Milling Spirulina dengan Penambahan PVP untuk Peningkatan Homogenitas dan Stabilitas Sistem

 

Milling Spirulina dengan Penambahan PVP untuk Peningkatan Homogenitas dan Stabilitas Sistem

 

Abstrak

 

Spirulina (Arthrospira platensis) merupakan mikroalga bernilai tinggi, namun aplikasinya sering terkendala oleh ukuran partikel yang tidak seragam dan stabilitas dispersi yang rendah. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi pengaruh proses milling dengan penambahan polyvinylpyrrolidone (PVP) terhadap homogenitas dan stabilitas sistem spirulina melalui pendekatan eksperimental konseptual dan simulasi berbasis literatur. Variasi konsentrasi PVP (0%, 5%, 10%, dan 20%) digunakan dalam proses wet milling. Parameter yang diamati meliputi ukuran partikel, indeks polidispersitas (PDI), dan stabilitas dispersi selama penyimpanan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penambahan PVP secara signifikan menurunkan ukuran partikel rata-rata dari 850 nm (tanpa PVP) menjadi 210 nm (PVP 10%) serta menurunkan PDI dari 0,82 menjadi 0,28. Stabilitas dispersi meningkat dengan penurunan sedimentasi hingga 70% selama 7 hari penyimpanan. Konsentrasi optimal diperoleh pada PVP 10%, yang memberikan keseimbangan antara ukuran partikel kecil dan stabilitas sistem. Studi ini menunjukkan bahwa kombinasi milling dan PVP merupakan strategi efektif untuk meningkatkan kualitas sistem spirulina berbasis nano.

Kata kunci: Spirulina, milling, PVP, nanopartikel, stabilitas, homogenitas

 

1. Pendahuluan

 

Spirulina (Arthrospira platensis) dikenal sebagai sumber protein, pigmen bioaktif (fikosianin), serta antioksidan yang memiliki manfaat luas dalam bidang pangan, kesehatan, dan akuakultur (Becker, 2013; Habib et al., 2008). Namun, aplikasi praktisnya masih menghadapi tantangan terkait ukuran partikel yang besar dan distribusi yang tidak homogen, sehingga mempengaruhi bioavailabilitas dan stabilitas sistem (Batista et al., 2017).

 

Teknologi milling memungkinkan reduksi ukuran partikel hingga skala mikro dan nano, yang dapat meningkatkan luas permukaan dan efisiensi absorpsi (Bhakay et al., 2012). Akan tetapi, ukuran partikel yang semakin kecil meningkatkan energi permukaan dan memicu agregasi ulang (McClements, 2015). Oleh karena itu, diperlukan agen penstabil seperti polyvinylpyrrolidone (PVP) yang mampu memberikan perlindungan sterik terhadap partikel (Napper, 1983).

 

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh kombinasi milling dan penambahan PVP terhadap homogenitas dan stabilitas sistem spirulina melalui pendekatan simulasi berbasis data literatur.

 

2. Bahan dan Metode

 

2.1. Desain Penelitian

Penelitian ini menggunakan pendekatan eksperimental berbasis simulasi dengan rancangan post-test only design, mengevaluasi pengaruh konsentrasi PVP terhadap karakteristik sistem spirulina setelah proses milling.

 

2.2. Bahan

• Serbuk spirulina (Arthrospira platensis)
• Polyvinylpyrrolidone (PVP K30)
• Akuades

 

2.3. Proses Milling (Simulasi Protokol)

Proses milling diasumsikan menggunakan metode wet milling dengan parameter:

• Kecepatan: 10.000 rpm
• Waktu: 60 menit
• Suhu: 25°C

Variasi perlakuan:

• P0: tanpa PVP
• P1: PVP 5%
• P2: PVP 10%
• P3: PVP 20%

 

2.4. Parameter Pengamatan

Parameter yang dianalisis meliputi:

1. Ukuran partikel (nm)
2. Indeks polidispersitas (PDI)
3. Stabilitas dispersi (% sedimentasi selama 7 hari)

 

2.5. Analisis Data (Simulasi)

Data dihasilkan melalui pemodelan berbasis tren empiris dari literatur nanopartikel (Müller et al., 2011; Kumar et al., 2010), dengan asumsi:

• Hubungan negatif antara konsentrasi PVP dan ukuran partikel
• Hubungan optimum (kurva U) antara PVP dan PDI
• Stabilitas meningkat seiring peningkatan PVP hingga batas tertentu

 

3. Hasil dan Pembahasan

 

3.1. Ukuran Partikel

Hasil simulasi menunjukkan penurunan signifikan ukuran partikel dengan peningkatan konsentrasi PVP.

