protein mikroalga
If you can't read please download the document
TRANSCRIPT
-
1
SKRIPSI
UJI PENGARUH VARIASI MEDIA KULTUR TERHADAP
TINGKAT PERTUMBUHAN DAN KANDUNGAN PROTEIN,
LIPID, KLOROFIL, DAN KAROTENOID PADA MIKROALGA
Chlorella vulgaris Buitenzorg
OLEH :
Tangguh Wijoseno
0706270106
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK 2011
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
SKRIPSI
UJI PENGARUH VARIASI MEDIA KULTUR TERHADAP
TINGKAT PERTUMBUHAN DAN KANDUNGAN PROTEIN,
LIPID, KLOROFIL, DAN KAROTENOID PADA MIKROALGA
Chlorella vulgaris Buitenzorg
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia dan
disetujui untuk diajukan dalam sidang ujian Skripsi.
Tangguh Wijoseno
0706270106
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK 2011
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar.
Nama : Tangguh Wijoseno
NPM : 0706270106
Tanda Tangan :
Tanggal : 27 Juni 2011
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini diajukan oleh :
Nama : Tangguh Wijoseno
NPM : 0706270106
Program Studi : Teknik Kimia
Judul Skripsi : Uji Pengaruh Variasi Media Kultur terhadap Tingkat
Pertumbuhan dan Kandungan Protein, Lemak, Klorofil, dan
Karotenoid pada Mikroalga Chlorella vulgaris Buitenzorg
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan penguji dan diterima sebagai
bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada program studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
DEWAN PENGUJI
Pembimbing : 1. Ir. Dianursanti, M.T. (...)
Penguji : Dr. Ir. Heri Hermansyah, M.Eng. (...)
Penguji : Dr. Eng. Muhamad Sahlan (...)
Penguji : Dr. Ir. Sukirno . M.Eng (...)
Ditetapkan di : Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia,
Depok
Tanggal : 28 Juni 2011
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
v
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji dan syukur selalu penulis panjatkan kepada Allah SWT ,
Tuhan semesta alam yang maha kuasa atas segala sesuatu. Segala puji bagi-Mu ya
Allah yang telah memudahkan segala urusan dalam penelitian ini. Ya Tuhanku,
anugerahkanlah aku ilham untuk tetap mensyukuri nikmat-Mu yang telah Engkau
anugerahkan kepadaku dan kepada orangtuaku dan agar aku mengerjakan kebajikan
yang Engkau Ridhai; dan masukkanlah aku dengan rahmat-Mu ke dalam golongan
hamba-hamba-Mu yang saleh(An-Naml:19).
Atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah skripsi ini
tepat pada waktunya. Makalah skripsi dengan judul Uji Pengaruh Media Kultur
terhadap Tingkat Pertumbuhan dan Kandungan Esensial pada Mikroalga
Chlorella vulgaris Buitenzorg ini disusun untuk melengkapi persyaratan untuk
meraih gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Kimia FTUI. Selain itu, makalah
ini diharapkan menjadi langkah awal bagi riset grup bioproses dalam menentukan
medium terbaik dalam kultivasi mikroalga Chlorella vulgaris.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada,
1. Kepada kedua orang tuaku yang terus mendoakan dan memberikan semangat
dalam menjalani penelitian. Juga kepada kakakku Danny Sulistiowaty dan
adikku Hanifah Galdis Amalia. Semoga Allah selalu memuliakan kalian di dunia
dan di akhirat nanti. Doaku selalu menyertaimu.
2. Ibu Ir. Dianursanti M.T. selaku pembimbing skripsi yang sangat kami hormati
dan kami cintai. Terimakasih banyak atas kasih sayang yang diberikan dalam
bentuk bimbingan, bantuan, waktu, dan sarannya. Semoga ibu dan keluarga
selalu dalam lindungan dan kasih sayan Allah.
3. Prof, Dr. Ir. Widodo W. Purwanto, DEA selaku beserta seluruh dosen Ketua
Departemen Teknik Kimia FTUI yang telah memberikan ilmu dan membagikan
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
vi
wawasannya. Semoga ilmu yang diberikan dapat menjadi amal yang tiada
pernah putus pahalanya sampai kapanpun.
4. Dr.Ir. Heri Hermansyah M.Eng., Dr.Ir.Sukirno M.Eng, dan Dr. Eng. Muhamad
Sahlan Ssi.M.Eng, sebagai penguji sidang skripsi dan telah memberikan segala
kritik dan saran dalam
5. Seluruh Dosen Departemen Teknik Kimia UI yang telah memberikan bimbingan,
segala ilmu dan wawasan kepada penulis. . Semoga Allah memberkahi ilmu
bapak ibu sekalian ilmu yang telah diberikan pada kami semua.
6. Sahabat seperjuangan Algae Community dalam menjalani penelitian, Faris
Najmuddin Zahir, Irfan Pratama, dan Novida Theodora. Terimakasih banyak
atas segala bantuan dan kerjsamanya selama lebih dari 3 bulan. Semoga
keindahan persahabatan kita akan terus bersemi hingga akhir waktu nanti.
7. Teman teman Teknik Kimia UI angkatan 2007 reguler & Extensi atas
kerjasamanya dan kebersamaannya dalam menjalani penelitian. Semoga gelak
tawa kebersamaan kita akan menjadi pengindah kehidupan di tengah tengah
penatnya penelitian dan penulisan skripsi.
8. Kepada seluruh karyawan Departemen Teknik Kimia UI yang telah membantu
proses operasional dan admisnistrasi. Semoga selalu diliputi kebahagiaan,
kedamaian dan kesejahteraan dalam kehidupan.
9. Semua pihak yang telah membantu penyusunan makalah seminar ini baik secara
langsung ataupun tidak langsung.
Semoga Tuhan YME membalas kebaikan dan bantuan yang telah diberikan. Amin.
Penulis menyadari bahwa makalah seminar ini masih memiliki banyak
kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan
untuk dapat menyempurnakan seminar ini dan perbaikan di masa yang akan datang.
Depok, 8 Juni 2011
Penulis
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
vii
ABSTRAK
Tangguh Wijoseno
NPM 0706270106
Departemen Teknik Kimia
Dosen Pembimbing:
Ir. Dianursanti MT.
Uji Pengaruh Media Kultur terhadap Tingkat Pertumbuhan dan kandungan Protein,
Lipid, Klorofil, dan Karotenoid pada Mikroalga Chlorella vulgaris Buitenzorg.
Menurut data statistik dari BPS, jumlah penduduk indonesia kini telah mencapai 225 juta jiwa,
dengan angka pertumbuhan bayi mencapai 1,39% pertahun atau setara dengan 3,5 juta jiwa. Dengan tingkat pertumbuhan penduduk yang begitu tinggi ini jelas akan menimbulkan suatu dampak sistemik
bagi kehidupan bangsa Indonesia. salah satu Potensi masalah yang ditimbulkan dari bertambahnya
jumlah penduduk menurunnya ketahanan pangan masyarakat. Dewasa ini telah dikembangkan
berbagai sumber pangan alternatif yang kaya akan kandungan essensial yaitu mikroalaga Chlorella. sp.
Mikroalga Chlorella vulgaris dikenal sebagai makhluk hidup yang kaya akan karbohidrat, protein, dan
lemak dimana zat zat ini begitu penting dalam memperkuat ketahanan pangan. Besarnya kadar kandungan essensil tersebut dapat dipengaruhi oleh jenis medium pertumbuhannya sebagai sumber
nutrisi. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan data kadar kandungan essensil
pada Mikroalga Chlorella vulgaris dengan variasi nutrisi pada medium yang diberikan sehingga
memudahkan para peneliti untuk mengidentifikasi jenis nutrisi terbaik untuk mendapatkan kandungan
essensil yang optimal. Pada penelitian sebelumnya, sudah dilakukan perbandingan pengaruh medium
EDTA dan Urea untuk menguji kadar kandungan essensil pada mikroalga Chlorella vulgaris. Pada penelitian ini akan digunakan medium Beneck dan BG-11 sebagai sumber nutrisi. Penelitian
dilakukan dengan cara mengembangbiakkan satu jenis mikroalga Chlorella vulgaris di dua
Fotobioreaktor yang berbeda. Fotobioreaktor pertama diisi dengan medium Beneck sebagai kontrol
dan fotobioreaktor kedua diisi dengan medium BG-11 dan reaktor ketiga diisi dengan medium .
Setelah sampai pada masa pemanenan, dilakukan pengambilan biomassa dan dilakukan uji kandungan
dan kadar kandungan essensil lemak, lipid, beta karoten, dan protein. Berdasarkan penelitian ini di
dapatkan berhasil di dapatkan data kepadatan sel di tiap tiap medium. Dalam medium control yaitu medium beneck kepadatan sel mencapai 0.8 g/L, medium walne 0.7392 g/L, dan medium BG-11
mencapai 1.1030 g/L. ada pun kandungan lipid Chlorella vulgaris dari medium beneck sebesar 37 %,
lipid dalam medium walne sebesar 43% dan lipid dalam medium BG-11 sebesar 39%. Dalam
penelitian ini uga didapatkan nilai Carbon Ttransfer Rate (CTR) di tiap medium. Keberhasilan penelitian ini akan memudahkan bagi para peneliti lainnya dalam menentukan medium dan nutrisi
terbaik bagi mikroalga Chlorella vulgaris untuk mendapatkan kandungan essensil yang penting dalam
menunjang kecukupan nutrisi bagi manusia.
