PENGARUH PENAMBAHAN SENYAWA BIKARBONAT DAN

Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
PENGARUH PENAMBAHAN SENYAWA BIKARBONAT DAN
SENYAWA NITROGEN TERHADAP KANDUNGAN BIOMASSA DAN
LIPID ALGA MIKRO CHLORELLA SP.
Kelompok B.90.3.09 Semester I – 2001/2002
Fauzi - 13097013 dan Armand Panji - 13097095
Pembimbing :
Dr. Ir. Tatang Hernas Soerawidjaja
Ir. Retno Gumilang Dewi, M.Env.Eng.Sc.
Laboratorium Metodologi Perancangan dan Pengendalian Proses
ABSTRAK
Chlorella sp. adalah alga bersel satu yang hidup di air tawar maupun air
laut. Alga tersebut mampu berfotosintesis. Sumber karbon yang umum
dimanfaatkan adalah CO2 dan karbon anorganik lainnya seperti ion HCO3-.
Kultur dibiakkan dalam suatu fotobioreaktor Selama dibiakkan,
penyinaran diberikan secara kontinu dengan menggunakan 3 lampu fluorescent
yang ditempatkan dengan jarak 30 cm dari reaktor dan udara yg mengandung 5%
volume CO2 ditiupkan ke dalam reaktor.
Percobaan untuk mengetahui pengaruh penambahan bikarbonat
dilakukan dengan memvariasikan penambahan NaHCO3. Hasil menunjukkan
bahwa penambahan NaHCO3 akan menyebabkan menurunnya perolehan
biomassa. Laju pertumbuhan mengalami penurunan berturut-turut untuk
penambahan 0 g, 0,005 g, dan 0,01 g NaHCO3 adalah 0,060 jam-1, 0,017 jam-1,
dan 0,009 jam-1.
Kultur yang ditambahkan dengan 0,1 g NH4NO3 dibandingkan dengan
kultur yang tidak ditambahkan sama sekali. Hasilnya menunjukkan bahwa dalam
keadaan defisien nitrogen, pertumbuhan alga akan melambat tetapi kandungan
lipidnya besar (53%-berat kering).
1. PENDAHULUAN
Indonesia mempunyai daerah laut yang sangat luas tetapi potensinya
belum sepenuhnya dikembangkan. Selama ini, fokus ekploitasi laut hanya berkisar
pada pemanfaatan ikan sebagai sumber makanan dan kandungan mineralnya.
Penelitian menunjukkan bahwa alga mikro Chlorella sp. yang berhabitat di
laut ini merupakan sumber protein yang tinggi (51-58% berat kering).
Kecenderungan penelitian saat ini adalah pemanfaatan alga sebagai salah satu
sumber bahan bakar terbaharui. Kandungan lemak dalam alga ini dapat diekstraksi
1
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
sehingga menghasilkan minyak nabati yang diharapkan dapat menjadi sumber
bahan bakar alternatif.
Sumber karbon utama bagi alga adalah CO2 yang merupakan komponen
utama dari gas hasil pembakaran. Pencemaran udara yang bersumber dari gas
buangan kendaraan bermotor dan industri menjadi permasalahan utama di
berbagai negara karena menimbulkan efek rumah kaca dan pemanasan global.
Pemanfaatan CO2 sebagai sumber karbon bagi alga dapat menjadi solusi
untuk mengurangi dampak dari gas buang dengan cara mengalirkan gas buang
industri ke laut, tempat alga ini tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan alga juga
sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor dari kondisi lingkungan, misalnya
pemberian nutrisi yang tepat, suhu, pH, dan lain-lain. Untuk mengembangkan alga
ini diperlukan pengetahuan akan pengaruh faktor-faktor tersebut, yaitu sejauh
mana faktor-faktor tersebut berperan dalam pertumbuhannya. Oleh karena itu,
penelitian mengenai faktor-faktor yang dominan dalam pertumbuhan alga akan
sangat bermanfaat. Jika alga tersebut tumbuh dengan baik, akan makin banyak
pula CO2 yang diserap dan akan makin banyak minyak yang diperoleh yang dapat
digunakan untuk biodiesel.
