UNIVERSITAS INDONESIA
PENGATURAN LAJU HISAP FILTER DALAM SISTEM PRODUKSI BIOMASSA Nannochloropsis sp. MENGGUNAKAN TEKNIK FILTRASI KONTINYU DALAM ALIRAN SIRKULASI KULTUR MEDIA
SKRIPSI
GESTI APRILIA FITRIANI 0806319652
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES DEPOK JUNI 2012
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
UNIVERSITAS INDONESIA
PENGATURAN LAJU HISAP FILTER DALAM SISTEM PRODUKSI BIOMASSA Nannochloropsis sp. MENGGUNAKAN TEKNIK FILTRASI KONTINYU DALAM ALIRAN SIRKULASI KULTUR MEDIA
SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Kimia FTUI
GESTI APRILIA FITRIANI 0806319652
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES DEPOK JUNI 2012
ii Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
iii Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
iv Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat pada waktunya. Berkat rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan makalah seminar dengan judul “Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Sistem Produksi Biomassa Nannochloropsis sp. Menggunakan Teknik Filtrasi Kontinyu dalam Aliran Sirkulasi Kultur Media” untuk memenuhi tugas skripsi, salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: (1) Ir. Dianursanti, MT selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi ini; (2) Ir. Rita Arbianti, M.Si., selaku dosen pembimbing akademik yang telah menyediakan waktu dan membantu permasalahan akademik perkuliahan selama ini; (3) Ir. Yuliusman M.Eng selaku kordinator skripsi Teknik Kimia FTUI; (4) Para dosen Departemen Teknik Kimia FTUI yang telah memberikan ilmu dan wawasannya; (5) Orangtua yang selalu memberi dukungan dan semangat selama mengerjakan skripsi ini di rumah; (6) Rekan satu bimbingan: Destya Nilawati, Prima A., Ingrid C. E. Inthe, Harnadiemas F., Prima Ernest, Ni’matulloh, dan Bhakti Yoga yang sudah membantu dalam pencarian sumber dan saling bertukar wawasan serta informasi yang ada; (7) Ius Pratama selaku laboran yang membimbing kami selama penelitian di Laboratorium Rakayasa Bioproses;
v Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
(8) Yunia Selviliana selaku teman terdekat saya yang selalu memberi semangat dan kasih sayangnya kepada saya; (9) Semua teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu demi satu, yang selalu memberikan informasi dan bantuan semangat; (10) Semua pihak yang telah membantu penyusunan makalah skripsi ini secara langsung maupun tidak langsung; Penulis menyadari bahwa dalam makalah skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang
membangun
sehingga
dapat
menyempurnakan
skripsi
ini
dan
melaksanakan perbaikan di masa yang akan datang. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan bagi dunia pendidikan dan ilmu pengetahuan.
. Depok, 11 Juli 2012
Penulis
vi Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
vii Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama Program Studi Judul
: Gesti Aprilia Fitriani : Teknologi Bioproses : Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Sistem Produksi Biomassa Nannochloropsis sp. Menggunakan Teknik Filtrasi Kontinyu dalam Aliran Sirkulasi Kultur Media
Topik penelitian mengenai mikroalga menjadi perhatian utama para ilmuwan karena kemampuannya terhadap fiksasi CO2 dan juga kandungan biomassa yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai kepentingan. Mikroalga yang diusulkan pada penelitian ini adalah Nannochloropsis sp. karena merupakan salah satu mikroalga yang potensial dan memiliki kandungan biomassa yang besar. Fokus penelitian ini adalah peningkatan produksi biomassa dengan mengatur laju hisap filter pada perlakuan teknik filtrasi kontinyu dalam sistem kultivasi Nannochloropsis sp. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam rangka upaya meningkatkan produktivitas biomassa Nannochloropsis sp. pada ukuran reaktor yang lebih besar, teknik filtrasi kontinyu terbukti berhasil meningkatkan produksi biomassa hingga 1,71 kali dari proses kultivasi kontrol (tanpa filtrasi). Kata kunci: Nannochloropsis sp., produksi biomassa, Teknik Filtrasi, sistem kultivasi, fotobioreaktor
viii Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
ABSTRACT Name Study Program Title
: Gesti Aprilia Fitriani : Teknologi Bioproses : Arrangement of Filter Suction Rate in Biomass Production Using Continuous Filtration Technique in Media Culture Circulation Flow
Topics of research on microalgae major concern scientists because of its ability to CO2 fixation and also the content of the biomass that can be utilized in a variety of interests. Microalgae are proposed in this study were Nannochloropsis sp. because it is one of the potential of microalgae and has a large biomass content. The focus of this study is the increase in biomass production by regulating the rate of suction filter in the treatment of continuous filtration techniques in the cultivation system of Nannochloropsis sp. The results showed that in an effort to increase the biomass productivity of Nannochloropsis sp. on the size of the larger reactor, continuous filtration technique proved successful in increasing the production of biomass to 1.71 times that of the control cultivation. Key words: Nannochloropsis sp., biomass production, filtration method, cultivation system, photobioreactor
ix Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS HALAMAN PENGESAHAN KATA PENGANTAR HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1.2. Rumusan Masalah 1.3. Tujuan Penelitian 1.4. Batasan Masalah 1.5. Sistematika Penulisan
iii iv v vii viii ix x xii xiii 1 1 5 5 5 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mikroalga Nannochloropsis sp. 2.2. Fotobioreaktor 2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga 2.3.1.Fase Tunda (Lag Phase) 2.3.2.Fase Eksponensial (Log Phase) 2.3.3.Fase Penurunan Laju Pertumbuhan 2.3.4.Fase Stasioner 2.3.5.Fase Kematian 2.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Nannochloropsis sp. 2.4.1. Jenis Medium/Nutrisi 2.4.2. Pencahayaan 2.4.3. Kondisi Operasi 2.5. Fotosintesis Pada Mikroalga 2.5.1. Definisi Fotosintesis 2.5.2. Proses Fotosintesis 2.6. Teknik Filtrasi
7 7 9 10 10 10 11 11 11 12
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian 3.2. Alat dan Bahan Penelitian 3.3. Variabel dalam Penelitian
21 21 22 23
12 12 13 15 15 15 18
x Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
3.3.1. Variabel Bebas 3.3.2. Variabel Terikat 3.3.3. Variabel Tetap 3.4. Prosedur Penelitian 3.4.1. Tahap Perangkaian Fotobioreaktor 3.4.2. Sterilisasi Peralatan 3.4.3. Pembuatan Medium Walne 3.4.4. Pembiakan Kultur Murni 3.4.5. Penentuan Jumlah Inokulum Nannochloropsis sp. 3.4.6. Pembuatan Kurva Kalibrasi 3.4.7. Pelaksanaan Penelitian 3.4.8. Pengambilan Data 3.5. Pengolahan Data
23 23 23 24 24 24 25 26 26 28 28 29 30
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pembahasan Umum 4.2. Data Penelitian 4.2.1. Penentuan Laju Hisap Filter 4.2.2. Pengaruh Perlakuan Filtrasi Terhadap Pertumbuhan Nannochloropsis sp. 4.2.2.1. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Berat Kering Sel (X) 4.2.2.2. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan (µ) 4.2.2.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap [HCO3-] dalam medium 4.2.2.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp. 4.2.2.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap CTR oleh Nannochloropsis sp. 4.2.2.6. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap qCO2 oleh Nannochloropsis sp. 4.2.3. Analisis Kandungan Biomassa dari Sel Nannochloropsis sp. Hasil Kultivasi
36 36 38 38 40
BAB 5 KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran
50 50 51
DAFTAR PUSTAKA
52
40
42
43
45
45
47
48
xi Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Nannochloropsis sp. Gambar 2.2. Ilustrasi Morfologis Sel Nannochloropsis sp. Gambar 2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga Gambar 2.4. Fotosintesis Pada Mikroalga Gambar 2.5. Proses Reaksi Terang Gambar 2.6. Siklus calvin Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2. Skema peralatan Gambar 4.1. Berat Kering Sel (X) pada Berbagai Laju Hisap Filter Gambar 4.2. Laju Pertumbuhan Maksimum (µmax) pada Berbagai Laju Hisap Filter Gambar 4.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Berat Kering Sel Nannochloropsis sp. Gambar 4.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan Nannochloropsis sp. Gambar 4.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap [HCO3-] Nannochloropsis sp. Gambar 4.6. Konsentrasi CO2 yang Masuk dan Keluar pada Metode Filtrasi dan Kontrol Gambar 4.7. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol terhadap CTR Nannochloropsis sp. Gambar 4.8. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol terhadap qCO2 Nannochloropsis sp.
7 8 10 15 15 15 21 24 39 40 41 43 44 45 46 47
xii Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Komposisi Biomassa Mikroalga Tabel 1.2. Beberapa Jenis Produk Berbasis Mikroalga Tabel 1.3. Kandungan Biomassa Mikroalga Nannochloropsis sp. Tabel 2.1. Perbandingan Antara Penggunaan Sistem Open Pond dengan Sistem Photobioreactor Tabel 2.2. Jejak Rekam Penelitian Budidaya Alga dalam Sistem Filtrasi Tabel 3.1. Komposisi Walne Tabel 3.2. Penentuan kadar protein dengan metode Lowry Tabel 4.1. Hasil Uji Kandungan Biomassa Nannochloropsis sp.
2 2 3 9 20 26 32 48
xiii Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah Topik penelitian tentang mikroalga telah menjadi perhatian utama di kalangan ilmuwan beberapa tahun belakangan ini dalam rangka mengurangi efek pemanasan global. Mikroalga pada tahun-tahun mendatang diprediksi akan semakin menonjol mengingat semakin banyak pihak yang tertarik pada pembudidayaan mikroorganisme fotosintetik ini. Selain karena mempunyai nilai ekonomi yang tinggi, mikroalga mudah didapat dan dikembangkan. FBR (fotobioreaktor) merupakan reaktor yang dirakit dari bahan tembus pandang yang dilengkapi dengan instalasi suplay media dan emisi gas untuk membudidaya mikroalga dalam rangka penyerapan gas CO2. Teknologi FBR yang diterapkan pada mikroalga dinilai efektif mereduksi emisi CO2 karena kemampuan mikroalga dalam mengabsorbsi CO2 dalam proses fotosintesisnya (Chen et al., 2006). Beberapa keuntungan penggunaan mikroalga dalam proses pengolahannya berjalan
alami seperti
prinsip
ekosistem alam
sehingga sangat
ramah
lingkungan dan tidak menghasilkan limbah sekunder. Keunggulan lainnya adalah pada proses ini daur ulang nutrien berjalan sangat efisien dan menghasilkan biomassa (protein, karbohidrat, protein, klorofil, beta karoten, dan mineral) yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan (De la noue et al., 1992). Tabel 1.1 dan 1.2 merupakan total biomass dari beberapa mikroalga dan manfaat biomassa mikroalga.
1 Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
2
Tabel 1.1. Komposisi Biomassa Mikroalga
Mikroalga Scenedesmus obliquus Chlorella vulgaris Spirogyra sp. Nannochloropsis sp. Dunaliella salina Tetraselmis maculata Spirulina platensis Spirulina maxima
Komposisi biomassa (% bobot kering) Protein Karbohidrat Lemak 50-56 10-17 12-14 51-58 12-17 14-22 6-20 33-64 11-21 52,11 16 27,64 57 32 6 52 15 3 46-63 8-14 4-9 60-71 13-16 6-7
(Sumber: Becker, 1994 dan Riedel, 2008)
Tabel 1.2. Beberapa Jenis Produk Berbasis Mikroalga
Produk Biomassa
Biomassa
Pewarna dan antioksidan
Xantofil Lutein Β-karoten Vitamin C dan E Arachidonic acid (AA) Eicosapentaenoic acid (EPA) Docosahexaenoic acid (DHA) ɣ-linoleic acid (GLA) Linoleic acid (LA) Polisakarida Pati
Asam lemak (fatty acid)
Polimer
Aplikasi Makanan sehat Functional food Pakan tambahan Aquakultur Remediasi tanah Makanan tambahan Pakan tambahan Kosmetik Makanan tambahan
Makanan tambahan Pakan tambahan
(Sumber: Spolaore, P., et al., 2006)
Pada penelitian yang diusulkan, mikroalga yang digunakan adalah Nannochloropsis sp., salah satu spesies potensial yang tergolong dalam Family Eustigmatophyceae karena kandungan biomassa yang tinggi apabila dibandingkan dengan mikroalga lain. Tabel 1.2. di bawah ini menjelaskan tentang persentase kandungan biomassa dari mikroalga Nannochloropsis sp.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
3
Tabel 1.3. Kandungan Biomassa Mikroalga Nannochloropsis sp.
Komposisi Lipid Protein Karbohidrat Mineral: Ca K Na Mg Zn Fe Mn Cu Ni Co
% dari berat kering 18,4 28,8 37,6
mg dari 100 g berat kering
972 533 659 316 103 136 3,4 35 0,22 < 0,1
(Sumber: M. M. Rebolloso-Fuentes et al, 2001)
Dengan
demikian,
dengan
adanya
pembudidayaan
mikroalga
Nannochloropsis sp. ini dapat membawa dampak yang positif untuk menghasilkan biomassa yang dapat dijadikan sumber alternatif dan juga fiksasi CO2. Dalam pertumbuhannya mikroalga Nannochloropsis sp. memanfaatkan energi cahaya menjadi energi ATP dan pembentukan senyawa karbon Setiap jenis mikroalga memiliki kekhasan tersendiri dalam menunjukkan kepekaannya terhadap sistem pencahayaan yang diberikan, yang ditunjukkan melalui kemampuan memproduksi biomassanya. Oleh karena itu, cahaya merupakan faktor penting untuk pertumbuhan Nannochloropsis sp. Pada saat mengkultur mikroalga dalam fotobioreaktor, efek self-shading (peristiwa penutupan satu sel oleh sel lain yang menyebabkan tidak meratanya cahaya dan CO2 yang didapatkan mikroalga) dalam kultur akan tercapai pada rentang waktu tertentu. Hal itu dapat mengakibatkan laju pertumbuhan tidak maksimum. Pada penelitian sebelumnya, mikroalga Chlorella vulgaris dikultivasi dengan intensitas cahaya tetap serta tanpa perlakuan apapun, dan biomassa yang diproduksi pada jam ke-100 sebesar 3,13 g/L (Rachma N, 2008). Pada penelitian ini akan difokuskan upaya peningkatan produksi biomassa dengan menggunakan teknik filtrasi kontinyu dimana merupakan teknik memerangkap sel secara kontinyu untuk meminimalkan adanya pengaruh selfshading yang terjadi saat kultivasi. Perlakuan ini bertujuan untuk mengatur Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
4
densitas sel dalam kultur mikroalga yang dapat meratakan pemberian cahaya dan dapat mencukupi kebutuhan sel selama kultivasi. Perlakuan serupa juga pernah dilakukan oleh Rachma pada tahun 2008 dengan perlakuan filtrasi dan berhasil meningkatkan biomassa sebesar 1,22 kali lipat dari perlakuan tanpa filtrasi. Selain perlakuan filtrasi, pada penelitian ini juga akan dilakukan pengaturan laju hisap filter pada aliran sirkulasi kultur media. Perlakuan ini akan dilakukan variasi laju hisap filter yang terus ditingkatkan sesuai dengan peningkatan pertumbuhan mikroalga pada fotobioreaktor. Hal ini dilakukan untuk mengurangi terjadinya penutupan sel satu dan lainnya yang terjadi pada kultur dan juga menjaga agar cahaya yang diberikan dapat terserap baik oleh sel Nannochloropsis sp. Pengaturan laju hisap filter ini akan mempengaruhi besarnya sel yang terperangkap di dalam filter yang dapat mempengaruhi kepadatan sel, sehingga intensitas cahaya yang selalu konstan dapat mereduksi penggunaan cahaya serta didapatkan laju pertumbuhan yang maksimum (Heru D, 2010) dan juga diharapkan mikroalga Nannochloropsis sp. dapat tersaring lebih optimal sehingga kemungkinan mikroalga untuk lolos dari penyaringan sangat kecil. Di Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia, perlakuan yang sama pernah dilakukan oleh Dianursanti pada tahun 2009 pada mikroalga Chlorella vulgaris. Hasil yang didapat dengan perlakuan filtrasi secara kontinyu dalam fotobioreaktor menghasilkan peningkatan produksi yang lebih besar yaitu sebesar 1,25 kali dari proses kultivasi kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan filtrasi telah berhasil mengatur kondisi densitas sel sedemikian rupa sehingga intensitas cahaya yang diberikan dapat tetap mencukupi kebutuhan sel selama proses kultivasi. Dalam hal ini, dapat pula dikatakan bahwa perlakuan filtrasi ini terbukti dapat meminimalkan efek self-shading. Penelitian ini dilakukan tidak hanya berhenti pada peningkatan produksi biomassa, namun juga akan dilakukan pengujian kandungan biomassa dari mikroalga Nannochloropsis sp. untuk mengetahui efek dari perlakuan metode filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter terhadap peningkatan jumlah mikroalga Nannochloropsis sp. Diharapkan dari hasil penelitian ini dapat dijadikan salah satu bahan acuan untuk diterapkan dalam skala yang lebih besar atau skala industri.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
5
1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, hal yang menjadi permasalahan adalah bagaimana menentukan laju hisap filter optimum agar kondisi densitas sel Nannochloropsis sp. dalam filter dapat dijaga pada intensitas cahaya yang diberikan dan menghasilkan produk biomassa yang besar dan juga fiksasi CO2 yang efisien?
