SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
PENAMBAHAN NUTRISI MAGNESIUM DARI MAGNESIUM SULFAT (MgSO4.7H2O) DAN NUTRISI KALSIUM DARI KALSIUM KARBONAT (CaCO3) PADA KULTIVASI TETRASELMIS CHUII UNTUK MENDAPATKAN KANDUNGAN LIPID MAKSIMUM Dora Kurniasih Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Lampung, Lampung Email:
[email protected] Abstrak Penelitian ini membahas pengaruh penambahan nutrisi Magnesium dari MgSO4.7H2O dan nutrisi Kalsium dari CaCO3 pada pemanfaatan Tetraselmis chuii untuk mendapatkan kandungan lipid maksimum. Tujuan penelitian ini adalah menentukan penambahan MgSO4.7H2O dan CaCO3 optimum dengan tujuan mendapatkan lipid maksimum pada Tetraselmis chuii. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan masing-masing variasi nutrisi MgSO4.7H2O dan nutrisi CaCO3, yaitu variasi pertama 0, 0.2, 2 gr MgSO4.7H2O dan 0, 1, 3 gr CaCO3. Penelitian ini menggunakan fotobioreaktor yang diisi dengan 2 L kultur mikroalga dengan perbandingan air laut dan mikroalga 4:1, maka 1.6 L air laut dan 0.4 L mikroalganya dimasukan dalam fotobioreaktor dengan intesitas cahaya 4000 lux, salinitas 30 ppt, dan laju alir CO2 4%. Penelitian dimulai dengan mengembangbiakan mikroalga dengan variasi nutrisi tersebut. Kemudian diamati jumlah sel setiap 3 jam sampai diketahui waktu penurunan kepadatan sel, sehingga didapat waktu pemanenan optimal yaitu pada puncak fasa pertumbuhan. Selanjutnya mengembangbiakan mikroalga kembali sampai waktu pemanenan yang didapat. Mikroalga tersebut dipanen dan kemudian diekstrak minyaknya. Proses ekstraksi dilakukan dengan menggunakan pelarut isopropanol dan nheksana. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase lipid maksimum pada Tetraselmis chuii didapat pada penambahan nutrisi MgSO4.7H2O 2 gr dan 0 gr CaCO3, yaitu 8,53%. Penambahan MgSO4.7H2O berpengaruh terhadap jumlah lipid yang terkandung pada Tetraselmis chuii, dimana semakin tinggi MgSO4.7H2O yang ditambahkan pada kultur maka lipid yang terkandung pada Tetraselmis chuii semakin tinggi. Berbeda halnya dengan penambahan CaCO3, dimana penambahan CaCO3 yang semakin banyak persentase lipid yang dihasilkan semakin dikit. Kata Kunci: Tetraselmis chuii, MgSO4.7H2O, CaCO3, lipid maksimum
Pendahuluan Mikroalga Tetraselmis chuii dapat dijadikan sebagai bahan baku pembuatan biooil karena di dalamnya terdapat kandungan lipid. Kandungan lipid mikroalga bervariasi tergantung kepada kondisi lingkungan seperti pH, suhu, salinitas, konsentrasi CO2, dan ketersediaan zat nutrisi. Konsentrasi zat nutrisi di dalam media kultivasi merupakan faktor penting yang menentukan reaksi biokimia secara keseluruhan. Magnesium dapat diperoleh dari MgSO4.7H2O berfungsi untuk pembentukan klorofil dan unsur Ca sebagai nutrisi dapat di peroleh dari CaCO3 berfungsi untuk pembentukan sel. Tri Astuti (2009) melakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh penambahan Mg2+ (magnesium) terhadap produktivitas dan komposisi asam lemak mikroalga Scenedesmus sebagai bahan baku biodiesel. Dari penelitian ini diketahui bahwa penambahan Mg2+ (magnesium) dapat meningkatkan kadar lipid tetapi tidak berpengaruh terhadap komposisi asam lemak. Data menunjukkan kadar lipid mikroalga meningkat dengan adanya penambahan ion Mg2+,yaitu dari 14,25% (Mg2+ = 0 mg/L) menjadi 21,5% (Mg2+ = 0,1 mg/L) dan 23,50% (Mg2+ = 1 mg/L). Magnesium diberikan dalam bentuk garam MgSO4.H2O. Tingginya kadar lipid diduga disebabkan oleh kondisi kultur yang stress akibat surplus Mg2+. Kadar lipid yang tinggi pada mikroalga biasanya diperoleh pada kondisi stress yang terjadi bersamaan dengan penurunan laju perkembangbiakan sel. Perez-Pazos (2011) telah melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan CaCO3 pada sintesis lipid mikroalga Chlorella sp. dengan kondisi cahaya yang berbeda. Pada penelitian ini, digunakan variasi CaCO3 0,5g/L dan 1,5 g/L. Produksi lipid tertinggi diperoleh pada Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
