digital 20308615 s42559 pengaturan laju
Post on 19-Dec-2015
34 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
UNIVERSITAS INDONESIA
PENGATURAN LAJU HISAP FILTER DALAM SISTEM
PRODUKSI BIOMASSA Nannochloropsis sp. MENGGUNAKAN
TEKNIK FILTRASI KONTINYU DALAM ALIRAN
SIRKULASI KULTUR MEDIA
SKRIPSI
GESTI APRILIA FITRIANI
0806319652
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPOK
JUNI 2012
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
PerpustakaanNoteSilakan klik bookmarks untuk melihat atau link ke hlm
-
ii Universitas Indonesia
UNIVERSITAS INDONESIA
PENGATURAN LAJU HISAP FILTER DALAM SISTEM
PRODUKSI BIOMASSA Nannochloropsis sp. MENGGUNAKAN
TEKNIK FILTRASI KONTINYU DALAM ALIRAN
SIRKULASI KULTUR MEDIA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik
di Departemen Teknik Kimia FTUI
GESTI APRILIA FITRIANI
0806319652
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPOK
JUNI 2012
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
iii Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
iv Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
v Universitas Indonesia
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat pada
waktunya. Berkat rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan makalah seminar
dengan judul Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Sistem Produksi
Biomassa Nannochloropsis sp. Menggunakan Teknik Filtrasi Kontinyu
dalam Aliran Sirkulasi Kultur Media untuk memenuhi tugas skripsi, salah
satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai
pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah
sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
(1) Ir. Dianursanti, MT selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan
waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan
skripsi ini;
(2) Ir. Rita Arbianti, M.Si., selaku dosen pembimbing akademik yang telah
menyediakan waktu dan membantu permasalahan akademik perkuliahan
selama ini;
(3) Ir. Yuliusman M.Eng selaku kordinator skripsi Teknik Kimia FTUI;
(4) Para dosen Departemen Teknik Kimia FTUI yang telah memberikan ilmu
dan wawasannya;
(5) Orangtua yang selalu memberi dukungan dan semangat selama
mengerjakan skripsi ini di rumah;
(6) Rekan satu bimbingan: Destya Nilawati, Prima A., Ingrid C. E. Inthe,
Harnadiemas F., Prima Ernest, Nimatulloh, dan Bhakti Yoga yang sudah
membantu dalam pencarian sumber dan saling bertukar wawasan serta
informasi yang ada;
(7) Ius Pratama selaku laboran yang membimbing kami selama penelitian di
Laboratorium Rakayasa Bioproses;
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
vi Universitas Indonesia
(8) Yunia Selviliana selaku teman terdekat saya yang selalu memberi semangat
dan kasih sayangnya kepada saya;
(9) Semua teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu demi satu, yang
selalu memberikan informasi dan bantuan semangat;
(10) Semua pihak yang telah membantu penyusunan makalah skripsi ini secara
langsung maupun tidak langsung;
Penulis menyadari bahwa dalam makalah skripsi ini masih terdapat
banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran
yang membangun sehingga dapat menyempurnakan skripsi ini dan
melaksanakan perbaikan di masa yang akan datang. Semoga tulisan ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca dan bagi dunia pendidikan dan ilmu
pengetahuan.
.
Depok, 11 Juli 2012
Penulis
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
vii Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
viii Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama : Gesti Aprilia Fitriani
Program Studi : Teknologi Bioproses
Judul : Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Sistem Produksi Biomassa
Nannochloropsis sp. Menggunakan Teknik Filtrasi Kontinyu
dalam Aliran Sirkulasi Kultur Media
Topik penelitian mengenai mikroalga menjadi perhatian utama para ilmuwan
karena kemampuannya terhadap fiksasi CO2 dan juga kandungan biomassa yang
dapat dimanfaatkan dalam berbagai kepentingan. Mikroalga yang diusulkan pada
penelitian ini adalah Nannochloropsis sp. karena merupakan salah satu mikroalga
yang potensial dan memiliki kandungan biomassa yang besar. Fokus penelitian ini
adalah peningkatan produksi biomassa dengan mengatur laju hisap filter pada
perlakuan teknik filtrasi kontinyu dalam sistem kultivasi Nannochloropsis sp.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam rangka upaya meningkatkan
produktivitas biomassa Nannochloropsis sp. pada ukuran reaktor yang lebih besar,
teknik filtrasi kontinyu terbukti berhasil meningkatkan produksi biomassa hingga
1,71 kali dari proses kultivasi kontrol (tanpa filtrasi).
Kata kunci:
Nannochloropsis sp., produksi biomassa, Teknik Filtrasi, sistem kultivasi,
fotobioreaktor
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
ix Universitas Indonesia
ABSTRACT
Name : Gesti Aprilia Fitriani
Study Program : Teknologi Bioproses
Title : Arrangement of Filter Suction Rate in Biomass Production
Using Continuous Filtration Technique in Media Culture
Circulation Flow
Topics of research on microalgae major concern scientists because of its
ability to CO2 fixation and also the content of the biomass that can be utilized in a
variety of interests. Microalgae are proposed in this study were Nannochloropsis
sp. because it is one of the potential of microalgae and has a large biomass
content. The focus of this study is the increase in biomass production by
regulating the rate of suction filter in the treatment of continuous filtration
techniques in the cultivation system of Nannochloropsis sp. The results showed
that in an effort to increase the biomass productivity of Nannochloropsis sp. on
the size of the larger reactor, continuous filtration technique proved successful in
increasing the production of biomass to 1.71 times that of the control cultivation.
Key words:
Nannochloropsis sp., biomass production, filtration method, cultivation system,
photobioreactor
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
x Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS iii
HALAMAN PENGESAHAN iv
KATA PENGANTAR v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS
AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS vii
ABSTRAK viii
ABSTRACT ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiii
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 5 1.3. Tujuan Penelitian 5 1.4. Batasan Masalah 5 1.5. Sistematika Penulisan
5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1. Mikroalga Nannochloropsis sp. 7 2.2. Fotobioreaktor 9 2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga 10 2.3.1. Fase Tunda (Lag Phase) 10 2.3.2. Fase Eksponensial (Log Phase) 10 2.3.3. Fase Penurunan Laju Pertumbuhan 11 2.3.4. Fase Stasioner 11 2.3.5. Fase Kematian 11 2.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan
Nannochloropsis sp.
12
2.4.1. Jenis Medium/Nutrisi 12 2.4.2. Pencahayaan 12 2.4.3. Kondisi Operasi 13 2.5. Fotosintesis Pada Mikroalga 15 2.5.1. Definisi Fotosintesis 15 2.5.2. Proses Fotosintesis 15 2.6. Teknik Filtrasi 18
BAB 3 METODE PENELITIAN 21
3.1. Diagram Alir Penelitian 21 3.2. Alat dan Bahan Penelitian 22 3.3. Variabel dalam Penelitian 23
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
xi Universitas Indonesia
3.3.1. Variabel Bebas 23 3.3.2. Variabel Terikat 23 3.3.3. Variabel Tetap 23 3.4. Prosedur Penelitian 24 3.4.1. Tahap Perangkaian Fotobioreaktor 24 3.4.2. Sterilisasi Peralatan 24 3.4.3. Pembuatan Medium Walne 25 3.4.4. Pembiakan Kultur Murni 26 3.4.5. Penentuan Jumlah Inokulum Nannochloropsis sp. 26 3.4.6. Pembuatan Kurva Kalibrasi 28 3.4.7. Pelaksanaan Penelitian 28 3.4.8. Pengambilan Data 29 3.5. Pengolahan Data
30
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 36
4.1. Pembahasan Umum 36 4.2. Data Penelitian 38 4.2.1. Penentuan Laju Hisap Filter 38 4.2.2. Pengaruh Perlakuan Filtrasi Terhadap Pertumbuhan
Nannochloropsis sp.
40
4.2.2.1. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Berat Kering Sel
(X)
40
4.2.2.2. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan
()
42
4.2.2.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap [HCO3
-] dalam
medium
43
4.2.2.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Fiksasi CO2 oleh
Nannochloropsis sp.
45
4.2.2.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap CTR oleh
Nannochloropsis sp.
45
4.2.2.6. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap qCO2 oleh
Nannochloropsis sp.
47
4.2.3. Analisis Kandungan Biomassa dari Sel Nannochloropsis sp. Hasil Kultivasi
48
BAB 5 KESIMPULAN 50
5.1. Kesimpulan 50 5.2. Saran 51
DAFTAR PUSTAKA 52
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
xii Universitas Indonesia
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Nannochloropsis sp. 7
Gambar 2.2. Ilustrasi Morfologis Sel Nannochloropsis sp. 8
Gambar 2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga 10
Gambar 2.4. Fotosintesis Pada Mikroalga 15
Gambar 2.5. Proses Reaksi Terang 15
Gambar 2.6. Siklus calvin 15
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian 21
Gambar 3.2. Skema peralatan 24
Gambar 4.1. Berat Kering Sel (X) pada Berbagai Laju Hisap Filter 39
Gambar 4.2. Laju Pertumbuhan Maksimum (max) pada Berbagai Laju
Hisap Filter 40
Gambar 4.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap Berat Kering Sel Nannochloropsis sp. 41
Gambar 4.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan Nannochloropsis sp. 43
Gambar 4.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap [HCO3-] Nannochloropsis sp.
44
Gambar 4.6. Konsentrasi CO2 yang Masuk dan Keluar pada Metode Filtrasi
dan Kontrol 45
Gambar 4.7. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi dan Kontrol terhadap CTR Nannochloropsis sp. 46
Gambar 4.8. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi dan Kontrol terhadap qCO2 Nannochloropsis sp. 47
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
xiii Universitas Indonesia
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Komposisi Biomassa Mikroalga 2
Tabel 1.2. Beberapa Jenis Produk Berbasis Mikroalga 2 Tabel 1.3. Kandungan Biomassa Mikroalga Nannochloropsis sp. 3
Tabel 2.1. Perbandingan Antara Penggunaan Sistem Open Pond dengan
Sistem Photobioreactor 9
Tabel 2.2. Jejak Rekam Penelitian Budidaya Alga dalam Sistem Filtrasi 20
Tabel 3.1. Komposisi Walne 26
Tabel 3.2. Penentuan kadar protein dengan metode Lowry 32
Tabel 4.1. Hasil Uji Kandungan Biomassa Nannochloropsis sp. 48
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
1 Universitas Indonesia
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Topik penelitian tentang mikroalga telah menjadi perhatian utama di
kalangan ilmuwan beberapa tahun belakangan ini dalam rangka mengurangi efek
pemanasan global. Mikroalga pada tahun-tahun mendatang diprediksi akan
semakin menonjol mengingat semakin banyak pihak yang tertarik pada
pembudidayaan mikroorganisme fotosintetik ini. Selain karena mempunyai nilai
ekonomi yang tinggi, mikroalga mudah didapat dan dikembangkan. FBR
(fotobioreaktor) merupakan reaktor yang dirakit dari bahan tembus pandang
yang dilengkapi dengan instalasi suplay media dan emisi gas untuk membudidaya
mikroalga dalam rangka penyerapan gas CO2. Teknologi FBR yang diterapkan
pada mikroalga dinilai efektif mereduksi emisi CO2 karena kemampuan mikroalga
dalam mengabsorbsi CO2 dalam proses fotosintesisnya (Chen et al., 2006).
