Metode Pemanenan Ganggang mikro

29 komponen medium. Sifat dari partikel kecil dalam sistem ini memilki efek terbesar dalam proses pemisahan. Sentrifugasi dengan kecepatan tinggi merupakan metode terbaik dalam pemanenan ganggang mikro. Hasil penelitian Heasmen et al. 2000, melakukan pengujian dengan tiga sentrifus dengan kecepatan yang berbeda yaitu 1300 g, 6000 g dan 13000 g. Hasil yang diperoleh adalah efisiensi lebih 95 ketika kecepatan sentrifugasi maksimum 13000 g, yang kemudian menurun menjadi 60 pada 6000 g dan 40 pada 1300 g. Meskipun sentrifugasi merupakan metode yang efektif untuk pemisahan ganggang mikro, kelemahan membutuhkan energi yang cukup besar. Uduman 2010 mengatakan bahwa energi yang diperlukan sebesar 8kWhm 3 kultur ganggang mikro.

2.9.2. Filtrasi

Filtrasi merupakan metode pemisahan memanfaatkan media permeabel. Media permeabel mempertahankan padatan dan melewatkan cairan. Penyaringan melibatkan suspensi yang melewati sebuah pemisah dengan ukuran pori-pori tertentu. Partikel-partikel padat yang lebih besar dari ukuran pori-pori pemisah dipertahankan, sementara fase cair melewati membran. Ukuran membran kain saring tergantung pada ukuran ganggang mikro. Lebih besar ukuran ganggang mikro maka bukaan membran akan semakin besar dan proses penyaringan akan lebih cepat dan biaya yang digunakan akan lebih murah. Dalam proses filtrasi memerlukan tekanan yang akan diterapkan di seluruh sistem untuk memaksa cairan melalui membran. Besarnya tekanan tergantung dengan jenis pendorongnya seperti vakum, gravitasi dan sentrifugal. Kelemahan dalam metode filtrasi adalah media ganggang mikro cenderung akan ikut bercampur sehingga perlu pembilasan atau pencucian kembali. Kajian mengenai pemanenan biomassa ganggang mikro telah banyak dilakukan, Grima et al. 2003, melakukan metode pemanenan yang dioperasikan dibawah tekanan sesuai pada ganggang mikro yang berukuran besar dan tidak sesuai bila diaplikasikan pada ukurun ganggang mikro yang ukurannya mendekati dimensi bakteri. Confidential 30 Metode filtrasi yang menjanjikan dalam proses pemanenan dalam skala besar adalah metode tangensial flow filtrasion filtrasi aliran tangensial, dalam metode TFF medium mengalir melintasi membran, kemudian di resirkulasi ke membran untuk menjaga sel-sel dan meminimalkan fouling atau penumpukan pada layar filtrasi. Partikel dengan ukuran lebih kecil dari pori-pori membran dapat melewati. Sementara yang lebih besar tetap bertahan. Hasil penelitian Petruevski et al. 1994, menggunakan ultrafiltrasi dengan ukuran pori-pori membran 0.45μm meghasilkan biomassa ganggang mikro berkisar 70-89 . Metode pemanenan dengan cara filtrasi disajikan pada Gambar 4. Gambar 4. Metode tangensial flow filtrasion Uduman et al, 2010

