Produksi biomassa Spirulina untuk ekstraksi fikosianin

Spirulina merupakan mikroorganisme yang kaya akan berbagai nutrisi dan zat bioaktif untuk keperluan

manusia, namun jika ditelaah lebih lanjut diketahui bahwa dari berbagai zat yang dikandung tersebut,

fikosianin merupakan salah satu bioproduk Spirulina yang bernilai ekonomi sangat tinggi. Sebagai

komoditi pasar internasional, harga fikosianin bervariasi antara 4.600 USD/gram hingga 100.000 USD/Kg

tergantung dari kualitas, kemurnian produk, dan kuantitas yang dibeli.

(Algaecollection, 2013)

Fikosianin umumnya digunakan dalam berbagai industri, mulai dari industri obat-obatan, kosmetik,

hingga industri makanan. Peran fikosianin dalam industri yang berhubungan dengan kesehatan

diantaranya fikosianin diketahui dapat berperan sebagai molekul anticarcinogenic, antibakteri,

antiinflamatory, dan lain-lain. Di samping penggunaan dalam bidang kesehatan, fikosianin digunakan

sebagai agen pewarna alami yang untuk mewarnai makanan, bahkan dapat juga digunakan sebagai

pengganti EtBr yang karsinogenik untuk keperluan biologi molekular.

Gambar Produk-produk yang menggunakan fikosianin sebagai salah satu komposisinya

Fikosianin sendiri pada Spriulina termasuk ke dalam fikobiliprotein atau merupakan pigmen yang

menempel pada protein. Dari keseluruhan protein yang dimiliki Spirulina, fikosianin mengambil 1/10

bagian dan berperan sebagai tempat penyimpanan nitrogen. Fikosianin pada Spirulina merupakan

pigmen biru yang berperan dalam meningkatkan efisiensi fotosintesis dengan mengumpulkan cahaya

pada panjang gelombang yang klorofil kurang bisa menyerapnya (Singh et al, 2010).

Gambar Struktur molekul fikosianin

Adapun strategi umum produksi Spirulina agar bisa diperoleh fikosianinnya, yaitu dengan

menumbuhkan biomassa Spirulina sebanyak-banyaknya di medium kaya akan nitrogen inorganik

terlarut, kemudian melakukan ekstraksi dengan metode yang paling efektif dalam mengambil fikosianin

sebanyak mungkin dan semurni mungkin. Untuk tahapan-tahapan yang diperlukan dalam melaksanakan

strategi tersebut terdiri dari,

Pemilihan strain Spirulina dan Manajemen Genetik

Sebelum produksi biomassa Spirulina secara massal, ditentukan terlebih dulu strain Spirulina yang akan

digunakan dalam produksi. Untuk memperoleh strain yang tepat, dapat dilakukan isolasi Spirulina dari

perairan tawar disekitar lokasi produksi agar diperoleh strain Spirulina yang tidak perlu dilakukan

adaptasi dan mudah dikultivasi di lokasi produksi. Di samping cara itu, terdapat juga pilihan membeli

kultur Spirulina unggul yang bisa diperoleh dari balai penelitian. Kultur Spirulina unggul yang dipilih

dapat dilihat dari kandungan proteinnya yang lebih tinggi atau waktu replikasinya lebih cepat atau bisa

juga Spirulina yang dapat tumbuh di medium air laut. Kultur Spirulina unggul tersebut bisa dihasilkan

juga dari proses rekayasa genetika, dengan manipulasi genetik bisa dihasilkan suatu strain Spirulina

penghasil pigmen yang tinggi atau penghasil vitamin yang tinggi atau penghasil asam lemak tak jenuh

yang tinggi dan lain-lain. Di samping rekayasa genetik, manajemen genetik kultur harus juga diterapkan

dalam proses kultivasi. Pada proses kultivasi terdapat tahapan yang bermacam-macam berdasarkan

skala volume dan media meliputi kultivasi stok kultur pada medium agar di cawan petri, kultivasi pada

medium cair di tabung reaksi, kultivasi pada medium cair di erlenmeyer volume 200 ml, dan seterusnya

hingga kultivasi skala massal di bioreaktor atau kolam, dari tahapan-tahapan kultivasi tersebut dimasing-

masing skala proses mengambil stok kultur harus dilakukan secara berurutan. Inokulum Spirulina hanya

boleh diambil dari proses kultivasi di volume yang lebih kecil sebelumnya, tidak boleh mengacak dari

volume yang lebih besar. Inokulum dengan kualitas genetik terbaik pada Spirulina sebenarnya berada

pada stok kultur di medium agar atau stok kultur skala tabung reaksi. Mengenai kualitas genetik