EA02 - 1
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
kondisi cahaya biru dengan penambahan CaCO3 1,5 g/L dan periode cahaya 6:18 yaitu 0,778 g/L. Penelitian lain juga dilakukan (Anonim) untuk mengetahui pengaruh penambahan kalsium terhadap pertumbuhan mikroalga. Hasil pengamatan pola perkembangan kelimpahan plankton pada perlakuan dengan konsentrasi 25 ppm menunjukkan kecenderungan adanya peningkatan. Pada pengamatan hari ke 3 kepadatan mikroalga pada konsentrasi kalsium 25 ppm adalah sebanyak 575926 sel/L, pada hari ke 7 sebanyak 1016667 sel/L dan mencapai puncak pada hari ke 14 sebanyak 2642962 sel/L. Sedangkan pada perlakuan dengan konsentrasi kalsium 0 ppm dan 50 ppm cenderung meningkat pada hari ke 7 dan jatuh pada hari ke 14. Untuk perlakuan dengan kondisi 75 ppm, kepadatan sel cenderung menurun pada hari ke 7 dan jatuh pada hari ke 14. Hal ini menunjukkan bahwa pertumbuhan populasi plankton dipengaruhi oleh penambahan kalsium. Produksi lipid pada mikroalga dipengaruhi ketersedian nutrisi dan intensitas cahaya. Beberapa jenis alga menghasilkan lipid dalam jumlah banyak pada keadaan kekurangan nutrisi (Bei wang, 2008). Salah satu nutrisi yangdigunakan yaitu nutrisi MgSO4 dan CaCO3 . Kandungan minyak alga Tetraselmis chuii yang bergantung dengan kondisi lingkungan yaitu salah satunya ketersediaan zat nutrisi. Penelitian ini membahas penambahan nutrisi MgSO4.7H2O dan CaCO3 pada kultivasi Tetraselmis chuii untuk mendapatkan kandungan lipid yang maksimum. Metodologi Penelitian Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini : photobioreaktor, tabung gas CO2, lampu neon, aerator, flowmeter, haemocytometer, mikroskop, luxmeter, centrifuge, oven, sokhlet, timbangan digital, vacuum evaporator. Bahan yang digunakan pada penelitian ini : Tetraselmis chuii, air laut, udara, gas CO2, nutrisi MgSO4.7H2O dan CaCO3, isopropanol, dan heksana. Prosedur Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan masing-masing variasi nutrisi MgSO4.7H2O dan nutrisi CaCO3, yaitu 0, 0.2, 2 gr MgSO4.7H2O dan 0, 1, 3 gr CaCO3. Penelitian ini menggunakan fotobioreaktor yang diisi dengan 2 L kultur mikroalga dengan perbandingan air laut dan mikroalga 4:1, yaitu 1600 ml air laut dan 400 ml mikroalga. Bahan ini dimasukan dalam fotobioreaktor dengan intensitas cahaya 4000 lux, salinitas 30 ppt, dan kandungan CO2 4%. Penelitian dimulai dengan mengultur mikroalga sesuai dengan rancangan percobaan. Kemudian untuk menentukan jumlah sel diamati setiap 3 jam sampai dicapai penurunan kepadatan sel, untuk menentukan waktu pemanenan optimal yaitu pada puncak fasa pertumbuhan. Selanjutnya mengembangbiakan mikroalga dioperasikan sampai waktu pemanenan yang diperoleh. Mikroalga tersebut dipanen dan kemudian diekstrak minyaknya. Proses ekstraksi dilakukan dengan menggunakan metode imersi. Ekstraksi yang dilakukan dengan menggunakan pelarut isopropanol dan n-heksana, . Analisis Sampel Pertama Massa mikrolaga yang akan diekstrak ditimbang, selanjutnya mikroalga diekstrak, minyak yang didapat ditimbang lalu dihitung persentase minyaknya dengan persamaan : Persentase minyak alga =
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
× 100% .
