Penurunan Fase Log Fase Stasioner Fase Kematian Kultivasi Mikroalga Sistem Kultivasibudidaya

Kultivasi Mikroalga Mikroalga: Sumber Pangan dan Energi Masa Depan 18 adaptasi, sel alga lebih sensitif terhadap nutrient, temperatur, dan kondisi yang berbeda dari kondisi aslinya. Sel alga dapat sewaktu waktu memiliki pertumbuhan sel yang semakin menurun, bahkan mati, apabila tidak dapat beradaptasi dengan baik.

2. Fase Eksponensial fase log

Pada fase ini kecepatan pertumbuhan mikroalga dapat dihitung berdasarkan kenaikan biomassan dan selisih waktu yang dibutuhkan. Kecepatan pertumbuhan growth rate adalah salah satu indikasti penting sel berhasil melalui fase adaptasi. Durasi fase eksponensial bergantung pada volume inokulum, kecepatan pertumbuhan, medium, dan kondisi lingkungan untuk mensupport pertumbuhan alga. Fase eksponensial ditandai dengan terjadinya periode pertumbuhan yang cepat, sel membelah dengan laju konstan, aktivitas metabolik konstan, dan keadaan pertumbuhan seimbang antara supply makanan dan kenaikan mikroalga. Pada fase ini dapat dilakukan pemanenan biomassa sehingga hasil yang didapatkan akan maksimum.

3. Penurunan Fase Log

Penurunan pertumbuhan secara umum dipengaruhi oleh biomassa yang telah mencapai tahap populasi maksimum, sehingga kebutuhan makanan pada medium menjadi berkurang. Selain itu fase penurunan pertumbuhan mikroalga dapat dipengaruhi oleh sumber cahaya, dan akumulasi oksigen yang dihasilkan dari reaksi fotosintesis. Akumulasi oksigen dapat mempengaruhi keasaman sel. Sedangkan jumlah sel yang semakin banyak dapat menghalangi cahaya masuk ke medium.

4. Fase Stasioner

Fase stasioner adalah fase di mana tidak adalah lagi pertumbuhan mikroalga, atau kecepatan pertumbuhan growth rate menjadi nol. Pada fase ini, terjadi akumulasi racun akibat metabolisme mikroalga, kekurangan nutrien, dan perubahan kondisi lingkungan. Jumlah sel mikroalga yang hidup sama dengan jumlah sel yang mati.

5. Fase Kematian

Pada fase ini jumlah sel mikroalga yang mati lebih banyak dari jumlah sel yang hidup. Nutrien semakin menipis bahkan habis, cadangan makanan dalam tubuh sel menjadi berkurang, dan penumpukan racun semakin meningkat. Pada fase ini sel yang mati bahkan dapat lisis pecah dan larut ke dalam medium. Chapter II Mikroalga: Sumber Pangan dan Energi Masa Depan 19

5. Kultivasi Mikroalga

Beberapa metode kultivasi mikroalga dapat diterapkan sesuai dengan kenginginan. Kultivasi ini dapat ditinjau dari berbagai segi seperti dari segi nutrien, cara pemanenan, dan sistem pond yang ingin digunakan.

