i

PENINGKATAN KANDUNGAN LIPID PADA MIKROALGA Tetraselmis

sp. SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL DENGAN METODE

STARVASI DAN PENAMBAHAN MALATHION: SOLUSI PENYEDIAAN

SUMBER ENERGI TERBARUKAN DAN RAMAH LINGKUNGAN

BIDANG:

ENERGI

Diusulkan oleh :

Ketua : Muhammad Syaifuddin Maruf (10/300987/TK/36746)

Anggota : Affifah Ambar Rafsanjani (11/319173/TK/38303)

Annisa Pertiwi (11/319116/TK/38248)

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

ii

iii

PENINGKATAN KANDUNGAN LIPID PADA MIKROALGA Tetraselmis sp. SEBAGAI BAHAN

BAKU BIODIESEL DENGAN METODE STARVASI DAN PENAMBAHAN MALATHION:

SOLUSI PENYEDIAAN SUMBER ENERGI TERBARUKAN DAN RAMAH LINGKUNGAN

M. Syaifuddin Maruf, Affifah Ambar Rafsanjani, Annisa Pertiwi

Dosen Pembimbing: Ir. Siti Syamsiah, Ph. D.

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Abstrak

Di Indonesia, konsumsi energi oleh masyarakat masih terpusat pada BBM (Bahan

Bakar Minyak). Padahal, sumber daya minyak bumi merupakan jenis sumber

daya yang tidak terbarukan. Melihat potensi wilayah Indonesia yang 75% berupa

lautan, mikroalga air laut menjadi kandidat yang potensial sebagai sumber energi

alternatif. Salah satu jenis mikroalga yang potensial untuk dikembangkan sebagai

bahan baku biodiesel adalah Tetraselmis sp. yang memiliki kandungan lipid 15-

23% dari berat kering. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kandungan

lipid pada Tetraselmis sp. dengan dua metode stressing, yaitu penggunaan

biochemical stimulant malathion dan metode starvasi. Kultur mikroalga

dilakukan selama 12 hari dengan aerasi kontinyu dan pencahayaan sinar biru.

Untuk mengetahui kandungan lipidnya, biomassa yang telah dipreparasi dengan

reagent nile red diamati menggunakan mikroskop flourescence. Hasil optimum

ditunjukkan oleh metode penambahan malathion pada konsentrasi 180 L dengan kandungan lipid sebesar 45,6783% dari berat kering. Peningkatan kandungan

lipid tersebut menghasilkan biomassa yang dapat diolah menjadi biodiesel

dengan konversi sebesar 3534 kali dari energi yang dibutuhkan untuk kegiatan

produksinya. Nilai tersebut lebih besar jika dibandingkan dengan biomassa dari

Tetraselmis sp. tanpa perlakuan yang hanya memberikan nilai konversi biodiesel

sebesar 1160 kali. Hasil penelitian ini sangat penting untuk memaksimalkan

pemanfaatan mikroalga sebagai bahan baku alternatif pembuatan biodiesel yang

mendukung kebutuhan energi di Indonesia.

Kata Kunci: Biodiesel, lipid, malathion, starvasi, Tetraselmis sp.

Abstract

In Indonesia, energy consumption is focused on fossil fuel which is non-renewable

energy. If it is continuously used, the petroleum reserve will no longer be able to

support the energy needs and will eventually run out. One alternative renewable

energy sources is biodiesel. Among various available alternative materials,

microalgae could potentially be very promising feedstock biodiesel, regarding its big lipid content. Moreover, 75% of Indonesian teritory is ocean. One of

microalgae strain that has a potential to be developed as a biodiesel is

iv

Tetraselmis sp. which has a lipid content 15-23% of the dry weight. This research

aims to increase the lipid content of Tetraselmis sp. by using two stressing

methods, the use of biochemical stimulants (malathion) and starvation method.

Cultivation is done for 12 days with continuous aeration and under blue lighting.

To determine lipid content, biomass that has been prepared with reagent nile red

was observed using fluorescence microscop. Optimum results shown by the

method of malathion addition at concentrations of 180 L with a lipid content of

45.6783% of the dry weight. Increasing lipid content will produce biomass which

can be processed into biodiesel with a conversion of 3534 times the energy

required for the production of biodiesel. This value is greater than the Tetraselmis

sp. without treatment which is only 1160 times the energy required for the

production of biodiesel. The results of this research are very important to

maximize the utilization of microalgae as an alternative energy source that

supports biodiesel energy needs in Indonesia.

Kata Kunci: Biodiesel, lipid, malathion, starvation, Tetraselmis sp.

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala

rahmat, kasih sayang dan segala anugrah-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan laporan penelitian Lomba Penelitian Mahasiswa Teknik Kimia

(LPMTKI) yang berjudul Peningkatan Kandungan Lipid pada Mikroalga

Tetraselmis sp. sebagai Bahan Baku Biodiesel dengan Metode Starvasi dan

Penambahan Malathion: Solusi Penyediaan Sumber Energi Terbarukan

dan Ramah Lingkungan. Selama pelaksanaan program hingga terselesainya penulisan laporan akhir

ini, penulis telah banyak mendapatkan bimbingan, pengarahan dan bantuan dari

berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih

kepada:

1. Ibu Ir. Siti Syamsiah, Ph.D. selaku Dosen Pembimbing yang telah mengarahkan, membimbing, memberikan dorongan dan petunjuk selama

pelaksanaan program sampai penulisan laporan ini selesai,

2. Seluruh anggota tim yang telah meluangkan waktu dan tenaga sehingga program ini dapat selesai tepat pada waktunya,

3. Kedua orang tua dan keluarga kami yang senantiasa mendoakan dan memberi dukungan kepada kami, dan

4. Pihak-pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan ini, sehingga

penulis mengharapkan kritik dan saran untuk lebih menyempurnakan laporan

penelitian ini. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi kita

semua. Amin.

Yogyakarta, 17 Oktober 2013

Penulis

vi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ........................................................................................................ i

Lembar Pengesahan ................................................................................................ ii

Abstrak............................................................................................................... iii

Kata Pengantar....................................................................................................... v

Daftar Isi................................................................................................................. vi

Daftar Gambar................................................................................................... vi

Daftar Tabel.................................................................................................... vi

Pendahuluan................................................................................................. 1

Tinjauan Pustaka........................................................................................... 3

Metode Penilitian.................................................................................................. 11

Hasil dan Pembahasan........................................................................................ 16

Daftar Pustaka.................................................................................................. 21

Lampiran.............................................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Biomassa mikroalga pasta dan biomassa kering................................. 4

Gambar 2 Tetraselmis sp. 4 Gambar 3 Ilustrasi racewayopen pond dan Racewayopen pond di lapangan......... 6

Gambar 4 Instalasi flatphotobioreactor dan tubular photobioreactor................... 6

Gambar 5 Fase pertumbuhan sel bakteri. 9 Gambar 6 Rangkaian Alat Kultur Tetraselmis sp... 12 Gambar 7 Rangkaian Alat pada Photobioreactor. 12 Gambar 8 Grafik jumlah sel Tetraselmis sp. perlakuan penambahan malathion.... 16

Gambar 9 Grafik jumlah sel Tetraselmis sp. perlakuan starvasi nitrogen.............. 17

Gambar 10 Grafik biomassa Tetraselmis sp. perlakuan penambahan malathion.... 18

Gambar 11 Grafik biomassa Tetraselmis sp. perlakuan starvasi nitrogen...............18

Gambar 12 Hasil pengamatan lipid Tetraselmis dengan mikroskop fluorescence....19

Gambar 13 Data kandungan lipid kultur Tetraselmis sp......................................... 20

Gambar 14 Grafik kandungan lipid Tetraselmis sp. pada kultur dengan

photobioreactor kapasitas 30 L untuk perlakuan penambahan malathion

60 L..................................................................................................... 21

DAFTAR TABEL

Tabel I Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dan solar............................... 3

Tabel II Perbandingan antara penggunaan sistem open pond dengan sistem

photobioreactor. (Ariyanti, 2010)............................................................. 7

Tabel III Data kandungan lipid kultur Tetraselmis sp............................................ 20

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini, kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat. Di

Indonesia, konsumsi energi oleh masyarakat masih terpusat pada BBM (Bahan

Bakar Minyak) yang saat ini konsumsinya mencapai 1,3 juta barel per hari.

