Penggunaan dan Teknik Produksi Pakan Alami: Mikroalga
Alih Jenjang D4 Bidang Studi Akuakultur 2009
Pakan Alami dalam Larvikultur Larvikultur = Mencakup semua proses kultur mulai dari pemeliharaan induk (broodstock) hingga produksi benih ikan (fry) yang siap untuk distok dan dibesarkan dalam fasilitas grow-out
1970-an: Penggunaan benih ‘liar’ (hasil tangkapan dari alam)
Murah
Mudah (sudah tersedia di alam)
Kuantitas (ketersediaan melimpah)
1970-an: Penggunaan benih ‘liar’ (hasil tangkapan dari alam)
Murah
Mudah (sudah tersedia di alam)
Kuantitas (ketersediaan melimpah)
Frekuensi ketersediaan di alam?
Kualitas pemilihan species? kontrol penyakit?
1980-an: Intensifikasi akuakultur
Mulai meningkatnya biaya produksi dibutuhkan peningkatan produktifitas peningkatan kepadatan kultur
ketersediaan benih secara kontinyu
Teknologi kultur
- pengembangbiakan oleh indukan (breeding) - pemeliharaan larva spesifik untuk masing-masing spesies
Pemeliharaan Larva
Ukuran larva
Bass
3.2 - 4.1mm
Bream 2.5 - 3.1mm
Penyerapan ‘yolk sac’ 3 – 8 hari
Kebutuhan pakan awal dengan ukuran 80-120μ
Perkembangan larva yang belum sempurna (primitif)
-- ukuran mulut, sistem pencernaan, penglihatan, pergerakan / lokomosi
Kebutuhan nutrisi yang tinggi untuk pertumbuhan larva
Pemeliharaan Larva
Ukuran larva
Bass
3.2 - 4.1mm
Bream 2.5 - 3.1mm
Penyerapan ‘yolk sac’ 3 – 8 hari
Kebutuhan pakan awal dengan ukuran 80-120μ
Perkembangan larva yang belum sempurna (primitif)
-- ukuran mulut, sistem pencernaan, penglihatan, pergerakan / lokomosi
Kebutuhan nutrisi yang tinggi untuk pertumbuhan larva
Penggunaan pakan alami!
Penggunaan Pakan Alami MIKROALGA
Larva moluska tahap awal - akhir
Moluska dan bivalvial dewasa
Artemia, rotifera, copepoda
Tahap awal larva crustacea (udang), ikan
Tahap akhir larva dan awal juvenil udang dan ikan
Mikroalga
Fungsi Mikroalga 1. Sumber makanan dan nutrisi bagi - moluska bivalvial - zooplankton (rotifera, copepoda) pakan alami - tahap larva awal – akhir pada banyak spesies udang - tahap awal pertumbuhan juvenil beberapa spesies ikan (Mikroalga yang akan digunakan, ditentukan berdasarkan
- nilai nutrisi yang terkandung di dalamnya - kandungan toksik - kemudahannya untuk dicerna - ukuran sel)
2. Digunakan untuk memelihara larva ikan laut dengan metode Green Water Technique mikro-alga berperan untuk menstabilkan kualitas air, sumber nutrisi bagi larva, dan sebagai kontrol mikroba. 3. Sumber suplemen makanan, kosmetik, energi, dll
Nutrisi Mikroalga
Nilai nutrisi pada setiap spesies mikroalga berbeda-beda dalam kultur satu spesies dapat bervariasi (tergantung dari kondisi kultur yang ada)
Persentase kandungan protein, lipid / lemak, dan karbohidrat pada mikroalga berturut-turut adalah 1235%, 7,2-23%, dan 4,6-23%
Selain itu, mikroalga merupakan sumber yang kaya asam askorbik (0,11-1,62% dari berat kering).