EA02 - 2
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
Persentase lipid (%)
Hasil dan Pembahasan 9
CaCO3 0 gr CaCO3 1 gr 6
CaCO3 3 gr 0
1
2
MgSO4.7H2O (gram)
Gambar 1. Penambahan nutrisi MgSO4.7H2O terhadap persentase lipid. Profil penambahan MgSO4.7H2O dapat dilihat pada Gambar 1, dapat dilihat bahwa pada kondisi tanpa penambahan CaCO3 0 gr dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O sebanyak 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr, persentase lipid yang dihasilkan meningkat. Akan tetapi, pada penambahan CaCO3 pada 1 gram dan 3 gram dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O sebanyak 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr, persentase lipid yang dihasilkan menurun. Hal ini menunjukan bahwa penambahan MgSO4.7H2O berpengaruh terhadap kandungan lipid yang terkandung pada Tetraselmi chuii, dimana semakin tinggi MgSO4.7H2O pada kultur maka kandungan lipid yang terkandung pada Tetraselmis chuii semakin tinggi. Hal ini dikarenakan oleh kondisi kultur stress akibat surplus Mg2+. Kadar lipid yang tinggi pada mikroalga biasanya diperoleh pada kondisi stress yang terjadi bersamaan dengan penurunan laju perkembangbiakan sel. Akumulasi lipid di dalam sel mikroalga umumnya terjadi pada fase stasioner. (Lubian, 2000). Logam magnesium (Mg2+) merupakan inti dari molekul klorofil. Hasil penelitian menunjukkan sekitar 6 % dari total Mg2+ di dalam sel mikroalga terikat dalam bentuk molekul klorofil. (Stanier,1983). Namun demikian, respon negatif oleh sel mikroalga dapat terjadi, baik dalam kondisi defisiensi maupun surplus ion Mg2+,dan akibatnya perkembangbiakan sel terhambat dan pertumbuhan abnormal. Hasil yang diperoleh ini juga didukung dari penelitian sebelumnya, yang dilakukan oleh Tri Astuti (2011). Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan Mg2+ terhadap produktifitas dan komposisi asam lemak mikroalga Scenedesmus. Hasil analisis menunjukkan kadar lipid pada Scenedesmus,sp meningkat dengan adanya penambahan Mg2+, yaitu dari 14,25% ,menjadi 21,5% dan 23,5%. Berdasarkan data yang telah diperoleh dari pengukuran, hasil penelitian menunjukkan persentase lipid tertinggi diperoleh pada penambahan MgSO4.7H2O 2 gr dan tanpa penambahan CaCO3 yaitu sebesar 8,53%. Persentase lipid tertinggi diperoleh pada kepadatan sel terendah, yaitu sebesar 290.000 sel/mL. Hal ini disebabkan karena pada penambahan nutrisi MgSO4.7H2O 2 gr dan tanpa penambahan CaCO3 mikroalga tersebut tidak fokus pada pertumbuhan sel terhadap pembentukan lipid. Semakin besar resiko mikroalga terancam hidup, maka semakin banyak kandungan lipid yang terbentuk. Sedangkan pada variasi penambahan CaCO3 persentase lipid yang didapat cenderung tidak stabil.
