Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari Sumber Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai Sumber Bodisel
KERAGAMAN DAN KARAKTERISASI MIKROALGA DARI
SUMBER AIR PANAS DI JAWA BARAT YANG BERPOTENSI
SEBAGAI SUMBER BIODISEL
GUNAWAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Keragaman dan
Karakterisasi Mikroalga dari Sumber Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai
Sumber Biodisel adalah karya saya sendiri dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apapun kepada pihak manapun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2010
Gunawan
NIM G353070021
ABSTRACT
GUNAWAN. Diversity and Characterization of The Potential Hot Spring
Microalgae as Biofuel Producer in West Java. Supervised by MIFTAHUDIN,
TATIK CHIKMAWATI and DWI SUSILANINGSIH.
Fossil fuel is now widely recognized as unsustainable fuel resources
because of depleting supplies and the contribution of the fuel to the accumulation
of carbon dioxide in the environment. Microalgae is a promising alternative
source of energy for biodiesel production. This study explored, isolated and
screenned the natural microalgae in West Java for lipid production. The objectives
of the research were to obtain specific microalgae that were able to produce high
lipid, and to determine a suitable culture technique for optimum growth and
maximum lipid production. Microalgae were identified, isolated, selected and then
grown on IMK medium at 27-29oC under continuous light irradiation for 24
hours. The microalgae were then selected for lipid content using Nile Red. The
selected microalgae were then grown under the same medium and condition as
previously followed by selection based on their growth rate. To find an
appropriate medium for specific microalgae, the selected microalgae were then
grown on various media such as BG11, Zarrouk, MBM, PHM and BBM media.
When a medium was selected, it was then used as the medium for the nitrogen
source and light intensity experiments. These selected microalgae from each
location were cultured on the selected medium at different nitrogen concentration
(0,5, 1 and 2 M) and different light intensities (35, 70 and 140 µmol
photon/m2/sec). The result showed that microalgae from Ciwalini hot spring had
the highest diversity index. The selected microalgae from Ciater, Cipanas,
Ciwalini and Gunung Pancar hot spring waters were identified as Galdiera sp.,
Chlorococcum sp., Synechococcus sp., and Chlorosarcinopsis sp. respectively. In
this research maximum growth rate was occurred at 2 M nitrogen concentration
with 140 µmol photon/m2/sec light intensity. Lipid content of microalgae ranged
from 7% - 30% depending on the growth condition. The highest lipid content 30%
was produced by Chlorococcum sp. that was grown on medium with 0,5 M
nitrogen concentration and under 70 µmol photon/m2/sec light intensity. Lipid
productivity ranged from 0,02-0,20 g/l/day. The highest lipid productivity was
produced by Chlorococcum sp . The present study showed that the growth and
lipid productivity of microalgae were strongly depend on the nitrogen
concentration of the media and light intensity.
Keywords: hot spring, nitrogen concentration, light intensity, biofuel producer.
RINGKASAN
GUNAWAN. Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari Sumber Air Panas di
Jawa Barat yang Berpotensi sebagai Sumber Biodisel. Dibimbing oleh
MIFTAHUDIN, TATIK CHIKMAWATI dan DWI SUSILANINGSIH.
Dengan semakin menipisnya persediaan bahan bakar berbasis fosil, maka
diperlukan bahan bakar pengganti yang bersifat terbaharukan. Biodisel merupakan
bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak
tumbuhan dan lemak binatang melalui proses transesterifikasi dengan alkohol.
Mikroalga merupakan organisme yang memiliki potensi sebagai penghasil bahan
baku biodisel.
Sebagai organisme uniseluler, mikroalga mempunyai kemampuan efisiensi
fotosintesis yang lebih besar dibandingkan tumbuhan tingkat tinggi. Berdasarkan
beberapa penelitian, mikroalga mampu tumbuh dengan cepat dan mempunyai
kemampuan yang sangat besar untuk menghasilkan minyak alami (lipid) lebih
kurang 60% dari bobot kering. Indonesia merupakan negara kepulauan dengan
kekayaan sumber daya hayati perairan yang sangat melimpah baik jenis maupun
jumlahnya. Salah satu kekayaan sumber daya hayati tersebut adalah mikroalga,
tetapi belum banyak dieksplorasi dan dikaji secara ilmiah sebagai sumber
biodisel.
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari keragaman jenis-jenis
mikroalga dari sumber air panas di Jawa Barat, karakterisasi mikroalga yang
berpotensi sebagai sumber biodisel dan mengetahui media dan lingkungan yang
sesuai untuk pertumbuhan mikroalga.
Metode penelitian ini diawali dengan pengambilan sampel mikroalga pada
empat sumber air panas yaitu Ciater, Cipanas, Ciwalini dan Gunung Pancar.
Sampel mikroalga yang dibawa dari lokasi penelitian kemudian diidentifikasi dan
dihitung masing-masing kelimpahannya menggunakan sedgewich rafter.
Kemudian diisolasi dengan metode delusi, dan ditumbuhkan pada media IMK
pada suhu 27-29 0C pada intensitas cahaya 35 µmol foton/m2/detik dengan 24 jam
pencahayaan. Untuk mengetahui kandungan lipid dalam sel mikroalga digunakan
Nile Red. Mikroalga yang telah diwarnai dengan Nile Red diamati menggunakan
mikroskop fluoresence dengan filter blue pada panjang gelombang (450-495 nm).
Mikroalga terpilih kemudian ditumbuhkan lagi di media IMK dan diseleksi lagi
berdasarkan kecepatan pertumbuhan, kemudian di tumbuhkan pada media BG 11,
Zarrouk, MBM, PHM dan BBM untuk seleksi media dengan air dari masingmasing lokasi penelitian sebagai pelarutnya. Mikroalga terpilih ditumbuhkan pada
media hasil seleksi dengan perlakuan konsentrasi nitrogen (0,5, 1 and 2 M) dan
intensitas cahaya (35, 70 and 140 µmol foton/m2/detik).
Dari empat lokasi penelitian berhasil diisolasi 72 isolat mikroalga, 40
diantaranya diketahui mengandung lipid dan yang teridentifikasi adalah 32 spesies
mikroalga. Sumber air panas Ciwalini adalah lokasi yang mempunyai tingkat
keanekaragaman jenis paling tinggi. Hasil identifikasi menunjukkan bahwa
mikroalga yang terseleksi dari sumber air panas Ciater, Cipanas, Ciwalini dan
Gunung Pancar berturut-turut adalah Galdiera sp., Chlorococcum sp.,
Synechococcus sp., dan Chlorosarcinopsis sp. Pada penelitian ini secara umum
laju pertumbuhan tertinggi terjadi pada konsentrasi nitrogen 2 M dengan intensitas
cahaya 140 µmol foton/m2/detik. Kandungan lipid berkisar antara 7%-30%
bergantung pada kondisi pertumbuhan dengan kandungan lipid tertinggi pada
mikroalga Chlorococcum sp. yang ditumbuhkan pada konsentrasi nitrogen 0,5 M
dengan intensitas cahaya 70 µmol foton/m2/detik. Produktivitas lipid berkisar
antara 0,02-0,20 g/l/hari dengan produktivitas lipid tertinggi pada mikroalga
Chlorococcum sp. yang ditumbuhkan pada konsentrasi nitrogen 0,5 M dengan
intensitas cahaya 70 µmol foton/m2/detik. Hasil penelitian ini menunjukkan
bahwa pertumbuhan, kandungan lipid dan produktivitas lipid mikroalga
dipengaruhi oleh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya.
Kata kunci:
sumber air panas, konsentrasi nitrogen, intensitas cahaya,
produktivitas lipid.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2010
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya
ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah.
b. pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
KERAGAMAN DAN KARAKTERISASI MIKROALGA DARI
SUMBER AIR PANAS DI JAWA BARAT YANG BERPOTENSI
SEBAGAI SUMBER BIODISEL
GUNAWAN
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains Pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
Judul Tesis
: Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari Sumber
Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai
Sumber Biodisel
Nama
: Gunawan
NIM
: G 353070021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir.Miftahudin, M.Si.
Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M.Pharm.
Anggota
Dr. Ir. Tatik Chikmawati, M.Si.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Biologi Tumbuhan
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Tanggal Ujian: 11 Januari 2010
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas limpahan
kasih sayang-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Tema penelitian
ini adalah mikroalga dengan judul Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari
Sumber Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai Sumber Biodisel.
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan September 2008 hingga Oktober 2009.
Penelitian ini sebagian besar didanai oleh penelitian fundamental melalui DIPA
IPB dengan nomor kontrak 90/13.24.4/SPK/BG-PD/2009 atas nama Dr. Ir. Tatik
Chikmawati, M.Si.
Terima kasih dan penghargaan penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Miftahudin,
M.Si, Dr. Ir. Tatik Chikmawati, M.Si, Dr. Dwi Susilaningsih, M.Pharm selaku
komisi pembimbing dan Dr. Ir. Sulistijorini, M.Si sebagai penguji luar komisi atas
kesediaannya dan masukan untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan juga kepada Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan Nasional atas kesempatan yang diberikan untuk
melanjutkan studi. Terima kasih penulis sampaikan pula kepada Hengki L.
Wambrow dan Jeni atas bantuannya selama pengambilan sampel mikroalga di
lapangan serta mas Anam, mbak Dian, Hilda dan mas Sidik beserta staf di
Laboratorium Bioremediasi Lingkungan, Puslit Bioteknologi LIPI atas bantuan
isolasi dan kultivasi mikroalga. Demikian pula terima kasih atas bantuan dari
teman-teman seangkatan di Mayor Biologi Tumbuhan.
Ungkapan terima kasih dan penghargaan yang sama penulis sampaikan pula
kepada (alm) Ayah dan Ibu, serta semua keluarga atas bantuan materil dan
dukungan moral selama ini. Terakhir, terima kasih dan penghargaan yang sangat
mendalam penulis sampaikan kepada istri tercinta Maria Yovita Candra Dewi,
S.Si. atas pengorbanan, kesabaran, dorongan, doa, dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2010
Gunawan
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Lampung, Kabupaten Sukadana pada tanggal 1
Nopember 1979 dari pasangan ayah (alm) Aman dan ibu Hartini. Penulis
merupakan putra ke satu dari 4 bersaudara.
Tahun 1998 penulis lulus SMA Negeri 1 Kepanjen dan pada tahun yang
sama diterima di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Brawijaya Malang melalui Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN).
Pada tahun 2005 sampai sekarang, penulis bekerja sebagai staf pengajar di
Universitas Lambung Mangkurat Banjarmasin. Atas sponsor biaya dari BPPS
Dikti, pada tahun 2007 penulis berkesempatan melajutkan studi Pascasarjana di
Institut Pertanian Bogor dan memilih Program Studi Biologi Tumbuhan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xiii
PENDAHULUAN.......................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................
Klasifikasi Mikroalga...........................................................................
Habitat Mikroalga ................................................................................
Intensitas Cahaya .................................................................................
Unsur Hara ...........................................................................................
Biodisel ................................................................................................
Potensi Mikroalga Sebagai Bahan Baku Biodisel................................
3
3
4
4
6
7
8
BAHAN DAN METODE ...........................................................................
Tempat dan Waktu Penelitian ..............................................................
Bahan dan Alat .....................................................................................
Metode..................................................................................................
Pengambilan Sampel Mikroalga ...................................................
Penghitungan Kelimpahan Mikroalga ..........................................
Identifikasi dan Isolasi Sampel Mikroalga....................................
Keragaman Mikroalga...................................................................
Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan Lipid .......................
Seleksi Media ................................................................................
Pengaruh Faktor Lingkungan Terhadap Pertumbuhan Mikroalga
Pertumbuhan .................................................................................
Biomassa Kering ...........................................................................
Kandungan Lipid...........................................................................
11
11
11
11
11
12
12
13
14
14
15
15
15
16
HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................................
Hasil .....................................................................................................
Keragaman Mikroalga...................................................................
Identifikasi dan Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan
Lipid ..............................................................................................
Seleksi Media ................................................................................
Pertumbuhan .................................................................................
Biomassa .......................................................................................
Kandungan Lipid...........................................................................
Produktivitas Lipid........................................................................
Pembahasan ..........................................................................................
Keragaman Mikroalga...................................................................
Identifikasi dan Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan
Lipid ..............................................................................................
Seleksi Media ................................................................................
Pertumbuhan Mikroalga................................................................
17
17
17
17
18
19
21
22
23
24
24
26
28
28
Biomassa .......................................................................................
Kandungan dan Produktivitas Lipid .............................................
31
32
SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................
34
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
35
LAMPIRAN ................................................................................................
39
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Rata-rata biodisel yang dihasilkan oleh beberapa jenis tumbuhan dan
mikroalga serta luas lahan yang diperlukan (Chisti 2007). .....................
9
2. Kandungan minyak alami pada beberapa jenis mikroalga
(Chisti 2007)............................................................................................