2.9.3. Flokulasi

Flokulasi adalah proses penghilangan stabilitas partikel koloid sehingga perkembangan partikel dapat terjadi sebagai akibat dari benturan partikel. Sedangkan flokulasi adalah proses dimana ukuran partikel meningkat dikarenakan oleh benturan partikel. Proses koagulasi biasanya diikuti oleh proses flokulasi. Biasanya proses koagulasi flokulasi dilakukan dengan menambahkan bahan kimia pembantu yang biasanya dikenal sebagai koagulan dan flokulan. Koagulan dan flokulan yang biasanya digunakan adalah polimer, garam logam seperti alum atau ferric sulfat Metcalf dan Eddy 2004. Ganggang mikro yang berukuran 5-50 μm Tenney et al. 1969, dapat membentuk suspensi stabil dengan reaksi kimia reaktif pada permukaan seluler yang memiliki muatan permukaan akibat ionisasi gugus fungsi. Stabilitas suspensi Confidential 31 ganggang mikro tergantung pada kekuatan yang berinteraksi antara partikel ganggang mikro dan partikel-partikel dengan air. Tenney et al. 1969 Pemanenan dengan metode flokulasi merupakan salah satu metode pemanenan yang dapat diandalkan karena dapat diaplikasikan pada berbagai spesies ganggang mikro. Hasil penelitian, Pushparaj et al. 1992 pada ganggang mikro Tetraselmis suecica, Spirulina platensis dan Rhodopseudomonas palustris dengan menggunakan flokulan mampu memisahkan biomassa pada media hidupnya sebesar 80 pada ganggang mikro Tetraselmis suecica dan 70 pada ganggang mikro Spirulina platensis dan Rhodopseudomonas palustris. Terdapat dua jenis flokulan yaitu flokulan anorganik dan flokulan organik. Flokulan yang telah diaplikasikan pada ganggang mikro dan jenis flokulan tersaji pada Tabel 7 Tabel 7. Jenis, dosis dan pH optimal flokulan Tipe Flokulan Jenis Flokulan Dosis optimal mgL pH Optimal Anorganik Alumunium sulfat Tawas 80-250 5.3-5.6 Ferric Sulfat 50-90 3.0-9.0 Kapur 500-700 10.5-11.5 Organik Purifloc 35 3.5 Zetag 51 10 9 Dow 21M 10 4.0–7.0 Dow C-31 1–5 2.0–4.0 Chitosan 100 8.4 Sumber : Shelef et al 1984. Jenis flokulan alumunium sulfat merupakan salah satu flokulan terbaik yang digunakan sebagai metode pemanenan ganggang mikro. Lee et al. 1998 menambahkan bahwa penggunaan flokulan jenis alumunium sulfat pada ganggang mikro Botryococcus braunii dengan pH 11 pada minggu kedua memilki kandungan lipid terbaik. Menurut Oswald 1988 koagulan dan flokulan yang paling efektif untuk memisahkan ganggang adalah aluminium sulfat dan ferri sulfat. Keberhasilan dalam pemanenan dengan menggunakan flokulan dipengaruhi oleh beberapa hal seperti, luas permukaan ganggang mikro akan menentukan dosis flokulan yang digunakan, Komposisi kimia ganggang mikro dan kondisi pH optimum Oswald 1988

2.9.4. Teknik Elektroflotasi

Confidential 32 Setiap metode pemanenan memiliki kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya. Penggunaan bahan kimia dalam metode pemanenan akan meningkatkan konsentrasi zat terlarut didalam medium dan memungkinkan meningkatkan resiko kontaminan pada ganggang mikro. Metode pemanenan dengan teknik elektrolitik diharapkan dapat menjadi solusi akan resiko yang dihadapi metode pemanenan menggunakan bahan kimia. Teknik elektrolitik dapat digunakan karena ganggang mikro dapat menjadi partikel koloid dan dipisahkan dari media air dengan aliran medan listrik. Kelebihan menggunakan teknik elektrolitik yaitu ramah lingkungan, efisien, lemih aman, ekonomis dan selektif Mollah et al 2004. Terdapat tiga jenis teknik elektrolitik yaitu koagulasi elektrolitik, flotasi elektrolitik, dan flokulasi elektrolitik. Teknik koagulasi elektrolitik melibatkan bahan kimia dan mekanisme fisik untuk memisahkan ganggang mikro dari air. Elektroda reaktif seperti besi atau alumunium yang biasa digunakan. Elektroda tersebut menghasilkan ion logam yang menyebabkan koagulasi biomassa ganggang mikro. Jumlah logam yang terlarut untuk membentuk ion tergantung pada listrik yang melewati larutan elektrolit. Teknik koagulasi elektrolitik tersajii pada Gambar 5. Gambar 5. Teknik Koagulasi elektrolitik Uduman et al. 2011. Hasil penelitian Uduman et al 2011, dengan menggunakan teknik koagulasi elektrolitik pada ganggang mikro Tetraselmis sp dan Chlorococcum sp, Confidential 33 mampu memisahkan ganggang mikro dengan efisiensi 98-99 dengan daya optimal listrik 9.16 kWhkg untuk Tetraselmis sp dan 4,44 kWh kg untuk Chlorococcum sp selama 15 menit. Mekanisme teknik elektrolitik yaitu; 1 pembentukan koagulan oleh oksidasi elektrolitik yang berasal dari elektroda, 2 Destabilisation dari kontaminan, suspensi partikulat, dan melanggar emulsi. Langkah ini termasuk kompresi lapisan ganda menyebar di sekitar spesies dibebankan oleh interaksi ion yang dihasilkan oleh oksidasi dari anoda korban, netralisasi muatan menghasilkan muatan total nol dari spesies ion hadir di media oleh ion kontra dihasilkan oleh elektrokimia pembubaran anoda korban dan pembentukan flok sebagai akibat dari partikel bridging, 3 Agregasi dari fase stabil untuk membentuk gumpalan Uduman et al. 2011.