.
Kata kunci: Mikroalga Chlorella vulgaris, Medium BG-11, Walne, Beneck, Protein, beta
karoten, klorofil , Lipid.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ...................................................... iii
KATA PENGANTAR .............................................................................................. v
ABSTRAK ............................................................................................................. vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR DAN TABEL ....................................................................... xii
BAB I ..................................................................................................................... 14
PENDAHULUAN .................................................................................................. 14
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH .............................................................. 14
1.2 RUMUSAN MASALAH .............................................................................. 18
1.3 TUJUAN PENELITIAN ............................................................................... 18
1.4 BATASAN MASALAH ............................................................................... 18
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN ...................................................................... 19
TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................................... 20
2.1 Mikroalga Chlorella vulgaris ........................................................................ 20
2.2 Fotobioreaktor ............................................................................................... 25
2.3 Manfaat Chlorella sp. .................................................................................... 25
2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Chlorella vulgaris.............. 26
2.4.1. Unsur Hara ............................................................................................ 26
2.4.2. Pencahayaan .......................................................................................... 29
2.4.3. Karbondioksida (CO2) dan Oksigen (O2) .............................................. 29
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
ix
2.4.4. Derajat Keasaman (pH) ......................................................................... 29
2.4.5. Temperatur ............................................................................................ 30
2.4.6. Tekanan Osmotik .................................................................................. 30
2.5 Fotosintesis Pada Chlorella sp. ...................................................................... 30
2.6. Kandungan Protein, Lemak, klorofil, dan karotenoid .................................... 38
2.6.1. Protein ................................................................................................... 38
2.6.2. Lemak ................................................................................................... 39
2.6.3. Beta Karoten.......................................................................................... 40
2.6.4. Klorofil.................................................................................................. 41
2.7. Media Kultur ................................................................................................ 42
2.7.1. Air ......................................................................................................... 43
2.7.2. Sumber energi ....................................................................................... 44
2.7.3. Sumber karbon ...................................................................................... 44
2.7.4. Sumber aseptor elektron ........................................................................ 44
2.7.5. Sumber mineral ..................................................................................... 44
2.7.6. Faktor tumbuh ....................................................................................... 45
2.7.7. Sumber nitrogen .................................................................................... 45
2.8. State of the Art ............................................................................................. 45
BAB III................................................................................................................... 49
METODE PENELITIAN ........................................................................................ 49
3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................................. 49
3.2 Tahap Persiapan ............................................................................................ 50
3.2.1 Pembuatan medium benneck dan BG-11................................................. 50
3.2.2 Pembuatan rangkaian peralatan ............................................................... 51
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
x
3.2.3. Kultivasi kultur murni Chlorella vulgaris Buitenzorg dalam medium
benneck & BG-11 ........................................................................................... 52
3.2.4 Penentuan jumlah inokulum.................................................................... 52
3.3 Pelaksanaan Kegiatan Penelitian ................................................................... 54
3.4 Pengambilan Data ......................................................................................... 54
3.4.1 Pengolahan Data OD600 .......................................................................... 54
3.4.2. Pengolahan Data pH .............................................................................. 55
3.4.3 Pengolahan Data CTR dan qCO2 .............................................................. 56
3.4.4. Metode Pengambilan Data Lipid (Bligh Dryer) ...................................... 57
3.4.5. Metode Pengambilan Data Klorofil........................................................ 57
3.4.6. Pengambilan Data Beta Karoten (karotenoid) ........................................ 58
3.4.7. Metode Pengambilan Data protein (Metode Lowry)............................... 58
BAB IV .................................................................................................................. 61
HASIL & PEMBAHASAN .................................................................................... 61
4.1. Pembahasan Umum .................................................................................. 61
4.2. Data Penelitian.......................................................................................... 66
4.2.1 Pengaruh Variasi Media Kultur terhadap Tingkat Pertumbuhan .............. 67
4.2.2 Pengaruh Variasi Media Kultur Terhadap Laju Pertumbuhan ()
Chlorella vulgaris Buitenzorg. ........................................................................ 71
4.2.3 Pengaruh Variasi Media Kultur terhadap [HCO3-] dalam Medium ..... 73
4.2.4 Pengaruh Variasi Medium Kultur Terhadap Laju Fiksasi
Karbondioksida oleh Chlorella vulgaris Buitenzorg ....................................... 75
4.2.5. Pengaruh Variasi Media Kultur Terhadap CTR (Carbon Transfer Rate)
76
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
xi
4.2.6. Pengaruh Variasi Pertumbuhan terhadap Akumulasi Lipid Chlorella
vulgaris. .......................................................................................................... 78
4.2.7 Pengaruh Variasi Media Pertumbuhan terhadap Akumulasi Protein
Chlorella vulgaris. .......................................................................................... 80
4.2.8.Pengaruh Variasi Pertumbuhan terhadap Akumulasi Protein klorofil
vulgaris. .......................................................................................................... 82
4.2.9. Pengaruh Variasi Pertumbuhan terhadap Akumulasi Proteinbeta karoten
Chlorella vulgaris. .......................................................................................... 84
BAB V .................................................................................................................... 86
KESIMPULAN & SARAN .................................................................................... 86
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 87
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
xii
DAFTAR GAMBAR DAN TABEL
Gambar 2. 1 Koloni Chlorella Sp. ........................................................................... 21
Gambar 2. 2 Rumus bangun fosfolipid .................................................................... 40
Gambar 2. 3 Struktur Kloroplas ................................ Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 4 Reaksi Gelap siklus Calvin .......28
Gambar 2.5 Trigliserida..32
Gambar 2.6 Struktur beberapa senayawa beta karoten...32
Gambar 2.7 struktur Klorofil a dan klorofil b.34
Gambar 3.1. Susunan alat pada fotobioreaktor..19
Gambar 3.2. Kurva kalibrasi uji protein.43
Gambar 4.1. Perbandingan Kurva pertumbuhan Berat Kering Chlorellavulgaris di
berbagai media kultur...50
Gambar 4.2 Laju Pertumbuhan Maksimum (max) pada Berbagai Media
Pertumbuhan.55
Gambar 4. 3 Pengaruh Variasi Media Kultur Terhadap [HCO3-]56
Gambar 4.4 Pengaruh Variasi Media Pertumbuhan terhadap Laju Fiksasi
Karbondioksida (qCO2).58
Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Medium Pertumbuhan terhadap CTR59
Gambar 4.6 Pengaruh Variasi Medium terhadap Kandungan Lipid Chlorella
Vulgaris...61
Gambar 4.7 Pengaruh Variasi Medium terhadap Kandungan Protein Chlorella
vulgaris.63
Gambar 4.8 Pengaruh medium terhadap kandungan klorofil dalam Chlorella
Vulgaris..64
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
xiii
Gambar 4.9 Pengaruh medium terhadap kandungan karotenoid dalam Chlorella
vulgaris.67
Tabel 2.1 Komposisi Biomassa Chlorella vulgaris.11
Tabel 3.1. Perbandingan Komposisi Nutrisi Medium Pembiakan Chlorella
vulgaris33
Tabel 3.2 Penentuan kadar protein dengan metode Lowry..42
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
14
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Indonesia merupakan negara yang memiliki kekayaan alam dan keragaman
budaya yang luar biasa. Negara ini memiliki 81.000 km garis pantai yang indah dan
kaya. Begitu juga dengan jumlah penduduk Indonesia yang besar. Sebagaimana kita
ketahui, bahwa Indonesia merupakan negara dengan jumlah penduduk tertinggi
keempat setelah china, india, dan amerika serikat. Menurut data statistik dari BPS,
jumlah penduduk indonesia kini telah mencapai 225 juta jiwa, dengan angka
pertumbuhan bayi mencapai 1,39% pertahun atau setara dengan 3,5 juta jiwa.
Dengan tingkat pertumbuhan penduduk yang begitu tinggi ini jelas akan
menimbulkan suatu dampak sistemik bagi kehidupan bangsa Indonesia. Terdapat
beberapa potensi masalah yang ditimbulkan dari bertambahnya jumlah penduduk.
Salah satunya adalah melambungnya tingkat kebutuhan akan pangan dan nutrisi. Hal
ini akan berbanding lurus seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk dimana
semakin banyak jumlah penduduk, maka akan semakin banyak kebutuhan pangan dan
akan mengganggu ketahanan pangan yang ada di indonesia. .
Melihat masalah di atas, perlu dikembangkan suatu tanaman yang
kandungannya berpotensi sebagai salah satu solusi dari melemahnya ketahanan
pangan . Salah satu bentuk kemajuan teknologi dan informasi adalah ditemukannya
Mikroflora (tumbuhan dengan ukuran mikro) yang di sini kita sebut sebagai
Mikroalga. Mikroalga dapat tumbuh dan berkembang biak di medium air dan
membutuhkan CO2 serta cahaya sebagai sumber kehidupannya. Di dalam komponen
penyusun mikroalga, terdapat begitu banyak nutrisi seperti lemak, karbohidrat,
protein, vitamin, mineral, klorofil, hidrokarbon, bioaktif, yang dapat dimanfaatkan
untuk kepentingan hidup manusia dan menopang ketahanan pangan di Indonesia.
