OPTIMASI PERTUMBUHAN DAN HIDROLISIS LIGNOSELULOSA DARI MIKROALGA Chlorella vulgaris UNTUK MENINGKATKAN KADAR GLUKOSA SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL
SKRIPSI SARJANA KIMIA
OLEH : INDAH KURNIA BP: 1110413020
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2016
OPTIMASI PERTUMBUHAN DAN HIDROLISIS LIGNOSELULOSA DARI MIKROALGA Chlorella vulgaris UNTUK MENINGKATKAN KADAR GLUKOSA SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL
SKRIPSI SARJANA KIMIA
OLEH : INDAH KURNIA BP: 1110413020
Skripsi diajukan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Pada Jurusan kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Andalas
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2016
i
HALAMAN PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar Pustaka
Padang, 25 Januari 2015
Indah Kurnia
ii
INTISARI Optimasi Pertumbuhan dan Hidrolisis Lignoselulosa Mikroalga Chlorella vulgaris Untuk Meningkatkan Kadar Glukosa Sebagai Bahan Baku Bioetanol
Oleh : Indah Kurnia (1110413020) Dr. Zulkarnain Chaidir dan Elida Mardia, MS
Chlorella vulgaris adalah jenis mikroalga uniseluler yang mempunyai kadar karbohidrat yang cukup tinggi dan bisa diperbaharui sehingga bisa dijadikan sebagai salah satu sumber bioetanol. Mikroalga jenis ini mampu berkembang cepat dengan modifikasi medium dan intensitas cahaya yang tinggi. Pada penelitian ini dilakukan optimasi pertumbuhan dan kondisi hidrolisis lignoselulosa C. vulgaris. Optimasi pertumbuhan C. vulgaris dilakukan dengan mengganti sumber nitrogen menggunakan pupuk ZA atau urea serta membiakkannya dibawah cahaya matahari atau lampu fluoresens 2000 lux dengan perioda gelap:terang (12:12 h/h). Optimasi hidrolisis untuk meningkatkan kadar glukosa dari lignoselulosa mikroalga dilakukan pada variasi suhu, waktu dan konsentrasi asam sulfat. Penggunaan pupuk ZA dan pengaturan lampu fluoresens 2000 lux dengan periode gelap:terang (12:12 h/h) menghasilkan pertumbuhan mikroalga yang optimal. Kondisi hidrolisis terbaik adalah pada suhu 120°C selama 15 menit menggunakan asam sulfat 2 N dengan kadar glukosa 926,582 mg/L.
Kata kunci : Bioetanol; Glukosa; Mikroalga; Chorella vulgaris; Hidrolisis;
iii
ABSTRACT
Optimization of Growth and Hydrolysis of Lignocellulose From Microalgae Chlorella vulgaris to Increase Glucose Yield as Bioethanol Raw Material
by : Indah Kurnia (1110413020) Dr. Zulkarnain Chaidir dan Elida Mardiah, MS Chlorella vulgaris is one of a high carbohydrate content of microalgae and renewable energy sources such bioethanol. The microalgae grow rapidly in a modified medium and under high light intensity. The aim of the research was optimization of microalgae growth and setting up hydrolysis conditions of it lignocellulose. Urea and ZA were the alternative nitrogen source then sunlight and 2000 lux fluorescence lamp varsed the light source. Optimal growth is obtained by using fertilizer ZA with fluorescent lamps in 2000 lux. Hydrolysis optimization is done to increase the levels of glucose in microalgae using sulfuric acid with a variation of temperature, time, and concentration of sulfuric acid. The best hydrolysis conditions were obtained at 120°C for 15 minutes using 2 N sulfuric acid to glucose level 926,582 mg/L
Keywords: Bioethanol; Glucose; microalgae; Chlorella vulgaris; Hydrolysis;
iv
UCAPAN TERIMAKASIH
Syukur Alhamdulillah penulis sampaikan kehadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian beserta penulisan skripsi yang berjudul “Optimasi Pertumbuhan dan Hidrolisis Lignoselulosa Mikroalga Chlorella vulgaris Untuk Meningkatkan Kadar Glukosa Sebagai Bahan Baku Bioetanol”, yang dilakukan di Laboratorium Biokimia
Jurusan
Kimia
Fakultas
Matematika
dan
Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Andalas. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih kepada beberapa pihak yang sudah berjasa dalam membantu penyelesaiab penelitian dan skripsi ni. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Afrizal selaku ketua Jurusan Kimia FMIPA UNAND dan bapak Dr. Mai Efdi selaku sekretaris Jurusan KIMIA FMIPA UNAND. 2. Bapak Dr. Syukri selaku koordinator pendidikan Jurusan Kimia FMIPA UNAND. 3. Bapak Dr. Zulkarnain Chaidir dan Ibu Elida Mardiah, MS selaku dosen pembimbing yang dengan kemurahan hati dan kesabaran telah banyak member arahan, bimbingan, petunjuk, saran dan pembelajaran yang berarti selama penelitian dan penulisan skripsi. 4. Bapak Prof. Syukri Arief selaku dosen pembimbing akademik untuk nasehat dan motivasi dalam menjalani semester demi semester di jurusan kimia FMIPA UNAND. 5. Ibu Marniati Salim, MS selaku kepala Laboratorium Biokimia Jurusan Kimia FMIPA UNAND. 6. Ibu Dr. Syafrizayanti dan ibu Dr. Suryati sebagai penguji dalam ujian sarjana dan seminar hasil penulis. 7. Bapak/Ibu dosen pengajar Jurusan Kimia FMIPA UNAND yang telah memberikan
ilmu
yang
bermanfaat
kepada
penulis
selama
menyelesaikan studi. 8. Penghormaatan dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis berikan kepada orangtua, ayah Riswan Dt. Andiko dan ibu Afniar, etek,
v
ante, amak. Serta keluarga besar Dt. Indo Mangkuto dan keluarga besar Dt. Andiko. 9. Sahabat satu bimbingan Desi Nur Akbari, Fitri Yuwanda, dan Yolani. 10. Keluarga besar laboratorium Biokimia FMIPA UNAND, olan, rini, ayi, kerin, kak ima, kaki cha, bg tinov, bang rico. 11. Sahabat super , meri, dila, mira, zana, pipi Mansur, yola, rika, nanda serta teman-teman Unsilence ”one way one wish”. 12. Para garda depan dihati vio, ulfa, agung, dini, Nofri. 13. Pihak-pihak lain yang tidak disebutkan diatas, yang ikut serta membantu penulis sehingga dapat meraih gelar sarjana ini.
Penulis menyadari bahwa kesempurnaan seutuhnya hanyalah milik-Nya. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diperlukan, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Padang, 25 Januari 2016
Indah Kurnia
vi
DAFTAR ISI
LEMBARAN PENGESAHAN .......................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................. ii INTISARI ........................................................................................................ iii ABSTRAK ....................................................................................................... iv UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................... v DAFTAR ISI.................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii DAFTAR TABEL ............................................................................................. viii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... ix BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................... 3 1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................... 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 4 2.1 Mikroalga ................................................................................................. 4 2.1.1 Definisi ................................................................................................... 4 2.1.2 Fotosintesis Mikroalga ........................................................................... 5 2.2 Kondisi Kultur Mikroalga .......................................................................... 5 2.2.1.Fasa Pertumbuhan Mikroalga ............................................................... 6 2.2.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroalga ................ 7 2.3 Chlorella vulgaris...................................................................................... 7 2.4 Pupuk ....................................................................................................... 9 2.4.1 Urea ..................................................................................................... 10 2.4.2 ZA ........................................................................................................ 10 2.5 Bahan Bakar Nabati ................................................................................. 10 2.5.1 Bioetanol .............................................................................................. 11 2.6 Hidrolisis ................................................................................................... 13 2.2 Metode Nelson-Samogy........................................................................... 13
vii
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 15 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................. 15 3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................ 15 3.2.1 Alat ..... .................................................................................................. 15 3.2.2 Bahan . .................................................................................................. 15 3.3 Cara Kerja ................................................................................................ 15 3.3.1 Pembuatan Bold Bassal Medium ......................................................... 15 3.3.2 Modifikasi Bold Bassal Medium ........................................................... 16 3.3.3 Pengamatan morfologi isolat mikroalga ............................................... 16 3.3.4 Kultivasi mikroalga ............................................................................... 16 3.3.5 Pengeringan biomasa mikroalga ......................................................... 17 3.3.6 Pembuatan pereaksi alkali (Samogy) .................................................. 17 3.3.7 Pembuatan pereaksi Arsenomolibdat (Nelson).................................... 17 3.3.8 Pembuatan kurva standar .................................................................... 17 3.3.9 Pengukuran Kadar Glukosa ................................................................. 14 BAB IV. HASIL DAN DISKUSI ...................................................................... 19 4.1 Pengamatan pada mikroalga ................................................................ 19 4.2 Kurva pertumbuhan mikroalga ................................................................. 19 4.3 Pengaruh sumber cahaya pada mikroalga Chlorella vulgaris .................. 20 4.4 Pengaruh sumber nitrogen pada mikroalga Chlorella vulgaris ................. 22 4.5 Pengaruh perlakuan awal terhadap kadar glukosa .................................. 23 4.6 Pengaruh variasi konsentrasi asam sulfat................................................ 24 4.7 Pengaruh suhu hidrolisis ......................................................................... 25 4.8 Pengaruh waktu hidrolisis ........................................................................ 26 4.9 Pengukuran kadar Glukusa pada Kondisi Optimum................................. 27 BAB V. KESIMPULAN................................................................................... 29 5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 29 5.2 Saran .... .................................................................................................. 29 DAFTAR PUSTAKA .................................................. ................................. . 30 LAMPIRAN . .............................................................. ................................. . 33 BIODATA PENULIS................................................... ................................. . 54
