PENGARUH KONSENTRASI PENAMBAHAN SODIUM NITRAT DAN SODIUM FOSFAT PADA MEDIA GUILLARD TERHADAP KONSENTRASI BIOMASSA DAN LEMAK MIKROALGA

Transkripsi

1 PENGARUH KONSENTRASI PENAMBAHAN SODIUM NITRAT DAN SODIUM FOSFAT PADA MEDIA GUILLARD TERHADAP KONSENTRASI BIOMASSA DAN LEMAK MIKROALGA Nannochloropsis sp. SKRIPSI OLEH : IDA BAGUS GEDE BRAHMANTARA JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA 2015

2 PENGARUH KONSENTRASI PENAMBAHAN SODIUM NITRAT DAN SODIUM FOSFAT PADA MEDIA GUILLARD TERHADAP KONSENTRASI BIOMASSA DAN LEMAK MIKROALGA Nannochloropsis sp. JUDUL SKRIPSI OLEH : IDA BAGUS GEDE BRAHMANTARA JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA 2015 i

3 PENGARUH KONSENTRASI PENAMBAHAN SODIUM NITRAT DAN SODIUM FOSFAT PADA MEDIA GUILLARD TERHADAP KONSENTRASI BIOMASSA DAN LEMAK MIKROALGA Nannochloropsis sp. LEMBAR PERSYARATAN SKRIPSI Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana Bali OLEH : IDA BAGUS GEDE BRAHMANTARA JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA 2015 ii

4 JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN Ida Bagus Gede Brahmantara Pengaruh Konsentrasi Penambahan Sodium Nitrat dan Sodium Fosfat Pada Media Guillard Terhadap Konsentrasi Biomassa dan Lemak Mikroalga Nannochloropsis sp. Di bawah bimbingan Anak Agung Dewi Anggreni Sebagai pembimbing I dan Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP, Ph.D Sebagai pembimbing II. ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media Guillard terhadap konsentrasi biomassa dan lemak Nannochloropsis sp. dan konsentrasi sodium nitrat dan fosfat terbaik untuk meghasilkan kosnsentrasi biomassa dan konsentrasi lemak tertinggi. Penentuan pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat terhadap konsentrasi biomassa dilakukan dengan menggunakkan Metode Respon Permukaan (RSM), dan penentuan pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat terhadap konsentrasi lemak menggunakkan metode rancangan acak lengkap (RAL). Penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media Guillard berpengaruh terhadap konsentrasi biomassa dan konsentrasi lemak Nannochloropsis sp. Konsentrasi sodium nitrat dan sodium fosfat yang optimum untuk menghasilkan konsentrasi biomassa tertinggi (8, sel/ml) berturut turut sebesar 178,14 g/l dan 13,34 g/l. Perlakuan terbaik untuk menghasilkan konsentrasi lemak tertinggi (25,70%) adalah sodium nitrat 30 g/l dan sodium fosfat 15 g/l. Kata kunci : guillard, lemak, Nannochloropsis sp., sodium fosfat, sodium nitrat iii

5 JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN Ida Bagus Gede Brahmantara The Effect of Sodium Nitrate and Sodium Phospate on Guillard Medium to Concentration of Biomass and Microalgae Nannochloropsis sp. Lipid Supervised by Anak Agung Dewi Anggreni, S.TP.,M.Si. and Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP, Ph.D. ABSTRACT The aim of this study was to know the effect of sodium nitrate and sodium phosphate concentration on Guillard medium to biomass and lipid concentration, and also to determine the best concentration of sodium nitrate and sodium phosphate to produce the highest yields of biomass and lipid concentration of Nannochloropsis sp. Determining the effects of sodium nitrate and sodium phosphate on biomass was performed using Response Surface Methodology (RSM), and sodium nitrate and sodium phosphate effects of Lipid concentration was determined using Randomized Completely Design. The concentrations of sodium nitrate and sodium phosphate on Guillard medium affects the yields of biomass and lipid concentration of Nannochloropsis sp. The optimum concentration of sodium nitrate and sodium phosphate to produce the highest yields of biomass were g/l and g/l respectively with biomass concentration of 8.80 x 10 7 cell/ml. The highest lipid concentration was produced by 30 g/l of sodium nitrate and 15 g/l of sodium phosphate with lipid concentration of 24.69%. Key words : guillard, lipid, Nannochloropsis sp., sodium nitrate, sodium phospate, iv