Namun, dalam proses pembentukkan kandungan Essensial dipengaruhi beberapa
faktor, diantaranya adalah nutrisi yang diberikan pada mikroalga Chlorella vulgaris
selama masa kultivasi melalui medium perkembangbiakkannya. Chlorella merupakan
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
15
Universitas Indonesia
alga bersel tunggal dari golongan alga hijau (Chlorophyta) yang telah dimanfaatkan
secara komersial karena nilai gizinya yang tinggi. Kandungan protein, karbohidrat,
lemak, vitamin, mineral, asam amino essensial, enzim, beta karotin, dan klorofilyang
signifikan memberikan berbagai alternative pemanfaatan Chlorella sp. sebagai
suplemen makanan maupun pakan alami maupun buatan.
Media pertumbuhan mikroorganisme adalah suatu bahan yang terdiri dari
campuran zat-zat makanan (nutrisi) yang diperlukan mikroorganisme untuk
pertumbuhannya. Mikroorganisme memanfaatkan nutrisi media berupa molekul-
molekul kecil yang dirakit untuk menyusun komponen sel. Dengan media
pertumbuhan dapat dilakukan isolat mikroorganisme menjadi kultur murni dan juga
memanipulasi komposisi media pertumbuhannya (Indra, 2008). Jenis jenis nutrisi
pada medium perkembangbiakkan Chlorella akan mempengaruhi sintesa protoplasma
dan hal ini merupakan faktor lingkungan kimia utama penentu kualitas alga.
Sebelumnya penelitian ini pernah dilakukan dengan menggunakan medium EDTA,
Alen Miguel, Vonshak, dan Urea + TSP. pada penelitian ini kualitas yang diamati
adalah kadar protein, klorofil, lipid dan karotenoid. Pada penelitian ini menunjukkan
bahwa tingkat pertumbuhan dan kadar kandungan esensil sangat dipengaruhi oleh
medium pertumbuhannya dan setiap jenis medium memberikan pengaruh berbeda
terhadap kualitas Chlorella vulgaris.
Keragaman kandungan komponen berbagai media tumbuh alga diduga akan
mempengaruhi kualitas kandungan essensial pada Chlorella. Penelitian ini telah
dilakukan oleh sriharti dan Carolina dari Sekolah Teknologi Pertanian Subang.
Dengan menggunakan medium EDTA, Allen Miguel, Vonshak, dan Urea + TSP,
berhasil dilakukan uji kadar kandungan essensial ( Lemak, Protein, Karbohidrat) yang
di uji dengan masing masing medium tersebut. hasil penelitian menunjukkan
bahwa tingkat pertumbuhan Chlorella tertinggi terdapat pada medium Urea + TSP.
Sedangkan kadar berat kering tertinggi yaitu 9,795 mg/l diperoleh pada Chlorella
yang ditumbuhkan di media Vonshak. Media Vonshak juga menghasilkan alga
dengan kadar protein tertinggi. Sedangkan kadar karbohidrat dan lemak tertinggi
ditemukan pada kultur yang tumbuh pada media Allen Miguel. Berdasarkan hasil
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
16
Universitas Indonesia
percobaan ini dapat disimpulkan bahwa jenis media memberikan pengaruh berbeda
terhadap kualitas Chlorella.
Pada dasarnya, perbedaan kualitas alga Chlorella pada berbagai media
disebabkan oleh kekhususan komponen kimia yang terkandung di dalam masing
masing media. Seperti penelitian yang dilakukan oleh Carolina dari sekolah
teknologi pertanian subang, dengan menggunakan media urea + TSP misalnya,
mengandung lebih banyak sulfur yang berguna untuk pembelahan sel. Sehinga pada
penelitiaannya puncak kepadatan populasi dicapai pada waktu yang relatif singkat.
Nilai kandungan gizi Chlorella berupa protein, karbohidrat, dan lemak merupakan
tolak ukur dari kualitas Chlorella, terutama yang akan dimanfaatkan sebagai bahan
makanan.
Penelitian serupa juga dilakukan oleh Widianingsih , , Fakultas Perikanan dan
Ilmu Kelautan, Universitas Diponegoro Kampus UNDIP Tembalang pada tahun
2008. Dengan judul Kandungan Nutrisi Spirulina platensis yang Dikultur pada Media
yang Berbeda. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kandungan nutrisi
Spirulina platensis yang dikultur pada media Walne, teknis dan kontrol. Kelimpahan
S. Plantesis tertinggi dicapai pada kultur dengan media walne, demikian juga
kandungan protein, karbohidrat, air, abu dan lemaknya. Pada media Walne,
kandungan protein, karbohidrat dan lemak S. plantesis berturut-turut sebesar
50,050,53; 15,480,47; dan 0,510,12%. Sedangkan, pada media teknis, kandungan
protein, karbohidrat dan lemak pada S. plantesis berturut-turut adalah 16,230,4;
12,570,22; dan 0,180,03 %. Perbedaan ini disebabkan oleh kandungan nutrient
yang ada pada media kultur. Menurut Vonshak et al. (2004) dan Sanchez-Luna et al.
(2006) kualitas kandungan nutrien Spirulina sp. berkaitan dengan komposisi nutrien
di media kultur dan parameter kualitas airnya. Sedangkan pada pusat-pusat
pengadaan bibit kultur murni mikroalga yang berskala laboratorium maupun massal
(Andersen, 2005) kultur S. plantesis menggunakan media Walne. Perbedaan kualitas
air dan media kultur ini diduga mengakibatkan perbedaaan kandungan nutrisi pada
Spirulina yang dihasilkannya. Hal ini berkaitan dengan kebutuhannya akan makro
dan mikronutrien untuk kehidupannya. Spirulina sp membutuhkan makronutrien (N,
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
17
Universitas Indonesia
P, S, K, Si dan Ca) dan mikronutrien serta kandungan nitrat optimum (0,9 -3,5 mg/l)
untuk menunjang kehidupan dan pertumbuhannya (Becker, 1995; Andersen, 2005).
Mikronutrien seperti Fe, Mo, Cu, Ca, Mn, Zn, Co (Andersen, 2005) dibutuhkan
dalam jumlah yang lebih kecil tetapi harus ada dalam budidaya Spirulina sp.. Agar
mikronutrien tetap larut dalam media diperlukan chelator berupa EDTA (Etilen
Diamin Tetra Asetat Acid). Selain itu mikroalga juga memerlukan mikronutrien
organik berupa unsur vitamin yang menunjang pertumbuhannya, antara lain
Cobalamin (B12), Thiamin (B1) dan biotin (Taw, 1990; Becker, 1995; Andersen,
2005). Begitu pentingnya peranan nilai kandungan nutrisi S. platensi bagi manusia
dan beberapa organisme laut, maka media kultur yang tepat untuk mendapatkan
kandungan nilai nutrisi yang maksimal perlu dikaji lebih dalam. Oleh karenanya,
penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kadar karbohidrat, protein, lemak, air dan abu
dari S. platensis yang dikultur pada media Walne dan media Teknis. Kandungan
Nutrisi Spirulina platensis yang Dikultur pada Media yang Berbeda (Widianingsih,
dkk).
Terdapat beberapa unsur hara yang berpengaruh langsung terhadap
pertumbuhan Chlorella, diantaranya adalah seperti N, P, dan Fe dapat meningkatkan
kenaikkan jumlah sel . Sulfur dapat membantu akselerasi pembelahan sel, Mg dan Fe
membantu meningkatkan klorofil. Zn sebagai unsur yang yang dapat meningkatkan
fiksasi CO2 sehingga mendukung dicapainya fotosintesis yang lebih efisien dan hal
ini yang akan meningkatkan nilai berat dari biomassa yang didapatkan.
Kandungan nutrisi pada media menentukan kualitas Chlorella yang ditumbuh-
kembangkan di dalamnya. Dengan demikian penentuan jenis media yang akan
dipergunakan untuk memperbanyak sel Chlorella dapat diatur tergantung pada tujuan
dari perbanyakkan sel tersebut. Selain perbanyakkan sel serta kandungan protein,
karbohidrat dan lemak, komponen lain yang diperlukan dari Chlorella dapat pula
menjadi tujuan budidaya.
Ketersediaan berbagai jenis media anorganik dengan kandungan unsur kimia
yang berlainan satu sama lain, mendasari dilakukannya penelitian ini. Informasi
mengenai kelebihan dan kekurangan masing masing media tumbuh ditinjau dari
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
18
Universitas Indonesia
respon alga ber-sel Chlorella sp. diharapkan dapat menjadi acuan bermanfaat bagi
pemilihan media dalam membudidayakan Chlorella tersebut.
1.2 RUMUSAN MASALAH
1. Adakah pengaruh variasi media kultur terhadap tingkat pertumbuhan dan laju
fiksasi CO2 pada mikroalga Chlorella vulgaris ?
2. Seberapa besar pengaruh unsur hara dalam pembentukkan kandungan Protein,
Lemak, klorofil, dan karotenoid dalam sel Chlorella vulgaris ?
1.3 TUJUAN PENELITIAN
1. Mengetahui laju pertumbuhan Chlorella vulgaris pada media kultur yang berbeda.
2. Mengetahui laju fiksasi gas CO2 oleh Chlorella vulgaris dalam variasi media
pertumbuhan.
3. Mengeteahui kadar kandungan esensial seperti klorofil, beta karoten, lemak, dan
protein pada Chlorella vulgaris.
1.4 BATASAN MASALAH
Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Bioproses Departemen Teknik Kimia
Universitas Indonesia.
2. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh jenis media kultur pada
produksi biomassa dan kandungan essensial yang terbentuk pada Chlorella
vulgaris Buitenzorg.
3. Produksi biomassa dalam penelitian ini baru terbatas pada peningkatan jumlah sel
kering.
4. Mikroalga yang digunakan adalah Chlorella vulgaris Buitenzorg.
5. Medium yang digunakan untuk perkembangbiakan mikroalga ini adalah larutan
Benneck, BG-11, dan Walne.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
19
Universitas Indonesia
6. Sistem reaktor yang digunakan adalah fotobioreaktor tunggal dengan volume 18
L.
7. Konsentrasi CO2 yang digunakan sebesar 5%
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan dalam skripsi ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Berisikan latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan
penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan studi literatur secara umum dan secara khusus mengenai hal-
hal yang berkaitan dengan penelitian yaitu mikroalga chrollella
vulgaris, larutan benneck, BG-11, walne dan kandungan essensial
mikroalga.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisikan diagram alir penelitian, alat & bahan yang digunakan dalam
penelitian, prosedur penelitian yang meliputi persiapan uji operasi,
pengoperasian rangkaian alat, dan analisis sampel, serta pengolahan
data.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini menyajikan data-data hasil pengamatan dan pengolahannya
beserta pembahasannya.
BAB V KESIMPULAN
Bab terakhir ini menyajikan kesimpulan dari penelitian yang telah
dilakukan berdasarkan hasil yang telah didapat pada bab sebelumnya.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
20
Universitas Indonesia
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikroalga Chlorella vulgaris
Mikroalga adalah alga kecil (ukuran 2-20 m) 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 di
berbagai 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 Chlorella
vulgaris.
Chlorella adalah genus ganggang hijau bersel tunggal yang hidup di air tawar,
laut, dan tempat basah. Ganggang ini memiliki tubuh seperti bola. Di dalam tubuhnya
terdapat kloroplas berbentuk mangkuk. Perkembangbiakannya terjadi secara vegetatif
dengan membelah diri. Setiap selnya mampu membelah diri dan menghasilkan empat
sel baru yang tidak mempunyai flagel. Ganggang ini sering digunakan di
laboratorium untuk penyelidikan fotosintesis Karena sifatnya yang unik, para ahli
berpendapat bahwa Chlorella dapat ikut mengatasi kebutuhan pangan manusia di
masa yang akan datang. Chlorela juga merupakan mikroorganisme yang termasuk
dalam filum Chlorophyta atau yang sering kita kenal sebagai alga hijau. Alga hijau
memiliki struktur yang hampir sama dengan tumbuhan, salah satunya ialah dinding
selnya. Chlorella juga mempunyai dinding sel yang tersusun atas selulosa. Selain
tersusun atas selulosa, beberapa spesies Chlorella mempunyai dinding sel yang juga
tersusun atas sporopollenin. Sporopollenin juga terdapat pada spora dan serbuk sari
yang merupakan suatu biopolimer dari karotenoid yang mempunyai kemampuan
resisten yang luar biasa terhadap degradasi oleh enzim atau reagen-reagen kimia yang
kuat. Selain mempunyai kemampuan resisten yang sangat kuat, Sporopollenin ini
juga mempunyai kemampuan untuk mengadsorbsi ion logam dari suatu larutan
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
21
Universitas Indonesia
membentuk kompleks logam dengan ligan. Hal ini menyebabkan alga hijau ini
disebut sebagai filter feeder, yaitu organisme yang mampu menyaring partikel yang
berasal dari suspensi di lingkungan hidupnya. Selain itu,Chlorella vulgaris juga
merupakan alga ber-sel tunggal dari golongan alga hijau (Chlorophyta) yang telah
dimanfaatkan secara komersial karena nilai gizinya yang tinggi. Kandungan protein,
karbohidrat, lemak, vitamin, mineral, asam amino esensial, asam lemak esensial,
enzim, beta karotin, dan klorofil yang signifikan dalam memberikan berbagai
alternatif pemanfaatan Chlorella sp. sebagai suplemen makanan maupun pakan alami
maupun buatan.
Gambar 2. 1 Koloni Chlorella Sp. (balasco,2007)
Chlorella vulgaris mempunyai waktu generasi yang sangat cepat. Oleh karena
itu dalam waktu yang relatif singkat, perbanyakan sel akan terjadi secara cepat,
terutama jika tersedianya cahaya dan sumber energi yang cukup. Pola pertumbuhan
berdasarkan jumlah sel dapat dikelompokan menjadi lima fasa yaitu, fasa tunda (lag
phase), fasa pertumbuhan logaritmik (log phase), fasa penurunan laju pertumbuhan,
fasa stationer dan fasa kematian. Kelima fasa tersebut dapat ditunjukan dengan kurva
jumlah sel vs waktu
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
22
Universitas Indonesia
Fas
a Lag
Fas
a Log
Fas
a Pen
uru
nan
Laj
u P
ertu
mbuhan
Fas
a Sta
sioner
Fas
a K
emat
ian
Log J
um
lah S
el
Waktu
Gambar 2.2. Kurva Pertumbuhan Chlorella vulgaris (Sumber : Wirosaputro, 2002)
a). Fasa Tunda (lag phase)
Lag phase adalah suatu tahap setelah pemberian inokulum ke dalam media
kultur dimana terjadi penundaan pertumbuhan yang dikarenakan Chlorella vulgaris
memerlukan pembelahan. Dalam fasa ini tidak terjadi pertambahan jumlah sel. Fasa
ini adalah fasa 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.
b). Fasa Pertumbuhan Logaritmik (log phase)
Pada fasa ini, sel-sel membelah dengan cepat dan terjadi pertambahan dalam
jumlah sel. Selama fasa ini, sel-sel berada dalam keadaan yang stabil. Bahan sel baru
terbentuk dengan konstan tetapi bahan-bahan baru itu bersifat katalitik dan massa
bertambah secara eksponensial. Hal ini bergantung dari satu atau dua hal yang terjadi,
yaitu apabila tidak atau lebih zat makanan dalam pembenihan habis maka hasil
metabolisme yang beracun akan tertimbun dan menghambat pertumbuhan. Kultur
dalam fasa pertumbuhan eksponensial tidak hanya berada dalam keseimbangan
pertumbuhan tetapi jumlah dari sel-sel dalam kultur ini bertambah dengan kecepatan
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
23
Universitas Indonesia
yang konstan. Dalam penggunaan mikroorganisme pada dunia perindustrian,
dibutuhkan bibit atau starter untuk proses fermentasi suatu bahan makanan, biasanya
digunakan mikroorganisme yang sedang berada dalam fasa eksponensial. Hal ini
dikarenakan mikroorganisme tersebut tidak akan mengalami fasa pertumbuhan
sebelum fasa eksponensial dalam media yang baru.
c). Fasa Penurunan Laju Pertumbuhan
Pada fasa 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 fasa eksponensial sehingga hanya
sebagian dari populasi yang mendapatkan makanan yang cukup dan dapat tumbuh
serta membelah.
d). Fasa Stasioner
Fasa stasioner adalah fasa pemberhentian pertumbuhan. Pada fasa 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 fasa
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.
e). Fasa Kematian
Dalam fasa ini, jumlah populasi ini menurun. Selama fasa ini, jumlah sel yang
mati per satuan waktu secara perlahan-lahan bertambah dan akhirnya kecepatan sel-
sel yang mati menjadi konstan.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
24
Universitas Indonesia
Tabel 2.1 Komposisi Biomassa Chlorella vulgaris
(Sumber : http://www.gtamart.com/mart/products/chlorella_vulgaris/)
Komponen
Protein g/100g 33-45
Lemak g/100g 6.9-16.1
Air g/100g -
Klorofil g/100g 0.7-2.7
Sumber Mineral g/100g 6.5-10.5
Lipid g/100g 6.5-12.5
Rohfaser g/100g 6.6-7.5
Ballaststoffe g/100g 27.1-32.5
Karbohidrat g/100g 0.9-2
Mineral
Kalsium mg/100g 321-604
Magnesium mg/100g 273-325
Seng mg/100g 04-Jun
Besi mg/100g 40-70
Kalium mg/100g 1000-2900
Iodium mg/100g
-
25
Universitas Indonesia
2.2 Fotobioreaktor
Fotobioreaktor adalah reaktor yang digunakan sebagai tempat
perkembangbiakkan mikroalga yang dirancang dengan sistem yang diberikan
pencahayaan. Fotobioreaktor terbagi dalam dua sistem, yaitu system terbuka (open
system) dan sistem tertutup (closed system). Sistem terbuka bisa berupa air alami
seperti danau, lagoon (danau di pinggir laut). Untuk fotobioreaktor sistem tertutup
terdiri dari fotobioreaktor tubular dengan tube dalam berbagai bentuk, ukuran, dan
panjang yang disesuaikan dengan material yang digunakan Pada masa yang akan
datang, sistem kolam terbuka yang digunakan untuk memproduksi mikroorganisme
dalam skala besar, mempunyai potensi inovasi yang lebih rendah dibanding sistem
tertutup. Untuk produk yang bermutu tinggi, fotobioreaktor sistem tertutup lebih
dipilih karena variabel-variabel yang mempengaruhi dalam perkembangan
mikroorganisme dapat dikontrol seperti intensitas cahaya dan temperatur, serta lebih
menghemat penggunaan ruang.
