Nama: Tasnim Anifah

NIM: 141710101120

Kelas: THP-C

Application of an Airlift Bioreactor System for the Production of Adventitious Root Biomass and Caffeic Acid Derivatives of Echinacea purpurea( Aplikasi Sistem Bioreaktor Airlift untuk Produksi Biomassa Akar Adventif dan Turunan Asam Caffeic dari Echinacea purpurea )

1. What sort of microorganism used ?Dalam jurnal tersebut, yang ditumbuhkan bukan sel mikroba, tetapi sel tanaman berupa akar adventif dari tanaman Echinacea purpurea, yaitu bunga cone berwarna ungu, merupakan tanaman obat yang berasal dari Amerika utara. Tanaman ini memiliki tinggi 1,5-6 dm dan memiliki satu hingga beberapa batang yang kasar dan berbulu (sebagian besar bercabang) . Echinacea memiliki daun tunggal, panjang, berambut, tepi bergerigi, bentuk memanjang dengan ujung runcing, pangkal meruncing dan tulang melengkung. Tumbuhan memiliki akar serabut. Bunganya kemerahan ungu, lavender seperti bunga matahari dengan diameter 3,5 cm dan biasanya mekar dari Juni hingga Agustus. Serbuk sari berwarna kuning. (USDA NRCS National Plant Data Center, 2006).Echinacea purpurea mengandung alkamides (0,25), asam cichoric (2,5 mg) dan polisakarida (25,5 mg/ml). Zat aktif dalam Echinacea antara lain polisakarida, flavonoid, asam chicoric, alkil amida, polyasetilen dan minyak essensial. Polisakarida dan glikosida asam chicoric memiliki aktivitas imunostimulan (Kumar dan Ramaiah, 2011).

2. What kind of metabolite produced ?Jenis metabolit yang diproduksi adalah metabolit sekunder, karena tidak bersifat esensial bagi pertumbuhan akar, meskipun produksinya terjadi pada fase pertumbuhan akar. Akar tumbuh hingga fase stationer. Fase stasioner terjadi mulai minggu ke 7, sehingga metabolit diproduksi hanya sampai pada fase stasioner karena pada minggu ke 7 dan 8, jumlah metabolit mulai menurun. Metabolit tersebut antara lain berupa senyawa fenol, flavonoid, dan turunan asam caffeic. Senyawa utama turunan asam caffeic yang dihasilkan oleh Echinacea sp antara lain asam caftaric, asam klorogenik, cynarin, dan asam cichoric. Dari senyawa-senyawa tersebut, asam cichoric telah terbukti memiliki sifat immunostimulan, mengidentifikasi aktivitas fagosit baik in vitro maupun in vivo . Selain itu, asam cichoric menunjukkan aktivitas antihyaluronidase, dan berfungsi sebagai pelindung pada degradasi radikal bebas yang diinduksi kolagen. Asam cichoric juga memiliki aktivitas antivirus.(Wu et al, 2007) 3. What culture system operated ?

Dalam jurnal tersebut, digunakan dua jenis metode kultivasi yaitu flask cultures dan bioreactor cultures. Bioreaktor yang digunakan adalah balloon type bubble bioreactor (BTBB) kapasitas 5 L. a. Shake Flask CulturesMetode flask cultures dilakukan dengan terlebih dahulu mengambil akar segar dari Echinacea purpurea kemudian dicuci dengan larutan deterjen dan dibilas dengan air mengalir selama 10 menit. Selanjutnya, permukaan akar disterilisasi dengan alkohol 70% selama 30 detik, diimersikan dalam 20% larutan sodium hipoklorit yang mengandung beberapa tetes Tween-20 selama 30 menit. Setelah itu akar kembali dibilas dengan air steril. Akar yang telah steril lalu dipotong menjadi beberapa bagian (ukuran 1x0,5cm). Potongan akar selanjutnya diinokulasikan pada medium Murashige dan Skoog dan ditumbuhkan tanpa cahaya selama 4 minggu pada suhu 250C. Setelah 4 minggu maka akar akan membentuk calli. Selanjutnya calli diinokulasikan kembali pada medium yang sama selama 4 minggu. Ini dinamakan sub-culturing untuk mempertahankan pertumbuhan akar adventif. Metode ini dijelaskan dalam (Wu et al, 2007)