Sementara itu, produksi minyak oleh kontraktor hanya mencapai 900.000 barel

per hari (Nuryadhyn, 2012). Padahal, sumber daya minyak bumi (fossil fuel)

merupakan jenis sumber daya yang tidak terbarukan. Apabila terus digunakan,

cadangan energi dari minyak bumi tidak akan dapat terus mendukung kebutuhan

energi kita dan lama kelamaan akan habis. Dengan demikian diperlukan sumber

energi alternatif yang mampu mengurangi ketergantungan masyarakat akan bahan

bakar fosil.

Industri bahan bakar alternatif pengganti minyak bumi saat ini dapat

berupa bioetanol ataupun biodiesel. Selama ini, bahan baku pembuatan bahan

bakar nabati berasal dari kelapa sawit, jarak, tebu, jagung, dan kedelai. Industri

bahan bakar nabati ini menyisakan masalah seperti terkendalanya produksi akibat

terbatasnya lahan yang dapat digunakan untuk produksi pangan. Selama

permasalahan pangan belum teratasi sepenuhnya, tentu tidak bijaksana jika

produksi pangan dialihkan menjadi biodiesel atau bioetanol.

Melihat potensi wilayah Indonesia yang 75% berupa lautan, mikroalga air

laut menjadi kandidat yang potensial sebagai sumber energi alternatif. Mikroalga

merupakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui dan berkelanjutan.

Dibandingkan dengan jagung dan kelapa sawit, mikroalga memiliki produktivitas

biodiesel yang jauh lebih tinggi, dimana produktivitas biodiesel mikroalga dapat

mencapai 58.700 L/ha sedangkan kelapa sawit hanya mencapai 5.950 L/ha

(Chisti, 2007). Dalam produksi skala besar, mikroalga tidak bersaing dengan

lahan pertanian karena dapat dikembangkan di daerah pesisir dan di laut lepas.

Terlebih, Indonesia memiliki potensi berupa laut seluas 5,8 juta km2 dan pesisir

sepanjang 95.181 km yang dapat digunakan untuk kultivasi massal mikroalga.

Salah satu jenis mikroalga yang potensial untuk dikembangkan sebagai

bahan biofuel adalah Tetraselmis sp. yang memiliki kandungan lipid yang cukup

tinggi, yang dapat mencapai 15-23% dari berat kering (Chisti, 2007). Meskipun

demikian, produksi biofuel dari mikroalga saat ini belum optimal. Kendala

biomassa ini dikarenakan pertumbuhan mikroalga yang belum maksimal. Selain

biomassa, kandungan lipid yang dihasilkan mikroalga juga masih belum maksimal

untuk dapat memenuhi kebutuhan konsumsi biodiesel dunia.

Salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas mikroalga adalah

dengan mengoptimalkan fotosintesis mikroalga. Cahaya biru diketahui dapat

meningkatkan aktivitas fotosintetik pada mikroalga. Dalam sebuah penelitian,

sinar biru meningkatkan produktivitas lipid yang diikuti dengan peningkatan

produktivitas protein dan penurunan karbohidrat pada mikroalga (Marchetti et al.,

2012). Untuk meningkatkan kandungan lipid pada kultur mikroalga dapat

digunakan metode stressing, salah satunya dengan mengurangi kadar nitrogen

dalam media tumbuh. Pada kondisi tersebut jalur metabolisme karbon diarahkan

kepada sintesis lipid (Allsul dan Omar, 2012; Hu, 2004).

Berawal dari permasalahan tersebut, ingin ditingkatkan produktivitas

biomassa dan kandungan lipid pada Tetraselmis sp. dengan menggunakan metode

2

starvasi dan penambahan malathion. Biomassa yang dihasilkan dapat digunakan

sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.

Rumusan Masalah

Tetraselmis sp. mengandung lipid berkisar antara 15-23% dari berat

keringnya (Chisti, 2007). Untuk mendapatkan kandungan lipid yang optimal,

maka diperlukan perlakuan khusus yang dapat memaksimalkan kandungan lipid

pada tahap stressing, salah satunya dengan starvasi nitrogen. Pada saat starvasi,

jumlah nutrient dibatasi sehingga alga akan mensintesis lipid dengan kadar

tertentu, namun berakibat pada berkurangnya kecepatan pertumbuhan sel (growth

rate per day). Hal ini bisa diatasi dengan penambahan biochemical stimulant yang

dapat meningkatkan produktivitas lipid tanpa mengurangi pertumbuhan mikroalga

tersebut. Salah satu biochemical stimulant yang dapat dipakai adalah malathion.

Penggunaan malathion pada konsentrasi tertentu dalam waktu singkat sebagai

stimulan pada tahap stressingdiharapkan dapat mendorong pembentukan lipid

tanpa mengurangi produktivitas biomassa tersebut. Namun biomassa yang lebih

banyak belum tentu menunjukkan kandungan lipid yang lebih tinggi pula.

Sehingga perlu dianalisis kandungan lipid dari Tetraselmis sp. pada masing-

masing perlakuan, untuk mengetahui metode stressing yang dapat menghasilkan

lipid optimum.

Tujuan Penelitian

Berdasarkan uraian permasalahan, tujuan umum penelitian ini adalah

untuk meningkatkan kandungan lipid pada tetraselmis sp. dengan metode starvasi

dan penggunaan biochemical stimulant. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian

ini adalah:

1. Mendapatkan data kecepatan pertumbuhan sel Tetraselmis sp. pada variasi penggunaan nutrient.

2. Mendapatkan data berat kering (dry weight) biomassa pada awal dan akhir tahap kultur.

3. Membandingkan produktivitas lipid yang terkandung dalam biomassa dengan metode starvasi dan penambahan malathion.

Dari penelitian ini diharapkan diperoleh data kinetika produktivitas

mikroalga, sehingga dapat digunakan untuk perancangan kultur alga skala besar

(mass production).

Manfaat Penelitian

Dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Mengembangkan proses kultur mikroalga menjadi biomassa dalam jumlah optimum.

2. Menghasilkan biomassa yang bisa diolah menjadi biodiesel. 3. Memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan

teknologi dalam bidang bioproses beserta aplikasinya.

3

TINJAUAN PUSTAKA

Biodiesel

Biodiesel adalah salah satu bentuk energi alternatif yang saat ini telah

digunakan secara luas, terutama pada bidang industri dan sarana transportasi.

Biodiesel merupakan hasil transesterifikasi dari trigliserida yang merupakan lipid

alamiah dalam sel. Biodiesel biasa dibuat dari bahan-bahan nabati seperti sawit,

jarak dan tanaman pangan (Chisti, 2007).Agar dapat digunakan sebagai bahan

bakar pengganti solar, biodiesel harus mempunyai kemiripan sifat fisik dan kimia

dengan minyak solar. Salah satu sifat fisik yang penting adalah viskositas.

Sebenarnya, minyak lemak nabati sendiri dapat dijadikan bahan bakar, namun,

viskositasnya terlalu tinggi sehingga tidak memenuhi persyaratan untuk dijadikan

bahan bakar mesin diesel.

Tabel I.Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dan solar

Sifat fisik / kimia Biodiesel Solar

Komposisi Ester alkil Hidrokarbon

Densitas, g/ml 0,8624 0,8750

Viskositas, cSt 5,55 4,6

Titik kilat, oC 172 98

Angka setana 62,4 53

Energi yang dihasilkan 40,1 MJ/kg 45,3 MJ/kg

Dibandingkan dengan minyak solar, biodiesel mempunyai beberapa

keunggulan. Keunggulan utamanya adalah emisi pembakarannya yang ramah

lingkungan karena mudah diserap kembali oleh tumbuhan dan tidak mengandung

SOx. Keunggulan biodiesel lainnyaadalah :

1. Merupakan bahan bakar yang tidak beracun dan dapat dibiodegradasi.

2. Mempunyai bilangan setana yang tinggi.

3. Mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx.

Mikroalga

Mikroalga adalah mikroorganisme fotosintetik yang mampu mengubah

cahaya matahari menjadi biomassa. Mikroalga meliputi alga mikroskopis dan

cyanobacteria, memiliki klorofil a dan mampu berfotosintesis menghasilkan

senyawa karbon organik (Richmond, 2004). Beberapa mikroalga berpotensi

menghasilkan lipid sebagai bahan dasar biodiesel, seperti Tetraselmis sp. (Chisti,

2007). Tetraselmis sp. merupakan alga hijau, mempunyai sifat selalu bergerak,

berbentuk oval elips, mempunyai empat buah flagella (Mujiman, 1984).

Tetraselmis sp. memiliki kandungan lipid yang dapat mencapai 15-23% dari berat

kering (Chisti, 2007).