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kurva pertumbuhan mikroalga....................................................... 7 Gambar 4.1 Morfologi sel Chlorella vulgaris ...................................................... 16 Gambar 4.2 Kurva pertumbuhan pada medium standar.................................... 16 Gambar 4.3 Kurva pertumbuhan pengaruh sumber cahaya.............................. 18 Gambar 4.4 Kurva pertumbuhan mikroalga dengan variasi Sumber nitrogen ... 19 Gambar 4.5 Kurva pengaruh perlakuan awal .................................................... 21 Gambar 4.6 Kurva hasil hidrolisis ...................................................................... 22 Gambar 4.7 Kurva pengaruh suhu hidrolisis ..................................................... 23 Gambar 4.8 Kurva pengaruh waktu hidrolisis .................................................... 24
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Klasifikasi mikroalga Chlorella vulgari ..................................... 7 Tabel 4.1 Pengaruh sumber cahaya ........................................................ 18 Tabel 4.2 Pengaruh sumber nitrogen ....................................................... 20
x
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1.Komposisi medium Bold’s basal ............................................. 33 Lampiran 2.Kultivasi Chlorella vulgaris ..................................................... 33 Lampiran 3.Absorbansi mikroalga pada medium standar......................... 36 Lampiran 4.Nilai absorbansi pada variasi sumber nitrogen ..................... 37 Lampiran 5.Nilai Absorbansi pada intensitas cahaya ............................... 38 Lampiran 6 Perhitungan pengenceran glukosa ........................................ 39 Lampiran 7 Kurva Larutan Standar .......................................................... 40 Lampiran 8. Perhitungan pengenceran asam sulfat ................................. 41 Lampiran 9. Variasi konsentrasi asam sulfat saat hidrolisis ..................... 44 Lampiran 10.Konsentrasi glukosa dengan variasi waktu hidrolisis ............ 47 Lampiran 11. Konsentrasi glukosa dengan variasi suhu hidrolisis ............ 49 Lampiran 12Pengaruh sumber nitrogen .................................................... 51 Lampiran 13. Pengaruh Sumber Cahaya .................................................. 52 Lampiran 14. Kadar Nitrogen Pada pupuk ................................................ 53
xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Makin menipisnya cadangan minyak bumi berbanding terbalik dengan permintaan akan kebutuhannya yang terus meningkat. Sehingga kekurangan bahan bakar minyak menjadi beban APBN dari tahun ke tahun untuk mensubsidi harga BBM yang diimpor. Oleh sebab itu akhir–akhir ini penggunaan bioenergi menjadi primadona, selain karena berasal dari tumbuhan sehingga bisa diperbaharui, sumber bioenergi terutama bioetanol juga mudah didapatkan karena berasal dari tanaman yang mengandung pati dan selulosa[1]. Mikroalga atau disebut juga fitoplankton merupakan tumbuhan yang berukuran mikroskopik sekitar 3−30 μm, tidak mempunyai akar, batang, dan daun. Mikroalga memiliki sel eukariotik dan memiliki pigmen yang berbedabeda, yaitu pigmen hijau (klorofil), coklat (fikosantin), biru kehijauan (fikobilin), dan merah (fikoeritrin). Mikroalga mengandung bahan-bahan penting yang sangat bermanfaat, misalnya protein, karbohidrat, lemak dan asam nukleat sehingga bisa dijadikan sebagai sumber bioenergi. Penelitian tentang bioenergi dari mikroalga telah banyak dilakukan, namun kebanyakan lebih fokus terhadap biodiesel dari pada bioetanol karena kandungan lipidnya yang tinggi dan prosesnya yang lebih sederhana. Kandungan lipid kebanyakan mikroalga memang lebih tinggi dibandingkan dengan kandungan karbohidratnya, tapi ada juga beberapa spesies mikroalga yang mempunyai kandungan karbohidrat yang tinggi, seperti Chlorella, Dunaliella, Chlamydomonas, dan Scenedesmus yang kandungan karbohidratnya mencapai 50% dari biomasa keringnya saat ditumbuhkan pada kondisi kultur spesifik[1]. Chlorella vulgaris mempunyai potensi yang sangat baik sebagai sumber energi terbarukan karena ketersediaannya mudah diperoleh melalui kultur, tidak bersaing dengan bahan pangan, memiliki daya adaptasi yang cepat terhadap lingkungan kultur yang baru, cepat tumbuh dan cepat di panen. C. vulgaris mengandung bahan-bahan lignoselulosa seperti selulosa, hemiselulosa dan
1
lignin dimana selulosa dapat dikonversi menjadi glukosa dan dijadikan sebagai substrat energi alternatif. Selulosa secara alami diikat oleh hemiselulosa dan dilindungi
oleh
lignin.
Adanya
senyawa
pengikat
lignin
inilah
yang
menyebabkan bahan-bahan lignoselulosa sulit untuk dihidrolisis. Proses pretreatment dilakukan untuk mengkondisikan bahan lignoselulosa dengan tujuan memecah dan mengurangi kandungan lignin dan hemiselulosa, merusak struktur kristal dari selulosa serta meningkatkan porositas bahan Rusaknya struktur kristal selulosa akan mempermudah terurainya selulosa menjadi glukosa. Selanjutnya senyawa-senyawa gula sederhana tersebut yang akan difermentasi oleh mikroorganisme tertentu [1]. Namun tantangan utama dalam produksi bioetanol dari biomasa mikroalga ini adalah bagaimana memecah gula kompleks dalam mikroalga menjadi gula yang sederhana secara efisien[1]. Karbohidrat dalam alga hijau umumnya mengandung pati di dalam kloroplasnya dan selulosa/polisakarida dalam dinding selnya. Untuk itu, perlu dihidrolisis untuk mengubahnya menjadi gula sederhana sebelum di fermentasi menggunakan mikroorganisme. Ada 2 metoda dalam hidrolisis yaitu secara kimia dan secara enzimatis, secara kimia yaitu menggunakan asam seperti asam klorida, asam sulfat dll atau dengan basa seperti NaOH, dan enzimatis menggunakan enzim[2]. Pada penelitian ini digunakan mikroalga C. vulgaris karena kandungannya karbohidratnya
yang
tinggi
mencapai
50%
dari
berat
kering
dan
pertumbuhannya yang relatif cepat dibandingkan dengan tumbuhan terestial. Sebelumnya pertumbuhan mikroalga dioptimasi penggunaan sumber nitrogen dan cahayanya. Pada penelitian ini dilakukan optimasi hidrolisis menggunakan metode kimia dengan asam sulfat karena untuk menghidrolisis selulosa yang digunakan biasanya adalah asam sulfat. Untuk mengukur kadar glukosa pada sampel digunakan metode Nelson-Samogy karena metode ini lebih murah, cepat dan teliti.
2
1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana peran sumber nitrogen terhadap pertumbuhan dan kadar karbohidrat dalam mikroalga C. vulgaris ? 2. Bagaimana peran sumber cahaya terhadap pertumbuhan dan kadar karbohidrat mikroalga C. vulgaris ? 3. Apakah kadar glukosa pada lignoselulosa biomasa kering mikroalga meningkat
dengan
dilakukannya
optimasi
terhadap
hidrolisis
menggunakan asam sulfat ? 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Menentukan kondisi optimal pertumbuhan mikroalga C. vulgaris dengan pengaruh sumber nitrogen. 2. Menentukan kondisi optimal pertumbuhan C. vulgaris dengan pengaruh sumber cahaya. 3. Menentukan kondisi optimal untuk hidrolisis lignoselulosa C. vulgaris menggunakan metode kimia dengan asam sulfat. 1.4 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan memberikan informasi mengenai potensi mikroalga C. vulgaris sebagai bahan baku bioetanol dengan hidrolisis menggunakan asam sulfat.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mikroalga 2.1.1 Definisi Alga adalah organisme dengan struktur yang sederhana tidak memiliki akar, batang, atau daun. Mikroalga merupakan alga yang berukuran mikroskopik bersifat uniseluler memiliki kemampuan fotosintesis sehinga disebut juga sebagai organisme fotosintetik penghasil-oksigen [3]. Organisme ini bertindak sebagai salah satu sumber makanan pokok di dasar jaring makanan laut. Alga uniseluler atau biasa disebut mikroalga biasanya tumbuh fotosintentik di alam tetapi beberapa spesies juga memiliki kemampuan untuk tumbuh secara heterotropik yang mengandalkan pada substrat karbon organik untuk energi. Kurva pertumbuhan mikroalga khas, dimulai dengan periode lag atau adaptasi diikuti oleh pertumbuhan yang cepat selama fase eksponensial dan akhirnya berhenti bereplikasi karena penipisan gizi selama fase stasioner [4]. Mikroalga yang biasa dikenal dengan fitoplankton memiliki keragaman ukuran mulai dari diameter hanya 0,2-2,0 nm hingga kelps raksasa dengan daun dengan panjang hingga 60 nm. Ekologi dan habitat berkoloni, struktur selular, tingkat organisasi dan morfologi, pigmen untuk fotosintesis, dan tipe sejarah hidupnya mencerminkan asal-usul evolusi yang beragam menghasilkan kumpulan organisme yang heterogen, termasuk spesies prokariot dan eukariot. Alga biasanya merujuk pada mikroalga dan kelompok mikroorganisme yang sangat beragam yang dikenal sebagai ganggang mikro. Jumlah spesies alga telah diperkirakan mencapai 1-10000000 dan kebanyakan dari alga adalah mikroalga [5]. Alga berbeda dengan tumbuhan karena tidak memiliki akar, daun, batang, dan pembuluh xilem dan floem. Selain itu, alga tidak membentuk embrio diploid multiseluler. Walaupun memiliki banyak perbedaan antara keduanya, alga dan tumbuhan memiliki kesamaan dalam memproduksi senyawa hasil metabolisme yang digunakan untuk melindungi diri dari predator dan parasit [5].
4
2.1.2 Fotosintesis Mikroalga Fotosintesis adalah proses yang mengubah karbon dioksida (CO 2) menjadi senyawa organik menggunakan energi cahaya. Mikroalga merupakan mikroorganisme fotoautrotof. Mikroalga membutuhkan sinar matahari untuk membantu metabolismenya dengan mengubah CO2 menjadi komponen organik (CH2O) dan membebaskan oksigen (O2) dengan bantuan cahaya matahari . CH2O yang mewakili komponen organik yang berguna sebagai komponen pembangun sel pada pertumbuhan [6]. Fotosintesis mambutuhkan air (H2O) yang berfungsi sebagai substrat tambahan. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan). Pada proses fotosintesis, cahaya yang digunakan adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah. Infra merah dan ungu tidak digunakan dalam fotosintesis. Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen. Oksigen merupakan hasil sampingan dari fotosintesis dimana volumenya dapat diukur. Oleh sebab itu, untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tumbuhan[12].