Kelas Bacillariophyceae
Genus
Contoh Aplikasi Penggunaan
Skeletonema
LU, LM, PM
Thalassiosira
LU, LM, PM
Phaeodactylum
LU, LM, PM, LUT, A
Chaetoceros
LU, LM, PM, A
Cylindrotheca
LU
Bellerochea
PM
Actinocylus
PM
Nitzchia
A
Cyclotella
A
Isochrysis
LU, LM, PM
Pseudoisochrysis
LM, PM, LUT
Dicrateria
PM
Chrysophyceae
Monocrysis (Pavlova)
LM, PM, A, RL
Prasinophyceae
Tetraselmis (Platymonas)
LU, LM, PM, AL, A, LUT
Pyramimonas
LM, PM
Micromonas
PM
Chroomonas
PM
Chryptomonas
PM
Rhodomonas
LM, PM
Clamydomonas
LM, PM, ZT, RL, A,
Chrorococcum
PM
Xanthophyceae
Olisthodiscus
PM
Chlorophyceae
Carteria
PM
Dunaliella
PM, A, RL
Spirulina
LU, PM, A, RL
Haptophyceae
Cryptophyceae
Cryptophyceae
Cyanophyceae
LU=larva udang penaeid; LM=larva moluska bivalvial; LUT=larva udang air tawar; PM=postlarva moluska bivalvial; RL=rotifer laut; A=artemia; ZT=zooplankton air tawar
Hal-hal yang harus diperhatikan sebelum mengkultur mikro-alga
Familiar dengan laju pertumbuhan species mikroalga di laboratorium
Kebutuhan kultur / species sepanjang siklus hidup
Jumlah algae yang dibutuhkan untuk pakan dan inokulasi diperhatikan
Jumlah flasks kultur
Ekstra produksi jika ada kultur yang gagal
Stok kultur harus steril (bacteria free) untuk kebanyakan species
Bebas kontaminasi species mikroalga lain, jamur, protozoa
Teknik Sterilisasi Metode umum: Pasteurisasi 80 oC dan didinginkan alamiah Autoclave Sodium Hypochlorite (bleach) 0.5 mL/L (10 tetes) Neutralize: 10-15 mL sodium thiosulfate (248 g/L) per liter Hydrochloric acid 0.2 mL/L (4 tetes) Neutralize: Na2CO3 0.4-0.9 g/L
Kondisi Umum Kultur Mikroalga Parameter
Kisaran
Optimum
Suhu (°C)
16-27
18-24
Salinitas (g.L-1)
12-40
20-24
Intensitas cahaya (Lux)
1,000 - 10,000 (tergantung volume dan kepadatan)
Photoperiod (light: dark, hours) pH 1. 2. 3.
Aeration-mixes culture, tambah CO2 Semua essential nutrients ada Terbatas waktu (Anonymous, 1991)
2,500 - 5,000
16:8(min) 24:0(max) 7-9
8.2-8.7
Kondisi Umum Kultur Mikroalga Cahaya Dibutuhkan untuk kegiatan fotosintesis Kebutuhan cahaya (intensitas dan fotoperiode) tergantung pada kedalaman dan kepadatan kultur (korelasi positif) semakin tinggi kedalaman dan kepadatan kultur, intensitas cahaya yang dibutuhkan semakin tinggi Sumber cahaya: sinar matahari atau cahaya buatan dari tabung fluoresens (lampu neon). Intensitas cahaya yang terlalu tinggi akan mengakibatkan fotoinhibisi pada kultur. Durasi penggunaan cahaya buatan ≥ 18 jam sehari pH
Kisaran pH pada kebanyakan kultur mikroalga adalah antara 7-9 dengan kisaran optimum 8,2-8,7.
Kondisi Umum Kultur Mikroalga Aerasi / pengadukan Sumber CO2 untuk proses fotosintesis Pengadukan menghindari terjadinya sedimentasi pada kultur mikroalga agar semua sel terekspos secara merata terhadap cahaya & nutrien Suhu Suhu optimal bagi kultur mikroalga berkisar antara 20-240C. Suhu < 160C menurunkan laju pertumbuhan Suhu > 350C menyebabkan kematian beberapa spesies Salinitas Mikroalga air laut sangat toleran terhadap perubahan salinitas; salinitas optimum 20-24 g/L-1.