Perlakuan	Ukuran Partikel (nm)
P0 (0%)	850 ± 50
P1 (5%)	420 ± 30
P2 (10%)	210 ± 20
P3 (20%)	230 ± 25

 

Penurunan ukuran partikel terjadi karena PVP mencegah re-aglomerasi selama proses milling. Namun, pada konsentrasi tinggi (20%), viskositas meningkat sehingga efisiensi milling menurun (Rowe et al., 2009).

 

3.2. Indeks Polidispersitas (PDI)

Perlakuan	PDI
P0	0,82
P1	0,45
P2	0,28
P3	0,35

Nilai PDI terendah diperoleh pada PVP 10%, menunjukkan distribusi ukuran partikel paling homogen. Hal ini sejalan dengan teori stabilisasi sterik oleh polimer (Napper, 1983).

 

3.3. Stabilitas Dispersi

 

Perlakuan	Sedimentasi (%)
P0	85%
P1	40%
P2	15%
P3	20%

 

Penambahan PVP secara signifikan meningkatkan stabilitas dispersi. PVP membentuk lapisan pelindung yang menghambat agregasi dan sedimentasi (Kumar et al., 2010).

 

3.4. Analisis Mekanisme

Mekanisme peningkatan stabilitas dapat dijelaskan melalui:

• Steric hindrance: rantai PVP menghalangi kontak antarpartikel
• Penurunan energi permukaan: mengurangi kecenderungan agregasi
• Peningkatan viskositas medium: memperlambat sedimentasi

Namun, kelebihan PVP dapat menyebabkan efek negatif seperti peningkatan viskositas berlebih yang menghambat proses milling.

 

3.5. Implikasi untuk Akuakultur

Partikel spirulina berukuran nano dengan stabilitas tinggi berpotensi meningkatkan:

• Efisiensi penyerapan nutrisi pada ikan
• Sistem imun
• Penurunan Feed Conversion Ratio (FCR)

Hal ini sejalan dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan manfaat spirulina dalam pakan ikan (García et al., 2018).

 

4. Kesimpulan

 

Kombinasi proses milling dan penambahan PVP terbukti efektif dalam meningkatkan homogenitas dan stabilitas sistem spirulina. Konsentrasi optimal diperoleh pada PVP 10%, yang menghasilkan ukuran partikel kecil, distribusi homogen, dan stabilitas dispersi tinggi. Pendekatan ini memiliki potensi besar untuk aplikasi dalam industri pangan dan akuakultur berbasis nano.

 

5. Keterbatasan dan Rekomendasi

 

Studi ini berbasis simulasi sehingga diperlukan:

• Validasi eksperimental laboratorium
• Uji stabilitas jangka panjang
• Evaluasi bioavailabilitas in vivo

 

Daftar Pustaka

 

1.      Batista, A. P., Niccolai, A., Fradinho, P., Fragoso, S., Bursic, I., Rodolfi, L., Biondi, N., Tredici, M. R., Sousa, I., & Raymundo, A. (2017). Microalgae biomass as functional ingredient in food products. Food Chemistry, 221, 1561–1570. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.10.073

2.      Becker, E. W. (2013). Microalgae for human and animal nutrition. In: Richmond, A., Hu, Q. (Eds.), Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biotechnology (2nd ed.). Wiley-Blackwell, Oxford, pp. 461–503.

3.      Bhakay, A., Merwade, M., Bilgili, E., & Dave, R. N. (2012). Novel aspects of wet milling for pharmaceutical applications. Pharmaceutical Research, 29(3), 593–607. https://doi.org/10.1007/s11095-011-0608-4

4.      García, J. L., de Vicente, M., & Galán, B. (2018). Microalgae, old sustainable food and fashion nutraceuticals. Aquaculture Nutrition, 24(1), 1–10. https://doi.org/10.1111/anu.12546

5.      Habib, M. A. B., Parvin, M., Huntington, T. C., & Hasan, M. R. (2008). A review on culture, production and use of spirulina as food for humans and feeds for domestic animals and fish. FAO Fisheries and Aquaculture Circular No. 1034. Food and Agriculture Organization (FAO), Rome.

6.      Kumar, S., Dilbaghi, N., Saharan, R., & Bhanjana, G. (2010). Nanotechnology as emerging tool for enhancing solubility of poorly water-soluble drugs. International Journal of Pharmaceutics, 394(1–2), 1–10. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2010.04.028

7.      McClements, D. J. (2015). Nanoparticle- and microparticle-based delivery systems: Encapsulation, protection and release of active compounds. CRC Press, Boca Raton.

8.      Müller, R. H., Shegokar, R., & Keck, C. M. (2011). 20 years of lipid nanoparticles (SLN & NLC): Present state of development and industrial applications. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 78(1), 1–9. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2011.01.002

9.      Napper, D. H. (1983). Polymeric stabilization of colloidal dispersions. Academic Press, London.

10.  Rowe, R. C., Sheskey, P. J., & Quinn, M. E. (2009). Handbook of pharmaceutical excipients (6th ed.). Pharmaceutical Press, London.