Beberapa keuntungan penggunaan mikroalga dalam proses pengolahannya
berjalan alami seperti prinsip ekosistem alam sehingga sangat ramah
lingkungan dan tidak menghasilkan limbah sekunder. Keunggulan lainnya
adalah pada proses ini daur ulang nutrien berjalan sangat efisien dan
menghasilkan biomassa (protein, karbohidrat, protein, klorofil, beta karoten, dan
mineral) yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan (De la noue et
al., 1992). Tabel 1.1 dan 1.2 merupakan total biomass dari beberapa mikroalga
dan manfaat biomassa mikroalga.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
2
Universitas Indonesia
Tabel 1.1. Komposisi Biomassa Mikroalga
Mikroalga Komposisi biomassa (% bobot kering)
Protein Karbohidrat Lemak
Scenedesmus obliquus 50-56 10-17 12-14
Chlorella vulgaris 51-58 12-17 14-22
Spirogyra sp. 6-20 33-64 11-21
Nannochloropsis sp. 52,11 16 27,64
Dunaliella salina 57 32 6
Tetraselmis maculata 52 15 3
Spirulina platensis 46-63 8-14 4-9
Spirulina maxima 60-71 13-16 6-7 (Sumber: Becker, 1994 dan Riedel, 2008)
Tabel 1.2. Beberapa Jenis Produk Berbasis Mikroalga
Produk Aplikasi
Biomassa Biomassa Makanan sehat
Functional food
Pakan tambahan
Aquakultur
Remediasi tanah
Pewarna dan
antioksidan
Xantofil
Lutein
-karoten Vitamin C dan E
Makanan tambahan
Pakan tambahan
Kosmetik
Asam lemak
(fatty acid)
Arachidonic acid (AA)
Eicosapentaenoic acid (EPA)
Docosahexaenoic acid (DHA)
-linoleic acid (GLA) Linoleic acid (LA)
Makanan tambahan
Polimer Polisakarida
Pati
Makanan tambahan
Pakan tambahan (Sumber: Spolaore, P., et al., 2006)
Pada penelitian yang diusulkan, mikroalga yang digunakan adalah
Nannochloropsis sp., salah satu spesies potensial yang tergolong dalam Family
Eustigmatophyceae karena kandungan biomassa yang tinggi apabila dibandingkan
dengan mikroalga lain. Tabel 1.2. di bawah ini menjelaskan tentang persentase
kandungan biomassa dari mikroalga Nannochloropsis sp.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
3
Universitas Indonesia
Tabel 1.3. Kandungan Biomassa Mikroalga Nannochloropsis sp.
Komposisi % dari berat kering mg dari 100 g berat kering
Lipid 18,4
Protein 28,8
Karbohidrat 37,6
Mineral:
Ca 972
K 533
Na 659
Mg 316
Zn 103
Fe 136
Mn 3,4
Cu 35
Ni 0,22
Co < 0,1 (Sumber: M. M. Rebolloso-Fuentes et al, 2001)
Dengan demikian, dengan adanya pembudidayaan mikroalga
Nannochloropsis sp. ini dapat membawa dampak yang positif untuk menghasilkan
biomassa yang dapat dijadikan sumber alternatif dan juga fiksasi CO2. Dalam
pertumbuhannya mikroalga Nannochloropsis sp. memanfaatkan energi cahaya
menjadi energi ATP dan pembentukan senyawa karbon Setiap jenis mikroalga
memiliki kekhasan tersendiri dalam menunjukkan kepekaannya terhadap sistem
pencahayaan yang diberikan, yang ditunjukkan melalui kemampuan memproduksi
biomassanya. Oleh karena itu, cahaya merupakan faktor penting untuk
pertumbuhan Nannochloropsis sp.
Pada saat mengkultur mikroalga dalam fotobioreaktor, efek self-shading
(peristiwa penutupan satu sel oleh sel lain yang menyebabkan tidak meratanya
cahaya dan CO2 yang didapatkan mikroalga) dalam kultur akan tercapai pada
rentang waktu tertentu. Hal itu dapat mengakibatkan laju pertumbuhan tidak
maksimum. Pada penelitian sebelumnya, mikroalga Chlorella vulgaris dikultivasi
dengan intensitas cahaya tetap serta tanpa perlakuan apapun, dan biomassa yang
diproduksi pada jam ke-100 sebesar 3,13 g/L (Rachma N, 2008).
Pada penelitian ini akan difokuskan upaya peningkatan produksi biomassa
dengan menggunakan teknik filtrasi kontinyu dimana merupakan teknik
memerangkap sel secara kontinyu untuk meminimalkan adanya pengaruh self-
shading yang terjadi saat kultivasi. Perlakuan ini bertujuan untuk mengatur
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
4
Universitas Indonesia
densitas sel dalam kultur mikroalga yang dapat meratakan pemberian cahaya dan
dapat mencukupi kebutuhan sel selama kultivasi. Perlakuan serupa juga pernah
dilakukan oleh Rachma pada tahun 2008 dengan perlakuan filtrasi dan berhasil
meningkatkan biomassa sebesar 1,22 kali lipat dari perlakuan tanpa filtrasi.
Selain perlakuan filtrasi, pada penelitian ini juga akan dilakukan pengaturan
laju hisap filter pada aliran sirkulasi kultur media. Perlakuan ini akan dilakukan
variasi laju hisap filter yang terus ditingkatkan sesuai dengan peningkatan
pertumbuhan mikroalga pada fotobioreaktor. Hal ini dilakukan untuk mengurangi
terjadinya penutupan sel satu dan lainnya yang terjadi pada kultur dan juga
menjaga agar cahaya yang diberikan dapat terserap baik oleh sel Nannochloropsis
sp. Pengaturan laju hisap filter ini akan mempengaruhi besarnya sel yang
terperangkap di dalam filter yang dapat mempengaruhi kepadatan sel, sehingga
intensitas cahaya yang selalu konstan dapat mereduksi penggunaan cahaya serta
didapatkan laju pertumbuhan yang maksimum (Heru D, 2010) dan juga
diharapkan mikroalga Nannochloropsis sp. dapat tersaring lebih optimal sehingga
kemungkinan mikroalga untuk lolos dari penyaringan sangat kecil.
Di Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia, perlakuan yang sama
pernah dilakukan oleh Dianursanti pada tahun 2009 pada mikroalga Chlorella
vulgaris. Hasil yang didapat dengan perlakuan filtrasi secara kontinyu dalam
fotobioreaktor menghasilkan peningkatan produksi yang lebih besar yaitu sebesar
1,25 kali dari proses kultivasi kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan
filtrasi telah berhasil mengatur kondisi densitas sel sedemikian rupa sehingga
intensitas cahaya yang diberikan dapat tetap mencukupi kebutuhan sel selama
proses kultivasi. Dalam hal ini, dapat pula dikatakan bahwa perlakuan filtrasi ini
terbukti dapat meminimalkan efek self-shading.
Penelitian ini dilakukan tidak hanya berhenti pada peningkatan produksi
biomassa, namun juga akan dilakukan pengujian kandungan biomassa dari
mikroalga Nannochloropsis sp. untuk mengetahui efek dari perlakuan metode
filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter terhadap peningkatan jumlah mikroalga
Nannochloropsis sp. Diharapkan dari hasil penelitian ini dapat dijadikan salah
satu bahan acuan untuk diterapkan dalam skala yang lebih besar atau skala
industri.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
5
Universitas Indonesia
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, hal yang menjadi permasalahan adalah
bagaimana menentukan laju hisap filter optimum agar kondisi densitas sel
Nannochloropsis sp. dalam filter dapat dijaga pada intensitas cahaya yang
diberikan dan menghasilkan produk biomassa yang besar dan juga fiksasi CO2
yang efisien?
1.3. Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah, tujuan dari penelitian ini,
yaitu:
Mendapatkan laju hisap filter optimum untuk meningkatkan produksi
biomassa Nannochloropsis sp.
Mendapatkan biomassa Nannochloropsis sp. yang optimum dengan
menggunakan teknik filtrasi kontinyu.
Menguji kandungan biomassa Nannochloropsis sp. pada perlakuan teknik
filtrasi kontinyu.
1.4. Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini, yaitu:
Jenis mikroalga yang digunakan pada penelitian ini adalah Nannochloropsis
sp.
Jenis medium yang digunakan adalah Walne.
Sistem reaktor yang digunakan adalah fotobioreaktor tunggal dengan volume
18 L.
Metode pencahayaan yang digunakan adalah pencahayaan kontinyu.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan adalah sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
6
Universitas Indonesia
Pada bab pendahuluan ini terdiri atas latar belakang, rumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika
penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka
Tinjauan pustaka berisikan ulasan mengenai Nannochloropsis sp.,
fotobioreaktor, fotosintesis, dan metode pemanenan.
Bab III Metode Penelitian
Pada bab ini berisi tentang diagram alir penelitian, alat dan bahan
yang digunakan, dan prosedur penelitian.
Bab IV Pembahasan
Bab ini berisikan mengenai analisis penelitian, baik dari data yang
diperoleh, hasil pengamatan dan pembahasan untuk tiap metode
pemanenan serta pengaruhnya terhadap nutrisi yang dikandung.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab kesimpulan dan saran terdiri atas kesimpulan yang dapat
ditarik dari penelitian ini dan saran yang dapat diberikan untuk
penelitian selanjutnya.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
7 Universitas Indonesia
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mikroalga Nannochloropsis sp.
Mikroalga adalah alga kecil (ukuran 2-20m) berupa tanaman talus yang
memiliki klorofil sehingga mampu melakukan fotosintesis. Mikroalga
bereproduksi secara aseksual melalui pembelahan sel. Mikroalga terdiri dari
banyak spesies yang hampir semuanya merupakan organisme akuatik. Mikroalga
ini banyak dikultur diberbagai negara terutama negara yang memiliki industri
akuakultur seperti Indonesia, Thailand, Taiwan, Jepang, Ekuador dan beberapa
negara di kawasan benua Eropa. Terdapat begitu banyak spesies dari mikroalga,
diantaranya adalah Nannochloropsis sp.
Nannochloropsis sp. adalah alga bersel satu yang termasuk dalam kelas
Eustigmatophyceae yang di kenal sebagai marine chlorella dan umumnya
dibudidayakan di pembenihan-pembenihan ikan sebagai pakan rotifer.
Nannochloropsis sp. mempunyai peranan penting dalam suatu kegiatan
pembenihan karena kandungan nutrisinya yang tinggi (Wisnu, 2006).
Gambar 2.1. Nannochloropsis sp.
(Sumber: Diadi Diouf et al., n.d)
Klasifikasi sel Nannochloropsis sp. digolongkan sebagai berikut (Adehoog,
2001 dan Fitzsimmons, 2001):
Kingdom : Protista
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
8
Universitas Indonesia
Super Divisi : Eukaryotes
Divisi : Chromophyta
Sub Divisi : Alga
Kelas : Eustigmatophyceae
Genus : Nannochloropsis
Spesies : Nannochloropsis sp.