1.3. Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah, tujuan dari penelitian ini, yaitu:
Mendapatkan laju hisap filter optimum untuk meningkatkan produksi biomassa Nannochloropsis sp.
Mendapatkan biomassa Nannochloropsis sp. yang optimum dengan menggunakan teknik filtrasi kontinyu.
Menguji kandungan biomassa Nannochloropsis sp. pada perlakuan teknik filtrasi kontinyu.
1.4. Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian ini, yaitu:
Jenis mikroalga yang digunakan pada penelitian ini adalah Nannochloropsis sp.
Jenis medium yang digunakan adalah Walne.
Sistem reaktor yang digunakan adalah fotobioreaktor tunggal dengan volume 18 L.
Metode pencahayaan yang digunakan adalah pencahayaan kontinyu.
1.5. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan adalah sebagai berikut: Bab I
Pendahuluan
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
6
Pada bab pendahuluan ini terdiri atas latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II
Tinjauan Pustaka Tinjauan pustaka berisikan ulasan mengenai Nannochloropsis sp., fotobioreaktor, fotosintesis, dan metode pemanenan.
Bab III
Metode Penelitian Pada bab ini berisi tentang diagram alir penelitian, alat dan bahan yang digunakan, dan prosedur penelitian.
Bab IV
Pembahasan Bab ini berisikan mengenai analisis penelitian, baik dari data yang diperoleh, hasil pengamatan dan pembahasan untuk tiap metode pemanenan serta pengaruhnya terhadap nutrisi yang dikandung.
Bab V
Kesimpulan dan Saran Bab kesimpulan dan saran terdiri atas kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini dan saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mikroalga Nannochloropsis sp. Mikroalga adalah alga kecil (ukuran 2-20µm) berupa tanaman talus yang memiliki
klorofil
sehingga
mampu
melakukan
fotosintesis.
Mikroalga
bereproduksi secara aseksual melalui pembelahan sel. Mikroalga terdiri dari banyak spesies yang hampir semuanya merupakan organisme akuatik. Mikroalga ini banyak dikultur diberbagai negara terutama negara yang memiliki industri akuakultur seperti Indonesia, Thailand, Taiwan, Jepang, Ekuador dan beberapa negara di kawasan benua Eropa. Terdapat begitu banyak spesies dari mikroalga, diantaranya adalah Nannochloropsis sp. Nannochloropsis sp. adalah alga bersel satu yang termasuk dalam kelas Eustigmatophyceae yang di kenal sebagai marine chlorella dan umumnya dibudidayakan
di
pembenihan-pembenihan
ikan
sebagai
pakan
rotifer.
Nannochloropsis sp. mempunyai peranan penting dalam suatu kegiatan pembenihan karena kandungan nutrisinya yang tinggi (Wisnu, 2006).
Gambar 2.1. Nannochloropsis sp. (Sumber: Diadié Diouf et al., n.d)
Klasifikasi sel Nannochloropsis sp. digolongkan sebagai berikut (Adehoog, 2001 dan Fitzsimmons, 2001):
Kingdom
: Protista
7 Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012Universitas Indonesia
8
Super Divisi : Eukaryotes Divisi
: Chromophyta
Sub Divisi
: Alga
Kelas
: Eustigmatophyceae
Genus
: Nannochloropsis
Spesies
: Nannochloropsis sp.
Ilustrasi morfologi Nannochloropsis sp. dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.2. Ilustrasi Morfologis Sel Nannochloropsis sp. (Sumber: Waggoner dan Speer, 1999)
Sel Nannochloropsis sp. berukuran 2 - 4 mikron, berwarna hijau, bentuk bulat memanjang, memiliki kloroplas yang mengandung klorofil a dan c serta pigmen fucoxanthin (Reed Mariculture Inc., 2001). Dinding sel Nannochloropsis sp. terbuat dari komponen selulosa yang kuat dan merupakan karbohidrat komplek yang bermanfaat untuk mengikat zat-zat toksik sehingga dapat dikeluarkan dari dalam tubuh serta mempunyai kemampuan mengikat aktivitas sistem kekebalan tubuh, juga memiliki 2 flagel (heterokontous) yang salah satu flagel berambut tipis, sehingga dapat bergerak aktif (Waggoner dan Speer, 1999). Sel Nannochloropsis sp. memiliki kloroplas dan nukleus yang dilapisi oleh membran dan tidak selalu terdapat di perairan umum. Kloroplas ini memiliki stigma (bintik mata) di sitoplasma yang sensitif terhadap cahaya (Bold dan Wynne, 1985). Sel Nannochlorpsis sp. berkembang baik secara aseksual dengan cara pembelahan sel atau pemisahan autospora dari sel induknya dan mempunyai toleransi terhadap lingkungan sangat tinggi. Menurut Wahyuni et al. (2001), bahwa sel Nannochloropsis sp. tumbuh dengan baik dengan pH 7-9 dengan kekuatan cahaya
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
9
5000-200.000 lux (sesuai dengan volume budidaya), suhu 23-36oC dan salinitas 15-45 ppt.
2.2. Fotobioreaktor Fotobioreaktor
adalah
reaktor
yang
digunakan
sebagai
tempat
perkembangbiakan mikroalga yang dirancang dengan sistem yang diberikan pencahayaan. Fotobioreaktor dibagi menjadi dua sistem berdasarkan letak penempatannya, yaitu sistem terbuka dan tertutup. Fotobioreaktor terbuka beroperasi di luar ruangan, yang biasanya berupa kolam, danau, lagun, atau kolam buatan, sedangkan fotobioreaktor tertutup dilakukan di dalam ruangan. Fotobioreaktor tertutup memiliki berbagai bentuk dan ukuran, seperti tubular, flat plate, dan kolom. Berikut adalah tabel perbandingan kelebihan dan kekurangan sistem fotobioreaktor (Tabel 2.2.): Tabel 2.1. Perbandingan Antara Penggunaan Sistem Open Pond dengan Sistem Photobioreactor
Faktor Ruang yang dibutuhkan Kehilangan air Kehilangan CO2 Konsentrasi O2 Temperatur Pembersihan Kontaminasi Kualitas biomassa Evaporasi Biaya pemanenan Kebutuhan energi (W)
Open pond Tinggi Sangat tinggi Tinggi Rendah Bervariasi Tidak perlu Tinggi Bervariasi Tinggi Tinggi 4000
Photobioreactor Rendah Rendah Rendah Tinggi, terjadi build up Membutuhkan pendingin Perlu Tidak ada Tergantung produksi Tidak ada Lebih rendah 1800
(Sumber: Harun R. et al., 2010)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
10
Fase Kematian
Fase Stasioner
Fase Penurunan Laju Pertumbuhan
Fase Log
Fase Lag
Log Jumlah Sel
2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga
Waktu Gambar 2.3. Fase Pertumbuhan Mikroalga (Sumber: Wirosaputro, 2002)
2.3.1. Fase Tunda (Lag Phase) Lag phase adalah suatu tahap setelah pemberian inokulum ke dalam media kultur dimana terjadi penundaan pertumbuhan yang dikarenakan Nannochloropsis sp. memerlukan pembelahan. Pada fase ini laju pertumbuhan spesifik adalah pada level sub-maksimum yang sering diamati. Pertumbuhan lag terjadi karena adanya sel non viable dan spora dalam inokulum. Pertumbuhan lag terjadi karena adanya masa adaptasi fisiologis akibat perubahan kondisi nutrisi untuk alga. Fase lag tida terjadi dalam kultivasi jika inokulum yang digunakan sudah berada pada fase eksponensial. Dalam fase ini tidak terjadi pertambahan jumlah sel. Fase ini adalah fase penyesuaian yaitu suatu masa ketika sel-sel kekurangan metabolit dan enzim akibat dari keadaan tidak menguntungkan dalam pembiakan terdahulu, menyesuaikan diri dengan lingkungan yang baru. Enzim-enzim dan zat antara terbentuk dan terkumpul sampai konsentrasi yang cukup untuk kelanjutan pertumbuhan.
2.3.2. Fase Eksponensial (Log Phase) Pada fase ini, sel-sel membelah dengan cepat dan terjadi pertambahan dalam jumlah sel. Selam fase ini, sel-sel berada dalam keadaan yang stabil. Bahan
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
11
sel baru terbentuk dengan konstan dan massa bertambah secara eksponensial. Hal ini bergantung dari satu atau dua hal yang terjadi, yaitu apabila zat makanan dalam pembenihan habis maka hasil metabolisme yang beracun akan tertimbun dan menghambat pertumbuhan. Kultur dalam fase pertumbuhan eksponensial tidak hanya berada dalam keseimbangan pertumbuhan tetapi jumlah dari sel-sel dalam kultur ini bertambah dengan kecepatan yang relatif konstan.
2.3.3. Fase Penurunan Laju Pertumbuhan Pada fase ini, tetap terjadi pertambahan sel namun laju pertumbuhannya menurun. Hal ini dikarenakan terjadinya kompetisi yang sangat tinggi di dalam media hidup karena zat makanan yang tersedia tidak sebanding dengan jumlah populasi akibat dari pertambahan yang sangat cepat pada fase eksponensial sehingga hanya sebagian dari populasi yang mendapatkan makanan yang cukup dan dapat tumbuh serta membelah.
2.3.4. Fase Stasioner Fase stasioner adalah fase pemberhentian pertumbuhan. Pada fase ini, jumlah sel kurang lebih tetap. Hal ini disebabkan oleh habisnya nutrisi dalam medium atau karena menumpuknya hasil metabolisme yang beracun sehingga mengakibatkan pertumbuhan berhenti. Dalam kebanyakan kasus, pergantian sel terjadi dalam fase stasioner, dimana adanya kehilangan sel yang lambat karena kematian yang diimbangi dengan pembentukan sel-sel yang baru melalui pembelahan. Bila hal ini terjadi, maka jumlah sel akan bertambah secara lambat, meskipun jumlah sel hidup tetap.
2.3.5. Fase Kematian (Death Phase) Dalam fase ini, jumlah populasi ini menurun. Selama fase ini, jumlah sel yang mati per satuan waktu secara perlahan-lahan bertambah dan akhirnya kecepatan sel-sel yang mati menjadi konstan.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
12
2.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Nannochloropsis sp. 2.4.1. Jenis Medium/Nutrisi Seperti halnya makanan pada manusia, medium perkembangbiakkan pada alga merupakan tempat diserapnya nutrisi bagi pertumbuhan alga yang nantinya akan mempengaruhi metabolisme pada alga. Agar Nannochloropsis sp. dapat hidup, maka medium pembiakannya harus memiliki berbagai nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Terdapat berbagai jenis medium yang dapat digunakan sebagai media hidup mikroalga hijau Nannochloropsis sp., seperti Walne, Guillard f/2, dan lain sebagainya. Semua jenis medium tersebut memiliki kandungan unsur hara yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroalga hijau Nannochloropsis sp., seperti N, P, K, S, Ca dan mineral lainnya. Kebutuhan unsur hara bagi kehidupan alga secara garis besar terbagi dua, yaitu unsur hara makro dan unsur hara mikro. Unsur hara makro terdiri dari N, P, K, S, Na, Si, dan Ca, sedangkan unsur hara mikro terdiri dari Fe, Zn, Mn, Cu, Mg, Mo, Co, dan B. Unsur N, P, dan Fe dapat meningkatkan kenaikan jumlah sel. Sulfur dapat membantu akselerasi pembelahan sel, sedangkan Mg dan Fe membantu meningkatkan klorofil. Menurut Richmond, A. E. (1990), kekurangan unsur P dapat menurunkan kadar protein dan klorofil a, akan tetapi dapat meningkatkan karbohidrat.
2.4.2. Pencahayaan Cahaya merupakan faktor utama yang mempunyai peranan penting untuk pertumbuhan mikroalga sebagai sumber energi untuk pertumbuhan mikroalga dan fotosintesis. Intensitas yang baik bagi mikroalga untuk melakukan fotosintesis berkisar antara 2000 - 3000 lux. Cahaya matahari yang diperlukan oleh mikroalga dapat diganti oleh lampu TL. Penggunaan cahaya yang berasal dari lampu TL karena didasari oleh kebutuhan intensitas cahaya pada penelitian ini dimana jika cahaya pada lampu TL dapat diatur sesuai dengan intensitas yang dibutuhkan. Selain itu lampu TL mempunyai kestabilan intensitas cahaya jika dibandingkan dengan cahaya yang bersumber dari cahaya matahari. Faktor pencahayaan terbagi menjadi tiga bagian, yaitu pencahayaan kontinu, pencahayaan alterasi dan pencahayaan gelap-terang (fotoperiodesitas). Sebenarnya faktor pencahayaan ini
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
13
juga dapat dibagi lagi menjadi pencahayaan dengan panjang gelombang tertentu dan pencahayaan dengan intensitas tertentu. Namun, kali ini hanya akan dibahas mengenai pencahayaan dengan intensitas tertentu. 1.
Pencahayaan Kontinu Istilah pencahayaan kontinyu adalah Nannochloropsis sp. yang diiluminasi
dengan cahaya tampak secara terus-menerus hingga mencapai fase stationernya. Menurut penelitian yang telah dilakukan, perlakuan ini memberikan hasil laju pertumbuhan yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pencahayaan gelapterang (fotoperiodesitas). 2.
Pencahayaan Terang-Gelap Istilah
pencahayaan
terang-gelap
adalah
Nannochloropsis
sp.
yang
diiluminasi dengan cahaya tampak (370-900 nm) dengan mengatur kondisi terang selama 8 jam dan kondisi gelap selama 16 jam, seperti kondisi alami (periode cahaya matahari). Dari penelitian yang telah dilakukan, perlakuan ini memberikan efisiensi cahaya yang paling besar dibandingkan dengan pencahayaan kontinu, namum laju pertumbuhannya masih sedikit di bawah pencahayaan kontinu. 3.
Pencahayaan Alterasi Alterasi adalah perubahan perlakuan cahaya kontinu dengan memberikan
intensitas cahaya yang semakin tinggi seiring dengan pertambahan jumlah sel dari dalam penelitian ini. Perlakuan pencahayaan alterasi didasarkan pada semakin banyaknya jumlah sel biomassa dari Nannochloropsis sp. maka kultur akan semakin pekat, sehingga cahaya yang diberikan tidak lagi diterima secara merata oleh semua sel (terbatas pada sel yang ada di depan sumber cahaya). Usaha ini telah dibuktikan dapat meningkatkan laju pertumbuhan optimal dan menghasilkan biomassa dengan jumlah yang lebih tinggi dibandingkan dengan pencahayaan kontinu tanpa alterasi pada cyanobacterium A. Cylindrica (Wijanarko, 2003).