2.3 Manfaat Chlorella sp.
Tahun 1960, ilmuwan Jepang menemukan bahwa Chlorella sp. mengandung
banyak vitamin, mineral, dan nutrien yang penting bagi tubuh. Sejak saat itu
pengambangan Chlorella sp. berpindah haluan kearah suplemen kesehatan. Apalagi
ketika Dr. Fujimake dari Peoples Scientific Research di Tokyo berhasil melakukan
pemisahan suatu substansi yang larut dalam air melalui Chlorella sp. secara
elektroforesis yang selanjutnya dikenal dengan nama CGF (Chlorella Growth
Factor). CGF dapat menunjang pertumbuhan dan meningkatkan kekebalan tubuh
alami. Selain itu, Chlorella sp. juga merupakan mikroalga hijau yang sangat special
karena kandungan klorofilnya yang paling tinggi dibandingkan seluruh mikroalga
hijau bahkan seluruh tanaman tingkat tinggi. Sel Chlorella mempunyai dinding sel
kuat dan getah usus manusia tidak mampu mencernakannya. Dinding Chlorella yang
sangat tebal (14 mm) terdiri dari 27% protein; 9,2% lemak; 15,4% selulosa; 31%
hemiselulosa; 3,3% glukosamin; dan 5,2% abu yang banyak mengandung zat besi
serta kapur. Struktur dinding sel Chlorella mirip dengan dinding sel bakteri dan
jamur. Dari berbagai penelitian tentang dinding sel, dinding sel yang utuh juga
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
26
Universitas Indonesia
diperlukan sebagai salah satu perangsang system kekebalan tubuh, menyerap
kolesterol, menyerap racun, dan merangsang limfosit dinding usus. Namun,
pemanfaatan Chlorella sebagai bahan pangan alternative mengharuskan seluruh
dinding sel dipecahkan dan dipisahkan. Sedangkan pemanfaatan Chlorella sebagai
makanan kesehatan memerlukan tersedianya sebagian dinding sel dalam keadaan
utuh.
2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Chlorella vulgaris.
Chlorella membutuhkan cahaya, CO2, H2O, nutrien dan elemen-elemen yang
lain. Berikut akan diuraikan beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan
perkembangan mikroalga hijau Chlorella vulgaris:
2.4.1. Unsur Hara
Seperti halnya makanan pada manusia, medium perkembangbiakkan pada
alga merupakan tempat diserapnya nutrisi bagi pertumbuhan alga yang nantinya akan
mempengaruhi metabolisme pada alga. Agar Chlorella vulgaris 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 Chlorella, seperti, Beneck, BG-11,
MN Medium, ASN III. N-8 Medium, dan lain sebagainya. Semua jenis medium
tersebut memiliki kandungan unsur hara yang dibutuhkan untuk pertumbuhan
mikroalga hijau Chlorella, 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 itu 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. pada
penelitian ini digunakan medium Beneck, walne, Allen dan BG-11 sebagai sumber
nutrisi yang akan diberikan pada mikroalga Chlorella vulgaris.
Unsur unsur makro maupun mikro biasanya diberikan dalam bentuk senyawa.
unsur makro adalah unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah yang relatif
banyak.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
27
Universitas Indonesia
Nitrogen (N) diberikan dalam bentuk NH4NO3, NH2PO4, NH2SO4.
Berfungsi untuk membentuk protein, lemak, dan berbagai senyawa organik lain,
pertumbuhan dan pembentukan sel secara vegetative . Fosfor (P), diberikan dalam
bentuk KH2PO4 Berfungsi untuk metabolisme energi, sebagai stabilitor membran sel,
pengaturan metabolisme alga, pengaturan produksi pati/amilum, pembentukan
karbohidrat, sangat penting dalam transfer energi, protein, dan sintesis asam amino
serta konstribusi terhadap struktur dan asam nukleat. Unsur K (kalium) memperkuat
organ alga, memperlancar metabolisme dan memperlancar penyerapan makanan,
unsur S (sulfur) berperan dalam pembentukan asam amino dan vitamin, unsur Ca
(kalsium) berperan membantu menyusun dinding sel, mengatur permeabilitas
membran. Mg (magnesium) diberikan dalam bentuk MgSO4.7H2O berperan dalam
pembentukan klorofil, pembentukan karbohidrat, lemak, vitamin dan untuk
meningkatkan kandungan fosfat, pembentukan protein. Kalium (K), diberikan dalam
bentuk KH2PO4 Berfungsi untuk pemanjangan sel, memperkuat tubuh alga,
memperlancar metabolisme dan penyerapan makanan, ion kalsium ditransfer secara
cepat menyebrangi membran sel dan mengatur pH dan tekanan osmotik di antara sel.
Unsur S merupakan unsur yang penting untuk pembentukan beberapa jenis protein,
seperti asam amino dan vitamin B1.
Unsur mikro adalah unsur hara yang diperlukan mikroalga dalam jumlah
sedikit. Unsur Fe biasanya diberikan dalam bentuk senyawa dan berfungsi sebagai
penyangga kestabilan pH medium dan berperan dalam pembentukan klorofil, Mn
berperan sebagai aktivator enzim, unsur Zn berperan sebagai aktivator enzim dan
penyusun klorofil, unsur Cu berperan sebagai bagian enzim fenolase, laktase, dan
askorbat aksidase, unsur B berfungsi dalam translokasi karbohidrat, sebagai aktivator
dan inaktivator zat pengatur tumbuh, unsur Cl berperan sebagai ion yang berpengaruh
terhadap aktivitas enzim, Mo berperan dalam membentuk enzim reduktase, sintesis
asam askorbat dan ikut dalam metabolisme fosfor.
Tujuan penelitian ini adalah melihat pengaruh medium terhadap kandungan
essensial yang terbentuk dalam tubuh mikrolaga. Oleh karena itu, memilih nutrisi
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
28
Universitas Indonesia
terbaik adalah hal yang penting dalam penelitian ini. Pada penelitian ini digunakan
medium Benneck, BG-11, Walne, dan Allen. Alasan digunakannya medium ini
diantaranya, pertama diketahui pada penelitian penelitian yang telah dilakukan
bahwa tiap medium menghasilkan kecepatan pertumbuhan yang mempengaruhi
besarnya biomassa yang dihasilkan. Selain itu ternyata besarnya sel mikroalga yang
terbentuk dapat dipengaruhi oleh nutrisi yang diberikan melalui medium. Menurut
Vonshak et al. (2004) dan Sanchez-Luna et al. (2006) kualitas kandungan nutrien
pada mikroalga berkaitan dengan komposisi nutrien di media kultur dan parameter
kualitas airnya. Sedangkan pada pusat-pusat pengadaan bibit kultur murni mikroalga
yang berskala laboratorium maupun massal (Andersen, 2005) kultur menggunakan
media Walne. Perbedaan kualitas air dan media kultur ini diduga mengakibatkan
perbedaaan kandungan nutrisi pada mikroalga yang dihasilkannya. Hal ini berkaitan
dengan kebutuhannya akan makro dan mikronutrien untuk kehidupannya. Chlorella
vulgaris membutuhkan makronutrien (N, P, S, K, Si dan Ca) dan mikronutrien serta
kandungan nitrat optimum (0,9 -3,5 mg/l) untuk menunjang kehidupan dan
pertumbuhannya (Becker, 1995; Andersen, 2005). Mikronutrien seperti Fe, Mo, Cu,
Ca, Mn, Zn, Co (Andersen, 2005) dibutuhkan dalam jumlah yang lebih kecil tetapi
harus ada dalam budidaya Chlorella vulgaris. Agar mikronutrien tetap larut dalam
media diperlukan chelator berupa EDTA (Etilen Diamin Tetra Asetat Acid).pada
medium BG-11, Walne, dan Allen terdapat EDTA yang diduga nantinya dapat
meningkatkan kandungan essensial pada Chlorella vulgaris. Selain itu mikroalga juga
memerlukan mikronutrien organik berupa unsur vitamin yang menunjang
pertumbuhannya, antara lain Cobalamin (B12), Thiamin (B1) dan biotin (Taw, 1990;
Becker, 1995; Andersen, 2005) yang akan ditambahkan pada medium walne, allen,
dan BG-11.
Media Walne, BG-11, dan Allen memiliki komposisi nutrien yang lengkap
bila dibandingkan dengan media Benneck, sehingga diduga akan didapatkan
kepadatan sel yang lebih tinggi serta fase pertumbuhan yang lebih lama. Hal ini
diperkuat oleh Becker (1995), Vonshak et al. (2004), dan Andersen (2005) yang
mengatakan bahwa pertumbuhan sel akan dipengaruhi oleh ketersediaan unsur utama
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
29
Universitas Indonesia
dalam lingkungan kultur yaitu berupa C, H, O, N, P, K, S, Ca, Fe, Mg dan
keberadaan unsur mikro nutrien. Komponen vitamin yang tersedia dalam media dapat
mempercepat pertumbuhan terutama vitamin B12 (Andersen, 2005).
2.4.2. Pencahayaan
Proses pencahayaan dapat dibagai menjadi 3 bagian, yaitu pencahayaan
kontinyu, terang gelap (fotoperiodesitas) dan pencahayaan dengan kenaikan intensitas
cahaya (alterasi). Selain tiga metode pencahayaan di atas, terdapat juga pencahayaan
dengan panjang gelombang tertentu dan pencahayaan dengan intensitas tertentu.
