbagai
pembusukan dan semakin meningkat dengan bt.rtambahnya
produk-produk yang dihasilkan manusia seperti herbisida,
pestisida, kloramin, trihalomethane dan detergen serta berbagai
hasil bio-dekomposisi lainnya. Zat-zat organik terlarut ini dapat
mengganggu evaporasi dan sangat berpengaruh pada resin
penukar ion, karena dapat menyumbat atau melapisi tempat
pertukaran, sehingga mengurangi keefektifan deionizer.
3.
Partikel tersuspensi
Partikel terusupensi meliputi debu kerak, serabut, mineral
dan organik tak larut. Partikel-partikel ini dapat dihilangkan
dengan filtrasi dan dapat menyebabkan gangguan pada proses
distilasi maupun demineralisasi.
4.
Mikroorganisme
Kontaminan mikroorganisme dalam air untuk keperluan far-
masi mungkin dapat merupakan problem utama. Mikroorga-
nisme tertentu dapat berkembang dengan baik di dalam air.
Fig. 1 Microorganisms occurring in water (mainly after Wailhausser 1978)
Untuk mengetahui macam mikroorganisme yang terdapat dalam
air dapat dilihat pada gambar 1.
Untuk menjamin berfungsinya proses pemurnian air dengan
baik, pre-treatment air baku sangat diperlukan, terutama untuk
mengilangkan padatan tersuspensi dan untuk mengurangi
kandungan substansi organik. Umumnya problem mengenai
substansi ionogenik dapat ditangani dengan baik, namun sub-
stansi non-ionogenik seperti bakteri atau virus dapat menimbul-
kan masalah.
PURIFIKASI AIR
Di USP dinyatakan bahwa water for injection dapat dibuat
dengan distilasi atau reverse osmosis dan harus memenuhi syarat
kemumian pada purled water. Perbedaan keduanya terutama
untuk water for injection harus memenuhi batas kandungan
endotoksin bakteri.
1. "Ion-exchange"/penukar ion.
Penukar ion biasanya digunakan untuk pemurnian air yaitu
untuk memperoleh air demineral dan softened water. Demi
neralisasi dapat dilakukan dengan menggunakan penukar kation
dan anion. Setiap penukar ion dapat disusun pada kolom yang
berlainan maupun pada kolom yang sama. Penukar ion pada
umumnya menggunakan bentuk H* untuk penukar kation dan
bentuk bentuk OH- untuk penukar anion. Ion H* akan meng-
gantikan kation dalam air dan ion OH- akan menggantikan anion
dalam air. Softener digunakan untuk menghilangkan ion kalsium
dan magnesium, dan menggantinya dengan ion sodium. Proses
ini banyak digunakan untuk mereduksi hardness air sebelum
dipakai distilasi atau reverse osmosis.
2. Distilasi
Distilasi merupakan salah satu cara untuk memproduksi water
for injection. Pada prinsipnya merupakan pemanasan air sampai
mendidih dan uap aimya kemudian dilewatkan kondensor de-
ngan temperatur rendah sehingga uap terkondensasi, lalu di-
kumpulkan dan disimpan. Kelemahannya beberapa kontaminan
atau residu dapat terbawa kondensat.
Untuk mengurangi residu atau kontaminan dan gangguan
lain, diperlukan batas kandungan berbagai zat dalam air yang
digunakan antara lain :
1.
Magnesium,kalsium dan karbonat
Pada saat evaporasi ion ini dapat mengendap bersama anion
karbonat membentuk kerak hard scale. Pembentukan kerak
pada tabung evaporator tentu dapat mengurangi transfer panas
dan kapasitas.
2.
Klorid,klorin bebas dan silika
Klorid dan klorin bebas pada stainless steel dapat menye-
babkan stress corrosion cracking, terutama pada daerah sam-
bungan. Ini dapat terjadi pada konsentrasi relatip rendah.
3.
Reverse osmose (RO)
Pemurnian air menggunakan membran reverse osmosis sering
digunakan karena membran ini mampu memisahkan berbagai
Cermin Dunia Kedokteran No. 82, 1993 33
ion, partikel, garam terlarut, substansi organik, subtansi koloid
dan bakteri dari molekul air, sehingga diperoleh air berkualitas
tingi.