2.4.3. Kondisi Operasi 1. Karbondioksida (CO2) dan Oksigen (O2) Karbondioksida diperlukan oleh fitoplankton untuk memenbantu proses fotosintesis. Karbondioksida dengan kadar 1-2 % biasanya sudah cukup digunakan dalam kultur fitoplankton dengan intensitas cahaya yang rendah. Kadar
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
14
karbondioksida yang berlebih dapat menyebabkan pH kurang dari batas optimum sehingga akan berpengaruh terhadap pertumbuhan fitoplankton (Taw, 1990). Selain karbon dioksida, oksigen juga diperlukan untuk proses respirasi pada mikroorganisme tidak dapat berfotosintesis jika tidak terdapat cahaya sebagai sumber energi hingga diperlukan juga udara dari luar sebagai sumber oksigen dalam proses respirasi. 2. pH Derajat keasaman atau pH digambarkan sebagai keberadaan ion hidrogen. Variasi pH dapat mempengaruhi metabiolisme dan pertumbuhan kultur mikroalga antara lain mengubah keseimbangan karbon anorganik, mengubah ketersediaan nutrien dan mempengaruhi fisiologi sel. Kisaran pH untuk kultur alga biasanya antara 7-9, kisaran optimum untuk alga laut berkisar antara 7,8-8,5. Secara umum kisaran pH yang optimum pada kultur Nannochloropsis sp. antara 7-9. Untuk mencegah perubahan pH media dalam kultur alga, perlu ditambahkan EDTA (Ethyl Diamine Tetra Acetat) ke dalam media, hal ini disebabkan karena EDTA dapat berfungsi sebagai buffer sehingga pH menjadi stabil.
3. Temperatur Suhu merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan fitoplankton. Perubahan suhu berpengaruh terhadap proses kimia, biologi dan fisika, peningkatan suhu dapat menurunkan suatu kelarutan bahan dan dapat menyebabkan peningkatan kecepatan metabolisme dan respirasi fitoplankton diperairan. Secara umum suhu optimal dalam kultur fitoplankton berkisar antara 20-24oC. Suhu dalam kultur diatur sedemikian rupa bergantung pada medium yang digunakan. Suhu di bawah 16oC dapat menyebabkan kecepatan pertumbuhan turun, sedangkan suhu diatas 36oC dapat menyebabkan kematian. Beberapa fitoplankton tidak tahan terhadap suhu yang tinggi. Pengaturan suhu dalam kultur fitoplankton dapat dilakukan dengan mengalirkan air dingin ke botol kultur atau dengan menggunakan alat pengatur suhu udara (Taw, 1990). Temperatur optimum bagi perkembangan Nannochloropsis sp. adalah 23-36oC.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
15
4. Salinitas Kisaran salinitas yang berubah-ubah dapat mempengaruhi dan menghambat pertumbuhan dari mikroalga. Beberapa mikroalga dapat tumbuh dalam kisaran salinitas yang tinggi tetapi ada juga mikroalga yang dapat tumbuh dalam kisaran salinitas yang rendah. Pengaturan salinitas pada medium yang diperkaya dapat dilakukan dengan pengenceran dengan menggunakan air tawar. Kisaran salinitas yang dimiliki oleh Nannochloropsis sp. antara 32-36 ppt, tetapi salinitas paling optimum untuk pertumbuhan Nannochloropsis sp. adalah 33-35 ppt.
2.5. Fotosintesis Pada Mikroalga 2.5.1. Definisi Fotosintesis Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk menghasilkan makanan dengan memanfaatkan energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan dibumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis disebut sebagai fototrof.
2.5.2. Proses Fotosintesis Fotosintesis merupakan proses menggabungkan CO2, H2O menjadi gula dengan menggunakan energi cahaya dengan menggunakan organel yang disebut kloroplas (Gambar 2.4.). Proses fotosintesis dibagi menjadi dua reaksi yaitu :
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
16
Gambar 2.4. Proses Umum Fotosintesis: Kerjasama Reaksi Terang Dan Gelap (Sumber: Campbell et al. 1999)
Reaksi Terang Reaksi terang berlangsung pada sistem membran kompleks/grana yang
tersusun dari protein kompleks, elektron carrier dan molekul lemak. Reaksi terang mengkonversi energi menjadi berbagai produk. Pada langkah pertama adalah konversi foton menjadi bentuk elektron tereksitasi pada molekul antenna pigmen yang terdapat pada sistem antenna. Baik molekul donor maupun molekul akseptor akan melekat pada protein kompleks pusat reaksi.
Gambar 2.5. Proses Reaksi Terang (Sumber: Campbell et al. 1999)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
17
Secara umum, terdapat tiga reaksi utama yang terjadi pada reaksi terang yaitu : 1.
Oksidasi H2O, menurut persamaan : (2.1)
2.
Reduksi NADP+, menurut persamaan : (2.2)
3.
Sintesis ATP, menurut persamaan : (2.3) Jika tiga persamaan diatas digabungkan maka akan didapat persamaan untuk
reaksi terang : (2.4) Pada keadaan terang, fotosistem II mengumpan elektron ke fotosistem I. Elektron ini akan ditransfer dari fotosistem II ke fotosistem I oleh intermediate carrier. Reaksi tersebut adalah transfer elektron dari molekul air ke NADP+, menghasilkan bentuk yang tereduksi yaitu NADPH. Efek dari reaksi terang adalah konversi energi radian menjadi energi bebas redoks dalam bentuk NADPH dan transfer energi grup fosfat dalam bentuk ATP. Pada reaksi terang, transfer elektron tunggal dari air menjadi NADP+ melibatkan sekitar 30 ion logam dan 7 grup aromatik. Ion logam termasuk 20 ion Fe, 5 ion Mg, 4 ion Mn dan 1 ion Cu. Aromatik termasuk quinine, pheophytin, NADPH, tyrosine dan flavoprotein. NADPH dan ATP yang terbentuk pada reaksi terang menyediakan energi untuk reaksi gelap fotosintesis, yang dikenal sebagai siklus Calvin atau siklus fotosintetik reduksi karbon.
Reaksi Gelap Siklus Calvin merupakan suatu siklus dalam proses fotosintesis yang
termasuk dalam reaksi gelap. Mikroalga mengambil CO2 dari lingkungan dan mereduksinya menjadi karbohidrat melalui siklus Calvin. Proses ini merupakan serangkaian reaksi biokimia yang mereduksi karbon dan menyusun ulang ikatan menghasilkan karbohidrat dari molekul CO2. Untuk fiksasi karbon (fiksasi gas CO2 yang bebas berdifusi menjadi bentuk yang non-volatil berupa reduced sugar) dibutuhkan ATP (energi) dan NADPH (reducing power). ATP dan NADPH yang
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
18
dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam keadaan ada cahaya. Berikut adalah skema yang menunjukan siklus Calvin.
Gambar 2.6. Siklus calvin (Sumber: Campbell et al. 1999)
2.6. Teknik Filtrasi Filtrasi merupakan suatu metode pemanenan, dimana medium dan mikroalga dialirkan melalui filter yang kemudian mikroalga akan tersaring/terfilter, sedangkan medium akan tetap mengalir melewati filter. Alga yang tersaring dalam filter akan menghasilkan pasta alga (Danquah, 2009). Filter yang telah terisi mikroalga inilah yang kemudian dipisahkan untuk diambil biomassanya. Filter dapat dibuat dari bahan sponge, kanvas, nilon, dakron, logam atau fiberglass.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
19
Ada dua bentuk dasar filtrasi yang digunakan, yaitu filtrasi permukaan dan filtrasi kedalaman. Filtrasi permukaan (surface filtration) menghasilkan cake pada permukaan media filter, sedangkan pada filtrasi kedalaman (deep bed filtration) mikroalga yang tersaring berada di dalam media filter. Berdasarkan alirannya, filtrasi dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu filtrasi kontinyu dan filtrasi semikontinyu. Filtrasi kontinyu berlangsung secara terus menerus dimana filter digunakan terus menerus, dan ketika telah penuh oleh padatan filter diambil dan langsung diganti dengan filter yang berbeda, sedangkan filtrasi semi-kontinyu berlangsung dalam beberapa saat. Berdasarkan jenisnya, filtrasi dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu dead end filtration, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, filtrasi bertekanan, filtrasi vakum, and tangential flow filtration (TFF) (Harun, 2009). Filtrasi konvensional hanya mampu menangkap mikroalga dengan ukuran >70 μm (Brennan, 2009), sedangkan untuk mikroalga yang berukuran <30 μm harus digunakan filtrasi membran atau ultrafiltrasi (Petrusevski, 1995). Teknik filtrasi ini juga dapat dikembangkan dengan sistem filtrasi untuk meningkatkan produksi biomassa Nannochloropsis sp. dengan pengaturan laju hisap filter. Pada pengaturan ini, filter yang digunakan dapat menggunakan filter busa atau mikrofilter untuk selanjutnya akan dilakukan proses kultivasi Nannochloropsis sp. pada nilai densitas sel tertentu untuk berbagai laju hisap filter. Pengaturan ini diharapkan dapat mengendalikan densitas sel dalam kultur sehingga penerimaan cahaya oleh sel dapat secara merata diterima. Penelitian sebelumnya, produksi biomassa Chlorella vulgaris mampu ditingkatkan sebesar 1,25 kali dengan perlakuan filtrasi kontinyu pada kultivasi. Sedangkan dengan menggunakan pengaturan laju hisap filter pada teknik filtrasi kontinyu, produksi biomassa dapat ditingkatkan menjadi 1,43 kali lebih besar dari perlakuan tanpa filtrasi (Dianursanti, 2012). Hal ini terbukti bahwa perlakuan filtrasi dengan mengatur laju hisap filter pada kultivasi berhasil mengatur densitas sel sedemikian rupa sehingga intensitas cahaya yang diberikan dapat tetap mencukupi kebutuhan sel selama proses kultivasi. Dalam hal ini, dapat pula dikatakan bahwa perlakuan filtrasi ini terbukti dapat meminimalkan efek selfshading.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
20
Tabel 2.2. Jejak Rekam Penelitian Budidaya Alga dalam Sistem Filtrasi
Mikroalga Chlorella vulgaris
Haslea ostrearia Skeletonema costatum Phaeodactylum tricornutum Nannochloropsis sp.
Filtrasi Nuzulliany R. (2008) Darmawan H. (2010)
Sistem Kultivasi Mikrofiltrasi Ultrafiltrasi Pratama I. (2011) M.R. Bilad (n.d.) N. Rossignol (1999) M.R. Bilad (n.d.)
Riset yang dilakukan
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian Penelitian ini diawali dengan tahap persiapan yang terdiri dari perangkaian alat pada reaktor tunggal, pembuatan medium, pembiakan kultur murni Nannochloropsis sp. dan penentuan jumlah inokulum. Tahap selanjutnya adalah tahap
pelaksanaan
penelitian
dengan
mengembangbiakkan
kultur
Nannochloropsis sp. Skemanya ialah sebagai berikut: Tahap Awal 1. 2. 3.
Pengaturan Laju hisap filter Alat Filter
Studi literatur Kalibrasi alat Penentuan UG optimum
Memvariasikan σµmax,opt yang didapat pada penelitian awal secara kontinyu untuk laju pertumbuhan maksimum produksi biomassa Pembanding : Xo = 0,374 g/L tanpa filtrasi (Ingrid, 2012)
Pre-culture 1. 2. 3.
4.
Pengambilan Data
Persiapan peralatan Pembuatan medium Walne Pembiakan kultur murni Nannochloropsis sp. dalam medium Walne Penentuan jumlah inokulum
OD Reaktor, OD Filtrat, pH, Ib, yCO2 in, yCO2 out
Pengolahan Data
Mencari σµmax,opt Aliran Hisap Alat Filter untuk tiap X
Pembahasan dan Kesimpulan
I = 2000 - 3000 lux X0 = 0,37; 0,66; 0,85; 0,91 (g/L) t = 0; 1,5; 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5 T = 29oC ; CO2 = 5%
Pengambilan dan Pengolahan Data OD Reaktor, OD Filtrat, pH, Ib
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
21 Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
22
3.2. Alat dan Bahan Penelitian Peralatan-peralatan yang akan digunakan pada penelitian ini, antara lain: 1.
Fotobioreaktor flat transparan berbentuk akuarium dengan volume total 18 L yang dilengkapi dengan aliran input dan output gas CO2 dan udara.
2.
Air Flow dengan kapasitas 140 L/m merek Resun LP-100.
3.
Tabung gas CO2 yang dilengkapi dengan regulator.
4.
Flowmeter udara dan flowmeter CO2.
5.
Sponge berfungsi sebagai filter.
6.
Breeding Sponge Filter sebagai tempat memasangkan sponge/filter.
7.
Lampu Philips hallogen 20W/12V/50Hz dan transformator 220V primer/12V sekunder dengan intensitas maksimum sebagai sumber iluminasi.
8.
T-Septum yang terbuat dari bahan gelas sebagai titik indikator konsentrasi CO2 yang masuk ke dalam fotobioreaktor.
9.
Peralatan glassware yang terdiri dari erlenmeyer 100 cm3 sebagai discharge gas CO2 dan udara output fotobioreaktor, pipet ukur 5 cm3, pipet pasteur, gelas ukur 10 cm3, 100 cm3 botol sampel sel, dan beaker glass 20 cm3 dan 100 cm3.
10. Selang silikon dan selang plastik sebagai rangkaian peralatan dan konektor rangkaian. 11. Syringe 1001 RT Hamilton 1 cm3 (inlet-outlet) untuk mengambil sampel input dan output CO2. 12. pH meter HANNA Model HI 8014 dengan larutan buffer 4 dan 7. 13. Set Lightmeter Lxtron LX-103 sebagai penghitung kekuatan intensitas cahaya, dengan satuan Lux. 14. Spectro UV-VIS RS Spectrometer, LaboMed. Inc untuk menghitung OD/absorbansi. 15. Unit Gas Chromatography TCD Shimadzu GC-8A untuk mengukur konsnetrasi gas CO2 input dan output fotobioreaktor, Recorder C-R6A Chromatograph untuk mendapatkan printout dari hasil GC, serta tabung gas (carrier gas) Argon.
Bahan penlitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
23
1.
Starter mikroalga hijau Nannochloropsis sp.
2.
Bahan-bahan untuk jenis-jenis medium tertera pada Tabel 3.1.
3.
Gas CO2 sebagai bahan untuk fotosintesis mikroalga
4.
Air laut (seawater) untuk membuat medium Walne
5.
Alkohol 70% untuk sterilisasi peralatan
3.3. Variabel dalam Penelitian Variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 3.3.1. Variabel Bebas Variabel ini merupakan variabel yang diset pada harga tertentu. Variabel bebas yang ditentukan dalam penelitian ini adalah waktu pengambilan data (t), berat kering sel awal (Xo) dan variasi kecepatan hisapnya. Selain itu, terdapat pula variabel semi bebas yaitu variabel yang besarnya kita tentukan sendiri namun pada penentuannya tergantung pada besar variabel lainnya. Variabel semi bebas pada penelitian ini adalah intensitas cahaya (I) yang diberikan pada Nannochloropsis sp. Intensitas yang digunakan adalah intensitas optimum yang diperoleh dari penelitian Ingrid C. E. Inthe (2012).
3.3.2. Variabel Terikat Variabel ini merupakan variabel yang diukur nilainya setelah diberikan harga tertentu pada variabel bebas. Variabel terikat pada penelitian ini adalah kerapatan biomassa Nannochloropsis sp., jumlah kerapatan sel (OD) reaktor dan filtrat, Ib, konsentrasi CO2 (in, out), dan pH.