Fase Pertumbuhan Kultur Mikroalga
Fase Pertumbuhan Kultur Mikroalga
Secara umum, konsentrasi sel pada kultur mikroalga lebih tinggi bila dibandingkan dengan kondisinya di alam kultur mikroalga harus diperkaya dengan nutrien untuk menghindari defisiensi. Medium yang umum digunakan untuk kultur mikroalga adalah medium Walne – Medium Premix Nutrien harus dalam jumlah yang tepat Phosphate
Nitrogen Sunlight, CO2, Water
Trace Metals
Silicate
Kebutuhan Nutrisi Kultur Mikroalga
Nutrien substansi yang dibutuhkan untuk survive atau dibutuhkan untuk sintesis komponen organik sel (pertumbuhan sel)
Essential: 1. Makronutrien: a. N – (NO3, NH4) protein, DNA b. P – ATP, ADP c. C,H,O d. Ca, Mg, Na, K, S, Cl (biasanya banyak) 2. Mikronutrien: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo (fiksasI N), Co
Beneficial : 1. Vitamin (B12, B1) : cyanobacteria, diatom, green alga, dinoflagellates 2. Si: penting untuk diatom (membuat cangkang, metabolisme)
Medium Walne Konstituen Larutan A (1 mL per 1 L kultur)
FeCl3
0,8 g
MnCl.4H20
0,4 g
H3BO3
45 g
NaI2PO4.2H2O
20 g
Larutan B Ditambahkan akuades hingga 1L
100 g 1 mL Dipanaskan hingga larut
ZnCl2
2,1 g
CoCl2.6H2O
2,0 g
((NH4)6Mo7O24.4H2O)
0,9 g
CuSO4.5H2O
2,0 g
HCl Ditambahkan akuades hingga 0,1 L Larutan C (0,1 mL per 1L kultur)
33,6 g
EDTA
NaNO3
Larutan B
Jumlah
Vitamin B1 Larutan E
10 mL Dipanaskan hingga larut 0,2 g 25 mL
Ditambahkan akuades hingga 0,2 L Larutan D (untuk kultur diatom, tambahkan pada larutan A dan C sebanyak 2 mL per 1 L kultur)
Na2SiO3.5H2O
Larutan E
Vitamin B12
Ditambahkan akuades hingga 1 L
40 g Dikocok hingga larut 0,1 g
Ditambahkan akuades hingga 0,25 L Larutan F (untuk kultur Chroomonas salina, tambahkan pada larutan A dan C sebanyak 1 mL per 1 L kultur)
NaNO3 Ditambahkan akuades hingga 1 L
200 g
Kebutuhan Nutrisi Kultur Mikroalga
Nutritional value dari algae tidak dapat diperbaiki jika kultur sudah melewati fase 3 karena penurunan daya cerna, defisiensi nutrisi dan kemungkinan produksi dari metabolite yang toksik.
Kegagalan kultur dapat disebabkan oleh : - Kultur yang kurang steril - Kekurangan nutrien - Defisiensi O2 - Suhu yang tidak optimal - Fluktuasi / perubahan pH yang ekstrim
Kunci sukses dari produksi alga menjaga kultur dalam exponential phase.
Mikroalga Tampilan mikroskopik mikroalga yang umum dipakai dalam akuakultur Dunaliella sp.
Chaetoceros sp.
Nannochloropsis sp.
Chlorella sp.
Spirulina sp.
Thalasiossira sp.
Kultur stok / start-up mikroalga dalam tabung reaksi
Kultur mikroalga dalam gelas Erlenmeyer 100 - 250 mL
Kultur mikroalga dalam gelas Erlenmeyer 1 L
Isolat mikroalga
5 –10 L
Stok kultur
Up-scalled
Up-scaling Kultur Mikroalga
Kultur mikroalga skala hatchery
Kultur mikroalga skala lapangan / industri
Teknik Kultur Mikroalga
Indoor / Outdoor - Kultur indoor memudahkan untuk mengontrol cahaya, suhu, kadar nutrisi, kontaminasi oleh alga kompetitor. - Kultur outdoor memberikan masalah dalam memelihara kultur mikroalga yang spesifik dalam waktu yang lama.