10
3. Kombinasi perlakuan faktorial 3x3 dari tiga taraf konsentrasi nitrogen
dan tiga taraf intensitas cahaya...............................................................
15
4. Nilai indeks keanekaragaman, keseragaman dan dominansi per 1 ml
sample air ................................................................................................
17
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Mikroalga terseleksi dari empat lokasi penelitian (A) Galdiera sp.
(Ciater), (B) Chlorococcum sp. (Cipanas), (C) Synechococcus sp.
(Ciwalini), (D) Chlorosarcinopsis sp. (Gunung pancar), dengan
perbesaran 400x......................................................................................
18
2. Pola pertumbuhan mikroalga pada berbagai konsentrasi nitrogen
dan intensitas cahaya (A) 0,5 M, (B) 1 M, (C) 2 M, (D) 35 µmol
foton/m2 /detik, (E) 70 µmol foton/m2 /detik, (F) 140 µmol
foton/m2 /detik.........................................................................................
19
3. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
pertumbuhan mikroalga (A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
20
4. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
bobot kering mikroalga,(A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
21
5. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
kandungan lipid mikroalga,(A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
22
6. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
produktivitas lipid mikroalga,(A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
23
7. Foto fluoresence mikroalga (A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. dengan
perbesaran 400x.......................................................................................
27
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1.
Gambar lokasi pengambilan sampel mikroalga……………………………..
39
2.
Kandungan unsur hara empat lokasi penelitian ...................................
40
3.
Nama dan komposisi bahan kimia media tumbuh mikroalga ..............
41
4.
Nama spesies dan kelimpahan mikroalga yang teridentifikasi ............
42
5. Gambar mikroalga dari sumber air panas Ciater dan Cipanas dengan
perbesaran 400x……………………………………………………….
43
6. Gambar mikroalga dari sumber air panas Ciwalini dan Gunung
Pancar, dengan perbesaran 400x………………………………………
44
7. Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Galdiera sp. pada
umur 14 hari…………………………………………………………..
45
8. Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Chlorococcum sp. pada
umur 14 hari .........................................................................................
46
9.
Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Synechococcus sp. pada
umur 14 hari .........................................................................................
10. Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Chlorosarcinopsis sp.
pada umur 14 hari…………………………………………………….
47
48
11. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga Galdiera sp.........
49
12. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga Chlorococcum sp
50
13. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga Synechococcus sp
51
14. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga
Chlorosarcinopsis sp............................................................................
52
15. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga Galdiera sp.............
53
16. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga Chlorococcum sp....
54
17. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga Synechococcus sp ...
55
18. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga
Chlorosarcinopsis sp............................................................................
56
19. Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga Galdiera sp .........
57
20. Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga Chlorococcum sp
58
21. Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga Synechococcus sp
59
22 . Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga
Chlorosarcinopsis sp............................................................................
60
xiii
PENDAHULUAN
Dengan semakin menipisnya persediaan bahan bakar berbasis fosil, maka
diperlukan bahan bakar pengganti yang bersifat terbaharukan. Biodisel merupakan
bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak
tumbuhan atau lemak binatang melalui proses transesterifikasi dengan alkohol
(Chisti 2007). Biodisel memberikan sedikit polusi dibandingkan bahan bakar
petroleum. Selain itu, biodisel dapat digunakan tanpa modifikasi ulang mesin
disel, tetapi bahan bakar bio lebih mahal dibandingkan bahan bakar berbasis fosil
karena mahalnya harga bahan baku biodisel (Fukuda et al. 2001). Oleh sebab itu
diperlukan usaha untuk mencari bahan baku alternatif sehingga dihasilkan biodisel
yang murah.
Mikroalga merupakan organisme yang memiliki potensi sebagai penghasil
bahan baku biodisel. Sebagai organisme uniseluler, mikroalga mempunyai
kemampuan efisiensi fotosintesis yang lebih besar dibandingkan tumbuhan tingkat
tinggi (Huesemann et al. 2003). Berdasarkan beberapa penelitian, mikroalga
mampu tumbuh dengan cepat dan mempunyai kemampuan yang sangat besar
untuk menghasilkan minyak alami (lipid) lebih kurang 60% dari bobot kering
(NREL 1998). Minyak alami yang dihasilkan mikroalga secara umum sama
dengan minyak alami tumbuhan tingkat tinggi (Fhaolain & Fitzpatrick 2000).
Indonesia merupakan negara kepulauan dengan kekayaan sumber daya
hayati perairan yang sangat melimpah baik jenis maupun jumlahnya. Salah satu
kekayaan sumber daya hayati tersebut adalah mikroalga. Meskipun di Indonesia
diketahui terdapat 5.000 jenis mikroalga yang beberapa diantaranya mungkin
dapat menghasilkan minyak alami untuk bahan baku biodisel, tetapi mikroalga
tersebut belum banyak dieksplorasi dan dikaji secara ilmiah sebagai bahan baku
pembuatan biodisel. Salah satu karakter yang dijadikan dasar dalam memilih
mikroalga untuk kultur skala besar dengan tujuan sebagai bahan baku biodisel
adalah mikroalga yang tumbuh di lingkungan ekstrim, karena mempunyai
kelebihan yaitu tahan terhadap kontaminan (Griffith & Harrison 2008). Salah satu
lingkungan ekstrim adalah sumber air panas yang banyak terdapat di Indonesia,
termasuk sumber air panas di Provinsi Jawa Barat.
Terdapat beberapa jenis mikroalga yang telah diketahui mempunyai
kandungan minyak alami yang tinggi, seperti Botryococcus braunii, Chlorella sp.,
Schizochytrium sp., Nannochloropsis sp. (Chisti 2007). Jenis-jenis lain yang
mempunyai kandungan minyak alami yang tinggi tentu akan ditemukan apabila
dilakukan penelitian yang mendasar dalam aspek biodiversitas, karakterisasi
kandungan minyak alaminya, dan studi pertumbuhan yang optimum dari
mikroalga. Dengan eksplorasi yang sistematik dan kajian ilmiah yang mendalam
diharapkan akan dapat ditemukan jenis-jenis baru mikroalga yang mempunyai
kandungan minyak alami tinggi. Di massa datang diharapkan jenis-jenis tersebut
dapat dibudidayakan secara massal sebagai bahan baku pembuatan biodisel.
Berdasarkan pertimbangan tersebut maka penelitian ini memiliki tiga
tujuan yaitu: 1) Mempelajari keragaman jenis-jenis mikroalga dari sumber air
panas di Jawa Barat, 2) Karakterisasi mikroalga yang berpotensi sebagai sumber
biodisel, 3) Mengetahui media dan lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhan
mikroalga. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai bahan acuan
dan informasi penting dalam penelitian lanjutan tentang pemanfaatan mikroalga
sebagai sumber biodisel, dalam upaya untuk mencari sumber energi alternatif
yang murah.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi Mikroalga
Mikroalga dibagi menjadi 10 divisi. Organisme ini mengandung klorofil
serta pigmen-pigmen lain untuk melangsungkan fotosintesis, tersebar luas di
alam, dan dijumpai hampir di semua lingkungan yang terkena sinar matahari.
Morfologi dan ciri-cirinya yang lain sangat beragam. Sebagian besar mikroalga
berukuran mikroskopis oleh karenanya disebut mikroalga (Pelezar & Chan 1986).
Mikroalga telah sejak lama dimanfaatkan sebagai sumber bahan makanan,
terutama sebagai sumber vitamin, anti oksidan, pewarna atau bahan aditif yang
aman, serta digunakan pula dalam industri farmakologi dalam skala besar. Di
alam, mikroalga mengambil peranan yang penting sebagai akumulator logam
berat, eliminator CO2, dan juga berasosiasi dengan bakteri untuk mengikat
nitrogen (NREL 2003).
Secara umum, mikroalga dapat dibagi ke dalam empat kelompok utama:
a. Diatom (Bacillariophyceae). Mikroalga dalam kelompok ini mendominasi
mikroalga di laut, namun beberapa jenis diketahui hidup di air tawar.
Diketahui 100.000 jenis mikroalga yang termasuk dalam kelompok ini.
Diatom mengandung silika terpolimerisasi dalam dinding sel. Karbon
disimpan dalam bentuk minyak nabati maupun polimer karbohidrat yang
disebut chrysolaminarin.
b. Alga
hijau
(Chlorophyceae).
Merupakan
mikroalga
yang
memiliki
kelimpahan tinggi terutama di perairan tawar dan hidup dalam bentuk soliter
maupun koloni. Karbon disimpan terutama dalam bentuk pati.
c. Alga hijau biru (Cyanophyceae). Mikroalga kelompok ini memiliki struktur
yang lebih menyerupai bakteria dan berperan penting dalam fiksasi nitrogen.
Diketahui sekitar 2000 jenis mikroalga yang termasuk dalam kelompok ini
tersebar dalam berbagai habitat.
d. Ganggang perang (Chrysophyceae). Kelompok alga ini menyerupai diatom,
namun memiliki pigmen yang lebih rumit, dan nampak berwarna kuning,
jingga atau cokelat (NREL 2003).
Habitat Mikroalga
Mikroalga adalah salah satu organisme yang dapat tumbuh pada rentang
kondisi yang luas di permukaan bumi. Mikroalga biasanya ditemukan pada
tempat-tempat yang lembab atau benda-benda yang sering terkena air dan banyak
hidup pada lingkungan berair di permukaan bumi. Mikroalga dapat hidup hampir
di semua tempat yang memiliki cukup sinar matahari, air dan karbon-dioksida
(Pelezar & Chan 1986).
Mikroalga kebanyakan hidup di air, karena 70% permukaan bumi terdiri
dari air, maka diperkirakan banyaknya karbon yang terfiksasi melalui fotosintesis
oleh mikroalga sama jumlahnya seperti flora daratan. Mikroalga mempunyai
peranan penting bagi organisme lain (Isnansetyo & Kurniastuty 1995).
Kemampuan bertahan hidup pada kondisi tertentu juga terdapat pada
beberapa jenis mikroalga. Hal ini disebabkan oleh adanya lapisan musilagenous
yang dapat melindungi organ sel yang ada dalam tubuh, sehingga dapat
melindungi dari pengaruh kondisi lingkungan yang ekstrim. Mikroalga yang
sering dijumpai pada perairan air tawar dengan penyebaran yang sangat luas pada
umumnya adalah mikroalga dari divisi Chlorophyta, sedangkan pada perairan
yang ekstrim banyak dijumpai mikroalga divisi Cyanophyta (Hariyati 1994). Yani
(2003) juga melaporkan bahwa terdapat beberapa kelas mikroalga yang ditemukan
di sumber air panas seperti Cyanophyceae, Chlorophyceae, Bacillariophyceae,
Chrisophyceae, Cryptophyceae, Rhodophyceae, dan Xanthophyceae.
Intensitas Cahaya
Mikroalga adalah organisme potoautotropik atau pototropik. Cahaya
menjadi faktor pembatas fotosintesis pada intensitas yang rendah. Setiap jenis
mikroalga membutuhkan cahaya untuk pertumbuhan maksimumnya. Welch
(1980) menyatakan bahwa diatom akan mendominasi
perairan pada saat
intensitas cahaya tinggi dan suhu rendah. Chlorophyta melimpah pada kondisi
intensitas cahaya tinggi dan suhu tinggi, sedangkan Cyanophyta akan
mendominasi apabila intensitas cahaya rendah dan suhu tinggi.
Intensitas cahaya (penyinaran) adalah jumlah energi yang diterima oleh
bumi pada waktu dan areal tertentu (Wetzel & Licken 1979). Jumlah energi yang
diterima oleh bumi bergantung pada kualitas dan lama periode penyinaran, yang
merupakan faktor abiotik utama yang sangat menentukan laju produktivitas
perairan. Intensitas cahaya matahari sering menjadi pembatas karena
cepat
memudar karena pengaruh kedalaman dan kekeruhan (Porcella & Bishop 1975;
Boyd 1982). Umumnya fotosintesis meningkat sejalan dengan meningkatnya
intensitas cahaya sampai pada satu nilai optimum tertentu (cahaya saturasi). Di
atas nilai optimum, cahaya merupakan penghambat fotosintesis (cahaya inhibisi),
sedangkan di bawahnya merupakan cahaya pembatas (limitasi) sampai pada batas
tertentu sehingga fotosintesis sama dengan respirasi (Mann 1982; Parson et al.
1984; Valiela 1984).
Aspek dasar dari cahaya yang penting secara biologi adalah kuantitas dan
kualitasnya. Kedua karakter ini berfluktuasi di alam bergantung pada waktu
(harian, musiman, tahunan), ruang (perbedaan lokasi di bumi dan kedalaman),
kondisi cuaca, penyebaran sudut datang, tingkat difusi dan polarisasi (Parson et al.