Selain CO2, alga diketahui dapat memanfaatkan sumber-sumber karbon
lain seperti ion bikarbonat. Yang ingin diketahui adalah senyawa manakah yang
paling dominan dimanfaatkan alga tersebut dalam pertumbuhannya, gas CO2
terlarut atau ion bikarbonat. Kandungan lipid alga yang nantinya diharapkan dapat
dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar cair alternatif juga ingin ditingkatkan
dengan mengurangi kadar nitrogen dalam medium.
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Mengetahui jenis senyawa karbon anorganik yang dimanfaatkan oleh alga
mikro Chlorella sp. sebagai bahan nutrisinya dan pengaruhnya terhadap
laju pertumbuhan dan kandungan biomassa alga tesebut.
2. Mengetahui pengaruh senyawa nitrogen (dalam bentuk NH4NO3) terhadap
pertumbuhan dan produksi lipid alga mikro Chlorella sp.
2. DASAR TEORI
Alga Mikro Chlorella sp.
Chlorella adalah genus dari alga hijau (green algae). Alga ini biasa
ditemukan di air tawar, air asin, maupun di dalam tanah, sebagai tumbuhan bersel
tunggal secara individu maupun berkelompok. Alga ini memiliki bentuk spherical
dan mempunyai kloroplas yang berbentuk cup [Enclycopedia Britannica, 2000].
Cara reproduksinya adalah secara aseksual, yaitu dengan otospora (non-motile
reproductive cells). Chlorella sp. memiliki jenis sel eukariotik (mempunyai
membran inti sel). Ukuran diameternya berkisar antara 2-8 mikron sehingga tidak
dapat dilihat dengan mata telanjang [Taiwan Chlorella, 1996].
Chlorella sp. mempunyai dinding sel dan berkembang biak dengan cara
pemecahan dinding sel. Dalam kondisi normal, sel-sel Chlorella sp. tumbuh pada
siang hari dan membelah pada malam hari. Chlorella sp. tumbuh paling baik
2
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
dalam kondisi asam pada pH antara 2,0-6,0. Selain itu, Chlorella sp. dapat hidup
dalam air yang memiliki tingkat salinitas antara 0-5% [Richmond, 1986]. Alga ini
berkembang biak pesat dalam kondisi yang cocok : sinar matahari yang kuat, air
murni, dan udara bersih. Reproduksi Chlorella sp. dapat dibagi menjadi 4 tahap :
pertumbuhan Æ pematangan Æ dewasa Æ pembelahan. Sebuah sel induk akan
membelah menjadi 4-16 buah sel anak; dan seluruh proses ini berlangsung kurang
dari 24 jam.
Pertumbuhan alga pada keadaan tunak (steady state) dapat didefinisikan
dengan persamaan :
N
ln
= kt
No
N : jumlah sel
t : waktu (hari)
k : konstanta laju reaksi, spesific growth rate (hari –1)
merupakan fungsi temperatur, pencahayaan, dan konsentrasi nutrisi.
Sumber Karbon
Alga mengandung 50% karbon. Sumber karbon yang paling umum
adalah CO2; untuk memproduksi 1 gram alga diperlukan CO2 sebanyak 1,8 gram.
Laju pertumbuhan spesifik Chlorella tidak bergantung pada konsentrasi CO2 pada
rentang 0,56 sampai 4,4%. Pada konsentrasi tinggi (>6%) kandungan garam akan
menjadi penghambat. Kelaziman dalam praktek = 5% CO2 pada aerating gas.
Sumber karbon lain adalah glukosa dan asetat. Kedua senyawa ini
mendukung pertumbuhan alga dalam gelap. Hal yang perlu diperhatikan dalam
penggunaan sumber karbon organik adalah perlunya mempertahankan kondisi
kultur agar tetap murni. Jika tidak, pertumbuhan bakteri dan jamur akan
mengalahkan pertumbuhan alga.
Ion bikarbonat juga merupakan salah satu sumber karbon anorganik. Ion
ini dapat terbentuk dengan melarutkan asam karbonat yang merupakan asam
diprotik. Reaksi yang terjadi :
H2CO3 + H2O ⇔ H3O+ + HCO3HCO3- + H2O ⇔ H3O+ + CO32Reaksi tersebut tergantung pada kondisi pH.