Spirulina di dalam reaktor produksi, merupakan kualitas kultur yang paling buruk, karena itu jangan

digunakan sebagai inokulum. Inokulum untuk kultivasi sebaiknya bersumber dari menggunakan kultur

stok pada volume yang lebih kecil atau paling tidak menggunakan kultur dari volume yang sama.

Pembuatan media tumbuh Spirulina

Setelah dipilih strain Spirulina yang akan digunakan, dilakukan pembuatan medium tumbuh premix

Zarrouk. Medium zarrouk merupakan medium yang khusus digunakan dalam kultivasi Spirulina.

Medium ini memiliki kandungan nutrisi spesifik yang dibutuhkan Spirulina dan memiliki pH sekitar 8

sehingga dapat menghambat pertumbuhan kontaminan. Medium zarrouk akan digunakan sebagai

medium stok kultur Spirulina, sedangkan medium kultivasi skala massalnya akan digunakan medium

modifikasi. Medium modifikasi merupakan medium alternatif pengganti medium premix dengan

kandungan nutrisi yang sekedar mencukupi kebutuhan utama kultur, namun dengan harga jauh lebih

murah dibandingkan medium premix. Adapaun medium modifikasi yang digunakan merupakan medium

berbasis pupuk komersial agar mudah memperolehnya dan mudah pemrosesannya. Mengenai

komposisi medium premix zarrouk dan medium modifikasi dapat dilihat pada tabel dibawah ini

Tabel Komposisi Medium Zarrouk dan Medium Modifikasi

Komposisi bahan Medium standar zarrouk(g/L)

Medium modifikasi (g/L)

Sodium bicarbonate (NaHCO3)

16.8

K2HPO4 0.5NaNO3 2.5K2SO4 1NaCl 1 1Na2EDTAA 0.08MgSO4.7H2O 0.2 0.15CaCl2.2H2O 0.04 0.04FeSO4.7H2O 0.01NPKUrea 0.88KH2PO4 (kualitas komersial)

0.35

NaHCO3 (kualitas komersial) baking soda

0.89

A5 solution 1 ml 10Boric acid 2.86Magnese Chloride 1.81Zinc sulphate 0.22Sodium Molibdate 0.0177Copper Sulphate 0.079

(Faradila, 2012)

sebelum kultur Spirulina dimasukkan ke dalam medium di wadah atau reaktor kultivasi, dilakukanlah

sterilisasi medium, peralatan, dan wadah kultivasi.

Pembuatan Kurva Tumbuh Spirulina

Pembuatan kurva tumbuh diperlukan untuk mengetahui umur inokulum terbaik dan kapan dilakukan

pemanenan. Caranya dilakukan dengan menghitung kepadatan sel/ml dalam periode tertentu

( biasanya setiap 24 jam) menggunakan haemocytometer di mikroskop. Hasil perhitungan kepadatan

sel/ml kemudian diplot berdasarkan waktunya dan diamati fluktuasi populasi Spirulina tersebut.

Gambar Kurva Tumbuh dari mikroalga dan fase-fase di dalamnya berdasarkan kepadatan populasi

Penentuan umur inokulum terbaik dibutuhkan karena kultur Spirulina dengan umur terbaiknya berguna

dalam ketika scaling up ke kapasitas yang lebih besar seperti ke volume 500 L atau 1000 L, kultur

Spirulina langsung aktif membelah dan tidak mengalami fase adaptasi lagi dikultur dengan skala yang

lebih besar. Umur inokulum terbaik umumnya terjadi pada pertengahan fase eksponensial. Setelah

umur inokulum terbaik didapat, dilakukan penentuan waktu pemanenan biomassa yang tepat. Prinsip

penentuan waktu pemanenan biomassa adalah dengan menentukan kapan kultur memiliki kepadatan

sel yang paling tinggi. Umumnya kepadatan sel tertinggi berada ketika kultur Spirulina mengalami awal

fase stasioner.