1984). Menurut Levinton (1982), intensitas cahaya umumnya sangat tinggi dekat
permukaan sehingga fotosintesis dapat terhambat melalui pemutihan (bleaching)
pigmen fotosintesis seperti klorofil-a, atau produksi pigmen penangkap sinar
matahari lainnya. Fotosintesis mikroalga menggunakan klorofil-a, b, c, dan
berbagai variasi accessory pigmen seperti fucoxantin dan peridinin. Proses
fotosintesis oleh mikroalga memerlukan cahaya dengan panjang gelombang 300720 nm (Wetzel 1983; Parson et al. 1984; Cole 1988; Moss 1993). Total radiasi
pada panjang gelombang 390-780 nm disebut dengan PAR (photosintetically
active radiation), dan merupakan spektrum cahaya tampak (visible light), yang
dapat menembus perairan dan diserap oleh klorofil mikroalga untuk reaksi
fotosintesis (Moss 1993).
Kelompok-kelompok mikroalga akan berespon secara berbeda terhadap
jumlah intensitas cahaya matahari yang tiba. Respon ini kemudian menghasilkan
mikroalga yang senang cahaya (sun type) dan yang kurang senang dengan cahaya
(shade type). Tipe sun akan memiliki nilai fotosintesis yang tinggi pada intensitas
cahaya yang juga tinggi. Yang tergolong tipe shade, akan beradaptasi dengan
baik pada intensitas cahaya rendah, dan menghasilkan nilai fotosintesis yang
tinggi pada intensitas cahaya rendah (Parson et al. 1984).
Unsur Hara
Unsur hara adalah semua unsur dan senyawa yang dibutuhkan oleh
organisme untuk pertumbuhan dan perkembangannya (Jorgensen 1980; Levinton
1982). Unsur hara yang dibutuhkan oleh tumbuhan dikelompokkan sebagai unsur
hara makro (O, C, H, N, P, K, S, Mg dan Ca) dan unsur hara mikro (Fe, Mn, Cu,
Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Co, dan Na) (Levinton 1982; Odum 1998).
Nybakken (1992) mengemukakan bahwa unsur hara anorganik utama yang
diperlukan mikroalga untuk tumbuh dan berkembang biak adalah nitrogen (dalam
bentuk nitrat) dan fosfor (dalam bentuk fosfat). Di samping itu silikat juga
merupakan salah satu unsur hara yang diperlukan dan mempunyai pengaruh
terhadap
proses
pertumbuhan
dan
perkembangan
organisme
perairan.
Nitrogen dalam air ditemukan dalam bentuk antara lain amonia, amonium,
nitrit, dan nitrat. Nitrogen dalam bentuk senyawa anorganik dimanfaatkan oleh
tumbuhan untuk membentuk protein nabati (Wardoyo 1982). Pada umumnya
nitrogen diabsorbsi oleh mikroalga dalam bentuk nitrat (NO3- N) dan amonia
(NH3-N). Mikroalga lebih banyak menyerap NH3-N daripada NO3- N karena lebih
banyak dijumpai baik dalam kondisi aerobik maupun anerobik (Welch 1980).
Selain itu, ammonia dapat secara langsung digunakan untuk sintesis asam amino
tanpa merubah fase oksidasi (Levinton 1982).
Senyawa nitrogen sangat dipengaruhi oleh kandungan oksigen bebas dalam
air. Pada saat kandungan oksigen rendah, nitrogen berubah menjadi amonia
(NH3-), sebaliknya saat kandungan oksigen tinggi nitrogen berubah menjadi nitrat
(NO3-). Nitrat adalah bentuk nitrogen utama di perairan alami dan merupakan
unsur hara utama bagi pertumbuhan alga yang dihasilkan dari proses oksidasi
sempurna senyawa nitrogen di perairan, konsentrasinya di perairan diatur oleh
proses nitrifikasi (Effendi 2000).
Nitrit merupakan bentuk peralihan antara amonia dan nitrat yang
keberadaannya menggambarkan berlangsungnya proses biologi dan perombakan
bahan organik dengan kadar oksigen terlarut sangat rendah (Effendi 2000).
Menurut Hecky & Kilham (1988) tiga unsur nutrien utama yang dibutuhkan
mikroalga adalah
P (fosfat), N (nitrogen), dan Si (silikat). Kebutuhan akan
nutrien sangat berbeda antara mikroalga yang hidup di perairan tawar maupun
perairan laut. Howarth (1988) menyatakan bahwa umumnya komposisi unsurunsur C:N:P pada mikroalga laut mengikuti rasio Redfield yaitu 106:16:1, atau
sedikit di bawah rasio tersebut.
Menurut Musa (1992) perairan dengan kandungan fosfat rendah (0,00-0,02
ppm) akan didominasi oleh diatom, pada 0,02-0,05 ppm didominasi oleh
Chlorophyta dan pada konsentrasi tinggi > 0,10 ppm akan didominasi oleh
Cyanophyta. Selain unsur hara makro, unsur hara mikro juga dibutuhkan
mikroalga dalam sistem enzim, proses oksidasi dan reduksi dalam metabolisme
mikroalga serta digunakan untuk memperoduksi klorofil (Garcia & Garcia 1985).
Biodisel
Biodisel dapat diperoleh dari minyak hewani maupun nabati dengan proses
transesterifikasi seperti gambar reaksi kimia di bawah ini:
Proses konversi minyak dari mikroalga menjadi biodisel dilakukan melalui
tahapan transesterifikasi. Proses transesterifikasi diperlukan dalam pembuatan
biodisel karena minyak mikroalga mentah masih mengandung fosfat/fosfolipid
yang dapat menyebabkan kerak, mengandung asam lemak bebas yang dapat
menyebabkan korosif.
Biodisel merupakan bahan bakar minyak yang mengandung mono-alkil
ester dari asam lemak rantai panjang yang diturunkan dari minyak nabati maupun
hewani. Biodisel ini dilambangkan dengan B100 dimana 100 menunjukkan
prosentase biodisel. Biodisel dapat dicampurkan dengan petrodisel dan
dinotasikan sebagai BXX, dimana XX merupakan prosentase biodisel dalam
campuran (Chisti 2007). Proses transesterifikasi dikatalis oleh katalis asam atau
katalis basa. Katalis basa dapat mempercepat reaksi transesterifikasi 4000 kali
lebih cepat dari katalis asam. Hal ini menyebabkan katalis basa seperti sodium dan
potasium sering digunakan, dan biasanya digunakan pada konsentrasi 1% dari
berat minyak (Chisti 2007). Proses transesterifikasi berguna dalam membantu
menurunkan viskositas minyak nabati sehingga memiliki spesifikasi yang
menyerupai petrodisel (Benemann et al. 2003). Oleh karena itu, biodisel adalah
bahan bakar yang bermutu tinggi dan secara teknis biodisel layak dimanfaatkan
sebagai bahan bakar mesin diesel (Soerawidjaja 2006).
Sebagai negara agraris di kawasan tropis, ada banyak jenis sumber bahan
baku nabati yang dapat diolah menjadi biodisel yang beberapa diantaranya sudah
dimanfaatkan sebagai sumber lipid atau minyak untuk keperluan komersial,
seperti minyak sawit, minyak kelapa dan minyak jarak pagar. Sementara sebagian
lainnya belum termanfaatkan secara optimal seperti mikroalga. Terdapat beberapa
kelebihan pemanfaatan mikroalga sebagai sumber biodisel dibandingkan sumber
lainnya. Disamping itu, komoditas ini juga memiliki potensi lain seperti menjadi
bahan pangan dan pakan ternak.
Ada beberapa cara ekstrasksi minyak nabati yang berasal dari mikroalga
menurut Oilgae (2006), diantaranya adalah 1) Pengepresan (Expeller/Press) yaitu
penggunaan alat pengepress untuk mengekstraksi minyak yang terkandung dalam
mikroalga. Mikroalga yang sudah siap panen dipanaskan dahulu untuk
menghilangkan air yang masih terkandung di dalamnya, dengan menggunakan
alat pengepres ini dapat diekstraksi sekitar 70 – 75% minyak yang terkandung
dalam mikroalga. 2) Chemical solvent oil extraction yaitu penggunaan pelarut
kimia. Minyak dari mikroalga dapat diambil dengan menggunakan larutan kimia,
misalnya dengan menggunakan eter, hexana, metanol. 3) Supercritical Fluid
Extraction yaitu penggunaan CO2, CO2 dicairkan dibawah tekanan normal
kemudian dipanaskan sampai mencapai titik keseimbangan antara fase cair dan
gas. Pencairan fluida inilah yang bertindak sebagai larutan yang akan
mengekstraksi minyak dari mikroalga. Metode ini dapat mengekstraksi hampir
100% minyak yang terkandung dalam mikroalga. Namun begitu, metode ini
memerlukan peralatan khusus untuk penahanan tekanan.
Potensi Mikroalga sebagai Bahan Baku Biodisel
Secara teoritis, produksi biodisel dari alga dapat menjadi solusi yang
realistik untuk mengganti solar. Tumbuhan seperti kelapa sawit dan kacang-
kacangan membutuhkan lahan yang sangat luas untuk
dapat menghasilkan
minyak supaya dapat mengganti kebutuhan solar dalam suatu negara. Hal ini
tidak realistik dan akan mengalami kendala apabila diimplementasikan pada
negara dengan luas wilayah yang kecil. Mikroalga sangat efisien hidup di
kawasan tropis, baik pada air tawar maupun air laut. Dari satu hektar mikroalga
dengan teknik raceway ponds atau photobioreactor dapat dihasilkan sekitar
58.000 liter minyak dengan asumsi hanya 30% dari biomassanya yang
mengandung minyak (Chisti 2007). Perbandingan produksi minyak dari berbagai
jenis tumbuhan dengan mikroalga disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Rata-rata biodisel yang dihasilkan oleh beberapa jenis tumbuhan dan
mikroalga serta luas lahan yang diperlukan (Chisti 2007).
No
1
2
3
4
5
6
7
Tumbuhan
Jagung
Kedelai
Canola
Jarak
Kelapa
Sawit
Mikroalga
Produksi Minyak Luas Lahan yang dibutuhkan
(L/Ha)
(Ha)
172
1540
446
594
1190
223
1892
140
2689
99
5950
45
136,900
2
Berdasarkan Tabel 1 dapat ketahui bahwa mikroalga memiliki potensi yang
sangat besar, bahkan paling besar sebagai penghasil bahan baku biodisel. Tidak
seperti tumbuhan penghasil minyak, mikroalga tumbuh dengan cepat dan banyak
mengandung minyak. Mikroalga biasanya menggandakan biomassanya dalam 24
jam. Penggandaan biomassa dalam fase pertumbuhan ekponensial biasanya
memerlukan waktu 3,5 jam. Kandungan minyak dalam mikroalga dapat mencapai
60% dari bobot kering biomassanya (Spolaore et al. 2006).
Produktivitas minyak mikroalga adalah produksi per unit volume dari sari
mikroalga per hari, dan bergantung pada rata-rata pertumbuhan mikroalga dan
minyak yang terkandung di dalam biomassa mikroalga tersebut.
Mikroalga
dengan produktivitas minyak yang tinggi akan digunakan untuk memproduksi
biodisel. Bergantung pada jenis spesies, mikroalga memproduksi beberapa jenis
lipid, hidrokarbon dan minyak yang kompleks (Banerjee et al. 2002; Metzger &
Largeau 2005; Guschina & Harwood 2006). Kandungan
lipid
tertinggi
dari
mikroalga terdapat pada awal fase eksponensial sampai awal fase stasioner
(Weldy & Huesemann 2007). Kandungan minyak alami beberapa jenis mikroalga
berkisar antara 15 – 77 % (Tabel 2).
Tabel 2 Kandungan minyak alami pada beberapa jenis mikroalga (Chisti 2007).
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Jenis Mikroalga
Botryococcus braunii
Chlorella sp.
Crypthecodinium cohnii
Cylindrotheca sp.
Dunaliella primolecta
Isochrysis sp.
Monallanthus salina N
Nannochloris sp.
Nannochloropsis sp.
Neochloris oleoabundans
Nitzschia sp.
Phaeodactylum tricornutum
Schizochytrium sp.
Tetraselmis sueica
Kandungan Minyak
% / bobot kering
25–75
28–32
20
16–37
23
25–33
20
20–35
31–68
35–54
45–47
20–30
50–77
15–23
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Sampel mikroalga diambil dari sumber air panas yang ada di Jawa Barat
yaitu: sumber air panas Ciater, Cipanas, Ciwalini, dan Gunung Pancar.
Identifikasi dilakukan di Laboratorium Taksonomi Tumbuhan, Departemen
Biologi, FMIPA Institut Pertanian Bogor, sedangkan isolasi, karakterisasi dan
pengamatan pertumbuhan mikroalga dilakukan di Pusat penelitian Bioteknologi
LIPI. Pengambilan sampel dan penelitian laboratorium dimulai pada bulan
September 2008 sampai Oktober 2009.