Gambar 2.1 Hubungan Konsentrasi CO2, HCO3-, CO3- dengan pH
Sumber : Rosalina dan Nurulita, 2000
3
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
Pada kondisi pH kurang dari 8, reaksi yang utama
CO2 + H2O ⇔ H2CO3 (lambat)
H2CO3 + OH- ⇔ HCO3- + H2O (cepat)
Pada kondisi pH di atas 10, reaksi utama yang terjadi :
CO2 + OH- ⇔ HCO3- (lambat)
HCO3- + OH- ⇔ CO32- + H2O (cepat)
Pada pH 8-10, semua reaksi kesetimbangan di atas signifikan.
Garam hidrogen karbonat juga dapat dibentuk dengan cara mereaksikan
gas CO2 denga basa (OH-). Reaksi yang terjadi :
CO2 + OH- Æ HCO3Contoh : Natrium hidroksida direaksikan dengan CO2 akan membentuk Natrium
Hidrogen Karbonat (Natrium bikarbonat).
Na+ + OH- + CO2 Æ Na+ + HCO3Ion bikarbonat bersifat amfoter, yaitu dapat bersifat asam maupun basa.
Sifat basa dari ion bikarbonat lebih kuat dari sifat asamnya. Sebagai basa, ion ini
dapat bereaksi dengan asam dengan reaksi sebagai berikut :
HCO3- + H3O+ Æ H2CO3 + H2O Æ CO2 + 2H2O
Sebagai asam, ion bikarbonat bereaksi dengan basa.
Jika kultur yang mengandung ion Ca2+ dikontakkan dengan ion HCO3-,
akan terbentuk Ca(HCO3-)2. Senyawa Ca(HCO3-)2 dapat terurai kembali
melepaskan CO2 dan menyebabkan mengendapnya CaCO3.
Ca(HCO3-)2 (aq) Æ CaCO3 + CO2 + H2O
Dalam sistem buffer yang lemah, proses asimilasi CO2 atau bikarbonat
oleh alga yang mengalami pertumbuhan pesat menyebabkan pergeseran
kesetimbangan sebagai hasil dari kenaikan pH akibat meningkatnya OH- yang
diekskresikan oleh alga pada medium.
Sumber Nitrogen
Sumber N yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah amonium
nitrat (NH4NO3). Senyawa ini pertama kali diperkenalkan oleh Glauber, ilmuwan
Jerman, pada tahun 1659; tidak terdapat secara alami karena sifatnya yang sangat
larut; biasa digunakan sebagai pupuk nitrogen.
Medium Nutrisi
Medium Knop merupakan salah satu medium untuk pembiakan
Chlorella. Kandungan nitrogen dalam medium tersebut akan membuat medium
tersebut berfungsi sebagai medium yang baik sampai konsentrasi sel Chlorella
mencapai 30 g/L. Air dan garam yang akan digunakan untuk medium perlu
diperhatikan dengan sunggguh-sungguh agar konsentrasi pengotor tidak besar.
Kehadiran chelating agent berguna untuk mempertahankan magnesium dan
beberapa mikroelemen dalam larutan dan membentuk sistem buffer untuk
mikroelemen. Komposisi medium Knop dapat dilihat pada Tabel 2.1.
4
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
Tabel 2.1 Medium Knop untuk Chlorella
Unsur
Gram/liter
Garam utama
MgSO4.7H20
2.5
KNO3
1.25
KH2PO4
1.25
Chelating agent (*)
0.50
Elemen mikro
Ca (sebagai CaCl2)
0.084
B(sebagai H3BO3)
0.114
Fe (sebagai FeSO4.7H2O)
0.050
Zn (sebagai ZnSO4.7H2O)
0.088
Mn (sebagai MnCl2.H2O)
0.014
Mo(sebagai MoO3)
0.007
Cu (sebagai CuSO4.5H2O)
0.016
Co(sebagai Co(NO3)2.6H2O)
0.005
pH antara 6.3 dan 6.8
(*) Ethylenediaminetetraacetic acid ((ethylenedinitrilo)tetraacetic acid)
Sumber : Kirk-Othmer, 1963
ppm unsur
30
20
10
20
4
4
4
1
3. PROSEDUR PERCOBAAN
Percobaan dilaksanakan dalam suatu bioreaktor batch berbentuk silinder
berdiameter 5 cm dan tinggi 70 cm. Sampel diambil dua kali sehari. Analisis
sampel dilakukan dengan analisis spektrofotometri dan jumlah sel dihitung
dengan counting-chamber.