b. Batch culturesPenelitian dilakukan dengan menggunakan metode batch culture karena tidak dilakukan penambahan nutrisi/medium ke dalam bioreaktor. Akar hanya menggunakan nutrisi dari medium awal. BTBB diisi dengan 4 liter medium MS, 2 mg/L idole butyric acid (IBA) dan 50 g/L sukrosa. Inokulum akar adventif yang digunakan yaitu sebanyak 10 g/L dengan aerasi 0,2 vvm. Inokulasi dilakukan selama 8 minggu. Karena kultivasi membutuhkan aerasi, maka digunakan bioreaktor airlift.

4. Determine/calculate its !a. Dry Weight

Xt= 6,3 g/LXo= 0,9 g/Lt = 21

?

ln6,3 = ln0,9 + 211,84 = -0,105 + 21

1,84 + 0,105 = 21

1,945= 21

1,945/21=

0,092= b. Fresh WeightXt = 60 g/L

Xo = 5 g/L

t = 21

ln60 = ln5 + 214,904= 1,609 + 214,904 1,609= 213,295

= 213,295/21

= 0,156

= 5. What factors affecting the growth ?a. Jumlah Inokulum

Semakin banyak jumlah inokulum maka pertumbuhan biomassa akan akan semakin banyak pula. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan inokulum sebanyak 10.0 g/L FW dapat menghasilkan biomassa sebanyak 79.0 g/L FW dan 10.4 g/L DW. Ini merupakan jumlah biomassa paling banyak. b. Laju aerasi

Laju aerasi yang diterapkan pada bioreaktor airlift antara lain 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,05-0,1, 0,05-0,2, dan 0,05-0,3 vvm. Diantara ke 6 percobaan tersebut, aerasi sebanyak 0,1 vvm merupakan aerasi yang paling sesuai dengan pertumbuhan biomassa, sehingga dihasilkan biomassa paling banyak yaitu 70,1 g FW dan 9,0 g DW.

c. Jenis dan konsentrasi auksin (suplemen yang terkandung dalam medium)

Dalam jurnal lain (Wu et al, 2006), yaitu juga menggunakan akar adventif dari Echinacea namun sistem kultivasinya tidak menggunakan bioreaktor, melainkan menggunakan shake flask, menunjukkan bahwa jenis dan konsentrasi auksin juga berpengaruh terhadap pertumbuhan akar adventif Echinacea. Jenis auksin yang digunakan antara lain IAA, IBA, dan NAA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa IBA merupakan auksin terbaik untuk perkembangbiakan akar adventif Echinacea sedangkan NAA menimbulkan dampak yang buruk terhadap pertumbuhannya. NAA lebih cocok untuk menumbuhkan akar lateral pada tanaman tomat.d. Kadar garam dalam MS medium

Kadar garam yang baik untuk pertumbuhan akar adventif Echinacea adalah hanya 0.25 and 0.5 MS. Akar Echinacea tidak membutuhkan nutrisi yang terlalu banyak karena interaksi antargaram dapat meningkatkan jumlah ion dalam akar. (Wu et al, 2006).e. Konsentrasi sukrosa

Dalam jurnal (Wu et al, 2006), hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi sukrosa dalam medium dapat berpengaruh terhadap laju pertumbuhan akar adventif Echinacea. Laju pertumbuhan optimum akar diperoleh dengan penggunaan konsentrasi sukrosa sebanyak 5% dengan biomassa 12,6 g FW dan 1,44 g DW. Sukrosa berfungsi sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan akar.f. pH medium