Ilustrasi morfologi Nannochloropsis sp. dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.2. Ilustrasi Morfologis Sel Nannochloropsis sp.
(Sumber: Waggoner dan Speer, 1999)
Sel Nannochloropsis sp. berukuran 2 - 4 mikron, berwarna hijau, bentuk bulat
memanjang, memiliki kloroplas yang mengandung klorofil a dan c serta pigmen
fucoxanthin (Reed Mariculture Inc., 2001). Dinding sel Nannochloropsis sp.
terbuat dari komponen selulosa yang kuat dan merupakan karbohidrat komplek
yang bermanfaat untuk mengikat zat-zat toksik sehingga dapat dikeluarkan dari
dalam tubuh serta mempunyai kemampuan mengikat aktivitas sistem kekebalan
tubuh, juga memiliki 2 flagel (heterokontous) yang salah satu flagel berambut
tipis, sehingga dapat bergerak aktif (Waggoner dan Speer, 1999). Sel
Nannochloropsis sp. memiliki kloroplas dan nukleus yang dilapisi oleh membran
dan tidak selalu terdapat di perairan umum. Kloroplas ini memiliki stigma (bintik
mata) di sitoplasma yang sensitif terhadap cahaya (Bold dan Wynne, 1985). Sel
Nannochlorpsis sp. berkembang baik secara aseksual dengan cara pembelahan sel
atau pemisahan autospora dari sel induknya dan mempunyai toleransi terhadap
lingkungan sangat tinggi. Menurut Wahyuni et al. (2001), bahwa sel
Nannochloropsis sp. tumbuh dengan baik dengan pH 7-9 dengan kekuatan cahaya
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
9
Universitas Indonesia
5000-200.000 lux (sesuai dengan volume budidaya), suhu 23-36oC dan salinitas
15-45 ppt.
2.2. Fotobioreaktor
Fotobioreaktor adalah reaktor yang digunakan sebagai tempat
perkembangbiakan mikroalga yang dirancang dengan sistem yang diberikan
pencahayaan. Fotobioreaktor dibagi menjadi dua sistem berdasarkan letak
penempatannya, yaitu sistem terbuka dan tertutup. Fotobioreaktor terbuka
beroperasi di luar ruangan, yang biasanya berupa kolam, danau, lagun, atau kolam
buatan, sedangkan fotobioreaktor tertutup dilakukan di dalam ruangan.
Fotobioreaktor tertutup memiliki berbagai bentuk dan ukuran, seperti tubular, flat
plate, dan kolom. Berikut adalah tabel perbandingan kelebihan dan kekurangan
sistem fotobioreaktor (Tabel 2.2.):
Tabel 2.1. Perbandingan Antara Penggunaan Sistem
Open Pond dengan Sistem Photobioreactor
Faktor Open pond Photobioreactor
Ruang yang dibutuhkan Tinggi Rendah
Kehilangan air Sangat tinggi Rendah
Kehilangan CO2 Tinggi Rendah
Konsentrasi O2 Rendah Tinggi, terjadi build up
Temperatur Bervariasi Membutuhkan pendingin
Pembersihan Tidak perlu Perlu
Kontaminasi Tinggi Tidak ada
Kualitas biomassa Bervariasi Tergantung produksi
Evaporasi Tinggi Tidak ada
Biaya pemanenan Tinggi Lebih rendah
Kebutuhan energi (W) 4000 1800 (Sumber: Harun R. et al., 2010)
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
10
Universitas Indonesia
2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga
Gambar 2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga
(Sumber: Wirosaputro, 2002)
2.3.1. Fase Tunda (Lag Phase)
Lag phase adalah suatu tahap setelah pemberian inokulum ke dalam media
kultur dimana terjadi penundaan pertumbuhan yang dikarenakan Nannochloropsis
sp. memerlukan pembelahan. Pada fase ini laju pertumbuhan spesifik adalah pada
level sub-maksimum yang sering diamati. Pertumbuhan lag terjadi karena adanya
sel non viable dan spora dalam inokulum. Pertumbuhan lag terjadi karena adanya
masa adaptasi fisiologis akibat perubahan kondisi nutrisi untuk alga. Fase lag tida
terjadi dalam kultivasi jika inokulum yang digunakan sudah berada pada fase
eksponensial.
Dalam fase ini tidak terjadi pertambahan jumlah sel. Fase ini adalah fase
penyesuaian yaitu suatu masa ketika sel-sel kekurangan metabolit dan enzim
akibat dari keadaan tidak menguntungkan dalam pembiakan terdahulu,
menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru. Enzim-enzim dan zat antara
terbentuk dan terkumpul sampai konsentrasi yang cukup untuk kelanjutan
pertumbuhan.
2.3.2. Fase Eksponensial (Log Phase)
Pada fase ini, sel-sel membelah dengan cepat dan terjadi pertambahan
dalam jumlah sel. Selam fase ini, sel-sel berada dalam keadaan yang stabil. Bahan
L
og
Ju
mla
h S
el
Fas
e L
ag
Fas
e L
og
Fas
e P
enuru
nan L
aju
Per
tum
bu
han
Fas
e S
tasi
oner
Fas
e K
em
atia
n
Waktu
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
11
Universitas Indonesia
sel baru terbentuk dengan konstan dan massa bertambah secara eksponensial. Hal
ini bergantung dari satu atau dua hal yang terjadi, yaitu apabila zat makanan
dalam pembenihan habis maka hasil metabolisme yang beracun akan tertimbun
dan menghambat pertumbuhan. Kultur dalam fase pertumbuhan eksponensial
tidak hanya berada dalam keseimbangan pertumbuhan tetapi jumlah dari sel-sel
dalam kultur ini bertambah dengan kecepatan yang relatif konstan.
2.3.3. Fase Penurunan Laju Pertumbuhan
Pada fase ini, tetap terjadi pertambahan sel namun laju pertumbuhannya
menurun. Hal ini dikarenakan terjadinya kompetisi yang sangat tinggi di dalam
media hidup karena zat makanan yang tersedia tidak sebanding dengan jumlah
populasi akibat dari pertambahan yang sangat cepat pada fase eksponensial
sehingga hanya sebagian dari populasi yang mendapatkan makanan yang cukup
dan dapat tumbuh serta membelah.
2.3.4. Fase Stasioner
Fase stasioner adalah fase pemberhentian pertumbuhan. Pada fase ini,
jumlah sel kurang lebih tetap. Hal ini disebabkan oleh habisnya nutrisi dalam
medium atau karena menumpuknya hasil metabolisme yang beracun sehingga
mengakibatkan pertumbuhan berhenti. Dalam kebanyakan kasus, pergantian sel
terjadi dalam fase stasioner, dimana adanya kehilangan sel yang lambat karena
kematian yang diimbangi dengan pembentukan sel-sel yang baru melalui
pembelahan. Bila hal ini terjadi, maka jumlah sel akan bertambah secara lambat,
meskipun jumlah sel hidup tetap.
2.3.5. Fase Kematian (Death Phase)
Dalam fase ini, jumlah populasi ini menurun. Selama fase ini, jumlah sel
yang mati per satuan waktu secara perlahan-lahan bertambah dan akhirnya
kecepatan sel-sel yang mati menjadi konstan.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
12
Universitas Indonesia
2.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Nannochloropsis sp.
2.4.1. Jenis Medium/Nutrisi
Seperti halnya makanan pada manusia, medium perkembangbiakkan pada
alga merupakan tempat diserapnya nutrisi bagi pertumbuhan alga yang nantinya
akan mempengaruhi metabolisme pada alga. Agar Nannochloropsis sp. dapat
hidup, maka medium pembiakannya harus memiliki berbagai nutrisi yang
diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Terdapat berbagai jenis
medium yang dapat digunakan sebagai media hidup mikroalga hijau
Nannochloropsis sp., seperti Walne, Guillard f/2, dan lain sebagainya. Semua
jenis medium tersebut memiliki kandungan unsur hara yang dibutuhkan untuk
pertumbuhan mikroalga hijau Nannochloropsis sp., seperti N, P, K, S, Ca dan
mineral lainnya. Kebutuhan unsur hara bagi kehidupan alga secara garis besar
terbagi dua, yaitu unsur hara makro dan unsur hara mikro. Unsur hara makro
terdiri dari N, P, K, S, Na, Si, dan Ca, sedangkan unsur hara mikro terdiri dari Fe,
Zn, Mn, Cu, Mg, Mo, Co, dan B. Unsur N, P, dan Fe dapat meningkatkan
kenaikan jumlah sel. Sulfur dapat membantu akselerasi pembelahan sel,
sedangkan Mg dan Fe membantu meningkatkan klorofil. Menurut Richmond, A.
E. (1990), kekurangan unsur P dapat menurunkan kadar protein dan klorofil a,
akan tetapi dapat meningkatkan karbohidrat.
2.4.2. Pencahayaan
Cahaya merupakan faktor utama yang mempunyai peranan penting untuk
pertumbuhan mikroalga sebagai sumber energi untuk pertumbuhan mikroalga dan
fotosintesis. Intensitas yang baik bagi mikroalga untuk melakukan fotosintesis
berkisar antara 2000 - 3000 lux. Cahaya matahari yang diperlukan oleh mikroalga
dapat diganti oleh lampu TL. Penggunaan cahaya yang berasal dari lampu TL
karena didasari oleh kebutuhan intensitas cahaya pada penelitian ini dimana jika
cahaya pada lampu TL dapat diatur sesuai dengan intensitas yang dibutuhkan.
Selain itu lampu TL mempunyai kestabilan intensitas cahaya jika dibandingkan
dengan cahaya yang bersumber dari cahaya matahari. Faktor pencahayaan terbagi
menjadi tiga bagian, yaitu pencahayaan kontinu, pencahayaan alterasi dan
pencahayaan gelap-terang (fotoperiodesitas). Sebenarnya faktor pencahayaan ini
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
13
Universitas Indonesia
juga dapat dibagi lagi menjadi pencahayaan dengan panjang gelombang tertentu
dan pencahayaan dengan intensitas tertentu. Namun, kali ini hanya akan dibahas
mengenai pencahayaan dengan intensitas tertentu.
1. Pencahayaan Kontinu
Istilah pencahayaan kontinyu adalah Nannochloropsis sp. yang diiluminasi
dengan cahaya tampak secara terus-menerus hingga mencapai fase stationernya.
Menurut penelitian yang telah dilakukan, perlakuan ini memberikan hasil laju
pertumbuhan yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pencahayaan gelap-
terang (fotoperiodesitas).
2. Pencahayaan Terang-Gelap
Istilah pencahayaan terang-gelap adalah Nannochloropsis sp. yang
diiluminasi dengan cahaya tampak (370-900 nm) dengan mengatur kondisi terang
selama 8 jam dan kondisi gelap selama 16 jam, seperti kondisi alami (periode
cahaya matahari). Dari penelitian yang telah dilakukan, perlakuan ini memberikan
efisiensi cahaya yang paling besar dibandingkan dengan pencahayaan kontinu,
namum laju pertumbuhannya masih sedikit di bawah pencahayaan kontinu.