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel mikroalga,
Formalin 4%, Larutan CuSO4, minyak Nile Red, air destilata, media kultur IMK,
Blue Grenn-11 (BG-11), Zarrouk, Modification Bristol Medium (MBM), Phospat
Hidrogen Medium (PHM) dan Bold Basal Medium (BBM), air destilata,
khloroform, dan methanol.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian meliputi alat lapangan dan
laboratorium. Adapun alat lapangan yang digunakan dalam penelitian adalah:
pompa vakum, jerigen (kapasitas 20 L) dan pH meter stick. Alat laboratorium
yang digunakan dalam penelitian adalah: mikroskop cahaya, mikroskop
fluorescense, erlenmeyer ukuran 500 ml, aerator, cawan petri, pipet, sedgewich
rafter, lampu neon, oven, water bath, milipore sentrifuse, tabung sentrifuse, gelas
arloji, dan timbangan.
Metode
Pengambilan Sampel Mikroalga
Pengambilan sampel mikroalga dilakukan dengan menyaring 5-10 liter air
dengan pompa vakum yang didalamnya telah dipasang milipore ukuran 0,45µm.
Air diambil pada kedalaman 50 cm sampai 1 m tergantung intensitas cahaya
matahari yang ada di lokasi penelitian, sehingga mikroalga yang tersaring adalah
mikroalga yang hidup di atas permukaan air dan yang melayang-layang di dalam
air. Kemudian milipore diambil dan dimasukkan ke botol falkon yang telah diisi
dengan media IMK. Untuk sampel mikroalga yang akan diidentifikasi
ditambahkan formalin 4%, untuk menjaga klorofil agar tidak rusak (Welch
1948).
Penghitungan Kelimpahan Mikroalga
Mikroalga yang dibawa dari lokasi penelitian kemudian diidentifikasi dan
dihitung
masing-masing
kelimpahannya
menggunakan
sedgewich
rafter.
Penghitungan mikroalga dilakukan dengan cara memasukkan 1 ml air dari lokasi
penelitian ke dalam sedgewich rafter, kemudian diamati di bawah mikroskop.
Selanjutnya mikroalga yang teramati dihitung dengan hand counter. Pengamatan
dilakukan pada 10 bidang pandang dan mikroalga yang teramati dirata-rata. Untuk
mengetahui kepadatan mikroalga yang teramati digunakan rumus (Isnansetyo dan
Kurniastuty 1995) :
N = Jbp x n sel/ml
1000
={
}xn
2
3,14 (d/2)
N = Kepadatan mikroalga
n = Jumlah mikroalga teramati
Jbp = Jumlah bidang pandang
Identifikasi dan Isolasi Sampel Mikroalga
Identifikasi dilakukan untuk mengetahui jenis mikroalga yang digunakan
selama proses penelitian. Identifikasi mikroalga yang utama didasarkan pada
karakteristik morfologi. Sampel mikroalga di diidentifikasi menggunakan
mikroskop cahaya dengan bantuan buku identifikasi “The Freshwater Algae”
(Prescott 1978) dan “Introduction to The Algae” (Bold & Wyne 1985).
Tahapan isolasi dilakuan dengan tujuan untuk mendapatkan isolat mikroalga
yang akan digunakan untuk uji selanjutnya. Tahapan isolasi dilakukan dengan
pemurnian pada pengenceran bertingkat atau metode dilusi. Tehnik isolasi ini
dilakukan dengan cara memasukkan sampel air dari sumber air panas kedalam
microplate yang mempunyai 96 lubang. Masing-masing lubang diisi dengan
media IMK sebanyak 135 µl, kemudian lubang pada kolom pertama diisi dengan
sampel mikroalga sebanyak 15 µl. Selanjutnya dari lubang pertama diambil 15 µl
lagi dan dimasukkan ke lubang kedua dan seterusnya sampai lubang keduabelas.
Hal yang sama dilakukan untuk lubang baris kedua dan seterusnya. Isolat
diinkubasi pada suhu 27 ± 2 0C dibawah cahaya lampu pada intensitas 2500 lux
dengan 24 jam pencahayaan. Setelah 2-3 minggu microplate diamati lubang mana
saja yang ditumbuhi mikrolaga.
Media IMK merupakan media standar yang digunakan untuk isolasi, yang
didalamnya terkandung semua unsur hara yang diperlukan untuk pertumbuhan
mikroalga tetapi dalam konsentrasi yang minimal.
Keragaman Mikroalga
Nilai indeks keanekaragaman mikroalga pada masing-masing lokasi
dihitung dengan rumus (Krebs 1978):
H = indeks keanekaragaman Shanon Wiener
H = - ∑ Pi2log Pi
Pi = proporsi spesies ke-1 terhadap jumlah total
Keseragaman komunitas mikroalga pada masing-masing lokasi dapat dilihat
dengan menghitung indeks keseragaman (Equability = E) dengan rumus (Krebs
1978) :
H
E
= indeks keseragaman
H max = 2log S
E=
H max
S
= jumlah spesies yang ditemukan
Untuk mengetahui adanya dominansi jenis mikroalga yang ditemukan di lokasi
penelitian, maka dihitung indeks dominansi Simpson dengan rumus (Browner et
al. 1990):
∑ Ni (Ni-1)
Id =
N(N-1)
Id
= indeks dominansi
Ni
= jumlah individu jenis ke i
N
= jumlah total individu
Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan lipid
Kandungan minyak pada mikroalga berhubungan dengan kandungan lipidnya, ada
tidaknya lipid pada mikroalga dapat diketahui dengan menggunakan Nile Red
(Cooksey et al. 1987). Larutan stok untuk Nile Red disiapkan dengan
menambahkan 1 mg Nile Red ke dalam 1 ml aceton. Sel mikrolga diwarnai
dengan meneteskan 10 µl larutan Nile Red ke dalam 1 ml biakan mikroalga.
Proses pewarnaan berlangsung 20-30 menit. Untuk pengamatan di bawah
mikroskop diambil 1 tetes sel mikroalga yang telah diwarnai dan diletakkan di
atas gelas objek kamudian diamati di bawah mikroskop fluoresence dengan filter
blue pada panjang gelombang (450-495 nm). Mikroalga yang mempunyai
kandungan lipid akan tampak berwarna kuning mengkilat (Cooksey et al. 1987).
Isolat yang diketahui mengandung lipid kemudian ditumbuhkan pada media IMK,
kemudian pada tahapan ini isolat diseleksi lagi berdasarkan kecepatan tumbuh.
Seleksi media
Seleksi media dilakukan dengan tujuan mendapatkan media yang sesuai
untuk pertumbuhan 4 mikroalga terpilih. Media yang digunakan adalah BG 11,
Zarrouk, MBM, PHM dan BBM (Lampiran 3). Masing-masing media dilarutkan
menggunakan air dari masing-masing lokasi penelitian, atau media dilarutkan
pada air destilata jika akan dibuat stok media. Tahapan kultivasi ini dilakukan
agar mikroalga terpilih dapat tumbuh dengan baik untuk mendapatkan jumlah dan
massa sel yang cukup untuk digunakan pada tahapan uji selanjutnya. Masingmasing media dengan volume 90 ml dimasukkan ke dalam erlenmeyer 300 ml dan
dibuat empat ulangan sesuai dengan jumlah mikroalga yang terseleksi, kemudian
tiap-tiap media ditambahkan 10 ml mikroalga. Kultur biakan mikroalga diberi
aerasi agar mikroalga tidak mengendap dan dapat tumbuh dengan baik. Mikroalga
yang telah ditumbuhkan pada 5 jenis media diukur laju pertumbuhannya
berdasarkan OD (optical density) dengan menggunakan spektrofotometer
PharmaSpec UV-1700 SHIMADZU pada panjang gelombang 680 nm ( Lee et al
1998). Pengamatan pertumbuhan biakan mikroalga dilakukan setiap hari selama
16 hari. Media dengan laju pertumbuhan terbaik digunakan untuk menumbuhkan
mikroalga untuk uji selanjutnya.
Pengaruh Faktor Lingkungan terhadap Pertumbuhan Mikroalga
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui komposisi media yang tepat
terutama konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya yang dapat meningkatkan
biomassa dan kandungan lipid mikroalga. Percobaan ini merupakan percobaan
faktorial dengan dua faktor yaitu: konsentrasi nitrogen (0,5, 1 dan 2 M) dan
intensitas cahaya (35, 70, dan 140 µmol foton/m2 /detik atau berturut-turut setara
dengan 2500, 5000 dan 10.000 lux). Kombinasi perlakuan faktorial 3 x 3 dari 3
taraf konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya disajikan pada Tabel 3. Percobaan
disusun berdasarkan rancangan split plot dengan tiga ulangan. Parameter yang
diamati adalah laju pertumbuhan, biomassa, kandungan lipid dan produktivitas
lipid. Data yang diperoleh dianalisis dengan analisis sidik ragam pada tingkat
kepercayaan 95%. Apabila analisis ragam berpengaruh dilanjutkan dengan uji
LSD. Masing-masing perlakuan ditumbuhkan pada botol aquabides dengan
volume 500 ml.
Tabel 3 Kombinasi perlakuan faktorial 3 x 3 dari tiga taraf konsentrasi nitrogen
dan tiga taraf intensitas cahaya.
Konsentrasi N
Intensitas Cahaya (µ mol foton/m2/detik)
M
35 (B1)
70 (B2)
140 (B3)
0,5 (A1)
A1B1
A1B2
A1B3
1 (A2)
A2B1
A2B2
A2B3
2 (A3)
A3B1
A3B2
A3B3
Katerangan : A = konsentrasi nitrogen, B= intensitas cahaya, M= molar
N = nitrogen
Pertumbuhan Mikroalga. Pengukuran pertumbuhan sel mikroalga
dilakukan dengan mengukur Optical density (OD) atau rapat optis kultur
mikroalga pada panjang gelombang () 680 nm (Lee et al. 1998). Pengukuran
OD dilakukan setiap 2 hari sekali selama 16 hari pengamatan dengan
spektrofotometer.
Biomassa kering. Pengukuran berat dilakukan pada hari ke 8 dan 16.
Pengukuran dilakukan dengan cara mengambil 200 ml kultur mikroalga,
kemudian disentrifuse 6000 rpm selama 10 menit dan diambil peletnya.
Selanjutnya pelet di oven pada suhu 80 0C selama 24 jam. Biomassa yang telah
kering kemudian ditimbang.
Kandungan Lipid. Pengukuran kandungan lipid dilakukan pada hari ke 8
dan 16 dengan proses ekstraksi. Proses ekstraksi lipid mikroalga dilakukan
dengan metode chemical solvent oil extraction (Bligh & Dyer 1959), yaitu dengan
menggunakan bahan kimia sebagai pelarut. Pelarut kimia yang digunakan adalah
metanol dan khloroform. Untuk menghitung kandungan lipid mikroalga dilakukan
dengan cara memasukkan 200ml kultur mikroalga ke dalam tabung sentrifuse,
kemudian disentrifuse pada kecepatan 6000 rpm selama 10 menit kemudian
peletnya diambil dan dikeringkan dengan oven pada suhu 80 0C selama 24 jam.
Biomassa mikroalga yang telah kering disuspensikan dengan 4 ml air destilata
bebas ion kemudian ditambahkan 10 ml metanol dan 5 ml khloroform, dan
digoyang dengan shaker secara resiprok selama 24 jam, kemudian ditambahkan
kembali 5 ml air destilata bebas ion dan 5 ml khloroform, selanjutnya disentrifuse
kembali pada kecepatan 6000 rpm selama 10 menit, kemudian lipid yang
mengendap diambil selanjutnya diletakkan didalam tabung reaksi dan dipanaskan
untuk menghilangkan campuran larutan kimia yang ditambahkan sebelumnya.
Perhitungan % lipid mikroalga didasarkan pada rumus berikut :
Lw
% Lipid =
Lw = berat lipid sampel (gram)
x 100
Bw = berat biomassa sampel (gram)
Bw
Produktivitas lipid mikroalga dihitung dengan rumus :
Lw / 0,2
Produktivitas (g/l/hari) =
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Keragaman Mikroalga
Proses isolasi diawali dengan mengisolasi sampel mikroalga dari empat
lokasi penelitian. Dari tahapan isolasi didapatkan 72 isolat mikroalga, kemudian
dilakukan seleksi berdasarkan kandungan lipid dalam sel mikroalga. Tahapan
identifikasi dilakukan dengan menggunakan mikroskop cahaya dan bantuan buku
identifikasi mikroalga. Dari identifikasi yang dilakukan pada empat lokasi
penelitian terdapat 32 spesies mikroalga yang berhasil diidentifi
SUMBER AIR PANAS DI JAWA BARAT YANG BERPOTENSI
SEBAGAI SUMBER BIODISEL
GUNAWAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Keragaman dan
Karakterisasi Mikroalga dari Sumber Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai
Sumber Biodisel adalah karya saya sendiri dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apapun kepada pihak manapun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2010
Gunawan
NIM G353070021
ABSTRACT
GUNAWAN. Diversity and Characterization of The Potential Hot Spring
Microalgae as Biofuel Producer in West Java. Supervised by MIFTAHUDIN,
TATIK CHIKMAWATI and DWI SUSILANINGSIH.
