Teknik Budidaya dan Pemanfaatan Mikroalga

Cibinong Humas LIPI. Mikroalga dikenal sebagai living factory yang mampu menghasilkan beranekaragam produk kandungan protein, lemak, karbohidrat, vitamin, pigmen, & zat bioaktif lainnya yang berkualitas tinggi, “Permintaan dari pasar global terhadap mikroalga cukup besar dengan harga tinggi, karena microalgae based fine chemicals ini digunakan sebagai feed stock untuk neutraceutical, pharmaceutical, kosmetika, dan pakan ikan/ternak,” ungkap Awalina,  Peneliti Puslit Limnologi-LIPI pada Webinar Microalgae Biorefinery Series dengan tajuk “Teknik Budidaya dan Pemanfaatan Mikroalga ” (10/11).

Awalina menjelaskan perspektif umum mikroalga. “Mikroalga ditinjau dari keberadaan membran pada  chloroplastnya terbagi menjadi dua yaitu Prokaryotic dan Eukaryotic. Prokaryotic tidak memiliki membran sedangkan untuk Eukaryotic memiliki membran.  Eukaryotic terdiri atas tiga golongan, yaitu pertama, chloroplast yang memiliki dua membrane contohnya mikroalga merah glaucophyte. Kedua, chloroplast yang memiliki satu membrane pada endoplasmic reticulum contohnya mikroalga euglonoids. Ketiga, chloroplast dengan dua membran pada endoplasmic reticulum contohnya cryptophta (disebut juga golden-brown algae). Sedangkan ditinjau dari aspek kebutuhan zat karbon untuk sintesis biomassanya, mikroalga dibedakan menjadi tiga yaitu autotrofik, heterotrofik, dan miksotrofik. Autotrofik mengandalkan karbon anorganik dalam proses fotosintesis, sedangkan heterotrofik tidak melakukan fotosintesis dan menggunakan karbon organik sebagai sumber energinya. Mikroalga miksotrofik adalah golongan mikroalga yang dapat hidup secara autotrofik dan heterotrofik “,rincinya.

Dirinya menerangkan pula tentang milestone penelitian mikroalga di beberapa negara Eropa yang telah berlangsung sejak abad 19. Berbagai kegiatan penelitian tersebut telah melahirkan beberapa lembaga yang mengoleksi kultur mikroalga yang terkenal seperti Halle der Saale (Jerman), Culture Center of Algae & Protozoa (CCAP) (Cambridge-UK), Samlung von Algenkulturen Gottingen (SAG-Germany), dsb. 

Kunci untuk dapat mengkultivasi mikroalga dengan baik adalah dengan membuat sistem kultivasi yang sedapat mungkin meniru kondisi alami tempat  mikroalga tersebut hidup dan memahami proses yang terjadi di dalamya. “Seperti untuk mikroalga pantai lebih sensitif terhadap suhu, pH dan salinitas.  Sedangkan mikroalga perairan darat kurang sensitif terhadap suhu tetapi lebih sensitive terhadap pH. Bebeda dengan alga dari kutub jika terpapar temperatur yang hangat tidak terlalu baik,” terang Awalina. “Mikro alga yang didapatkan di daerah asam dengan kadar garam yang tinggi dibutuhkan special medium, jenis mikroalga diatom butuh asupan silicon sedangkan euglenoid membutuhkan ammonia,” imbuhnya.

Selanjutnya Awalina mendeskripsikan potensi manfaat mikroalga untuk pangan, khususnya untuk membantu program Sustainable Development Goals (SDG’s) yang terkait dengan upaya memerangi kelangkaan pangan dan malnutrisi.  Mikroalga menghasilkan biomassa yang kaya dengan zat nutrisi dan dapat dikultivasi dengan kemampuan produktifitas yang tinggi pula.

Awalina memaparkan, mikroalga memiliki tiga fungsi besar yaitu sebagai feed stock untuk produksi  food, feed, and biofuels.  Pemanfaatan sebagai food dan feed terdiri dari 4 cluster yaitu 1)nutraceuticals karena banyak mengandung zat-zat bioaktif penting untuk pemenuhan kebutuhan nutrisi; 2)pharmaceuticals karena mengandung zat-zat anti inflamasi & anti oksidan sehingga banyak digunakan untuk menanggulangi penyakit degeratif seperti masalah jantung dan gangguan syaraf;  3) therapeutics proteins dapat digunakan untuk antivirus ; 4)cosmeceuticals yaitu digunakan sebagai moisturisers dan emollients (karena mengandung PUFA), sebagai antiageing dan UV protection, skin whitening dan haircare (karena mengandung karotenoid, polisakarida, enzim-enzim antioksidan & asam-asam amino)

Sedangkan prospek ekonomi menurut Chisti (2017) mikroalga mengandung ~50% crude protein, yield production 25 kali lebih besar dari yang dihasilkan oleh kedelai, sehingga berpotensi sebagai alternative production yang berkesinambungan bukan hanya untuk pangan dan pakan tetapi juga  untuk biodiesel dan bioethanol. Akan  tetapi produksi biomassa untuk mikroalga masih rendah yaitu hanya sekitar 9000 ton bobot kering pertahun sehingga harga produksinya cukup mahal (~US$36-355/kg).