3. Pencahayaan Alterasi
Alterasi adalah perubahan perlakuan cahaya kontinu dengan memberikan
intensitas cahaya yang semakin tinggi seiring dengan pertambahan jumlah sel dari
dalam penelitian ini. Perlakuan pencahayaan alterasi didasarkan pada semakin
banyaknya jumlah sel biomassa dari Nannochloropsis sp. maka kultur akan
semakin pekat, sehingga cahaya yang diberikan tidak lagi diterima secara merata
oleh semua sel (terbatas pada sel yang ada di depan sumber cahaya). Usaha ini
telah dibuktikan dapat meningkatkan laju pertumbuhan optimal dan menghasilkan
biomassa dengan jumlah yang lebih tinggi dibandingkan dengan pencahayaan
kontinu tanpa alterasi pada cyanobacterium A. Cylindrica (Wijanarko, 2003).
2.4.3. Kondisi Operasi
1. Karbondioksida (CO2) dan Oksigen (O2)
Karbondioksida diperlukan oleh fitoplankton untuk memenbantu proses
fotosintesis. Karbondioksida dengan kadar 1-2 % biasanya sudah cukup
digunakan dalam kultur fitoplankton dengan intensitas cahaya yang rendah. Kadar
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
14
Universitas Indonesia
karbondioksida yang berlebih dapat menyebabkan pH kurang dari batas optimum
sehingga akan berpengaruh terhadap pertumbuhan fitoplankton (Taw, 1990).
Selain karbon dioksida, oksigen juga diperlukan untuk proses respirasi pada
mikroorganisme tidak dapat berfotosintesis jika tidak terdapat cahaya sebagai
sumber energi hingga diperlukan juga udara dari luar sebagai sumber oksigen
dalam proses respirasi.
2. pH
Derajat keasaman atau pH digambarkan sebagai keberadaan ion hidrogen.
Variasi pH dapat mempengaruhi metabiolisme dan pertumbuhan kultur mikroalga
antara lain mengubah keseimbangan karbon anorganik, mengubah ketersediaan
nutrien dan mempengaruhi fisiologi sel. Kisaran pH untuk kultur alga biasanya
antara 7-9, kisaran optimum untuk alga laut berkisar antara 7,8-8,5. Secara umum
kisaran pH yang optimum pada kultur Nannochloropsis sp. antara 7-9. Untuk
mencegah perubahan pH media dalam kultur alga, perlu ditambahkan EDTA
(Ethyl Diamine Tetra Acetat) ke dalam media, hal ini disebabkan karena EDTA
dapat berfungsi sebagai buffer sehingga pH menjadi stabil.
3. Temperatur
Suhu merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan
fitoplankton. Perubahan suhu berpengaruh terhadap proses kimia, biologi dan
fisika, peningkatan suhu dapat menurunkan suatu kelarutan bahan dan dapat
menyebabkan peningkatan kecepatan metabolisme dan respirasi fitoplankton
diperairan. Secara umum suhu optimal dalam kultur fitoplankton berkisar antara
20-24oC. Suhu dalam kultur diatur sedemikian rupa bergantung pada medium
yang digunakan. Suhu di bawah 16oC dapat menyebabkan kecepatan pertumbuhan
turun, sedangkan suhu diatas 36oC dapat menyebabkan kematian. Beberapa
fitoplankton tidak tahan terhadap suhu yang tinggi. Pengaturan suhu dalam kultur
fitoplankton dapat dilakukan dengan mengalirkan air dingin ke botol kultur atau
dengan menggunakan alat pengatur suhu udara (Taw, 1990). Temperatur optimum
bagi perkembangan Nannochloropsis sp. adalah 23-36oC.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
15
Universitas Indonesia
4. Salinitas
Kisaran salinitas yang berubah-ubah dapat mempengaruhi dan menghambat
pertumbuhan dari mikroalga. Beberapa mikroalga dapat tumbuh dalam kisaran
salinitas yang tinggi tetapi ada juga mikroalga yang dapat tumbuh dalam kisaran
salinitas yang rendah. Pengaturan salinitas pada medium yang diperkaya dapat
dilakukan dengan pengenceran dengan menggunakan air tawar. Kisaran salinitas
yang dimiliki oleh Nannochloropsis sp. antara 32-36 ppt, tetapi salinitas paling
optimum untuk pertumbuhan Nannochloropsis sp. adalah 33-35 ppt.
2.5. Fotosintesis Pada Mikroalga
2.5.1. Definisi Fotosintesis
Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan,
alga, dan beberapa jenis bakteri untuk menghasilkan makanan dengan
memanfaatkan energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari
energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi
sangat penting bagi kehidupan dibumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan
sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang
menghasilkan energi melalui fotosintesis disebut sebagai fototrof.
2.5.2. Proses Fotosintesis
Fotosintesis merupakan proses menggabungkan CO2, H2O menjadi
gula dengan menggunakan energi cahaya dengan menggunakan organel yang
disebut kloroplas (Gambar 2.4.). Proses fotosintesis dibagi menjadi dua reaksi
yaitu :
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
16
Universitas Indonesia
Gambar 2.4. Proses Umum Fotosintesis: Kerjasama Reaksi Terang Dan Gelap
(Sumber: Campbell et al. 1999)
Reaksi Terang
Reaksi terang berlangsung pada sistem membran kompleks/grana yang
tersusun dari protein kompleks, elektron carrier dan molekul lemak. Reaksi
terang mengkonversi energi menjadi berbagai produk. Pada langkah pertama
adalah konversi foton menjadi bentuk elektron tereksitasi pada molekul antenna
pigmen yang terdapat pada sistem antenna. Baik molekul donor maupun molekul
akseptor akan melekat pada protein kompleks pusat reaksi.
Gambar 2.5. Proses Reaksi Terang
(Sumber: Campbell et al. 1999)
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
17
Universitas Indonesia
Secara umum, terdapat tiga reaksi utama yang terjadi pada reaksi terang yaitu :
1. Oksidasi H2O, menurut persamaan :
(2.1)
2. Reduksi NADP+, menurut persamaan :
(2.2)
3. Sintesis ATP, menurut persamaan :
(2.3)
Jika tiga persamaan diatas digabungkan maka akan didapat persamaan untuk
reaksi terang :
(2.4)
Pada keadaan terang, fotosistem II mengumpan elektron ke fotosistem I.
Elektron ini akan ditransfer dari fotosistem II ke fotosistem I oleh intermediate
carrier. Reaksi tersebut adalah transfer elektron dari molekul air ke NADP+,
menghasilkan bentuk yang tereduksi yaitu NADPH.
Efek dari reaksi terang adalah konversi energi radian menjadi energi bebas
redoks dalam bentuk NADPH dan transfer energi grup fosfat dalam bentuk ATP.
Pada reaksi terang, transfer elektron tunggal dari air menjadi NADP+ melibatkan
sekitar 30 ion logam dan 7 grup aromatik. Ion logam termasuk 20 ion Fe, 5 ion
Mg, 4 ion Mn dan 1 ion Cu. Aromatik termasuk quinine, pheophytin, NADPH,
tyrosine dan flavoprotein.
NADPH dan ATP yang terbentuk pada reaksi terang menyediakan energi
untuk reaksi gelap fotosintesis, yang dikenal sebagai siklus Calvin atau siklus
fotosintetik reduksi karbon.
Reaksi Gelap
Siklus Calvin merupakan suatu siklus dalam proses fotosintesis yang
termasuk dalam reaksi gelap. Mikroalga mengambil CO2 dari lingkungan dan
mereduksinya menjadi karbohidrat melalui siklus Calvin. Proses ini merupakan
serangkaian reaksi biokimia yang mereduksi karbon dan menyusun ulang ikatan
menghasilkan karbohidrat dari molekul CO2. Untuk fiksasi karbon (fiksasi gas
CO2 yang bebas berdifusi menjadi bentuk yang non-volatil berupa reduced sugar)
dibutuhkan ATP (energi) dan NADPH (reducing power). ATP dan NADPH yang
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
18
Universitas Indonesia
dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses biokimia. Pada
tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus calvin yang mengikat
karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti
glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak bergantung pada ada
tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam keadaan ada cahaya.
Berikut adalah skema yang menunjukan siklus Calvin.
Gambar 2.6. Siklus calvin
(Sumber: Campbell et al. 1999)
2.6. Teknik Filtrasi
Filtrasi merupakan suatu metode pemanenan, dimana medium dan mikroalga
dialirkan melalui filter yang kemudian mikroalga akan tersaring/terfilter,
sedangkan medium akan tetap mengalir melewati filter. Alga yang tersaring
dalam filter akan menghasilkan pasta alga (Danquah, 2009). Filter yang telah
terisi mikroalga inilah yang kemudian dipisahkan untuk diambil biomassanya.
Filter dapat dibuat dari bahan sponge, kanvas, nilon, dakron, logam atau
fiberglass.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
19
Universitas Indonesia
Ada dua bentuk dasar filtrasi yang digunakan, yaitu filtrasi permukaan dan
filtrasi kedalaman. Filtrasi permukaan (surface filtration) menghasilkan cake pada
permukaan media filter, sedangkan pada filtrasi kedalaman (deep bed filtration)
mikroalga yang tersaring berada di dalam media filter. Berdasarkan alirannya,
filtrasi dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu filtrasi kontinyu dan filtrasi semi-
kontinyu. Filtrasi kontinyu berlangsung secara terus menerus dimana filter
digunakan terus menerus, dan ketika telah penuh oleh padatan filter diambil dan
langsung diganti dengan filter yang berbeda, sedangkan filtrasi semi-kontinyu
berlangsung dalam beberapa saat. Berdasarkan jenisnya, filtrasi dapat dibedakan
menjadi beberapa macam, yaitu dead end filtration, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi,
filtrasi bertekanan, filtrasi vakum, and tangential flow filtration (TFF) (Harun,
2009). Filtrasi konvensional hanya mampu menangkap mikroalga dengan ukuran
>70 m (Brennan, 2009), sedangkan untuk mikroalga yang berukuran
-
20
Universitas Indonesia
Tabel 2.2. Jejak Rekam Penelitian Budidaya Alga dalam Sistem Filtrasi
Mikroalga Sistem Kultivasi
Filtrasi Mikrofiltrasi Ultrafiltrasi
Chlorella vulgaris Nuzulliany
R. (2008)
Darmawan
H. (2010)
Pratama I.
(2011)
M.R. Bilad
(n.d.)
Haslea ostrearia
N. Rossignol (1999) Skeletonema
costatum
Phaeodactylum
tricornutum
M.R. Bilad
(n.d.)