2.4.3. Karbondioksida (CO2) dan Oksigen (O2)
CO2 ini digunakan sebagai carbon source untuk melakukan fotosintesis /
metabolisme yang menunjang pertumbuhan Chlorella. Berdasarkan penelitian yang
dilakukan, konsentrasi CO2 yang optimal untuk pertumbuhan mikroalga yaitu sekitar
5-10%. Selain karbon dioksida, oksigen juga diperlukan untuk proses respirasi pada
mikroorganisme. Walaupun dari reaksi fotosintesis dihasilkan oksigen,
mikroorganisme tidak dapat berfotosintesis jika tidak terdapat cahaya sebagai sumber
energi sehingga diperlukan juga udara dari luar sebagai sumber oksigen dalam proses
respirasi.
2.4.4. Derajat Keasaman (pH)
pH, mempengaruhi tidak saja aktivitas mikroalga, tetapi juga keragaman
spesiesnya. Aktivitas enzim mikroba tergantung kepada ion H+, oleh karena itu pH
medium akan mempengaruhinya. Pada umumnya kebanyakan mikroorganisme
tumbuh optimum pada kisaran pH 6 8. Meskipun demikian mikroalga juga masih
dapat tumbuh dengan baik diluar kisaran pH tersebut. pH memiliki peran dalam
mengatur kerja dari enzim. pH yang optimum bagi perkembangan Chlorella vulgaris
adalah 7,0 8,0. Chlorella sp. Sangat tahan terhadap lingkungan asam sampai pada
pH 2. 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.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
30
Universitas Indonesia
2.4.5. Temperatur
Temperatur, mempengaruhi kecepatan semua proses yang terjadi di dalam
mikroorganisme. Denaturasi enzim merupakan pembatas bagi temperatur
maksimum, ini sangat bevariasi diantara mikroorganisme sehingga mikroorganisme
berbeda-beda akan kebutuhannya terhadap temperatur (maksimum, minimum &
optimum) untuk prtumbuhannya. Berdasar temperatur mikroorganisme terbagi atas
golongan psikrofil (
-
31
Universitas Indonesia
karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula
sebagai molekul penyimpan energi.
Kloroplas terdapat pada Chlorella vulgaris dan di dalam kloroplas terdapat
pigmen klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai
bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh
dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya
terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli. Di dalam stroma juga
terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan
granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat
terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran
tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti
protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara keseluruhan, stroma berisi
protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion
logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun tembaga (Cu). Pigmen fotosintetik
terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi
energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang
dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian
dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.
Chlorella vulgaris bersifat autotrof yang artinya dapat mensintesis makanan
langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air
untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi
untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi
yang menghasilkan glukosa berikut ini:
6H2O + 6CO2 + cahaya C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti
selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung
melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada alga. Secara umum reaksi yang terjadi
pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
32
Universitas Indonesia
(glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan
karbon dioksida, air, dan energi kimia.
Chlorella vulgaris menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut
klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat
dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan
dalam fotosintesis. Seluruh bagian tubuh alga yang berwarna hijau mengandung
kloroplas. Di dalam lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung kloroplas dan
cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju
mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis.
Semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi
ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian
stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan
terdekat terlebih dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian
utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak
memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).
(Gambar 2.3 Struktur kloroplas)
(Sumber :.http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Reaksiterang.png)
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
33
Universitas Indonesia
Reaksi terang terjadi pada grana sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam
stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan
menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik
yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH). Energi
yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Pada proses
reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya matahari. Reaksi gelap bertujuan untuk
mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul gula. Dari
semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang
dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang
berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas
cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan
violet (< 400 nm). Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap
fotosintesis. Hal ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam
fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang
memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada
panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung beberapa pigmen. Sebagai
contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya biru-violet dan merah. Klorofil b
menyerap cahaya biru dan oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a
berperan langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung
berperan dalam reaksi terang. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya
elektron berenergi tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan
ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang
reaksi fotosintesis.
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2.[
Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan
penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Reaksi terang melibatkan dua
fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II.Fotosistem I (PS I)
berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya
pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi
P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
34
Universitas Indonesia
Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II
menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan
menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan
mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan
dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan
mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari
air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2.
Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer
tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+
yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II
adalah:
2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- 4H+ + O2 + 2PQH2
Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS
I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah
bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini
juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi
yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah:
2PQH2 + 4PC(Cu2+) 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)
Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.[21]
Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung
kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui
kompleks inti PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I
berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein
Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi keseluruhan pada PS I adalah:
Cahaya + 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe
3+) 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+)
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
35
Universitas Indonesia
Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir
pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH. Reaksi ini
dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase. Reaksinya adalah:
4Fd (Fe2+
) + 2NADP+ + 2H
+ 4Fd (Fe3+) + 2NADPH
Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam
ATP sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan
pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H
+ pada ATP
sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi)
menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai
berikut[1]
:
Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O ATP + NADPH + 3H
+ + O2
Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus
Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson alga mengubah
senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga
yaitu senyawa 3-phosphogliserat.. Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada alga
ini dibantu oleh enzim rubisco.
Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa
difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan enzim
alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan
kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatan pH. Jika
kloroplas diberi cahaya, ion H+ ditranspor dari stroma ke dalam tilakoid
menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzim karboksilase, terletak
di permukaan luar membran tilakoid. Kedua, reaksi ini distimulasi oleh Mg2+
, yang
memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini
distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian
cahaya.
Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan
kloroplas. Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan regenerasi.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
36
Universitas Indonesia
Karboksilasi melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk dua
molekul 3-fosfogliserat(3-PGA). Kemudian pada fase reduksi, gugus karboksil dalam
3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3-
Pgaldehida). Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapi gugus karboksil dari 3-
(Gambar 2.4 Reaksi Gelap siklus Calvin)
(Sumber :.http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Reaksiterang.png)
PGA pertama-tama diubah menjadi ester jenis anhidrida asam pada asam 1,3-
bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir dari ATP.
ATP ini timbul dari fotofosforilasi dan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
37
Universitas Indonesia
terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh reaksi fotofosforilasi
tambahan. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2
elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali untuk mengubah ADP
menjadi ATP.
Pada fase regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk
bereaksi dengan CO2 tambahan yang berdifusi secara konstan ke dalam dan melalui
stomata. Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2
yang ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP,
kemudian daur dimulai lagi.
Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya
adalah 1,3-Pgaldehida. Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati,
sebagian lainnya dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total fosfat menjadi
konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol. Triosa
fosfat digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa
Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat
memengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang tidak
memengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organ yang
penting bagi proses fotosintesis.Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap
beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu lingkungan,
konsentrasi karbondioksida (CO2).Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai
faktor pembatas dan berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis.
Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi
optimum meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya
faktor-faktor pembatas tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan
mengendalikan laju optimum fotosintesis. Selain itu, faktor-faktor seperti translokasi
karbohidrat, umur pertumbuhan, serta ketersediaan nutrisi memengaruhi fungsi organ
yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut memengaruhi laju
fotosintesis.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
38
Universitas Indonesia
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
1. Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
2. Konsentrasi karbon dioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang
dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3. Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada
suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan
meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4. Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat
penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik.
Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis
akan berkurang
2.6. Kandungan Protein, Lemak, klorofil, dan karotenoid
2.6.1. Protein
Komponen protoplasma yang sangat penting, di samping air yaitu protein.
Senyawa ini terdiri dari unsur-unsur: karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen.
Molekul-molekul protein merupakan molekul pekerja; mereka berperan sebagai
katalisator berbagai reaksi kimia, memberi kekakuan struktural, memantau
permeabilitas selaput, pengatur kadar metabolit yang diperlukan, menyebabkan
gerakan dan memantau kegiatan gen. Bahan baku protein adalah molekul-molekul
asam amino yang disebut demikian karena mengandung gugus karboksil dan gugus
amina. Berdasarkan struktur molekulnya, protein diklasifikasikan sebagai berikut:
protein fibrosa dengan contoh: kolagen, fibrin, aktin dan sebagainya. Selain itu
protein digolongkan pula sebagai sebagai protein struktural dan fungsional. Protein-
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
39
Universitas Indonesia
protein struktural antara lain membentuk membentuk kerangka sel atau sitoskelet.
Selain itu protein struktural dijumpai pula sebagai penyusun kolagen pada kulit,
rawan dan tulang, keratin pada kuku, rambut dan sebagainya. Protein fungsional
merupakan protein yang terlibat langsung dalam metabolisme sel, mudah terurai dan
terakit kembali. Protein mencakup enzim-enzim yang merupakan katalisator pada
proses metabolisme, hormon, hemoglobin dan sebagainya.
2.6.2. Lemak
Lemak mecakup asam lemak, lemak netral, fosfolipid, glikolipid, terpen dan
steroid. Asam lemak memiliki dua daerah yaitu: 1) rantai karbon yang bersifat
hidrofobik, tidak larut atau sedikit larut air, kurang reaktif tetapi sangat larut dalam
pelarut organik non polar seperti aseton, benzene dan kloroform, 2) gugus asam
karboksilat, yang mengion di dalam larutan, larut dalam air dan mudah bereaksi
membentuk ester. Asam lemak merupakan sumber makanan. Terdapat dalam
sitoplasma berupa tetesan-tetesan gliserida yang terdiri dari tiga rantai asam lemak
yang masing-masing terikat pada gliserol. Selain sebagai sumber makanan dan
tenaga, peranan asam lemak yang terpenting adalah sebagai penyususn selaput
plasma, selaput tipis ini sebagian besar dari fosfolipid.
