Penambahan unsur karbon dengan aerasi CO2serta pengaruhnya terhadap kadar lipid total, protein, gula reduksi, pigmen fikosianin dan klorofilpada kulturSpirulina platensisPuji Norbawa, Nurul Mafrihah, Syarif Hidayatullah dan Ervia Yudiati*)*) Marine Station Teluk Awur Jepara, Jurusan Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Diponegoro, SemarangEmail: eyudiati@gmail.com

Peningkatanemisi CO2di atmosfer diduga menjadi penyebab utama terjadinyaglobal warming.Mikroalgasebagaiprodusen primer memerlukan CO2dalamjumlahbesardalam proses fotosintesanya, sehinggaberpotensibesarmampumenyerapdanmensintesisunsurekarbon. SintesiskarbonpadamikroalgaSpirulinaplatensisdenganpenambahanaerasi CO2akanmempengaruhikandungantotal lipid, protein, ataukarbohidrat. Kandunganpigmenfikosianindanklorofiljugaakanberbeda.Penelitianinimenggunakanmasing-masing 10 liter kulturmurniS. platensisyang diperkayadengan media Walne. Metode yang digunakandalampenelitianiniadalaheksperimentallaboratorisdengan4perlakuanyaituaerasiCO2selama10menit,20menit,30menit,dan 40menit, sertaKontrol(tanpaaerasi). Pengulangandilakukansebanyaktiga kali.Penghitungankepadatanseldilakukansetiaphari.Padafaseeksponensialakhir, dilakukanpemanenandandilakukananalisis total lipid, protein, gulareduksi, danpigmen (fikosianindanklorofil).Data dianalisissecaradeskriptif.Hasilpadaperlakuanaerasi CO2tinggimenunjukkanbahwaterjadipenurunankadar protein danpigmenfikosianinsertapeningkatankadar total lipid. Sedangkankadargulareduksisertaklorofiltertinggi.MikroalgaS. platensisberpotensi sebagaibiodegradator CO2sekaligussumberbahansebagaikandidatbiopigmendan biodiesel.

Kata kunci: CO2, lipid total, protein, gula reduksi, fikosianin, klorofil,Spirulina platensis

PENDAHULUANSpirulinaplatensismerupakan jenis alga hijau biru dengan sel tunggal yang termasuk dalam kelasCyanophiceaedengan sukuOscilatoriaceaeyang selama ini digunakan sebagai nutraceuticaldan biopigmen (Bermejoet al, 2008, Yudiatiet al, 2011).S. platensisjuga berperan sebagai produsen primer dalam ekosistem perairan. Mataet al.,(2010) mengatakan bahwa mikroalga dapat tumbuhwalaupun pada kondisi yang sulit. Dalam perkembangannya,kemampuan fotosintesis mikroalga digunakan sebagai degradator karbondioksida sehingga dapat mengurangi efek global warming (Chiu, 2008). Selain itu, mikroalga juga berpotensi sebagai sumber bahan makanan (Andersen, 1995), sumber bahan bakar terbarukan (Chisti, 2007), serta sumber senyawa aktif dalam bidang farmakologi (Changet al., 1993).BiomassaS. platensismengandung lipid, karbohidrat, protein dan pigmen (Spolaoreet al., 2006). Penambahan karbondioksida dalam kulturS. platensisdiharapkan dapat meningkatkan komposisibahan-bahantersebut sehingga layak untuk dikembangkan sebagai industri energi terbarukan dan industri nutraceutical. Chisti (2007) juga mengatakan bahwa aerasikarbondioksidaakan memacu proses fotosintesis pada reaksi Calvin. Laju fotosintesis pada mikroalga yang diberi aerasi dengankarbondioksidaakan memacu sintesis karbohidrat. Proses biosintesis lipid pada mikroalga membutuhkan energi yang besar, diawali dengan proses pembentukan karbohidrat kemudian dilanjutkan dengan akumulasi lipid (Ahmadet al.,2011).Penambahan karbondioksida juga diharapkan mampu meningkatkan protein dan pigmen padaSpirulina platensis. Sanchezet al., (2012) menjelaskan bahwaSpirulinasp dianggap sebagai antioksidan yang baik, hal itu disebabkan karenaSpirulinasp banyak mengandung klorofil dan fikosianin yang dapat mengikat radikal bebas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuiS. platensisdalam memanfaatkan karbondioksida serta potensinya sebagai energi terbarukan ramah lingkungan dan sumber nutraceutical.