Fossil fuel is now widely recognized as unsustainable fuel resources
because of depleting supplies and the contribution of the fuel to the accumulation
of carbon dioxide in the environment. Microalgae is a promising alternative
source of energy for biodiesel production. This study explored, isolated and
screenned the natural microalgae in West Java for lipid production. The objectives
of the research were to obtain specific microalgae that were able to produce high
lipid, and to determine a suitable culture technique for optimum growth and
maximum lipid production. Microalgae were identified, isolated, selected and then
grown on IMK medium at 27-29oC under continuous light irradiation for 24
hours. The microalgae were then selected for lipid content using Nile Red. The
selected microalgae were then grown under the same medium and condition as
previously followed by selection based on their growth rate. To find an
appropriate medium for specific microalgae, the selected microalgae were then
grown on various media such as BG11, Zarrouk, MBM, PHM and BBM media.
When a medium was selected, it was then used as the medium for the nitrogen
source and light intensity experiments. These selected microalgae from each
location were cultured on the selected medium at different nitrogen concentration
(0,5, 1 and 2 M) and different light intensities (35, 70 and 140 µmol
photon/m2/sec). The result showed that microalgae from Ciwalini hot spring had
the highest diversity index. The selected microalgae from Ciater, Cipanas,
Ciwalini and Gunung Pancar hot spring waters were identified as Galdiera sp.,
Chlorococcum sp., Synechococcus sp., and Chlorosarcinopsis sp. respectively. In
this research maximum growth rate was occurred at 2 M nitrogen concentration
with 140 µmol photon/m2/sec light intensity. Lipid content of microalgae ranged
from 7% - 30% depending on the growth condition. The highest lipid content 30%
was produced by Chlorococcum sp. that was grown on medium with 0,5 M
nitrogen concentration and under 70 µmol photon/m2/sec light intensity. Lipid
productivity ranged from 0,02-0,20 g/l/day. The highest lipid productivity was
produced by Chlorococcum sp . The present study showed that the growth and
lipid productivity of microalgae were strongly depend on the nitrogen
concentration of the media and light intensity.
Keywords: hot spring, nitrogen concentration, light intensity, biofuel producer.
RINGKASAN
GUNAWAN. Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari Sumber Air Panas di
Jawa Barat yang Berpotensi sebagai Sumber Biodisel. Dibimbing oleh
MIFTAHUDIN, TATIK CHIKMAWATI dan DWI SUSILANINGSIH.
Dengan semakin menipisnya persediaan bahan bakar berbasis fosil, maka
diperlukan bahan bakar pengganti yang bersifat terbaharukan. Biodisel merupakan
bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak
tumbuhan dan lemak binatang melalui proses transesterifikasi dengan alkohol.
Mikroalga merupakan organisme yang memiliki potensi sebagai penghasil bahan
baku biodisel.
Sebagai organisme uniseluler, mikroalga mempunyai kemampuan efisiensi
fotosintesis yang lebih besar dibandingkan tumbuhan tingkat tinggi. Berdasarkan
beberapa penelitian, mikroalga mampu tumbuh dengan cepat dan mempunyai
kemampuan yang sangat besar untuk menghasilkan minyak alami (lipid) lebih
kurang 60% dari bobot kering. Indonesia merupakan negara kepulauan dengan
kekayaan sumber daya hayati perairan yang sangat melimpah baik jenis maupun
jumlahnya. Salah satu kekayaan sumber daya hayati tersebut adalah mikroalga,
tetapi belum banyak dieksplorasi dan dikaji secara ilmiah sebagai sumber
biodisel.
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari keragaman jenis-jenis
mikroalga dari sumber air panas di Jawa Barat, karakterisasi mikroalga yang
berpotensi sebagai sumber biodisel dan mengetahui media dan lingkungan yang
sesuai untuk pertumbuhan mikroalga.
Metode penelitian ini diawali dengan pengambilan sampel mikroalga pada
empat sumber air panas yaitu Ciater, Cipanas, Ciwalini dan Gunung Pancar.
Sampel mikroalga yang dibawa dari lokasi penelitian kemudian diidentifikasi dan
dihitung masing-masing kelimpahannya menggunakan sedgewich rafter.
Kemudian diisolasi dengan metode delusi, dan ditumbuhkan pada media IMK
pada suhu 27-29 0C pada intensitas cahaya 35 µmol foton/m2/detik dengan 24 jam
pencahayaan. Untuk mengetahui kandungan lipid dalam sel mikroalga digunakan
Nile Red. Mikroalga yang telah diwarnai dengan Nile Red diamati menggunakan
mikroskop fluoresence dengan filter blue pada panjang gelombang (450-495 nm).
Mikroalga terpilih kemudian ditumbuhkan lagi di media IMK dan diseleksi lagi
berdasarkan kecepatan pertumbuhan, kemudian di tumbuhkan pada media BG 11,
Zarrouk, MBM, PHM dan BBM untuk seleksi media dengan air dari masingmasing lokasi penelitian sebagai pelarutnya. Mikroalga terpilih ditumbuhkan pada
media hasil seleksi dengan perlakuan konsentrasi nitrogen (0,5, 1 and 2 M) dan
intensitas cahaya (35, 70 and 140 µmol foton/m2/detik).
Dari empat lokasi penelitian berhasil diisolasi 72 isolat mikroalga, 40
diantaranya diketahui mengandung lipid dan yang teridentifikasi adalah 32 spesies
mikroalga. Sumber air panas Ciwalini adalah lokasi yang mempunyai tingkat
keanekaragaman jenis paling tinggi. Hasil identifikasi menunjukkan bahwa
mikroalga yang terseleksi dari sumber air panas Ciater, Cipanas, Ciwalini dan
Gunung Pancar berturut-turut adalah Galdiera sp., Chlorococcum sp.,
Synechococcus sp., dan Chlorosarcinopsis sp. Pada penelitian ini secara umum
laju pertumbuhan tertinggi terjadi pada konsentrasi nitrogen 2 M dengan intensitas
cahaya 140 µmol foton/m2/detik. Kandungan lipid berkisar antara 7%-30%
bergantung pada kondisi pertumbuhan dengan kandungan lipid tertinggi pada
mikroalga Chlorococcum sp. yang ditumbuhkan pada konsentrasi nitrogen 0,5 M
dengan intensitas cahaya 70 µmol foton/m2/detik. Produktivitas lipid berkisar
antara 0,02-0,20 g/l/hari dengan produktivitas lipid tertinggi pada mikroalga
Chlorococcum sp. yang ditumbuhkan pada konsentrasi nitrogen 0,5 M dengan
intensitas cahaya 70 µmol foton/m2/detik. Hasil penelitian ini menunjukkan
bahwa pertumbuhan, kandungan lipid dan produktivitas lipid mikroalga
dipengaruhi oleh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya.
Kata kunci:
sumber air panas, konsentrasi nitrogen, intensitas cahaya,
produktivitas lipid.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2010
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya
ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah.
b. pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
KERAGAMAN DAN KARAKTERISASI MIKROALGA DARI
SUMBER AIR PANAS DI JAWA BARAT YANG BERPOTENSI
SEBAGAI SUMBER BIODISEL
GUNAWAN
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains Pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
Judul Tesis
: Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari Sumber
Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai
Sumber Biodisel
Nama
: Gunawan
NIM
: G 353070021
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir.Miftahudin, M.Si.
Ketua
Dr. Dwi Susilaningsih, M.Pharm.
Anggota
Dr. Ir. Tatik Chikmawati, M.Si.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Biologi Tumbuhan
Dr. Ir. Miftahudin, M.Si.
Tanggal Ujian: 11 Januari 2010
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas limpahan
kasih sayang-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Tema penelitian
ini adalah mikroalga dengan judul Keragaman dan Karakterisasi Mikroalga dari
Sumber Air Panas di Jawa Barat yang Berpotensi sebagai Sumber Biodisel.
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan September 2008 hingga Oktober 2009.
Penelitian ini sebagian besar didanai oleh penelitian fundamental melalui DIPA
IPB dengan nomor kontrak 90/13.24.4/SPK/BG-PD/2009 atas nama Dr. Ir. Tatik
Chikmawati, M.Si.
Terima kasih dan penghargaan penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Miftahudin,
M.Si, Dr. Ir. Tatik Chikmawati, M.Si, Dr. Dwi Susilaningsih, M.Pharm selaku
komisi pembimbing dan Dr. Ir. Sulistijorini, M.Si sebagai penguji luar komisi atas
kesediaannya dan masukan untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan juga kepada Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan Nasional atas kesempatan yang diberikan untuk
melanjutkan studi. Terima kasih penulis sampaikan pula kepada Hengki L.
Wambrow dan Jeni atas bantuannya selama pengambilan sampel mikroalga di
lapangan serta mas Anam, mbak Dian, Hilda dan mas Sidik beserta staf di
Laboratorium Bioremediasi Lingkungan, Puslit Bioteknologi LIPI atas bantuan
isolasi dan kultivasi mikroalga. Demikian pula terima kasih atas bantuan dari
teman-teman seangkatan di Mayor Biologi Tumbuhan.
Ungkapan terima kasih dan penghargaan yang sama penulis sampaikan pula
kepada (alm) Ayah dan Ibu, serta semua keluarga atas bantuan materil dan
dukungan moral selama ini. Terakhir, terima kasih dan penghargaan yang sangat
mendalam penulis sampaikan kepada istri tercinta Maria Yovita Candra Dewi,
S.Si. atas pengorbanan, kesabaran, dorongan, doa, dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2010
Gunawan
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Lampung, Kabupaten Sukadana pada tanggal 1
Nopember 1979 dari pasangan ayah (alm) Aman dan ibu Hartini. Penulis
merupakan putra ke satu dari 4 bersaudara.
Tahun 1998 penulis lulus SMA Negeri 1 Kepanjen dan pada tahun yang
sama diterima di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Brawijaya Malang melalui Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN).
Pada tahun 2005 sampai sekarang, penulis bekerja sebagai staf pengajar di
Universitas Lambung Mangkurat Banjarmasin. Atas sponsor biaya dari BPPS
Dikti, pada tahun 2007 penulis berkesempatan melajutkan studi Pascasarjana di
Institut Pertanian Bogor dan memilih Program Studi Biologi Tumbuhan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xiii
PENDAHULUAN.......................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................
Klasifikasi Mikroalga...........................................................................
Habitat Mikroalga ................................................................................
Intensitas Cahaya .................................................................................
Unsur Hara ...........................................................................................
Biodisel ................................................................................................
Potensi Mikroalga Sebagai Bahan Baku Biodisel................................
3
3
4
4
6
7
8
BAHAN DAN METODE ...........................................................................
Tempat dan Waktu Penelitian ..............................................................
Bahan dan Alat .....................................................................................
Metode..................................................................................................
Pengambilan Sampel Mikroalga ...................................................
Penghitungan Kelimpahan Mikroalga ..........................................
Identifikasi dan Isolasi Sampel Mikroalga....................................
Keragaman Mikroalga...................................................................
Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan Lipid .......................
Seleksi Media ................................................................................
Pengaruh Faktor Lingkungan Terhadap Pertumbuhan Mikroalga
Pertumbuhan .................................................................................
Biomassa Kering ...........................................................................
Kandungan Lipid...........................................................................
11
11
11
11
11
12
12
13
14
14
15
15
15
16
HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................................
Hasil .....................................................................................................
Keragaman Mikroalga...................................................................
Identifikasi dan Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan
Lipid ..............................................................................................
Seleksi Media ................................................................................
Pertumbuhan .................................................................................
Biomassa .......................................................................................
Kandungan Lipid...........................................................................
Produktivitas Lipid........................................................................
Pembahasan ..........................................................................................
Keragaman Mikroalga...................................................................
Identifikasi dan Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan
Lipid ..............................................................................................
Seleksi Media ................................................................................
Pertumbuhan Mikroalga................................................................
17
17
17
17
18
19
21
22
23
24
24
26
28
28
Biomassa .......................................................................................
Kandungan dan Produktivitas Lipid .............................................
31
32
SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................
34
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
35
LAMPIRAN ................................................................................................
39
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Rata-rata biodisel yang dihasilkan oleh beberapa jenis tumbuhan dan
mikroalga serta luas lahan yang diperlukan (Chisti 2007). .....................
9
2. Kandungan minyak alami pada beberapa jenis mikroalga
(Chisti 2007)............................................................................................
10
3. Kombinasi perlakuan faktorial 3x3 dari tiga taraf konsentrasi nitrogen
dan tiga taraf intensitas cahaya...............................................................
