Mikroalga: karakteristik, klasifikasi dan aplikasi

mikroalga adalah organisme eukariotik, photoautotrophs, yaitu memperoleh energi dari cahaya dan mensintesis makanan mereka sendiri. Mereka mengandung klorofil dan pigmen aksesori lain yang memberi mereka efisiensi fotosintesis yang besar.

Mereka uniseluler, kolonial – ketika mereka didirikan sebagai agregat – dan berserabut (soliter atau kolonial). Mereka adalah bagian dari fitoplankton, bersama dengan cyanobacteria (prokariota). Fitoplankton adalah kumpulan mikroorganisme air fotosintesis yang mengapung secara pasif atau memiliki mobilitas yang berkurang.

Gambar 1. Volvox (bulat) Sumber: Frank Fox [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)], melalui Wikimedia Commons

Mikroalga ditemukan dari Ekuador terestrial ke daerah kutub dan diakui sebagai sumber biomolekul dan metabolit yang sangat penting secara ekonomi. Mereka adalah sumber langsung makanan, obat-obatan, pakan ternak, pupuk dan bahan bakar, dan bahkan merupakan indikator kontaminasi.

Indeks artikel

Karakteristik

Produsen yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi

Kebanyakan mikroalga berwarna hijau karena mengandung klorofil (pigmen tumbuhan tetrapirol), sebuah fotoreseptor energi cahaya yang memungkinkan terjadinya fotosintesis .

Namun, beberapa mikroalga berwarna merah atau coklat, karena mengandung xantofil (pigmen karotenoid kuning), yang menutupi warna hijau.

Habitat

Mereka mendiami berbagai lingkungan perairan manis dan asin, alami dan buatan (seperti kolam renang dan tangki ikan). Beberapa mampu tumbuh di tanah, di habitat asam dan di dalam batuan berpori (endolitik), di tempat yang sangat kering dan sangat dingin.

Klasifikasi

Mikroalga merupakan kelompok yang sangat heterogen, karena bersifat polifiletik, yaitu mengelompokkan keturunan spesies dari nenek moyang yang berbeda.

Untuk mengklasifikasikan mikroorganisme tersebut, digunakan berbagai karakteristik, antara lain: sifat klorofil dan zat cadangan energinya, struktur dinding sel dan jenis mobilitasnya.

Sifat klorofilnya

Sebagian besar alga memiliki klorofil tipe A dan beberapa jenis klorofil lain yang diturunkan darinya.

Banyak yang fototrof wajib dan tidak tumbuh dalam gelap. Namun, beberapa tumbuh dalam gelap dan mengkatabolisme gula sederhana dan asam organik tanpa adanya cahaya.

Misalnya, beberapa flagellata dan klorofit dapat menggunakan asetat sebagai sumber karbon dan energi. Lainnya mengasimilasi senyawa sederhana dengan adanya cahaya (fotoheterotrofi), tanpa menggunakannya sebagai sumber energi.

Polimer karbon sebagai cadangan energi

Sebagai produk dari proses fotosintesis, mikroalga menghasilkan berbagai macam polimer karbon yang berfungsi sebagai cadangan energi.

Misalnya, mikroalga divisi Chlorophyta menghasilkan pati cadangan (α-1,4-D-glukosa), sangat mirip dengan pati tumbuhan tingkat tinggi .

Struktur dinding sel

Dinding mikroalga memiliki banyak variasi struktur dan komposisi kimia. Dinding dapat dibuat dari serat selulosa, biasanya dengan penambahan xilan, pektin, mannan, asam alginat atau asam fucinic.

Dalam beberapa ganggang yang disebut berkapur atau koral, dinding sel menunjukkan pengendapan kalsium karbonat, sementara yang lain memiliki kitin.

Diatom, di sisi lain, menghadirkan silikon di dinding selnya, yang ditambahkan polisakarida dan protein, membentuk cangkang simetri bilateral atau radial (frustula). Cangkang ini tetap utuh untuk waktu yang lama, membentuk fosil.

Mikroalga euglenoid, tidak seperti yang sebelumnya, tidak memiliki dinding sel.

Jenis mobilitas

Mikroalga dapat memiliki flagela (seperti Euglena dan dinoflagellata), tetapi tidak pernah memiliki silia. Di sisi lain, beberapa mikroalga menunjukkan imobilitas dalam fase vegetatifnya, namun gametnya dapat bergerak.

Kegunaan bioteknologi

Memberi makan manusia dan hewan

Pada 1950-an, ilmuwan Jerman mulai menumbuhkan mikroalga secara massal untuk mendapatkan lipid dan protein yang akan menggantikan protein hewani dan nabati konvensional, dengan tujuan untuk menutupi konsumsi ternak dan manusia.