METODEKulturSpirulina PlatensisStokSpirulina platensisdiperoleh dariBalaiBesar Pengembangan Budidaya Air Payau(BBPBAP)Situbondo.Kultur dilakukan dengan cara menambahkan3Lstok murni (1/3 bagian) ke dalam media air laut dengan salinitas15ppt sebanyak6L(2/3 bagian).Selanjutnya ditambahkan pupuk Walne 10ml (dosis1ml/L). KulturSpirulina platensisdilakukan sehingga menghasilkan 15 wadah masing maing sebanyak 9 L. Selanjutnya kulturSpirulina platensisdinkubasi dalam suhu 17-20oC dan pencahayaan (2750 lux selama 24 jam/hari).

Aerasi KarbondioksidaAerasi karbondioksida dilakukan setiaphari pada pagi harihingga waktu panen.Empat Perlakukanyang diaplikasikan adalah waktu aerasi CO2berbeda yaitu 10, 20, 30 dan 40 menit serta tanpa aerasisebagai kontrol. Setelah dilakukan aerasi karbondioksida kemudian dilakukan penghitungan CO2terlarut dengan metode titrasi.Konsentrasi karbondioksida (CO2) terlarut dihitung dengan menggunakan rumus APHA (1978):

Analisa Total LipidEkstraksi lipid yang akan dilakukan merupakan modifikasi dari metode Bligh and Dyer (1965). Biomassa keringS. platensissebanyak 1 g dimaserasi menggunakan metanol. Maserasi dilakukan pada suhu 400celcius selama 2 jam. Perlakuan secara mekanik ditambahkan dengan melakukanstirringmenggunakanpengadukmagnetik. Kemudian ditambahkan n-hexandengan volume yang sama. Selanjutnya dilakukan pemisahan fraksi metanol dan n- heksan zdengan menggunakan corong pisah. Setelah di dapatkan fraksi n heksan dilakukan proses evaporasi pelarut menggunanakan oven dengan suhu 110oCdan ditimbang sehingga didapatkan kadar total lipid.

Analisa Gula ReduksiEkstraksigula reduksi menggunakan metode Nelson Somogyis.Sebanyak 100 mg alga dilarutkandalam etanol 80%, dimasukkan kedalam tabung reaksidandivortex. Selanjutnyasupernatantdievaporasi di waterbath pada suhu 80oCsampai etanolmenguap semua.Selanjutnya pengukuran gula reduksi dengan menggunakan metode Dinitrosalicylic acid (Metode DNS).Aquadesditambahkanpada sampel,dipipetsebagianlalu ditambahkan dengan reagen DNSdengan volmue yang samakedalam tabung reaksi. Tabung reaksi tersebut kemudian ditempatkan dalam penangas air 100oC selama 5 menitdantambahkan 1 ml potassium sodium tartrat40% dan didinginkan padasuhu ruangan.Selanjutnyadilakukan pengukuran absorbansipada panjanggelombang 510 nm. Penghitungan kadar gula reduksi dengan menggunakan grafik standar.

Analisa Protein Metode analisa kadar proteinS. platensisdengan menggunakan metodemikroKjeldahl.

Analisa Klorofil dan Fikosianin Preparasi sampel dilakukan dengan cara melarutkan10 mg sampelS.platensispada 10 mLaquades untuk analisa fikosianin dan 10 mL aseton untuk analisa klorofil-a. Selanjutnya, sampel divortex.Kemudian disentrifuge dengan kecepatan 3000 rpm selama30 menit. Selanjutnya dipisahkan antara ekstrak dan pelarut. Ekstrak fikosianin dibaca padaspektrometer denganpanjang gelombang475,615 dan 652 nm. Sedangkan klorofil-a dibaca pada panjang gelombang 665, 645 dan 630 nm Perhitungan fikosianin dan klorofil-a menggunakan rumus:1. Fikosianin

(Siegelman dan Kycia, 1978)

2. Klorofil-a = 15,5 A665 2 A645- 0,8 A630

(Richards dan Thompson, 1952)

HASIL DAN PEMBAHASANTotal Lipid, Gula Reduksi dan ProteinPemberian aerasi karbondioksida pada kulturS. platensismemberikan pengaruh terhadap produksi total lipid dan gula reduksi. Pemberian aerasi karbondioksida pada kulturS. platensismenyebabkan penurunan kadar total lipid. Produksi total lipid pada kontrol, perlakuan pemberian aerasi CO2selama 10, 20, 30 dan 40 menit masing masing 9,2; 4,66; 2,93; 2,93; 1,6 dan 5,73 %-dw.