2.2 Kondisi Kultur Mikroalga Jumlah
sel
yang
semakin
bertambah
menunjukkan
pertumbuhan
mikroalga yang berada pada medium. Lingkungan merupakan salah satu faktor yang
mempengaruhi
pertumbuhan
mikroalga. Faktor
yang
dapat
mempengaruhi pertumbuhan mikroalga adalah salinitas, pH, suhu, cahaya dan nutrien pada medium[8]. Cahaya dan nutrien tersebar secara merata untuk seluruh sel dengan pengadukan. Kultur mikroalga biasanya diaduk dengan cara airasi atau memompakan udara kedalam media kultur. Pengadukan ini dapat membantu mengalirkan CO2 kedalam media kultur serta membantu proses penyebaran nutrien pada medium. Pengadukan juga dapat dilakukan dengan cara mekanik, contohnya menggunakan stirer [9].
5
Media pertumbuhan dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu media alami dan media sintetik. Media sintetik dibuat dengan mengidentifikasi komposisi dari media pertumbuhan alami mikroalga. Media sintetik dapat dimodifikasi dengan
komposisi
nutrisi
lain
untuk
mendapatkan
kondisi
optimum
pertumbuhan mikroalga. Media sintetik yang sering digunakan dalam kultur mikroalga
adalah
Bold
Bassal
Medium,
Conwy,
Walne,
dan
NPFe.
Pertumbuhan mikroalgaakan dipengaruhi oleh ketersediaan nutrien dalam media pertumbuhannya. Makronutrien dalam media yang dibutuhkan yaitu berupa C, H, O, N, P, K, S, Ca, Na dan unsur mikronutrien yaitu Fe, Cu, Mg, Co, Mn, B, Zn [10].
2.2.1
Fasa pertumbuhan mikroalga
Mikroalga mempunyai fase pertumbuhan yang berbeda pada masing-masing jenisnya. Pertumbuhan sel dapat diamati dengan melihat pertumbuhan sel atau mengamati ukuran sel dalam satuan tertentu. Cara kedua lebih sering digunakan untuk mengetahui pertumbuhan mikroalga dalam media kultur dengan menghitung kepadatan sel atau kelimpahan sel setiap waktu [11]. Selama pertumbuhan, mikroalga mengalami beberapa tahap fase pertumbuhan [11]. a. Fase adaptasi Pada fase ini peningkatan paling signifikan terlihat pada ukuran karena secara fisiologis mikroalga menjadi sangat aktif. Metabolisme terjadi tetapi pembelahan sel terjadi sangat sedikit disebabkan oleh adaptasi sel dengan lingkungan baru. b. Fase logaritmik (fase eksponensial) Fase ini dimulai dengan pembelahan sel dengan laju pertumbuhan yang meningkat secara intensif. Jika kondisi kultur optimum maka laju pertumbuhan dapat mencapai nilai maksimal. Pada fase ini merupakan fase terbaik untuk memanen metabolit primer.
6
c. Fase stasioner Fase dimana medium pertumbuhan mikroorganisme kekurangan nutrien yang dibutuhkan untuk mikroorganisme tumbuh sehingga pembelahan sel tidak secepat fase eksponensial. d. Fasa kematian` Fasa kematian pada mikroorganisme disebabkan karena nutrien pada medium habis hingga sel tidak mengalami pertumbuhan dan mencapai fase kematian.
4
Gambar 2.1 Kurva pertumbuhan mikroalga [11]
2.2.2 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroalga Organisme autotrofik seperti Chlorella membutuhkan cahaya, CO2, H2O, nutrient, dan trace element untuk pertumbuhannya. a. Jenis Medium Medium pembiakan sangat berpengaruh dalam pertumbuhan Chlorella. Apabila asupan nutrisi dan medium tidak cukup, maka laju pertumbuhannya akan terhambat. Oleh karena itu, medium pembiakannya harus memiliki berbagai nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangannya sehingga komposisi dari medium yang diberikan harus sesuai. Medium yang diperlukan untuk perkembangan Chlorella relatif lebih sederhana dan hanya memerlukan jenis nutrisi yang lebih sedikit dibandingkan dengan medium untuk jenis alga lainnya. Ada beberapa medium yang biasanya digunakan untuk pembiakan
7
Chlorella. Yaitu Benneck, Detmer, Pupuk komersial, walne, dan Bold’s Basal Medium. b. Pencahayaan Cahaya merupakan faktor utama yang mempunyai peranan penting untuk pertumbuhan mikroalga sebagai sumber energi untuk pertumbuhan mikroalga dan fotosintesis. Intensitas yang baik bagi mikroalga untuk melakukan fotosintesis berkisar antara 2-3 kilolux. Cahaya matahari yang diperlukan oleh mikroalga dapat diganti oleh lampu floresens. Penggunaan cahaya yang berasal dari lampu floresens karena didasari oleh kebutuhan intensitas cahaya dimana jika cahaya pada lampu floresens dapat diatur sesuai dengan intensitas yang dibutuhkan. Selain itu lampu floresens mempunyai kestabilan intensitas cahaya jika dibandingkan dengan cahaya yang bersumber dari cahaya matahari. c. Derajat Keasaman (pH) Derajat keasaman (pH) akan memengaruhi kinerja kerja suatu enzim pH media berkisar antara 7.0–8.0 cukup baik digunakan dalam kultur alga di laboratorium. C. vulgaris sendiri tahan terhadap lingkungan yang asam dengan pH mencapai 2. Untuk mencegah terjadinya perubahan pH dalam media kultur alga, perlu ditambahkan EDTA (Ethyl Diamine Tetra Acetate) ke dalam media, karena EDTA berfungsi sebagai buffer sehingga pH media akan tetap stabil. d. Pengkulturan Tahapan ini sangat penting dalam pembiakan C. vulgaris pada tahap ini mikroalga dikenalkan pada medium baru agar lebih terbiasa hingga dapat melewati fasa lag-nya. Setelah itu Chlorella siap untuk dibiakkan pada fasa log. Tahap ini juga bertujuan untuk mengetahui apakah medium yang digunakan sesuai. e. Kontaminasi Sedikit kontaminan yang ada akan mempengaruhi pertumbuhan C. vulgaris kontaminan dapat berebut makanan dengan Chlorella itu sendiri dan yang lebih berbahaya jika kontaminan yang ada menjadi predator bagi mikroalga itu sendiri. Oleh karena itu, seluruh kegiatan kultivasi C. vulgaris harus dilakukan secara steril untuk mencegah adanya kontaminan[26]
8
2.3 Chlorella vulgaris Nama Chlorella berasal dari zat berwarna hijau (klorofil) yang juga berfungsi sebagai katalisator dalam proses fotosintesis. Chlorella dikategorikan ke dalam kelompok alga hijau karena kandungan zat hijau yang dimilikinya sangat tinggi, bakan melebihi jumlah yang dimiliki oleh beberapa tumbuhan tingkat tinggi [12]. Bentuk umum sel-sel Chlorella adalah bulat atau elips (Bulat telur), termasuk mikroalga bersel tunggal (uniseluler) yang soliter, namun juga dapat dijumpai hidup dalam koloni atau bergerombol. Diameter sel umumnya berkisar antara 2-12 mikron, warna hijau karena pigmen yang mendominasi adala klorofil. Chlorella merupakan organism eukariotik (memiliki inti sel) dengan dinding sel yang terdiri atas selulosa dan pektin, sedangkan protoplasmanya bebentuk cawan.[12]. Mikroalga Chlorella mempunyai kadar karbohidrat lebih dari 50% pada berat keringnya dengan kulltur spesifik[13].
Tabel 2.1. Klasifikasi mikroalga C. vulgaris [12] Klasifikasi Mikroalga Divisi
Chloropyta
Kelas
Chloropyceae
Ordo
Clorococcales
Familia
Oocystaceae
Genus
Chlorella
Spesies
Chlorella vulgaris
Chlorella membutuhkan nutrisi yang teridiri dari unsur-unsur hara makro (makronutrien) dan unsur-unsur mikro (mikronutrien). Contoh unsur makro dalam pertumbuhan Chlorella adalah N, K, Mg, S, P, dan Cl. Unsur hara mikro adalah Cu, Zn, Mn, B, dan Mo.[6]. Unsur hara tersebut diperoleh dalam bentuk persenyawaan dengan unsur lain. Tiap unsur hara memiliki fungsi-fungsi khusus yang tercermin pada pertumbuhan kepadatan yang dicapai oleh organisme yang dikultur tanpa mengesampingkan pengaruh dari lingkungan. Kebutuhan nutrien untuk tujuan kultur mikroalga harus tetap terpenuhi melalui penambahan media pemupukan guna menunjang pertumbuhan mikroalga.
9
Unsur N, P, dan S penting untuk sintesa protein, unsur K berfungsi dalam metabolisme karbohidrat. Unsur Cl dimanfaatkan untuk aktivitas kloroplas, unsur Fe dan Na berperan dalam pembentukan klorofil [14].