Mikroalga mempunyai potensi besar sebagai bahan baku biodiesel ataupun

bioetanol karena tidak berkompetisi dengan penggunaan sebagai bahan pangan

dan memperkecil kompetisi penggunaan lahan dan produksi yang tinggi sehingga

memungkinkan untuk memenuhi kebutuhan pengganti minyak solar fosil 100%.

4

Gambar 1. Biomassa mikroalga pasta (kiri) dan biomassa kering (kanan)

Tetraselmis sp.

Tetraselmis chuii merupakan jenis mikroalga yang memiliki warna tubuh

kehijauan atau dikenal dengan flagelata berklorofil. Tetraselmis adalah jenis alga

bersel tunggal yang mempunyai empat buah flagella berwarna hijau

(greenflagella). Dengan flagella tersebut maka tetraselmis dapat bergerak lincah

dan cepat seperti hewan bersel tunggal. Klasifikasi tetraselmis (Bougis,1979)

sebagai berkut :

Kingdom: Plantae

Filum: Chlorophyta

Kelas: Prasinophyceae

Ordo: Pyramimonadales

Genus: Tetraselmis

Spesies: Tetraselmis chuii

Ukuran sel Tetraselmis berkisar antara 7-12 mikron. Bentuk tubuhnya oval

elips. Klorofil merupakan pigmen dominan pada alga ini, sehingga nampak

berwarna hijau akibat dipenuhi kloroplast. Pigmen klorofil Tetraselmis chuii

terdiri dari dua macam yaitut karotin dan xantofil. Dinding sel alga ini terbentuk

dari selulosa dan pektosa. Tetraselmis mempunyai tingkat toleransi terhadap

rentang salinitas yang cukup besar yaitu 15-36 ppt, sedangkan kisaran suhunya

antara 15-36 oC.

Gambar 2. Tetraselmis sp.

5

Alga ini berkembang biak secara aseksual dengan pembelahan sel dan

seksual dengan penyatuan kloroplast dari gamet jantan dan gamet betina

(Jaime,1984). Pada reproduksi secara aseksual protoplasma sel membelah menjadi

2,4, dan 8 sel dalam bentuk zoospora. Zoospora ini masing-masing akan

dilengkapi dengan 4 buah flagella yang mana akan terlepas dalam bentuk

zygospora (Isnansetyo dan Kurniastuty,1995). Pada reproduksi secara seksual

gamet jantan dan betina identik sehingga disebut isogami. Bersatunya kloroplast

diikuti dengan menurunkan zygot baru yang akan berkembang menjadi zygot

sempurna (Sachlan,1982). Peranan tetraselmis sebagai salah satu alga laut yakni

dimanfaatkan sebagai pakan ikan, udang dan kerang-kerangan dan alternatif

biodiesel. Zat gizi yang terkandung pada Tetraselmis chuii yakni mengandung

48,42% protein, lemak 9,70%, serat kasar 0,08%, NFE 20,63%, abu 21,17%,

sisanya air (Fabregas dan Jaime,1984).

Bioreactor

Bioreactor adalah alat yang diproduksi atau direkayasa untuk mendukung

suatu proses biologis. Dalam satu kasus, bioreaktor adalah wadah di mana proses

kimia dilakukan yang melibatkan organisme atau zat biokimia aktif yang berasal

dari organisme tersebut (Nic et al, 2006). Photobioreactor (PBR) adalah sebuah

bioreactor yang memungkinkan organisme didalamnya untuk mendapatkan

cahaya dan memanfaatkannya untuk reaksi kimiawi yang dibutuhkan organisme

tersebut. PBR sendiri lebih diartikan sebagai sistem tertutup yang merupakan

kebalikan dari sistem kolam yang terbuka (Decker dan Reski, 2008). PBR dapat

menjadi alternatif pilihan untuk kultivasi mikroalga karena kemungkinan

kontaminasi yang kecil dan kondisi lingkungan yang lebih mudah diatur. PBR

memiliki beberapa aspek yang saling berkaitan untuk menunjang optimalisasi

pertumbuhan kultur yaitu intensitas cahaya, pergerakan fluida, dan reaksi kimia

yang terjadi (Posten, 2009).

Kultivasi Mikroalga

Sebagian besar mikroalga menggunakan cahaya dan karbondioksida (CO2)

sebagai sumber energy dan sumber karbon (organisme photoautotrophic).

Pertumbuhan optimum mikroalga membutuhkan temperature air berkisar 15-30C. Media pertumbuhan juga harus mengandung elemeninorganik yang

berfungsidalam pembentukan sel,seperti nitrogen, phospor,dan besi. Beberapa

penelitian telah dilakukan untuk mengembangkan teknik, prosedur dan proses

produksi mikroalga dalam jumlah besar. Open ponds system dan photobioreactor

systemmerupakan teknik budidaya mikroalga yang paling sering digunakan.

Open ponds merupakan sistem budidaya mikroalga tertua dan paling

sederhana. Sistem tersebut sering dioperasikan secara kontinyu. Umpan segar

(mengandung nutrisi termasuk nitrogen, phosphor, dan garam anorganik)

ditambahkan di depan paddlewheel dan setelah beredar melalui loop-loop,

mikroalga tersebut dapat dipanen di bagian belakang dari paddlewheel.

Paddlewheel digunakan untuk proses sirkulasi dan proses pencampuran mikroalga

dengan nutrisi. Beberapa sumber limbah cair dapat digunakan sebagai kultur

dalam budidaya mikroalga. Pemilihan sumber limbah cair tersebut berdasarkan

pemenuhan kebutuhan nutrisi dari mikroalga. Mikroalga laut dapat menggunakan

air laut atau air dengan tingkat salinitas tinggi sebagai media kultur.

6

Biaya operasional sistem open ponds lebih rendah dibandingkan dengan

sistem photobioreactor, namun sistem tersebut memiliki beberapa kelemahan.

Open ponds merupakan sistem kolam terbuka sehingga mengalami evaporasi

akut, dan penggunaan karbon dioksida (CO2) menjadi tidak efisien. Produktivitas

mikroalga juga dibatasi oleh kontaminasi dari alga atau mikroorganisme yang

tidak diinginkan. Gambar 3 menunjukkan sistem open ponds dengan

photobioreactor.

Gambar 3. (a) Ilustrasi racewayopen pond; (b) Racewayopen pond dilapangan

Photobioreactor dikembangkan untuk mengatasi permasalahan

kontaminasi dan evaporasi yang sering terjadi dalam sistem open pond. Sistem

tersebut terbuat dari material tembus pandang dan umumnya diletakkan di

lapangan terbuka untuk mendapatkan cahaya matahari. Pada dasarnya,

photobioreactor terdapat dalam 2 jenis, plate dan tubular. Photobioreactortubular

lebih sesuai digunakan di lapangan terbuka.

Pada dasarnya, terdapat dua tipe photobioreactor, yaitu tipe flatplate

(Gambar 4.a) dan tipe tubular (Gambar 4.b). Apabila dibandingkan, tipe tubular

lebih cocok untuk aplikasi di luar ruangan karena luasnya permukaan untuk

proses iluminasi. Namun flatplatephotobioreactor juga sering digunakan karena

tipe ini dapat meratakan intensitas penyinaran sehingga sel yang dihasilkan

memiliki densitas yang lebih tinggi. Tipe flat platephotobioreactor lebih disukai

karena:

1.Konsumsi energi lebih rendah dan kapasitas transfer massa tinggi;

2.Efisiensi fotosintetis tinggi,dan

3.Tidak terdapat ruang yang tidak terkena cahaya.

Desain dari tipe ini juga beragam mulai dari tipe gelas hingga PVC transparan dan

tebal.

Gambar 4.(a) Instalasi flatphotobioreactor(kiri);(b) tubular photobioreactor

(kanan)

7

Photobioreactor memiliki rasio luas permukaan dan volume yang besar.

Produktivitas mikroalga menggunakan photobioreactor dapat mencapai 13 kali

lipat total produksi dengan menggunakan sistem open raceway pond.

Perbandingan antarapenggunaan sistem open pond dengan sistem

photobioreactor dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel II. Perbandingan antara penggunaan sistem open pond dengan sistem photobioreactor.