Gambar 1.Kadar total lipid dengan perbedaan waktu aerasi karbondioksida

Pemberian aerasi CO2selama 30 menunjukkan produksi total lipid terendah (1,6%-dw). Namun pada pemberian aerasi CO2selama 40 menit kembali terjadi peningkatan produksi kadar total lipid yaitu sebesar 5,73 %-dw. Hasil penelitian Norbawaet al., (2012) juga menyatakan bahwa pemberian aerasi CO2selama 3 menit pada kulturNannochloropsis oculatamengalami penurunan drastis hingga mencapai kadar lipid terendah dibandingkan perlakuan lain, sedangkan aerasi CO2selama 4 menit justru meningkatkan kadar lipid hingga mencapai maksimal. Pola serupa juga ditunjukkan pada hasil penelitian Jawaet al., (2012) yang menunjukkan bahwa aerasi CO2selama 4 menit pada kulturChlorella vulgarismenyebabkan penurunan produksi total lipid hingga mencapai nilai terendah dibanding perlakuan lain, sedangkan aerasi CO2selama 6 menit meningkatkan kadar total lipid hingga mencapai nilai maksimal.Pemberian aerasi CO2yang berbedapada kulturS. platensisjuga berpengaruh terhadap kadar gula reduksi yang dihasilkan pada perlakuan kontrol, 10, 20, 30 dan 40 menit yaitu119,67; 87,67; 70,33; 65,33 dan 133,50 ppm.

Gambar 2.Kadar gula reduksi dengan waktu aerasi karbondioksidayang berbeda

Pengaruh aerasi karbondioksida padaS. platensisterhadap kadar gula reduksi mempunyai pola yang sama dengan kadar total lipid. Penurunan terjadi secara bertahap hingga pada aerasi selama 30 menit menghasilkan kadar gula reduksi terendah (65,33 ppm). Namun pada aerasi selama 40 menit terjadi peningkatan hingga menghasilkan kadar gula reduksi tertinggi (133,50 ppm). Persamaan pola antara produksi total lipid dan gula reduksi disebabkan karena persamaan jalur sintesis antara lipid dan gula reduksi. Champbellet al., (2010) menjelaskan bahwa hasil akhir proses fotosintesis adalah gula sederhana yang akan diubah menjadi gula lain yang lebih kompleks.Energi yang dihasilkan pada proses fotosintesis mikroalga dapat digunakan sebagai pertumbuhan, cadangan makanan atau untuk mempertahankan diri saat terjadi tekanan pada lingkungan (Khooet al., 2011). Penurunan kadar total lipid dan gula reduksi padaS. platensisdisebabkan karena hasil fotosintesis digunakan untuk memproduksi protein.Penurunan yang terjadi pada kadar total lipid dan gula reduksi disebabkan karena energi hasil fotosintesisS. platensisdikonversi dalam bentuk protein. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa produksi kadar total lipid dan gula reduksi berbanding terbalik dengan produksi protein, klorofil dan fikosianin.

Gambar 3.Kadar protein denganwaktu aerasi karbondioksidayang berbeda

Bellou dan Aggelis (2013) menjelaskan bahwa saat kualitas air menunjang untuk pertumbuhan mikroalga serta masih tersedia nitrogen dalam media, mikroalga akan mensintesis protein yang digunakan untuk proses pembelahan sel. Namun saat nitrogen dalam media kultur sudah habis mikroalga lebih banyak mengakumulasi hasil fotosintesis dalam bentuk lipid. Widianingsihet al.,(2011) menjelaskan bahwa semakin kecil konsentrasi fosfat dan nitrat yang diberikan pada kulturN. oculatamaka total lipid yang dihasilkan semakin besar. Jumlah fosfat dan nitrat yang besar dalam media kultur menyebabkanN. oculatalebih banyak memproduksi protein (Hu dan Gao, 2006). Ogbandaet al., (2006) menjelaskan bahwaSpirulina spdapat memproduksi protein maksimal pada pH 9 dan suhu 30oC. Pada penelitian iniSpirulina platensismenghasilkan protein secara maksimal pada pemberian aerasi CO2selama 10 menit.