2.4 Pupuk Nitrogen merupakan unsur penting bagi pertumbuhan tanaman terutama pada fase vegetatif. Saat fase ini terjadi tiga proses penting yaitu pembelahan sel, pemanjangan sel dan tahap diferensiasi sel. Nitrogen merupakan bagian penting dari protein, protoplasma, klorofil, dan asam nukleat. Organisme berklorofil yang kekurangan nitrogen akan berubah warna selnya menjadi kekuningan karena adanya penghambatan síntesis klorofil. Pemupukan nitrogen yang berlebihan akan mengakibatkan pertumbuhan vegetatif yang berlebihan. Kekurangan N juga akan membatasi pertumbuhan karena tidak ada pembentukan protoplasma baru. Salah satu cara untuk memenuhi kebutuhan N tanaman dengan memberikan pupuk N ke tanah. Dua pupuk nitrogen yang digunakan dalam penelitian ini adalah urea dan ZA. 2.4.1 Urea Urea merupakan senyawa organik yang dikenal dengan rumus kimia CO(NH2)2 atau dengan nama lain Carbamide. Senyawa ini pertama kali ditemukan oleh Hilaire Rouelle pada tahun 1773. Proses produksi urea secara massal dan komersial umumnya difokuskan untuk mencukupi kebutuhan pupuk pertanian karena kandungan nitrogennya yang cukup tinggi (sekitar 46%) merupakan sumber nitrogen yang baik bagi pertumbuhan tanaman. Tampilan fisik pupuk urea yang tersedia di pasaran umumnya berbentuk kristal dengan berbagai ukuran tergantung pada produsen yang membuatnya[12]. 2.4.2. ZA (Zwavelzuur Amonia) Pupuk ZA mendapatkan nama panjangnya, Zwavelzuur Amonia, dari bahasa Belanda. Nama kimia ZA adalah amonium sulfat dengan rumus kimia (NH4)2SO4. Senyawa garam anorganik ini memiliki memiliki kandungan nitrogen sekitar 20% dan sulfur sekitar 24% sehingga tujuan produksinya adalah sebagai pupuk pertanian. Bentuk pupuk ZA yang dapat dijumpai di pasaran adalah seperti bubuk kasar atau bongkahan-bongkahan kecil bewarna
10
putih seperti gula pasir dan mudah larut dalam air. Penggunaan pupuk ZA dalam bidang pertanian yang berlebihan dapat menyebabkan turunnya pH tanah[12].
2.5
Bahan Bakar Nabati Konsumsi bahan bakar minyak (BBM) dalam sepuluh tahun terakhir ini
mencapai 58% terhadap total konsumsi energi nasional. Hal ini mendorong upaya penyediaan bahan bakar alternatif dari sumber nabati untuk mengurangi ketergantungan BBM tersebut. Bioenergi yang sudah dikembangkan di Indonesia sebagai subtitusi BBM
saat ini adalah biodiesel dan bioetanol.
Biodiesel adalah bahan bakar alternatif pengganti solar sedangkan bioetanol adalah bahan bakar alternative pengganti gasolin yang biasa disebut gasohol. Peranan kedua jenis bahan bakar alternatif ini ke depannya sangat penting dalam mengatasi krisis energi di Indonesia. Biodiesel umumnya diproduksi dari tanaman yang mengandung lemak tinggi seperti japtropa, kelapa sawit, nyamplung melalui proses esterifikasi. Sedangkan bioetanol diproduksi dari tanaman yang mengandung karbohidrat tinggi seperti tebu, nira, sorgum, nira nipah, singkong, ganyong, ubi jalar, dan tumbuhan lainnya melalui fermentasi glukosa. Selain itu penggunaan bahan bakar fosil berdampak pada lingkungan seperti efek rumah kaca, perubahan iklim [15]. Saat ini, banyak negara yang mengembangkan sumber energi terbaru yang lebih ekonomis dan lebih ramah lingkungan seperti biodiesel dan bioetanol [16]. Tahun 2006 merupakan tahun kebangkitan Biofuel di Indonesia. Pada bulan januari 2006, presiden mengeluarkan peraturan presiden no.5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional dan instruksi presiden no. 1 tahun 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati. Bahan bakar nabati diartikan sebagai minyak lemak yang berasal dari tumbuhan [17]. 2.5.1 Bioetanol Bioetanol merupakan produk fermentasi yang dapat dibuat dari substrat yang mengandung karbohidrat ( gula, pati, dan selulosa). Etanol adalah salah satu senyawa alkohol dengan rumus kimia C2H5OH yang berupa cairan tidak berwarna, jernih mudah menguap, memiliki bau yang spesifik yang halus dan
11
rasa yang pedas. Sifat fisika dari etanol adalah bersifat polar disebabkan gugus hidroksil (ROH) seperti air etanol dapat membentuk ikatan hidrogen. Karena adanya ikatan hidrogen ini maka etanol memiliki titik didih yang lebih tinggi dari senyawa lain yang memiliki berat formula yang sama. Etanol juga memiliki nilai pH sebagai asam lemah. etanol mudah menguap sekalipun pada suhu rendah, mudah terbakar dan mendidih pada suhu 78o C[18]. Bioetanol adalah etanol yang diperoleh dari proses fermentasi bahan baku yang mengandung pati atau gula seperti tetes tebu dan singkong. Bahan bakar nabati ini digunakan sebagai pengganti premium (gasoline). Etanol yang digunakan sebagai bahan bakar nabati adalah alkohol murni yang bebas air ( anhydrous alkohol ) dan berkadar lebih dari 99.5 % atau disebut dengan fuel grade ethanol ( FGE). Campuran premium dan FGE disebut dengan gasohol. Di Indonesia, pertamina memberikan merek dagang biopremium untuk produk tersebut [19]. Namun karena bioetanol ini berasal dari tanaman yang mengandung karbohidrat ( pati, gula, selulosa ) dimana juga sangat dibutuhkan oleh makhluk hidup maka disini ada persaingan antara kebutuhan akan energi dan kebutuhan akan bahan pangan. Tentu saja kebutuhan akan bahan pangan yang mana merupakan kebutuhan primer lebih penting dari pada kebutuhan akan energi. Maka dicari sumber energi yang lain yang mengandung karbohidrat tetapi tidak dibutuhkan sebagai bahan pangan sehingga tidak akan terjadi persaingan. Muncullah mikroalga sebagai sumber bioenergi terbaru dan terbarukan yang tidak dibutuhkan oleh manusia. Selain ituada juga dari sumber lain yaitu dari biomasa lignoselulosa,namun pada biomasa lignoselulosa punya kelemahan terhadap proses nya yang sulit. Karena mengandung struktur lignin, yang berperan signifikan dalam menghambat degradasi. Langkah dalam proses lignoselulosa lebih kompleks dari pada pati[15]. Dalam pertumbuhan mikroalga, mengontrol lingkungan seperti nutrien, cahaya, dan temperatur akan berdampak pada pertumbuhan dan biomasa mikroalga, studi terbaru yang melibatkan pembatasan nutrisi seperti sulfur, nitrogen, dan pospat untuk meningkatkan kadar karbohidrat dalam mikroalga
12
dengan
memaksanya
berubah
dari
protein
atau
peptida
menjadi
karbohidrat[17]. Pembuatan bioetanol dari mikroalga terdiri dari beberapa tahapan yaitu, preparasi bahan, hidrolisis, fermentasi dan destilasi. Biasanya dilakukan untuk menghilangkan lignin dari sampel, namun pada mikroalga yang tidak mempunyai kandungan lignin menyebabkan preparasi sampel dan hidrolisis menjadi mudah[20].
2.6 Hidrolisis Beberapa proses yang terlibat dalam proses fermentasi adalah perlakuan awal, hidrolisis dan fermentasi. Pretreatmen adalah perlakuan awal pada sampel, hidrolisis adalah pemecahan gula-gula kompleks dalam sampel menjadi gulagula sederhana sedangkan fermentasi adalah pengubahan gula fermentasi menjadi etanol dengan bantuan mikroorganisme. Tantangan utama dalam pembuatan bioetanol dari biomasa mikroalga adalah dalam pemecahan gulagula kompleks dalam mikroalga seperti pati atau selulosa menjadi gula- gula sederhana yang nantinya akan difermentasi menjadi etanol[21]. Hidrolisis selulosa dapat dilakukan secara enzimatis dan kimiawi. Hidrolisis secara enzimatis dapat dilakukan dengan menggunakan enzim selulase, sedangkan hidrolisis secara kimiawi dapat dilakukan dengan menggunakan asam, yaitu asam kuat konsentrasi rendah maupun asam lemah konsentrasi tinggi. Asam yang digunakan dalam proses hidrolisis selulosa antara lain asam sulfat, asam klorida, asam fosfat, asam nitrat dan asam trifluoroasetat (TFA). Pemilihan asam dan konsentrasi yang akan digunakan tergantung pada jenis sampel yang akan dihidrolisis. Hidrolisis selulosa secara asam dapat dilakukan dengan menggunakan asam kuat encer pada temperatur dan tekanan tinggi, dan dapat dilakukan dengan menggunakan asam pekat pada temperatur dan tekanan rendah. Proses hidrolisis pada suhu tinggi dilakukan pada kisaran suhu 160-240°C, sedangkan proses hidrolisis pada suhu
rendah
dilakukan
pada
suhu
80-140°C.
Hidrolisis
bahan-bahan
berlignoselulosa akan menghasilkan senyawa gula sederhana, seperti glukosa,
13
xilosa, selobiosa dan arabinosa. Asam yang biasanya digunakan untuk hidrolisis selulosa adalah asam sulfat, asam fosfat dan asam klorida[22].
2.7 Metode Nelson-Samogy Metode Nelson-Samogy merupakan metode kimiawi yang dapat digunakan untuk analisa karbohidrat dengan menggunakan metode oksidasi. Metode ini didasari dengan tereduksi kupri oksida menjadi kupro oksida karena adanya kandungan gula reduksi dalam sampel. Pada metode ini digunakan pereaksi tembaga-arsenol-molibdat.
Reagen
Nelson-Samogy
berfungsi
sebagai
oksidator antara kuprooksida yang bereaksi dengan gula reduksi membentuk endapan merah bata. Dengan membandingkan terhadap larutan standar, konsentrasi gula dalam sampel dapat ditentukan. Reaksi warna yang terbentuk dapat menentukan konsentrasi gula dalam sampel dengan mengukur absorbansinya[23].
14
BAB III PROSEDUR PERCOBAAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di laboratorium Biokimia Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Andalas pada bulan Februari–Oktober 2015. 3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah alat-alat gelas, aquarium, pompa aquarium, spektrotofotometer UV-Vis (Genesys 20 Thermo Scientific), mikroskop cahaya, sentrifuge, lampu floresens 2000 lux. 3.2.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini ialah mikroalga Chlorella vulgaris yang diperoleh dari BBPBAP (Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Payau),
Jepara,
Indonesia,
Media
Pertumbuhan
Mikroalga
(NaNO 3,
MgSO4.7H2O, NaCl, K2HPO4, KH2PO4, CaCl.2H2O, ZnSO4.7H2O, MnCl2.4H2O, MoO3, CuSO4.5H2O, CO (NO3)2.6H2O, H3BO3, EDTA, KOH). H2SO4, reagen Nelson A (Na2CO3 anidrat, Na2SO4, K-Na tartarat, Na-bikarbonat), reagen Nelson
B
(CuSO4,
H2SO4),
pereaksi
arsenomolibdat
(NH4
Molibdat,
Na2HASO4.7H2O, H2SO4), pupuk ZA ((NH4)2SO4), pupuk urea ((NH2)2CO).