(Ariyanti, 2010)

Pengaruh Cahaya Biru Terhadap Fotosintesis

Melalui beberapa penelitian, cahaya biru (400-500 nm) mampu

meningkatkan laju fotosintesis dan pertumbuhan mikroalga (Barghbani et al.,

2012; Suh dan Lee, 2003; Aidar et al., 1994). Das et al. (2000) menemukan

bahwa Nannochloropsis yang ditumbuhkan baik pada medium mixotrofik dan

fototrofik memiliki biomassa yang lebih tinggi dibandingkan pada sinar merah

dan putih. Meskipun demikian, pemaparan cahaya yang terus menerus pada fase

pertumbuhan tidak baik karena akan menurunkan kepadatan sel. Meskipun

demikian, Klein (1992) menjelaskan bahwa respon mikroalga terhadap sinar biru

merupakan respon yang spesifik pada tiap spesies mikroalga.

Starvasi Nitrogen

Dalam proses kultivasi mikroalga, nitrogen merupakan komponen

penting bagi pertumbuhan mikroalga. Mikroalga juga mampu mensintesis lipid

yang berguna bagi industri biofuel. Jumlah lipid dalam mikroalga sangat

bervariasi tergantung jenis spesiesnya. Namun, ada cara yang umum digunakan

untuk memperkaya kandungan lipid, yaitu dengan membatasi jumlah nitrogen di

dalam media kultur atau sering disebut metode starvasi (Thompson, 1996; Rodolfi

et al., 2009). Dengan starvasi nitrogen, metabolisme karbon pada mikroalga

diarahkan pada sintesis lipid ataupun karbohidrat (Hu, 2004). Secara umum,

mikroalga akan mengakumulasi lipid dengan metode starvasi asalkan tetap

terpapar cahaya matahari dan tersedia CO2 sehingga metabolisme seluler dari

mikroalga untuk melakukan fotosintesis tetap berjalan (Courchesne et al., 2009).

8

Malathion

Malathion merupakan insektisida dalam deretan zat kimia yang dikenal

sebagai organofosfat. Produk yang mengandung malathion digunakan di luar

ruangan untuk mengontrol berbagai macam serangga dalam pengaturan pertanian

dan di sekitar rumah-rumah penduduk. Malathion juga telah digunakan dalam

pengendalian nyamuk kesehatan masyarakat dan program pengentasan lalat buah.

Malathion juga dapat ditemukan dalam beberapa shampoo khusus untuk

mengobati kutu. Malathion pertama kali terdaftar untuk digunakan di Amerika

Serikat pada tahun 1956.

Das (2011) menjelaskan bahwa pestisida seperti malathion dapat

digunakan sebagai stress stimulant untuk menginduksi lipid dalam alga tanpa

menekan produktivitas biomassa. Teknologi yang baru terungkap ini dapat disebut

sebagai teknik induksi lipid pasca panen karena metode ini mengarahkan

pertumbuhan alga ke konsentrasi yang lebih tinggi tanpa stressing. Hal tersebut

dibuktikan dari hasil perlakuan dengan malathion konsentrasi 70, 140, dan 280

mg/L yang memberikan peningkatan kandungan lipid sebesar 42%, 119%, dan

212% pada hari ke-9. Sedangkan pada hari ke 12 hanya perlakuan dengan

malathion konsentrasi 140 mg/L yang memberikan peningkatan kandungan lipid

sebesar 25%.

Fase Pertumbuhan Sel

Pertumbuhan sel tetraselmis dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya:

1.Suhu

Suhu akan mempengaruhi produksi dan pertumbuhan mikroalga. Pada dasarnya

peningkatan suhu akan meningkatkan metabolisme dan meningkatkan produksi

sel mikroalga. Namun, pengaruh suhu bergantung pada jenis mikroalganya

sendiri.

2.pH medium kultur

Perbedaan jenis mikroalga akan memiliki perbedaan pH optimal agar mikroalga

mampu berkembang. Kisaran pH optimum sangat tergantung pada jenis

mikroalganya. Mikroalga jenis Chlorella memiliki kerapatan sel tertinggi pada pH

7 dan terendah pada pH 5 (Prihatini, 2005).

3.Salinitas medium kultur

Salinitas juga memiliki pengaruh terhadap produktivitas mikroalga. Salinitas akan

mempengaruhi kandungan air yang terdapat di dalam sel mikroalga. Ketika

salinitas media tinggi (diatas batas normal), maka kandungan air di dalam

mikroalga akan keluar dan membuat mikroalga mati. Kisaran salinitas optimum

setiap mikroalga berbeda-beda, hal ini dikarenakan tingkat ketahanan setiap

mikroalga terhadap perubahan lingkungan.

4.Nutrisi

Nutrisi yang terdapat dalam medium kultur mempengaruhi kecepatan

pertumbuhan sel. Makronutrien seperti nitrogen dan phospor merupakan nutrisi

utama yang dibutuhkan mikroalga untuk proses pembelahan sel. Berkurangnya

sejumlah nutrisi dalam media kultur menyebabkan penurunan kecepatan

pertumbuhan sel.

5.Karbon dioksida (CO2)

9

Menurut Wilde dan Benemann (1993), semakin tinggi laju alir gas CO2 maka

semakin tinggi laju pertumbuhan mikroalga dan produktivitas biomassanya. Pada

penelitian yang dilakukan Wilde dan Benemann, reaktor yang digunakan berjenis

buble coloumn dengan desain tertutup dan laju pembebanan gas CO2 bervariasi

yaitu 0,1 - 0,5 l/l min, sedangkan konsentrasi gas CO2 yang digunakan adalah

40% volume.

6.Aerasi

Aerasi merupakan faktor eksternal yang mempengaruhi turbulensi arus di dalam

bubble column. Arus turbulen diperlukan untuk meratakan persebaran mikroalga

dan substrat dalam medium. Akumulasi oksigen yang dihasilkan dari proses

fotosintesis juga dapat dihindaridengan penggelembungan udara dari bagian

bawah reaktor.

7.Cahaya

Pemaparan cahaya terus menerus pada fase pertumbuhan tidak baik karena akan

menurunkan kepadatan sel. Sehingga siklus gelap terang diperlukan untuk

berlangsungnya proses respirasi dalam fase pertumbuhan sel. Rasio 18 jam terang

: 6 jam gelap seringkali dipakai dalam kultur mikroalga.

Pertumbuhan sel pada reaktor batch ditunjukkan seperti pada gambar 5.

Jumlah sel hidup merupakan fungsi dari waktu.

Gambar 5. Fase pertumbuhan sel bakteri

Fase I merupakan lag phase, dimana terjadi sedikit peningkatan pada

konsentrasi sel. Selama lag phase tersebut, sel menyesuaikan dengan kondisi

lingkungannya sebelum terjadi proses pembelahan sel lebih lanjut. Proses lain

yang terjadi pada fase ini adalah sintesis protein transport yang berfungsi untuk

memasukkan substrat ke dalam sel, serta memulai replikasi material genetis dari

sel tersebut. Durasi dari lag phase tergantung pada medium tumbuh yang

digunakan. Penggunaan dua medium yang berbeda pada saat tahap inokulasi dan

tahap reaksi bisa mempengaruhi lama waktu dari lag phase. Jika medium

inokulasi sama dengan medium pada reaktor batch, maka lag phase ini bisa

dikatakan hampir tidak ada. Sebaliknya, apabila medium yang digunakan berbeda

maka sel akan memerlukan waktu lebih lama untuk menyesuaikan cara

metabolisme agar dapat mengkonsumsi nutrisi pada lingkungan yang baru.

Fase II disebut exponential growth phase atau fase pertumbuhan

eksponensial, dimana kecepatan pertumbuhan sel sebanding dengan konsentrasi

sel. Pada fase ini sel mencapai kecepatan pertumbuhan maksimum karena fungsi

10

enzim dalam proses metabolisme substrat tercapai secara keseluruhan sebagai

akibat dari adanya lag phase.Dengan demikian dapat dikatakan bahwa sel mampu

menggunakan nutrisi yang ada secara efisien.

Fase III merupakan stationary phase (fase stasioner atau tetap) yang

ditandai dengan habisnya beberapa nutrisi yang membatasi pertumbuhan sel

(khusunya macro nutrient). Selama fase ini, kecepatan pertumbuhan netto sama

dengan nol sebagai akibat dari habisnya nutrisi dan metabolis esensial pada

medium tumbuh. Berbagai produk fermentasi penting dihasilkan pada tahap

stasioner, termasuk antibiotik dan beberapa senyawa lipid. Pertumbuhan sel juga

diperlambat oleh terbentuknya asam organik dan zat beracun pada fase

tumbuhnya.