Hasil penelitian (Wu et al, 2006) menunjukkan bahwa pH medium yang baik untuk pertumbuhan akar adventif yaitu antara 5-6. 6. What factors affecting the yield of metabolite ?

a. Jumlah InokulumFenol dan flavonoid dihasilkan maksimum ketika jumlah inokulum yang digunakan sebanyak 7 g/L FW. Begitupula dengan turunan asam caffeic yang dihasilkan. b. Laju aerasi

Aerasi 0,1 vvm merupakan aerasi paling sesuai untuk akumulasi metabolit yang dihasilkan dari akar adventif dengan bioreaktor airlift karena pada aerasi 0,1 vvm, fenol, flavonoid, dan turunan asam caffeic paling banyak dihasilkan.

c. Jenis dan konsentrasi auksin (suplemen yang terkandung dalam medium)

Dalam jurnal Wu et al (2006) menggunakan metode shake flask culture diperoleh hasil bahwa jenis auksin IBA sebanyak 2 mg/L menghasilkan fenol dan flavonoid dalam jumlah yang paling banyak yaitu 50 mg/g DW fenol dan 35,1 mg/g DW flavonoid.d. Kadar garam dalam MS medium

Dalam jurnal Wu et al (2006), kadar garam yang baik untuk pertumbuhan akar adventif Echinacea adalah hanya 0.25 and 0.5 MS. Kadar garam yang tinggi dapat menghambat pertumbuhan akar yang juga dapat menurunkan jumlah metabolit yang dihasilkan.e. Konsentrasi sukrosa

Dalam jurnal Wu et al (2006), fenol dan flavonoid dihasilkan paling banyak dengan penggunaan medium yang memiliki konsentrasi sukrosa 7%.f. pH medium

Dalam jurnal Wu et al (2006), fenol dan flavonoid dihasilkan paling banyak dengan penggunaan medium yang memiliki pH 5-6.

7. How the product recovered ?Dalam jurnal ini, metabolit yang dihasilkan adalah fenol, flavonoid dan turunan asam caffeic. Namun, dalam jurnal ini hanya dilakukan pemanenan terhadap turunan asam caffeic saja. Untuk fenol dan flavonoid hanya diketahui konsentrasinya dengan spektrofotometri dan metode colorimetrik. Turunan asam caffeic diekstraksi berdasarkan metode yang dijelaskan dalam jurnal (artikel) Pellati et al (2004) : akar kering ditimbang 0,5 gram dan diekstraksi dengan 10 ml pelarut pada suhu kamar

menggunakan pengaduk magnetik selama 15 menit. Setelah sentrifugasi selama 10 menit, larutan disaring secara vakum ke labu ukur. Residu kembali diekstraksi dengan cara yang sama dan volume akhir larutan ditetapkan 25 ml. Semua ekstrak disaring melalui 0,45 m filter PTFE ke botol HPLC dan ditutup. Prosedur ekstraksi diulang dua kali untuk

masing-masing sampel. DAFTAR PUSTAKA

Kumar K. M, and Ramaiah S. (2011) Pharmacological Importance of Echinacea purpurea. International Journal of Pharma and Bio Sciences.Pellati F, Benvenuti S, Magro L, Melegari M, Soragni F (2004) Analysis of phenolic compounds and radical scavenging activity of Echinacea spp. J Pharm Biomed Anal.USDA NRCS National Plant Data Center, (2006) Plant Guide : Eastern Purple Coneflower Echinacea purpurea (L.) Moench. Article.Wu C. H, Murthy H. N, Hahn E. J, Paek K.Y. (2007) Improved Production of Caffeic Acid Derivatives in Suspension Cultures of Echinacea purpurea by Medium Replenishment Strategy. Arch Pharm Res.Wu C. H, Dewir Y. H, Hahn E. J, and Paek K. Y.(2006) Optimization of Culturing Conditions for the Production of Biomass and Phenolics from Adventitious Roots of Echinacea angustifolia. Journal of Plant Biology.Xo=5

Xt=60

Xt=6,3

Xo=0,9

t=21 hari