6 RINGKASAN Mikroalga adalah organisme tumbuhan paling primitive berukuran renik (seluler) yang umumnya dikenal dengan fitoplankton dengan kemampuan fotosintesis layaknya tumbuhan tingkat tinggi yang ada di daratan. Mikroalga dikenal sebagai pakan udang, bahan baku industri farmasi, kosmetika dan antibiotik, dikarenakan kandungan kimia yang di kandung mikroalga seperti protein, lemak, asam lemak tak jenuh, pigmen dan vitamin. Kandungan lipid dalam mikroalga biasanya dalam bentuk gliserol dan asam lemak. akumulasi lipid biasanya terjadi dalam periode tekanan lingkungan, termasuk dalam kondisi kekurangan nutrien ketika masa pertumbuhan. Dalam beberapa kasus, senyawa lipid bisa ditingkatkan dengan melakukan pemiskinan nitrogen dengan faktor tekanan yang lain (Kawaroe et al., 2010). Nannochloropsis sp. atau lebih umum dikenal dengan nama Chlorella air laut adalah fitoplankton dengan ukuran 4-6 µm (Tjahjo et al., 2002). Juniantari (2014) yang melakukan kulturisasi mikroalga jenis Nannochloropsis sp. dengan lima media yaitu media Walne, media Pertanian, media Allen-Miquel, media Blue Green (BG-11), dan media Guillard pada 11 hari waktu kultivasi, didapatkan lemak sebesar 10,03% dari berat kering Nannochloropsis sp. Hal ini dikarenakan ketersediaan unsur nitrat dan fosfat dalam bentuk NaNO3 dan NaH2PO4 dalam media Guillard yang digunakan. Nitrat (NO3) adalah bentuk utama nitrogen di perairan alami dan merupakan nutrien utama bagi pertumbuhan tanaman dan algae. Nitrat digunakan oleh mikroalga untuk melangsungkan metabolisme dan bereproduksi. Fosfat (PO4) merupakan salah satu unsur hara (nutrien) yang dibutuhkan oleh organisme perairan, berperan dalam transfer energi ADP (Adenosine Diphosphate) menjadi ATP (Adenosine Triphosphate) yang terjadi dalam mitokondria sel (Bergman, 1999). v

7 Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media Guillard terhadap konsentrasi biomassa dan lemak Nannochloropsis sp. dan untuk menentukan konsentrasi sodium nitrat dan fosfat terbaik untuk meghasilkan konsentrasi biomassa dan konsentrasi lemak tertinggi. Penelitian ini dilakukan melalui tahapan merancang perlakuan sodium nitrat (NaNO3) dan sodim fosafat (NaH2PO4), sterilisasi alat dan bahan, pembuatan media Guillard, membuat kultur starter Nannochloropsis sp., produksi biomassa Nannochloropsis sp. sesuai rancangan percobaan, pemanenan mikroalga, dan analisis kandungan lemak dengan metode Soxhlet. Pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard terhadap konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp. dilakukan menggunakan Response Surface Methodology (RSM), dengan Central Composite Design (CCD) untuk menentukan titik-titik perlakuan sehingga diketahui pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard terhadap konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp. Model persamaan regresi dan titik optimal akan diperoleh setelah memasukkan rancangan perlakuan sesuai dengan CCD dan hasil pengamatan ke dalam software Statistica 10. Model yang telah diperoleh selanjutnya digunakan untuk validasi data percobaan menggunakan uji-t sehingga diperoleh keputusan ada atau tidaknya perbedaan yang nyata antara hasil yang diperoleh secara aktual dengan hasil yang diperoleh dengan permodelan. Pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard terhadap konsentrasi lemak Nannochloropsis sp. dilakukan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL). Data yang diperoleh kemudian dianalisis dengan analisis keragaman dan dilanjutan dengan uji Duncan bila perlakuan berpengaruh signifikan (P<0,05). vi