Tahap terakhir (fase IV) merupakan death phase dimana konsentrasi sel

mulai berkurang. Penyebab kematian dari sel diantaranya racun yang terbentuk

pada saat growth phase, lingkungan yang berubah, dan berkurangnya ketersediaan

nutrisi yang mendukung kelangsungan hidup sel tersebut. (Fogler, 2006)

Persamaan yang umumnya digunakan untuk merepresentasikan

kecepatan pertumbuhan sel adalah persamaan Monod (pada exponential growth):

(1)

dengan: = cell growth rate (

)

= konsentrasi sel(

)

= specific growth rate ( ) Specific growth rate dapat diketahui dari persamaan:

(2)

dengan:

= maximum specific growth reaction rate ( )

= konstanta Monod(

)

= konsentrasi substrat(

)

Landasan Teori

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang dapat dibuat dari minyak

lemak nabati yang berasal dari tanaman seperti jarak (kastroli), kelapa sawit, dan

jatropha. Sayangnya, keterbatasan lahan dan persaingan dengan industri makanan

menjadikan kapasitas produksi biodiesel dari tanaman terbatas. Mikroalga air laut

yang mengandung trigliserida dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan

biodiesel. Salah satu mikroalga yang terdapat di Indonesia adalah Tetraselmis sp.

yang memiliki lipid bervariasi (15-23% dari berat kering). Namun, kandungan

lipid yang relatif rendah menjadi kelemahan dari mikroalga tersebut. Agar

produksi biodiesel maksimal maka diperlukan peningkatan kandungan lipid dalam

sel. Untuk itu digunakan metode stressing yang bertujuan untuk mengarahkan

jalur metabolisme karbon kepada sintesis lipid. Salah satu metode stressing adalah

starvasi nitrogen yang membatasi jumlah nitrogen di dalam media kultur. Semakin

sedikit kadar nitrogen dalam media kultur maka pengaruh stressing yang diterima

tetraselmis semakin besar. Sehingga lipid yang dihasilkan pada tahap stasioner

lebih banyak. Namun metode starvasi berimbas kepada jumlah biomassa yang

menurun sebagai akibat dari berkurangnya nutrisi penting seperti nitrogen dalam

media kultur. Padahal jumlah lipid total yang dapat diambil bergantung dari berat

kering biomassanya. Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan metode stressing

11

lainnya, yakni penggunaan biochemical stimulant. Penambahan malathion pada

tahap stasioner dapat menginduksi lipid tanpa mengurangi produktivitas biomassa.

Dengan penambahan malathion maka lipid total yang diperoleh pada tahap

pemanenan bisa mencapai titik maksimum.

Hipotesis

Hipotesis yang digunakan pada penelitian ini adalah:

1.Semakin sedikit kadar nitrogen dalam medium kultur, maka lipid yang

terkandung dalam Tetraselmis semakin besar.

2.Penambahan malathion pada konsentrasi tertentu dapat mendorong

pembentukan lipid pada mikroalga Tetraselmistanpa mengurangi produktivitas

biomassanya.

3.Persamaan monod dapat digunakan untuk merepresentasikan kecepatan

pertumbuhan sel Tetraselmis pada fase exponential growth.

METODOLOGI PENELITIAN

Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Isolat Tetraselmis sp. diperoleh dari Laboratorium Bioteknologi LIPI Gondol, Bali.

2. Medium stock f/2 diperoleh dari Laboratorium Bioteknologi Fakultas Biologi Universitas Gadjah Mada.

3. Air laut yang telah disterilisasi diperoleh dari Laboratorium Bioteknologi Fakultas Biologi Universitas Gadjah Mada.

4. Malathion diperoleh dari toko alat pertanian UD. Tani Maju. 5. Aquadest dan Alkohol 70% diperoleh dari Laboratorium Bioteknologi

Fakultas Biologi Universitas Gadjah Mada.

Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain botol kultur 500

mL, aerator, lampu neon, dan air stoneuntuk proses kultur pendahuluan,

sebagaimana terlihat pada gambar6. Sedangkan untuk kultur massal

digunakan photobioreactor berkapasitas 30Literseperti terlampir pada

gambar 7. Untuk mengukur kandungan lipid pada sampel digunakan

mikroskop fluorescent serta spektrofotometer GC-MS. (Gas Chromatography

Mass Spectrometry)

12

Gambar 6. Rangkaian Alat Kultur Tetraselmis sp.

Gambar 7. Rangkaian Alat pada Photobioreactor

Cara Penelitian

a. Pembuatan Medium Stock Medium yang digunakan untuk kultur awal Tetraselmis sp. yaitu

dengan menggunakan modifikasi medium f/2. Media dasar f/2 dibuat dari

800 mL air laut ditambah 1 mL stok NaH2PO4, 1 mL NaNO3, 1 mL stok

trace elemen, dan 0,5 mL stok vitamin, kemudian ditambah akuades

sampai 1 L. Larutan diaduk dengan magnetic stirrer sampai homogen

selanjutnya pH medium diukur dan diatur agar nilainya diantara 7-8.

Medium kemudian disterilisasi menggunakan autoklaf selama 15 menit,

tekanan 15 psi, dan suhu 1210C.

Keterangan :

1. Aerator

2. Botol kultur

3. Medium f/2

4. Air stone

5. Selang plastik

6. Lampu neon biru

7. Steker 1

4

2

3

5

6

7

2

3

1

4

6

Keterangan :

1. Aerator

2. Stirrer

3. Selang plastik

4. Kran

5. Reaktor akrilik

6. Selang O2

5

13

b. Pre-treatment Kultur Starter Tetraselmis sp. dengan Cahaya Biru (1) Kultivasi dengan Medium Starvasi Nitrogen

Tetraselmis sp. dikultur pada medium f/2 dengan

menggunakan botol/Erlenmeyer.Sebanyak 150 mL isolate Tetraselmis

sp. diinokulasi dalam 100 mL medium f/2, diinkubasi selama 7 hari

dibawah sinar biru dengan aerasi dan pencahayaan kontinyu. Pada hari

ke 8 ditambahkan 250 mL medium starvasi dengan perbandingan N :

P 11.25 : 1, 7,5 : 1, dan 0 : 1. Kultur dilanjutkan sampai hari ke 12

dibawah sinar biru dengan aerasi kontinyu. Sebagai kontrol digunakan

150 mL isolate Tetraselmis sp. yang diinokulasi dalam 350 mL

medium f/2 dan diinkubasi selama 12 hari dibawah sinar biru dengan

aerasi dan pencahayaan kontinyu.

(2) Kultivasi dengan Medium N:P Normal dan Kombinasi Malathion Tetraselmis sp. dikultur pada medium f/2 dengan

menggunakan botol/Erlenmeyer. Sebanyak 150 mL isolate

Tetraselmis sp. diinokulasi dalam 350 mL medium f/2, diinkubasi

selama 12 hari dibawah sinar biru dengan aerasi dan pencahayaan

kontinyu. Pada saat kultur mencapai fase log phase (antara hari ke 3-

5), ditambahkan malathion sebagai stressing stimulant dengan

konsentrasi 60 mg/L, 120 mg/L, dan 180 mg/L. Sebagai kontrol

digunakan 150 mL isolate Tetraselmis sp. yang diinokulasi dalam 350

mL medium f/2 dan diinkubasi selama 12 hari dibawah sinar biru

dengan aerasi dan pencahayaan kontinyu.

(3) Kultivasi dengan Medium Starvasi Nitrogen dan Kombinasi Malathion

Tetraselmis sp. dikultur pada medium f/2 dengan

menggunakan botol/Erlenmeyer. Sebanyak 150 mL isolate

Tetraselmis sp. diinokulasi dalam 100 mL medium f/2, diinkubasi

selama 7 hari dibawah sinar biru dengan aerasi dan pencahayaan

kontinyu. Pada saat kultur mencapai fase log phase (antara hari ke 3-

5), ditambahkan malathion sebagai stressing stimulant dengan

konsentrasi 60 mg/L. Pada hari ke 8 ditambahkan 250 mL medium

starvasi dengan perbandingan N : P 7,5 : 1. Kultur dilanjutkan sampai

hari ke 12 dibawah sinar biru dengan aerasi kontinyu.

c. Kultivasi Tetraselmis sp. pada Photobioreactor Tetraselmis sp. yang berasal dari perlakuan awal dibawah

pencahayaan sinar biru dikultivasi pada Photobioreactor (PBR). Sebanyak

10 L isolate Tetraselmis sp. dikultur dalam 10 L medium air laut dengan

aerasi dan pencahayaan biru selama 12 hari. Pada hari ke 8 ditambahkan

10 L medium starvasi dengan perbandingan N : P 7,5 : 1. Kultur

dilanjutkan sampai hari ke 12 dengan aerasi dan pencahayaan biru

kontinyu. Alga kemudian dipanen melalui bagian bawah photobioreactor.