Baru-baru ini, budidaya mikroalga secara besar-besaran telah diproyeksikan sebagai salah satu kemungkinan untuk memerangi kelaparan dan kekurangan gizi dunia.

Mikroalga memiliki konsentrasi nutrisi yang tidak biasa, yang lebih tinggi daripada yang diamati pada spesies tanaman yang lebih tinggi. Satu gram mikroalga harian adalah alternatif untuk melengkapi diet yang kurang.

Keuntungan penggunaannya sebagai makanan

Di antara keuntungan menggunakan mikroalga sebagai makanan, kita memiliki yang berikut:

  • Kecepatan pertumbuhan mikroalga yang tinggi (hasilnya 20 kali lebih tinggi daripada kedelai per satuan luas).
  • Ini menghasilkan manfaat yang diukur dalam “profil hematologi” dan dalam “status intelektual” konsumen, ketika mengonsumsi dosis harian kecil sebagai suplemen nutrisi.
  • Kandungan proteinnya tinggi dibandingkan dengan makanan alami lainnya.
  • Konsentrasi tinggi vitamin dan mineral: konsumsi 1 sampai 3 gram per hari produk sampingan mikroalga, menyediakan sejumlah besar beta-karoten (provitamin A), vitamin E dan B kompleks, zat besi dan unsur pelacak.
  • Sumber nutrisi yang sangat berenergi (dibandingkan dengan ginseng dan serbuk sari yang dikumpulkan oleh lebah).
  • Mereka direkomendasikan untuk pelatihan intensitas tinggi.
  • Karena konsentrasinya, beratnya yang rendah dan kemudahan transportasi, ekstrak kering mikroalga cocok sebagai makanan yang tidak mudah rusak untuk disimpan dalam mengantisipasi situasi darurat.

Gambar 2. Arthrospira adalah cyanobacterium yang banyak digunakan dan dibudidayakan secara besar-besaran. Sumber: Joan Simon, dipotong oleh Perdita (Pengguna Wikipedia bahasa Inggris) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) atau CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0/)], melalui Wikimedia Commons

Akuakultur

Mikroalga digunakan sebagai makanan dalam budidaya karena kandungan proteinnya yang tinggi (dari 40 hingga 65% dalam berat kering) dan kemampuannya untuk meningkatkan warna salmon dan krustasea dengan pigmennya.

Misalnya, digunakan sebagai makanan untuk bivalvia di semua tahap pertumbuhannya; untuk tahap larva beberapa spesies krustasea dan untuk tahap awal beberapa spesies ikan.

Pigmen dalam industri makanan

Beberapa pigmen mikroalga digunakan sebagai aditif dalam hijauan untuk meningkatkan pigmentasi daging ayam dan kuning telur, serta untuk meningkatkan kesuburan ternak.

Pigmen ini juga digunakan sebagai pewarna dalam produk seperti margarin, mayones, jus jeruk, es krim, keju, dan produk roti.

Gambar 3. Fotobioreaktor berbentuk tabung, digunakan untuk memperoleh senyawa bernilai tinggi dari mikroalga. Sumber: IGV Biotech [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons

Kedokteran Manusia dan Hewan

Di bidang kedokteran manusia dan hewan, potensi mikroalga diakui, karena:

  • Mereka mengurangi risiko berbagai jenis kanker, penyakit jantung dan mata (berkat kandungan luteinnya).
  • Mereka membantu mencegah dan mengobati penyakit jantung koroner, agregasi trombosit, kadar kolesterol abnormal, dan juga sangat menjanjikan untuk pengobatan penyakit mental tertentu (karena kandungan omega-3 mereka).
  • Mereka memiliki tindakan antimutagenik, merangsang sistem kekebalan tubuh, mengurangi hipertensi dan detoksifikasi.
  • Mereka menyajikan tindakan bakterisida dan antikoagulan.
  • Mereka meningkatkan bioavailabilitas zat besi.
  • Obat-obatan berdasarkan mikroalga terapeutik dan preventif telah dihasilkan untuk kolitis ulserativa, gastritis dan anemia, di antara kondisi lainnya.

Gambar 4. Fotobioreaktor datar: digunakan dalam memperoleh produk sampingan mikroalga dengan nilai tambah tinggi dan dalam eksperimen. Sumber: IGV Biotech [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons

Pupuk

Mikroalga digunakan sebagai pupuk hayati dan kondisioner tanah. Mikroorganisme fotoautotrofik ini dengan cepat menutupi tanah yang terganggu atau terbakar, sehingga mengurangi bahaya erosi.