15
4. Nilai indeks keanekaragaman, keseragaman dan dominansi per 1 ml
sample air ................................................................................................
17
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Mikroalga terseleksi dari empat lokasi penelitian (A) Galdiera sp.
(Ciater), (B) Chlorococcum sp. (Cipanas), (C) Synechococcus sp.
(Ciwalini), (D) Chlorosarcinopsis sp. (Gunung pancar), dengan
perbesaran 400x......................................................................................
18
2. Pola pertumbuhan mikroalga pada berbagai konsentrasi nitrogen
dan intensitas cahaya (A) 0,5 M, (B) 1 M, (C) 2 M, (D) 35 µmol
foton/m2 /detik, (E) 70 µmol foton/m2 /detik, (F) 140 µmol
foton/m2 /detik.........................................................................................
19
3. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
pertumbuhan mikroalga (A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
20
4. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
bobot kering mikroalga,(A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
21
5. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
kandungan lipid mikroalga,(A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
22
6. Pengaruh konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya terhadap
produktivitas lipid mikroalga,(A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. .................................
23
7. Foto fluoresence mikroalga (A) Galdiera sp., (B) Chlorococcum sp.,
(C) Synechococcus sp., (D) Chlorosarcinopsis sp. dengan
perbesaran 400x.......................................................................................
27
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1.
Gambar lokasi pengambilan sampel mikroalga……………………………..
39
2.
Kandungan unsur hara empat lokasi penelitian ...................................
40
3.
Nama dan komposisi bahan kimia media tumbuh mikroalga ..............
41
4.
Nama spesies dan kelimpahan mikroalga yang teridentifikasi ............
42
5. Gambar mikroalga dari sumber air panas Ciater dan Cipanas dengan
perbesaran 400x……………………………………………………….
43
6. Gambar mikroalga dari sumber air panas Ciwalini dan Gunung
Pancar, dengan perbesaran 400x………………………………………
44
7. Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Galdiera sp. pada
umur 14 hari…………………………………………………………..
45
8. Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Chlorococcum sp. pada
umur 14 hari .........................................................................................
46
9.
Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Synechococcus sp. pada
umur 14 hari .........................................................................................
10. Analisis sidik ragam pertumbuhan mikroalga Chlorosarcinopsis sp.
pada umur 14 hari…………………………………………………….
47
48
11. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga Galdiera sp.........
49
12. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga Chlorococcum sp
50
13. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga Synechococcus sp
51
14. Analisis sidik ragam produksi biomassa mikroalga
Chlorosarcinopsis sp............................................................................
52
15. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga Galdiera sp.............
53
16. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga Chlorococcum sp....
54
17. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga Synechococcus sp ...
55
18. Analisis sidik ragam kandungan lipid mikroalga
Chlorosarcinopsis sp............................................................................
56
19. Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga Galdiera sp .........
57
20. Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga Chlorococcum sp
58
21. Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga Synechococcus sp
59
22 . Analisis sidik ragam produktivitas lipid mikroalga
Chlorosarcinopsis sp............................................................................
60
xiii
PENDAHULUAN
Dengan semakin menipisnya persediaan bahan bakar berbasis fosil, maka
diperlukan bahan bakar pengganti yang bersifat terbaharukan. Biodisel merupakan
bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak
tumbuhan atau lemak binatang melalui proses transesterifikasi dengan alkohol
(Chisti 2007). Biodisel memberikan sedikit polusi dibandingkan bahan bakar
petroleum. Selain itu, biodisel dapat digunakan tanpa modifikasi ulang mesin
disel, tetapi bahan bakar bio lebih mahal dibandingkan bahan bakar berbasis fosil
karena mahalnya harga bahan baku biodisel (Fukuda et al. 2001). Oleh sebab itu
diperlukan usaha untuk mencari bahan baku alternatif sehingga dihasilkan biodisel
yang murah.
Mikroalga merupakan organisme yang memiliki potensi sebagai penghasil
bahan baku biodisel. Sebagai organisme uniseluler, mikroalga mempunyai
kemampuan efisiensi fotosintesis yang lebih besar dibandingkan tumbuhan tingkat
tinggi (Huesemann et al. 2003). Berdasarkan beberapa penelitian, mikroalga
mampu tumbuh dengan cepat dan mempunyai kemampuan yang sangat besar
untuk menghasilkan minyak alami (lipid) lebih kurang 60% dari bobot kering
(NREL 1998). Minyak alami yang dihasilkan mikroalga secara umum sama
dengan minyak alami tumbuhan tingkat tinggi (Fhaolain & Fitzpatrick 2000).
Indonesia merupakan negara kepulauan dengan kekayaan sumber daya
hayati perairan yang sangat melimpah baik jenis maupun jumlahnya. Salah satu
kekayaan sumber daya hayati tersebut adalah mikroalga. Meskipun di Indonesia
diketahui terdapat 5.000 jenis mikroalga yang beberapa diantaranya mungkin
dapat menghasilkan minyak alami untuk bahan baku biodisel, tetapi mikroalga
tersebut belum banyak dieksplorasi dan dikaji secara ilmiah sebagai bahan baku
pembuatan biodisel. Salah satu karakter yang dijadikan dasar dalam memilih
mikroalga untuk kultur skala besar dengan tujuan sebagai bahan baku biodisel
adalah mikroalga yang tumbuh di lingkungan ekstrim, karena mempunyai
kelebihan yaitu tahan terhadap kontaminan (Griffith & Harrison 2008). Salah satu
lingkungan ekstrim adalah sumber air panas yang banyak terdapat di Indonesia,
termasuk sumber air panas di Provinsi Jawa Barat.
Terdapat beberapa jenis mikroalga yang telah diketahui mempunyai
kandungan minyak alami yang tinggi, seperti Botryococcus braunii, Chlorella sp.,
Schizochytrium sp., Nannochloropsis sp. (Chisti 2007). Jenis-jenis lain yang
mempunyai kandungan minyak alami yang tinggi tentu akan ditemukan apabila
dilakukan penelitian yang mendasar dalam aspek biodiversitas, karakterisasi
kandungan minyak alaminya, dan studi pertumbuhan yang optimum dari
mikroalga. Dengan eksplorasi yang sistematik dan kajian ilmiah yang mendalam
diharapkan akan dapat ditemukan jenis-jenis baru mikroalga yang mempunyai
kandungan minyak alami tinggi. Di massa datang diharapkan jenis-jenis tersebut
dapat dibudidayakan secara massal sebagai bahan baku pembuatan biodisel.
Berdasarkan pertimbangan tersebut maka penelitian ini memiliki tiga
tujuan yaitu: 1) Mempelajari keragaman jenis-jenis mikroalga dari sumber air
panas di Jawa Barat, 2) Karakterisasi mikroalga yang berpotensi sebagai sumber
biodisel, 3) Mengetahui media dan lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhan
mikroalga. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai bahan acuan
dan informasi penting dalam penelitian lanjutan tentang pemanfaatan mikroalga
sebagai sumber biodisel, dalam upaya untuk mencari sumber energi alternatif
yang murah.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi Mikroalga
Mikroalga dibagi menjadi 10 divisi. Organisme ini mengandung klorofil
serta pigmen-pigmen lain untuk melangsungkan fotosintesis, tersebar luas di
alam, dan dijumpai hampir di semua lingkungan yang terkena sinar matahari.
Morfologi dan ciri-cirinya yang lain sangat beragam. Sebagian besar mikroalga
berukuran mikroskopis oleh karenanya disebut mikroalga (Pelezar & Chan 1986).
Mikroalga telah sejak lama dimanfaatkan sebagai sumber bahan makanan,
terutama sebagai sumber vitamin, anti oksidan, pewarna atau bahan aditif yang
aman, serta digunakan pula dalam industri farmakologi dalam skala besar. Di
alam, mikroalga mengambil peranan yang penting sebagai akumulator logam
berat, eliminator CO2, dan juga berasosiasi dengan bakteri untuk mengikat
nitrogen (NREL 2003).
Secara umum, mikroalga dapat dibagi ke dalam empat kelompok utama:
a. Diatom (Bacillariophyceae). Mikroalga dalam kelompok ini mendominasi
mikroalga di laut, namun beberapa jenis diketahui hidup di air tawar.
Diketahui 100.000 jenis mikroalga yang termasuk dalam kelompok ini.
Diatom mengandung silika terpolimerisasi dalam dinding sel. Karbon
disimpan dalam bentuk minyak nabati maupun polimer karbohidrat yang
disebut chrysolaminarin.
b. Alga
hijau
(Chlorophyceae).
Merupakan
mikroalga
yang
memiliki
kelimpahan tinggi terutama di perairan tawar dan hidup dalam bentuk soliter
maupun koloni. Karbon disimpan terutama dalam bentuk pati.
c. Alga hijau biru (Cyanophyceae). Mikroalga kelompok ini memiliki struktur
yang lebih menyerupai bakteria dan berperan penting dalam fiksasi nitrogen.
Diketahui sekitar 2000 jenis mikroalga yang termasuk dalam kelompok ini
tersebar dalam berbagai habitat.
d. Ganggang perang (Chrysophyceae). Kelompok alga ini menyerupai diatom,
namun memiliki pigmen yang lebih rumit, dan nampak berwarna kuning,
jingga atau cokelat (NREL 2003).
Habitat Mikroalga
Mikroalga adalah salah satu organisme yang dapat tumbuh pada rentang
kondisi yang luas di permukaan bumi. Mikroalga biasanya ditemukan pada
tempat-tempat yang lembab atau benda-benda yang sering terkena air dan banyak
hidup pada lingkungan berair di permukaan bumi. Mikroalga dapat hidup hampir
di semua tempat yang memiliki cukup sinar matahari, air dan karbon-dioksida
(Pelezar & Chan 1986).
Mikroalga kebanyakan hidup di air, karena 70% permukaan bumi terdiri
dari air, maka diperkirakan banyaknya karbon yang terfiksasi melalui fotosintesis
oleh mikroalga sama jumlahnya seperti flora daratan. Mikroalga mempunyai
peranan penting bagi organisme lain (Isnansetyo & Kurniastuty 1995).
Kemampuan bertahan hidup pada kondisi tertentu juga terdapat pada
beberapa jenis mikroalga. Hal ini disebabkan oleh adanya lapisan musilagenous
yang dapat melindungi organ sel yang ada dalam tubuh, sehingga dapat
melindungi dari pengaruh kondisi lingkungan yang ekstrim. Mikroalga yang
sering dijumpai pada perairan air tawar dengan penyebaran yang sangat luas pada
umumnya adalah mikroalga dari divisi Chlorophyta, sedangkan pada perairan
yang ekstrim banyak dijumpai mikroalga divisi Cyanophyta (Hariyati 1994). Yani
(2003) juga melaporkan bahwa terdapat beberapa kelas mikroalga yang ditemukan
di sumber air panas seperti Cyanophyceae, Chlorophyceae, Bacillariophyceae,
Chrisophyceae, Cryptophyceae, Rhodophyceae, dan Xanthophyceae.
Intensitas Cahaya
Mikroalga adalah organisme potoautotropik atau pototropik. Cahaya
menjadi faktor pembatas fotosintesis pada intensitas yang rendah. Setiap jenis
mikroalga membutuhkan cahaya untuk pertumbuhan maksimumnya. Welch
(1980) menyatakan bahwa diatom akan mendominasi
perairan pada saat
intensitas cahaya tinggi dan suhu rendah. Chlorophyta melimpah pada kondisi
intensitas cahaya tinggi dan suhu tinggi, sedangkan Cyanophyta akan
mendominasi apabila intensitas cahaya rendah dan suhu tinggi.
Intensitas cahaya (penyinaran) adalah jumlah energi yang diterima oleh
bumi pada waktu dan areal tertentu (Wetzel & Licken 1979). Jumlah energi yang
diterima oleh bumi bergantung pada kualitas dan lama periode penyinaran, yang
merupakan faktor abiotik utama yang sangat menentukan laju produktivitas
perairan. Intensitas cahaya matahari sering menjadi pembatas karena
cepat
memudar karena pengaruh kedalaman dan kekeruhan (Porcella & Bishop 1975;
Boyd 1982). Umumnya fotosintesis meningkat sejalan dengan meningkatnya
intensitas cahaya sampai pada satu nilai optimum tertentu (cahaya saturasi). Di
atas nilai optimum, cahaya merupakan penghambat fotosintesis (cahaya inhibisi),
sedangkan di bawahnya merupakan cahaya pembatas (limitasi) sampai pada batas
tertentu sehingga fotosintesis sama dengan respirasi (Mann 1982; Parson et al.
1984; Valiela 1984).
Aspek dasar dari cahaya yang penting secara biologi adalah kuantitas dan
kualitasnya. Kedua karakter ini berfluktuasi di alam bergantung pada waktu
(harian, musiman, tahunan), ruang (perbedaan lokasi di bumi dan kedalaman),
kondisi cuaca, penyebaran sudut datang, tingkat difusi dan polarisasi (Parson et al.
