The Effect of Total Lipid, Protein, Reducing Sugar,
Phycocyanin and Chlorophyll
Content on CO2 Aeration in Spirulina platensis Culture
Puji
Norbawa, Nurul Mafrihah, Syarif Hidayatullah and Ervia Yudiati*)
*) Marine Station Teluk Awur Jepara, Department of
Marine Sciences, Faculty of Fisheries and Marine Sciences, Diponegoro
University, Semarang.
Author in correspondence::eyudiati@gmail.com
Abstract
The
global warming phenomenon in these two decades is highly contributed by the CO2emissionin
the atmosphere. Microalgae as a primary producer needs a high CO2
concentration to absorbe and synthesize it in their photosynthetic system. The
aim of this research was to analyse the total lipid, protein, reducing sugar as
well as phycocyanin and chloropyhll contents in Spirulina platensis
culture by CO2 aeration. This research was conducted in 10 liters S.
platensis culture enriched by Walne
medium.The trial were designed experimentally laboratory in four treatments
i.e. 10, 20, 30 and 40 minutes of CO2 aeration and one treatment as
a Controle (without CO2 aeration). Each treatment was replicated in
three times. The cell density was counted every day. In the late of exponential
phase, the algae was harvested.The total lipid, protein, reducing sugar, phycocyanin
and chlorophyll were then analyzed. The data was analyzed descriptively. The
results showed that high CO2 aeration decreased the protein and
phycocyanin level. In contrast, high CO2 aeration enhanced the total
lipid content. Furthermore, the reducing sugar and chlorophyll reached the
highest level. CO2 aeration stimulates S. platensis as a CO2 biodegradator, biodiesel
as well as a biopigmenmaterial candidates.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Penambahan
unsur karbon dengan aerasi CO2 serta pengaruhnya terhadap kadar lipid
total, protein, gula reduksi, pigmen fikosianin dan klorofil
pada
kulturSpirulina platensis
Puji
Norbawa, Nurul Mafrihah, Syarif Hidayatullah dan Ervia Yudiati*)
*) Marine Station Teluk Awur Jepara, Jurusan Kelautan,
Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Diponegoro, Semarang
Email: eyudiati@gmail.com
Peningkatan emisi CO2 di atmosfer diduga
menjadi penyebab utama terjadinya global warming. Mikroalga sebagai produsen primer memerlukan CO2 dalam jumlah besar dalam proses fotosintesanya,
sehingga berpotensi besar mampu menyerap dan mensintesis unsure karbon. Sintesis karbon pada mikroalga Spirulina platensis dengan penambahan aerasi CO2 akan mempengaruhi kandungan total lipid, protein, atau karbohidrat. Kandungan pigmen fikosianin dan klorofil juga akan berbeda. Penelitian ini menggunakan masing-masing
10 liter kultur murni S. platensis yang diperkaya dengan media Walne. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental laboratoris dengan 4 perlakuan yaitu aerasi CO2 selama 10 menit, 20 menit, 30 menit, dan 40 menit, serta Kontrol (tanp aaerasi). Pengulangan dilakukan sebanyak tiga kali. Penghitungan kepadatan sel dilakukan setiap hari. Pada fase eksponensial akhir,
dilakukan pemanenan dan dilakukan analisis total lipid, protein, gula reduksi, dan pigmen
(fikosianin dan klorofil). Data dianalisis secara deskriptif. Hasil pada perlakuan aerasi CO2 tinggi menunjukkan bahwa terjadi penurunan kadar protein
dan pigmenf ikosianin serta peningkatan kadar total lipid. Sedangkan kadar gula reduksi serta klorofil tertinggi. Mikroalga S. platensis berpotensi sebagai biodegradator CO2 sekaligus sumber bahan sebagai kandidat biopigmen dan biodiesel.
