Penggunaan dan Teknik Produksi Pakan Alami: Mikroalga

Alih Jenjang D4 Bidang Studi Akuakultur 2009

Pakan Alami dalam LarvikulturLarvikultur = 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 80-120 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 80-120 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 AlamiMIKROALGA

Larva moluska tahap awal - akhir

Artemia, rotifera, copepoda

Tahap awal larva crustacea (udang), ikan

Moluska dan bivalvial dewasa

Tahap akhir larva dan awal juvenil udang dan ikan

Mikroalga

Fungsi Mikroalga1. 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 Skeletonema Thalassiosira Phaeodactylum Chaetoceros Cylindrotheca Bellerochea

Genus LU, LM, PM LU, LM, PM

Contoh Aplikasi Penggunaan

LU, LM, PM, LUT, A LU, LM, PM, A LU PM

ActinocylusNitzchia Cyclotella Haptophyceae Isochrysis Pseudoisochrysis Dicrateria Chrysophyceae Prasinophyceae Monocrysis (Pavlova) Tetraselmis (Platymonas) Pyramimonas Micromonas Cryptophyceae Chroomonas Chryptomonas Rhodomonas Cryptophyceae Clamydomonas

PMA A LU, LM, PM LM, PM, LUT PM LM, PM, A, RL LU, LM, PM, AL, A, LUT LM, PM PM PM PM LM, PM LM, PM, ZT, RL, A,

ChrorococcumXanthophyceae Chlorophyceae Olisthodiscus Carteria Dunaliella Cyanophyceae Spirulina

PMPM PM PM, A, RL 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 SterilisasiMetode 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 MikroalgaParameter Suhu (C) Kisaran 16-27 Optimum 18-24

Salinitas (g.L-1) Intensitas cahaya (Lux)Photoperiod (light: dark, hours) pH1. 2. 3. Aeration-mixes culture, tambah CO2 Semua essential nutrients ada Terbatas waktu (Anonymous, 1991)

12-40 1,000 - 10,000 (tergantung volume dan kepadatan)

20-24 2,500 - 5,000

16:8(min) 24:0(max) 7-9 8.2-8.7

Kondisi Umum Kultur MikroalgaCahaya 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 MikroalgaAerasi / 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 PhosphateSunlight, CO2, Water

Nitrogen

TraceMetals

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 WalneKonstituen Larutan A (1 mL per 1 L kultur) FeCl3 MnCl.4H20 H3BO3 EDTA NaI2PO4.2H2O Jumlah 0,8 g 0,4 g 33,6 g 45 g 20 g

NaNO3Larutan B Ditambahkan akuades hingga 1L Larutan B ZnCl2 CoCl2.6H2O ((NH4)6Mo7O24.4H2O) CuSO4.5H2O HCl Ditambahkan akuades hingga 0,1 L Larutan C (0,1 mL per 1L kultur) Vitamin B1 Larutan E Ditambahkan akuades hingga 0,2 L Larutan D (untuk kultur diatom, tambahkan pada larutan A dan C sebanyak 2 mL per 1 L kultur) Larutan E Na2SiO3.5H2O Ditambahkan akuades hingga 1 L Vitamin B12 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

100 g1 mL Dipanaskan hingga larut 2,1 g 2,0 g 0,9 g 2,0 g 10 mL Dipanaskan hingga larut 0,2 g 25 mL

40 g Dikocok hingga larut 0,1 g

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.

MikroalgaTampilan mikroskopik mikroalga yang umum dipakai dalam akuakulturDunaliella sp. Nannochloropsis sp. Chlorella sp.

Chaetoceros 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

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

Batchinokulasi 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 KulturIndoor Outdoor Closed Open Axenic

KelebihanDapat dikontrol (predictable) murah Kontaminasi kurang murah Predictable Mahal

Kekurangan

Sulit dikontrol (Iess predictable) Mahal Mudah kontaminasi Mahal, sulit

Non-axenic Continuous

Murah, lebih mudah

Less predictable

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 Lebih mudah, agak efisienPaling mudah

Semi-continuousBatch

Kualitasnya bervariasiTidak efisien, tidak konsisten kualitas dapat

Mikroalga: Chaetoceros gracilis

Digunakan sebagai pakan alami dalam produksi zooplankton dan larva udangMorfologi Golden brown diatom Ukuran: 12 m (l), 10.5 m (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 MikroalgaPenambahan 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