3.3.3. Variabel Tetap Variabel tetap dalam penelitian ini adalah kecepatan superfisial CO2, dan intensitas cahaya yang digunakan.
3.4. Prosedur Penelitian 3.4.1. Skema Peralatan Fotobioreaktor yang digunakan pada penelitian adalah fotobioreaktor dengan volume 18 L. Sistem reaktor yang digunakan adalah sistem batch, dimana
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
24
pada waktu tertentu, sebagian sel Nannochloropsis sp. yang terserap dalam filter diambil setiap 12 jam sekali dan dengan begitu volume dalam fotobioreaktor akan semakin berkurang. Gambar di bawah ini adalah sketsa fotobioreaktor yang akan digunakan.
Keterangan: 1. Fotobioreaktor (PBR) 2. Breeding Sponge Filter (a/b) 3. Pompa Udara 4. Flowmeter Udara (a/b) 5. Flowmeter CO2 6. Tabung Gas CO2 7. Sparger Biasa 8. Cabang 9. Sponge/Busa (Filter)
6
CO2 1
8 2a
Y
2b 9
3 4a
7 5
4b Gambar 3.2. Skema peralatan
3.4.2. Sterilisasi Peralatan Sterilisasi bertujuan untuk menghilangkan kontaminan yang berada di peralatan yang akan digunakan, sehingga pertumbuhan Nannochloropsis sp. tidak terhambat. Adapun langkah-langkah untuk sterilisasi alat adalah sebagai berikut: 1. Pencucian peralatan
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
25
Peralatan yang akan digunakan dicuci terlebih dahulu dengan air sabun kemudian dibilas dengan air sampai tidak terdapat sabun yang menempel. 2. Pengeringan Setelah peralatan dicuci dan dibilas sampai bersih, kemudian dikeringkan dengan menggunakan tisu atau kompressor udara. Selanjutnya peralatan yang sudah kering tersebut ditutup dengan alumunium foil, untuk mencegah masuknya kontaminan. 3. Sterilisasi Peralatan dari kaca disterilisasi dalam oven dengan suhu 100oC selama 1 jam. 4. Penyimpanan Peralatan kaca/logam dan plastik yang telah disterilisasi disimpan dalam lemari penyimpanan kedap udara yang dilengkapi dengan lampu UV.
3.4.3. Pembuatan Medium Walne Dalam penelitian ini medium yang digunakan sebagai kultur media pertumbuhan Nannochloropsis sp. adalah medium Walne. Medium ini dipilih karena cukup baik untuk media hidup Nannochloropsis sp. Untuk keperluan pembuatan medium sintetik yang dalam penelitian ini menggunakan Walne, maka diperlukan senyawa-senyawa kimia yang merupakan komposisi medium. Komposisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini:
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
26
Tabel 3.1. Komposisi Walne
Stok (1) Trace metal solution (TMS) – per 100 ml
(2) Vitamin solution per 100 ml
(3) Nutrient solution per litre
Medium per litre Vitamin solution Nutrient solution Sterilised seawater
(2) (3)
Senyawa ZnCl2 CoCl2.6H2O (NH4)6Mo7O24.4H2O CuSO4.5H2O Cyanocobalamin Thiamine Biotin FeCl3.6H2O MnCl2.4H2O H3BO3 EDTA (disodium salt) NaH2PO4.2H2O NaNO3 TMS Stock (1)
Larutan Stok 2,1 g 2,0 g 0,9 g 2,0 g 10,0 mg 10,0 mg 200,0 µg 1,3 g 0,36 g 33,6 g 45,0 g 20,0 g 100,0 g 1,0 ml
0,1 ml 1,0 ml 1,0 L
(Sumber: Culture Collection of Algae and Protozoa)
3.4.4. Pembiakan Kultur Murni Kultur murni yang didapat dibiakkan lagi sebelum dapat digunakan dalam penelitian, selain untuk memperbanyak persediaan Nannochloropsis sp., juga diharapkan Nannochloropsis sp. beradaptasi dalam medium baru sebelum digunakan. Cara pembiakan mikroalga Nannochloropsis sp.: 1. Persiapan medium dan peralatan pembiakan (wadah, selang udara, tutup wadah) dan disterilkan terlebih dahulu. 2. Stock murni Nannochloropsis sp. kemudian dimasukkan ke dalam wadah steril dan dicampur dengan medium Walne yang sudah steril. 3. Kultur tersebut kemudian di-bubbling dengan menggunakan kompresor udara dan CO2. Pada tahap ini juga harus diberikan cahaya, namun intensitas cahaya diatur cukup kecil kurang lebih 1000 satu kali. 4. Pembiakan dapat dilakukan selama satu minggu atau lebih bila bertujuan untuk memperbanyak persediaan yang ada, tetapi untuk mencapai lag time hanya diperlukan 2-3 hari.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
27
3.4.5. Penentuan Jumlah Inokulum Nannochloropsis sp. Penentuan jumlah inokulum penting dalam penelitian ini, karena berkaitan langsung dengan jumlah sel Nannochloropsis sp. yang terdapat dalam kultur. Jumlah inokulum perlu diketahui agar dapat dilihat perubahan jumlahnya dan hal ini berkaitan dengan besar intensitas cahaya yang dibutuhkan. Langkah-langkah perhitungan : 1. Kultur yang akan dihitung jumlah inokulumnya, diaduk sampai semua endapan Nannochloropsis sp. merata dalam medium. 2. Sampel inokulum diambil secukupnya jika menggunakan mikroskop atau diambil sebanyak 5 mL jika menggunakan spektrofotometer. 3. Perhitungan sel dapat dilakukan dengan menggunakan mikroskop maupun spektrofotometer,
dengan
catatan
untuk
perhitungan
menggunakan
spektrofotometer telah dibuat kurva kalibrasi OD vs Nsel a) Menggunakan Mikroskop Sampel diteteskan pada Neubauer Improved secukupnya (±2 tetes pada ruang atas/bawah). Sampel ini kemudian ditutup dengan kaca preparat. Sampel dihitung dengan menggunakan mikroskop (perbesaran 100x, diusahakan seluruh bagian bilik hitung terlihat dengan jelas). Alat pencacah yang digunakan untuk perhitungan adalah counter manual. Jumlah inokulum untuk setiap bilik dan ruangan dihitung rata-ratanya, kemudian dihitung dengan rumus
N sel/ml jumlah sel rata - rata 10.000
...(3.1)
Bila menggunakan pengenceran maka nilai N dikali faktor pengenceran, misal penegenceran 4x, maka
N sel/ml jumlah sel rata - rata 10.000 4
...(3.2)
b) Menggunakan Spektrofotometer Spektrofotometer diatur pada panjang gelombang 540 nm. Untuk melihat nilai OD pada penelitian ini digunakan spectrofotometer single beam, dan cahaya tampak (VIS) sebagai sumber cahaya yang akan diabsorbsi oleh Nannochloropsis sp.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
28
Spektrofotometer dikalibrasi dengan kuvet berisi medium pada panjang gelombang yang sama, kemudian diatur agar absorbansinya menunjukkan angka 0,000 (nol). Sampel dimasukan ke dalam kuvet, kemudian diuji dalam spektrofotometer. Data yang diambil adalah nilai absorbansi pada rentang 0 – 0,2, jika melebihi dari rentang tersebut maka sampel harus diencerkan sampai nilai absorbansinya mencapai rentang tersebut. Nilai OD 0 - 0,2 berada pada nilai T (Transmission) 15 - 65. Kemudian jumlah selnya dapat diketahui dari kurva kalibrasi OD vs Xsel. Jika dilakukan pengenceran maka jumlah selnya dikalikan jumlah pengenceran yang dilakukan.
3.4.6. Pembuatan Kurva Kalibrasi Pembuatan kurva kalibrasi ini bertujuan untuk memudahkan perhitungan sampel yang memiliki jumlah sel yang banyak dengan hanya mengatur absorbansinya (OD) menggunakan spektrofotometer cahaya tampak. Kurva kalibrasi yang dibuat adalah kurva OD vs Xsel. Pembuatan kurva diawali dengan membuat beberapa sampel dengan nilai OD yang berbeda-beda. Satu nilai OD dibuat secara triplo sehingga pengukuran menjadi lebih akurat. Sampel yang telah disiapkan kemudian di hitung berat kering sel Nannochloropsis sp. menggunakan mikroskop. Setiap sampel dihitung tiga kali sehingga diperoleh hasil yang lebih akurat. Setelah diperoleh berat kering sel dari masing-masing sampel kemudian di buat kurva antara OD vs Xsel yang selanjutnya digunakan sebagai dasar dalam perhitungan nilai berat kering sel (Xsel) dari hasil kultivasi. Kurva OD vs Xsel yang diperoleh dapat dilihat pada gambar berikut.
3.4.7. Pelaksanaan Penelitian Kondisi operasi pada penelitian ini yaitu: udara yang mengandung 5 % CO2 dan dengan suhu ruang 29 oC. Selain itu, kecepatan superfisial gas UG yang disesuaikan berdasarkan hasil uji hidrodinamik, penyesuaian intensitas cahaya yang digunakan untuk kultivasi Nannochloropsis sp. dan diperoleh dari
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
29
eksperimen Ingrid C. E. Inthe (2012), serta variasi laju hisap filter system. Pada eksperimen dengan perlakuan filtrasi aliran sirkulasi kultur media yang ditujukan untuk mengurangi self-shading dengan memerangkap sebagian sel dalam filter, perlu dilakukan observasi pengaruh daripada laju hisap filter terhadap peningkatan produk biomassa dan laju pertumbuhannya dengan mencari laju hisap filter optimum pada tiap jumlah X0 dari 0,37 – 0,91 g/L. Pertama-tama selalu dilakukan tindakan aseptic dengan menggunakan alkohol 70 % untuk menghindari adanya kontaminan yang dapat berpengaruh pada pertumbuhan mikroalga. Penelitian utama yang dilakukan adalah pemberian perlakuan pengaturan laju hisap filter dengan berbagai variasi kecepatan untuk X0 = 0,37; 0,66; 0,85 dan 0,91 (g/L) dalam fotobioreaktor kolom gelembung berukuran 18 L untuk mencari kecapatn hisap paling maksimum dari tiap jumlah inokulum.
Kemudian dilakukan pengaturan laju hisap pada kecepatan hisap
optimum dengan X0 = 0,37 g/L dan menggunakan pencahayaan kontinyu kemudian sebagai pembanding dilakukan sistem reaktor tanpa filtrasi dengan kerapatan dan pencahayaan yang sama untuk melihat pengaruh dari pengaturan laju hisap filter alat filter (Heru D, 2010). Parameter penentuan laju hisap paling optimum dari suatu X ini adalah pertumbuhan maksimum sel. Untuk menentukan laju pertumbuhan maksimum dilakukan running dalam rentang 10,5 jam. Dengan pertimbangan bahwa pada rentang waktu tersebut sudah dapat menggambarkan profil laju pertumbuhan Nannochloropsis sp.
3.4.8. Pengambilan Data Data yang diambil adalah OD reaktor dan filter, pH, Ib, yCO2in, dan yCO2out. Proses pengambilan data yang dilakukan adalah sebagai berikut. 1. Sampel diambil dari kultur media sekitar 5 – 10 ml pada 3 botol yang berbeda dari reaktor untuk diukur absorbansinya bersamaan dengan mengambil nilai pH-nya. Kemudian dirata-ratakan nilainya. Dari nilai rata-rata absorbansi yang didapat tersebut dapat dilihat nilai Xsel nya pada kurva kalibrasi OD vs Xsel. Data nilai pH dilakukan untuk melihat aktivitas sel mikroalga dari konsentrasi [HCO3-].
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
30
2. Pengambilan data Ib dilakukan dengan menggunakan luxmeter yang diletakkan di belakang fotobioreaktor. 3. Bersamaan dengan perlakuan di atas, biomassa yang terperangkap dalam filter juga di ambil dengan cara memindahkannya dari media kultur ke dalam wadah berisi medium Walne melalui proses pemerasan sebelum diukur OD dalam kultur media tersebut. 4. Langkah-langkah pengambilan data diulangi setiap interval waktu yang telah ditetapkan (untuk sampel dari media kultur selama 1,5 jam sekali dan filtrat selama 1,5 jam sekali). 5. Pengambilan data lipid dilakukan dengan metode Soxhlet dengan prosedur berikut: Sampel yang sudah dihaluskan, ditimbang 5-10 gram dan kemudian dibungkus atau ditempatkan dalam “Thimble” (selongsong tempat sampel), di atas sample ditutup dengan kapas. Pelarut yang digunakan adalah n-heksana dengan titik didih 69°C. Selanjutnya labu kosong diisi butir batu didih. Fungsi batu didih ialah untuk meratakan panas. Setelah dikeringkan dan didinginkan, labu diisi dengan n-heksana sebanyak 175 ml. Pelarut yang baik dalam ektraksi soxhlet adalah pelarut yang mempunyai titik didih rendah seperti n-heksana yang mempunyai titik didih 69oC agar cepat menguap sehingga tidak menyebabkan kerusakan pada alat dan juga tidak membutuhkan watu yang lama untuk melakukan satu sirkulasi ektraksi. Soxhlet disambungkan dengan labu dan ditempatkan pada alat pemanas listrik serta kondensor . Alat pendingin disambungkan dengan soxhlet. Air untuk pendingin dijalankan dan alat ekstraksi lemak mulai dipanaskan . Ketika pelarut dididihkan, uapnya naik melewati soxhlet menuju ke pipa pendingin. Air dingin yang dialirkan melewati bagian luar kondensor mengembunkan uap pelarut sehingga kembali ke fase cair, kemudian menetes ke thimble. Pelarut melarutkan lemak dalam thimble, larutan sari ini terkumpul dalam thimble dan bila volumenya telah mencukupi, sari akan dialirkan lewat sifon menuju labu. Proses dari pengembunan hingga
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
31
pengaliran disebut sebagai refluks. Proses ekstraksi lemak kasar dilakukan selama 6 jam. Setelah proses ekstraksi selesai, pelarut dan lemak dipisahkan melalui proses penyulingan dan dikeringkan. 6. Pengambilan data klorofil dan beta karoten
Sampel dicampurkan aseton dengan perbandingan 1:1 dalam tabung 10 ml.
Kemudian ditambahkan glass bead.
Sonikasi dalam sonikator selama ± 45 menit.
Di-sentrifuge ± 30 menit
Untuk klorofil, ukur absorbansi sampel pada panjang gelombang 645 nm & 663 nm (dengan larutan standarnya adalah aseton).
Untuk beta karoten, absorbansi yang digunakan adalah pada panjang gelombang 450 nm.
7. Pengambilan data protein menggunakan prosedur Lowry (1951) sebagai berikut.
Larutan protein standar (BSA 200 μg/mL) dan dH2O dicampurkan dalam jumlah tertentu (Tabel 3.2) dalam tabung reaksi sehingga diperoleh berbagai konsentrasi antara 20-200 mg dalam larutan standar 1 mL.
Pada tabung lain dicampurkan juga sampel protein dan dH2O sehingga volume total larutan sampel 2,0 mL.
Kemudian larutan Biuret 5 mL ditambahkan ke dalam masing-masing tabung yang berisi larutan protein (standar dan sampel) dan segera divortex. Campuran reaksi diinkubasi pada suhu kamar tepat 10 menit. Untuk menghitung waktu reaksi digunakan stopwatch, dan waktu dihitung saat menambahkan larutan Biuret. Agar waktu reaksinya seragam untuk tiap sampel, ketika menambahkan larutan Biuret pada tabung berikutnya diberikan selang waktu tertentu.