Kata kunci: CO2, lipid total, protein, gula reduksi,
fikosianin, klorofil, Spirulina platensis
PENDAHULUAN
Spirulina platensis
merupakan jenis alga hijau biru dengan sel tunggal yang termasuk dalam kelas Cyanophiceae dengan suku Oscilatoriaceae yang selama ini
digunakan sebagai nutraceutical
dan biopigmen (Bermejo et al, 2008, Yudiati et al,
2011).S. platensisjuga berperan sebagai
produsen primer dalam ekosistem perairan. Mata et al., (2010) mengatakan bahwa mikroalga
dapat tumbuhwalaupun pada kondisi yang sulit. Dalam perkembangannya,kemampuan fotosintesis mikroalga digunakan sebagai
degradator karbondioksida sehingga dapat mengurangi efek global warming (Chiu,
2008). Selain itu, mikroalga juga berpotensi sebagai sumber bahan makanan
(Andersen, 1995), sumber bahan bakar terbarukan (Chisti, 2007), serta sumber
senyawa aktif dalam bidang farmakologi (Chang et al., 1993).
Biomassa S. platensis mengandung lipid,
karbohidrat, protein dan pigmen (Spolaore et
al., 2006). Penambahan karbondioksida dalam kultur S. platensis diharapkan dapat meningkatkan komposisi bahan-bahan tersebut sehingga layak
untuk dikembangkan sebagai industri energi terbarukan dan industri
nutraceutical. Chisti (2007) juga mengatakan bahwa aerasikarbondioksida akan memacu proses fotosintesis pada reaksi Calvin.
Laju fotosintesis pada mikroalga yang diberi aerasi dengan karbondioksida
akan memacu sintesis karbohidrat.
Proses biosintesis lipid pada mikroalga membutuhkan energi yang besar, diawali
dengan proses pembentukan karbohidrat kemudian dilanjutkan dengan akumulasi
lipid (Ahmad et al., 2011).
Penambahan
karbondioksida juga diharapkan mampu meningkatkan protein dan pigmen pada Spirulina platensis. Sanchezet al., (2012) menjelaskan bahwa Spirulina sp dianggap sebagai
antioksidan yang baik, hal itu disebabkan karena Spirulina sp banyak mengandung klorofil dan fikosianin yang dapat
mengikat radikal bebas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui S.
platensis dalam memanfaatkan karbondioksida serta potensinya sebagai energi
terbarukan ramah lingkungan dan sumber nutraceutical.
METODE
Kultur
Spirulina Platensis
Stok Spirulina
platensis diperoleh dari Balai
Besar Pengembangan Budidaya
Air Payau (BBPBAP)Situbondo. Kultur dilakukan
dengan cara menambahkan 3L stok murni (1/3 bagian) ke dalam media air laut
dengan salinitas 15 ppt sebanyak 6L (2/3 bagian). Selanjutnya
ditambahkan pupuk Walne 10
ml (dosis 1ml/L). Kultur Spirulina platensis dilakukan sehingga
menghasilkan 15 wadah masing – maing sebanyak 9 L. Selanjutnya kultur Spirulina platensis dinkubasi dalam suhu
17-20oC dan pencahayaan (2750 lux selama 24 jam/hari).
Aerasi
Karbondioksida
Aerasi karbondioksida
dilakukan setiap hari pada
pagi hari hingga waktu panen. Empat Perlakukan yang diaplikasikan adalah waktu aerasi CO2 berbeda yaitu 10, 20,
30 dan 40 menit serta tanpa aerasisebagai kontrol. Setelah dilakukan aerasi
karbondioksida kemudian dilakukan penghitungan CO2 terlarut dengan
metode titrasi. Konsentrasi
karbondioksida (CO2) terlarut dihitung dengan menggunakan rumus APHA
(1978):
Analisa
Total Lipid
Ekstraksi lipid yang
akan dilakukan merupakan modifikasi dari metode Bligh and Dyer (1965). Biomassa
kering S. platensis sebanyak 1 g
dimaserasi menggunakan metanol. Maserasi dilakukan pada suhu 400
celcius selama 2 jam. Perlakuan secara mekanik ditambahkan dengan melakukan stirring menggunakan pengaduk magnetik. Kemudian
ditambahkan n-hexan dengan
volume yang sama. Selanjutnya dilakukan pemisahan fraksi
metanol dan n- heksan zdengan menggunakan corong pisah. Setelah di dapatkan
fraksi n – heksan dilakukan proses evaporasi pelarut menggunanakan oven dengan
suhu 110oC
dan ditimbang sehingga didapatkan kadar total lipid.