Nannochloropsis sp. Riset yang
dilakukan
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
21 Universitas Indonesia
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini diawali dengan tahap persiapan yang terdiri dari perangkaian
alat pada reaktor tunggal, pembuatan medium, pembiakan kultur murni
Nannochloropsis sp. dan penentuan jumlah inokulum. Tahap selanjutnya adalah
tahap pelaksanaan penelitian dengan mengembangbiakkan kultur
Nannochloropsis sp. Skemanya ialah sebagai berikut:
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Mencari max,opt Aliran Hisap Alat Filter untuk tiap X
I = 2000 - 3000 lux
X0 = 0,37; 0,66; 0,85; 0,91 (g/L)
t = 0; 1,5; 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5
T = 29oC ; CO2 = 5%
Tahap Awal
1. Studi literatur
2. Kalibrasi alat
3. Penentuan UG optimum
Pre-culture
1. Persiapan peralatan
2. Pembuatan medium Walne
3. Pembiakan kultur murni
Nannochloropsis sp. dalam medium
Walne
4. Penentuan jumlah inokulum
Pengambilan dan Pengolahan Data
OD Reaktor, OD Filtrat, pH, Ib
Pengambilan Data
OD Reaktor, OD Filtrat, pH, Ib, yCO2 in, yCO2 out
Pengolahan Data
Pembahasan dan Kesimpulan
Pengaturan Laju hisap filter Alat Filter
Memvariasikan max,opt yang didapat pada penelitian awal secara kontinyu untuk laju
pertumbuhan maksimum produksi biomassa
Pembanding : Xo = 0,374 g/L tanpa filtrasi (Ingrid,
2012)
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
22
Universitas Indonesia
3.2. Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan-peralatan yang akan digunakan pada penelitian ini, antara lain:
1. Fotobioreaktor flat transparan berbentuk akuarium dengan volume total 18 L
yang dilengkapi dengan aliran input dan output gas CO2 dan udara.
2. Air Flow dengan kapasitas 140 L/m merek Resun LP-100.
3. Tabung gas CO2 yang dilengkapi dengan regulator.
4. Flowmeter udara dan flowmeter CO2.
5. Sponge berfungsi sebagai filter.
6. Breeding Sponge Filter sebagai tempat memasangkan sponge/filter.
7. Lampu Philips hallogen 20W/12V/50Hz dan transformator 220V primer/12V
sekunder dengan intensitas maksimum sebagai sumber iluminasi.
8. T-Septum yang terbuat dari bahan gelas sebagai titik indikator konsentrasi
CO2 yang masuk ke dalam fotobioreaktor.
9. Peralatan glassware yang terdiri dari erlenmeyer 100 cm3 sebagai discharge
gas CO2 dan udara output fotobioreaktor, pipet ukur 5 cm3, pipet pasteur,
gelas ukur 10 cm3, 100 cm
3 botol sampel sel, dan beaker glass 20 cm
3 dan
100 cm3.
10. Selang silikon dan selang plastik sebagai rangkaian peralatan dan konektor
rangkaian.
11. Syringe 1001 RT Hamilton 1 cm3 (inlet-outlet) untuk mengambil sampel
input dan output CO2.
12. pH meter HANNA Model HI 8014 dengan larutan buffer 4 dan 7.
13. Set Lightmeter Lxtron LX-103 sebagai penghitung kekuatan intensitas
cahaya, dengan satuan Lux.
14. Spectro UV-VIS RS Spectrometer, LaboMed. Inc untuk menghitung
OD/absorbansi.
15. Unit Gas Chromatography TCD Shimadzu GC-8A untuk mengukur
konsnetrasi gas CO2 input dan output fotobioreaktor, Recorder C-R6A
Chromatograph untuk mendapatkan printout dari hasil GC, serta tabung gas
(carrier gas) Argon.
Bahan penlitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
23
Universitas Indonesia
1. Starter mikroalga hijau Nannochloropsis sp.
2. Bahan-bahan untuk jenis-jenis medium tertera pada Tabel 3.1.
3. Gas CO2 sebagai bahan untuk fotosintesis mikroalga
4. Air laut (seawater) untuk membuat medium Walne
5. Alkohol 70% untuk sterilisasi peralatan
3.3. Variabel dalam Penelitian
Variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
3.3.1. Variabel Bebas
Variabel ini merupakan variabel yang diset pada harga tertentu. Variabel
bebas yang ditentukan dalam penelitian ini adalah waktu pengambilan data (t),
berat kering sel awal (Xo) dan variasi kecepatan hisapnya. Selain itu, terdapat pula
variabel semi bebas yaitu variabel yang besarnya kita tentukan sendiri namun
pada penentuannya tergantung pada besar variabel lainnya. Variabel semi bebas
pada penelitian ini adalah intensitas cahaya (I) yang diberikan pada
Nannochloropsis sp. Intensitas yang digunakan adalah intensitas optimum yang
diperoleh dari penelitian Ingrid C. E. Inthe (2012).
3.3.2. Variabel Terikat
Variabel ini merupakan variabel yang diukur nilainya setelah diberikan
harga tertentu pada variabel bebas. Variabel terikat pada penelitian ini adalah
kerapatan biomassa Nannochloropsis sp., jumlah kerapatan sel (OD) reaktor dan
filtrat, Ib, konsentrasi CO2 (in, out), dan pH.
3.3.3. Variabel Tetap
Variabel tetap dalam penelitian ini adalah kecepatan superfisial CO2, dan
intensitas cahaya yang digunakan.
3.4. Prosedur Penelitian
3.4.1. Skema Peralatan
Fotobioreaktor yang digunakan pada penelitian adalah fotobioreaktor
dengan volume 18 L. Sistem reaktor yang digunakan adalah sistem batch, dimana
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
24
Universitas Indonesia
pada waktu tertentu, sebagian sel Nannochloropsis sp. yang terserap dalam filter
diambil setiap 12 jam sekali dan dengan begitu volume dalam fotobioreaktor akan
semakin berkurang. Gambar di bawah ini adalah sketsa fotobioreaktor yang akan
digunakan.
Gambar 3.2. Skema peralatan
3.4.2. Sterilisasi Peralatan
Sterilisasi bertujuan untuk menghilangkan kontaminan yang berada di
peralatan yang akan digunakan, sehingga pertumbuhan Nannochloropsis sp. tidak
terhambat. Adapun langkah-langkah untuk sterilisasi alat adalah sebagai berikut:
1. Pencucian peralatan
CO2
Y
Keterangan:
1. Fotobioreaktor (PBR)
2. Breeding Sponge Filter
(a/b)
3. Pompa Udara
4. Flowmeter Udara (a/b)
5. Flowmeter CO2
6. Tabung Gas CO2
7. Sparger Biasa
8. Cabang
9. Sponge/Busa (Filter)
1
8
4a
3
4b
5
6
2a
7
2b
9
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
25
Universitas Indonesia
Peralatan yang akan digunakan dicuci terlebih dahulu dengan air sabun
kemudian dibilas dengan air sampai tidak terdapat sabun yang menempel.
2. Pengeringan
Setelah peralatan dicuci dan dibilas sampai bersih, kemudian dikeringkan
dengan menggunakan tisu atau kompressor udara. Selanjutnya peralatan yang
sudah kering tersebut ditutup dengan alumunium foil, untuk mencegah
masuknya kontaminan.
3. Sterilisasi
Peralatan dari kaca disterilisasi dalam oven dengan suhu 100oC selama 1 jam.
4. Penyimpanan
Peralatan kaca/logam dan plastik yang telah disterilisasi disimpan dalam
lemari penyimpanan kedap udara yang dilengkapi dengan lampu UV.
3.4.3. Pembuatan Medium Walne
Dalam penelitian ini medium yang digunakan sebagai kultur media
pertumbuhan Nannochloropsis sp. adalah medium Walne. Medium ini dipilih
karena cukup baik untuk media hidup Nannochloropsis sp. Untuk keperluan
pembuatan medium sintetik yang dalam penelitian ini menggunakan Walne, maka
diperlukan senyawa-senyawa kimia yang merupakan komposisi medium.
Komposisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini:
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
26
Universitas Indonesia
Tabel 3.1. Komposisi Walne
(Sumber: Culture Collection of Algae and Protozoa)
3.4.4. Pembiakan Kultur Murni
Kultur murni yang didapat dibiakkan lagi sebelum dapat digunakan dalam
penelitian, selain untuk memperbanyak persediaan Nannochloropsis sp., juga
diharapkan Nannochloropsis sp. beradaptasi dalam medium baru sebelum
digunakan. Cara pembiakan mikroalga Nannochloropsis sp.:
1. Persiapan medium dan peralatan pembiakan (wadah, selang udara, tutup
wadah) dan disterilkan terlebih dahulu.
2. Stock murni Nannochloropsis sp. kemudian dimasukkan ke dalam wadah
steril dan dicampur dengan medium Walne yang sudah steril.
3. Kultur tersebut kemudian di-bubbling dengan menggunakan kompresor udara
dan CO2. Pada tahap ini juga harus diberikan cahaya, namun intensitas cahaya
diatur cukup kecil kurang lebih 1000 satu kali.
4. Pembiakan dapat dilakukan selama satu minggu atau lebih bila bertujuan
untuk memperbanyak persediaan yang ada, tetapi untuk mencapai lag time
hanya diperlukan 2-3 hari.
Stok Senyawa Larutan Stok
(1) Trace metal solution (TMS) per 100 ml ZnCl2 2,1 g
CoCl2.6H2O 2,0 g
(NH4)6Mo7O24.4H2O 0,9 g
CuSO4.5H2O 2,0 g
(2) Vitamin solution per 100 ml Cyanocobalamin 10,0 mg
Thiamine 10,0 mg
Biotin 200,0 g
(3) Nutrient solution per litre FeCl3.6H2O 1,3 g
MnCl2.4H2O 0,36 g
H3BO3 33,6 g
EDTA (disodium salt) 45,0 g
NaH2PO4.2H2O 20,0 g
NaNO3 100,0 g
TMS Stock (1) 1,0 ml
Medium per litre
Vitamin solution (2) 0,1 ml
Nutrient solution (3) 1,0 ml
Sterilised seawater 1,0 L
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
27
Universitas Indonesia
3.4.5. Penentuan Jumlah Inokulum Nannochloropsis sp.
Penentuan jumlah inokulum penting dalam penelitian ini, karena berkaitan
langsung dengan jumlah sel Nannochloropsis sp. yang terdapat dalam kultur.
Jumlah inokulum perlu diketahui agar dapat dilihat perubahan jumlahnya dan hal
ini berkaitan dengan besar intensitas cahaya yang dibutuhkan. Langkah-langkah
perhitungan :
1. Kultur yang akan dihitung jumlah inokulumnya, diaduk sampai semua
endapan Nannochloropsis sp. merata dalam medium.
2. Sampel inokulum diambil secukupnya jika menggunakan mikroskop atau
diambil sebanyak 5 mL jika menggunakan spektrofotometer.
3. Perhitungan sel dapat dilakukan dengan menggunakan mikroskop maupun
spektrofotometer, dengan catatan untuk perhitungan menggunakan
spektrofotometer telah dibuat kurva kalibrasi OD vs Nsel
a) Menggunakan Mikroskop
Sampel diteteskan pada Neubauer Improved secukupnya (2 tetes
pada ruang atas/bawah). Sampel ini kemudian ditutup dengan kaca
preparat.
