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

Artemia, rotifera,

copepodaTahap awal larva

crustacea (udang), ikan

Tahap akhir larva dan awal juvenil udang dan ikan

Moluska dan

bivalvial dewasa

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 menstabilkankualitas 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 12-

35%, 7,2-23%, dan 4,6-23%

Selain itu, mikroalga merupakan sumber yang kaya

asam askorbik (0,11-1,62% dari berat kering).

Kelas Genus Contoh Aplikasi Penggunaan

Bacillariophyceae 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

Haptophyceae 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

Cryptophyceae Chroomonas PM

Chryptomonas PM

Rhodomonas LM, PM

Cryptophyceae Clamydomonas LM, PM, ZT, RL, A,

Chrorococcum PM

Xanthophyceae Olisthodiscus PM

Chlorophyceae Carteria PM

Dunaliella PM, A, RL

Cyanophyceae Spirulina LU, PM, A, RL

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

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)

2,500 - 5,000

Photoperiod

(light: dark, hours)

16:8(min)

24:0(max)

pH 7-9 8.2-8.7

1. Aeration-mixes culture, tambah CO2

2. Semua essential nutrients ada

3. Terbatas waktu

(Anonymous, 1991)

Kondisi Umum Kultur Mikroalga

Cahaya

Dibutuhkan untuk kegiatan fotosintesis

Kebutuhan cahaya (intensitas dan fotoperiode) tergantung padakedalaman 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 tabungfluoresens (lampu neon).

Intensitas cahaya yang terlalu tinggi akan mengakibatkan foto-inhibisi pada kultur. Durasi penggunaan cahaya buatan ≥ 18jam sehari

pH

Kisaran pH pada kebanyakan kultur mikroalga adalah antara 7-9dengan 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.

Kondisi Umum 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

TraceMetals Silicate

Sunlight,

CO2,

Water

Fase Pertumbuhan 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)

Kebutuhan Nutrisi Kultur Mikroalga

Medium WalneKonstituen Jumlah

Larutan A(1 mL per 1 L kultur)

FeCl3 0,8 g

MnCl.4H20 0,4 g

H3BO3 33,6 g

EDTA 45 g

NaI2PO4.2H2O 20 g

NaNO3 100 g

Larutan B 1 mL

Ditambahkan akuades hingga 1L Dipanaskan hingga larut

Larutan B ZnCl2 2,1 g

CoCl2.6H2O 2,0 g

((NH4)6Mo7O24.4H2O) 0,9 g

CuSO4.5H2O 2,0 g

HCl 10 mL

Ditambahkan akuades hingga 0,1 L Dipanaskan hingga larut

Larutan C(0,1 mL per 1L kultur)

Vitamin B1 0,2 g

Larutan E 25 mL

Ditambahkan akuades hingga 0,2 L

Larutan D(untuk kultur diatom, tambahkan pada larutan A dan Csebanyak 2 mL per 1 L kultur)

Na2SiO3.5H2O 40 g

Ditambahkan akuades hingga 1 L Dikocok hingga larut

Larutan E Vitamin B12 0,1 g

Ditambahkan akuades hingga 0,25 L

Larutan F(untuk kultur Chroomonas salina, tambahkan padalarutan A dan C sebanyak 1 mL per 1 L kultur)

NaNO3 200 g

Ditambahkan akuades hingga 1 L

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.

Kebutuhan Nutrisi Kultur Mikroalga

MikroalgaTampilan mikroskopik mikroalga yang umum dipakai dalam akuakultur

Dunaliella sp. Nannochloropsis sp.

Chaetoceros sp. Spirulina sp.

Chlorella 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 Stok kultur Up-scalled

5 –10 L

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.

ContinousSuplai 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

berkualitas tinggi yang konsisten,

laju produksi tinggi

Sulit, umumnya hanya

memungkinkan bagi kultur

dalam jumlah yang rendah,

pembelian peralatan dapat

sangat tinggi

Semi-continuous Lebih mudah, agak efisien Kualitasnya bervariasi

Batch Paling mudah Tidak efisien, kualitas dapat

tidak konsisten

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: Chaetoceros gracilis

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

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

Pemanenan dan Penyimpanan Mikroalga

Penambahan Flokulan Kimia

- Aluminium sulfat

- Feri klorida

- Hasil panen (konsentrat alga) umumnya kurang baik digunakansebagai pakan alami (tidak tahan lama)

Menyebabkan sel mikro-alga mengalami

koagulasi dan dapat dipisahkan dari medium

Kultivasi SpirulinaPemanenan segar

Pemanenan Spirulina sp.

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 oksidanmemperpanjang siklus hidup kultur mikroalga dengan pencegahanoksidasi yang menyebabkan perubahan bau serta warna pada kulturmikroalga; menjaga kandungan asam lemak esensial serta vitamindalam kultur (vitamin C, E).

2. Zat Asammenjaga level pH (keasaman air agar stabil pada pH<5 untukmencegah kerusakan sel (autolisis) dan dekomposisi oleh mikroba

3. Agen Krioprotektan:Mencegah kerusakan sel membran akibat kristalisasi es dalamproses penyimpanan kultur mikroalga pada suhu rendah (<0°C)

4. Senyawa preservatif lainnyazat tambahan yang membantu melindungi kultur dari pembusukan,terutama oleh mikroorganisme (biologis)

Parameter kualitas kultur mikroalga konsentrat

NO Parameter Interval Monitoring

Waktu Monitoring

Metode

1 Kepadatan sel Mingguan 08.00 HaemocytometerPengamatan mikroskopik

2 pH Harian 08.00 pH meter

3 AROMA0 = aroma normal1 = aroma berbega,

tidak menyengat2 = aroma menyengat

Mingguan 08.00 Organoleptic / indera penciuman

4 Pemisahan (grading)1.Kepadatan sel2. 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 kulturMedium kultur (air and nutrien), air kultur, selang, tabung, kultur stok / starter

2. Produksi kultur dengan kualitas yang tidak konsisten3. Kualitas dan kuantitas

- teknik kultur- musim- sumber nutrisi- prosedur kultur yang tidak optimal

4. Pemanenan / harvesting5. Strategi transportasi / delivery6. 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 mikroalga2. Optimasi medium kultur (rasio Nitrogen:Phospor, Silikat)

- peningkatan pertumbuhan kultur- peningkatan kualitas alga- minimalisasi kontaminan dan/atau polutan

3. Strategi pemanenanPeriode pemanenan: kualitas hasil panen algaTeknik pemanenan

4. Teknologi preservasi / penyimpananPemanenan dan penyimpanan ---- pasta alga