8 Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard memberi pengaruh terhadap konsentrasi biomassa dan lemak Nannochloropsis sp. Hasil regresi produksi biomassa Nannochloropsis sp. sebagai berikut : Z = 1, ,074X 0,00021X 2 + 0,036Y 0,0013Y 2 0, XY + 0, dengan koefisien determinasi (R) = 0,91066 yang dapat diartikan bahwa konsentrasi nitrat dan fosfat memiliki pengaruh sebesar 91,07% terhadap produksi biomassa Nannochloropsis sp. dan sisanya dipengaruhi oleh faktor lain, seperti suhu, ph, salinitas, intensitas cahaya, dan aerasi sebesar 8,93%. Berdasarkan persamaan tersebut, maka diperoleh kombinasi konsentrasi nitrat 178,14 g/l dan fosfat 13,34 g/l yang memberikan pengaruh yang optimal terhadap produksi biomassa Nannochloropsis sp. yaitu sebesar 8, sel/ml. Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perlakuan penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard berpengaruh sangat nyata terhadap kosentrasi lemak sel Nannochloropsis sp. (P<0,01). Lemak Nannochloropsis sp. berkisar antara 10,16% sampai 24,69%, perlakuan tertinggi pada perlakuan konsentrasi nitrat 30 g/l dan konsentrasi fosfat 15 g/l sebesar 24,69%, sedangkan yang terendah pada perlakuan konsentrasi nitrat 150 g/l dan fosfat 25 g/l sebesar 10,16%. Kesimpulan dari penelitian ini adalah penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media Guillard yang terbaik memberi pengaruh terhadap konsentrasi biomassa dan lemak Nannochloropsis sp. Penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat yang terbaik pada media Guillard untuk menghasilkan konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp. yang tertinggi adalah konsentrasi nitrat 178,14 g/l dan fosfat 13,34 g/l dengan jumlah biomassa 8,80 x 10 7 sel/ml. Penambahan sodium nitrat dan sodium vii

9 fosfat yang terbaik pada media Guillard untuk menghasilkan konsentrasi lemak Nannochloropsis sp. yang tertinggi adalah konsentrasi nitrat 30 g/l dan fosfat 15 g/l dengan lemak sebesar 25,70% (bk). viii

10 LEMBAR PENGESAHAN Skripsi ini mendapat persetujuan dari pembimbing ix

11 RIWAYAT HIDUP Ida Bagus Gede Brahmantara, dilahirkan di Denpasar pada tanggal 15 April Penulis merupakan anak ke-3 dari tiga bersaudara pasangan Ida Bagus Putu Wirya (Ayah) dan Ida Ayu Putu Sri Wahyuni (Ibu). Pada tahun 1998, penulis mulai menempuh pendidikan dasar anak anak di TK. Titi Dharma dan pada tahun 2000 baru memulai pendidikan sekolah dasar di SDN 18 Dangin Puri. Setelah tamat pada tahun 2006, penulis melanjutkan pendidikan di SMPN 10 Denpasar dan pada tahun 2008 penulis melanjutkan studinya di SMAN 3 Denpasar. Tahun 2011 penulis tercatat sebagai mahasiswa di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana Bali pada Jurusan Teknologi Industri Pertanian lewat jalur SNMPTN. Selama menjadi mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian penulis juga aktif pada kepanitiaan di kampus. Penulis pernah menjadi panitia LKMM, HUT & BK, KOPMA, GALAXI, dan BISMA. x

12 KATA PENGANTAR Puji Syukur kepada Ida Sang Hyang Widhi Wasa atas segala karunia dan rahmat Nya yang telah diberikan dan dilimpahkan Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi yang berjudul Pengaruh Penambahan Sodium Nitrat dan Sodium Fosfat Pada Media Guillard Terhadap Konsentrasi Biomassa dan Lemak Nannochloropsis sp. ini diajukan sebagai salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini banyak yang telah membantu memberikan arahan dan masukan, untuk itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih teramat dalam kepada : 1. Ibu A.A Md. Dewi Anggreni, S.TP., M.Si selaku Pembimbing I dan Bapak Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP, Ph.D selaku Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, arahan dan solusi dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ir. I Dewa Gede Mayun Permana, MS. Selaku Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. 3. Ketua dan Sekretasis Jurusan Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. 4. Bapak Surya, Bapak Gus Yoga, Kakak Suarta, Kakak Mang Eka, atas bimbingan dan petunjuknya di Laboratorium Fakultas Teknologi Pertanian hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. xi