Sampel dihitung dengan menggunakan mikroskop (perbesaran 100x,
diusahakan seluruh bagian bilik hitung terlihat dengan jelas). Alat
pencacah yang digunakan untuk perhitungan adalah counter manual.
Jumlah inokulum untuk setiap bilik dan ruangan dihitung rata-ratanya,
kemudian dihitung dengan rumus
...(3.1)
Bila menggunakan pengenceran maka nilai N dikali faktor
pengenceran, misal penegenceran 4x, maka
...(3.2)
b) Menggunakan Spektrofotometer
Spektrofotometer diatur pada panjang gelombang 540 nm. Untuk
melihat nilai OD pada penelitian ini digunakan spectrofotometer
single beam, dan cahaya tampak (VIS) sebagai sumber cahaya yang
akan diabsorbsi oleh Nannochloropsis sp.
10.000rata-rata seljumlah sel/ml N
410.000rata-rata seljumlah sel/ml N
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
28
Universitas Indonesia
Spektrofotometer dikalibrasi dengan kuvet berisi medium pada
panjang gelombang yang sama, kemudian diatur agar absorbansinya
menunjukkan angka 0,000 (nol).
Sampel dimasukan ke dalam kuvet, kemudian diuji dalam
spektrofotometer. Data yang diambil adalah nilai absorbansi pada
rentang 0 0,2, jika melebihi dari rentang tersebut maka sampel harus
diencerkan sampai nilai absorbansinya mencapai rentang tersebut.
Nilai OD 0 - 0,2 berada pada nilai T (Transmission) 15 - 65.
Kemudian jumlah selnya dapat diketahui dari kurva kalibrasi OD vs
Xsel. Jika dilakukan pengenceran maka jumlah selnya dikalikan jumlah
pengenceran yang dilakukan.
3.4.6. Pembuatan Kurva Kalibrasi
Pembuatan kurva kalibrasi ini bertujuan untuk memudahkan perhitungan
sampel yang memiliki jumlah sel yang banyak dengan hanya mengatur
absorbansinya (OD) menggunakan spektrofotometer cahaya tampak.
Kurva kalibrasi yang dibuat adalah kurva OD vs Xsel. Pembuatan kurva
diawali dengan membuat beberapa sampel dengan nilai OD yang berbeda-beda.
Satu nilai OD dibuat secara triplo sehingga pengukuran menjadi lebih akurat.
Sampel yang telah disiapkan kemudian di hitung berat kering sel Nannochloropsis
sp. menggunakan mikroskop. Setiap sampel dihitung tiga kali sehingga diperoleh
hasil yang lebih akurat.
Setelah diperoleh berat kering sel dari masing-masing sampel kemudian di
buat kurva antara OD vs Xsel yang selanjutnya digunakan sebagai dasar dalam
perhitungan nilai berat kering sel (Xsel) dari hasil kultivasi. Kurva OD vs Xsel yang
diperoleh dapat dilihat pada gambar berikut.
3.4.7. Pelaksanaan Penelitian
Kondisi operasi pada penelitian ini yaitu: udara yang mengandung 5 %
CO2 dan dengan suhu ruang 29 oC. Selain itu, kecepatan superfisial gas UG yang
disesuaikan berdasarkan hasil uji hidrodinamik, penyesuaian intensitas cahaya
yang digunakan untuk kultivasi Nannochloropsis sp. dan diperoleh dari
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
29
Universitas Indonesia
eksperimen Ingrid C. E. Inthe (2012), serta variasi laju hisap filter system. Pada
eksperimen dengan perlakuan filtrasi aliran sirkulasi kultur media yang ditujukan
untuk mengurangi self-shading dengan memerangkap sebagian sel dalam filter,
perlu dilakukan observasi pengaruh daripada laju hisap filter terhadap
peningkatan produk biomassa dan laju pertumbuhannya dengan mencari laju
hisap filter optimum pada tiap jumlah X0 dari 0,37 0,91 g/L.
Pertama-tama selalu dilakukan tindakan aseptic dengan menggunakan
alkohol 70 % untuk menghindari adanya kontaminan yang dapat berpengaruh
pada pertumbuhan mikroalga. Penelitian utama yang dilakukan adalah pemberian
perlakuan pengaturan laju hisap filter dengan berbagai variasi kecepatan untuk X0
= 0,37; 0,66; 0,85 dan 0,91 (g/L) dalam fotobioreaktor kolom gelembung
berukuran 18 L untuk mencari kecapatn hisap paling maksimum dari tiap jumlah
inokulum. Kemudian dilakukan pengaturan laju hisap pada kecepatan hisap
optimum dengan X0 = 0,37 g/L dan menggunakan pencahayaan kontinyu
kemudian sebagai pembanding dilakukan sistem reaktor tanpa filtrasi dengan
kerapatan dan pencahayaan yang sama untuk melihat pengaruh dari pengaturan
laju hisap filter alat filter (Heru D, 2010).
Parameter penentuan laju hisap paling optimum dari suatu X ini adalah
pertumbuhan maksimum sel. Untuk menentukan laju pertumbuhan maksimum
dilakukan running dalam rentang 10,5 jam. Dengan pertimbangan bahwa pada
rentang waktu tersebut sudah dapat menggambarkan profil laju pertumbuhan
Nannochloropsis sp.
3.4.8. Pengambilan Data
Data yang diambil adalah OD reaktor dan filter, pH, Ib, yCO2in, dan yCO2out.
Proses pengambilan data yang dilakukan adalah sebagai berikut.
1. Sampel diambil dari kultur media sekitar 5 10 ml pada 3 botol yang berbeda
dari reaktor untuk diukur absorbansinya bersamaan dengan mengambil nilai
pH-nya. Kemudian dirata-ratakan nilainya. Dari nilai rata-rata absorbansi
yang didapat tersebut dapat dilihat nilai Xsel nya pada kurva kalibrasi OD vs
Xsel. Data nilai pH dilakukan untuk melihat aktivitas sel mikroalga dari
konsentrasi [HCO3-].
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
30
Universitas Indonesia
2. Pengambilan data Ib dilakukan dengan menggunakan luxmeter yang
diletakkan di belakang fotobioreaktor.
3. Bersamaan dengan perlakuan di atas, biomassa yang terperangkap dalam
filter juga di ambil dengan cara memindahkannya dari media kultur ke dalam
wadah berisi medium Walne melalui proses pemerasan sebelum diukur OD
dalam kultur media tersebut.
4. Langkah-langkah pengambilan data diulangi setiap interval waktu yang telah
ditetapkan (untuk sampel dari media kultur selama 1,5 jam sekali dan filtrat
selama 1,5 jam sekali).
5. Pengambilan data lipid dilakukan dengan metode Soxhlet dengan prosedur
berikut:
Sampel yang sudah dihaluskan, ditimbang 5-10 gram dan kemudian
dibungkus atau ditempatkan dalam Thimble (selongsong tempat
sampel), di atas sample ditutup dengan kapas.
Pelarut yang digunakan adalah n-heksana dengan titik didih 69C.
Selanjutnya labu kosong diisi butir batu didih. Fungsi batu didih ialah
untuk meratakan panas.
Setelah dikeringkan dan didinginkan, labu diisi dengan n-heksana
sebanyak 175 ml. Pelarut yang baik dalam ektraksi soxhlet adalah pelarut
yang mempunyai titik didih rendah seperti n-heksana yang mempunyai
titik didih 69oC agar cepat menguap sehingga tidak menyebabkan
kerusakan pada alat dan juga tidak membutuhkan watu yang lama untuk
melakukan satu sirkulasi ektraksi.
Soxhlet disambungkan dengan labu dan ditempatkan pada alat pemanas
listrik serta kondensor . Alat pendingin disambungkan dengan soxhlet. Air
untuk pendingin dijalankan dan alat ekstraksi lemak mulai dipanaskan .
Ketika pelarut dididihkan, uapnya naik melewati soxhlet menuju ke pipa
pendingin. Air dingin yang dialirkan melewati bagian luar kondensor
mengembunkan uap pelarut sehingga kembali ke fase cair, kemudian
menetes ke thimble. Pelarut melarutkan lemak dalam thimble, larutan sari
ini terkumpul dalam thimble dan bila volumenya telah mencukupi, sari
akan dialirkan lewat sifon menuju labu. Proses dari pengembunan hingga
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
31
Universitas Indonesia
pengaliran disebut sebagai refluks. Proses ekstraksi lemak kasar dilakukan
selama 6 jam.
Setelah proses ekstraksi selesai, pelarut dan lemak dipisahkan melalui
proses penyulingan dan dikeringkan.
6. Pengambilan data klorofil dan beta karoten
Sampel dicampurkan aseton dengan perbandingan 1:1 dalam tabung 10
ml.
Kemudian ditambahkan glass bead.
Sonikasi dalam sonikator selama 45 menit.
Di-sentrifuge 30 menit
Untuk klorofil, ukur absorbansi sampel pada panjang gelombang 645 nm
& 663 nm (dengan larutan standarnya adalah aseton).
Untuk beta karoten, absorbansi yang digunakan adalah pada panjang
gelombang 450 nm.
7. Pengambilan data protein menggunakan prosedur Lowry (1951) sebagai
berikut.
Larutan protein standar (BSA 200 g/mL) dan dH2O dicampurkan dalam
jumlah tertentu (Tabel 3.2) dalam tabung reaksi sehingga diperoleh
berbagai konsentrasi antara 20-200 mg dalam larutan standar 1 mL.
Pada tabung lain dicampurkan juga sampel protein dan dH2O sehingga
volume total larutan sampel 2,0 mL.
Kemudian larutan Biuret 5 mL ditambahkan ke dalam masing-masing
tabung yang berisi larutan protein (standar dan sampel) dan segera
divortex. Campuran reaksi diinkubasi pada suhu kamar tepat 10 menit.
Untuk menghitung waktu reaksi digunakan stopwatch, dan waktu
dihitung saat menambahkan larutan Biuret. Agar waktu reaksinya
seragam untuk tiap sampel, ketika menambahkan larutan Biuret pada
tabung berikutnya diberikan selang waktu tertentu.
Kemudian pada menit ke-10 sebanyak 0,5 mL reagen Folin ditambahkan
ke dalam campuran reaksi dan segera dikocok menggunakan vortex.
Larutan diinkubasi pada suhu kamar selama 30 menit setelah
penambahan reagen Folin.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
32
Universitas Indonesia
Serapan masing-masing larutan diukur tepat pada menit ke-30 yang
ditetapkan pada panjang gelombang 750 nm.