1984). Menurut Levinton (1982), intensitas cahaya umumnya sangat tinggi dekat
permukaan sehingga fotosintesis dapat terhambat melalui pemutihan (bleaching)
pigmen fotosintesis seperti klorofil-a, atau produksi pigmen penangkap sinar
matahari lainnya. Fotosintesis mikroalga menggunakan klorofil-a, b, c, dan
berbagai variasi accessory pigmen seperti fucoxantin dan peridinin. Proses
fotosintesis oleh mikroalga memerlukan cahaya dengan panjang gelombang 300720 nm (Wetzel 1983; Parson et al. 1984; Cole 1988; Moss 1993). Total radiasi
pada panjang gelombang 390-780 nm disebut dengan PAR (photosintetically
active radiation), dan merupakan spektrum cahaya tampak (visible light), yang
dapat menembus perairan dan diserap oleh klorofil mikroalga untuk reaksi
fotosintesis (Moss 1993).
Kelompok-kelompok mikroalga akan berespon secara berbeda terhadap
jumlah intensitas cahaya matahari yang tiba. Respon ini kemudian menghasilkan
mikroalga yang senang cahaya (sun type) dan yang kurang senang dengan cahaya
(shade type). Tipe sun akan memiliki nilai fotosintesis yang tinggi pada intensitas
cahaya yang juga tinggi. Yang tergolong tipe shade, akan beradaptasi dengan
baik pada intensitas cahaya rendah, dan menghasilkan nilai fotosintesis yang
tinggi pada intensitas cahaya rendah (Parson et al. 1984).
Unsur Hara
Unsur hara adalah semua unsur dan senyawa yang dibutuhkan oleh
organisme untuk pertumbuhan dan perkembangannya (Jorgensen 1980; Levinton
1982). Unsur hara yang dibutuhkan oleh tumbuhan dikelompokkan sebagai unsur
hara makro (O, C, H, N, P, K, S, Mg dan Ca) dan unsur hara mikro (Fe, Mn, Cu,
Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Co, dan Na) (Levinton 1982; Odum 1998).
Nybakken (1992) mengemukakan bahwa unsur hara anorganik utama yang
diperlukan mikroalga untuk tumbuh dan berkembang biak adalah nitrogen (dalam
bentuk nitrat) dan fosfor (dalam bentuk fosfat). Di samping itu silikat juga
merupakan salah satu unsur hara yang diperlukan dan mempunyai pengaruh
terhadap
proses
pertumbuhan
dan
perkembangan
organisme
perairan.
Nitrogen dalam air ditemukan dalam bentuk antara lain amonia, amonium,
nitrit, dan nitrat. Nitrogen dalam bentuk senyawa anorganik dimanfaatkan oleh
tumbuhan untuk membentuk protein nabati (Wardoyo 1982). Pada umumnya
nitrogen diabsorbsi oleh mikroalga dalam bentuk nitrat (NO3- N) dan amonia
(NH3-N). Mikroalga lebih banyak menyerap NH3-N daripada NO3- N karena lebih
banyak dijumpai baik dalam kondisi aerobik maupun anerobik (Welch 1980).
Selain itu, ammonia dapat secara langsung digunakan untuk sintesis asam amino
tanpa merubah fase oksidasi (Levinton 1982).
Senyawa nitrogen sangat dipengaruhi oleh kandungan oksigen bebas dalam
air. Pada saat kandungan oksigen rendah, nitrogen berubah menjadi amonia
(NH3-), sebaliknya saat kandungan oksigen tinggi nitrogen berubah menjadi nitrat
(NO3-). Nitrat adalah bentuk nitrogen utama di perairan alami dan merupakan
unsur hara utama bagi pertumbuhan alga yang dihasilkan dari proses oksidasi
sempurna senyawa nitrogen di perairan, konsentrasinya di perairan diatur oleh
proses nitrifikasi (Effendi 2000).
Nitrit merupakan bentuk peralihan antara amonia dan nitrat yang
keberadaannya menggambarkan berlangsungnya proses biologi dan perombakan
bahan organik dengan kadar oksigen terlarut sangat rendah (Effendi 2000).
Menurut Hecky & Kilham (1988) tiga unsur nutrien utama yang dibutuhkan
mikroalga adalah
P (fosfat), N (nitrogen), dan Si (silikat). Kebutuhan akan
nutrien sangat berbeda antara mikroalga yang hidup di perairan tawar maupun
perairan laut. Howarth (1988) menyatakan bahwa umumnya komposisi unsurunsur C:N:P pada mikroalga laut mengikuti rasio Redfield yaitu 106:16:1, atau
sedikit di bawah rasio tersebut.
Menurut Musa (1992) perairan dengan kandungan fosfat rendah (0,00-0,02
ppm) akan didominasi oleh diatom, pada 0,02-0,05 ppm didominasi oleh
Chlorophyta dan pada konsentrasi tinggi > 0,10 ppm akan didominasi oleh
Cyanophyta. Selain unsur hara makro, unsur hara mikro juga dibutuhkan
mikroalga dalam sistem enzim, proses oksidasi dan reduksi dalam metabolisme
mikroalga serta digunakan untuk memperoduksi klorofil (Garcia & Garcia 1985).
Biodisel
Biodisel dapat diperoleh dari minyak hewani maupun nabati dengan proses
transesterifikasi seperti gambar reaksi kimia di bawah ini:
Proses konversi minyak dari mikroalga menjadi biodisel dilakukan melalui
tahapan transesterifikasi. Proses transesterifikasi diperlukan dalam pembuatan
biodisel karena minyak mikroalga mentah masih mengandung fosfat/fosfolipid
yang dapat menyebabkan kerak, mengandung asam lemak bebas yang dapat
menyebabkan korosif.
Biodisel merupakan bahan bakar minyak yang mengandung mono-alkil
ester dari asam lemak rantai panjang yang diturunkan dari minyak nabati maupun
hewani. Biodisel ini dilambangkan dengan B100 dimana 100 menunjukkan
prosentase biodisel. Biodisel dapat dicampurkan dengan petrodisel dan
dinotasikan sebagai BXX, dimana XX merupakan prosentase biodisel dalam
campuran (Chisti 2007). Proses transesterifikasi dikatalis oleh katalis asam atau
katalis basa. Katalis basa dapat mempercepat reaksi transesterifikasi 4000 kali
lebih cepat dari katalis asam. Hal ini menyebabkan katalis basa seperti sodium dan
potasium sering digunakan, dan biasanya digunakan pada konsentrasi 1% dari
berat minyak (Chisti 2007). Proses transesterifikasi berguna dalam membantu
menurunkan viskositas minyak nabati sehingga memiliki spesifikasi yang
menyerupai petrodisel (Benemann et al. 2003). Oleh karena itu, biodisel adalah
bahan bakar yang bermutu tinggi dan secara teknis biodisel layak dimanfaatkan
sebagai bahan bakar mesin diesel (Soerawidjaja 2006).
Sebagai negara agraris di kawasan tropis, ada banyak jenis sumber bahan
baku nabati yang dapat diolah menjadi biodisel yang beberapa diantaranya sudah
dimanfaatkan sebagai sumber lipid atau minyak untuk keperluan komersial,
seperti minyak sawit, minyak kelapa dan minyak jarak pagar. Sementara sebagian
lainnya belum termanfaatkan secara optimal seperti mikroalga. Terdapat beberapa
kelebihan pemanfaatan mikroalga sebagai sumber biodisel dibandingkan sumber
lainnya. Disamping itu, komoditas ini juga memiliki potensi lain seperti menjadi
bahan pangan dan pakan ternak.
Ada beberapa cara ekstrasksi minyak nabati yang berasal dari mikroalga
menurut Oilgae (2006), diantaranya adalah 1) Pengepresan (Expeller/Press) yaitu
penggunaan alat pengepress untuk mengekstraksi minyak yang terkandung dalam
mikroalga. Mikroalga yang sudah siap panen dipanaskan dahulu untuk
menghilangkan air yang masih terkandung di dalamnya, dengan menggunakan
alat pengepres ini dapat diekstraksi sekitar 70 – 75% minyak yang terkandung
dalam mikroalga. 2) Chemical solvent oil extraction yaitu penggunaan pelarut
kimia. Minyak dari mikroalga dapat diambil dengan menggunakan larutan kimia,
misalnya dengan menggunakan eter, hexana, metanol. 3) Supercritical Fluid
Extraction yaitu penggunaan CO2, CO2 dicairkan dibawah tekanan normal
kemudian dipanaskan sampai mencapai titik keseimbangan antara fase cair dan
gas. Pencairan fluida inilah yang bertindak sebagai larutan yang akan
mengekstraksi minyak dari mikroalga. Metode ini dapat mengekstraksi hampir
100% minyak yang terkandung dalam mikroalga. Namun begitu, metode ini
memerlukan peralatan khusus untuk penahanan tekanan.
Potensi Mikroalga sebagai Bahan Baku Biodisel
Secara teoritis, produksi biodisel dari alga dapat menjadi solusi yang
realistik untuk mengganti solar. Tumbuhan seperti kelapa sawit dan kacang-
kacangan membutuhkan lahan yang sangat luas untuk
dapat menghasilkan
minyak supaya dapat mengganti kebutuhan solar dalam suatu negara. Hal ini
tidak realistik dan akan mengalami kendala apabila diimplementasikan pada
negara dengan luas wilayah yang kecil. Mikroalga sangat efisien hidup di
kawasan tropis, baik pada air tawar maupun air laut. Dari satu hektar mikroalga
dengan teknik raceway ponds atau photobioreactor dapat dihasilkan sekitar
58.000 liter minyak dengan asumsi hanya 30% dari biomassanya yang
mengandung minyak (Chisti 2007). Perbandingan produksi minyak dari berbagai
jenis tumbuhan dengan mikroalga disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Rata-rata biodisel yang dihasilkan oleh beberapa jenis tumbuhan dan
mikroalga serta luas lahan yang diperlukan (Chisti 2007).
No
1
2
3
4
5
6
7
Tumbuhan
Jagung
Kedelai
Canola
Jarak
Kelapa
Sawit
Mikroalga
Produksi Minyak Luas Lahan yang dibutuhkan
(L/Ha)
(Ha)
172
1540
446
594
1190
223
1892
140
2689
99
5950
45
136,900
2
Berdasarkan Tabel 1 dapat ketahui bahwa mikroalga memiliki potensi yang
sangat besar, bahkan paling besar sebagai penghasil bahan baku biodisel. Tidak
seperti tumbuhan penghasil minyak, mikroalga tumbuh dengan cepat dan banyak
mengandung minyak. Mikroalga biasanya menggandakan biomassanya dalam 24
jam. Penggandaan biomassa dalam fase pertumbuhan ekponensial biasanya
memerlukan waktu 3,5 jam. Kandungan minyak dalam mikroalga dapat mencapai
60% dari bobot kering biomassanya (Spolaore et al. 2006).
Produktivitas minyak mikroalga adalah produksi per unit volume dari sari
mikroalga per hari, dan bergantung pada rata-rata pertumbuhan mikroalga dan
minyak yang terkandung di dalam biomassa mikroalga tersebut.
Mikroalga
dengan produktivitas minyak yang tinggi akan digunakan untuk memproduksi
biodisel. Bergantung pada jenis spesies, mikroalga memproduksi beberapa jenis
lipid, hidrokarbon dan minyak yang kompleks (Banerjee et al. 2002; Metzger &
Largeau 2005; Guschina & Harwood 2006). Kandungan
lipid
tertinggi
dari
mikroalga terdapat pada awal fase eksponensial sampai awal fase stasioner
(Weldy & Huesemann 2007). Kandungan minyak alami beberapa jenis mikroalga
berkisar antara 15 – 77 % (Tabel 2).
Tabel 2 Kandungan minyak alami pada beberapa jenis mikroalga (Chisti 2007).
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Jenis Mikroalga
Botryococcus braunii
Chlorella sp.
Crypthecodinium cohnii
Cylindrotheca sp.
Dunaliella primolecta
Isochrysis sp.
Monallanthus salina N
Nannochloris sp.
Nannochloropsis sp.
Neochloris oleoabundans
Nitzschia sp.
Phaeodactylum tricornutum
Schizochytrium sp.
Tetraselmis sueica
Kandungan Minyak
% / bobot kering
25–75
28–32
20
16–37
23
25–33
20
20–35
31–68
35–54
45–47
20–30
50–77
15–23
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Sampel mikroalga diambil dari sumber air panas yang ada di Jawa Barat
yaitu: sumber air panas Ciater, Cipanas, Ciwalini, dan Gunung Pancar.
Identifikasi dilakukan di Laboratorium Taksonomi Tumbuhan, Departemen
Biologi, FMIPA Institut Pertanian Bogor, sedangkan isolasi, karakterisasi dan
pengamatan pertumbuhan mikroalga dilakukan di Pusat penelitian Bioteknologi
LIPI. Pengambilan sampel dan penelitian laboratorium dimulai pada bulan
September 2008 sampai Oktober 2009.