2.10. Hidrolisis Asam

Hidrolisis asam umumnya sering diartikan sebagai pre-treatment, yang merupakan tahapan pemecahan dinding sel ganggang mikro, untuk mengeluarkan karbohidrat yang terperangkap. Proses pre-treatment merupakan tahapan yang penting karena akan menghasilkan gula yang nantinya difermentasi menjadi etanol. Prosedur pre-treatment efisien, harus hemat energi, hemat biaya,mudah diaplikasikan dan tidak menurunkan kadar gula farmentasi Rebelo et al. 2009. Biomassa dapat dipre-treatment dengan tiga cara; fisik, biologi dan kimia. Metode pre-treatment kimia menggunakan hidrolisis asam H 2 SO 4 dan hidrolisis basa NaOH, tentunya metode ini memiliki keuntungan yaitu tinggi dalam mengkonversi hemiselulosa, selulosa dan membutuhkan waktu yang singkat, namun proses konversi dapat berjalan dengan lambat apabila dalam suhu dan tekanan yang rendah Conde-Meija et al. 2011. Hasil penelitian Harun et al. 2011 pada ganggang mikro Chlorococcum infusionum, dengan hidrolisis basa menggunakan NaOH 0.75 bv menghasilkan gula pereduksi 350 mgg dengan suhu 120 o C selama 30 menit. Proses hirdrolisis asam umumnya menggunakan asam sulfat H 2 SO 4 dan asam klorida HCl merupakan asam yang sering digunakan sebagai katalis kimia. Hidrolisis asam dikelompokkan menjadi dua yaitu hidrolisis asam dengan konsentrasi tinggi dan dengan konsentrasi rendah Taherzadeh dan Karimi 2007. Confidential 34 Penggunaan H 2 SO 4 dan HCl sebagai katalis dalam hidrolisis asam menghasilkan gula sederhana yang berbeda, dimana konsentrasi dan waktu hidrolisis yang sama, H 2 SO 4 memberikan hasil yang lebih tinggi dibandingkan dengan HCl. Menurut Choi dan Mathews 1996 hidrolisis pati dengan H 2 SO 4 selama 40 menit pada suhu 132 o C menghasilkan 92 gula pereduksi, sedangkan penggunaan HCl 2 dengan waktu dan suhu yang sama menghasilkan 82 gula pereduksi. Penggunaan asam pekat pada hidrolisis mempunyai banyak persoalan teknik dan ekonomi misalnya penggunaan peralatan yang harus tahan terhadap asam, recovery asam dan menghasilkan produk samping yang dapat menghambat proses fermentasi Safitri et al. 2009.

2.11. Hidrolisis Enzim

Selain menggunakan asam, hidrolisis dapat dilakukan dengan menggunakan katalis enzim. Enzim adalah sekelompok protein yang berfungsi sebagai katalisator untuk berbagai reaksi kimia dalam sistem biologik. Penggunaan katalis enzim tentunya memiliki perbedaan dalam mengkonversi gula pereduksi karena kinerja enzim lebih spesifik. Hidrolisis menggunakan enzim memiliki laju hidrolisis yang rendah namun lebih disukai karena lebih ramah lingkungan. Selain itu hidrolisis enzim dapat dilakukan pada suhu ruang dan tekanan rendah, yang artinya tidak memerlukan penggunaan energi, juga produk yang dihasilkan lebih spesifik Irawati. 2006. Hidrolisis enzim umumnya menggunakan mikroorganisme seperti fungi Actinomycetes untuk mendegradasi komponen selulosa pada ganggang mikro. Mikroorganisme yang dapat menghasilkan enzim selulase yang dapat mendegradasi selulosa seperti Tricoderma viride atau Tricoderma reesei. Mikroorganisme selulolitik mampu menghasilkan selulase kompleks, yaitu suatu campuran beberapa jenis selulase yang berbeda. Selulase kompleks mampu menghidrolisis kristal selulosa menjadi gula-gula terlarut secara efisien. Beberapa spesies bakteri yang dapat memproduksi enzim selulase dan hemiselulase adalah Clostridium, Cellumonas, Thermomonospora, Bacillus, Bacteriodes, Ruminococcus, Erwinia, Acetovibrio, Microbispora dan Streptomyces, dan jamur seperti Tricoderma, Penicillium, Fusarium, Phanerochaete, Humicola dan Confidential