3.3 Cara Kerja 3.3.1 Pembuatan media pertumbuhan 3.3.1.1 Medium Bold’s Basal Untuk pemeliharaan kultur murni C. vulgaris dibuat medium Bold’s basal. Pembuatan medium dilakukan dengan melarutkan makronutrien (NaNO3, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O, K2HPO4, KH2PO4, NaCl) dan mikronutrien (Larutan EDTA, trace element, H3BO3) dengan akuades. Larutan diautoklaf dan 15
didinginkan hingga suhu ruang sebelum
digunakan.
Komponen
yang
terkandung dalam medium ini dapat dilihat pada lampiran 1.
3.3.1.2 Pembuatan Medium Modifikasi Modifikasi medium dilakukan dengan mengganti sumber nitrogen dengan urea dan ZA dengan berat ZA adalah 19,411 g/L dan urea 8,823 g/L lampiran 14. Kemudian
dilarutankan
medium
dengan
akuades,
disterilkan
dengan
menggunakan autoklaf baru setelah itu dikultur dan diamati pertumbuhannya.
3.3.1.3 Pengamatan morfologi isolat mikroalga Morfologi isolat-isolat mikroalga C. vulgaris diamati menggunakan mikroskop cahaya dengan pembesaran 400x.
3.3.2 Kultivasi mikroalga 3.3.2.1 Kultivasi pada medium bold’s basal Sampel C. vulgaris
diperoleh dari BBPBAP (Balai Besar Pengembangan
Budidaya Air Payau), Jepara, Indonesia. Sampel dikultur dalam botol gelas 500 mL dengan volume kultur 400 mL dengan medium bold’s basal yang sudah dimodifikasi. Cahaya selama kultivasi didapatkan sinar matahari. Airasi dilakukan 24 jam dengan mengalirkan udara dari pompa menggunakan selang yang kecepatannya konstan.
3.3.2.2 Kultivasi Chlorella vulgaris dengan Variasi Media Sel-sel C. vulgaris diinokulasi ke dalam masing- masing media cair dengan sumber nitrogen ZA dan Urea. Untuk melihat efek dari nitrogen pada pertumbuhan isolat C. vulgaris
dalam wadah yang berisi 100 mL media C.
vulgaris yang telah dimodifikasi dengan penambahan 20 mL kultur murni C. vulgaris . Kultur disimpan pada suhu kamar (25-30ºC) dibawah penyinaran cahaya matahari dengan periode terang dan gelap. Udara yang mengandung CO2 diairasikan ke dalam labu melalui pipa udara. Laju pertumbuhan mikroalga diamati
setiap
harinya
menggunakan
16
spektrofotometer pada
panjang
gelombang 440 nm karena merupakan panjang gelombang maksimum yang sesuai dengan daerah spektrum dari warna mikroalga yang hijau.
3.3.2.2 Kultivasi Chlorella vulgaris dengan Variasi Sumber Cahaya Biakan C. vulgaris diinokulasikan ke dalam media cair Bold’s Basal. Kemudian sumber cahaya di variasikan yaitu menggunakan cahaya matahari dan lampu (2000 lux) dengan menggunakan siklus gelap-terang (12 jam gelap-12 jam terang. Pertumbuhan diamati menggunakan spektrofotometer UV-Vis dengan panjang gelombang 440 nm karena merupakan panjang gelombang maksimum untuk daerah spektrum warna dari sampel mikroalga.
3.3.3 Biomassa kering Biomassa
diperoleh
setelah
kurva
pertumbuhan
masing-masing
kultur
mencapai fasa stasioner. Mikroalga dipanen dengan cara sentrifus dengan 2000 gravitasi selama 10 menit pada suhu ruang. Kemudian dikering anginkan untuk memperoleh biomasa kering.
3.3.4 Pembuatan Pereaksi Alkali (Samogy) Larutkan 28 g Na2PO4 anhidrat dan 40 g garam K-Na-tartrat dalam 700 mL aquades. Tambahkan 100 mL NaOH 1 N, lalu campur dan aduk dengan pengadukan cepat, tambahkan 80 mL CuSO4 10% kemudian tambahkan 180 g Na2SO4 anhidrat. Setelah tercampur sempurna, tambahkan aquades sampai volume 1000 mL. Biarkan selama 2 hari kemudia saring.
3.3.5 Pembuatan Pereaksi Arsenomolibdat (Nelson) Larutkan 25 g ammonium molibdat dalam 450 mL aquades, dan secara hatihati tambahkan sedikit demi sedikit 21 mL H2SO4 pekat. Larutkan 3 g NaHASO4.7H2O dalam 25 mL aquades dan tambahkan asam molibdat, lalu campurkan dengan hati-hati dan kemudian diamkan selama 2 hari sebelum digunakan.
17
3.3.6 Pembuatan Kurva Standar Larutan standar glukosa dengan variasi konsentrasi 200, 400, 600, 800, 1000 mg/L. Dipipet masing-masing 1 mL dari larutan tersebut kemudian ditambakan 1 mL reagen Nelson, panaskan dalam air mendidi selama 20 menit kemudian dinginkan sampai mencapai suhu ruangan kemudian ditambahkan 1 mL fosfomolibdat, ditambahkan 7 mL aquadest dan ukur absorbannya pada panjang gelombang 540 nm yang merupakan panjang gelombang maksimum untuk daerah spectrum warna.
3.3.7 Pengukuran Kadar Glukosa Sampel Sampel yang telah dihidrolisis dipipet sebanyal 1 mL kemudian ditambakan 1 mL reagen Nelson, panaskan dalam air mendidih selama 20 menit kemudian dinginkan sampai mencapai suhu ruangan kemudian ditambahkan 1 mL fosfomolibdat, ditambahkan 7 mL aquadest dan ukur absorbannya pada panjang gelombang 540 nm.
3.3.8 Kondisi Hidrolisis Lignoselulosa Biomasa Kering Mikroalga Biomasa kering mikroalga C. vulgaris dihidrolisis dengan variasi konsentrasi asam sulfat (5;4;3;2;1;0,8;0,6;0,4;0,2) N, suhu (90, 100, 110, 120, 130, 140)°C dan waktu (5, 10, 15, 20) Menit. Setiap kondisi hidrolisis diuji kadar glukosanya menggunakan metode pada 3.3.7.
18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengamatan Morfologi Pada Kultur Mikroalga Sebanyak 10 mL mikroalga dikultur dalam medium BBM (Bold Basal Medium), pertumbuhan dan morfologi mikroalga pada sampel dilihat menggunakan mikroskop dengan perbesaran 400x. Morfologi dari
Chlorella vulgaris
ditunjukan pada Gambar 4.1. Mikroalga C. vulgaris berbentuk bulat atau elips (bulat telur), termasuk mikroalga bersel tunggal (uniseluler) yang soliter, namun ada juga dijumpai hidup dalam koloni atau bergerombol [12].
Gambar 4.1. Bentuk morfologi mikroalga Chlorella vulgaris yang dijadikan sebagai sampel dengan perbesaran 400x.
4.2 Kurva Pertumbuhan Mikroalga Laju pertumbuhan dari sampel mikroalga dapat diamati berdasarkan perubahan kerapatan kultur sel mikrolaga yang ditumbuhkan di dalam media BBM. Nilai densitas optik dari kultur diukur setiap hari sampai hari ke-30. Kurva laju pertumbuhan pertumbuhan C. vulgaris dapat dilihat pada Gambar 4.2. Secara umum mikroalga memiliki fasa adaptasi, fasa eksponensial, fasa stasioner, dan fasa kematian. Berdasarkan kurva pertumbuhan yang diperoleh dapat dilihat bahwa mikroalga C. vulgaris memiliki masa adaptasi selama 4 hari. Pada hari ke-5 masa sel mikroalga mulai memasuki fasa exponensial yang ditandai
19
dengan nilai absorban yang naik. Kemudian pada hari ke-17 sel mikroalga
Densitas Optik (OD 440 nm)
memasuki fasa stationer. 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
absorban
0
5
10
15
20
25
30
35
waktu (hari)
Gambar 4.2. Kurva pertumbuhan C. vulgaris berdasarkan nilai densitas optik kultur pada panjang gelombang 440 nm. Fasa eksponensial pertumbuhan dipilih untuk memanen biomasa dari kultur mikroalga ini karena telah diinformasikan pada penelitian sebelumnya bahwa pada fasa eksponensial kandungan karbohidrat pada mikroalga akan meningkat dari hari ke-hari[12]. Untuk itu maka pada penelitian ini mikroalga dipanen pada hari ke-15.