13 5. Keluarga tercinta khususnya Aji, Biang, Mogek Krisna Dewi, Mogek Sinta Dewi yang telah memberikan dukungan, motivasi dan doa restunya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 6. Saudari Ida Ayu Adi yang telah memberikan dukungan, motivasi yang sangat besar dan membantu selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 7. Teman Teman Teknologi Industri Pertanian angkatan 2011, khususnya kepada Panji Hasby Muhammad, I Made Dwi Kayana Putra, Adi Kurniawan Darwan, I Made Adi Sima Krisna, Putu Agus Nadhiartha, I Ketut Gede Putra Adiyasa dan Muhammad Iqbal dan pihak lain yang telah banyak membantu sehingga penulis dalam penelitian hingga dapat terselesaikannya skripsi ini. Semoga Ida Sang Hyang Widhi, Tuhan Yang Maha Esa membalas semua budi baik ini dengan balasan yang baik. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Penulis juga minta maaf atas kesalahan yang penulis pernah lakukan selama menuntut ilmu Jnana Yoga/marga di kampus Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana. Akhir kata semoga skripsi ini dapat dipergunakan sebagai mestinya. Sekian dan Terima Kasih. Bukit Jimbaran, Juni 2014 Penulis xii

14 DAFTAR ISI Halaman JUDUL... i LEMBAR PERSYARATAN... ii ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv RINGKASAN... v LEMBAR PENGESAHAN... ix RIWAYAT HIDUP... x KATA PENGANTAR... xi DAFTAR ISI... xiii DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR GAMBAR... xvii DAFTAR LAMPIRAN... xviii I. PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Hipotesis Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 II. TINJAUAN PUSTAKA Mikroalga Nannochloropsis sp Kondisi lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan mikroalga Suhu Nutrien (Unsur Hara) Intensitas cahaya Aerasi Salinitas Derajat keasaman (ph) Pertumbuhan Mikroalga xiii

15 2.4.1 Fase adaptasi (lag phase) Fase eksponensial (log phase) Fase penurunan pertumbuhan (declining growth) Fase stasioner Fase kematian (death phase) Media Kultur Mikroalga Unsur makro nutrient Unsur trace element (mikro nutrien) Biosintesis Asam Lemak III. METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Alat Bahan Rancangan Percobaan Pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard terhadap konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp Pengaruh penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat pada media guillard terhadap konsentrasi lemak Nannochloropsis sp Tahapan penelitian Sterilisasi alat dan bahan Pembuatan media Pembuatan starter Nannochloropsis sp Kultivasi Nannochloropsis sp. untuk optimasi sodium nitrat dan sodium fosfat dalam produksi biomassa Produksi Biomassa Nannochloropsis sp Pemanenan dan pengeringan Variabel yang diamati Prosedur analisa IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Optimasi Konsentrasi Nitrat dan Fosfat Biomassa Nannochloropsis sp Validasi Model Kadar Air Biomassa Kering Nannochloropsis sp Kadar Lemak Nannochloropsis sp xiv

16 V. PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xv

17 DAFTAR TABEL No. Judul Halaman 1. Komposisi Trace Element Solution Komposisi Media Guillard Perlakuan dan Kode Perlakuan Biomassa Nannochloropsis sp Rancangan Percobaan dengan Sistem Pengkodean Perlakuan dan Kode Perlakuan Lemak Nannochloropsis sp Komposisi Trace Element Solution Komposisi Media Guillard Komposisi Vitamin Data hasil pengujian kosentrasi sodium nitrat dan sodium fosfat terhadap konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp Kadar Air (%bk) dan Kadar Lemak (%bk) Nannochloropsis sp. pada perlakuan penambahan sodium nitrat dan sodium fosfat xvi

18 DAFTAR GAMBAR No. Judul Halaman 1. Nannochloropsis sp Fase Pertumbuhan Mikroalga (Kawaroe et al., 2010) Tahapan mekanisme biosintesis asam lemak Diagram alir pengaruh konsentrasi nitrat dan fosfat terhadap konsentrasi biomassa, kadar air dan kandungan lemak Nannochloropsis sp Grafik respon surface produksi biomassa Nannochloropsis sp Grafik counter plot produksi biomassa Nannochloropsis sp xvii

19 DAFTAR LAMPIRAN No. Judul Halaman 1. Foto foto penelitian Anova perlakuan konsentrasi sodium nitrat dan sodium fosfat terhadap konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp Hasil Uji T terhadap konsentrasi biomassa Nannochloropsis sp. secara aktual dan model Analisis Data Konsentrasi lemak Nannochloropsis sp xviii

20