Kultivasi Chlorella sp. dimulai dengan mempersiapkan medium dan
biakan. Biakan yang akan dikembangkan dalam reaktor berasal dari biakan awal
dalam labu erlenmeyer. Biakan awal sebesar 50 mL dimasukkan ke dalam labu
yang berisi campuran air laut dengan medium knop sebesar 450 mL. Biakan
tersebut diletakan di shaker.
Pada hari ketujuh dilakukan pemindahan biakan sebanyak 100 mL ke
reaktor lalu ditambahkan 900 mL medium knop air laut. Biakan dalam reaktor
dikembangkan dengan diaerasi dengan campuran CO2 - udara dan disinari dengan
3 buah lampu fluorescent berjarak 30 cm dari fotobioreaktor secara terus-menerus
selama 7 hari. Ke dalam biakan tersebut ditambahkan sejumlah senyawa
bikarbonat dan senyawa nitrogen secara bervariasi.
Pada hari ketujuh dilakukan pemanenan biakan. Pemilihan waktu
pemanenan ini berdasarkan hasil penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa
pada hari ketujuh, pertumbuhan alga Chlorella sp. telah mencapai fase stasioner.
Perhitungan hasil kultivasi alga Chlorella sp. menggunakan metode gravimetri.
Kultur disentrifuga dengan kecepatan 4500 rpm selama 1,5 jam sehingga kultur
mengendap seluruhnya. Endapan hasil sentrifuga dipanaskan dalam oven selama
24 jam dengan temperatur 80oC.
Ekstraksi dilakukan untuk memisahkan kandungan lipid dari komponenkomponen lainnya. Dari penelitian sebelumnya, jenis pelarut yang memiliki
5
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
konversi tinggi terhadap lipid adalah campuran kloroform-metanol dengan
perbandingan 2 : 1. Biomassa alga ditambahkan dengan 35 mL campuran pelarut
lalu diaduk selama 24 jam di shaker. Untuk memisahkan metanol dari campuran,
aquades ditambahkan ke dalam campuran sehingga terbentuk 2 lapisan. Pencucian
dilakukan sebanyak 2 kali.
Penyaringan dilakukan untuk memisahkan ampas biomassa. Filtrat yang
membentuk 2 lapisan kemudian dipisahkan dengan menggunakan corong
pemisah. Kloroform yang didapatkan ditampung di cawan petri dan diuapkan
pada oven bersuhu 70oC sehingga diperoleh sisa berupa lipid alga.
Metode analisis yang digunakan dalam percobaan ini adalah metode
analisis grafik. Pertumbuhan Chlorella sp. pada tiap-tiap run yang dinyatakan
dalam jumlah sel relatif terhadap jumlah sel mula-mula dialurkan terhadap waktu.
Dari kurva tersebut dapat ditentukan berapa lamanya lag phase dan log phase
serta dapat dihitung berapa kecepatan pertumbuhannya.
Kondisi Percobaan
Kondisi yang divariasikan pada tiap-tiap tempuhan dapat dilihat pada
Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Variasi Percobaan
CO2 (L / menit)
NaHCO3 (g)
NH4NO3 (g)
Run I
0.075
Run II
0.075
0.005
Run III
0.075
0.01
Run IV
0.075
0.1
Run V*
0.075
* Kadar KNO3 dalam Medium Knop dikurangi hingga 0,5 g / L
4. HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Pertumbuhan Chlorella sp.
Pertumbuhan alga mikro Chlorella sp. terdiri dari beberapa fase. Sewaktu
mulai dikultivasikan, alga pada umumnya tidak langsung tumbuh. Selama
beberapa waktu, di dalam kultur tidak ada tanda-tanda penambahan jumlah sel
(tidak menghijau). Kurun waktu tersebut disebut fasa lag. Pada kurun waktu ini,
alga beradaptasi terhadap lingkungannya yang baru dan menyintesa komponenkomponen yang dibutuhkan untuk pertumbuhannya seperti ribosom, ATP, dll.