4.3 Peran Sumber Cahaya Terhadap Pertumbuhan, Biomasa dan Kadar Glukosa pada Mikroalga Chlorella vulgaris Pada pengaruh pertumbuhan mikroalga terhadap sumber cahaya, mikroalga di amati perbandingan pertumbuhannya antara sumber cahaya lampu floresens dengan intensitas cahaya 2000 lux dengan menggunakan siklus gelap terang (12
jam
terang/12 jam
gelap) dengan
pertumbuhan sumber cahaya
menggunakan cahaya matahari. Dimana didapatkan kurva seperti pada Gambar 4.4
20
Densitas Optik ( OD 440 nm)
0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
Neon ( 2000 Lux)
0.15
matahari
0.1 0.05 0 0
5
10
15
20
Waktu ( Hari )
Gambar 4.3. Kurva pertumbuhan mikroalga Chlorella vulgaris dengan variasi sumber cahaya yaitu dengan lampu (2000 lux) dengan cahaya matahari. Pada Gambar 4.3 didapatkan bahwa absorban pada pertumbuhan mikroalga menggunakan sumber cahaya lampu lebih besar dibandingkan dengan pertumbuhan menggunakan sumber cahaya matahari. absorban pada kurva pertumbuhan mikroorganisme khususnya mikroalga pada penelitian ini mewakili jumlah sel pada media kultur. Nilai absorban yang tinggi menunjukkan besarnya jumlah sel pada media pertumbuhan, dan sebaliknya nilai absorban yang rendah menunjukkan kecilnya jumlah sel pada media pertumbuhan[11]. Nilai absorban pertumbuhan mikroalga menggunakan cahaya lampu dengan intensitas 2000 lux lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan sumber cahaya matahari kemungkinan dikarenakan oleh intensitas cahaya matahari tidak konstan sedangkan dengan menggunakan cahaya lampu intensitas yang kita gunakan konstan. Selain melihat pertumbuhan mikroalga melalui serapan mikroalga pada spektrofotometer UV-Vis dengan OD 440 nm, efek sumber cahaya terhadap biomasa kering dan kadar glukosa pada mikrolga juga dilakukan (Tabel 4.1)
21
Tabel 4.1 pengaruh sumber Cahaya terhadap biomasa kering dan kadar karbohidrat mikroalga C. vulgaris Sumber
Biomasa
Kadar glukosa
Cahaya
kering ( g/L)
( mg/L)
Lampu
0.222
876
0.159
885
(2000 lux) Matahari . Pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa, penggunaan lampu dengan intensitas 2000 lux sebagai sumber cahaya pada pertumbuhan mikroalga memiliki biomasa yang lebih tinggi sedangkan untuk kadar glukosa
menggunakan cahaya
matahari lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan cahaya lampu floresens. Untuk biomasa yang didapatkan menggunakan lampu floresens 2000 lux lebih banyak dikarenakan intensitas cahaya yang didapatkan dengan menggunakan lampu lebih stabil dibandingkan dengan menggunakan cahaya matahari. hasil fotosintesis dari mikroalga hijau Chlorella adalah ion OH-, oksigen molekular, dan senyawa organik yang akan digunakan sebagai cadangan makanan, apabila tidak mendapatkan cahaya dan CO 2 untuk pertumbuhan dan pembelahaan selnya (heterotrof). Seperti yang kita ketahui bahwa fotosintesis adalah bagian dari metabolisme, maka apabila metabolisme ini terganggu maka pertumbuhan dari Chlorella akan mengalami hambatan[12].
4.4 Peran Sumber Nitrogen Terhadap Pertumbuhan, Biomasa dan Kadar Glukosa pada Mikroalga C. vulgaris Nitrogen adalah salah satu nutrien yang paling penting untuk pertumbuhan mikroalga.
Nitrogen diperlukan dalam sintesis protein, asam nukleat,
pertumbuhan sel dan dalam proses metabolisme mikroalga lainnya. Namun berbagai sumber nitrogen yang berbeda akan mempengaruhi proses metabolisme dari masing-masingnya metabolit [10]. Untuk membuktikan efek sumber nitrogen terhadap petumbuhan mikroalga maka dicobakan tiga sumber nitrogen yang berbeda pada mikroalga C. vulgaris yaitu urea, ZA, dan NaNO3 yang merupakan sumber natrium dari medium bold’s basal.
22
Berdasarkan
kurva
pertumbuhan
yang
diperoleh
(Gambar
4.4)
,didapatkan sumber nitrogen yang paling bagus untuk pertumbuhan mikroalga adalah ZA. Nilai absorban kultur C. vulgaris dengan sumber nitrogen ZA lebih tinggi dibandingkan dengan urea dan NaNO3. Absorban pada kurva pertumbuhan mikroorganisme khususnya mikroalga pada penelitian ini mewakili jumlah sel yang terdapat dalam media kultur. Nilai absorban yang tinggi menunjukkan besarnya jumlah sel pada media pertumbuhan, dan sebaliknya nilai absorban yang rendah menunjukkan kecilnya jumlah sel pada media pertumbuhan[11]. Nilai absorban meningkat pada pertumbuhan memberikan informasi bahwa
mikroalga
yang
dikultur
telah
mengalami
perkembangbiakan.
Meningkatnya nilai absorban pada data pengamatan memberi arti bahwa jumlah sel di dalam media kultur juga meningkat. Pada saat terjadinya penurunan nilai absorban dari kultur, itu berarti telah terjadi proses kematian dari beberapa sel yang dimiliki sehingga jumlah sel di dalam media kultur menjadi berkurang.
Densitas Optik ( OD 440 nm)
0.5 0.4 0.3
NaNO3 Urea
0.2
ZA 0.1 0 0
10
20
30
waktu ( hari )
Gambar 4.4 Kurva pertumbuhan mikroalga C. vulgaris dengan variasi sumber nitrogen. Selain melihat pertumbuhan mikroalga melalui serapan mikroalga pada spektrofotometer UV-Vis dengan OD 440 nm, efek sumber nitrogen terhadap biomasa kering dan kadar glukosa pada mikroalga juga dilakukan.
23
Tabel 4.2 Efek sumber nitrogen terhadap biomasa kering dan kadar karbohidrat mikroalga C. vulgaris Sumber
Biomasa
Kadar glukosa
Nitrogen
kering ( g/L)
( mg/L)
NaNO3
0.176
875
Urea
0.250
865
ZA
0.326
890
Pada Tabel 4.2 dan Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa, penggunaan ZA sebagai sumber nitrogen memiliki biomasa dan kadar glukosa serta pertumbuhan yang lebih tinggi dibandingkan sumber nitrogen lain yang diujikan. Ini dikarenakan kadar N dalam pupuk ZA lebih banyak dibandingkan dengan pupuk Urea atau NaNO3 yang menyebabkan pertumbuhan, biomasa dan kadar glukosa lebih tinggi dimana, kandungan nitrogen dalam mikroalga berfungsi sebagai sintesis protein untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroalga[12].
4.5. Peran Perlakuan Awal Terhadap Kadar Glukosa Mikroalga C. vulgaris Peran perlakuan awal terhadap kadar glukosa dicobakan yaitu dengan menggunakan autoklave degan suhu 121 oC dengan tekanan 120 kPa selama 15 menit dan dengan menggunakan sonikator selama 15 menit yang diharapkan dapat mengubah polisakarida dalam mikroalga menjadi gula fermentasi. Dapat dilihat di Gambar 4.6 bahwa dengan menggunakan metoda sonikasi gula reduksi dalam sampel mikroalga tidak jauh berbeda jika dibandingkan dengan tanpa pretreatment. Dengan menggunakan 2 metode ini, yaitu auktoklaf dan sonikasi terlihat bahwa dengan menggunakan autoklaf lebih mampu
untuk
mengurai
polisakarida
dibandingkan dengan metoda sonikasi.
24
menjadi
gula-gula
sederhana
kadar Glukosa (mg/L)
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 tanpa perlakuan
autoklave
sonikasi
Gambar 4.5 Kurva pengaruh perlakuan awal terhadap kadar glukosa pada mikroalga C. vulgaris.
4.6 Pengaruh Variasi Konsentrasi Asam Sulfat Terhadap Kadar Glukosa Pada Sampel Mikroalga Biomasa kering mikroalga 0,1 g di hidrolisis dengan beberapa konsentrasi asam sulfat yaitu, (5; 4; 3; 2;1; 0,8; 0,6; 0,4;0,2) N dengan autoklaf dengan suhu 121 0C selama 15 menit dan dapat dilihat pada Gambar 4.6 . Terlihat bahwa konsentrasi asam sulfat 3 N dan 2 N memberikan hasil yang lebih baik dan untuk konsentrasi asam sulfat yang lebih dari 3 N mengalami penurunan kadar glukosa ini dikarenakan glukosa dalam sampel terdegradasi ke produk lain seperti asetat, asam format, dan hidroksimetilfulfural (HMF)[24]. Namun dalam proses hidrolisis mempertimbangkan masalah lingkungan dan biaya operasi, maka konsentrasi asam sulfat 2 N lebih efektif dibandingkan dengan konsentrasi asam sulfat 3 N.
25
Konsentrasi glukosa ( mg/L)
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 5
4
3
2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
Konsentrasi Asam Sulfat (N)
Gambar 4.6.Kurva hasil hidrolisis mikroalga dengan variasi konsentrasi asam sulfat. 4.7 Pengaruh Variasi Suhu Hidrolisis Biomasa mikroalga 0,1 g dihidrolisis dengan asam sulfat 2 N dimana dicobakan 6 temperatur yaitu. (90,100, 110, 120, 130, 140)°C. Gambar 4.8 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu hidrolisis maka kadar glukosa juga akan tinggi. ini dikarenakan proses hidrolisis merupakan reaksi endotermis yang memerlukan panas untuk bereaksi namun apabila suhu terlalu tinggi, maka katalis akan menguap yang mengakibatkan melambatnya reaksi hidrolisa dan akan berakibat pada konsentrasi glukosa yang diperoleh. Suhu optimum hidrolisis untuk mikroalga C. vulgaris adalah 120 oC.
konsentrasi glukosa (mg/L)
1200 1000 800 600 400 200 0
90
100
110
120
suhu (oC)
Gambar 4.7. Kurva hasil pengaruh suhu hidrolisis
26
130
140
4.8 Pengaruh Variasi Waktu Hidrolisis Terhadap Konsentrasi Glukosa Dalam Mikroalga Biomasa mikroalga 0,1 g dihidrolisis menggunakan asam sulfat 2 N pada suhu 1200c dengan variasi waktu hidrolisis yaitu 5 menit, 10 menit, 15 menit, dan 20 menit. Pada gambar 4.6 didapatkan bahwa waktu optimal untuk hidrolisis
Konsentrasi glukosa ( mg/L)
mikroalga C. vulgaris adalah selama 15 menit ( Gambar 4.8) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 5
10
15
20
waktu Hidrolisis (menit)
Gambar 4.8. Kurva hasil pengaruh waktu hidrolisis terhadap kadar glukosa dalam sampel mikroalga Waktu hidrolisis menggunakan asam juga berpengaruh dalam proses hidrolisis. Pada gambar 4.6 dapat dilihat peningkatan suhu megakibatkan meningkatnya kadar glukosa.Namun pada menit ke 20
konsentrasi glukosa mengalami
penurunan yang signifikan. Maka ini menunjukkan bawa waktu opitimum adalah pada menit ke-15. Semakin lama waktu hidrolisis maka konsentrasi glukosa yang dihasilkan juga akan meningkat karena akan memperpanjang kesempatan asam untuk mendegradasi ikatan rantai lurus dan panjang dari 1,4--glukosa pada selulosa[25]. Namun pada gambar 4.6 terjadi penurunan konsentrasi pada menit ke-20, hal ini kemungkinan dikarenakan ion H+ pada asam telah mencapai titik optimumnya dalam melepas ikatan rantai glikosidik pada selulosa[25].