Variabel Penelitian

Dalam penelitian ini, terdapat variabel-variabel peubah:

Variabel bebas :

a. Perbandingan Nitrogen dan Phospor dalam nutrient medium f/2. b. Konsentrasi Malathion dalam medium kultur.

14

Analisis Data

a. Menghitung densitas sel tetraselmis sp. Penghitungan densitas sel dilakukan dengan menggunakan

haemocytometer. Perlu diketahui volume bilik hitung dari preparat yang

digunakan. Volume bilik diperoleh dari persamaan:

V = A x h(3)

dengan: V = Volume bilik hitung (L / ( ) A = Luas bilik hitung ( ) h = Jarak bilik hitung dengan preparat (m)

Sehingga dapat diperoleh jumlah sel tiap 1 mL (1000 L)

S =

(4)

dengan: S = Jumlah sel tetraselmis sp. per mL

= Jumlah sel terhitung pada bilik hitung haemocytometer = Faktor pengenceran Volume bilik hitung (L / ( )

b. Menghitung berat kering tetraselmis sp. Berat kering tetraselmis tiap 10 mL sample dicari dengan persamaan:

- (5) dengan: = Berat kering tetraselmis sp. Pada 10 mL sampel (gram) = Berat kertas saring + tetraselmis sp. (gram) = Berat kertas saring (gram)

Sehingga dapat diperoleh berat tetraselmis pada botol kultur.

m = x V (5) dengan: = Berat tetraselmis sp. per volume kultur (gram)

= Berat kering tetraselmis sp. Pada 10 mL sampel (gram) = Berat kertas saring + tetraselmis sp. (gram) = Berat kertas saring (gram)

V = Volume botol kultur

c. Menentukan specific growth rate Specific growth rate () digunakan dalam persamaan Monod untuk

menghitung nilai specific growth rate constant ( ) dan specific growth rate maksimum (

) dari tetraselmis sp. Nilai dari dapat dicari dengan

persamaan:

=

(6)

dengan: = specific growth rate ( ) = massa tetraselmis sp. pada (gram)

= massa tetraselmis sp. pada (gram)

= lama masa kultur (hari)

d. Menentukan kecepatan pertumbuhan sel tetraselmis sp. dengan persamaan Monod

Dengan mengetahui nilai , maka dapat dicari nilai dan dari data

percobaan yang diperoleh pada kultur skala lab. dibuat plot dalam

bentuk grafik untuk mencari nilai intercept dan slope dari persamaan

Monod:

15

=

(7)

Persamaan diubah ke bentuk linier:

=

+

(8)

dengan: =specific growth rate ( ) =specific growth rate constant

=maximum specific growth rate ( )

=konsentrasi substrat (g/L) e. Menentukan kandungan lipid secara kualitatif

Kandungan lipid dapat diketahui dari tingkat fluorescence isolat

tetraselmis sp. yang telah diberi reagent nile red. Pengamatan dilakukan

dengan menggunakan mikroskopfluorescenct yang bertempat di

Laboratorium Penelitian dan Pengujian Terpadu Universitas Gadjah

Mada (LPPT UGM).

Teknik Pengumpulan Data

a. Laju Pertumbuhan Massa Tetraselmis sp. Laju pertumbuhan massa Tetraselmis sp. diukur dengan

menimbang berat kering mikroalga yang telah dikultur dalam interval 1

hari. Sampel diambil sebanyak 10 mL kemudian difilter dan dikeringkan

menggunakan microwave selama 10 menit. Filtrat lalu ditimbang

sehingga dapat diperoleh berat kering mikroalga serta grafik laju

pertumbuhan Tetraselmis sp. dalam satuan massa terhadap waktu. Laju

pertumbuhan massa diperlukan untuk menentukan masa starvasi agar

kandungan lipid saat tahap panen bisa optimum. Sebagai pembanding,

pertumbuhan jumlah sel dihitung menggunakan haemocytometer. Kultur

dicuplik kemudian difiksasi dengan alkohol 70%, perbandingan kultur

dengan alkohol 70% adalah 8 : 2. Hasil perhitungan sel dengan

haemocytometer di konversi ke jumlah sel/mL.

b. Produktivitas Biomassa Produktivitas Biomassa Tetraselmis sp. diukur dengan mengukur

berat kering (dry weight) pada awal dan akhir tiap perlakuan dan kontrol.

Pengukuran berat kering dilakukan dengan mengambil 10 mL sampel

dan disaring dengan kertas Whatman No. 1 yang sebelumnya telah

diukur beratnya dengan menggunakan neraca analitis digital. Hasil

penyaringan dibungkus dengan kertas Whatman No. 1 dan dimasukkan

ke dalam microwave selama 10 menit dengan tegangan 300 volts.

Biomassa beserta kertas Whatman kemudian dioven pada suhu 34C selama semalam (overnight) hingga berat konstan dan ditimbang dengan

neraca analitis digital.

c. Pengukuran Kandungan Lipid Pengukuran kandungan lipid dilakukan dengan menggunakan GC-

MS (Gas chromatography mass spectrophotometry) serta reagent Nile Red.Kandungan lipid Tetraselmis sp. diukur pada awal dan akhir tiap

perlakuan dan kontrol. Pengukuran kandungan lipid ini bekerja sama

dengan LPPT (Laboratorium Penelitian dan Pengujian Terpadu) UGM.

16

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Untuk mengetahui kinetika sel Tetraselmis sp. maka perlu diketahui

pertumbuhan sel dengan membandingkan jumlah sel dan biomassa sel per hari.

Gambar 8 menunjukkan grafik pertumbuhan sel yang diberikan stressing

stimulant malathion pada hari ke-3 kultur. Terlihat bahwa fase pertumbuhan log

hanya mencapai hari ke-3, padahal dari perilaku kontrol dapat diketahui pula

bahwa hari ke-3 merupakan puncak aktivitas pembelahan sel. Senyawa malathion

rupanya memberikan suasana stress yang sangat kuat dalam medium kultur

sehingga fase stasioner mulai lebih cepat dari seharusnya. Environmental stress

tersebut berimbas pada aktivitas metabolisme sel yang cenderung menimbun

cadangan makanan pada dinding sel atau melakukan metabolisme sekunder yakni

sintesis lipid.

Gambar 8. Grafik jumlah sel Tetraselmis sp. perlakuan penambahan malathion

Dari gambar 8 juga dapat diamati bahwa variasi konsentrasi malathion

tidak terlalu berpengaruh pada aktivitas sel saat fase stasioner. Baru pada fase

kematian sel dapat dilihat bahwa penurunan jumlah sel paling besar terjadi pada

konsentrasi 120 L. Hal sebaliknya ditunjukkan oleh perlakuan starvasi nitrogen

yang memberikan jumlah sel tiga kali lipat dibandingkan perlakuan stressing

malathion pada akhir kultur. Pada perlakuan starvasi tersebut, pemberian medium

starvasi dilakukan pada hari ke-7 sehingga berdampak pada meningkatnya

aktivitas pertumbuhan sel pada konsentrasi medium 50% N dan 75% N.

Pemberian medium starvasi pada hari ke-7 dimaksudkan agar sintesis lipid

meningkat,namun tetap disertai dengan pembelahan sel. Pada kondisi ini sel

kembali mengalami fase pertumbuhan logaritmik yang ditandai dengan

peningkatan jumlah sel hingga hari ke-12. Dengan cara ini dapat diperoleh

biomassa maksimum dengan kadar lipid yang lebih tinggi.

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000500000550000600000650000700000750000800000850000900000950000

1000000105000011000001150000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Jum

lah

Sel

Hari

kontrol

malathion60 l

malathion120 l

malathion180 l

17

Gambar 9. Grafik jumlah sel Tetraselmis sp. perlakuan starvasi nitrogen

Hal yang penting dari kultur mikroalga adalah perlakuan yang dapat

menghasilkan biomassa dan kandungan lipid optimum. Pada umumnya,

biomassa yang dihasilkan berbanding lurus dengan jumlah sel mikroalga.