Osmosis merupakan proses dua larutan yang dipisahkan
membran semi permeabel, di mans air akan bergerak melalui
membran dari larutan konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi
dalam usaha menyamakan konsentrasi di kedua sisi membran.
Dengan menggunakan tekanan, proses osmosis akan berbalik,
air melalui membran akan bergerak meninggalkan larutan pekat.
Pada saat air merembes melalui membran, kotoran harus dibuang
secara terus menerus untuk mencegah pengotoran membran.
Membran yang digunakan untuk reverse osmosis biasanya
merupakan polimer komplek. Polimer yang paling lazim
digunakan yaitu Cellulose Acetate Triacetate (CA), polyamide
(PA), Thin film composite (TEC) dan Sulfon composite. (tabel 2).
konfigurasi membran RO yang paling lazim digunakan untuk
pemumian air yaitu spiral wound dan hollow fibre. Perbedaan
keduanya antara lain bahwa spiral wound dapat beroperasi pada
tekanan lebih tinggi dan lebih mudah dibersihkan, sedangkan
keuntungan hollow fibre yaitu jumlah area membran per unit
volume lebih besar. Laju air yang dihasilkan tergantung pada
sifat membran, kimiawi air yang digunakan dan kondisi operasi
seperti temperatur dan tekanan. Pretreatment air baku sangat
diperlukan untuk mengoptimasi sistem RO.
Sistem RO mempunyai 2 macam bentuk yaitu :
One pass RO
Two pass RO (TPRO)
Kemampuan sistem tersebut mengeliminasi berbagai subs-
tansi dapat dilihat pada tabel 3. Kedua sistem ini telah banyak
digunakan untuk memperoleh purified water dan WFI; selain
itu juga digunakan untuk menghasilkan airuntuk aplikasi medis
seperti hemodialisis.
Dalam usaha meningkatkan produktivitas sistem RO, Walter
S. (1984) memberikan saran untuk memperhatikan hal-hal berikut:
a. Mengeliminasi low flow areas
Area tergenang dan aliran yang lambat dapat merupakan
sumber kontaminasi bakteri dan dapat menyebabkan kesukaran
Tabel 2. Ro Membrane Environmental Characteristics.
pH
Cellulose
Acetate
4-7
Polyamide
4-9
Amide
Composite
3-10
Sulfane
Composite
2-12
Temperature
Rejection
Oxidation
Bacteria
Fluxrate
35°C
Low-Medium
Good
Good
Low-Medium
39°C
Medium
Poor
Very Good
Low
50°C
High
Poor
Exeellent
High
70C
High
Very Good
Excellent
Medium
Tabel 3. Reverse Osmosis Rejection .
One-Pass RO
Two-Pass RO
Dissolved Solids
Organics (pytogens)
Bacteria
95%
99%
99%
99%
99,99%
99.99%
pembilasan zat-zat kimia pembersih:
b. Sanitasi
Sanitasi rutin dan pemeliharaan yang tepat akan menyebabkan
kerja sistem dapat diandalkan dan kualitas air yang dihasilkan
akan konsisten. Proses pembersihan dapat dilakukan sebagai
preventif atau pencucian aktif. Zat-zat kimia yang biasa digunakan
untuk sanitasi membran RO antara lain :
Klorin, digunakan untuk membran yang stabil dalam ling-
kungan oksigen seperti CA dan polisulfon. Konsentrasi 10 mg/1
selama 30 menit, sudah merupakan cara sanitasi yang baik.
Peracetic acid, efektif untuk membran RO oxidizable-
stable dengan konsentrasi 100 mg/I selama 30 menit.
Keuntungan zat ini yaitu mudah dibilas.
Formalin, biasanya digunakan untuk membran RO yang
peka terhadap oksidasi kimia yaitu PA dan TFCRO. Formalin
efektif digunakan pada konsentrasi 1-2% selama 1 2 jam.
Kelemahan zat ini yaitu sering sukar dihilangkan dari sistem.
c. Pengontrolan
Mikroprosesor dapat digunakan untuk mengontrol sistem
RO secara terus menerus dan konsisten serta dapat mencatat
semua kondisi sistem operasi.