Analisa
Gula Reduksi
Ekstraksi gula reduksi
menggunakan metode Nelson – Somogyi’s. Sebanyak 100 mg alga dilarutkandalam etanol 80%,
dimasukkan kedalam tabung reaksi dan divortex.
Selanjutnya
supernatant dievaporasi di waterbath pada suhu 80oC sampai etanol menguap
semua.
Selanjutnya
pengukuran gula reduksi dengan menggunakan metode Dinitrosalicylic acid (Metode
DNS). Aquades ditambahkan pada sampel, dipipet sebagian lalu ditambahkan dengan reagen DNS
dengan volmue yang sama kedalam tabung reaksi. Tabung
reaksi tersebut kemudian ditempatkan dalam penangas air 100oC selama 5 menit dan tambahkan 1 ml potassium sodium tartrat 40% dan didinginkan pada suhu ruangan. Selanjutnya dilakukan
pengukuran absorbansi pada panjang gelombang 510 nm. Penghitungan kadar gula reduksi dengan
menggunakan grafik standar.
Analisa
Protein
Metode
analisa kadar protein S. platensis
dengan menggunakan metode mikro
Kjeldahl.
Analisa
Klorofil dan Fikosianin
Preparasi
sampel dilakukan dengan cara melarutkan 10 mg sampel S. platensis pada 10 mL aquades untuk analisa fikosianin dan 10 mL
aseton untuk analisa klorofil-a. Selanjutnya, sampel divortex. Kemudian disentrifuge dengan kecepatan 3000
rpm selama 30 menit.
Selanjutnya dipisahkan antara ekstrak dan pelarut. Ekstrak fikosianin dibaca padaspektrometer dengan panjang gelombang 475, 615 dan 652 nm. Sedangkan klorofil-a dibaca
pada panjang gelombang 665, 645 dan 630 nm Perhitungan fikosianin dan
klorofil-a menggunakan rumus:
|
1. Fikosianin
|
(Siegelman dan Kycia, 1978)
|
2. Klorofil-a = 15,5 A665 – 2 A645-
0,8 A630
|
(Richards dan Thompson, 1952)
HASIL
DAN PEMBAHASAN
Total
Lipid, Gula Reduksi dan Protein
Pemberian aerasi
karbondioksida pada kultur S. platensis
memberikan pengaruh terhadap produksi total lipid dan gula reduksi. Pemberian
aerasi karbondioksida pada kultur S.
platensis menyebabkan penurunan kadar total lipid. Produksi total lipid
pada kontrol, perlakuan pemberian aerasi CO2selama 10, 20, 30 dan 40
menit masing – masing 9,2; 4,66; 2,93; 2,93; 1,6 dan
5,73 %-dw.
Gambar 1. Kadar total lipid
dengan perbedaan waktu aerasi karbondioksida
Pemberian aerasi
CO2 selama 30 menunjukkan produksi total lipid terendah (1,6%-dw).
Namun pada pemberian aerasi CO2 selama 40 menit kembali terjadi
peningkatan produksi kadar total lipid yaitu sebesar 5,73 %-dw. Hasil
penelitian Norbawa et al., (2012)
juga menyatakan bahwa pemberian aerasi CO2 selama 3 menit pada
kultur Nannochloropsis oculata
mengalami penurunan drastis hingga mencapai kadar lipid terendah dibandingkan
perlakuan lain, sedangkan aerasi CO2 selama 4 menit justru
meningkatkan kadar lipid hingga mencapai maksimal. Pola serupa juga ditunjukkan
pada hasil penelitian Jawaet al.,
(2012) yang menunjukkan bahwa aerasi CO2 selama 4 menit pada kultur Chlorella vulgaris menyebabkan penurunan
produksi total lipid hingga mencapai nilai terendah dibanding perlakuan lain,
sedangkan aerasi CO2 selama 6 menit meningkatkan kadar total lipid
hingga mencapai nilai maksimal.
Pemberian aerasi
CO2yang
berbeda pada kultur S. platensis
juga berpengaruh terhadap kadar gula reduksi yang dihasilkan pada perlakuan
kontrol, 10, 20, 30 dan 40 menit yaitu 119,67;
87,67; 70,33; 65,33 dan 133,50 ppm.