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel mikroalga,
Formalin 4%, Larutan CuSO4, minyak Nile Red, air destilata, media kultur IMK,
Blue Grenn-11 (BG-11), Zarrouk, Modification Bristol Medium (MBM), Phospat
Hidrogen Medium (PHM) dan Bold Basal Medium (BBM), air destilata,
khloroform, dan methanol.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian meliputi alat lapangan dan
laboratorium. Adapun alat lapangan yang digunakan dalam penelitian adalah:
pompa vakum, jerigen (kapasitas 20 L) dan pH meter stick. Alat laboratorium
yang digunakan dalam penelitian adalah: mikroskop cahaya, mikroskop
fluorescense, erlenmeyer ukuran 500 ml, aerator, cawan petri, pipet, sedgewich
rafter, lampu neon, oven, water bath, milipore sentrifuse, tabung sentrifuse, gelas
arloji, dan timbangan.
Metode
Pengambilan Sampel Mikroalga
Pengambilan sampel mikroalga dilakukan dengan menyaring 5-10 liter air
dengan pompa vakum yang didalamnya telah dipasang milipore ukuran 0,45µm.
Air diambil pada kedalaman 50 cm sampai 1 m tergantung intensitas cahaya
matahari yang ada di lokasi penelitian, sehingga mikroalga yang tersaring adalah
mikroalga yang hidup di atas permukaan air dan yang melayang-layang di dalam
air. Kemudian milipore diambil dan dimasukkan ke botol falkon yang telah diisi
dengan media IMK. Untuk sampel mikroalga yang akan diidentifikasi
ditambahkan formalin 4%, untuk menjaga klorofil agar tidak rusak (Welch
1948).
Penghitungan Kelimpahan Mikroalga
Mikroalga yang dibawa dari lokasi penelitian kemudian diidentifikasi dan
dihitung
masing-masing
kelimpahannya
menggunakan
sedgewich
rafter.
Penghitungan mikroalga dilakukan dengan cara memasukkan 1 ml air dari lokasi
penelitian ke dalam sedgewich rafter, kemudian diamati di bawah mikroskop.
Selanjutnya mikroalga yang teramati dihitung dengan hand counter. Pengamatan
dilakukan pada 10 bidang pandang dan mikroalga yang teramati dirata-rata. Untuk
mengetahui kepadatan mikroalga yang teramati digunakan rumus (Isnansetyo dan
Kurniastuty 1995) :
N = Jbp x n sel/ml
1000
={
}xn
2
3,14 (d/2)
N = Kepadatan mikroalga
n = Jumlah mikroalga teramati
Jbp = Jumlah bidang pandang
Identifikasi dan Isolasi Sampel Mikroalga
Identifikasi dilakukan untuk mengetahui jenis mikroalga yang digunakan
selama proses penelitian. Identifikasi mikroalga yang utama didasarkan pada
karakteristik morfologi. Sampel mikroalga di diidentifikasi menggunakan
mikroskop cahaya dengan bantuan buku identifikasi “The Freshwater Algae”
(Prescott 1978) dan “Introduction to The Algae” (Bold & Wyne 1985).
Tahapan isolasi dilakuan dengan tujuan untuk mendapatkan isolat mikroalga
yang akan digunakan untuk uji selanjutnya. Tahapan isolasi dilakukan dengan
pemurnian pada pengenceran bertingkat atau metode dilusi. Tehnik isolasi ini
dilakukan dengan cara memasukkan sampel air dari sumber air panas kedalam
microplate yang mempunyai 96 lubang. Masing-masing lubang diisi dengan
media IMK sebanyak 135 µl, kemudian lubang pada kolom pertama diisi dengan
sampel mikroalga sebanyak 15 µl. Selanjutnya dari lubang pertama diambil 15 µl
lagi dan dimasukkan ke lubang kedua dan seterusnya sampai lubang keduabelas.
Hal yang sama dilakukan untuk lubang baris kedua dan seterusnya. Isolat
diinkubasi pada suhu 27 ± 2 0C dibawah cahaya lampu pada intensitas 2500 lux
dengan 24 jam pencahayaan. Setelah 2-3 minggu microplate diamati lubang mana
saja yang ditumbuhi mikrolaga.
Media IMK merupakan media standar yang digunakan untuk isolasi, yang
didalamnya terkandung semua unsur hara yang diperlukan untuk pertumbuhan
mikroalga tetapi dalam konsentrasi yang minimal.
Keragaman Mikroalga
Nilai indeks keanekaragaman mikroalga pada masing-masing lokasi
dihitung dengan rumus (Krebs 1978):
H = indeks keanekaragaman Shanon Wiener
H = - ∑ Pi2log Pi
Pi = proporsi spesies ke-1 terhadap jumlah total
Keseragaman komunitas mikroalga pada masing-masing lokasi dapat dilihat
dengan menghitung indeks keseragaman (Equability = E) dengan rumus (Krebs
1978) :
H
E
= indeks keseragaman
H max = 2log S
E=
H max
S
= jumlah spesies yang ditemukan
Untuk mengetahui adanya dominansi jenis mikroalga yang ditemukan di lokasi
penelitian, maka dihitung indeks dominansi Simpson dengan rumus (Browner et
al. 1990):
∑ Ni (Ni-1)
Id =
N(N-1)
Id
= indeks dominansi
Ni
= jumlah individu jenis ke i
N
= jumlah total individu
Seleksi Mikroalga Berdasarkan Kandungan lipid
Kandungan minyak pada mikroalga berhubungan dengan kandungan lipidnya, ada
tidaknya lipid pada mikroalga dapat diketahui dengan menggunakan Nile Red
(Cooksey et al. 1987). Larutan stok untuk Nile Red disiapkan dengan
menambahkan 1 mg Nile Red ke dalam 1 ml aceton. Sel mikrolga diwarnai
dengan meneteskan 10 µl larutan Nile Red ke dalam 1 ml biakan mikroalga.
Proses pewarnaan berlangsung 20-30 menit. Untuk pengamatan di bawah
mikroskop diambil 1 tetes sel mikroalga yang telah diwarnai dan diletakkan di
atas gelas objek kamudian diamati di bawah mikroskop fluoresence dengan filter
blue pada panjang gelombang (450-495 nm). Mikroalga yang mempunyai
kandungan lipid akan tampak berwarna kuning mengkilat (Cooksey et al. 1987).
Isolat yang diketahui mengandung lipid kemudian ditumbuhkan pada media IMK,
kemudian pada tahapan ini isolat diseleksi lagi berdasarkan kecepatan tumbuh.
Seleksi media
Seleksi media dilakukan dengan tujuan mendapatkan media yang sesuai
untuk pertumbuhan 4 mikroalga terpilih. Media yang digunakan adalah BG 11,
Zarrouk, MBM, PHM dan BBM (Lampiran 3). Masing-masing media dilarutkan
menggunakan air dari masing-masing lokasi penelitian, atau media dilarutkan
pada air destilata jika akan dibuat stok media. Tahapan kultivasi ini dilakukan
agar mikroalga terpilih dapat tumbuh dengan baik untuk mendapatkan jumlah dan
massa sel yang cukup untuk digunakan pada tahapan uji selanjutnya. Masingmasing media dengan volume 90 ml dimasukkan ke dalam erlenmeyer 300 ml dan
dibuat empat ulangan sesuai dengan jumlah mikroalga yang terseleksi, kemudian
tiap-tiap media ditambahkan 10 ml mikroalga. Kultur biakan mikroalga diberi
aerasi agar mikroalga tidak mengendap dan dapat tumbuh dengan baik. Mikroalga
yang telah ditumbuhkan pada 5 jenis media diukur laju pertumbuhannya
berdasarkan OD (optical density) dengan menggunakan spektrofotometer
PharmaSpec UV-1700 SHIMADZU pada panjang gelombang 680 nm ( Lee et al
1998). Pengamatan pertumbuhan biakan mikroalga dilakukan setiap hari selama
16 hari. Media dengan laju pertumbuhan terbaik digunakan untuk menumbuhkan
mikroalga untuk uji selanjutnya.
Pengaruh Faktor Lingkungan terhadap Pertumbuhan Mikroalga
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui komposisi media yang tepat
terutama konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya yang dapat meningkatkan
biomassa dan kandungan lipid mikroalga. Percobaan ini merupakan percobaan
faktorial dengan dua faktor yaitu: konsentrasi nitrogen (0,5, 1 dan 2 M) dan
intensitas cahaya (35, 70, dan 140 µmol foton/m2 /detik atau berturut-turut setara
dengan 2500, 5000 dan 10.000 lux). Kombinasi perlakuan faktorial 3 x 3 dari 3
taraf konsentrasi nitrogen dan intensitas cahaya disajikan pada Tabel 3. Percobaan
disusun berdasarkan rancangan split plot dengan tiga ulangan. Parameter yang
diamati adalah laju pertumbuhan, biomassa, kandungan lipid dan produktivitas
lipid. Data yang diperoleh dianalisis dengan analisis sidik ragam pada tingkat
kepercayaan 95%. Apabila analisis ragam berpengaruh dilanjutkan dengan uji
LSD. Masing-masing perlakuan ditumbuhkan pada botol aquabides dengan
volume 500 ml.
Tabel 3 Kombinasi perlakuan faktorial 3 x 3 dari tiga taraf konsentrasi nitrogen
dan tiga taraf intensitas cahaya.
Konsentrasi N
Intensitas Cahaya (µ mol foton/m2/detik)
M
35 (B1)
70 (B2)
140 (B3)
0,5 (A1)
A1B1
A1B2
A1B3
1 (A2)
A2B1
A2B2
A2B3
2 (A3)
A3B1
A3B2
A3B3
Katerangan : A = konsentrasi nitrogen, B= intensitas cahaya, M= molar
N = nitrogen
Pertumbuhan Mikroalga. Pengukuran pertumbuhan sel mikroalga
dilakukan dengan mengukur Optical density (OD) atau rapat optis kultur
mikroalga pada panjang gelombang () 680 nm (Lee et al. 1998). Pengukuran
OD dilakukan setiap 2 hari sekali selama 16 hari pengamatan dengan
spektrofotometer.
Biomassa kering. Pengukuran berat dilakukan pada hari ke 8 dan 16.
Pengukuran dilakukan dengan cara mengambil 200 ml kultur mikroalga,
kemudian disentrifuse 6000 rpm selama 10 menit dan diambil peletnya.
Selanjutnya pelet di oven pada suhu 80 0C selama 24 jam. Biomassa yang telah
kering kemudian ditimbang.
Kandungan Lipid. Pengukuran kandungan lipid dilakukan pada hari ke 8
dan 16 dengan proses ekstraksi. Proses ekstraksi lipid mikroalga dilakukan
dengan metode chemical solvent oil extraction (Bligh & Dyer 1959), yaitu dengan
menggunakan bahan kimia sebagai pelarut. Pelarut kimia yang digunakan adalah
metanol dan khloroform. Untuk menghitung kandungan lipid mikroalga dilakukan
dengan cara memasukkan 200ml kultur mikroalga ke dalam tabung sentrifuse,
kemudian disentrifuse pada kecepatan 6000 rpm selama 10 menit kemudian
peletnya diambil dan dikeringkan dengan oven pada suhu 80 0C selama 24 jam.
Biomassa mikroalga yang telah kering disuspensikan dengan 4 ml air destilata
bebas ion kemudian ditambahkan 10 ml metanol dan 5 ml khloroform, dan
digoyang dengan shaker secara resiprok selama 24 jam, kemudian ditambahkan
kembali 5 ml air destilata bebas ion dan 5 ml khloroform, selanjutnya disentrifuse
kembali pada kecepatan 6000 rpm selama 10 menit, kemudian lipid yang
mengendap diambil selanjutnya diletakkan didalam tabung reaksi dan dipanaskan
untuk menghilangkan campuran larutan kimia yang ditambahkan sebelumnya.
Perhitungan % lipid mikroalga didasarkan pada rumus berikut :
Lw
% Lipid =
Lw = berat lipid sampel (gram)
x 100
Bw = berat biomassa sampel (gram)
Bw
Produktivitas lipid mikroalga dihitung dengan rumus :
Lw / 0,2
Produktivitas (g/l/hari) =
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Keragaman Mikroalga
Proses isolasi diawali dengan mengisolasi sampel mikroalga dari empat
lokasi penelitian. Dari tahapan isolasi didapatkan 72 isolat mikroalga, kemudian
dilakukan seleksi berdasarkan kandungan lipid dalam sel mikroalga. Tahapan
identifikasi dilakukan dengan menggunakan mikroskop cahaya dan bantuan buku
identifikasi mikroalga. Dari identifikasi yang dilakukan pada empat lokasi
penelitian terdapat 32 spesies mikroalga yang berhasil diidentifi