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
EA02 - 3
Persentase lipid (%)
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
9
MgSO4.7H2O 0 gr MgSO4.7H2O 0.2 gr 6 0
1
2
3
MgSO4.7H2O 2 gr
CaCO3 (gram)
Gambar 2. Penambahan CaCO3 terhadap persentase lipid Gambar 2 menunjukkan bahwa penambahan CaCO3 3 gram dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr, persentase lipid yang didapat cenderung menurun yaitu 8,12%, 7,18%, 6.39%. Hal ini dikarenakan nutrisi CaCO3 yang diberikan tidak terkonsumsi dengan baik oleh mikroalga Tetraselmis chuii. Dapat dilihat dari adanya endapan CaCO3 yang berada di dalam kultur yang dapat mempengaruhi pertumbuhan selnya sehingga kandungan lipid yang terdapat pada mikroalga rendah. Berdasarkan penelitian ini, CaCO3 tidak sesuai digunakan pada kultur mikroalga Tetraselmis chuii untuk mendapatkan kandungan lipid yang tinggi. Pada penambahan CaCO3 1 gr dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O 0gr 0.2 gr, dan 2 gr, persentase lipid yang didapat cenderung menurun yaitu dari 8.32% (0 gr), 8,27% (0,2 gr) dan 8,211 % (2gr). Biomassa (gr)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
CaCO3 0 gr CaCO3 1 gr 0
1
2
CaCO3 3 gr
MgSO4.7H2O (gr) Gambar 3 Penambahan MgSO4.7H2O terhadap biomasa
Biomassa (gr)
Gambar 3 menunjukan bahwa tanpa penambahan CaCO3 (0 gr) dan pada penambahan CaCO3 3 gram dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O sebanayak 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr biomasa yang dihasilkan meningkat pada penambahan MgSO4.7H2O 0.2 gram dan menurun pada penamabahan MgSO4.7H2O 2 gram. Akan tetapi, pada penambahan CaCO3 1 gram dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O sebanyak 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr biomassa yang dihasilkan menurun. 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
MgSO4.7H2O 0 gr MgSO4.7H2O 0.2 gr 0
1
2
3
CaCO3 (gr)
MgSO4.7H2O 2 gr
Gambar 4 Penambahan CaCO3 terhadap biomasa Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
EA02 - 4
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
massa lipid (gr)
Gambar 4 menunjukan bahwa pada tanpa penambahan MgSO4.7H2O (0 gr) dan pada penambahan MgSO4.7H2O 0.2 gram, dan penambahan MgSO4.7H2O 2 gram dengan variasi penambahan CaCO3 sebanayak 0 gr, 1 gr, dan 3 gr biomasa yang dihasilkan meningkat pada penambahan CaCO3 1 gram dan menurun pada penambahan MgSO4.7H2O 3 gram. 0.05 0.03
CaCO3 0 gr CaCO3 1 gr
0.01 0
1
2
CaCO3 3 gr
MgSO4.7H2O (gr) Gambar 5 Penambahan MgSO4.7H2O terhadap produktivitas
massa lipid (gr)
Gambar 5 menunjukan bahwa pada penambahan tanpa penambahan CaCO3 (0 gr) dan pada penambahan CaCO3 3 gram dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O sebanayak 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr produktivitas lipid yang dihasilkan meningkat pada penambahan MgSO4.7H2O 0.2 gram dan menurun pada penamabahan MgSO4.7H2O 2 gram. Akan tetapi, pada penambahan CaCO3 1 gram dengan variasi penambahan MgSO4.7H2O sebanyak 0 gr, 0.2 gr, dan 2 gr produktivitas lipid yang dihasilkan menurun.