Tabel 3.2. Penentuan kadar protein dengan metode Lowry
Blanko Larutan standar Sampel protein
No. Tabung 1 2 3 4 5 6 7 8
Standar BSA (mL) - 0,8 1,2 1,5 1,8 - - -
Sampel protein (L) - - - - - 5 50 200
Aquades (mL) 2 1,2 0,8 0,5 0,2 1,995 1,95 1,8
Larutan Biuret (mL) 5
Reagen Folin (mL) 0,5
3.5. Pengolahan Data
Data X (Berat Kering Sel) yang diperoleh dari pengukuran nilai absorbansi
digunakan untuk melihat tingkat pertumbuhan Nannochloropsis sp. selama
pembiakan. Persamaan yang digunakan untuk menghitung laju pertumbuhan
spesifik adalah Persamaan Monod sebagai berikut
dt
dX
X
1 ...(3.3)
= laju pertumbuhan spesifik (jam-1)
X = berat kering sel (g/L)
t = waktu (jam)
Data pH yang diambil digunakan untuk mengetahui tingkat metabolisme
Nannochloropsis sp. yang ditunjukkan dengan meningkatnya produksi [HCO3-]
dalam fotobioreaktor. Produksi [HCO3-] diiringi pelepasan [H
+], sehingga
persamaan yang digunakan adalah persamaan Handerson-Haselbach, yaitu
23
2 CO
HHCOKCO
...(3.4)
123 2 HCOKHCO CO ...(3.5)
pHCO COKHCO 1023 2 ...(3.6)
Untuk menentukan nilai Ka dan konsentrasi CO2 digunakan pendekatan Hukum
Henry,
T
CO
COCOP
yCOHP 2
22 2 ...(3.7)
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
33
Universitas Indonesia
1ln1ln
22
2
, T
ToC
T
ToB
T
ToA
H
HHHH
OCO
CO ...(3.8)
1ln1ln
22
2
, T
ToC
T
ToB
T
ToA
H
HKKK
OCO
CO ...(3.9)
Selanjutnya, konsentrasi HCO3- dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan:
1ln1exp
1ln1exp
10
2
2
2
3
T
ToC
T
ToB
T
ToA
T
ToC
T
ToB
T
ToA
Py
H
KHCO
HHH
KKK
pH
TCO
CO
CO ...(3.10)
Keterangan:
PT = Tekanan Operasi (atm)
yCO2 = fraksi gas CO2
KCO2 = 4,38 x 10-7
HCO2 = 2900 KPa/mol
T = Temperatur operasi
T0 = Temperatur standar
Ak = 40.557 Bk = -36.782 Ck = 0
Ah = 22.771 Bh = -11.452 Ch = - 3.117
Data persentase CO2 yang diambil, akan diolah untuk mengetahui jumlah gas
CO2 yang dipindahkan ke dalam satuan volume medium yang dibutuhkan untuk
metabolisme sel dalam satuan waktu, atau disebut CTR (Carbon Transfer Rate).
Persamaan untuk perhitungannya adalah sebagai berikut
22 COCOyCTR ...(3.11)
dimana
TRV
PMAU
medium
COG
CO
22
...(3.12)
Dengan
UG = kecepatan superfisial gas yang diumpankan (L/jam)
A = luas permukaan reaktor yang menghadap ke sumber cahaya (m2)
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
34
Universitas Indonesia
MCO2 = massa molekul relatif CO2 (g/mol)
P = tekanan operasi (atm)
Vmedium = volume medium (L)
R = konstanta Rydberg (0,08205 L.atm/mol.K)
T = suhu operasi (K)
Selain itu, data persentase CO2 juga digunakan untuk menghitung laju gas
CO2 yang dipindahkan karena adanya aktivitas kehidupan biologi dalam satu
satuan waktu (qCO2). Persamaan yang digunakan adalah
X
y
X
CTRq COCOCO
22
2
...(3.13)
Dimana
X = berat kering sel per satuan volume (g/L)
yCO2 = selisih konsentrasi CO2 masuk dan keluar reaktor
CTR = (g/L.jam)
Data kandungan-kandungan yang diperoleh akan diolah sebagai berikut:
1. Lipid
%100%
sampelberat
kosongbotolberatakhirbotolberatlipid ...(3.14)
2. Klorofil
645663 55,225,12/ AALmgaklorofil ...(3.15)
663645 64,49,22/ AALmgbklorofil ...(3.16)
645663 76,1734,7/ AALmgbaklorofil ...(3.17)
3. Beta karoten
227/10427,31000/
450 bklorofilaklorofilA
Lmgkarotenbeta
...(3.18)
4. Protein
Kurva kalibrasi dibuat untuk menghitung kadar protein yang terdapat pada
sampel. Kurva yang dibuat berdasarkan data berat sampel BSA terhadap
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
35
Universitas Indonesia
absorbansi (750 nm). Berdasarkan kurva kalibrasi yang diperoleh (dapat
dilihat pada lampiran),
kadar protein dihitung sebagai berikut:
12055,000079667,0750 CA ...(3.19)
dengan C adalah kadar protein.
Hasil seluruh pengolahan data untuk tiap metode pemanenan selanjutnya akan
dibandingkan melalui grafik pertumbuhan sel terhadap waktu, metabolisme
terhadap waktu, dan fiksasi karbon dioksida terhadap waktu, serta kandungan
nutrisi terhadap metode pemanenan agar dapat diamati pengaruh dari metode
pemanenan terhadap jumlah biomassa dan kandungan nutrisinya.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
36 Universitas Indonesia
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai pelaksanaan penelitian, data
yang diperoleh, pengolahan data, dan analisa dari data yang telah diperoleh
tersebut.
4.1. Pembahasan Umum
Pada penelitian yang dilakukan, mikroalga Nannochloropsis sp. akan
dikultivasi dengan teknik filtrasi kontinyu dengan mengatur laju hisap filter
untuk memproduksi biomassa Nannochloropsis sp. pembudidayaan
Nannochloropsis sp. dilakukan dalam sebuah fotobioreaktor kolom
gelembung dengan volume 18 L. Penelitian ini akan ditekankan pada
pengaturan laju hisap filter dalam aliran sirkulasi kultur media dengan
teknik filtrasi kontinyu untuk mengendalikan densitas sel agar laju
pertumbuhan Nannochloropsis sp. dalam kultur media tetap terjaga
maksimum dan sel dapat secara merata mendapatkan sumber cahaya yang
diberikan saat kultivasi. Hasil yang didapat akan dibandingkan dengan
kultur media dalam kultivasi tanpa perlakuan filtrasi (kontrol) dengan
kondisi yang sama yang dilakukan oleh Ingrid C. E. Inthe (2012).
Fotobioreaktor yang akan digunakan adalah fotobioreaktor tembus
cahaya yang dilengkapi dengan filter yang terbuat dari busa berpori
(sponge) yang didisain agar cahaya yang diberikan dari sumber iluminasi
dapat secara merata diterima oleh mikroalga selama masa kultivasi untuk
menghindari terjadinya efek self-shading dimana terjadi peristiwa
penutupan sel yang menyebabkan tidak meratanya cahaya yang diberikan
dan CO2 yang didapatkan oleh mikroalga saat kultivasi. Penggunaan filter
ini berfungsi untuk menyerap sejumlah sel biomassa dalam fotobioreaktor
agar kepekatan sel dapat berkurang dan peluang sel-sel dalam mendapatkan
cahaya dan nutrisi dari medium juga sangat cukup.
Kebutuhan nutrisi untuk proses kultivasi mikroalga Nannochloropsis
sp. pada penelitian ini terdapat di medium Walne. Medium Walne
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
37
Universitas Indonesia
merupakan medium yang biasa digunakan sebagai medium air laut untuk
pertumbuhan marine algae, terutama diatom (Zeily N., et al., 2010).
Pembiakan kultur murni Nannochloropsis sp. dalam medium Walne pada
tahap pre-culture dilakukan untuk mengkondisikan mikroalga melewati
masa adaptasi (lag phase) dan siap berada pada fase eksponensial (log
phase) saat proses kultivasi dimulai.
Tahap selanjutnya adalah penentuan kecepatan superfisial untuk
fotobioreaktor bervolume 18 L. Proses ini dilakukan untuk mengetahui
kecepatan alir udara optimum yang diberikan pada proses kultivasi untuk
mendapatkan pertumbuhan mikroalga Nannochloropsis sp. yang
maksimum. Pada penelitian ini kecepatan alir udara yang digunakan adalah
sebesar 7 L/min atau dengan UG sebesar 12,036657 m/jam (LAMPIRAN B).
Penentuan laju hisap filter dilakukan untuk mengetahui kemampuan
optimum filter dalam menyerap sel biomassa. Tahap awal dalam penelitian
ini adalah dengan mengkultivasi sel Nannochloropsis sp. dengan 4 variasi
berat kering sel (X0), yaitu 0,37; 0,66; 0,85 dan 0,91 (g/L) pada intensitas
cahaya sebesar 3000 lux dengan mengatur laju hisap filter untuk
memperoleh laju pertumbuhan spesifik paling maksimum.
Pada tahap awal penelitian dilakukan penentuan kurva OD540 vs X.
Penentuan kurva OD540 vs X ini bertujuan untuk memudahkan perhitungan
berat kering sel selama masa kultivasi. Panjang gelombang yang digunakan
dalam pengukuran optical density (OD) mikroalga adalah 540 nm (Jorge et
al., 2003).
Penelitian baru dapat dimulai setelah semua kondisi operasi
ditetapkan. Data yang diambil mencakup ODsel, ODfiltrat, pH, yCO2 in dan
out, dan Ib pada rentang waktu yang telah ditentukan. Pengambilan data
ODsel berfungsi untuk melihat adanya peningkatan berat kering sel selama
masa kultivasi dan diambil selama 6 jam sekali. Sedangkan untuk
pengambilan data ODfiltrat berfungsi untuk mengetahui berat kering sel yang
terperangkap dalam filter yang juga bertujuan untuk mengurangi kepadatan
dalam kultur dana diambil setiap 12 jam sekali. Pengambilan data pH
dilakukan untuk perhitungan terhadap konsentrasi substrat [HCO3-] yang
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
38
Universitas Indonesia
terdapat dalam medium. Sedangkan untuk mengetahui besarnya energi
cahaya yang tersedia dan dikonversi untuk pertumbuhan Nannochloropsis
sp. Serta untuk mengetahui besarnya fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp.
maka dilakukan pengambilan data yCO2 in dan out.
4.2. Data Penelitian
Data hasil penelitian yang dilakukan akan disajikan dalam bentuk
angka dan grafik. Untuk data dalam bentuk angka, akan disajikan dalam
lampiran dibagian akhir skripsi.
4.2.1 Penentuan Laju Hisap Filter
Tahap ini dilakukan untuk menentukan laju hisap filter yang
optimum (max,opt) untuk mendapatkan laju pertumbuhan mikroalga
Nannochloropsis sp. yang maksimal (max). Pertama-tama menentukan 4
variasi berat kering sel awal (X0) Nannochloropsis sp., yaitu: 0,37; 0,66;
0,85 dan 0,91 (g/L) untuk kultivasi pada intensitas 3000 lux dengan
pengaturan laju hisap filter untuk memperoleh laju pertumbuhan maksimum
pada inokulum. Di bawah ini merupakan grafik yang menjelaskan mengenai
berat kering sel (X) maksimum pada masing-masing X untuk beberapa
pengaturan laju hisap filter.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
39
Universitas Indonesia
Gambar 4.1. Berat Kering Sel (X) pada Berbagai Laju Hisap Filter
Laju hisap filter yang optimum (max,opt) akan didapatkan ketika laju
pertumbuhan maksimum dari mikroalga Nannochloropsis sp. pada X
tertentu dalam fotobioreaktor mencapai nilai optimum. Apabila laju hisap
filter dinaikkan, maka akan terjadi penurunan laju pertumbuhan sel seperti
terlihat pada grafik di bawah ini.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
40
Universitas Indonesia
Gambar 4.2. Laju Pertumbuhan Maksimum (max) pada Berbagai Laju Hisap Filter
Dari grafik terlihat bahwa laju hisap filter optimum didapat ketika laju
pertumbuhan mikroalga Nannochloropsis sp. mencapai kondisi maksimum
pada waktu tertentu saat kultivasi. Dengan adanya pengaturan laju hisap
filter, maka tingkat kejenuhan kultur di dalam fotobioreaktor dapat
diminimalkan dan sel mendapatkan cahaya yang cukup saat kultivasi.