Kemudian pada menit ke-10 sebanyak 0,5 mL reagen Folin ditambahkan ke dalam campuran reaksi dan segera dikocok menggunakan vortex. Larutan diinkubasi pada suhu kamar selama 30 menit setelah penambahan reagen Folin.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
32
Serapan masing-masing larutan diukur tepat pada menit ke-30 yang ditetapkan pada panjang gelombang 750 nm. Tabel 3.2. Penentuan kadar protein dengan metode Lowry
No. Tabung Standar BSA (mL) Sampel protein (μL) Aquades (mL) Larutan Biuret (mL) Reagen Folin (mL)
Blanko 1 2
2 0,8 1,2
Larutan standar 3 4 5 1,2 1,5 1,8 0,8 0,5 0,2 5 0,5
Sampel protein 6 7 8 5 50 200 1,995 1,95 1,8
3.5. Pengolahan Data Data X (Berat Kering Sel) yang diperoleh dari pengukuran nilai absorbansi digunakan untuk melihat tingkat pertumbuhan Nannochloropsis sp. selama pembiakan. Persamaan yang digunakan untuk menghitung laju pertumbuhan spesifik adalah Persamaan Monod sebagai berikut
1 dX X dt
...(3.3)
μ = laju pertumbuhan spesifik (jam-1) X = berat kering sel (g/L) t = waktu (jam)
Data pH yang diambil digunakan untuk mengetahui tingkat metabolisme Nannochloropsis sp. yang ditunjukkan dengan meningkatnya produksi [HCO3-] dalam fotobioreaktor. Produksi [HCO3-] diiringi pelepasan [H+], sehingga persamaan yang digunakan adalah persamaan Handerson-Haselbach, yaitu
HCO H
K CO2
HCO K
CO2
HCO K
3
...(3.4)
CO2
3
3
CO2
CO2 H 1
...(3.5)
CO2 10 pH
...(3.6)
Untuk menentukan nilai Ka dan konsentrasi CO2 digunakan pendekatan Hukum Henry,
PCO2 H CO2 CO2
yCO2
...(3.7)
PT
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
33
Selanjutnya,
H CO2 ln H CO , O 2 2
AH 1 To BH ln To C H To 1 T T T
...(3.8)
H CO2 ln H CO , O 2 2
AK 1 To BK ln To C K To 1 T T T
...(3.9)
konsentrasi
HCO3- dapat
ditentukan dengan menggunakan
persamaan:
HCO
3
K CO2 H CO 2
yCO2 PT 10 pH
To To To exp AK 1 BK ln C K 1 T T T ...(3.10) exp A 1 To B ln To C To 1 H H H T T T
Keterangan: PT
=
Tekanan Operasi (atm)
yCO2
=
fraksi gas CO2
KCO2 =
4,38 x 10-7
HCO2 =
2900 KPa/mol
T
=
Temperatur operasi
T0
=
Temperatur standar
Ak = 40.557
Bk = -36.782
Ck = 0
Ah = 22.771
Bh = -11.452
Ch = - 3.117
Data persentase CO2 yang diambil, akan diolah untuk mengetahui jumlah gas CO2 yang dipindahkan ke dalam satuan volume medium yang dibutuhkan untuk metabolisme sel dalam satuan waktu, atau disebut CTR (Carbon Transfer Rate). Persamaan untuk perhitungannya adalah sebagai berikut CTR yCO2 CO2
...(3.11)
dimana
CO2
U G A M CO2 P Vmedium R T
...(3.12)
Dengan UG
= kecepatan superfisial gas yang diumpankan (L/jam)
A
= luas permukaan reaktor yang menghadap ke sumber cahaya (m2)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
34
MCO2 = massa molekul relatif CO2 (g/mol) P
= tekanan operasi (atm)
Vmedium = volume medium (L) R
= konstanta Rydberg (0,08205 L.atm/mol.K)
T
= suhu operasi (K)
Selain itu, data persentase CO2 juga digunakan untuk menghitung laju gas CO2 yang dipindahkan karena adanya aktivitas kehidupan biologi dalam satu satuan waktu (qCO2). Persamaan yang digunakan adalah qCO2
CTR yCO2 CO2 X X
...(3.13)
Dimana X
= berat kering sel per satuan volume (g/L)
∆yCO2 = selisih konsentrasi CO2 masuk dan keluar reaktor CTR
= (g/L.jam)
Data kandungan-kandungan yang diperoleh akan diolah sebagai berikut: 1. Lipid %lipid
berat botol akhir berat botol kosong 100% berat sampel
...(3.14)
2. Klorofil klorofil a mg / L 12,25 A663 2,55 A645
...(3.15)
klorofil b mg / L 22,9 A645 4,64 A663
...(3.16)
klorofil a b mg / L 7,34 A663 17,76 A645
...(3.17)
3. Beta karoten beta karoten mg / L
1000 A450 3,27 klorofil a 104klorofil b / 227
...(3.18)
4. Protein Kurva kalibrasi dibuat untuk menghitung kadar protein yang terdapat pada sampel. Kurva yang dibuat berdasarkan data berat sampel BSA terhadap
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
35
absorbansi (750 nm). Berdasarkan kurva kalibrasi yang diperoleh (dapat dilihat pada lampiran), kadar protein dihitung sebagai berikut:
A750 0,00079667 C 0,12055
...(3.19)
dengan C adalah kadar protein. Hasil seluruh pengolahan data untuk tiap metode pemanenan selanjutnya akan dibandingkan melalui grafik pertumbuhan sel terhadap waktu, metabolisme terhadap waktu, dan fiksasi karbon dioksida terhadap waktu, serta kandungan nutrisi terhadap metode pemanenan agar dapat diamati pengaruh dari metode pemanenan terhadap jumlah biomassa dan kandungan nutrisinya.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai pelaksanaan penelitian, data yang diperoleh, pengolahan data, dan analisa dari data yang telah diperoleh tersebut.
4.1. Pembahasan Umum Pada penelitian yang dilakukan, mikroalga Nannochloropsis sp. akan dikultivasi dengan teknik filtrasi kontinyu dengan mengatur laju hisap filter untuk memproduksi biomassa Nannochloropsis sp. pembudidayaan Nannochloropsis sp. dilakukan dalam sebuah fotobioreaktor kolom gelembung dengan volume 18 L. Penelitian ini akan ditekankan pada pengaturan laju hisap filter dalam aliran sirkulasi kultur media dengan teknik filtrasi kontinyu untuk mengendalikan densitas sel agar laju pertumbuhan Nannochloropsis sp. dalam kultur media tetap terjaga maksimum dan sel dapat secara merata mendapatkan sumber cahaya yang diberikan saat kultivasi. Hasil yang didapat akan dibandingkan dengan kultur media dalam kultivasi tanpa perlakuan filtrasi (kontrol) dengan kondisi yang sama yang dilakukan oleh Ingrid C. E. Inthe (2012). Fotobioreaktor yang akan digunakan adalah fotobioreaktor tembus cahaya yang dilengkapi dengan filter yang terbuat dari busa berpori (sponge) yang didisain agar cahaya yang diberikan dari sumber iluminasi dapat secara merata diterima oleh mikroalga selama masa kultivasi untuk menghindari terjadinya efek self-shading dimana terjadi peristiwa penutupan sel yang menyebabkan tidak meratanya cahaya yang diberikan dan CO2 yang didapatkan oleh mikroalga saat kultivasi. Penggunaan filter ini berfungsi untuk menyerap sejumlah sel biomassa dalam fotobioreaktor agar kepekatan sel dapat berkurang dan peluang sel-sel dalam mendapatkan cahaya dan nutrisi dari medium juga sangat cukup. Kebutuhan nutrisi untuk proses kultivasi mikroalga Nannochloropsis sp. pada penelitian ini terdapat di medium Walne. Medium Walne
36 Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
37
merupakan medium yang biasa digunakan sebagai medium air laut untuk pertumbuhan marine algae, terutama diatom (Zeily N., et al., 2010). Pembiakan kultur murni Nannochloropsis sp. dalam medium Walne pada tahap pre-culture dilakukan untuk mengkondisikan mikroalga melewati masa adaptasi (lag phase) dan siap berada pada fase eksponensial (log phase) saat proses kultivasi dimulai. Tahap selanjutnya adalah penentuan kecepatan superfisial untuk fotobioreaktor bervolume 18 L. Proses ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan alir udara optimum yang diberikan pada proses kultivasi untuk mendapatkan
pertumbuhan
mikroalga
Nannochloropsis
sp.
yang
maksimum. Pada penelitian ini kecepatan alir udara yang digunakan adalah sebesar 7 L/min atau dengan UG sebesar 12,036657 m/jam (LAMPIRAN B). Penentuan laju hisap filter dilakukan untuk mengetahui kemampuan optimum filter dalam menyerap sel biomassa. Tahap awal dalam penelitian ini adalah dengan mengkultivasi sel Nannochloropsis sp. dengan 4 variasi berat kering sel (X0), yaitu 0,37; 0,66; 0,85 dan 0,91 (g/L) pada intensitas cahaya sebesar 3000 lux dengan mengatur laju hisap filter untuk memperoleh laju pertumbuhan spesifik paling maksimum. Pada tahap awal penelitian dilakukan penentuan kurva OD540 vs X. Penentuan kurva OD540 vs X ini bertujuan untuk memudahkan perhitungan berat kering sel selama masa kultivasi. Panjang gelombang yang digunakan dalam pengukuran optical density (OD) mikroalga adalah 540 nm (Jorge et al., 2003). Penelitian baru dapat dimulai setelah semua kondisi operasi ditetapkan. Data yang diambil mencakup ODsel, ODfiltrat, pH, yCO2 in dan out, dan Ib pada rentang waktu yang telah ditentukan. Pengambilan data ODsel berfungsi untuk melihat adanya peningkatan berat kering sel selama masa kultivasi dan diambil selama 6 jam sekali. Sedangkan untuk pengambilan data ODfiltrat berfungsi untuk mengetahui berat kering sel yang terperangkap dalam filter yang juga bertujuan untuk mengurangi kepadatan dalam kultur dana diambil setiap 12 jam sekali. Pengambilan data pH dilakukan untuk perhitungan terhadap konsentrasi substrat [HCO3-] yang
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
38
terdapat dalam medium. Sedangkan untuk mengetahui besarnya energi cahaya yang tersedia dan dikonversi untuk pertumbuhan Nannochloropsis sp. Serta untuk mengetahui besarnya fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp. maka dilakukan pengambilan data yCO2 in dan out.
4.2. Data Penelitian Data hasil penelitian yang dilakukan akan disajikan dalam bentuk angka dan grafik. Untuk data dalam bentuk angka, akan disajikan dalam lampiran dibagian akhir skripsi.
4.2.1 Penentuan Laju Hisap Filter Tahap ini dilakukan untuk menentukan laju hisap filter yang optimum (σµmax,opt) untuk mendapatkan laju pertumbuhan mikroalga Nannochloropsis sp. yang maksimal (µmax). Pertama-tama menentukan 4 variasi berat kering sel awal (X0) Nannochloropsis sp., yaitu: 0,37; 0,66; 0,85 dan 0,91 (g/L) untuk kultivasi pada intensitas 3000 lux dengan pengaturan laju hisap filter untuk memperoleh laju pertumbuhan maksimum pada inokulum. Di bawah ini merupakan grafik yang menjelaskan mengenai berat kering sel (X) maksimum pada masing-masing X untuk beberapa pengaturan laju hisap filter.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
39
Gambar 4.1. Berat Kering Sel (X) pada Berbagai Laju Hisap Filter
Laju hisap filter yang optimum (σµmax,opt) akan didapatkan ketika laju pertumbuhan maksimum dari mikroalga Nannochloropsis sp. pada X tertentu dalam fotobioreaktor mencapai nilai optimum. Apabila laju hisap filter dinaikkan, maka akan terjadi penurunan laju pertumbuhan sel seperti terlihat pada grafik di bawah ini.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
40
Gambar 4.2. Laju Pertumbuhan Maksimum (µ max) pada Berbagai Laju Hisap Filter
Dari grafik terlihat bahwa laju hisap filter optimum didapat ketika laju pertumbuhan mikroalga Nannochloropsis sp. mencapai kondisi maksimum pada waktu tertentu saat kultivasi. Dengan adanya pengaturan laju hisap filter, maka tingkat kejenuhan kultur di dalam fotobioreaktor dapat diminimalkan dan sel mendapatkan cahaya yang cukup saat kultivasi. Grafik di atas akan menjadi acuan pada saat kultivasi bahwa laju hisap filter akan terus ditingkatkan sesuai perkembangan jumlah sel selama kultivasi.
4.2.2 Pengaruh
Perlakuan
Filtrasi
Terhadap
Pertumbuhan
Nannochloropsis sp. 4.2.2.1. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Berat Kering Sel (X) Data yang diperoleh dari penelitian ini adalah nilai OD (optical density) yang diukur menggunakan spektrofotometer UV/VIS dengan panjang
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
41
gelombang sebesar 540 nm. Nilai OD ini yang kemudian akan dikonversikan menjadi nilai X (berat kering sel) menggunakan persamaan yang terdapat pada kurva kalibrasi OD540nm vs X (LAMPIRAN A). Seiring bertambahnya lama waktu kultivasi, maka berat kering sel akan semakin bertambah. Sebagai data pembanding, Nannochloropsis sp. dikultur dengan kondisi yang sama akan tetapi tanpa adanya perlakuan filtrasi. Untuk lebih memperjelas, grafik di bawah ini merupakan hubungan antara berat kering sel terhadap waktu yang diperoleh dari penelitian ini.
Gambar 4.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Berat Kering Sel Nannochloropsis sp.
Proses kultivasi dengan perlakuan filtrasi dalam penelitian ini cenderung
menghasilkan
perolehan
biomassa
yang
lebih
tinggi
dibandingkan dengan proses kultivasi yang tidak mengalami perlakuan apaapa (kontrol). Hal ini karena pada perlakuan filtrasi, terjadinya efek selfshading pada sel dapat lebih diminimalkan. Perlakuan filtrasi merupakan metode memerangkap sel selama masa kutivasi. Adanya perlakuan ini memungkinkan Nannochloropsis sp. tetap mendapatkan pencahayaan yang lebih baik seiring dengan bertambahnya jumlah biomassa selama proses kultivasi. Pada awal pertumbuhannya, kedua metode tidak ada perbedaan yang signifikan, akan tetapi pada jam ke-30 dan seterusnya pertumbuhan sel Nannochloropsis sp. jauh lebih tinggi perbedaannya dibandingkan kontrol. Oleh karena itu, metode filtrasi dapat menghasilkan pertumbuhan yang lebih
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
42
baik dibandingkan dengan metode kontrol. Hal itu terbukti dengan peningkatan biomassa sebesar 1,71 kali lipat dari metode kontrol. Hasil ini menunjukkan adanya pengurangan efek self-shading yang terjadi saat kultivasi berlangsung selama 204 jam yang mengakibatkan seluruh sel yang di kultur dalam fotobioreaktor mendapatkan cahaya yang merata. Perlakuan yang sama pernah dilakukan oleh Heru Darmawan pada tahun 2010 menggunakan mikroalga Chlorella vulgaris. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa perlakuan filtrasi menggunakan pengaturan laju hisap filter mampu memberikan peningkatan sebesar 1,43 kali lipat dibandingkan dengan perlakuan tanpa filtrasi (Heru D, 2010). Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa perlakuan filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter lebih baik daripada tanpa perlakuan filtrasi untuk peningkatan produksi biomassa mikroalga.
4.2.2.2. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan (µ) Laju pertumbuhan Nannochloropsis sp. dalam memproduksi biomassa saat proses kultivasi seharusnya berada pada fase logaritmik dimana laju pertumbuhan berada pada titik maksimal. Lalu seiring bertambahnya waktu akan terus menurun hingga memasuki fasa stasioner. Pada persamaan (3.3) menunjukkan laju pertumbuhan dipengaruhi waktu dan berat kering sel. Pada
waktu
tertentu
(awal-awal
kultivasi),
laju
pertumbuhan
Nannochloropsis sp. berbanding terbalik dengan berat kering yang dihasilkan pada rentang waktu tertentu. Hal tersebut dapat diamati dari grafik di bawah ini.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
43
Gambar 4.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap Laju Pertumbuhan Nannochloropsis sp.