Setelah itu alga akan tumbuh dengan cepat pada fasa log. Alga akan tumbuh dan
membelah pada laju maksimum. Laju pertumbuhan (nilai k) selama fasa ini
konstan yang besarnya tergantung pada keadaan lingkungan. Pada fasa stasioner,
karena keterbatasan nutrisi yang tersedia, pertumbuhan alga akan berhenti. Jumlah
6
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
total alga tetap pada fasa ini karena terjadi kesetimbangan antara jumlah sel yang
membelah dan yang mati.
Perbandingan beberapa labu erlenmeyer yang berisi biakan Chlorella sp.
menunjukkan bahwa faktor pengadukan lebih penting dari pada faktor
penyinaran. Hal tersebut ditunjukkan oleh tumbuhnya alga yang diaduk tanpa
sinar yang memadai dibandingkan dengan alga yang tidak diberi pengadukan
namun disinari secara cukup. Selain mencegah pengendapan alga, pengadukan
juga membuat alga selalu berada dalam lingkungan yang berkadar oksigen dan
karbondioksida seragam yang diperlukan untuk respirasi dan fotosintesis.
Identifikasi Senyawa Karbon Anorganik yang Dibutuhkan Chlorella sp.
Penginjeksian gas CO2 ke dalam air laut akan menyebabkan terbentuknya
suatu kesetimbangan antara gas CO2 terlarut dan ion bikarbonat selama pH berada
di antara 4-9. Na+ merupakan kation yang paling banyak terdapat di dalam air laut
sehingga NaHCO3 dipilih sebagai senyawa yang berfungsi untuk menambahkan
konsentrasi bikarbonat sehingga pengaruh senyawa bikarbonat terhadap
pertumbuhan Chlorella sp. bisa diamati pada penelitian ini.
Pola pertumbuhan alga mikro Chlorella sp. dalam medium yang
mengandung sejumlah ion bikarbonat tertentu dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Hasil analisa kurva-kurva tersebut disajikan pada Tabel 4.1.
4.00
3.50
Jumlah relatif
3.00
2.50
2.00
Tanpa Bikarbonat
1.50
Penambahan 0,005 g
Bikarbonat
Penambahan 0,01 g
Bikarbonat
1.00
0.50
0.00
-75
-50
-25
0
25
50
75
100
125
150
waktu (jam)
Gambar 4.1 Kurva Pertumbuhan Chlorella sp. pada Berbagai Variasi
Kandungan Ion Bikarbonat dalam Medium
Tabel 4.1 Kinetika Pertumbuhan Chlorella sp. Pada Berbagai Variasi
Kandungan Ion Bikarbonat dalam Medium
lag phase (jam)
log phase (jam)
k (gen/jam)
doubling time (jam)
Tanpa Bikarbonat Bikarbonat 0,005 g Bikarbonat 0,01 g
60
0
0
35
90
90
0.060
0.017
0.009
16.58
60.44
111.15
k : laju pertumbuhan
doubling time = 1/k
7
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
Penelitian yang telah dilakukan oleh Pratt (1943), yang melakukan
percobaan dengan menambahkan sejumlah KHCO3 dan NaHCO3 ke medium
kultivasi alga mikro Chlorella sp., menunjukkan bahwa penambahan KHCO3
mendapatkan hasil yang bertentangan dengan penambahan NaHCO3. Pada
penambahan kalium bikarbonat, laju pertumbuhan meningkat 25-35% sedangkan
untuk penambahan natrium bikarbonat, laju pertumbuhannya menurun hingga 3545%. Sampai saat ini belum ada penjelasan yang pasti mengapa hal tersebut
terjadi. Baik natrium maupun kalium diperlukan oleh sel Chlorella sp. untuk
mempertahankan / meningkatkan tekanan osmotik dalam sel; dalam hal ini kalium
lebih efektif dalam menjalankan fungsi tersebut. Selain itu, ternyata kalium juga
berfungsi sebagai kofaktor dari enzim-enzim yang terdapat dalam sel dan
berperan dalam sintesis protein. Berdasarkan fungsi-fungsi tersebut, diperkirakan
sel lebih memilih untuk memanfaatkan kalium daripada natrium.