Gambar 2. Kadar gula
reduksi dengan waktu aerasi karbondioksida yang berbeda
Pengaruh
aerasi karbondioksida pada S. platensis
terhadap kadar gula reduksi mempunyai pola yang sama dengan kadar total lipid.
Penurunan terjadi secara bertahap hingga pada aerasi selama 30 menit
menghasilkan kadar gula reduksi terendah (65,33 ppm). Namun pada aerasi selama
40 menit terjadi peningkatan hingga menghasilkan kadar gula reduksi tertinggi
(133,50 ppm). Persamaan pola antara produksi total lipid dan gula reduksi
disebabkan karena persamaan jalur sintesis antara lipid dan gula reduksi.
Champbell et al., (2010) menjelaskan
bahwa hasil akhir proses fotosintesis adalah gula sederhana yang akan diubah
menjadi gula lain yang lebih kompleks. Energi yang dihasilkan
pada proses fotosintesis mikroalga dapat digunakan sebagai pertumbuhan,
cadangan makanan atau untuk mempertahankan diri saat terjadi tekanan pada
lingkungan (Khoo et al., 2011).
Penurunan kadar total lipid dan gula reduksi pada S. platensis disebabkan karena hasil fotosintesis digunakan untuk
memproduksi protein.
Penurunan
yang terjadi pada kadar total lipid dan gula reduksi disebabkan karena energi
hasil fotosintesis S. platensis
dikonversi dalam bentuk protein. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa
produksi kadar total lipid dan gula reduksi berbanding terbalik dengan produksi
protein, klorofil dan fikosianin.
Gambar 3. Kadar protein
denganwaktu aerasi karbondioksida yang berbeda
Bellou dan Aggelis
(2013) menjelaskan bahwa saat kualitas air menunjang untuk pertumbuhan
mikroalga serta masih tersedia nitrogen dalam media, mikroalga akan mensintesis
protein yang digunakan untuk proses pembelahan sel. Namun saat nitrogen dalam
media kultur sudah habis mikroalga lebih banyak mengakumulasi hasil
fotosintesis dalam bentuk lipid. Widianingsih et al., (2011) menjelaskan bahwa semakin kecil konsentrasi fosfat
dan nitrat yang diberikan pada kultur N.
oculata maka total lipid yang dihasilkan semakin besar. Jumlah fosfat dan
nitrat yang besar dalam media kultur menyebabkan N.
oculata lebih banyak memproduksi protein (Hu dan Gao, 2006). Ogbanda et al., (2006) menjelaskan bahwa Spirulina sp dapat memproduksi protein
maksimal pada pH 9 dan suhu 30oC. Pada penelitian ini Spirulina platensis menghasilkan protein
secara maksimal pada pemberian aerasi CO2 selama 10 menit.
Fikosianin
dan Klorofil – a
Hasil
penelitian ini menunjukkan bahwa produksi fikosianin berbanding terbalik dengan
klorofil. Sementara kadar
fikosianin berbanding lurus dengan kadar protein. Fikosianin adalah pigmen
berbasis protein. Pada perlakukan pemberian aerasi CO2
selama 20 menit produksi fikosianin
menunjukkan nilai tertinggi yaitu 182, 6 ppm. Selanjutnya pada aerasi 30 dan 40
menit kadar fikosianin S. platensis
menunjukkan penurunan yaitu 116,4 dam 103,8 ppm.
Gambar 4. Kadar Fikosianin
dengan perbedaan waktu aerasi karbondioksida
Gambar
5. Kadar
Klorofil - a dengan waktu aerasi karbondioksida berbeda
Hasil
ini sama dengan penelitian Madhyastha
dan Vatsala (2007) menjelaskan bahwa pada warna cahaya yang berbeda produksi
klorofil dan fikosianin pada Spirulina
fussiformis berbanding terbalik. Pemberian cahaya terang seperti cahaya
putih dan biru pada kultur Spirulina
sp dapat meningkatkan kadar klorofil (Madhyastha dan Vatsala, 2007;Eloranta, 1986).
