Produksi Lipid Chlorella menggunakan Cekaman Sentrifugal pada Kultivasi Fotoautotrofik dengan NaOH

Abstract

Emisi gas karbon dioksida (CO2) yang berlebih di atmosfer dapat diserap oleh mikroalga sebagai agen mitigasi melalui kultivasi autotrofik. Pada kultivasi ini, produksi biomassa menjadi tidak optimum karena 80-90% CO2 yang terlarut dapat kembali ke atmosfer. Larutan natrium hidroksida (NaOH) ditambahkan sebagai salah satu metode untuk memperkuat retensi CO2 terlarut. Produksi biomassa mikroalga yang meningkat dapat dimanfaatkan untuk mengakumulasi lipid. Chlorella sorokiniana (LIPI12-Al016) dan Chlorella vulgaris (LIPI12-Al042) merupakan koleksi kultur dari Kelompok Peneliti Mikroalga Terapan dan Produk, Pusat Penelitian Bioteknologi, Badan Riset dan Inovasi Nasional. Spesies Chlorella tersebut telah banyak digunakan untuk memproduksi kandungan lipid karena memiliki laju pertumbuhan yang cepat dan mudah dikultivasi (total lipid 14–30%). Pada penelitian ini dilakukan penentuan penambahan konsentrasi NaOH dalam media kultivasi selama proses mitigasi CO2, serta pemberian cekaman sentrifugal dengan mengamati produksi biomassa, penyerapan karbon, dan perubahan kandungan lipid pada Chlorella. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap yang terdiri dari tahap preparasi media kultivasi, tahap optimasi NaOH, dan tahap perlakuan cekaman sentrifugal. Pada tahap awal, mikroalga dikultivasi dengan berbagai jenis komposisi media (TAP, BG11, AF6, dan F2) dan nilai pH (5-12). Berikutnya, NaOH dengan berbagai konsentrasi ditambahkan dalam media kultivasi mikroalga sebagai agen mitigasi, proses screening dilakukan sebelum optimasi konsentrasi NaOH. Pada tahap akhir, Media kultivasi dengan konsentrasi NaOH terbaik digunakan untuk mengakumulasi lipid dalam perlakuan cekaman sentrifugal dari sentrifugasi. Berdasarkan preparasi media kultivasi di tahap awal, Tris Acetate Phosphate (TAP) pada pH 6-7 merupakan komposisi media kultivasi yang memberikan pertumbuhan biomassa paling tinggi pada kultur C. sorokiniana dan C. vulgaris. Penambahan NaOH selama proses mitigasi dengan konsentrasi 60 mM pada tahap optimasi memaksimalkan konsumsi karbon C. sorokiniana menjadi 691,8 mg/L dengan produksi biomassa sebesar 598,3 mg/L. Sementara ntuk C. vulgaris, konsumsi karbon pada NaOH 60 mM adalah 655,1 mg/L dengan produksi biomassa sebesar 655 mg/L. Sementara pada tahap akhir, cekaman sentrifugal kaya nutrisi meningkatkan kandungan lipid dalam sel C. sorokiniana dan C. vulgaris menjadi 256,5 dan 252,3 mg/g, jumlah tersebut lebih tinggi jika dibandingkan dengan kontrol tanpa perlakuan dan tidak berbeda nyata dengan perlakuan cekaman sentrifugal tanpa nutrisi. Produk lain seperti protein dan karbohidrat juga tidak memperlihatkan perbedaan yang nyata pada perlakuan cekaman dengan nutrisi. Oleh karena itu, perlakuan cekaman sentrifugal kaya nutrisi dapat meningkatkan kandungan lipid dalam kultur mikroalga C. sorokiniana dan C. vulgaris dengan menjaga pertumbuhan sel mikroalga.

Excess carbon dioxide (CO2) gas emission in the atmosphere can be absorbed by microalgae as a mitigation agent through autotrophic cultivation. Under these cultivation, biomass production is not optimal because 80-90% of dissolved CO2 will return to the atmosphere. Sodium hydroxide (NaOH) solution was added as a method to strengthen CO2 retention. The increased production of microalgae biomass can be utilized to accumulate lipids. Chlorella sorokiniana (LIPI12-Al016) and Chlorella vulgaris (LIPI12-Al042) are the culture collections of the Applied and Product Microalgae Research Group, Center for Biotechnology Research, National Research and Innovation Agency. The Chlorella spesies has been widely used in produce lipid content because it has fast growth rate and easy to cultivate (total lipid 14-30%). In this study, the concentration of NaOH in the cultivation medium was added during CO2 mitigation process, as well as the application of shear stress by observing the biomass production, carbon absorption, and changes in lipid content of Chlorella. This study consisted of several stages consisting of cultivation media preparation stage, NaOH optimization stage, and centrifugal stress treatment stage. In the early stage, microalgae were then cultivated in various types of media composition (TAP, BG11, AF6, and F2) and pH values (5-12). Next, NaOH added in the microalgae cultivation medium as mitigation agent, the screening process was carried out before optimization of NaOH concentration. In the final stage, cultivation medium with the best concentration of NaOH was used to accumulate lipids in the centrifugal stress treatment from centrifugation. Based on the preparation of cultivation media in the early stages, Tris Acetate Phosphate (TAP) at pH 6-7 was the composition of cultivation media that gave the highest biomass growth of C. sorokiniana and C. vulgaris. The addition of NaOH during mitigation process with the concentration of 60 mM at the optimization stage maximized carbon consumption of C. sorokiniana to 691.8 mg/L with 598.3 mg/L of biomass production. While for C. vulgaris, the carbon consumption of 60 mM NaOH was 655.1 mg/L with 655 mg/L of the biomass production. At the final stage, centrifugal stress treatment with nutrient increased lipid content of C. sorokiniana and C. vulgaris to 256.5 and 252.3 mg/g, these amounts were higher than the untreated control and not significantly different than the centrifugal stress treatment without nutrient. Other results such as protein and carbohydrates also did not give significant difference in stress with nutrient treatment. Therefore, centrifugal stress treatment with nutrient can increase lipid content in cultures of C. sorokiniana and C. vulgaris by maintaining the growth of microalgae cells.