4. Pengelolaan
Air yang sudah diperoleh hendaknya ditangani dengan baik
sesuai dengan peruntukannya. Kontaminasi perlu dicegah karena
beberapa mikroba dapat hidup dengan baik dalam air tersebut.
Kruger (1980) telah melakukan percobaan untuk mengetahui
perilaku berbagai mikroba pada air distilasi ganda dan demineral.
Pada gambar 2 dan 3 dapat dilihat bahwa fungi dan yeast dapat
hidup pada air distilasi ganda, bahkan Achromobacter sp dan
Flavobacter sp dapat meningkatkan populasinya setelah 72 jam
inokulasi. Sedangkan E. coli dan Pseudomonas aeruginosa
populasinya menurun mendekati nol setelah 72 jam inokulasi.
Problem utama pada air distilasi ganda dalam kaitannya
dengan kontaminasi mikroba adalah pirogenitas. Substansi
pirogenik ini berhubungan sangat erat dengan kontaminasi
mikroba, seperti pernah diamati oleh Kruger (1980). Pada saat
air distilasi ganda diinokulasi 100 organisme per ml dan
disimpan pada temperatur kamar, setelah 1 2 hari ternyata
dapat menimbulkan pirogenitas pada saat diuji dengan LAL.
Perilaku berbagai mikroba pada air demineral juga diamati oleh
Kruger (1980). Dan mikroba yang digunakan, ternyata semua
dapat tumbuh dengan baik sampai 72 jam pengamatan (gb. 4).
PENUTUP
Kontaminan air dapat berupa partikel tersuspensi, substansi
terlarut atau mikroorganisme. Untuk memperoleh air yang murni,
dapat menggunakan berbagai macam cara purifikasi, tergantung
pada kegunaan air tersebuL Karena setiap cara mempunyai
kemampuan mengeliminasi kontaminan berbeda-beda. Sebagai
gambaran kemampuan mengeliminasi berbagai kontaminan
oleh berbagai proses purifikasi dapat dilihat pada tabel 4.
Air hasil proses purifikasi harus ditangani dengan baik, untuk
mencegah kontaminan terutama mikroba. Karena sedikit daja
terjadi kontaminasi dapat menyebabkan risiko pirogenitas.
Cermin Dunia Kedokteran No. 82, 1993
34
Table 4. Water. purification process comparison
Note :
E Excellent - capable of complete or total removal
G Good - capable of removing large percentages
P Poor, little or no removal
(1)
Actived carbon will remove chlorine by absorption
(2)
Special grades of carbon are available which exhibit excellent trace organic
removal capabilities
(3)
Will remove organics based on molecular weight cutoff of ultrafilter mem-
brane
(4)
Certain UV oxidation systems have been specifically designed to exhibit
excellent trace organic removal capabilities. These are not tobeconfused
with UV sterilizers
(5)
UV systems, while not physically removing bacteria, may have bactericidal
or bacteriostatic capabilities limited by intensity, contact time and flowrate
KEPUSTAKAAN
1.
Ultrafiltration or reverse osmosis for low bacteria count water for purified
water. Hartech.
2.
The United States Pharmacopea 21st. rev. Rockville USP Convention, Inc.
1984.
3.
Groves MJ. Parenteral Products, London: William Heinemann Medical
Books Ltd. 1973 : 48 - 166.
4.
Kruger D. Water as Source of Microbial Contamination-a New Possible
Method of Influence. Part I. Drug Made in German 1980; 23 (1) : 16 - 20.
5.
Mahoney RF. Distillation Pretreatment Equipment Considerations, Pharma-
ceutical Engineering, 1984; March - April : 26 - 32.
6.
Marquadi K. State of the An in Ultra - Pure Water Technology - New
Trends, Drug Made in German, 1985; 28 (2) : 82 - 94.
7.
Rossler R. Water and Air, two important Media in the Manufacture of
Sterile Pharmaceuticals, with regard to the GMP, Drug Made in German,
1976 ; 19 (4) t 130 - 6.
8.
Standnisky W. Reverse Osmosis, Technology and Systems for Water Purifi-
cation, Pharmaceutical Engineering, 1984 : March - April : 34 - 6.
Men's natures are all -alike; it is their habit that carry them apart
(Confucius)