Open / Closed - Open culture seperti tangki atau kolam yang tidak ditutup lebih mudah terkontaminasi - Closed culture seperti tabung, flask, carboys, dan kantong tidak mudah terkontaminasi karena tertutup.
Teknik Kultur Mikroalga
Axenic (steril)/ xenic (+) Kultur axenic bebas dari organisme asing seperti bakteri ( -) Tidak praktis untuk pelaksanaan secara komersil
Batch inokulasi sel ke dalam medium nutrisi hanya dilakukan satu kali
Teknik Kultur Mikroalga
Semi continuous - Dapat dilakukan secara indoor maupun outdoor - Pemanenan periodik diikuti dengan menambahkan nutrien ke dalam volume kultur semula.
Continous Suplai air (laut) bernutrisi secara kontinu dipompa ke dalam tangki pertumbuhan, dan buangan kultur secara simultan dibasuh laju pertumbuhan kultur mikroalga dapat mendekati laju pertumbuhan yang maksimum 1. Kultur turbidostat, dimana konsentrasi mikroalga dijaga pada level tertentu dengan mengencerkan kultur dengan medium baru secara otomatis 2. Kultur chemostat, dimana laju penambahan medium baru diatur sedemikian rupa sehingga laju pertumbuhan mikroalga konstan, (bukan kepadatan mikroalga)
Tipe Kultur
Kelebihan
Kekurangan
Indoor
Dapat dikontrol (predictable)
Mahal
Outdoor
murah
Sulit dikontrol (Iess predictable)
Closed
Kontaminasi kurang
Mahal
Open
murah
Mudah kontaminasi
Axenic
Predictable
Mahal, sulit
Non-axenic
Murah, lebih mudah
Less predictable
Continuous
Efisien, ,menyediakan suplai sel Sulit, umumnya hanya berkualitas tinggi yang konsisten, memungkinkan bagi kultur laju produksi tinggi dalam jumlah yang rendah, pembelian peralatan dapat sangat tinggi
Semi-continuous
Lebih mudah, agak efisien
Kualitasnya bervariasi
Batch
Paling mudah
Tidak efisien, tidak konsisten
kualitas
dapat
Mikroalga: Chaetoceros gracilis
Digunakan sebagai pakan alami dalam produksi zooplankton dan larva udang
Morfologi Golden brown diatom Ukuran: 12 µm (l), 10.5 µm (p) Berkoloni membentuk rantai Salinitas : 26 – 32 ppt Suhu : 28 – 30 °C Kultur media Medium Walne + Si Guillards f/2 + Si Analisis nutrisi 28% Protein 23% Carbs 9% Fat
Mikroalga: Chlorella sp.
Chlorella alga hijau ; kandungan klorofil paling tinggi
Mengandung vitamin, mineral, serat, asam nukleat, asam amino, enzim (chlorophyllase dan pepsin ).
Kandungan Protein Chlorella yang tinggi (60%)
Chlorella Growth Factor (CGF) mempercepat pemulihan jaringan rusak memperbaiki sistem imun.
Digunakan sebagai pakan dalam produksi zooplankton (rotifera, daphnia dll), larvikultur ikan, produksi makanan, kosmetik, dll.
Berguna untuk green water technique menjaga kualitas air
Mikroalga: Spirulina sp. Merupakan alga hijau-biru berfilamen (Green-blue Algae) / cyanobacterium Air tawar (danau) pH tinggi Merupakan sumber makronutrien dan mikronutrien untuk larva beberapa ikan, udang, dan moluska / bivalvial Fatty acids (18%),pigmen (carotenes, chlorophyll), Vit.A, E, dan mineralnya baik untuk kesehatan ikan Kandungan protein tinggi (55-70%)
Digunakan dalam industri makanan, minuman, suplemen, dan kosmetik
Pemanenan dan Penyimpanan Mikroalga
Kultur mikroalga harus dipanen saat pertumbuhan kultur mencapai tahap stationer
Teknik pemanenan: 1. Filtrasi 2. Sentrifugasi 3. Penambahan flokulan elektrik (electro flocculation) 4. Penambahan flokulan kimiawi (chemical flocculation)
Pemanenan dan Penyimpanan Mikroalga Penambahan Flokulan Kimia - Aluminium sulfat - Feri klorida
Menyebabkan sel mikro-alga mengalami koagulasi dan dapat dipisahkan dari medium
- Hasil panen (konsentrat alga) umumnya kurang baik digunakan sebagai pakan alami (tidak tahan lama)
Pemanenan Spirulina sp.
