Aglomerasi pada Proses Milling dalam Produksi Nanospirulina

 

Aglomerasi pada Proses Milling dalam Produksi Nanospirulina: Mekanisme, Faktor Determinan, dan Implikasinya terhadap Stabilitas Nanopartikel

 

Pudjiatmoko

Nano Center Indonesia, Tangerang Selatan

 

ABSTRAK

 

Produksi nanospirulina melalui proses mechanical milling menjadi pendekatan yang menjanjikan untuk meningkatkan bioavailabilitas dan aktivitas biologis Spirulina. Namun, salah satu kendala utama dalam proses ini adalah terjadinya aglomerasi partikel. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji mekanisme terjadinya aglomerasi selama proses milling serta faktor-faktor yang mempengaruhinya. Analisis dilakukan melalui pendekatan kajian literatur terhadap fenomena fisikokimia nanopartikel, termasuk energi permukaan, gaya antarmolekul, dan interaksi biomolekul. Hasil menunjukkan bahwa aglomerasi dipicu oleh peningkatan energi permukaan, dominasi gaya Van der Waals, rendahnya zeta potential, fenomena cold welding, serta keberadaan biomolekul aktif dalam spirulina. Aglomerasi berdampak pada penurunan stabilitas dan efektivitas biologis nanospirulina. Oleh karena itu, diperlukan strategi pengendalian seperti penggunaan stabilizer, optimasi parameter milling, dan teknik dispersi lanjutan untuk menghasilkan nanopartikel yang stabil dan homogen.

Keywords: nanospirulina, aglomerasi, milling, nanopartikel, zeta potential, cold welding

 

1. PENDAHULUAN

 

Spirulina merupakan mikroalga yang kaya protein, pigmen bioaktif, serta senyawa imunomodulator yang banyak dimanfaatkan dalam bidang kesehatan dan akuakultur. Transformasi Spirulina menjadi nanopartikel (nanospirulina) terbukti dapat meningkatkan luas permukaan, kelarutan, serta bioavailabilitasnya (Sharma et al., 2019).

Salah satu metode yang umum digunakan untuk menghasilkan nanopartikel adalah mechanical milling, seperti ball milling, yang bekerja melalui mekanisme tumbukan energi tinggi untuk mereduksi ukuran partikel (Suryanarayana, 2001). Namun demikian, proses ini sering diikuti oleh fenomena aglomerasi, yaitu penggabungan kembali partikel-partikel nano menjadi agregat berukuran lebih besar (Bhattacharjee, 2016).

Aglomerasi merupakan tantangan utama dalam teknologi nanopartikel karena dapat menurunkan stabilitas sistem dan mengurangi efektivitas biologisnya. Fenomena ini dipengaruhi oleh berbagai faktor fisikokimia, termasuk energi permukaan, gaya antarpartikel, dan sifat material (Israelachvili, 2011).

Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji secara ilmiah mekanisme terjadinya aglomerasi pada proses milling dalam produksi nanospirulina serta implikasinya terhadap kualitas nanopartikel.

 

2. MATERIALS AND METHODS

 

Penelitian ini menggunakan pendekatan studi literatur dengan mengkaji berbagai publikasi ilmiah terkait:

1. Mekanisme mechanical milling dan pembentukan nanopartikel
2. Interaksi antarpartikel pada skala nano
3. Karakteristik biomolekul Spirulina
4. Faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas nanopartikel

Sumber literatur diperoleh dari jurnal internasional bereputasi seperti Powder Technology, Journal of Nanoparticle Research, dan Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. Analisis dilakukan secara deskriptif-komparatif untuk mengidentifikasi hubungan antara proses milling dan fenomena aglomerasi.

 

3. RESULTS

 

3.1. Peningkatan Energi Permukaan

Reduksi ukuran partikel hingga skala nano menyebabkan peningkatan luas permukaan spesifik secara signifikan. Hal ini meningkatkan energi bebas permukaan sehingga sistem menjadi tidak stabil dan cenderung mengalami aglomerasi untuk mencapai kondisi energi minimum (Bhattacharjee, 2016).

 

3.2. Dominasi Gaya Van der Waals

Pada skala nano, gaya Van der Waals menjadi dominan dibandingkan gaya lainnya. Gaya ini menyebabkan partikel saling tarik-menarik dan membentuk agregat, terutama ketika tidak terdapat gaya tolak yang cukup (Israelachvili, 2011).

 

3.3. Pengaruh Zeta Potential

Zeta potential merupakan indikator kestabilan dispersi nanopartikel. Nilai zeta potential yang rendah (± < 30 mV) menunjukkan lemahnya gaya repulsi elektrostatik, sehingga meningkatkan kemungkinan aglomerasi (Hunter, 2001).