Hasil yang didapat pada penelitian mengenai laju pertumbuhan, pada jam ke-6 metode filtrasi menghasilkan laju pertumbuhan maksimum yang lebih tinggi daripada metode kontrol. Pada penelitian yang pernah dilakukan oleh Heru pada tahun 2010 juga hasil yang didapat menunjukkan bahwa laju pertumbuhan
maksimum
dicapai
pada
perlakuan
filtrasi.
Seiring
bertambahnya jumlah sel yang mengakibatkan kejenuhan pada sel dalam reaktor, metode filtrasi membantu mengurangi kepadatan sel. Metode filtrasi secara kontinyu selama masa kultivasi dalam reaktor dilakukan sebagai upaya pengaturan densitas sel menggunakan media filter. Selain itu, tingkat kompetisi antar sel saat memperoleh nutrisi dan sumber cahaya jauh lebih rendah sehingga proses metabolisme dapat dilakukan secara maksimal.
4.2.2.3. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap [HCO3-] dalam Medium [HCO3-] merupakan parameter untuk mengetahui jumlah karbonat yang tersedia
dan
dapat
dikonsumsi
oleh
Nannochloropsis
sp.
untuk
pertumbuhannya. Pada proses fotosintesis Nannochloropsis sp., CO2 tidak diserap dalam bentuk gas melainkan dalam bentuk karbonat. Proses fotosintesis yang terjadi di dalam kultur diawali dengan pembentukan ion karbonat akibat reaksi antara CO2 dengan air. →
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
44
Dalam hal ini, yang berperan penting dalam proses fotosintesis yang terjadi saat kultur Nannochloropsis sp. adalah [HCO3-]. [HCO3-] inilah yang kemudian akan bereaksi dengan H2O membentuk senyawa organik seperti glukosa dan ion OH-. → Nilai
[HCO3-]
mempengaruhi
nilai
pH
yang
diukur
dengan
menggunakan pH meter. Peningkatan jumlah sel dalam kultur cenderung meningkatkan jumlah pH kultur.
Gambar 4.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi terhadap [HCO3-] Nannochloropsis sp.
Sistem filtrasi yang digunakan dalam kultivasi menyebabkan kepadatan sel di dalam fotobioreaktor berkurang sehingga kebutuhan sel akan bikarbonat yang merupakan sumber karbon untuk pertumbuhan sel menjadi meningkat. Hal ini diindikasikan dari meningkatnya pH selama waktu kultivasi. Dengan ketersediaan [HCO3-] yang cukup ini menyebabkan aktivitas metabolisme sel pada fotosintesis semakin baik dan diindikasikan dengan meningkatnya pH akibat meningkatnya OH- yang merupakan fotosintesis (Maudhi, 2011). Pada penelitian sebelumnya, pengaruh filter terhadap konsentrasi bikarbonat menunjukkan hasil yang lebih baik daripada perlakuan tanpa filtrasi (Dianursanti, 2012). Seharusnya hal itu juga tergambar melalui data yang dilakukan saat ini, akan tetapi data (Gambar 4.5.) yang didapat menunjukkan bahwa pada perlakuan tanpa
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
45
filtrasi menghasilkan aktivitas sel yang lebih baik daripada perlakuan filtrasi. 4.2.2.4. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam
Perlakuan
Filtrasi terhadap Fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp. Perubahan konsentrasi antara gas CO2 in dan out menunjukkan adanya fiksasi CO2 yang terjadi saat proses kultivasi berlangsung. Selisih antara konsentrasi gas CO2 in dan out merupakan besarnya konsentrasi gas CO2 yang terfiksasi atau terserap oleh Nannochloropsis sp. Berikut merupakan grafik yang menjelaskan tentang perubahan konsentrasi CO2 in dan out selama kultivasi berlangsung.
Gambar 4.6. Konsentrasi CO2 yang Masuk dan Keluar pada Metode Filtrasi dan Kontrol
Gas CO2 yang terserap atau yang terfiksasi oleh mikroalga Nannochloropsis sp. pada metode filtrasi sangat tinggi dibandingkan dengan metode kontrol. Hal itu disebabkan akan tingginya pertumbuhan sel di dalam fotobioreaktor yang mengakibatkan CO2 yang terserap besar. Metode filtrasi dengan pengaturan laju hisap filter ini membantu sel dapat tetap berkembangbiak dengan optimal seiring bertambahnya jumlah sel yang sebagian terserap di media filter pada rentang waktu tertentu.
4.2.2.5. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam
Perlakuan
Filtrasi terhadap CTR oleh Nannochloropsis sp. CTR (carbon transfer rate) merupakan banyaknya gas CO2 yang ditransferkan dalam suatu volume medium kultur yang dibutuhkan oleh
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
46
metabolisme sel selama satu satuan waktu tertentu (Wijanarko et al, 1997). Rumus yang digunakan untuk menghitung konsentrasi bikarbonat CTR adalah: ...(4.2)
Gambar 4.7. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol terhadap CTR Nannochloropsis sp.
Pada Gambar 4.7. untuk perlakuan filtrasi, nilai CTR cenderung meningkat seiring bertambahnya waktu. Hal itu dikarenakan kultur Nannochloropsis sp. tidak mengalami kejenuhan yang berarti di dalam fotobioreaktor. Perlakuan teknik filtrasi kontinyu dengan pengaturan laju hisap filter ini mampu mengendalikan densitas sel, oleh karena itu tingkat kejenuhan dalam fotobioreaktor dapat diminimalisir. Sedangkan untuk perlakuan kontrol, CTR menurun seiring bertambahnya waktu kultivasi. Kejenuhan yang terjadi pada perlakuan ini akan mengakibatkan tidak seimbangnya peningkatan jumlah sel dengan besarnya fiksasi konsentrasi CO2 yang membuat medium lama-kelamaan jenuh dengan CO2 terlarut karena sel dapat memproduksi sumber karbonnya sendiri (Heru D, 2010). Hal itu dapat menyebabkan CO2 yang mengalir sebagian terserap dan sebagian lewat begitu saja menuju outlet. Pada perlakuan teknik filtrasi secara kontinyu nilai CTR rata-rata yang digunakan untuk aktivitas biologi tampak lebih besar 2,94 kali dibandingkan kondisi kultivasi kontrol (Ingrid, 2012). Perlakuan serupa juga pernah dilakukan oleh Heru Darmawan pada tahun 2010 menggunakan mikroalga Chlorella vulgaris dan untuk perlakuan
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
47
filtrasi CTR rata-rata 5,49 kali lebih besar dibandingkan dengan perlakuan tanpa filtrasi. 4.2.2.6. Pengaruh Pengaturan Kecepatan Alir Hisap dalam Perlakuan Filtrasi terhadap qCO2 oleh Nannochloropsis sp. qCO2 adalah laju gas CO2 yang ditransfer dalam suatu volume medium karena adanya aktivitas kehidupan biologi dalam satu satuan waktu tertentu. Nilai qCO2 didapatkan dari pengolahan data CTR (carbon transfer rate) dimana nilai q dapat didefinisikan sebagai CTR per satuan biomassa (Wijanarko et al, 2004).
Gambar 4.8. Pengaruh Pengaturan Laju Hisap Filter dalam Perlakuan Filtrasi dan Kontrol terhadap qCO2 Nannochloropsis sp.
Hasil yang didapat menunjukkan bahwa nilai rata-rata qCO2 yang digunakan untuk aktivitas Nannochloropsis sp. pada pengaturan kecepatan laju hisap filter dalam perlakuan filtrasi 1,13 kali lebih besar dibandingkan dengan reaktor tanpa perlakuan filtrasi (Ingrid, 2012). Penelitian terdahulu juga untuk perlakuan filtrasi, rata-rata qCO2 lebih besar 4,78 kali dibandingkan dengan perlakuan tanpa filtrasi (Heru D, 2010). Oleh karena itu, perlakuan filtrasi dengan mengatur laju hisap filter mempengaruhi laju fiksasi CO2 Nannochloropsis sp. Seiring bertambahnya waktu kultivasi, maka pertumbuhan Nannochloropsis sp. juga akan semakin meningkat yang mengakibatkan qCO2 akan semakin kecil. Penurunan laju gas CO2 yang ditransfer ke dalam fotobioreaktor akibat dari ketidakseimbangan antara peningkatan jumlah sel dengan besarnya konsentrasi CO2 yang difiksasi. Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
48
4.2.3. Analisis Kandungan Biomassa dari Sel Nannochloropsis sp. Hasil Kultivasi Pada penelitian ini akan dilakukan uji kandungan biomassa dari mikroalga Nannochloropsis sp. hasil kultivasi di atas. Pengujian ini dimaksudkan sebagai salah satu parameter penilaian tentang kinerja fotobioreaktor yang dilengkapi dengan teknik filtrasi kontinyu yang digunakan untuk produksi biomassa Nannochloropsis sp. Kandungan biomassa yang akan diuji adalah kandungan lipid, protein, klorofil dan βkaroten. Pemilihan atas ketiga kandungan biomassa tersebut dengan pertimbangan bahwa keempat komponen itulah yang kebanyakan menjadi kandungan biomassa yang potensial bagi Nannochloropsis sp. Sebagai pembanding, dilakukan juga uji kandungan terhadap Nannochloropsis sp. yang di kultur tanpa menggunakan teknik filtrasi saat kultivasi.
Tabel 4.1. Hasil Uji Kandungan Biomassa Nannochloropsis sp.
Kandungan Biomassa Klorofil (ppm) β-Karoten (ppm) Lipid (%) Protein (%)
Kontrol 0,64 0,02 15 1,42
Filtrasi Kontinyu 1,59 0,06 7,50 1,64
Pada hasil data penelitian, perlakuan filtrasi mampu meningkatkan biomassa dan laju pertumbuhan yang tinggi. Pada biomassa dan laju pertumbuhan yang tinggi, itu berarti mengandung konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya yang tinggi pula. Pada proses fotosintesis, nitrogen dan intensitas cahaya dibutuhkan mikroalga dalam jumlah cukup. Reaksi pengubahan ion nitrat menjadi ion nitrit memerlukan NADH dimana NADH merupakan sumber lipid pada Nannochloropsis sp. Dengan konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya tinggi, maka kandungan dan produktivitas lipid rendah. Sebaliknya pada biomassa dan laju pertumbuhan rendah, konsentrasi nitrogen yang terkandung juga rendah yang berarti memiliki kandungan dan produktivitas lipid tinggi. Kenaikan kadar lipid menunjukan bahwa reaksi pengubahan ion nitrat menjadi ion nitrit yang terjadi telah Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
49
berkurang. Berkurangnya jumlah ion nitrat menyebabkan konsumsi NADH untuk reaksi pengubahan ion nitrat menjadi ion nitrit juga ikut berkurang sehingga akumulasi lipid dalam Nannochloropsis sp. menjadi lebih tinggi (Anggraini P., 2012). Hal ini dapat diartikan bahwa pada umumnya meningkatnya konsentrasi nitrogen dapat menyebabkan peningkatan biomassa, protein, klorofil, beta karoten tetapi lipid menurun. Hal itu sesuai dengan Tabel 4.1. dimana pada proses filtrasi yang mampu meningkatkan laju pertumbuhan dan biomassa yang besar menghasilkan lipid lebih rendah dari pada proses kontrol. Sedangkan untuk kandungan protein, klorofil dan beta karoten pada proses filtrasi lebih besar daripada proses kontrol. Hal ini sesuai dengan pendapat Borowitzka & Borowitzka (1988) yang menyatakan bahwa pada konsentrasi nitrogen yang rendah mikroalga mengandung banyak lipid. Menurut Becker et.al (1994), mikroalga yang tumbuh pada kondisi yang kekurangan nitrogen dalam kultur biakkan akan cenderung mengakumulasi sejumlah besar lipid, tetapi akan menurunkan produksi biomassa, protein, dan asam nukleat.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari kegiatan penelitian tentang pengaturan densitas sel dalam kultur media untuk meningkatkan produksi berkelanjutan biomassa dan fiksasi CO2 oleh Nannochloropsis sp., dapat disimpulkan bahwa:
Bertambahnya jumlah sel dalam kultur, maka kecepatan laju hisap filter juga akan semakin ditingkatkan untuk mencapai laju pertumbuhan maksimum. Pada berat kering sel 0,37 g/L, σµmax,opt sebesar 3 L/min, X = 0,66 g/L, σµmax,opt sebesar 7 L/min; X = 0,85 g/L, σµmax,opt sebesar 9 L/min, dan X = 0,91 g/L, σµmax,opt sebesar 11 L/min.
Pengaturan laju hisap filter untuk mengatur densitas sel dalam reaktor secara kontinyu ini telah terbukti memberikan peningkatan terhadap produksi biomassa Nannochloropsis sp. sebesar 1,71 kali lipat. Hal ini berarti perlakuan teknik filtrasi secara kontinyu telah berhasil dalam memperpanjang waktu fase logaritmik dari kultivasi Nannochloropsis sp.
Perlakuan teknik filtrasi secara kontinyu dalam sistem kultivasi Nannochloropsis sp. juga berhasil meningkatkan perolehan nilai CTR dan biasa.
nya sebesar masing-masing 2,94 dan 1,13 kali dari kultivasi Dengan
demikian
metode
ini
sangat
potensial
untuk
dikembangkan sebagai alternatif untuk mereduksi keberadaan gas rumah kaca, CO2.
Metode pengaturan laju hisap filter dengan teknik filtrasi secara kontinyu ini diyakini juga cukup potensial untuk dikembangkan sebagai metode untuk produksi biomassa, mengingat bahwa dari hasil uji kandungan esensial seperti klorofil, β-karoten, dan protein masingmasing sebesar 2,5; 3; dan 1,15 kali lebih tinggi dari kultivasi tanpa perlakuan filtrasi. 50 Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
51
5.2. Saran
Perlu dilakukan faktor koreksi untuk mengetahui jumlah CO2 yang terserap dalam media filter.
Perlu dilakukan pencarian panjang gelombang maksimum untuk mengukur OD mikroalga Nannochloropsis sp, bukan dari jurnal.
Kurva kalibrasi OD vs X yang dibuat masih kurang sempurna dan perlu dilakukan pengulangan untuk pembuatan kurva kalibrasinya. Hal itu dikarenakan medium yang dipakai pada saat pembuatan kurva kalibrasi masih banyak mengandung garam yang dapat mempengaruhi perhitungan berat kering sel Nannochloropsis sp. Oleh karena itu, perlu diupayakan untuk menghilangkan kandungan garam yang terdapat pada medium agar perhitungan berat kering sel lebih akurat.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
52
DAFTAR PUSTAKA
Becker, E. W. 1994. Microalgae Biotechnology and microbiology. Cambridge University Press, Cambridge. Chen, Y.C., Yeh, K.L., Aisyah, R., Lee, D.J., Chang, J.S., 2011, Cultivation, Photobioreactor Design and Harvesting of Microalgae for Biodiesel Production: A critical review., Bioresource Technology, 102, 71-81 Darmawan, H. 2010. Skripsi: “Pengaturan Kecepatan Aliran Hisap Dalam Perlakuan Filtrasi Pada Sirkulasi Aliran Media Kultur Untuk Peningkatan Produksi Biomassa Chlorella Vulgaris Buitenzorg”. Departemen Teknik kimia. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok. De La Noue J, Laliberte G, Proulx D (1992). Algae and wastewater. J. Appl. Phycol. 4: 247-254. Harun, R., Singh, M., Forde, G.M., Danquah, M.K., (2010), Bioprocess Engineering of Microalgae to Produce a Variety of Consumer Products, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, hal. 1037–1047. Jorge M.S. Rocha, Juan E.C. Garcia, Marta H.F. Henriques, (2003), Growth Aspects of the Marine Microalga Nannochloropsis gaditana, Chemical Engineering Department, University of Coimbra, 3030-290 Coimbra, Portugal. 237-242 Nuzulliany R (2008) Perlakuan Filtrasi Aliran Sirkulasi Media Kultur untuk Peningkatan Produksi Biomassa Chlorella sp. melalui Pencahayaan
Kontinyu
dalam
Fotobioreaktor
Kolom
Gelembung Skala Menengah. Departemen Teknik Kimia. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok. Petrusevski B, Bolier G, Van Bremen AN, Alaerts GJ. Tangential flow filtration: a method to concentrate freshwater algae. Water Res 1995;29:1419 – 24. 52 Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
53
Rebolloso-Fuentes MM, Navarvo-Perez A, Garcia-Camacho F, RamosMiras JJ, Guil-Guerrero JL (2001) Biomass nutrient profiles of the microalga Nannochloropsis. J Agri Food Chem 49:2966-2972 Richmond, A. E. 1990. Microalgaculture. Volume 4. Issue 4. In CRC Critical Review in Biotechnology. P 400-404 Riedel A, Michel C, Gosselin M, Leblanc B (2008) Winter–spring dynamics in sea ice carbon cycling in the coastal Arctic Ocean. J Mar Syst 74: 918–932 Spolaore.
