digital 20308615 s42559 pengaturan laju

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


iii Universitas Indonesia


iv Universitas Indonesia


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;


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


vii Universitas Indonesia


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


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


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


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


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


Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan Nannochloropsis sp. 43


Filtrasi terhadap [HCO3-] Nannochloropsis sp.

44

Gambar 4.6. Konsentrasi CO2 yang Masuk dan Keluar pada Metode Filtrasi

dan Kontrol 45


Filtrasi dan Kontrol terhadap CTR Nannochloropsis sp. 46


Filtrasi dan Kontrol terhadap qCO2 Nannochloropsis sp. 47


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


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.


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.


3


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


4


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.


5


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


6


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.



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


8


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


9


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)


10


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


11


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.


12


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


13


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


14


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.


15


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 :


16


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



17


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


18


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


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.


19


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


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



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)


22


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:


23


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


24


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


25


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:


26


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


27


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


28


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


29


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-].


30


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


31


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.


32


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)


33


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)


34


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


35


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.



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


37


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


38


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.


39


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.


40


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


41


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


42


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.


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.


43



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.


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.


44


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.


[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


45


filtrasi menghasilkan aktivitas sel yang lebih baik daripada perlakuan

filtrasi.


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.


Filtrasi terhadap CTR oleh Nannochloropsis sp.

CTR (carbon transfer rate) merupakan banyaknya gas CO2 yang

ditransferkan dalam suatu volume medium kultur yang dibutuhkan oleh


46


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

digital 20308615 s42559 pengaturan laju

Documents