Kultivasi Spirulina
Pemanenan segar
Big Harvesting
Harvester Dewatering Tables and Algae Bloom
Commercial product
Pemanenan dan Penyimpanan Mikroalga
Sentrifugasi - Volume mikroalga besar Cream separator - Kecepatan sentrifuga tergantung dari jenis mikroalga dan model alat
Penyimpanan
Penyimpanan selama 1-2 minggu dalam freezer atau refrigerator
Kultur Tetraselmis sp. disimpan dalam tempat gelap dan suhu 4oC untuk menjaga viabilitas
Cream separator
Penggunaan senyawa tambahan dalam preservasi mikroalga: 1. Anti oksidan memperpanjang siklus hidup kultur mikroalga dengan pencegahan oksidasi yang menyebabkan perubahan bau serta warna pada kultur mikroalga; menjaga kandungan asam lemak esensial serta vitamin dalam kultur (vitamin C, E). 2. Zat Asam menjaga level pH (keasaman air agar stabil pada pH<5 untuk mencegah kerusakan sel (autolisis) dan dekomposisi oleh mikroba
3. Agen Krioprotektan: Mencegah kerusakan sel membran akibat kristalisasi es dalam proses penyimpanan kultur mikroalga pada suhu rendah (<0°C) 4. Senyawa preservatif lainnya zat tambahan yang membantu melindungi kultur dari pembusukan, terutama oleh mikroorganisme (biologis)
Parameter kualitas kultur mikroalga konsentrat NO
Parameter
Interval Monitoring
Waktu Monitoring
Metode
Mingguan
08.00
Haemocytometer Pengamatan mikroskopik
Harian
08.00
pH meter
1
Kepadatan sel
2
pH
3
AROMA 0 = aroma normal 1 = aroma berbega, tidak menyengat 2 = aroma menyengat
Mingguan
08.00
Organoleptic / indera penciuman
4
Pemisahan (grading) 1.Kepadatan sel 2. Kondisi sel (bentuk, jumlah sel yang hidup)
Mingguan
08.00
Pengamatan mikroskopik
5
Jumlah bakteri total / Total Bacteria Count (TBC)
Mingguan
08.00
Penumbuhan / inokulasi pada medium agar
Permasalahan terkait dengan proses kultur dan penggunaan mikroalga 1. Kontaminasi kultur Medium kultur (air and nutrien), air kultur, selang, tabung, kultur stok / starter 2. Produksi kultur dengan kualitas yang tidak konsisten 3. Kualitas dan kuantitas - teknik kultur - musim - sumber nutrisi - prosedur kultur yang tidak optimal 4. Pemanenan / harvesting 5. Strategi transportasi / delivery 6. Penyimpanan / preservation
Tahap minimalisasi permasalahan proses kultur dan penggunaan mikroalga - Pengelolaan kultur stok murni - Optimasi proses persiapan serta up-scalling kultur - Standar prosedur kultur: 1. Kepadatan sel awal kultur mikroalga 2. Optimasi medium kultur (rasio Nitrogen:Phospor, Silikat) - peningkatan pertumbuhan kultur - peningkatan kualitas alga - minimalisasi kontaminan dan/atau polutan 3. Strategi pemanenan Periode pemanenan: kualitas hasil panen alga Teknik pemanenan 4. Teknologi preservasi / penyimpanan Pemanenan dan penyimpanan ---- pasta alga