1. Sistem Kultivasibudidaya

Kultivasi mikroalgae dibedakan menjadi dua, open pond dan closed pond photobioreactor. Masing masing cara kultivasi memiliki kelebihan dan kekurangan ditinjau dari beberapa aspek seperti biaya investasi, kontaminasi dan sebagainya. a. Open Pond Sistem kultivasi open pond rentan terhadap serangan mikroalgae dan protozoa asing. Akan tetapi tidak menutup kemungkinan digunakan untuk mikroalga jenis tertentu yang hidup pada lingkungan ekstrim seperti Spirulina yang dapat tumbuh pada alkalinitas yang tinggi, Dunaliella yang tumbuh pada salinitas yang tinggi, dan Chlorella yang tumbuh pada medium dengan nutrien yang tinggi dan kompleks. Ditinjau dari produktivitas biomas, sistem open pond kurang efisien dibanding photobioreaktor sistem tertutup. Hal ini dikarenakan potensi evaporasi medium, temperatur yang fluktuatif, dan pengadukan yang kurang sempurna. Gambar 2.4. Budidaya mikroalga sistem open pond. sumber: www.algaeindustrymagazine.com Kultivasi Mikroalga Mikroalga: Sumber Pangan dan Energi Masa Depan 20 Pada umumnya, kultivasi mikroalgae secara komerisial menggunakan metode open pond karena dipilih berdasarkan biaya investasinya yang murah. Di antara desain open pond lainnya, desain raceway lazim ditemui dalam industri pengolahan mikroalga. Sistem raceway ini ditujukan untuk menghindari sedimentasi biomas dan mempermudah pencampuran nutrien dengan medium. Pond memiliki kedalaman 0.2-0.5 meter, dan medium diaduk menggunakan paddle wheel. Gambar 2.5. Komponen Open Pond Photobioreactor b. Closed Pond Photobioreactor Sistem kultivasi ini lebih memiliki ketahanan terhadap kontaminan bakteri dan algae lain dibanding sistim terbuka, sehingga spesies algae tunggal dapat terjaga dan menaikkan yield biomass. Gambar 2.6. Budidaya mikroalgae sistem tertutup closed pond sumber: www.algaeindustrymagazine.com Chapter II Mikroalga: Sumber Pangan dan Energi Masa Depan 21 Closed pond biasanya didesain dalam bentuk tubular, plate, dan bentuk kolom. Sistem ini juga lebih fleksibel, reaktor dapat dioptimasi sesuai karakterisasi mikroalgae. Parameter seperti pH, temperatur, konsentrasi CO2 dan nutrien dapat dikontrol dengan mudah. Kelemahan dari sistem ini adalah biaya yang tinggi apabila diterapkan dalam skala komersial dan kesukaran dalam proses scale up. Dalam skala kecil, luas area permukaan terhadap rasio volume dapat dengan mudah didapatkan. Akan tetapi jika skala desain dinaikkan, rasio antara volume dan luas permukaan cenderung menurun. Di lain hal, terjadinya akumulasi oksigen pada sistem tertutup juga dapat merugikan pertumbuhan mikroalgae Lannan, 2011. Gambar 2.7. komponen closed pond photobioractor sumber: www.algaestrain.com Beberapa metode kultivasi terkadang cocok dibiakkan pada kondisi lahan tertentu, atau mikroalga jenis tertentu, atau didasarkan pada kondisi iklimpencahayaan. Beberapa metode terkadang cocok digunakan di satu tempat dan juga didasarkan pada aspek ekonominya, kemudahan dalam perawatan, efisiensi energi, dan biomas yang didapatkan. Kultivasi Mikroalga Mikroalga: Sumber Pangan dan Energi Masa Depan 22 Tabel. 2.1. Kelebihan dan Kelemahan beberapa Sistem Kultivasi Sistem Budidaya Kelebihan Kekurangan Open Pond Relatif murah Mudah dibersihkan Mudah perawatan Input energy rendah Dapat digunakan pada area non-agricultur Kontrol kultur minim Mixing rendah waktu kultivasi yang lama Produktivitas rendah Mudah terkontaminasi Tubular PBR Area permukaan pencahayaan luas Cocok untuk sistem luar ruangan Produktivitas biomas bagus Membutuhkan area yang luas Fouling Dapat merubah pH, DO, dan CO2 Akumulasi oksigen Flat PBR Relatif murah Mudah dibersihkan Cocok untuk cultur luar ruangan Konsumsi energi rendah Mengurangi akumulasi oksigen Biomas tinggi Akumukasi oskigen rendah Area permukaan pencahayaan rendah Efisiensi fotosintesis rendah Kendala kontrol suhu Kendala scale-up Kolom PBR Konsumsi energi rendah Transfer massa tinggi Pengadukan bagus Efisiensi fotosintesis tinggi Area permukaan pencahayaan rendah Konstruksi material mudah rusak Mengakibatkan kematian pada beberapa jenis alga Biaya konstruksi dan operasi mahal Kendala scale-up Brennan dan Owende, 2009 Chapter II Mikroalga: Sumber Pangan dan Energi Masa Depan 23

2. Material Pond