Sedangkan pemberian cahaya panjang gelombang rendah seperti cahaya merah,
kuning dan hijau dapat meningkatkan kadar fikosianin Spirulina
fussiformis (Madhyastha dan Vatsala, 2007). Fikosianin pada S. platensis merupakan antioksidan ade kuat dengan potensi antitumor yang baik (Yudiatiet al, 2011) dengan stabilitas yang baik apabila dilakukan dengan teknik pasca panenyang tepat (YudiatidanFariha, 2012)
Cahaya dan karbondioksida erat hubungannya dengan proses fotosintesis.
Hasil penelitian ini menunjukkan semakin banyak penambahan unsur karbon dari
aerasi CO2 dapat meningkatkan produksi klorofil. Penambahan CO2
pada kultur S. platensis akan memacu fiksasi karbon saat reaksi gelap berlangsung sehingga
meningkatkan kinerja enzim rubisco pada sel mikroalga (Zeng et al., 2012). Kondisi meningkatnya
proses fiksasi karbon pada reaksi gelap ini yang meyebabkan miningkatnya kadar
klorofil pada S. platensis.
KESIMPULAN
Penambahan
unsur karbon dengan waktu aerasi karbondioksida yang tertinggi pada kultur S. platensis efektif untuk meningkatkan
kadar protein dan klorofil. Sedangkan waktu aerasi karbondioksida sedang sampai tinggi akan efektif untuk meningkatkan
lipid, gula reduksi dan fikosianin. Sehingga penambahan aerasi karbondioksida yang tepatpada kultur S. platensis
dapat digunakan untuk
pengembangan industri biopigmen
sekaligbiodiesel.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan Universitas Diponegoro yang telah memberikan dana hibah penelitian
melalui DIPA dengan surat
perjanjian nomer: 0596/023-04.2.16/13/2012. Selain itu terimakasih juga saya sampaikan kepada
Ir.
Sri Sedjati, M.Sc., Ir. Ali Djunaedi, M.Phil. dan Drs. Ali Ridho, M.Si. atas
kerja samanya. Ketua
Pengelola Marine Station Teluk
Awur Jepara, Sdr. Kukuh Sutriyoga dan Sdr. Sihir yang telah banyak membantu secara teknis dalam pelaksanaan penelitian.
DAFTAR
PUSTAKA
Ahmad,
A.L., Yasin, N.H.M., Derek, C.J.C., Lim, J.K., 2011. Microalgae as a
sustainable 754 energy source for biodiesel production: a review. Renewable and
Sustainable 755 Energy Reviews 15, 584–593. 756
Andersen,
S. 1995. Microencapsulated marine omega-3 fatty acids for use in the food
industry. Food Tech Euro 1: 104 – 105
Bellou,
S. and G. Aggelis. 2013. Biochemical activities in Chlorella sp. and Nannochloropsis
salina during lipid and sugar synthesis in a lab-scale open pond simulating
reactor. J. Biotechnol.1:1-12
Bermejo-Bescos, P., Pinero-Estrada, E., & Villar del Fresno, A. M.
(2008). Neuroprotection by Spirulina
platensis protein extract and phycocyanin against iron-induced toxicity in SH-SY5Y
neuroblastoma cells. Toxicology In Vitro, 22, 1496–1502.
Bligh, E.G. and W.J. Dryer. 1959. A rapid method of
total lipid extraction and purification. Can.J.Biochem.Pysiol., 37:911-917
Campbell, N.A., J.B. Reece, dan L.G. Mitchell. 2002. Biologi Edisi kelima
Jilid 1. Lestari R, Adil EIM, Anita N, penerjemah. Jakarta: Erlangga. Hal
63-76.
Chang,
E.H., Yang, S.S., 2003. Some characteristics of microalgae isolated in Taiwan
for biofixation of carbon dioxide. Bot. Bul. Acad. Sin. 44, 43–52.
Chisti,Y.
2007. Biodisel from Microalgae. Institute of Techonolgy and Engineering, Massey
University. Biotechnology Advances 25 (2007) 294–306.