27
4.8 Pengukuran Kadar Glukosa pada Pertumbuhan dan Hidrolisis Optimum Setalah didapatkan pertumbuhan optimum dengan menggunakan sumber nitrogen ZA dan menggunakan lampu floresens 2000 lux biomasa kering mikroalga dihidrolisis dengan menggunakan asam sulfat 2 N selama 15 menit pada suhu 120oC. kemudian diukur kadar glukosa menggunakan metode nelson samogy maka didapatkan kadar glukosa 926,582 mg/L pada absorbansi 0,375.
28
BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapatkan berdasarkan hasil dan diskusi: 1. Pertumbuhan mikroalga Chlorella vulgaris dengan sumber nitrogen pupuk za memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan sumber nitrogen urea atau NaNO3. 2. Pertumbuhan mikroalga C. vulgaris dengan sumber cahaya lampu neon 2000 lux memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan sumber cahaya matahari. 3. Pada penelitian didapatkan bahwa konsentrasi asam sulfat yang tepat pada konsentrasi 2N, pada suhu 120 0C selama 15 menit dengan kadar glukosa 926,582 mg/L.
5.2Saran Untuk peneliti selanjutnya disarankan untuk: 1. Menentukan konsentrasi ZA yang terbaik untuk pertumbuhan mikroalga C. vulgaris.
29
DAFTAR PUSTAKA 1. Hyoung, kim kyong . (2014). Bioethanol Production From Nutrient Stress Induced Microalga Chlorella vulgaris by Enzymatic Hydrolysis and Immbolized Yeast Fermentation. Biortech.153(10): 47-54. 2. Mielenz, J.R,. (2001). Ethanol Production From Biomass : Technology and Commercialization Status, Curr. Opin. Microbial. 4(3): 324-329. 3. Andersen R.A. (2013). The Microalgal Cell. Richmond A, Emeritus: Handbook of Microalgal Culture. Appl. Microbiol. Biotechnol 2nd Edition. Wiley Blackwell: West Sussex 3. 4. Griffiths M.J, Van H.R.P, Harrison, .(2006). S.T.L: Selection of Direct Transesterification as the Preferred Method for Assay of Fatty Acid Content of Microalgae. Biortech. 45(11):1053-60. 5. Barsanti L, Gualtieri P. (2006). : Algae: Anatomy,Biochemistry. And Biotechnology. CRC Press : Boca Raton. 1. 6. Pilz O, Gross W, .( 2004). Valuable Products From Biotecnology of Microalgae. Appl. Microbiol. Biotechnol. 65(11) 635-648. 7. Janssen M, Tramper J,. (2002). Cultivation of Microalgae; Effect of Ligt/Dark Cycles On Biomass Yield. Thesis. Wegenigen University, Wagenigen. Neterlands. 8. Ricmond A, Vonsak A,. (1996). Management Of Spirulina Mass Culture. Beiefte zur Nova hedwigia. 83 ;222-223. 9. Belay A. (2002). The Potential Application Of Spirulina as a Nutritional and Teraupeautic Supplement in Health Management. The Journal of the American Nutraceutical Association 5(2): 27-48. 10. Unesco.(1980). The Paractical salinity Scale and The International Equation of State of Sea Water. Tent report of the joint Panel On Oceanographyc Tables and standards. Unesco, Paris, 11. Isnansetyo, Alim dan Kurniastuty,. (1995). Teknik Kultur Phytoplankton Zooplankton.
Pakan
Alam
Untuk
.Yogyakarta.
30
Pembenihan
Organisme
Laut
12. Prabowo, Danang Amber. (2009). Untuk
Pertumbuhan
Chlorella
Optimasi Pengembangan Media sp.
Pada
Skala
Laboratorium.
Skripsi.Institut Pertanian Bogor. 13. Ueda, R, hirayama. S. Sugata, K, Nakayama,.(1996). Process for Production of Ethanol from Microalgae. Us Patent,5578472. 14. Hama, O. h. S. Miyachi,. (1998) .Chlorella. Microalgae Biotechnology Ist Edition. Camridge University. 15. Doan, quang c. (2012) . Microalgae Biomass for Bioetanol Fermentation : Implications For Hypersaline Systems With an Industrial Focus. Biortech. 46; 79-88. 16. Ferreira, ana f. (2013). A Biorefinery From Nannocloropsis sp Microalga Energy and CO2 Emission and Economyc Analyses. biortech.138: 235244. 17. Mata, Teresa,. (2010). Microalgae for Biodiesel Production and Other Applications : A review. Jurnal renewable and sustainable energy reviews. 14 (1): 217-232. 18. Nahak, sabitri , (2011). A Solution To Global Warming Problem. Appl. Microbiol. Biotechnol l. 1 (4): 74-80. 19. Prihandana,
rama,.
(2006). Meraup
Untung
dari
Jarak
Pagar..
Agromedia : Jakarta selatan 20. Kyong hyoun kim . (2014). Bioethanol Production from the Nutrient Stress-induced Microalgae Chrorella vulgaris by Enzymatic Hydrolysis and Immobilized Yeast Fermentation. Biortech. 153: 47-54 21. Miranda. J.R. (2012). Optimization of Scenedesmus obliqus Microalga For Bioethanol Production. Biortech. 104: 342-348. 22. Oktavianus,. Ferdin,. (2013). Pembuatan Bioetanol dari Batang jarak menggunakan Metoda Hidrolisa Dengan Katalis Asam Sulfat. Universitas Sriwijaya. 23. Suraya, Eka P. S. (2008). Konversi Pati Ganyong Menjadi Bioetanol Melalui Hidrolisis Asam dan Fermentasi. UIN Syarif hidayatullah.
31
24. Siregar , Mohd Risal, (2014). Pengaruh Konsentrasi NaOH dan Lama Waktu Pemanasan Microwave Dalam Proses Pretreatment Terhadap Kadar Lignoselulosa Chlorella vulgaris. Universitas Brawijaya. 25. Qaisum, Fajrina . (2015). Hidrolisis Mikroalga Tetraselmis Chui Menjadi Glukosa Menggunakan Solvent Asam Sulfat dengan Variasi Waktu. Universitas Riau.
32
Lampiran 1. Skema Kerja a. Komposisi Bold Bassal Medium Component
Stock
Quantity
Concentration
Solution
Used
in Final Medium
25.00
10 mL
2.94 x 10-3
2. CaCl2.2H2O
2.50
10 mL
1.70 x 10-4
3. MgSO4. 7H2O
7.50
10 mL
3.04 x 10-4
4. K2HPO
7.50
10 mL
4.31 x 10-4
5. KH2PO4
17.50
10 mL
1.29 x 10-3
2.50
10 mL
4.28
(g. L-1. dH2O) Macronutrients 1. NaNO3
6. NaCl 4. Alkaline EDTA
10-4
1 mL
Solution EDTA
50.00
1.71 x 10-4
KOH
31.00
5.53 x 10-4
5. Acidified Iron
1 mL
Solution FeSO4. 7H2O
1.79 x 10-5
4.98
6. Boron Solution H3BO3 7.
Trace
1 mL 1.85 x 10-4
11.42 Metal
1 mL
Solution ZnSO4. 7H2O
8.82
3.07 x 10-5
MnCl2. 4H2O
1.44
7.28 x 10-6
MoO3
0.71
4.93 x 10-6
CuSO4. 5H2O
1.57
6.29 x 10-6
Co(NO3)2. 6H2O
0.49
1.68 x 10-6
Catatan: Untuk modifikasi sumber nitrogen konsentrasi nitrogen dalam za dan urea disamakan dengan konsentrasi nitrogen dalam NaNO3.
33
b. Pembuatan medium Bold’s Bassal Larutan Stok 1-6 -
Larutan Stok 7-10
Dipipet sebanyak 10 mL
- Dipipet sebanyak 1 mL
- Dilarutkan dalam 1 L aquades - Diautoklaf (pada tekanan 2 atm suhu 120oc selama 15 menit) Medium Bold’s Basal (BBM) Mikroalga C. vulgaris
c. Kultur Chlorella vulgaris
pada medium standar (BBM) dibawah sinar
matahari 160 mL Bold’s Bassal Medium -
Ditambahkan 40 mL mikroalga
-
Tempatkan pada ruangan yang terkena sinar matahari
-
Lakukan pengaerasian
-
Ukur
serapan
pada
panjang
gelombang 440 nm Kurva laju pertumbuhan
d. Skema kerja untuk memperoleh biomassa kering Kultur mikroalga C.vulgaris - pertumbuhan diamati sampai fasa stasioner - disentrifus dengan kecepatan 3000 g selama 10 menit dan
- dikering anginkan Biomassa kering
34
Lampiran 2. Lampiran gambar langkah kerja dan hasil
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) Gambar: (a) Kultur Chlorella vulgaris (b) Pemanenan mikroalga (c) Pengeringan mikroalga (d) Pengalusan biomasa mikroalga (e) hidrolisis mikroalga.