Namun hal berlainan diperlihatkan oleh metode stressingdengan malathion

seperti ditunjukkan oleh gambar 3. Peningkatan biomassa hingga hari ke-3

merupakan hasil dari aktivitas pembelahan sel Tetraselmis, sebelum berkurang

pada hari ke-4 akibat adanya penambahan malathion. Berkurangnya biomassa

tersebut digunakan oleh sel untuk mempertahankan diri pada suasana medium

baru. Tetraselmis kemudian memasuki fase stasioner dimana sel mulai

memproduksi lipid. Pada hari ke-9 biomassa kembali mengalami peningkatan

hingga hari ke-11 meskipun jumlah sel cenderung menurun sebagai akibat dari

habisnya nutrisi-nutrisi penting. Kenaikan biomassa secara signifikan juga

didorong oleh suasana medium yang bercampur dengan malathion.

0 50000

100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000 550000 600000 650000 700000 750000 800000 850000 900000 950000

1000000 1050000 1100000 1150000 1200000 1250000 1300000 1350000 1400000 1450000 1500000 1550000 1600000 1650000 1700000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

JUM

LAH

SEL

HARI KE

kontrol

starvasi75% N

starvasi50% N

starvasi0% N

18

Gambar 10. Grafik biomassa Tetraselmis sp. perlakuan penambahan malathion

Gambar 11. Grafik biomassa Tetraselmis sp. perlakuan starvasi nitrogen

Untuk perlakuan starvasi nitrogen, biomassa yang dihasilkan lebih rendah

dibandingkan perlakuan penambahan malathion. Pada konsentrasi 50% N dan

75% N grafik biomassa cenderung naik hingga hari ke-4, kemudian stasioner

sampai hari ke-8. Pada hari ke-9 biomassa meningkat dan turun kembali pada

hari ke-11. Peningkatan biomassa di tengah masa kultur tersebut merupakan hasil

dari penambahan medium starvasi. Sedangkan pada konsentrasi 0% N grafik

biomassa cenderung stasioner hingga hari ke-7, kemudian meningkat hingga hari

ke-9 dan selanjutnya turun di akhir masa kultur. Dari ketiga konsentrasi medium,

konsentrasi 75% N memberikan biomassa paling besar di akhir kultur, diikuti oleh

konsentrasi 50% N dan 0% N. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan

0.0000

0.0010

0.0020

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

0.0070

0.0080

0 2 4 6 8 10 12 14

BIO

MA

SSA

SEL

(gr

am/L

)

HARI KE-

kontrol

malathion60 l

malathion120 l

malathion180 l

0.0000

0.0010

0.0020

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

0 2 4 6 8 10 12 14

BIO

MA

SSA

SEL

(gr

am/L

)

HARI KE-

kontrol

starvasi75% N

starvasi50% N

starvasi0% N

19

bahwa semakin sedikit unsur nitrogen maka pertumbuhan mikroalga menjadi

terhambat. Data biomassa untuk semua perlakuan dapat dilihat pada daftar I.

Pada penelitian ini juga digunakan persamaan Monod untuk menghitung

kinetika pertumbuhan sel Tetraselmis. Seperti terlihat pada gambar 5, fase

pertumbuhan sel terdiri dari beberapa tahapan yaitu fase pertumbuhan log, fase

stasioner, dan fase kematian sel. Persamaan Monod hanya dapat digunakan untuk

memperkirakan kinetika pertumbuhan sel pada fase log. Dari persamaan tersebut

dapat diperoleh nilai maximumspecific growth rate ( ) yang yang menunjukkan nilai maksimum dari growth rate sel Tetraselmis yang dibatasi oleh konsentrasi

nitrogen dalam medium kultur. Dalam hal ini nitrogen disebut sebagai limiting

substrate karena ketersediaannya dalam medium sangat mempengaruhi

pertumbuhan sel. Konsentrasi nitrogen menentukan waktu perubahan fase

pertumbuhan dari fase log menjadi fase stasioner hingga akhirnya tiba pada fase

kematian sel. Jumlah nitrogen (s) dalam medium juga menentukan nilai specific

growth rate (). Semakin besar nilai (s) maka specific growth rate () akan

meningkat hingga nilai tertentu dan mencapai nilai maksimum yang disebut . Nilai untuk masing-masing perlakuan berbeda sesuai dengan konsentrasi

nitrogen sisa pada medium. Pada perlakuan starvasi 50% diperoleh nilai sebesar 0,3863 hari

-1 serta nilai sebesar 16,9119 gram/L. menunjukkan

konsentrasi limiting substrate ketika specific growth rate mencapai separuh dari

nilai . Untuk mengetahui kandungan lipid pada sel Tetraselmis maka digunakan

metode analisis staining dengan reagen nile red. Biomassa yang telah dipisahkan

dari medium ditetesi nile red agar lipid dalam badan sel dapat diamati oleh

mikroskop flourescence. Hasil pengamatan dengan mikroskop flourescence

ditunjukkan oleh gambar dibawah.

Gambar 12. Hasil pengamatan lipid Tetraselmis dengan

mikroskop flourescence

Red image menunjukkan badan sel Tetraselmis, sedangkan Green image

menunjukkan lipid yang terkandung dalam sel. Penambahan nile red

menyebabkan adanya perpendaran berwarna kuning keemasan dari badan sel,

yang merupakan lipid sel. Untuk mengetahui kadar lipid sel maka digunakan

softwarecell profiler yang dapat mengukur intensitas cahaya yang dipancarkan

sel. Hasil pengukuran kadar lipid ditunjukkan pada gambar 13.

20

Gambar 13. Data kandungan lipid kultur Tetraselmis sp.

Pada perlakuan starvasi, semakin kecil kadar nitrogen dalam medium

kultur maka kandungan lipid sel semakin besar. Sedangkan pada perlakuan

penambahan malathion, semakin besar konsentrasi malathion maka kandungan

lipid sel semakin tinggi. Dari gambar 13 dapat diketahui bahwa lipid dari

perlakuan penambahan malathion lebih besar dibandingkan perlakuan starvasi

nitrogen. Kandungan lipid terbesar dihasilkan dari perlakuan penambahan

malathion pada konsentrasi 180 L dengan kandungan lipid sebesar 45,6783%

dari berat kering. Untuk mengetahui konsentrasi optimum malathion maka kadar

lipid dibandingkan dengan biomassa sel pada hari ke-12. Hasilnya konsentrasi 180

L memberikan jumlah lipid paling besar yakni 2,5316 mg/mg biomassa. Jumlah

lipid sel pada tiap perlakuan ditunjukkan pada table III dibawah.

Tabel III. Data kandungan lipid kultur Tetraselmis sp.

Perlakuan Lipid

Content (%) Biomassa

(mg/L) Lipid (mg/mg)

kontrol 34.9950 4.3396 1.5186

malathion 60 l 36.4778 6.1927 2.2590

malathion 120 l 37.0393 4.7525 1.7603

malathion 180 l 45.6783 5.5423 2.5316

starvasi 75% N 23.0683 2.9627 0.6834

starvasi 50% N 25.2507 2.2081 0.5575

starvasi 0% N 29.0169 1.8877 0.5478

Rendahnya lipid sel pada perlakuan starvasi disebabkan adanya penurunan

biomassa sel sebagai akibat dari keterbatasan makro nutrien dalam medium kultur.

Menurut Solovchenkoetal (2008) medium tanpa nitrogen menyebabkan sel tidak

optimal membelah dan mengalihkan hasil metabolismenya untuk membentuk

dinding sel atau untuk memproduksi lipid sebagai cadangan makanan. Medium

starvasi menyebabkan peningkatan kandungan lipid pada sel, namun disertai pula

dengan penurunan aktivitas pembelahan sel, sehingga biomassa dan jumlah lipid

menjadi rendah. Untuk memperoleh kandungan lipid yang tinggi dengan tetap

menjaga produktivitas biomassa sel,maka digunakan malathion sebagai stressing

stimulant yang dapat menginduksi pembentukan lipid pada mikroalga. Malathion

menimbulkan environmental stressyang menginduksi pembentukan senyawa lipid

pada fase stasionerTetraselmis. Disisi lain, environmental stress juga

mempercepat fase kematian sel sehingga jumlah sel total berkurang. Namun

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

malathion 60 l

malathion 120 l

malathion 180 l

starvasi 75% N

starvasi 50% N

starvasi 0% N

36.48

37.04

45.68

23.07

25.25

29.02

LIPID CONTENT (%)

PER

LAK

UA

N

21

biomassa pada perlakuan penambahan malathion justru meningkat, terutama pada

hari ke-9 dan relatif konstan hingga hari ke-12. Fenomena ini mengindikasikan

adanya peningkatan aktivitas metabolisme sekunder sel yang menyebabkan

ukuran sel Tetraselmis bertambah besar.