Chiu, S.Y, Kao, C.Y. Tsai, M.T. Ong, S.C, Chen C.H,
and Lin, C.S. 2009. Lipid Accumulation and CO2 Utilization of
Nannochloroposis oculata to CO2Aeration. Biosource Technology
100:833-838
Eloranta,
P., 1986. Paper chromatography as a method of phytoplanktoncommunity analysis.
Ann. Bot. Fennici. 23, 53–159.
Jawa,
.I.U., P. Norbawa, E. Yudiati dan A. Ridlo. 2012. Optimalisasi Kandungan Total
Lipid Chlorella vulgaris dengan Aerasi CO2. Prosiding Seminar Nasional Rumput
Laut dan Mikroalgae
Khoo
HH, Sharratt PN, Das P, Balasubramanian RK, Naraharisetti PK, Shaik S. 2011.
Life cycle energy and CO2 analysis of microalgae to biodisel:
Preliminary results and comparisons. Bioresource
Tech. 102:5800- 5807.
Madhyastha, H.K.
and T.M. Vatsala. 2007.Pigment production in Spirulina fussiformis in different photophysical conditions.
Biomolecular Engineering 24: 301–305
Mata,
T.M.. A.A Martins dan N.S Caetona. 2010. Microalgae for Biodisel
Production and Other Applications : A Review. Renewable andSustainable Energy Reviews. 14: 217-232
Norbawa
.P, E. Yudiati dan A. Okfan. 2012. Kajian Penambahan Karbondioksida (CO2)
sebagai Optimasi Produksi Total Lipid pada Mikroalga Nannochloropsis oculata. Prosiding Bioteknologi Kelautan 2012
Ogbonda,
K.H., R.E. Aminigo, G.O. Abu. 2006. Influence of temperature and pH on biomass
production andprotein biosynthesis in a putative Spirulina sp. J.
Biotechnol 98 : 2207–2211
Richards,
F.A. and T.G. Thompson. 1952.The estimation and characterization ofplankton
populations by pigmentanalysis II. A spectrophotometricmethod for estimation of
planktonpigments. Journ. Mar. Res. 11 : 156-172.
Sánchez,R.R,
R.O. Butrón, V. Blas-Valdivia, A.H. García, E. Cano-Europa. 2012.
Phycobiliproteins or C-phycocyanin of Arthrospira (Spirulina) maxima protect
against HgCl2-caused oxidative stress and renal damage. Food Chemistry 135
(2012) 2359–2365
Siegelman
HW, Kycia JH. Algal biliproteins. In: Hellebust JA,Craigie JS, editors. Handbook
of phycological methods,physiological and biochemical methods.
CambridgeUniversity Press, Cambridge Press; 1978. p. 72e80.
Spolaore,
P., Joannis-Cassan, C., Duran, E. and Isambert, A., 2006,Commercial
applications of microalgae: a review. J. Biosci.Bioeng., 101: 87–96.
Widianingsih, R. Hartati, H. Endrawati, E. Yudiati,
V.R. Iriani. 2011. Pengaruh Pengurangan
Konsentrasi Nutrien Fosfat dan Nitrat Terhadap Kandungan Lipid Total Nannochloropsis
oculata. Ilmu Kelautan16 (1) 24-29
Yudiati, E, Sedjati, S, Sunarsih, R. Agustian. 2011. Aktivitas Antioksidan dan Toksisitas Ekstrak Pigmen
pada Spirulina sp. Indonesian Journal of Marine Sciences Volume 16. No.
4 Desember 2011. Pp. 187-192
Yudiati,
E. Agustian R, dan S. Fariha. 2012. Uji Toksisitas Ekstrak Polar dan Non Polar
Pigmen Kasar Spirulina platensis.
Prosiding Seminar Nasional “Aplikasi Pemanfaatan RumputLaut dan Bahan Hayati
Laut di Bidang Pangan dan Energi”. Semarang, 15 Desember 2012.
Yudiati, E dan S. Fariha. 2012. Konsentrasi dan Uji Stabilitas Ekstrak Kasar
Fikobiliprotein Mikroalga Spirulina
platensis pada Suhu Inkubasi Berbeda. Prosiding
Seminar Nasional Bioteknologi. Lembaga
Penelitian dan Pengabdian Masyarakat.Universitas Diponegoro. 6 Oktober 2012.
0 comment:
Posting Komentar