P.
et
al.
(2006).
"Commercial
Applications
of
Microalgae". Journal of Bioscience and Bioengineering 102: 87–96. Septian, M. 2011. Skripsi: “Optimasi Produksi Biomassa dan Kemampuan Fiksasi CO2 Chlorella Vulgaris Menggunakan Perpaduan Filtrasi Dan Alterasi Dengan Membran Serat Berongga Sebagai Aerator”. Departemen Teknik kimia. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok. Taw, Nyan. 1990. Petunjuk Pemeliharaan Kultur Murni dan Massal Mikroalga. Proyek Pengembangan Udang, United nations development
Programme,
Food
and
Agriculture
Organizations of the United Nations. Wijanarko A. and Dianursanti. 2007. Enhancement Of Cyanobacteria Growth In Serial Configuration Photobioreactor By Photon Flux Density Alteration. Technology. 299-308 Wijanarko, A. & Dianursanti. 2009. Simulated flue gas fixation for large-scale
biomass
production
of
Chlorella
vulgaris
Buitenzorg. International Journal for Algae, 11: 351-358 Wijanarko A., Dianursanti, Heidi, Soemantojo, R. W. & Ohtaguchi, K. (2006) Effect of light illumination alteration on Chlorella vulgaris Buitenzorg’s CO2 fixation in bubble column photobioreactor, International Journal of Algae, 8(1) 53-60
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
54
Wijanarko A. And K. Ohtaguchi, “reactor in Series Approximation, an Enhancement
Effort
of
CO2
Removal
Production by Anabaena cylindrica”, 7
and th
Biomass
International
Conference on Carbon Dioxide Utilization, Seoul, South Korea, October 12-16, 2003 (pp. 17-18) Wijanarko A., S. Kajiwara and K. Ohtaguchi, “An Approach with Bubble Column Bioreactor to the Development of Large Scale Culture of Cyanobacteria for Carbon Dioxide Removal”, 4th Japanese-German Symposium on Bubble Column, Kyoto, Japan, December 2-5, 1997 (pp. 110-117) Wijoseno, T. 2010. Seminar: “Uji Pengaruh Medium Terhadap Kadar Kandungan
Lemak,
Protein,
dan
Karbohidrat
Pada
Mikroalga Chlorella vulgaris”. Departemen Teknik Kimia. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok. Wirosaputro, S. (2002), Chlorella untuk Kesehatan Global, Teknik Budidaya dan Pengolahan, Gajahmada University Press, Yogyakarta. Wisnu, W. (et al). Prosiding Seminar Biologi (ke-14: Depok: 1995). Perhimpunan Biologi Indonesia, Vol. 2 1997 : p. 321 - 327 ; Fig., 0, 0, Ref.
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
55
LAMPIRAN A KURVA KALIBRASI OD540nm vs X
Penentuan kurva kalibrasi OD 540 vs X telah dijelaskan pada bab sebelumnya. Kurva yang diperoleh sebagai berikut:
Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
56
LAMPIRAN B PENENTUAN KECEPATAN SUPERFISIAL
Penentuan kecepatan superfisial gas (UG) dimaksudkan untuk mencari nilai Ug optimal dalam reaktor tersebut agar diperoleh produktivitas yang tinggi. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut:
Jam 0 2 4 6 8 12 16 20 24 30 36 42 48 56 64 72 80 88 96 104 116 128 140 164
UG 6,88 m.jam 0,173 0,177 0,187 0,192 0,2 0,215 0,241 0,269 0,281 0,306 0,341 0,381 0,412 0,447 0,529 0,552 0,581 0,618 0,669 0,707 0,764 0,801 0,87 0,959
-1
OD (optical density) UG 12,04 m.jam-1 UG 17,20 m.jam-1 0,19 0,198 0,208 0,204 0,216 0,219 0,241 0,227 0,248 0,241 0,276 0,269 0,297 0,277 0,316 0,3 0,328 0,313 0,389 0,36 0,436 0,395 0,481 0,433 0,523 0,472 0,589 0,528 0,655 0,571 0,706 0,616 0,742 0,716 0,791 0,746 0,871 0,784 0,896 0,845 0,975 0,935 1,04 0,99 1,095 1,045 1,23 1,178
UG 24,07 m.jam-1 0,205 0,209 0,231 0,239 0,281 0,291 0,301 0,307 0,333 0,384 0,424 0,475 0,516 0,577 0,668 0,712 0,767 0,804 0,844 0,914 0,987 1,07 1,116 1,209
Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
57
Dari grafik yang terlihat di atas, UG optimum untuk volume fotobioreaktor 18 L sebesar 12,04 m/jam. Oleh karena itu, flowrate yang didapat adalah:
(
)
Dari hasil perhitungan di atas, dapat dilihat bahwa nilai UG 12,04 m/jam memberikan hasil produksi biomassa yang lebih optimal. Hal ini menunjukkan bahwa nilai UG yang digunakan tersebut menghasilkan proses transfer massa terbaik dari beberapa variasi Ug yang diujikan, dalam menghasilkan produk biomassa.
Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
58
LAMPIRAN C PENENTUAN LAJU HISAP FILTER
Tabel di bawah ini merupakan data hasil penelitian untuk menentukan laju hisap filter optimum. X0 = 0,37 g/L σ = 1 L/m Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
OD Filtrat
0
0,205
0,0463495
18
1,5
0,219
0,0697841
17,7
0,53
0,590367
3
0,223
0,0764797
17,4
0,608
4,5
0,225
0,0798275
17,1
6
0,23
0,088197
7,5
0,246
9 10,5
X Filtrat
V Filtrat
X Total
Ib
pH
µ
0,046349
1250
7,5
0
0,3
0,07846
1235
7,5
0,350923
0,720931
0,3
0,097409
1229
7,6
0,144215
0,476
0,499976
0,3
0,109508
1098
7,6
0,039025
16,8
0,564
0,64728
0,3
0,129213
1022
7,7
0,036771
0,1149794
16,5
0,52
0,573628
0,3
0,165936
985
7,7
0,04169
0,255
0,1300445
16,2
0,686
0,851495
0,3
0,196358
931
7,7
0,022445
0,26
0,138414
15,9
0,632
0,761105
0,3
0,218909
965
7,7
0,01208
V Filtrat
X Total
Ib
pH
µ
0,041328
1501
7,1
0
σ = 3 L/m Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
OD Filtrat
0
0,202
0,0413278
18
1,5
0,208
0,0513712
17,7
0,544
0,613802
0,3
0,060745
1418
7,1
0,256767
3
0,245
0,1133055
17,4
0,524
0,580324
0,3
0,131624
1366
7,2
0,257756
4,5
0,25
0,121675
17,1
0,362
0,309152
0,3
0,145316
1309
7,2
0,021991
X Filtrat
6
0,267
0,1501313
16,8
0,45
0,456455
0,3
0,181338
1140
7,2
0,036908
7,5
0,276
0,1651964
16,5
0,346
0,282369
0,3
0,201272
987
7,2
0,013906
9
0,286
0,1819354
16,2
0,48
0,506672
0,3
0,226957
934
7,2
0,013345
10,5
0,292
0,1919788
15,9
0,368
0,319195
0,3
0,242835
925
7,3
0,00644
V Filtrat
X Total
Ib
pH
µ
0,03798
1134
7
0
σ = 5 L/m Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
OD Filtrat
0
0,2
0,03798
18
1,5
0,168
-0,015585
17,7
1,136
1,60475
0,3
0,011421
1531
7
-0,80108
3
0,172
-0,008889
17,4
0,7
0,87493
0,3
0,03329
1471
7
0,356607
4,5
0,18
0,004502
17,1
0,402
0,376108
0,3
0,053193
1380
7
0,10415
6
0,192
0,0245888
16,8
0,372
0,325891
0,3
0,078757
1353
7,1
0,065407
7,5
0,202
0,0413278
16,5
0,404
0,379456
0,3
0,102068
1123
7,1
0,034569
9
0,22
0,071458
16,2
0,476
0,499976
0,3
0,14085
935
7,1
0,035785
10,5
0,222
0,0748058
15,9
0,482
0,51002
0,3
0,153725
924
7,1
0,00833
X Filtrat
Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
59
X0 = 0,66 g/L σ = 5 L/m Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
OD Filtrat
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
0,591 0,599 0,614 0,63 0,639 0,653 0,688 0,71
0,6924749 0,7058661 0,7309746 0,757757 0,7728221 0,7962567 0,8548432 0,891669
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
1,798 1,158 1,132 0,918 0,92 1,106 1,004
Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
OD Filtrat
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
0,599 0,607 0,62 0,632 0,651 0,662 0,676 0,697
0,7058661 0,7192573 0,741018 0,7611048 0,7929089 0,8113218 0,8347564 0,8699083
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
1,628 1,048 1,2 0,984 1,026 1,022 1,066
Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
OD Filtrat
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
0,609 0,608 0,632 0,665 0,667 0,678 0,687 0,701
0,7226051 0,7209312 0,7611048 0,8163435 0,8196913 0,8381042 0,8531693 0,8766039
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
1,614 1,076 0,982 0,976 0,96 1,01 1,002
X Filtrat
2,712872 1,641576 1,598055 1,23984 1,243188 1,554533 1,383796 σ = 7 L/m X Filtrat
2,428309 1,457447 1,71188 1,350318 1,420621 1,413926 1,487577 σ = 9 L/m X Filtrat
2,404875 1,504316 1,34697 1,336926 1,310144 1,393839 1,380448
V Filtrat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 V Filtrat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 V Filtrat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
X Total
Ib
pH
µ
0,692475 0,739316 0,792389 0,846529 0,883335 0,928698 1,014628 1,076634
740 731 712 709 701 695 621 609
7,9 7,9 8 8,1 7,5 7,5 7,5 7,5
0 0,043636 0,023109 0,014687 0,007093 0,006677 0,009833 0,005649
X Total
Ib
pH
µ
0,705866 0,747741 0,794319 0,843784 0,899007 0,942634 0,991548 1,053792
711 701 689 630 585 560 535 499
7,1 7,1 6,5 6,5 6,6 7,2 6,2 6,3
0 0,038421 0,020142 0,013425 0,010566 0,006318 0,005621 0,005798
X Total
Ib
pH
µ
0,722605 0,748997 0,814462 0,892189 0,919094 0,960735 1,001022 1,049769
719 700 685 670 607 583 563 482
7,2 7,2 7,3 7,3 7,3 7,4 7,4 7,4
0 0,023915 0,027931 0,020256 0,004952 0,005908 0,004564 0,004528
Keterangan: X = Berat Kering Sel (g/L); I = Intensitas Cahaya (lux); µ = Laju Pertumbuhan (jam-1); V = Volume (Liter)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
60
X0 = 0,85 g/L σ = 7 L/m Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
0,814 0,8 0,837 0,848 0,864 0,878 0,903 0,909
1,065755 1,04232 1,104254 1,122667 1,14945 1,172884 1,214732 1,224775
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
0,814 0,827 0,837 0,862 0,882 0,898 0,902 0,927
1,065755 1,087515 1,104254 1,146102 1,17958 1,206362 1,213058 1,254905
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
0,808 0,835 0,817 0,844 0,88 0,886 0,876 0,887
1,055711 1,100907 1,070776 1,115972 1,176232 1,186275 1,169536 1,187949
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
OD Filtrat
X Filtrat
1,51 2,230789 1,152 1,631533 1,352 1,966313 1,214 1,735315 1,292 1,865879 1,228 1,758749 1,266 1,822357 σ = 9 L/m OD Filtrat
X Filtrat
1,138 1,608098 1,17 1,661663 1,226 1,755401 1,242 1,782184 1,23 1,762097 1,208 1,725271 1,202 1,715228 σ = 11 L/m OD Filtrat 1,394 1,142 1,294 1,236 1,236 1,176 1,268
X Filtrat
2,036617 1,614794 1,869227 1,77214 1,77214 1,671706 1,825705
V Filtrat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 V Filtrat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 V Filtrat 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
X Total
Ib
pH
µ
1,065755 1,062128 1,151001 1,203153 1,260165 1,316683 1,389972 1,43376
367 346 315 295 282 280 278 260
6,5 6,5 6,4 6,4 6,3 6,2 6,2 6,2
0 -0,00227 0,02565 0,026947 0,027927 0,028191 0,029511 0,028249
X Total
Ib
pH
µ
1,065755 1,096192 1,140958 1,212512 1,276854 1,334813 1,372935 1,445944
476 440 421 418 406 397 372 367
6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,4 6,4 6,4
0 0,018773 0,022728 0,028669 0,030119 0,030014 0,028141 0,029055
X Total
Ib
pH
µ
1,055711 1,116502 1,114516 1,191319 1,28184 1,323536 1,337687 1,389737
490 461 476 455 437 404 391 385
6,5 6,5 6,5 6,5 6,6 6,6 6,7 6,7
0 0,037324 0,018068 0,026855 0,032347 0,030146 0,026303 0,026181
Keterangan: X = Berat Kering Sel (g/L); I = Intensitas Cahaya (lux); µ = Laju Pertumbuhan (jam-1); V = Volume (Liter)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
61
X0 = 0,91 g/L σ = 10 L/m Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
1,055 1,06 1,088 1,104 1,117 1,141 1,157 1,175
1,469165 1,477534 1,524403 1,551186 1,572946 1,61312 1,639902 1,670033
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
1,059 1,067 1,116 1,127 1,143 1,15 1,156 1,17
1,47586 1,489251 1,571272 1,589685 1,616468 1,628185 1,638228 1,661663
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
Jam ke-
OD Reaktor
X Reaktor
V Reaktor
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5
1,051 0,987 1,029 1,073 1,038 1,055 1,091 1,08
1,462469 1,355339 1,425643 1,499295 1,440708 1,469165 1,529425 1,511012
18 17,7 17,4 17,1 16,8 16,5 16,2 15,9