Kultivasi Spirulina skala Laboratorium

Kultivasi Spirulina pada skala laboratorium dilakukan dengan menumbuhkan Spirulina

mendekati kondisi pertumbuhan optimumnya, yaitu dilakukan pada suhu, pH medium, laju

aerasinya, dan diberi intensitas cahaya buatan tertentu. Kultivasi Spirulina skala laboratorium

merupakan kultivasi kultur stok Spirulina, berperan dalam menjaga kualitas kultur untuk

keperluan proses produksi massal. Kultivasi stok kultur Spirulina dilakukan di medium premix

yang dan harus bebas dari kontaminasi.

Gambar Proses Kultivasi Spirulina Skala Laboratorium

Kultivasi massal Spirulina

Kultivasi Spirulina skala massal pada prinsipnya sama kultivasi skala laboratorium, namun terdapat

bentuk pengadaptasian seperti volume yang lebih besar dan bentuk pengaturan yang lebih besar. Untuk

proses kultivasi Spirulina skala besar, diperlukan jumlah starter atau inokulum kultur yang cukup. Untuk

mendapat jumlah inokulum yang cukup dilakukan metode kultivasi secara bertahap dan ditumbuhkan

mendekati kondisi pertumbuhan optimumnya, awalnya kultivasi dilakukan pada volume kultur yang

lebih kecil kemudian meningkat skala volume kulturnya seiring dengan bertambahnya jumlah/volume

inokulum yang dimiliki. Secara umum persyaratan volume inokulum untuk inokulasi di kultivasi

bertingkat adalah sebanyak 10% dari volume yang akan dikultur berikutnya dengan kepadatan 106

sel/mL.

Gambar Proses Kultivasi Bertahap dari Mikroalga

Pada prose kultivasi Spirulina dengan skala 500 L, 1000 L, dan seterusnya, dilakukan dengan

menggunakan medium modifikasi. Untuk proses kultivasi massal sendiri, biasanya digunakan photo

bioreactor atau raceway pond tergantung berdasarkan investasi yang dimiliki.

Gambar raceway Pond untuk kultivasi massal Spirulina

Gambar Photo bioreactor yang digunakan untuk kultivasi massal Spirulina

Pemanenan biomassa kering Spirulina

Karena ukurannya yang relatif besar dibanding mikroalga yang lain, Spirulina dapat dipanen dengan

menggunakan metode filtrasi atau penyaringan menggunakan kain sablon. Pemanenan Spirulina

dilakukan pada saat sel memiliki kepadatan tertinggi atau pada fase pertumbuhan stasioner dari kultur.

Proses Ekstraksi Fikosianin

Setelah didapatkan biomassa Spirulina yang dirasa cukup, dapat dilakukan ekstaksi fikosianin. Secara

umum metode ekstrasi fikosianin dibagi menjadi dry method dan wet method, namun karena wet

method relatif menghasilkan fikosianin lebih banyak, maka ekstrasi dengan cara ini lebih dipilih.

Ekstraksi dengan cara wet method sendiri terbagi menjadi tiga, ekstraski fikosianin dengan air, ekstraksi

fikosianin dengan buffer fosfat, dan ekstraksi dengan freezing and thawing. Ekstraksi dengan air

dilakukan dengan cara mensuspensikan biomassa Spirulina di air hasil destilasi pada suhu 4oC dan

diinkubasi 24 jam, selanjutnya dilakukan sentrifugasi pada 6000 RPM selama 10 menit, kemudian diukur

kandungan fikosianinnya. Ekstraksi dengan buffer fosfat sebenarnya mirip dengan metode ekstraksi

menggunakan air, namun penginkubasiannya hanya selama 5 menit di dalam buffer fosfat dan disuhu

4oC. Ekstraksi dengan freezing and thawing berbeda dengan metode yang lain hanya saat proses

inkubasinya saja, pada metode ini biomassa Spirulina dibekukan di suhu minus 20oC dan dicairkan di 4oC

berulang-ulang selama 4 jam di dalam buffer fosfat pH 7 (Singh et al, 2010)

http://www.algaeart.biz/Phycocyanin%20from%20Spirulina/AlgaeArt%20-%20Phycocyanin%20from%20Spirulina%20-%20profile.pdf