Fikosianin dan Klorofil a Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa produksi fikosianin berbanding terbalik dengan klorofil.Sementara kadar fikosianin berbanding lurus dengan kadar protein. Fikosianin adalah pigmen berbasis protein.Pada perlakukan pemberian aerasi CO2selama 20 menit produksi fikosianin menunjukkan nilai tertinggi yaitu 182, 6 ppm. Selanjutnya pada aerasi 30 dan 40 menit kadar fikosianinS. platensismenunjukkan penurunan yaitu 116,4 dam 103,8 ppm.

Gambar 4.Kadar Fikosianin dengan perbedaan waktu aerasi karbondioksida

Gambar 5.Kadar Klorofil - a dengan waktu aerasi karbondioksidaberbeda

Hasil ini sama dengan penelitianMadhyastha dan Vatsala (2007) menjelaskan bahwa pada warna cahaya yang berbeda produksi klorofil dan fikosianin padaSpirulina fussiformisberbanding terbalik. Pemberian cahaya terang seperti cahaya putih dan biru pada kulturSpirulinasp dapat meningkatkan kadar klorofil (Madhyastha dan Vatsala, 2007;Eloranta, 1986). Sedangkan pemberian cahaya panjang gelombang rendah seperti cahaya merah, kuning dan hijau dapat meningkatkan kadar fikosianinSpirulina fussiformis(Madhyastha dan Vatsala, 2007).FikosianinpadaS. platensismerupakanantioksidanadekuatdenganpotensi antitumor yang baik (Yudiatiet al, 2011) denganstabilitas yang baikapabiladilakukandenganteknikpascapanenyang tepat (YudiatidanFariha, 2012)Cahaya dan karbondioksida erat hubungannya dengan proses fotosintesis. Hasil penelitian ini menunjukkan semakin banyak penambahan unsur karbon dari aerasi CO2dapat meningkatkan produksi klorofil. Penambahan CO2pada kulturS.platensisakan memacu fiksasi karbon saat reaksi gelap berlangsung sehingga meningkatkan kinerja enzim rubisco pada sel mikroalga (Zenget al., 2012). Kondisi meningkatnya proses fiksasi karbon pada reaksi gelap ini yang meyebabkan miningkatnya kadar klorofil padaS. platensis.

KESIMPULANPenambahan unsur karbon denganwaktuaerasi karbondioksidayang tertinggipada kulturS. platensisefektif untuk meningkatkan kadar protein dan klorofil.Sedangkanwaktuaerasikarbondioksidasedangsampaitinggiakanefektif untuk meningkatkan lipid, gula reduksi dan fikosianin. Sehingga penambahan aerasi karbondioksidayang tepatpada kulturS. platensisdapatdigunakan untuk pengembangan industribiopigmen sekaligbiodiesel.

UCAPAN TERIMA KASIHUcapan terimakasih saya sampaikan kepada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Diponegoro yang telah memberikan dana hibah penelitian melalui DIPA dengan surat perjanjian nomer:0596/023-04.2.16/13/2012. Selain itu terimakasih juga saya sampaikan kepadaIr. Sri Sedjati, M.Sc., Ir. Ali Djunaedi, M.Phil. dan Drs. Ali Ridho, M.Si. atas kerja samanya.Ketua Pengelola Marine StationTeluk Awur Jepara, Sdr. Kukuh Sutriyoga dan Sdr. Sihir yang telah banyak membantusecarateknis dalam pelaksanaan penelitian.