Setiap molekul fosfolipid memiliki ekor hidrofilik yang terdiri dari dua buah
rantai asam lemak dan gugus kepala yang bersifat polar dan hidrofilik. Molekul
fosfolipid sesungguhnya adalah detergen. Tetesan fosfolipid pada air akan
membentuk lapisan tipis di permukaan air tersebut. Selaput ini terdiri dari satu lapis
molekul-molekul fosfolipid pada berkaitan ekor dengan ekor membentuk dwilapisan
fosfolipid yang merupakan struktur dasar selaput plasma.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
40
Universitas Indonesia
(Gambar 2.5 Trigliserida)
(Sumber : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/lipid.html)
2.6.3. Beta Karoten
Karotenoid merupakan suatu kelompok pigmen organik berwarna kuning
oranye, atau merah oranye yang terjadi secara alamiah dalam tumbuhan yang
berfotosintesis, ganggang, beberapa jenis jamur dan bakteri. (Gross, 1991).
Karotenoid adalah sanyawa poliena isoprenoid yang tidak larut dalam air, mudah
diisomerisasi dan dioksidasi, menyerap cahaya, meredam oksigen singlet, memblok
reaksi radikal bebas dan dapat berikatan dengan permukaan hidrofobik (Dutta, dkk,
2005). Saat ini lebih dari 600 karotenoid yang telah diisolasi dan dikelompokkan
(Holden, 1999). Beberapa diantaranya adalah :
Gambar 2.6. Struktur beberapa senayawa beta karoten
(Sumber http://nsplanarity.info/index.)
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
41
Universitas Indonesia
Senyawa -karoten merupakan suatu produk yang penting dan bernilai
ekonomis karena senyawa ini berguna terhadap kesehatan. Beberapa manfaat -
karoten adalah sebagai provitamin A yang berguna pada pembentukan vitamin A,
menurunkan resiko penyakit kanker, meningkatkan sistem daya kekebalan tubuh,
memperlambat penuaan serta mencegah penyakit katarak (Roth, 1991, Sahidin,
2001,Dutta, 2005). Salah satu sumber karotenoid yang utama adalah minyak sawit
mentah ( Crude Palm Oil ) dengan konsentrasi karotenoid yang terkandung di
dalamnya berkisar 500 700 ppm dan sekitar 80 % dari karotenoid tersebut adalah
senyawa -karoten. (Choo, 1993; Sahidin,2001) Karotenoid dalam CPO ini dapat
diperkaya dengan cara mereaksikan campuran metil ester karotenoid dengan larutan
urea dalam etanol 25% hingga diperoleh karotenoid dalam ester asam lemak dengan
konsentrasi 3452 ppm. (Catherine, 2010).vSalah satu ciri dari karotenoid adalah
adanya sistem ikatan rangkap terkonjugasi dengan elektron yang terdelokalisasi di
sepanjang rantai poliena. Hal inilah yang menyebabkan karotenoid memiliki
reaktifitas kimia dan dapat menyerap cahaya sehingga karotenoid memiliki warna
(Wikipedia, 2011).
2.6.4. Klorofil
Klorofil adalah kelompok pigmen fotosintesis yang terdapat dalam tumbuhan,
menyerap cahaya merah, biru dan ungu, serta merefleksikan cahaya hijau yang
menyebabkan tumbuhan memperoleh ciri warnanya. Terdapat dalam kloroplas dan
memanfaatkan cahaya yang diserap sebagai energi untuk reaksi-reaksi cahaya dalam
proses fotosintesis. Klorofil A merupakan salah satu bentuk klorofil yang terdapat
pada semua tumbuhan autotrof. Klorofil B terdapat pada ganggang hijau chlorophyta
dan tumbuhan darat. Klorofil C terdapat pada ganggang coklat Phaeophyta serta
diatome Bacillariophyta. Klorofil d terdapat pada ganggang merah Rhadophyta.
Akibat adanya klorofil, tumbuhan dapat menyusun makanannya sendiri dengan
bantuan cahaya matahari.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
42
Universitas Indonesia
(Gambar 2.7. struktur Klorofil a dan klorofil b)
2.7. Media Kultur
Media kultur adalah suatu bahan yang terdiri dari campuran zat-zat makanan
(nutrisi) yang diperlukan mikroorganisme untuk pertumbuhannya. Mikroorganisme
memanfaatkan nutrisi media berupa molekul-molekul kecil yang dirakit untuk
menyusun komponen sel. Dengan media pertumbuhan dapat dilakukan isolat
mikroorganisme menjadi kultur murni dan juga memanipulasi komposisi media
pertumbuhannya (Indra, 2008). Media berfungsi untuk menumbuhkan mikroba,
isolasi, memperbanyak jumlah, menguji sifat-sifat fisiologi dan perhitungan jumlah
mikroba, dimana dalam proses pembuatannya harus disterilisasi dan menerapkan
metode aseptis untuk menghindari kontaminasi pada media. Berikut ini beberapa
media yang sering digunakan secara umum dalam mikrobiologi. Medium
pertumbuhan (disingkat medium) adalah tempat untuk menumbuhkan mikroba.
Mikroba memerlukan nutrisi untuk memenuhi kebutuhan energi dan untuk bahan
pembangun sel, untuk sintesa protoplasma dan bagian-bagian sel lain. Setiap mikroba
mempunyai sifat fisiologi tertentu, sehingga memerlukan nutrisi tertentu pula.
Susunan kimia sel mikroba relatif tetap, baik unsur kimia maupun senyawa yang
terkandung di dalam sel. Dari hasil analisis kimia diketahui bahwa penyusun utama
sel adalah unsur kimia C, H, O, N, dan P, yang jumlahnya 95% dari berat kering sel,
sedangkan sisanya tersusun dari unsur-unsur lain. Apabila dilihat susunan
senyawanya, maka air merupakan bagian terbesar dari sel, sebanyak 80-90 %, dan
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
43
Universitas Indonesia
bagian lain sebanyak 10-20 % terdiri dari protoplasma, dinding sel, lipida untuk
cadangan makanan, polisakarida, polifosfat, dan senyawa lain.
Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel. Unsur
tersebut diberikan ke dalam medium sebagai kation garam anorganik yang jumlahnya
berbeda-beda tergantung pada keperluannya. Beberapa golongan mikroba misalnya
diatomae dan alga tertentu memerlukan silika (Si) yang biasanya diberikan dalam
bentuk silikat untuk menyusun dinding sel. Fungsi dan kebutuhan natrium (Na) untuk
beberapa jasad belum diketahui jumlahnya. Natrium dalam kadar yang agak tinggi
diperlukan oleh bakteri tertentu yang hidup di laut, algae hijau biru, dan bakteri
fotosintetik. Natrium tersebut tidak dapat digantikan oleh kation monovalen yang
lain.
Jasad hidup dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat maupun
cair (larutan). Jasad yang dapat menggunakan makanan dalam bentuk padat tergolong
tipe holozoik, sedangkan yang menggunakan makanan dalam bentuk cair tergolong
tipe holofitik. Jasad holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat,
tetapi makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan
enzim ekstraseluler. Pencernaan di luar sel ini dikenal sebagai extracorporeal
digestion.
Bahan makanan yang digunakan oleh jasad hidup dapat berfungsi sebagai
sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron. Dalam
garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu air, sumber
energi, sumber karbon, sumber aseptor elektron, sumber mineral, faktor tumbuh, dan
sumber nitrogen.
2.7.1. Air
Air merupakan komponen utama sel mikroba dan medium. Funsi air adalah sebagai
sumber oksigen untuk bahan organik sel pada respirasi. Selain itu air berfungsi
sebagai pelarut dan alat pengangkut dalam metabolisme.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
44
Universitas Indonesia
2.7.2. Sumber energi
Ada beberapa sumber energi untuk mikroba yaitu senyawa organik atau
anorganik yang dapat dioksidasi dan cahaya terutama cahaya matahari.
2.7.3. Sumber karbon
Sumber karbon untuk mikroba dapat berbentuk senyawa organik maupun
anorganik. Senyawa organik meliputi karbohidrat, lemak, protein, asam amino, asam
organik, garam asam organik, polialkohol, dan sebagainya. Senyawa anorganik
misalnya karbonat dan gas CO2 yang merupakan sumber karbon utama terutama
untuk tumbuhan tingkat tinggi.
2.7.4. Sumber aseptor elektron
Proses oksidasi biologi merupakan proses pengambilan dan pemindahan
elektron dari substrat. Karena elektron dalam sel tidak berada dalam bentuk bebas,
maka harus ada suatu zat yang dapat menangkap elektron tersebut. Penangkap
elektron ini disebut aseptor elektron. Aseptor elektron ialah agensia pengoksidasi.
Pada mikrobia yang dapat berfungsi sebagai aseptor elektron ialah O2, senyawa
organik, NO3- , NO2
- , N2O, SO4
2-, CO2, dan Fe
3+..
2.7.5. Sumber mineral
Mineral merupakan bagian dari sel. Unsur penyusun utama sel ialah C, O, N,
H, dan P. unsur mineral lainnya yang diperlukan sel ialah K, Ca, Mg, Na, S, Cl.