Beberapa spesies menyukai fiksasi nitrogen, dan telah memungkinkan, misalnya, menanam padi di tanah yang tergenang selama berabad-abad, tanpa penambahan pupuk. Spesies lain digunakan untuk menggantikan kapur dalam kompos.

Kosmetik

Turunan mikroalga telah digunakan dalam formulasi pasta gigi yang diperkaya, yang menghilangkan bakteri yang menyebabkan kerusakan gigi.

Krim juga telah dikembangkan yang mencakup turunan semacam itu karena sifat antioksidan dan pelindung ultravioletnya.

Gambar 5. Pemeliharaan mikroalga di bank atau strain. Sumber: CSIRO [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Pengolahan limbah

Mikroalga diterapkan dalam proses transformasi bahan organik air limbah, menghasilkan biomassa dan air yang diolah untuk irigasi. Dalam proses ini, mikroalga menyediakan oksigen yang diperlukan untuk bakteri aerobik, mendegradasi polutan organik.

Indikator polusi

Mengingat pentingnya ekologi mikroalga sebagai produsen utama lingkungan perairan, mereka adalah organisme indikator pencemaran lingkungan.

Selain itu, mereka memiliki toleransi yang besar terhadap logam berat seperti tembaga, kadmium dan timbal, serta hidrokarbon terklorinasi, itulah sebabnya mereka dapat menjadi indikator keberadaan logam ini.

Biogas

Beberapa spesies (misalnya, Chlorella dan Spirulina ), telah digunakan untuk memurnikan biogas, karena mereka mengkonsumsi karbon dioksida sebagai sumber karbon anorganik, selain secara bersamaan mengontrol pH media.

Bahan Bakar Nabati

Mikroalga melakukan biosintesis berbagai produk sampingan bioenergi yang menarik secara komersial, seperti lemak, minyak, gula, dan senyawa bioaktif fungsional.

Gambar 6. Pembudidaya mikroalga tipe carousel, digunakan dalam budidaya massal mikroalga untuk industri kosmetik dan makanan. Sumber: JanB46 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons

Banyak spesies kaya akan lipid dan hidrokarbon yang cocok untuk penggunaan langsung sebagai biofuel cair berenergi tinggi, pada tingkat yang lebih tinggi daripada yang ada di tanaman terestrial, dan juga berpotensi sebagai pengganti produk kilang bahan bakar fosil. Hal ini tidak mengherankan, mengingat sebagian besar minyak tersebut diyakini berasal dari mikroalga.

Satu spesies, Botryococcus braunii , khususnya, telah dipelajari secara ekstensif. Hasil minyak dari mikroalga diperkirakan mencapai 100 kali lipat dari tanaman berbasis lahan, dari 7.500-24.000 liter minyak per hektar per tahun, dibandingkan dengan lobak dan kelapa sawit, masing-masing sebesar 738 dan 3690 liter. .

Referensi

  1. Borowitzka, M. (1998). Produksi komersial mikroalga: kolam, tangki, umbi dan fermentor. J. dari Biotek , 70, 313-321.
  2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, Mikroorganisme yang dapat dimakan. Mikrobiol. Wahyu , 47, 551-578.
  3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Biokimia dan potensi industri Spirulina. Ann. Pdt . Mikrobiol ., 39, 503-526.
  4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., dkk. (1993). Proses pemurnian biogas menggunakan kultur mikroalga intensif. Biotek. Surat , 15 (3), 317-320.
  5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Kemajuan dalam desain konseptual fotobioreaktor untuk budidaya mikroalga. Interciencia , 28 (8), 450-456.
  6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Mikroalga yang dibudidayakan sebagai pakan budidaya. J Mar Biotechnol , 7, 65-70.
  7. Lee, Y.K. (2001). Sistem dan metode kultur massal mikroalga: Keterbatasan dan potensinya. Jurnal Fikologi Terapan , 13, 307-315.
  8. Martínez Palacios, CA, Chavez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, & Abdo de la Parra, MI (1996). Alternatif sumber protein nabati sebagai pengganti tepung ikan untuk pakan pada budidaya perikanan. Karya dipresentasikan dalam Prosiding Simposium Nutrisi Akuakultur Internasional Ketiga, Monterrey, Nuevo León, Meksiko.
  9. Olaizola, M. (2003). Pengembangan komersial bioteknologi mikroalga: dari tabung reaksi ke pasar. Rekayasa Biomolekuler , 20, 459-466.