Penambahan ion K+ dan Na+ ke dalam kultur dapat meningkatkan salinitas
medium. Meskipun alga cukup tahan dalam lingkungan yang salinitasnya tinggi
(5%), kemungkinan besar alga akan mati pada tingkat salinitas lebih tinggi dari
5%. Penambahan KHCO3 akan meningkatkan pertumbuhan alga karena banyak
ion K+ yang dimanfaatkan alga. Penambahan KHCO3 tidak mempengaruhi
salinitas medium karena K+ dimanfaatkan oleh alga untuk pertumbuhannya
sebagai kofaktor enzim seperti yang telah disampaikan sebelumnya. Hal yang
sebaliknya, penambahan NaHCO3 akan meningkatkan salinitas medium karena
banyaknya ion Na+ di dalam medium yang kurang dimanfaatkan alga. Pada
penelitian kali ini, jumlah Na+ yang ditambahkan relatif sedikit sehingga tidak
menyebabkan peningkatan salinitas medium yang berarti. Jadi penambahan
NaHCO3 ini hanya berpengaruh pada perubahan konsentrasi HCO3-.
Shigetoh Miyachi menemukan bahwa meskipun pada umumnya Chlorella
sp. tidak dapat menggunakan ion bikarbonat sebagai sumber karbonnya, ada
beberapa spesies Chlorella yang mengandung enzim carbonic anhydrase yang
berfungsi untuk mengubah ion bikarbonat menjadi CO2. Berdasarkan hal tersebut,
dapat disimpulkan bahwa pada dasarnya alga tersebut menggunakan gas CO2
terlarut sebagai sumber karbonnya. Penambahan ion bikarbonat menambah
sumber karbon anorganik sehingga pertumbuhan alga seharusnya semakin cepat.
Namun, percobaan menunjukkan hasil yang sebaliknya. Dengan demikian, dapat
disimpulkan bahwa spesies Chlorella yang dipakai dalam penelitian ini tidak
dapat memanfaatkan ion bikarbonat sebagai sumber karbonnya. Pada percobaan
tanpa penambahan senyawa bikarbonat, pH kultur yang diinjeksi gas CO2 relatif
rendah (pH 5) sehingga jumlah CO2 terlarut, yang membentuk kesetimbangan
dengan ion bikarbonat dalam medium, relatif lebih banyak dibandingkan jumlah
ion bikarbonat (lihat Gambar 2.1). Penambahan senyawa bikarbonat dalam
medium akan menggeser nilai pH menjadi sekitar 7 sehingga jumlah CO2 terlarut
dalam medium menjadi lebih sedikit dibandingkan jumlah ion bikarbonat. Oleh
karena itu, laju pertumbuhan Chlorella sp. pada kultur yang ditambahkan
NaHCO3 lebih lambat daripada laju pertumbuhan pada kultur yang hanya
diinjeksi gas CO2.
8
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
Pengaruh Senyawa Nitrogen terhadap Pertumbuhan Chlorella sp.
Alga hanya dapat bertahan hidup pada kondisi sekitar pH netral (pH 5-9).
Penambahan asam maupun basa yang berlebihan akan menggeser pH keluar dari
rentang tersebut, yang mengakibatkan alga mati. Kehadiran ion NO3- saja akan
menimbulkan sifat asam ke dalam medium, sebaliknya penambahan NH4+ akan
membuat medium bersifat basa. Oleh karenanya, dipilih senyawa NH4NO3 yang
bersifat cenderung asam (untuk mempertahankan jumlah CO2 terlarut yang cukup)
namun tetap membawa ion NH4+ yang bersifat basa lemah.
Dalam percobaan-percobaan ini, satu medium kultivasi dibuat kaya akan
senyawa nitrogen (ditambahkan 0,1 g amonium nitrat) sedangkan yang lainnya
dibuat dalam keadaan defisien senyawa nitrogen. Percobaan untuk membuat
kultur kekurangan nitrogen dilakukan dengan mengurangi kadar KNO3 dalam
medium Knop yang dipakai dari 1,25 g / L menjadi 0,5 g / L. Pola pertumbuhan
Chlorella sp. dalam medium-medium tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Hasil analisa kurva-kurva pertumbuhan tersebut disajikan pada Tabel 4.2.