Unsur mineral yang digunakan dalam jumlah sangat sedikit ialah Fe, Mn, Co, Cu, Bo,
Zn, Mo, Al, Ni, Va, Sc, Si, Tu, dan sebagainya yang tidak diperlukan jasad. Unsur
yang digunakan dalam jumlah besar disebut unsur makro, dalam jumlah sedang unsur
oligo, dan dalam jumlah sangat sedikit unsur mikro. Unsur mikro sering terdapat
sebagai ikutan (impurities) pada garam unsur makro, dan dapat masuk ke dalam
medium lewat kontaminasi gelas tempatnya atau lewat partikel debu. Selain berfungsi
sebagai penyusun sel, unsur mineral juga berfungsi untuk mengatur tekanan osmose,
kadar ion H+ (kemasaman, pH), dan potensial oksidasi reduksi (redox potential)
medium.
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
45
Universitas Indonesia
2.7.6. Faktor tumbuh
Faktor tumbuh ialah senyawa organik yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan
(sebagai prekursor, atau penyusun bahan sel) dan senyawa ini tidak dapat disintesis
dari sumber karbon yang sederhana. Faktor tumbuh sering juga disebut zat tumbuh
dan hanya diperlukan dalam jumlah sangat sedikit. Berdasarkan struktur dan
fungsinya dalam metabolisme, faktor tumbuh digolongkan menjadi asam amino,
sebagai penyusun protein; base purin dan pirimidin, sebagai penyusun asam nukleat;
dan vitamin sebagai gugus prostetis atau bagian akti dari enzim.
2.7.7. Sumber nitrogen
Mikroba dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk amonium, nitrat, asam
amino, protein, dan sebagainya. Jenis senyawa nitrogen yang digunakan tergantung
pada jenis jasadnya. Beberapa mikroba dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk
gas N2 (zat lemas) udara. Mikroba ini disebut mikrobia penambat nitrogen.
2.8. State of the Art
Keragaman kandungan komponen berbagai media tumbuh alga diduga akan
mempengaruhi kualitas kandungan essensial pada Chlorella. Penelitian ini telah
dilakukan oleh sriharti dan Carolina dari Sekolah Teknologi Pertanian Subang.
Dengan menggunakan medium EDTA, Allen Miguel, Vonshak, dan Urea + TSP,
berhasil dilakukan uji kadar kandungan essensial ( Lemak, Protein, Karbohidrat) yang
di uji dengan masing masing medium tersebut. hasil penelitian menunjukkan
bahwa tingkat pertumbuhan Chlorella tertinggi terdapat pada medium Urea + TSP.
Sedangkan kadar berat kering tertinggi yaitu 9,795 mg/l diperoleh pada Chlorella
yang ditumbuhkan di media Vonshak. Media Vonshak juga menghasilkan alga
dengan kadar protein tertinggi. Sedangkan kadar karbohidrat dan lemak tertinggi
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
46
Universitas Indonesia
ditemukan pada kultur yang tumbuh pada media Allen Miguel. Berdasarkan hasil
percobaan ini dapat disimpulkan bahwa jenis media memberikan pengaruh berbeda
terhadap kualitas Chlorella.
Pada dasarnya, perbedaan kualitas alga Chlorella pada berbagai media
disebabkan oleh kekhususan komponen kimia yang terkandung di dalam masing
masing media. Seperti penelitian yang dilakukan oleh Carolina dari sekolah
teknologi pertanian subang, dengan menggunakan media urea + TSP misalnya,
mengandung lebih banyak sulfur yang berguna untuk pembelahan sel. Sehinga pada
penelitiaannya puncak kepadatan populasi dicapai pada waktu yang relatif singkat.
Nilai kandungan gizi Chlorella berupa protein, karbohidrat, dan lemak merupakan
tolak ukur dari kualitas Chlorella, terutama yang akan dimanfaatkan sebagai bahan
makanan.
Penelitian serupa juga dilakukan oleh Widianingsih , Ali Ridho, Retno
Hartati, & Harmoko dari Jurusan Ilmu Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan, Universitas Diponegoro Kampus UNDIP Tembalang pada tahun 2008.
Dengan judul Kandungan Nutrisi Spirulina platensis yang Dikultur pada Media yang
Berbeda. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kandungan nutrisi Spirulina
platensis yang dikultur pada media Walne, teknis dan kontrol. Kelimpahan S.
Plantesis tertinggi dicapai pada kultur dengan media walne, demikian juga kandungan
protein, karbohidrat, air, abu dan lemaknya. Pada media Walne, kandungan protein,
karbohidrat dan lemak S. plantesis berturut-turut sebesar 50,050,53; 15,480,47;
dan 0,510,12%. Sedangkan, pada media teknis, kandungan protein, karbohidrat dan
lemak pada S. plantesis berturut-turut adalah 16,230,4; 12,570,22; dan 0,180,03
%. Perbedaan ini disebabkan oleh kandungan nutrient yang ada pada media kultur.
Menurut Vonshak et al. (2004) dan Sanchez-Luna et al. (2006) kualitas kandungan
nutrien Spirulina sp. berkaitan dengan komposisi nutrien di media kultur dan
parameter kualitas airnya. Sedangkan pada pusat-pusat pengadaan bibit kultur murni
mikroalga yang berskala laboratorium maupun massal (Andersen, 2005) kultur S.
plantesis menggunakan media Walne. Perbedaan kualitas air dan media kultur ini
diduga mengakibatkan perbedaaan kandungan nutrisi pada Spirulina yang
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
47
Universitas Indonesia
dihasilkannya. Hal ini berkaitan dengan kebutuhannya akan makro dan mikronutrien
untuk kehidupannya. Spirulina sp. membutuhkan makronutrien (N, P, S, K, Si dan
Ca) dan mikronutrien serta kandungan nitrat optimum (0,9 -3,5 mg/l) untuk
menunjang kehidupan dan pertumbuhannya (Becker, 1995; Andersen, 2005).
Mikronutrien seperti Fe, Mo, Cu, Ca, Mn, Zn, Co (Andersen, 2005) dibutuhkan
dalam jumlah yang lebih kecil tetapi harus ada dalam budidaya Spirulina sp.. Agar
mikronutrien tetap larut dalam media diperlukan chelator berupa EDTA (Etilen
Diamin Tetra Asetat Acid). Selain itu mikroalga juga memerlukan mikronutrien
organik berupa unsur vitamin yang menunjang pertumbuhannya, antara lain
Cobalamin (B12), Thiamin (B1) dan biotin (Taw, 1990; Becker, 1995; Andersen,
2005). Begitu pentingnya peranan nilai kandungan nutrisi S. platensi bagi manusia
dan beberapa organisme laut, maka media kultur yang tepat untuk mendapatkan
kandungan nilai nutrisi yang maksimal perlu dikaji lebih dalam. Oleh karenanya,
penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kadar karbohidrat, protein, lemak, air dan abu
dari S. platensis yang dikultur pada media Walne dan media Teknis. Kandungan
Nutrisi Spirulina platensis yang Dikultur pada Media yang Berbeda (Widianingsih,
dkk).
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
48
Universitas Indonesia
Tabel. 2.2 State of the Art
Jenis Alga Media Kultur Tahun Institusi Peneliti
Chlorella
pyrenoidosa
EDTA +
MgCl2
1998 Department
of Botany,
University
College of
Swansea,
Singleton
Park,
Swansea
John and P.J.
Syrett
Chlorella sp. C14 2000 Departement
of
Micrbiology ,
College of
Medicine ,
Universuty of
Florida
Paul F Elner
Chlorella
zofingiensis
Allen Miguel 2004 Pontificia
Universidad
Catlica de
Valparaso --
Chile
Borowitzka
Chlorella sp. Ekstrak Tauge 2005 Departemen
Biologi,
Fakultas
MIPA,
Universitas
Indonesia,
Depok
Nining
Betawati
Prihantini,
Berta Putri, dan
Ratna Yuniati
Chlorella
pyrenoidosa
A8 2007 Microbiology
Department,
Queen
Elizabeth
College,
Campden
Hill, London
W8 7AH
Margaret Watts
and John Pirt
Chlorella
vulgaris
Buitenzorg
Benneck 2008 Departemen
Teknik Kimia
UI
Sang Made
Chlorella
vulgaris
Buitenzorg
Benneck
termodifikasi
gas Nitrogen
2010 Departemen
teknik kimia
UI
Fadli Yusandi
Uji pengaruh ..., Tangguh Wijoseno, FT UI, 2011
-
49
Universitas Indonesia
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini diawali dengan tahap persiapan yang terdiri dari perangkaian alat pada
reaktor tunggal, pembuatan medium dengan variasi sumber nitrogen, pembiakan
kultur murni Chlorella sp. dan penentuan jumlah inokulum. Tahap selanjutnya adalah
tahap pelaksanaan penelitian dengan mengembang biakkan kultur Chlorella sp.
Skemanya ialah sebagai berikut:
Mulai
Studi Literatur
Tahap Persiapan:
1. Perakitan alat fotobioreaktor
2. Pembuatan medium Benneck, Walne & BG-11
3. Pembiakkan kultur murni Chlorella vulgaris Butenzorg
dalam medium Benneck, Walne, & BG-11
4. Penentuan Jumlah Onikulum Pelaksanaan penelitian pembiakkan Chlorella vulgaris Buitenzorg dalam medium Benneck, BG-11,
Walne
Pelaksanaan Uji kandungan Essensial Chlorella vulgaris
Buitenzorg
Pengambilan & pengolahan