Sedangkan untuk kultur dengan photobioreactor diperoleh hasil berupa

kandungan lipid sel per hari seperti ditunjukkan pada gambar 2. Kandungan lipid

pada hari ke-5 mencapai nilai maksimum sebesar 63,8465% namun nilainya

menurun hingga 25,4823% pada hari ke-9. Kandungan lipid sel kembali naik pada

hari ke-11 mencapai 49,5207% dan turun kembali hingga 36,1531% pada hari ke-

12.Nilai tersebut hampir sama dengan hasil yang diperoleh pada kultur

pendahuluan. Apabila dibandingkan dengan biomassa sel, maka biomassa

optimum diperoleh pada hari ke-12. Peningkatan biomassa secara signifikan

terlihat sejak hari ke-10 dengan nilai 0,0093 gram hingga 0,0565 gram pada hari

ke-12. Hasil ini menunjukkan bahwa kandungan lipid optimum Tetraselmis

diperoleh pada hari ke-12 kultur.

Gambar 14. Grafik kandungan lipid Tetraselmis sp. pada kultur

dengan photobioreactor kapasitas 30 L untuk

perlakuan penambahan malathion 60 L

Penggunaan malathion pada fase pertumbuhan sel terbukti mampu

meningkatkan kandungan lipid sel hingga 45,6783%. Nilai ini 3 kali lipat lebih

besar dari kandungan lipid awalTetraselmisyang berkisar antara 15-23%. Jika

dibandingkan dengan metode starvasi, metode penambahan malathion juga

meningkatkan biomassa sel. Sehingga dapat dihasilkan lebih banyak biodiesel dari

biomassa yang diolah melalui proses ekstraksi dan transesterifikasi.

Pembatasan nutrien pada medium kultur memang berdampak positif pada

naiknya kandungan lipid sel, namun juga mengurangi aktivitas pembelahan sel

akibat ketidaktersediaan nitrogen guna metabolisme primer. Sebagai alternatif,

metode penambahan malathion terbukti dapat meningkatkan kandungan lipid serta

biomassa sel, sehingga diperoleh lipid optimum pada Tetraselmis sp. Peningkatan

kandungan lipid tersebut merupakan langkah penting guna mengoptimalkan

pemanfaatan mikroalga air laut, khususnya Tetraselmis sp. sebagai bahan baku

alternatif pembuatan biodiesel.

DAFTAR PUSTAKA

Aidar, E., Gianesella- Galvo, S. M. F., Sigaud, T. C. S., Asano, C. S., Liang, T.

H., Rezende, K. R. V., Oishi, M. K., Aranha, F. J., Milani, G. M. dan

0.0000

10.0000

20.0000

30.0000

40.0000

50.0000

60.0000

70.0000

3 5 7 9 1 1 1 2

Kan

du

nga

n li

pid

(%

)

HARI KE

22

Sandes, M. A. L. 1994. Effects of light quality on growth, biochemical

composition and photosynthetic production in Cyclotella caspia Grunow

and Tetraselmis gracilis (Kylin) Butcher. Journal of Experimental Marine

Biology and Ecology. 180:175-187.

Alsull, M. dan Omar, W.M.W. 2012. Responses of Tetraselmis sp. and

Nannochloropsis sp. isolated from Penang National Park coastal waters,

Malaysia, to the combined influences of salinity, light and nitrogen

limitation.International Conference on Chemical, Ecology and

Environmental Sciences (ICEES 2012).

Ariyanti, Dessy, dan N.A. Handayani, 2012, Mikroalga Sebagai Sumber Biomassa

Terbarukan: Teknik Kultivasi dan Pemanenan, Jurusan Teknik Kimia,

Universitas Diponegoro

Chisti, Yusuf. 2007. Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances.25

(2007) 296.

Das, P., W. Lei, S.A. Aziz, dan J.P. Obbard. 2011. Enhanced algae growth in both

phototrophic and mixotrophic culture under blue light. Bioresource

Technology. 102: 38833887 Decker, Eva L. dan Reski, Ralf. 2008. Current achievements in the production of

complex biopharmaceuticals with moss bioreactor. Bioprocess and

Biosystems Engineering. 31: 3-9.

Erlina, A. Hastuti, W. 1986. Kultur Plankton-BBAP. Ditjen Perikanan. Jepara.

Fogler, H. Scott. 2006. Elements of Chemical Reaction Engineering, 4 ed. p 422-

424. Prentice Hall. New York.

Hu, Qiang. 2004. Environmental Effects on Cell Composition. Dalam: Richmond,

Amos ed.Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied

Phycology. Blackwell Science: India. P. 86.

Klein, R. M. 1992. Effects of green light on biological systems. Biol. Rev. 67:

199-284.

Marchetti, J., G. Bougaran, T. Jauffrais, S. Lefebvre, C. Rouxel, B.Saint-Jean, E.

Lukomska, R. Robert,dan J.P. Cadoret. 2012.Effects of blue light on the

biochemical composition and photosynthetic activity of Isochrysis sp. (T-

iso).Journal of Applied Phycology.2012. P 6.

Mujiman, Ahmad. 1984. Makanan Ikan. Cetakan 14. Penebar Swadaya. Jakarta.

Nic, M.,J. Jirat., dan B. Kosata. 2006. Bioreactor. IUPAC Compendium of

Chemical Terminology (Online ed.). ISBN 0-9678550-9-8.

Nuryadhyn, Agus. 2012. Herman: Konsumsi BBM 1,3 Juta Barel Per Hari.

BANGKAPOS.COM. 15 Maret. (Diakses: http://bangka.tribunnews.com,

10 September 2012).

Posten, Clemens. 2009. Design principles of photo-bioreactors for cultivation of

microalgae. Eng. Life Sci. 2009, 9, No. 3, 165177. Richmond, Amos. 2004. Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and

Applied Phycology. Blackwell Science: India. P. 3.

Rodolfi, L., Zittelli, G.C., Bassi, N., Padovani, G., Biondi, N., Bonini, G., Tredici,

M.R.,2009. Microalgae for oil: strain selection, induction of lipid synthesis

andoutdoor mass cultivation in a low-cost photobioreactor. Biotechnology

andBioengineering 102 (1), 100112. Rostini, Iis. 2007.Kultur Fitoplankton (Chlorella Sp. Dan Tetraselmis Chuii)

Pada Skala Laboratorium. Universitas Padjadjaran, Jatinagor.

23

Thompson, Jr. G.A. 1996. Lipids and membrane function in green algae.

Biochem. Biophys. Acta, 1302, 17-45.

vii

LAMPIRAN

1. Biodata Ketua Kelompok Nama Lengkap : Muhammad Syaifuddin Maruf Tempat, Tanggal Lahir : Sleman, 12 Mei 1992

NIM : 10/300987/TK/36746

Jurusan/Fakultas : Teknik Kimia/Teknik

E-mail : syaifuddin.maruf.92@gmail.com

Telepon : 085643194160

Prestasi : Finalis Lomba Karya Cipta Teknologi Maritim II

2. Biodata Anggota Kelompok Anggota 1

Nama Lengkap : Affifah Ambar Rafsanjani

Tempat, Tanggal Lahir : Magelang, 25 Februari 1993

NIM : 11/319173/TK/38303

Jurusan/Fakultas : Teknik Kimia/Teknik

Email : affifah_rafsanjani@yahoo.com

Nomor telepon : 085728233001

Prestasi : -

Anggota 2

Nama Lengkap : Annisa Pertiwi Tempat, Tanggal Lahir : Stabat, 17 Februari 1993

NIM : 11/319116/TK/38248

Jurusan/Fakultas : Teknik Kimia/Teknik

Email : pertiwiann@gmail.com

Nomor telepon : 085276878109

Prestasi : -

3. Biodata Dosen Pembimbing Nama Lengkap : Ir. Siti Syamsiah, Ph.D

Alamat : Gang Lempongsari I/7, Sariharjo, Ngaglik, Sleman

Jabatan Fungsional : Dosen

Jurusan/Fakultas : Teknik Kimia / Teknik

Alamat Universitas : Jl. Grafika No. 2, Yogyakarta 55281

Bidang Keahlian : Bioproses dan Konservasi Lingkungan

Email : ssyamsiah@chemeng.ugm.ac.id

Nomor Telepon : 0818270705

viii