OD Filtrat
X Filtrat
1,606 2,391483 1,576 2,341266 1,474 2,170529 1,496 2,207354 1,514 2,237485 1,582 2,35131 1,47 2,163833 σ = 11 L/m OD Filtrat
X Filtrat
1,538 2,277658 1,68 2,515352 1,738 2,612438 1,648 2,461787 1,692 2,535439 1,454 2,137051 1,716 2,575612 σ = 12 L/m OD Filtrat 1,432 1,4 1,518 1,422 1,412 1,538 1,578
X Filtrat
2,100225 2,04666 2,24418 2,083486 2,066747 2,277658 2,344614
V Filtrat
X Total
Ib
pH
µ
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
1,469165 1,492766 1,578782 1,642764 1,703056 1,782666 1,851915 1,921798
301 293 284 270 254 242 219 141
7,5 7,5 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6
0 0,010625 0,023987 0,024819 0,024622 0,025789 0,025725 0,025578
V Filtrat
X Total
Ib
pH
µ
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
1,47586 1,502391 1,625878 1,689291 1,759103 1,816151 1,865162 1,936027
334 327 303 298 263 237 225 219
7,8 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8 7,9 7,9
0 0,011878 0,032269 0,030015 0,02926 0,027664 0,026012 0,025847
V Filtrat
X Total
Ib
pH
µ
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
1,462469 1,367754 1,471766 1,583022 1,562241 1,627297 1,728067 1,753666
391 376 319 306 295 280 243 237
6,4 6,4 7 7,3 7,3 7,4 7,4 7,4
0 -0,04464 0,002112 0,017602 0,010999 0,014239 0,018542 0,017294
Keterangan: X = Berat Kering Sel (g/L); I = Intensitas Cahaya (lux); µ = Laju Pertumbuhan (jam-1); V = Volume (Liter)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
62
LAMPIRAN D DATA HASIL PENELITIAN
A. Filtrasi Jam ke0
OD Reaktor 0,2
6
0,261
12
0,336
18
0,384
24
0,48
30
0,545
36
0,622
42
0,723
48
0,773
54
0,85
60
0,9
66
0,962
72
1,062
78
1,142
84
1,208
90
1,292
96
1,332
102
1,377
Vol Reaktor 18
X Reaktor 0,03798
OD Filtrat
Vol Filtrat
X Filtrat
0,1400879 17,7
0,2656304
0,904
0,3
1,2164056
0,3459776 17,4
0,506672
0,74
0,3
0,941886
0,6154755 17,1
0,7443658
0,874
0,3
1,1661886
0,9134297 16,8
0,9971247
1,104
0,3
1,5511856
1,126015 16,5
1,20971
1,254
0,3
1,8022706
1,3134918 16,2
1,4808818
1,512
0,3
2,2341368
1,6147938 15,9
1,7252712
1,686
0,3
2,5253954
1,8658788 15,6
1,9328348 2,0081603
1,93
0,3
2,933827
∆yCO2 CTR 0,3035
CTR
qCO2
µx
1,7107
% ∆yCO2 30,3509
15,3594
404,4077
0,0000
2,554
3,0011
54,0242
0,5402
27,3395
195,1598
0,2175
5,9662
2,1103
3,8559
64,6291
0,6463
32,7062
116,1951
0,1669
1279
5,8688
2,0063
3,8625
65,8141
0,6581
33,3059
88,9978
0,1271
3000
1030
5,2625
3,1174
2,1451
40,7620
0,4076
20,6280
38,8548
0,1099
3000
1002
5,2005
3,3453
1,8552
35,6735
0,3567
18,0529
27,2799
0,0953
0,001178
3000
992
5,2129
3,1457
2,0672
39,6555
0,3966
20,0681
25,5248
0,0842
6,2
0,001227
3000
880
5,4331
2,4075
3,0256
55,6883
0,5569
28,1816
28,6579
0,0775
1,055344001
6,3
0,001435
3000
731
5,046
2,1363
2,9097
57,6635
0,5766
29,1812
27,6509
0,0693
1,22566478
6,3
0,001503
3000
620
5,2856
1,8948
3,3908
64,1517
0,6415
32,4646
26,4874
0,0643
1,294058971
6,4
0,002113
3000
544
5,901
1,6088
4,2922
72,7368
0,7274
36,8092
28,4448
0,0588
1,449543617
6,4
0,002141
3000
491
5,9801
1,6146
4,3655
73,0005
0,7300
36,9426
25,4857
0,0552
1,597189068
6,5
0,002652
3000
421
5,8852
1,6473
4,2379
72,0094
0,7201
36,4411
22,8158
0,0519
1,794539242
6,6
0,002964
3000
360
5,223
1,3398
3,8832
74,3481
0,7435
37,6246
20,9662
0,0494
1,880906107
6,9
0,006292
3000
331
5,5578
0,7086
4,8492
87,2504
0,8725
44,1539
23,4748
0,0465
2,096685146
6,9
0,005623
3000
300
4,9669
0,8441
4,1228
83,0055
0,8301
42,0058
20,0344
0,0446
2,135910046
7
0,007763
3000
261
5,4466
1,3038
4,1428
76,0621
0,7606
38,4920
18,0214
0,0420
2,298523838
7
0,007796
3000
222
5,4703
1,4335
4,0368
73,7949
0,7379
37,3447
16,2472
0,0402
X Total
pH
[HCO3-]
Id
Ib
yCO2in
yCO2out
∆yCO2
0,03798
6
0,000803
3000
1391
5,6364
3,9257
0,1400879
6
0,000792
3000
1317
5,5551
0,281476653
6
0,00085
3000
1285
0,374233111
6,1
0,001053
3000
0,530900139
6,1
0,000944
0,661766446
6,1
0,000933
0,786217373
6,2
0,983380887
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
63
Jam ke108
OD Reaktor 1,43
114
1,467
120
1,534
126
1,577
132
1,597
138
1,615
144
1,667
150
1,727
156
1,78
162
1,825
168
1,861
174
1,895
180
1,92
186
1,962
192
1,993
198
2
204
2,05
Vol Reaktor 15,3
X Reaktor 2,096877
OD Filtrat 2,158
Vol Filtrat 0,3
2,2709626
2,3764183
2,4935913
2,682742
2,8183279
2,917088
3,0392827
3,134695
86,4646
0,8646
43,7563
16,8822
0,0352
160
5,0254
0,6922
4,3332
86,2260
0,8623
43,6356
15,7612
0,0340
143
5,7753
0,8205
4,9548
85,7929
0,8579
43,4164
15,7009
0,0325
3000
118
5,6856
1,013
4,6726
82,1831
0,8218
41,5896
14,2950
0,0314
0,016214
3000
106
5,7018
0,8408
4,8610
85,2538
0,8525
43,1436
14,5903
0,0302
7,3
0,015834
3000
96
5,5679
0,8121
4,7558
85,4146
0,8541
43,2250
13,6011
0,0295
3,222542452
7,4
0,019963
3000
78
5,5762
0,8174
4,7588
85,3413
0,8534
43,1878
13,4018
0,0285
3,430754758
7,4
0,019162
3000
73
5,3525
0,9301
4,4224
82,6231
0,8262
41,8123
12,1875
0,0278
3,444129947
7,5
0,023072
3000
50
5,1192
0,7634
4,3558
85,0875
0,8509
43,0594
12,5023
0,0268
3,647675833
7,5
0,026521
3000
40
5,8843
0,9144
4,9699
84,4603
0,8446
42,7420
11,7176
0,0262
3,640088674
7,5
0,026982
3000
35
5,9867
0,9517
5,0350
84,1031
0,8410
42,5612
11,6924
0,0253
3,865083399
7,6
0,028677
3000
30
5,0541
1,7255
3,3286
65,8594
0,6586
33,3288
8,6231
0,0249
3,863754641
7,6
0,032389
3000
25
5,7083
0,7603
4,9480
86,6808
0,8668
43,8657
11,3531
0,0241
4,040989732
7,6
0,031543
3000
22
5,5593
0,9064
4,6529
83,6958
0,8370
42,3551
10,4814
0,0236
4,068969027
7,7
0,037605
3000
15
5,2645
1,387
3,8775
73,6537
0,7365
37,2732
9,1604
0,0229
36,3994
39,3880
1,7463
2,51428116
7,1
0,00917
3000
183
5,1106
2,591853509
7,1
0,009193
3000
177
2,768541201
7,1
0,009017
3000
2,765226537
7,2
0,013046
3000
2,909375722
7,2
0,012843
2,957002799
7,3
3,178057625
3,9515582
3,9247758
0,3
4,490554
3,034
0,3
4,7818126
0,3
4,4301
5,6168
2,86
3,28
0,6935
194
4,7952038
3,051 12,9
5,1236
3000
3,6904298
0,3
0,0368
0,008005
0,3
3,042
17,1236
7
2,9873918 13,2
43,0537
2,356536401
2,8752405 13,5
0,8508
3,3154762
2,7580675 13,8
85,0761
∆yCO2
2,382
0,3
4,3479
yCO2out
3,3891278
2,522
0,7627
yCO2in
2,5940253 14,1
0,0382
Ib
0,3
0,3
14,7981
Id
2,202
2,538
34,8723
[HCO3-]
2,4065485 14,4
µx
pH
2,3429403 14,7
qCO2
X Total
2,1588113 15
∆yCO2 CTR 0,6891
CTR
3,8705
% ∆yCO2 68,9093
X Filtrat
5,193592
RATA-RATA
Keterangan: X = Berat Kering Sel (g/L); [HCO3-] = Senyawa Bikarbonat (M); I = Intensitas Cahaya (lux); yCO2 = Konsentrasi CO2 (%); CTR = Carbon Transfer Rate (g/L.jam); qCO2 = Laju Fiksasi CO2 (g/g sel.jam); µ = Laju Pertumbuhan (jam-1)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
64
B. Kontrol CTR
qCO2
µx
43,9811
∆yCO2 CTR 0,4398
22,2571
517,5867
0,0000
1,6114
30,8875
0,3089
15,6309
191,7873
0,1066
0,9198
4,4870
82,9881
0,8299
41,9970
340,4731
0,0878
5,2784
4,1053
1,1731
22,2245
0,2222
11,2470
59,0997
0,0826
1396
5,0069
3,7161
1,2908
25,7804
0,2578
13,0465
43,8633
0,0806
3000
1364
5,1137
1,1786
3,9351
76,9521
0,7695
38,9424
116,5033
0,0684
0,007743028
3000
1340
5,4328
3,244
2,1888
40,2886
0,4029
20,3885
52,3454
0,0612
7
0,008470042
3000
1305
5,9429
4,9816
0,9613
16,1756
0,1618
8,1858
17,0577
0,0574
7,1
0,009584258
3000
1264
5,3416
4,5324
0,8092
15,1490
0,1515
7,6663
15,0809
0,0515
7,1
0,009771938
3000
1219
5,4462
4,4712
0,9750
17,9024
0,1790
9,0597
15,1738
0,0487
0,6204972
7,1
0,009794008
3000
1196
5,4585
4,5554
0,9031
16,5448
0,1654
8,3727
13,4935
0,0445
0,631
0,7594309
7,1
0,009364101
3000
1097
5,2189
4,135
1,0839
20,7687
0,2077
10,5102
13,8396
0,0435
72
0,693
0,8632127
7,1
0,010370326
3000
997
5,7797
4,5172
1,2625
21,8437
0,2184
11,0542
12,8059
0,0417
78
0,738
0,9385382
7,2
0,01304598
3000
917
5,7755
4,2346
1,5409
26,6799
0,2668
13,5017
14,3858
0,0395
84
0,767
0,9870813
7,2
0,013520112
3000
798
5,9854
4,7663
1,2191
20,3679
0,2037
10,3074
10,4423
0,0373
90
0,804
1,0490156
7,2
0,012955626
3000
695
5,7355
4,496
1,2395
21,6110
0,2161
10,9365
10,4255
0,0355
96
0,843
1,1142977
7,2
0,012984088
3000
655
5,7481
4,288
1,4601
25,4014
0,2540
12,8547
11,5361
0,0339
102
0,894
1,1996666
7,2
0,011314121
3000
593
5,0088
3,2065
1,8023
35,9827
0,3598
18,2094
15,1787
0,0326
108
0,920
1,243188
7,2
0,012804057
3000
542
5,6684
3,3354
2,3330
41,1580
0,4116
20,8284
16,7540
0,0311
114
1,013
1,3988607
7,3
0,015285858
3000
532
5,3753
3,2613
2,1140
39,3280
0,3933
19,9024
14,2276
0,0305
120
1,050
1,460795
7,3
0,012738168
3000
527
4,4794
3,4188
1,0606
23,6773
0,2368
11,9821
8,2025
0,0294
126
1,115
1,5695985
7,3
0,016486478
3000
480
5,7975
3,8664
1,9311
33,3092
0,3331
16,8565
10,7393
0,0286
Jam ke0
OD Reaktor 0,203
X Total
pH
[HCO3-]
I0
Ib
yCO2in
yCO2out
∆yCO2
%∆yCO2
0,0430017
6,9
0,006000162
3000
1547
5,3
2,969
2,3310
6
0,226
0,0815014
6,9
0,005906197
3000
1435
5,217
3,6056
12
0,251
0,1233489
6,9
0,006121071
3000
1426
5,4068
18
0,291
0,1903049
6,9
0,005975709
3000
1401
24
0,355
0,2974345
7
0,00713602
3000
30
0,377
0,3342603
7
0,007288235
36
0,410
0,389499
7
42
0,464
0,4798896
48
0,481
0,5083459
54
0,534
0,5970626
60
0,548
66
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
65
CTR
qCO2
µx
23,1595
∆yCO2 CTR 0,2316
11,7201
7,3804
0,0273
1,0047
16,5211
0,1652
8,3607
5,0113
0,0265
2,4315
2,7223
52,8212
0,5282
26,7307
15,7379
0,0255
5,9921
3,0486
2,9435
49,1230
0,4912
24,8592
14,2022
0,0247
5,5418
3,8765
1,6653
30,0498
0,3005
15,2070
8,2914
0,0241
190
5,3155
3,5594
1,7561
33,0373
0,3304
16,7189
8,8965
0,0233
3000
175
5,2531
4,4568
0,7963
15,1587
0,1516
7,6712
3,9180
0,0227
0,017965684
3000
150
5,0183
4,1661
0,8522
16,9818
0,1698
8,5938
4,2406
0,0221
7,5
0,023626121
3000
140
5,2421
3,3149
1,9272
36,7639
0,3676
18,6048
8,9874
0,0215
2,1253333
7,5
0,022617456
3000
122
5,0183
3,1253
1,8930
37,7219
0,3772
19,0896
8,9819
0,0210
1,456
2,1403984
7,5
0,026585865
3000
108
5,8988
4,8986
1,0002
16,9560
0,1696
8,5808
4,0090
0,0204
198
1,498
2,2107022
7,5
0,023429616
3000
98
5,1985
3,5305
1,6680
32,0862
0,3209
16,2375
7,3450
0,0199
204
1,533
2,2692887
7,5
0,022096447
3000
71
4,9027
3,2098
1,6929
34,5300
0,3453
17,4742
7,7003
0,0194
12,55943
34,87539
Jam ke132
OD Reaktor 1,126
X Total
pH
[HCO3-]
I0
Ib
yCO2in
yCO2out
∆yCO2
%∆yCO2
1,5880114
7,3
0,013805132
3000
448
4,8546
3,7303
1,1243
138
1,174
1,6683586
7,3
0,017293526
3000
413
6,0813
5,0766
144
1,192
1,6984888
7,3
0,014655974
3000
319
5,1538
150
1,223
1,7503797
7,3
0,017039866
3000
303
156
1,273
1,8340747
7,4
0,019839831
3000
250
162
1,300
1,87927
7,4
0,01902967
3000
168
1,347
1,9579433
7,4
0,018806276
174
1,388
2,0265732
7,4
180
1,414
2,0700946
186
1,447
192
RATA-RATA
Keterangan: X = Berat Kering Sel (g/L); [HCO3-] = Senyawa Bikarbonat (M); I = Intensitas Cahaya (lux); yCO2 = Konsentrasi CO2 (%); CTR = Carbon Transfer Rate (g/L.jam); qCO2 = Laju Fiksasi CO2 (g/g sel.jam); µ = Laju Pertumbuhan (jam-1)
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
66
LAMPIRAN E ELEMENTAL ANALYSIS SEL Nannochloropsis sp.
Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
67
Universitas Indonesia
Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012
68
LAMPIRAN F ANALISA LIPID MENGGUNAKAN GC-MS
Dari hasil analisa menggunakan GC-MS, yang terkandung dalam lipid alga adalah sebagai berikut: RT 11,36 11,68
Asam Lemak Phtalic acid Palmitic acid
Quality 91 91
Universitas Indonesia Pengaturan laju..., Gesti aprilia Fitriani, FTUI, 2012