 

3.4. Fenomena Cold Welding

Selama proses high-energy milling, tumbukan antar partikel dapat menyebabkan deformasi plastis dan adhesi permukaan, yang dikenal sebagai cold welding. Fenomena ini menyebabkan partikel-partikel kecil bergabung kembali menjadi agregat (Suryanarayana, 2001).

 

3.5. Peran Biomolekul Spirulina

Komponen utama Spirulina seperti protein, polisakarida, dan lipid memiliki sifat adhesif dan hidrofilik. Senyawa ini dapat bertindak sebagai pengikat alami yang mempercepat proses aglomerasi, terutama dalam kondisi lembap (Becker, 2007).

 

3.6. Pengaruh Kelembapan

Kelembapan berperan dalam pembentukan liquid bridge antar partikel yang meningkatkan kohesi dan mempercepat aglomerasi (Pietsch, 2002).

 

4. DISKUSI

 

Hasil kajian menunjukkan bahwa aglomerasi pada nanospirulina merupakan fenomena multifaktorial yang dipengaruhi oleh interaksi antara faktor mekanik dan fisikokimia.

Peningkatan energi permukaan akibat reduksi ukuran partikel menjadi faktor utama yang mendorong sistem menuju kondisi yang lebih stabil melalui aglomerasi. Hal ini sejalan dengan prinsip termodinamika bahwa sistem cenderung meminimalkan energi bebasnya (Bhattacharjee, 2016).

Selain itu, dominasi gaya Van der Waals pada skala nano memperkuat interaksi antarpartikel. Tanpa adanya gaya penstabil seperti repulsi elektrostatik atau sterik, partikel akan mudah membentuk agregat (Israelachvili, 2011).

Fenomena cold welding selama milling juga menjadi faktor penting yang membedakan proses ini dari metode sintesis lainnya. Energi tumbukan yang tinggi tidak hanya memecah partikel tetapi juga dapat menyebabkan penyatuan kembali partikel (Suryanarayana, 2001).

Dalam konteks nanospirulina, keberadaan biomolekul aktif memperparah aglomerasi karena sifat adhesifnya. Hal ini menjadi karakteristik unik dibandingkan nanopartikel anorganik.

Implikasi dari aglomerasi sangat signifikan, terutama dalam aplikasi biologis. Aglomerasi dapat menurunkan luas permukaan efektif, mengurangi bioavailabilitas, serta menyebabkan distribusi ukuran partikel yang tidak homogen. Dalam aplikasi imunologi ikan, kondisi ini dapat mempengaruhi efisiensi penyerapan dan respons imun.

Untuk mengatasi masalah ini, diperlukan pendekatan komprehensif, antara lain:

• Penggunaan surfaktan atau polimer sebagai stabilizer
• Optimasi parameter milling
• Penggunaan metode wet milling
• Kombinasi dengan teknik ultrasonikasi

Pendekatan ini bertujuan untuk menyeimbangkan gaya tarik dan gaya tolak antarpartikel sehingga sistem tetap stabil.

 

5. KESIMPULAN

 

Aglomerasi pada proses milling dalam produksi nanospirulina disebabkan oleh kombinasi faktor energi permukaan, gaya Van der Waals, rendahnya zeta potential, fenomena cold welding, serta interaksi biomolekul Spirulina. Fenomena ini berdampak negatif terhadap stabilitas dan efektivitas nanopartikel. Oleh karena itu, strategi pengendalian yang tepat sangat diperlukan untuk menghasilkan nanospirulina yang stabil, homogen, dan optimal dalam aplikasi biologis.

 

REFERESI

 

Becker, E. W. (2007). Micro-algae as a source of protein. Biotechnology Advances, 25(2), 207–210.

Bhattacharjee, S. (2016). DLS and zeta potential—What they are and what they are not? Journal of Controlled Release, 235, 337–351.

Hunter, R. J. (2001). Foundations of Colloid Science. Oxford University Press.

Israelachvili, J. N. (2011). Intermolecular and Surface Forces (3rd ed.). Academic Press.

Pietsch, W. (2002). Agglomeration Processes: Phenomena, Technologies, Equipment. Wiley-VCH.

Sharma, S., et al. (2019). Nanotechnology approaches for Spirulina: A review. Journal of Applied Phycology, 31, 1–12.

Suryanarayana, C. (2001). Mechanical alloying and milling. Progress in Materials Science, 46(1–2), 1–184.