Lebih lanjut, Awalina merinci kebutuhan pasar global akan biomassa mikroalga untuk dapat diambil zat-zat bioaktif yang dikandungnya cenderung meningkat sangat besar dari tahun ke tahun. Sebagai contoh biomassa kering Spirulina diproduksi 12.000 ton/tahun dengan harga US$30/kg dimana 70% diproduksi oleh China, India dan Taiwan. Demikian pula halnya Chlorella (5000 ton/tahun), D. salina (3000 ton/tahun), A. flosquae (1500 ton/tahun), H. pluvialis (700 ton/tahun), C. cohnii (500 ton/tahun) dan Shizochytrium (20 ton/tahun).

Secara umum, pasar global produk untuk mikroalga mencapai 44,6 milyar USD diestimasikan hingga 2023, dengan peningkatan 5,2 % teramati pada periode 2016-2023. Sementara untuk Spirulina, Chlorella, Dunaliella, Haematococcus, Schizochytrium, P. cruentum and C. cohnii telah ditetapkan oleh FDA (2018) sebagai sumber pangan dalam kategori GRAS (Generally Recognized As Safe).

Pada tahun 2017, WHO juga  telah menetapkan bahwa produk pangan dari mikroalga aman digunakan sebagai bahan pangan bahkan untuk anak-anak. Ke depan, mikroalga berpotensi dikembangkan sebagai produk komoditi industri, seperti karotenoid (diproyeksikan US$1,7 milyar pada tahun 2022), astaxanthin untuk pakan , neutrasetikal, kosmetik, pangan diproyeksikan akan mencapai US$1,1 milyar.

Awalina mengungkapkan pula bahwa mikroalga dapat dijadikan sumber alternatif untuk sumber EPA/DHA untuk suplemen pangan dengan estimasi 95.000 ton pada tahun 2022. Hal ini tentu dapat menjadi tantangan yang menarik untuk Indonesia dalam memenuhi kebutuhan pasar global tersebut, mengingat posisi geografisnya yang menguntungkan untuk kultivasi mikroalga.

“Sistem kultivasi mikroalga meliputi dua jenis, yaitu 1) open pond culture, contohnya  kolam alami ,lagoones, artificial ponds, dsb. Sistem ini sulit dikendalikan karena dapat terkontaminasi dengan mikroalga lain apalagi yang beracun yang dimanfaatkan sebagai pangan atau pakan dan 2) closed open culture menggunakan endclose photobioreactors , dikenal ada 5 jenis yaitu tubuler, flat channels, coil, internally illuminated bubble column, dan conical.  Posisinya dapat saja horizontal, vertical, atau miring,” jelas Awalina.

Pada tahun 2020-2024, LIPI membentuk konsorsium dalam penelitian mikro dan makroalga Indonesia (Prioritas Riset Nasional berbasis Malsai terintegrasi 2020-2023). Tujuan dari Prioritas Riset Nasional ini adalah untuk menghasilkan inovasi berbasis MALSAI sebagai salah satu potensi pengungkit perekonomian masyarakat. Konsorsium penelitian ini terdiri atas 6 Work Breakdown Structure (WBS).

Sasaran pelaksanaan riset masing-masing WBS (pembagian tugas riset tiap lembaga riset) antara lain: WBS1-MALSAI:database MALSAI berpotensi sebagai bahan pangan & komoditas industri, WBS2-MALSAI:Rekayasa kultur untuk meningkatkan produktivitas dan nutrisi MALSAI, WBS3-MALSAI:Teknologi paska panen MALSAI yang menghasilkan biomassa dan kualitas tinggi, WBS4-MALSAI:Tekno ekonomi dan industrialisasi, WBS5-MALSAI: Diversifikasi produk Inovatif, dan WBS6-MALSAI: Standardisasi bahan baku dan produk inovatif MALSAI. Dengan demikian upaya pengembangan pemanfaatan sumberdaya yang dimotori oleh PRN MALSAI ini dapat menjadi wujud nyata dalam tujuan pembangunan berkelanjutan atau sustainable development goals (SDGs) 2 (tanpa kelaparan) dan SDGs 14 (ekosistem kelautan).

Program Prioritas Riset Nasional Mikro dan makro Alga Strain Asli Indonesia (PRN-MALSAI) merupakan program riset kolaborasi yang terdiri atas konsorsium lebih dari 9 institusi yaitu LIPI, ITB, IPB, UGM, UNDIP, UNPAD, Kemenperin, SEAMEO-BIOTROP, MUI, BSNindustri (CV. Ocean fresh, CV. Fikogama, PT. Neoalga, CV. Star Foodindo, dsb)  dibawah koordinasi LIPI. Sumber pendanaan diperoleh dari program riset mandatory LPDP-BRIN.

Terkait dengan teknologi pengembangan fotobioreaktor untuk produksi biomassa mikroalga sebagai feed stock untuk produksi pangan, LIPI berkolaborasi dengan Institut Teknologi Bandung tergabung dalam tim pengembangan fotobioreaktor telah menginisiasi penelitian pengembangan process design pada teknologi fotobioreaktor tersebut.

Pemaparan tentang teknologi photobioreaktor dalam webinar ini banyak mengungkapkan tentang pentingnya pemahaman  aspek kunci dalam penerapan bioprocess engineering pada berbagai jenis konfigurasi photobioreactor dan moda operasionalnya. “Kami mengharapkan webinar ini akan dapat mendorong minat masyarakat untuk berperan dalam upaya pengembangan teknologi Photobioreactor sebagai wahana kultivasi mikroalga di tanah air. Hal ini penting mengingat prospek kebutuhan pasar global akan zat-zat bioaktif yang terkandung di dalam biomassa mikroalga seperti yang telah diuraikan di atas,” pungkas Awalina. (shf ed sl/al)