0.05 0.03
MgSO4.7H2O 0 gr MgSO4.7H2O 0.2 gr
0.01
MgSO4.7H2O 2 gr 0
1
2
3
CaCO3 (gr) Gambar 4.6 Penambahan MgSO4.7H2O terhadap produktivitas Gambar 6 menunjukan bahwa pada tanpa penambahan MgSO4.7H2O (0 gr) dan pada penambahan MgSO4.7H2O 0.2 gram, dan penambahan MgSO4.7H2O 2 gram dengan variasi penambahan CaCO3 sebanayak 0 gr, 1 gr, dan 3 gr produktivitas lipid yang dihasilkan meningkat pada penambahan CaCO3 1 gram dan menurun pada penamabahan MgSO4.7H2O 3 gram. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan, biomasa dan massa lipid yang tertinggi terdapat pada tanpa penambahan MgSO4.7H2O (0 gr) dan penambahan CaCO3 1 gr yaitu sebesar 0.489 gr, massa lipinya 0.0407 dan persentase lipid yang dihasilkan 8.32%. Pada penambahan CaCO3 yang semakin banyak tidak sesuai dalam pengkulturan mikroalga pada Tetraselmis chuii untuk mendapatkan persentase lipid maksimum, akan tetapi MgSO4.7H2O sesuai untuk ditambahkan pada kultur mikroalga Tetraselmis chuii untuk mendapatkan persentase lipid maksimum.
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
EA02 - 5
SNTMUT - 2014
ISBN: 978-602-70012-0-6
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan : 1. Jumlah biomassa dan massa lipid yang tertinggi terdapat pada tanpa penambahan MgSO4.7H2O (0 gr) dan penambahan CaCO3 1 gr yaitu sebesar biomasanya 0.489 gr, massa lipid 0.0407 gr dan persentase lipid yang dihasilkan 8.32%. 2. Persentase lipid maksimum yang terkandung pada mikroalga Tetraselmis chuii didapat pada penambahan 2 gr MgSO4.7H2O dan tanpa penambahan CaCO3 0 gr, yaitu sebesar 8,53% 3. Pada penambahan 3 gr CaCO3, mikroalga Tetraselmis chuii tidak mampu menyesuaikan diri karena lebih banyak terbentuk endapan CaCO3 yang mempengaruhi pertumbuhan selnya sehingga kandungan lipid yang terdapat pada mikroalga rendah. 4. Semakin banyak MgSO4.7H2O yang ditambahkan dengan tanpa ditambahkan CaCO3, persentase lipid mikroalga Tetraselmis chuii cenderung meningkat. 5. Penambahan CaCO3 tidak sesuai dalam pengkulturan mikroalga pada Tetraselmis chuii untuk mendapatkan persentase lipid maksimum, akan tetapi MgSO4.7H2O sesuai untuk ditambahkan pada kultur mikroalga Tetraselmis chuii untuk mendapatkan persentase lipid maksimum. Daftar Pustaka Astuti, J. Tri., Sriwulandari, Lies., Sembiring, T.2011.Pengaruh Penambahan Mg2+ Terhadap Produktifitas dan Komposisi Asam Lemak Mikroalga Scenedesmus Sebagai Bahan Biodiesel. LIPI : Bandung Bei Wang., Li, Yanqun., Wu, Nan., Q, Lan, Christopher. 2008. CO2 Biomigation Using Microalgae. Appl Microbiol Biotechnol. 79: 707 – 718. Perez-Pazos.2011. Synthesis of Neutral Lipids in Chlorella,Sp. Under Different Light and Carbonate Conditions.Universidad de Narino, Colombia.
Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti Gd. Hery Hartanto, Teknik Mesin - FTI - Usakti, 20 Februari 2014
EA02 - 6