DAFTAR PUSTAKAAhmad, A.L., Yasin, N.H.M., Derek, C.J.C., Lim, J.K., 2011. Microalgae as a sustainable 754 energy source for biodiesel production: a review. Renewable and Sustainable 755 Energy Reviews 15, 584593. 756Andersen, S. 1995. Microencapsulated marine omega-3 fatty acids for use in the food industry. Food Tech Euro 1: 104 105Bellou, S. and G. Aggelis. 2013. Biochemical activities inChlorellasp. andNannochloropsis salinaduring lipid and sugar synthesis in a lab-scale open pond simulating reactor. J. Biotechnol.1:1-12Bermejo-Bescos, P., Pinero-Estrada, E., & Villar del Fresno, A. M. (2008). Neuroprotection bySpirulina platensisprotein extract and phycocyanin against iron-induced toxicity in SH-SY5Y neuroblastoma cells. Toxicology In Vitro, 22, 14961502.Bligh, E.G. and W.J. Dryer. 1959. A rapid method of total lipid extraction and purification. Can.J.Biochem.Pysiol.,37:911-917Campbell, N.A., J.B. Reece, dan L.G. Mitchell. 2002. Biologi Edisi kelima Jilid 1. Lestari R, Adil EIM, Anita N, penerjemah. Jakarta: Erlangga. Hal 63-76.Chang, E.H., Yang, S.S., 2003. Some characteristics of microalgae isolated in Taiwan for biofixation of carbon dioxide. Bot. Bul. Acad. Sin. 44, 4352.Chisti,Y. 2007. Biodisel from Microalgae. Institute of Techonolgy and Engineering, Massey University. Biotechnology Advances 25 (2007) 294306.Chiu, S.Y, Kao, C.Y. Tsai, M.T. Ong, S.C, Chen C.H, and Lin, C.S. 2009. Lipid Accumulation and CO2Utilization of Nannochloroposis oculata to CO2Aeration. Biosource Technology 100:833-838Eloranta, P., 1986. Paper chromatography as a method of phytoplanktoncommunity analysis. Ann. Bot. Fennici. 23, 53159.Jawa, .I.U., P. Norbawa, E. Yudiati dan A. Ridlo. 2012. Optimalisasi Kandungan Total Lipid Chlorella vulgaris dengan Aerasi CO2. Prosiding Seminar Nasional Rumput Laut dan MikroalgaeKhoo HH, Sharratt PN, Das P, Balasubramanian RK, Naraharisetti PK, Shaik S. 2011. Life cycle energy and CO2analysis of microalgae to biodisel: Preliminary results and comparisons. Bioresource Tech. 102:5800- 5807.Madhyastha, H.K. and T.M. Vatsala. 2007.Pigment production inSpirulina fussiformisin different photophysical conditions. Biomolecular Engineering 24: 301305Mata, T.M..A.A Martins dan N.S Caetona.2010. Microalgae for Biodisel Production and Other Applications : A Review. Renewable andSustainable Energy Reviews. 14: 217-232Norbawa .P, E. Yudiati dan A. Okfan. 2012. Kajian Penambahan Karbondioksida (CO2) sebagai Optimasi Produksi Total Lipid pada MikroalgaNannochloropsis oculata. Prosiding Bioteknologi Kelautan 2012Ogbonda, K.H., R.E. Aminigo, G.O. Abu. 2006. Influence of temperature and pH on biomass production andprotein biosynthesis in a putativeSpirulinasp. J. Biotechnol 98 : 22072211Richards, F.A. and T.G. Thompson. 1952.The estimation and characterization ofplankton populations by pigmentanalysis II. A spectrophotometricmethod for estimation of planktonpigments.Journ. Mar. Res. 11 : 156-172.Snchez,R.R, R.O. Butrn, V. Blas-Valdivia, A.H. Garca, E. Cano-Europa. 2012. Phycobiliproteins or C-phycocyanin of Arthrospira (Spirulina) maxima protect against HgCl2-caused oxidative stress and renal damage. Food Chemistry 135 (2012) 23592365Siegelman HW, Kycia JH. Algal biliproteins. In: Hellebust JA,Craigie JS, editors. Handbook of phycological methods,physiological and biochemical methods. CambridgeUniversity Press, Cambridge Press; 1978. p. 72e80.Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E. and Isambert, A., 2006,Commercial applications of microalgae: a review. J. Biosci.Bioeng., 101: 8796.Widianingsih, R. Hartati, H. Endrawati, E. Yudiati, V.R. Iriani. 2011. Pengaruh Pengurangan Konsentrasi Nutrien Fosfat dan Nitrat Terhadap Kandungan Lipid TotalNannochloropsis oculata.Ilmu Kelautan16 (1) 24-29Yudiati, E, Sedjati, S, Sunarsih, R. Agustian. 2011.Aktivitas Antioksidan dan Toksisitas Ekstrak Pigmen padaSpirulinasp. Indonesian Journal of Marine Sciences Volume 16. No. 4 Desember 2011. Pp. 187-192Yudiati,E.AgustianR,danS.Fariha.2012. Uji Toksisitas Ekstrak Polar dan Non Polar Pigmen KasarSpirulina platensis. Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Pemanfaatan RumputLaut dan Bahan Hayati Laut di Bidang Pangan dan Energi. Semarang, 15 Desember 2012.Yudiati, Edan S.Fariha.2012. Konsentrasi dan Uji Stabilitas Ekstrak Kasar Fikobiliprotein MikroalgaSpirulina platensispadaSuhuInkubasiBerbeda. Prosiding Seminar Nasional Bioteknologi. Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat.Universitas Diponegoro. 6 Oktober 2012.