Jumlah Relatif
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
Nitrat
Tanpa Nitrat
0.00
0
20
40
60
Waktu (jam)
80
100
Gambar 4.2 Kurva Pertumbuhan Chlorella sp . pada Berbagai Variasi
Kandungan Senyawa Nitrogen dalam Medium
Tabel 4.2 Kinetika Pertumbuhan Chlorella sp. Pada Berbagai Variasi
Kandungan Senyawa Nitrogen dalam Medium
Nitrat
Tanpa Nitrat
lag phase (jam)
0
40
log phase (jam)
69
29
K (gen/jam)
0.022
0.011
Doubling time (jam)
46.45
87.15
k : laju pertumbuhan
doubling time = 1/k
Tabel 4.3 Perolehan Berat Kering dan Lipid Alga
Run II
Run I
Run III
Run IV
Run V
(Knop) (Knop + 0,005 g (Knop + 0,01 g (Knop + 0,1 g (Knop – 0,75 g
NaHCO3)
NaHCO3)
NH4NO3)
KNO3)
Berat Kering (mg) 172
228
321
64
62
Berat Lipid (mg)
34
43
57
8
33
%Lipid
19.8
18.9
17.8
12.5
53.2
9
Pengaruh Penambahan Senyawa Bikarbonat dan Senyawa Nitrogen terhadap Kandungan Biomassa dan Lipid Alga Mikro Chlorella sp.
Dari hasil analisis kandungan lipid dalam alga (Tabel 4.3) diperoleh bahwa
kultur yang dibiakkan dalam kondisi kekurangan nitrogen menunjukkan
peningkatan jumlah lipid dalam selnya dibandingkan dengan jumlah lipid pada
kultur yang kaya akan nitrogen. Produk fotosintesis berubah dari protein,
karbohidrat, dan menjadi lipid. Lipid akan mulai terbentuk mulai hari ke-4 setelah
nitrogen habis. Kekurangan N juga menyebabkan jumlah klorofil sel menurun
sehingga laju fotosintesis pun berkurang yang menyebabkan laju pertumbuhan
melambat dan hasil panen relatif lebih sedikit.
5.
•
•
•
•
KESIMPULAN
Hal-hal pokok yang dapat disimpulkan adalah sebagai berikut ini.
Sumber karbon anorganik yang lebih dibutuhkan oleh alga mikro
Chlorella sp. untuk pertumbuhannya adalah CO2 terlarut daripada HCO3-.
Penambahan NaHCO3 dalam medium kultivasi mengurangi hasil biomassa
dan laju pertumbuhan spesifik dari alga Chlorella sp., di mana ion Na+
kurang berpengaruh (penambahan yang dilakukan tidak melebihi ambang
batas salinitas medium untuk alga dapat tumbuh dengan baik)
dibandingkan dengan ion HCO3-.
Pengurangan senyawa nitrogen di dalam kultur menyebabkan
meningkatnya kandungan lipid alga hingga 53,2% dan laju pertumbuhan
menurun dari 0,022 jam-1 menjadi 0,011 jam-1.
Dalam pertumbuhannya, alga mengalami phase lag yang merupakan
waktu yang dibutuhkan alga untuk beradaptasi dengan lingkungan.
Parameter lain yang dapat diamati pada penelitian ini yang juga
mempengaruhi pertumbuhan alga adalah : pH, aerasi, dan penyinaran.
DAFTAR PUSTAKA
Beatrix dan Lusia Wati. Pengaruh Injeksi CO2 Terhadap Pertumbuhan Alga
Mikro Chlorella Dalam Air Laut Alami. Jurusan Teknik Kimia ITB,
Bandung, 1999.
Becker, E.W. Microalgae : Microbiology and Biotechnology. Cambridge
University Press, Cambridge, 1994.
Juninine, Rosalia dan Nurulita. Pengaruh CO2 Terlarut Pada Laju Pertumbuhan
Alga Mikro Chlorella sp. Jurusan Teknik Kimia ITB, Bandung, 2000.
Lewin, Ralph A., Physiology and Biochemistry of Algae, Academic Press, New
York, 1962.
Pratt, Robertson, Studies on Chlorella vulgaris : Influence on Photosynthesis of
Prolonged Exposure to NaHCO3 and KHCO3, American Journal of Botany
20, 626-9, 1943.
Prescott, Landsing M., John P. Harley, dan Donald A Klein, Microbiology, Edisi
IV, McGraw-Hill Books Co., 1999.
10