Grafik di atas akan menjadi acuan pada saat kultivasi bahwa laju hisap filter
akan terus ditingkatkan sesuai perkembangan jumlah sel selama kultivasi.
4.2.2 Pengaruh Perlakuan Filtrasi Terhadap Pertumbuhan
Nannochloropsis sp.
4.2.2.1. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap Berat Kering Sel (X)
Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah nilai OD (optical density)
yang diukur menggunakan spektrofotometer UV/VIS dengan panjang
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
41
Universitas Indonesia
gelombang sebesar 540 nm. Nilai OD ini yang kemudian akan
dikonversikan menjadi nilai X (berat kering sel) menggunakan persamaan
yang terdapat pada kurva kalibrasi OD540nm vs X (LAMPIRAN A). Seiring
bertambahnya lama waktu kultivasi, maka berat kering sel akan semakin
bertambah. Sebagai data pembanding, Nannochloropsis sp. dikultur dengan
kondisi yang sama akan tetapi tanpa adanya perlakuan filtrasi. Untuk lebih
memperjelas, grafik di bawah ini merupakan hubungan antara berat kering
sel terhadap waktu yang diperoleh dari penelitian ini.
Gambar 4.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap
Berat Kering Sel Nannochloropsis sp.
Proses kultivasi dengan perlakuan filtrasi dalam penelitian ini
cenderung menghasilkan perolehan biomassa yang lebih tinggi
dibandingkan dengan proses kultivasi yang tidak mengalami perlakuan apa-
apa (kontrol). Hal ini karena pada perlakuan filtrasi, terjadinya efek self-
shading pada sel dapat lebih diminimalkan. Perlakuan filtrasi merupakan
metode memerangkap sel selama masa kutivasi. Adanya perlakuan ini
memungkinkan Nannochloropsis sp. tetap mendapatkan pencahayaan yang
lebih baik seiring dengan bertambahnya jumlah biomassa selama proses
kultivasi.
Pada awal pertumbuhannya, kedua metode tidak ada perbedaan yang
signifikan, akan tetapi pada jam ke-30 dan seterusnya pertumbuhan sel
Nannochloropsis sp. jauh lebih tinggi perbedaannya dibandingkan kontrol.
Oleh karena itu, metode filtrasi dapat menghasilkan pertumbuhan yang lebih
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
42
Universitas Indonesia
baik dibandingkan dengan metode kontrol. Hal itu terbukti dengan
peningkatan biomassa sebesar 1,71 kali lipat dari metode kontrol. Hasil ini
menunjukkan adanya pengurangan efek self-shading yang terjadi saat
kultivasi berlangsung selama 204 jam yang mengakibatkan seluruh sel yang
di kultur dalam fotobioreaktor mendapatkan cahaya yang merata.
Perlakuan yang sama pernah dilakukan oleh Heru Darmawan pada
tahun 2010 menggunakan mikroalga Chlorella vulgaris. Hasil yang didapat
menunjukkan bahwa perlakuan filtrasi menggunakan pengaturan laju hisap
filter mampu memberikan peningkatan sebesar 1,43 kali lipat dibandingkan
dengan perlakuan tanpa filtrasi (Heru D, 2010).
Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa perlakuan filtrasi dengan
pengaturan laju hisap filter lebih baik daripada tanpa perlakuan filtrasi
untuk peningkatan produksi biomassa mikroalga.
4.2.2.2. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan ()
Laju pertumbuhan Nannochloropsis sp. dalam memproduksi biomassa
saat proses kultivasi seharusnya berada pada fase logaritmik dimana laju
pertumbuhan berada pada titik maksimal. Lalu seiring bertambahnya waktu
akan terus menurun hingga memasuki fasa stasioner. Pada persamaan (3.3)
menunjukkan laju pertumbuhan dipengaruhi waktu dan berat kering sel.
Pada waktu tertentu (awal-awal kultivasi), laju pertumbuhan
Nannochloropsis sp. berbanding terbalik dengan berat kering yang
dihasilkan pada rentang waktu tertentu. Hal tersebut dapat diamati dari
grafik di bawah ini.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
43
Universitas Indonesia
Gambar 4.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap
Laju Pertumbuhan Nannochloropsis sp.
Hasil yang didapat pada penelitian mengenai laju pertumbuhan, pada
jam ke-6 metode filtrasi menghasilkan laju pertumbuhan maksimum yang
lebih tinggi daripada metode kontrol. Pada penelitian yang pernah dilakukan
oleh Heru pada tahun 2010 juga hasil yang didapat menunjukkan bahwa laju
pertumbuhan maksimum dicapai pada perlakuan filtrasi. Seiring
bertambahnya jumlah sel yang mengakibatkan kejenuhan pada sel dalam
reaktor, metode filtrasi membantu mengurangi kepadatan sel. Metode
filtrasi secara kontinyu selama masa kultivasi dalam reaktor dilakukan
sebagai upaya pengaturan densitas sel menggunakan media filter. Selain itu,
tingkat kompetisi antar sel saat memperoleh nutrisi dan sumber cahaya jauh
lebih rendah sehingga proses metabolisme dapat dilakukan secara maksimal.
4.2.2.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap [HCO3-] dalam Medium
[HCO3-] merupakan parameter untuk mengetahui jumlah karbonat yang
tersedia dan dapat dikonsumsi oleh Nannochloropsis sp. untuk
pertumbuhannya. Pada proses fotosintesis Nannochloropsis sp., CO2 tidak
diserap dalam bentuk gas melainkan dalam bentuk karbonat. Proses
fotosintesis yang terjadi di dalam kultur diawali dengan pembentukan ion
karbonat akibat reaksi antara CO2 dengan air.
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
44
Universitas Indonesia
Dalam hal ini, yang berperan penting dalam proses fotosintesis yang
terjadi saat kultur Nannochloropsis sp. adalah [HCO3-]. [HCO3
-] inilah yang
kemudian akan bereaksi dengan H2O membentuk senyawa organik seperti
glukosa dan ion OH-.
Nilai [HCO3-] mempengaruhi nilai pH yang diukur dengan
menggunakan pH meter. Peningkatan jumlah sel dalam kultur cenderung
meningkatkan jumlah pH kultur.
Gambar 4.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap
[HCO3-] Nannochloropsis sp.
Sistem filtrasi yang digunakan dalam kultivasi menyebabkan kepadatan
sel di dalam fotobioreaktor berkurang sehingga kebutuhan sel akan
bikarbonat yang merupakan sumber karbon untuk pertumbuhan sel menjadi
meningkat. Hal ini diindikasikan dari meningkatnya pH selama waktu
kultivasi. Dengan ketersediaan [HCO3-] yang cukup ini menyebabkan
aktivitas metabolisme sel pada fotosintesis semakin baik dan diindikasikan
dengan meningkatnya pH akibat meningkatnya OH- yang merupakan
fotosintesis (Maudhi, 2011). Pada penelitian sebelumnya, pengaruh filter
terhadap konsentrasi bikarbonat menunjukkan hasil yang lebih baik
daripada perlakuan tanpa filtrasi (Dianursanti, 2012). Seharusnya hal itu
juga tergambar melalui data yang dilakukan saat ini, akan tetapi data
(Gambar 4.5.) yang didapat menunjukkan bahwa pada perlakuan tanpa
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
45
Universitas Indonesia
filtrasi menghasilkan aktivitas sel yang lebih baik daripada perlakuan
filtrasi.
4.2.2.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap Fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp.
Perubahan konsentrasi antara gas CO2 in dan out menunjukkan adanya
fiksasi CO2 yang terjadi saat proses kultivasi berlangsung. Selisih antara
konsentrasi gas CO2 in dan out merupakan besarnya konsentrasi gas CO2
yang terfiksasi atau terserap oleh Nannochloropsis sp. Berikut merupakan
grafik yang menjelaskan tentang perubahan konsentrasi CO2 in dan out
selama kultivasi berlangsung.
Gambar 4.6. Konsentrasi CO2 yang Masuk dan Keluar pada Metode Filtrasi dan Kontrol
Gas CO2 yang terserap atau yang terfiksasi oleh mikroalga
Nannochloropsis sp. pada metode filtrasi sangat tinggi dibandingkan dengan
metode kontrol. Hal itu disebabkan akan tingginya pertumbuhan sel di
dalam fotobioreaktor yang mengakibatkan CO2 yang terserap besar. Metode
filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter ini membantu sel dapat tetap
berkembangbiak dengan optimal seiring bertambahnya jumlah sel yang
sebagian terserap di media filter pada rentang waktu tertentu.
4.2.2.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan
Filtrasi terhadap CTR oleh Nannochloropsis sp.
CTR (carbon transfer rate) merupakan banyaknya gas CO2 yang
ditransferkan dalam suatu volume medium kultur yang dibutuhkan oleh
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
-
46
Universitas Indonesia
metabolisme sel selama satu satuan waktu tertentu (Wijanarko et al, 1997).
Rumus yang digunakan untuk menghitung konsentrasi bikarbonat CTR
adalah:
...(4.2)
Gambar 4.7. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol
terhadap CTR Nannochloropsis sp.
Pada Gambar 4.7. untuk perlakuan filtrasi, nilai CTR cenderung
meningkat seiring bertambahnya waktu. Hal itu dikarenakan kultur
Nannochloropsis sp. tidak mengalami kejenuhan yang berarti di dalam
fotobioreaktor. Perlakuan teknik filtrasi kontinyu dengan pengaturan laju
hisap filter ini mampu mengendalikan densitas sel, oleh karena itu tingkat
kejenuhan dalam fotobioreaktor dapat diminimalisir. Sedangkan untuk
perlakuan kontrol, CTR menurun seiring bertambahnya waktu kultivasi.
Kejenuhan yang terjadi pada perlakuan ini akan mengakibatkan tidak
seimbangnya peningkatan jumlah sel dengan besarnya fiksasi konsentrasi
CO2 yang membuat medium lama-kelamaan jenuh dengan CO2 terlarut
karena sel dapat memproduksi sumber karbonnya sendiri (Heru D, 2010).
Hal itu dapat menyebabkan CO2 yang mengalir sebagian terserap dan
sebagian lewat begitu saja menuju outlet. Pada perlakuan teknik filtrasi
secara kontinyu nilai CTR rata-rata yang digunakan untuk aktivitas biologi
tampak le
top related