35
Lampiran Data Lampiran 3. Nilai absorbansi Pertumbuhan Chlorella vulgaris dalam medium Bold’s basal. Hari
Absorban (440 nm)
1
0.025
2
0.024
3
0.026
4
0.028
5
0.054
6
0.084
7
0.105
8
0.124
9
0.137
10
0.195
11
0.258
12
0.276
13
0.351
14
0.365
15
0.371
16
0.382
17
0.396
18
0.397
19
0.395
20
0.397
21
0.398
22
0.396
23
0.395
25
0.372
27
0.352
29
0.342
30
0.305
36
Lampiran 4. Nilai absorbansi pertumbuhan mikroalga Chlorella vulgaris dengan variasi sumber nitrogen pada panjang gelombang 440 nm. Hari
NaNO3 Urea
ZA
1
0.176
0.156
0.193
2
0.181
0.16
0.22
3
0.238
0.173
0.239
4
0.246
0.178
0.248
5
0.254
0.212
0.278
6
0.289
0.226
0.341
7
0.313
0.238
0.375
8
0.321
0.249
0.378
9
0.34
0.251
0.402
10
0.348
0.265
0.422
11
0.35
0.273
0.438
12
0.354
0.28
0.439
13
0.357
0.293
0.441
14
0.359
0.31
0.449
15
0.363
0.316
0.466
16
0.375
0.312
0.475
17
0.381
0.313
0.477
18
0.381
0.312
0.478
19
0.38
0.31
0.48
20
0.379
0.315
0.479
21
0.38
0.314
0.478
22
0.381
0.302
0.453
23
0.38
0.271
0.405
24
0.35
0.261
0.392
25
0.33
0.254
0.358
37
Lampiran 5. Nilai absorbansi pertumbuhan Chlorella vulgaris pada sumber cahaya berbeda. Absorbansi (440 nm) Hari
Neon(2000 Lux) matahari
1
0.123
0.12
2
0.146
0.127
3
0.162
0.135
4
0.176
0.147
5
0.196
0.152
6
0.243
0.172
7
0.245
0.203
8
0.268
0.224
9
0.278
0.233
10
0.305
0.241
11
0.322
0.245
12
0.345
0.249
13
0.361
0.252
14
0.38
0.256
15
0.412
0.277
16
0.413
0.28
17
0.412
0.281
18
0.414
0.284
19
0.415
0.281
20
0.409
0.278
21
0.398
0.267
38
Lampiran 6. Perhitungan pengenceran glukosa untuk kurva standar glukosa. Pengenceran glukosa dilakukan dengan variasi 200 mg/L, 400 mg/L, 600 mg/L, 800 mg/L, 1000 mg/L dari larutan induk 1000 mg/L dengan pengenceran bertingkat. a. 800 ppm V1. N1 = V2 . N2 V1 . 1000 ppm = 100 mL. 800 ppm V1 = V1 = 80 mL b. 600 ppm V1. N1 = V2. N2 V1. 800 ppm = 100 mL . 600 ppm V1 = V1 = 75 mL c. 400 ppm V1. N1 = V2. N2 V1. 600 ppm = 100 mL . 400 ppm V1 = V1 = 66.67 mL d. 200 ppm V1. N1 = V2. N2 V1 x 400 ppm = 100 mL x 200 mL V1 = V1 = 50 mL
39
Lampiran 7. Kurva larutan standar glukosa a. Tabel 4. Serapan larutan standar glukosa Konsentrasi
Absorban
(mg/L)
(540 nm)
0
0
200
0.134
400
0.140
600
0.216
800
0.330
1000
0.421
b. Kurva kalibrasi larutan standar glukosa
ABSORBAN 0.45 y = 0.0004x + 0.009 Linear (ABSORBAN) R² = 0.9636
0.4
Absorban
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1
0.05 0
0
200
400
600
800
Konsentrasi (mg/L)
40
1000
1200
Lampiran 8. Perhitungan pengenceran asam sulfat - H2SO4 (95 %) dengan variasi : 5N, 4N, 3N, 2N, 1N, 0.8N, 0.6N, 0.4N, 0.2N. M=
= = 17.83 M N = 35.66 N a. H2SO4 5 N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 5N V1
=
V1
= 14.02 mL
b. H2SO4 4N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 4N V1 V1
= = 11.21 mL
c. H2SO4 3N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 3N V1
=
V1
= 8.41 mL
41
d. H2SO4 2N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 2N V1
=
V1
= 5.60 mL
e. H2SO4 1N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 1N V1
=
V1
= 2.80 mL
f. H2SO4 0.8N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 0.8N V1
=
V1
= 2.80 mL
g. H2SO4 0.6N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 0.8N V1
=
V1
= 2.24 mL
42
h. H2SO4 0.4N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 0.4N V1
=
V1
= 1.21 mL
i. H2SO4 0.2N V1 x N1
= V2 x N2
V1 x 35.67 N = 100 mL x 0.2N V1
=
V1
= 0.56 mL
43
Lampiran 9. Konsentrasi gula reduksi pada sampel dengan variasi konsentrasi asam sulfat saat hidrolisis. a. Tabel 5. Serapan hasil hidrolisis Konsentrasi
Serapan
asam sulfat
(540 nm)
(N) 5
0.223
4
0.239
3
0.353
2
0.355
1
0.306
0.8
0.223
0.6
0.209
0.4
0.142
0.2
0.123
b. Perhitungan kadar gula reduksi pada sampel Y = 0.0004x + 0.009 - 5N 0.223 = 0.0004x + 0.009 0.214 = 0.0004x X = 535 mg/L - 4N 0.239 = 0.0004x + 0.009 0.230 = 0.0004x X= 575 mg/L
44
- 3N 0.353 = 0.0004x + 0.009 0.344 = 0.0004x X = 860 mg/L - 2N 0.353 = 0.0004x + 0.009 0.346 = 0.0004x X = 865 mg/L - 1N 0.306 = 0.0004x + 0.009 0.297 = 0.0004x X = 742 mg/L - 0.8 N 0.223 = 0.0004x + 0.009 0.214 = 0.0004x X = 535 mg/L - 0.6 N 0.209 = 0.0004x + 0.009 0.200 = 0.0004x X = 500 mg/L
45
- 0.4 N 0.142 = 0.0004x + 0.009 0.133 = 0.0004x X = 332.5 mg/L - 0.2 N 0.123 = 0.0004x + 0.009 0.114 = 0.0004x X = 285 mg/L
46
Lampiran 10. Konsentrasi gula reduksi pada sampel dengan variasi waktu hidrolisis. a. Tabel 6. Serapan pada hasil hidrolisis Lama Hidrolisis
Serapan
(menit)
(540 nm)
5
0.106
10
0.230
15
0.352
20
0.236
b. Perhitungan kadar gula reduksi pada sampel Y = 0.0004x + 0.009 - 5 menit 0.106 = 0.0004x + 0.009 0.097 = 0.0004x X = 242.5 mg/L - 10 menit 0.230 = 0.0004x + 0.009 0.221 = 0.0004x X = 552.5 mg/L - 15 menit 0.352 = 0.0004x + 0.009 0.343 = 0.0004x X = 857.5 mg/L
47
- 20 menit 0.236 = 0.0004x + 0.009 0.227 = 0.0004x X = 567.5 mg/L
48
Lampiran 11. Konsentrasi gula reduksi pada sampel dengan variasi suhu hidrolisis a. Tabel 7. Serapan pada hasil hidrolisis Suhu hidrolisis
Serapan
(oc)
(540 nm)
90
0.165
100
1.140
110
0.186
120
0.368
130
0.108
140
0.105
b. Perhitungan kadar gula reduksi pada sampel Y = 0.0004x + 0.009 - 90oc 0.165 = 0.0004x + 0.009 0.156 = 0.0004x X = 390 mg/L - 100oc 0.140 = 0.0004x + 0.009 0.131 = 0.0004x X = 327.5 mg/L - 110oc 0.186 = 0.0004x + 0.009 0.177 = 0.0004x
49
X = 442.5 mg/L - 120oc 0.368 = 0.0004x + 0.009 0.359 = 0.0004x X = 897.5 mg/L - 130oc 0.108 = 0.0004x + 0.009 0.099 = 0.0004x X = 247.5 mg/L
- 140oc 0.105 = 0.0004x + 0.009 0.096 = 0.0004x X = 240 mg/L
50
Lampiran 12. Perhitungan pengaruh sumber nitrogen pada biomasa dan kandungan glukosa. a. Biomasa kering mikroalga (Berat mikroalga+cawan petri) – (berat cawan petri) = berat mikroalga - Urea 30.001 g – 29.751 g = 0.250 g - NaNO3 34.928 g – 34.752 g = 0.176 g - ZA 30.08 g – 29.754 g = 0.326 g b. Kandungan glukosa mikroalga Y = 0.0004x + 0.009 a. Urea 0.355 = 0.0004x + 0.009 0.346 = 0.0004x X = 865 mg/L b. NaNO3 0.359 = 0.0004x + 0.009 0.350 = 0.0004x X = 875 mg/L
c. ZA 0.365 = 0.0004x + 0.009 0.356 = 0.0004x X = 890 mg/L
51
Lampiran 13.. Perhitungan pengaruh sumber cahaya pada biomasa dan kandungan glukosa. a. Biomasa kering mikroalga (Berat mikroalga+cawan petri) – (berat cawan petri) = berat mikroalga - Cahaya matahari 29.856 g – 29.751 g = 0.105 g - Lampu floresens 2000 lux 35.928g – 35.148 g = 0.220 g b. Kandungan glukosa mikroalga Y = 0.0004x + 0.009 - Cahaya matahari 0.363 = 0.0004x + 0.009 0.354 = 0.0004x X = 885 mg/L - Lampu Floresens 2000 lux 0.359 = 0.0004x + 0.009 0.350 = 0.0004x X = 875 mg/L
52
Lampiran 14. Kadar nitrogen dalam pupuk 1. NaNO3 dalam aquades = 12.5 g/500 mL N dalam NaNO3 g/L
= 14/85 x 12.5 g = 2.0588 g = N dalam larutan = = 4.1176 g/L
Konsentrasi N dalam 500 mL larutan NaNO3 2. Urea (NH2)2CO Mr = 60 x 4.1176 g/L X g = 2.0588 Jumlah urea yang ditimbang : 2.0588 28 x g urea = 60 x 2.0588 X g urea
= 123,528/28 = 4.4117 g
3. ZA (NH4)2SO4 Mr=132 2x14 /132 x xg ZA = 2.0588 g 28 x g ZA = 271, 7616 g 53
g ZA = 9.7058 yang ditimbang dan dilarutkan dalam 500 mL.
54
