Revolusi Pakan Akuakultur: Nano-Spirulina Tingkatkan Pertumbuhan dan Imunitas Ikan Nila

 

Pengembangan Pelet Pakan Ikan Berbasis Arthrospira platensis (Spirulina) Nano-Terenkapsulasi: Formulasi, Karakterisasi, dan Evaluasi Biologis

 

ABSTRAK

 

Penerapan nanoteknologi dalam formulasi pakan akuakultur menawarkan strategi yang menjanjikan untuk meningkatkan bioavailabilitas nutrien, efisiensi pakan, dan kesehatan ikan. Arthrospira platensis (yang umum dikenal sebagai spirulina) merupakan mikroalga kaya protein yang mengandung senyawa bioaktif seperti fikosianin, karotenoid, vitamin, dan asam lemak esensial.

 

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan dan mengevaluasi pelet pakan ikan berbasis spirulina yang dienkapsulasi secara nano. Ekstrak spirulina dienkapsulasi menggunakan metode gelasi ionik kitosan–tripolifosfat untuk menghasilkan nanopartikel berukuran 50–180 nm. Nanopartikel tersebut kemudian dimasukkan ke dalam pelet pakan ikan yang diproduksi melalui proses ekstrusi dan dievaluasi karakteristik fisikokimia, komposisi proksimat, stabilitas dalam air, serta kinerja biologisnya pada ikan nila (Oreochromis niloticus).

 

Hasil penelitian menunjukkan adanya peningkatan rasio konversi pakan (FCR), laju pertumbuhan spesifik (SGR), serta peningkatan parameter imun pada ikan yang diberi pakan nano-spirulina dibandingkan dengan pakan spirulina konvensional. Temuan ini menunjukkan bahwa nanoenkapsulasi meningkatkan stabilitas dan bioavailabilitas spirulina, sehingga mendukung penerapannya dalam sistem akuakultur yang berkelanjutan.

Kata kunci: nanoteknologi, spirulina, nanoenkapsulasi, pakan akuakultur, bioavailabilitas, nila.

 

1. PENDAHULUAN

 

Akuakultur merupakan salah satu sektor produksi pangan dengan pertumbuhan tercepat di dunia dan memainkan peran penting dalam ketahanan pangan global (FAO, 2022). Pakan menyumbang sekitar 60–70% dari total biaya operasional dalam sistem akuakultur intensif, sehingga diperlukan inovasi untuk meningkatkan efisiensi dan keberlanjutan pakan.

 

Arthrospira platensis (spirulina) dikenal luas sebagai mikroalga bernilai tinggi dengan kandungan protein sekitar 60–70%, serta mengandung asam amino esensial, asam lemak tak jenuh ganda, vitamin, mineral, dan pigmen bioaktif seperti fikosianin dan β-karoten (Becker, 2013). Berbagai penelitian melaporkan bahwa spirulina memiliki efek imunostimulator, antioksidan, dan pemacu pertumbuhan pada ikan (Belay, 2002; Abdel-Tawwab & Ahmad, 2009).

 

Nanoteknologi telah berkembang sebagai pendekatan inovatif dalam ilmu pakan. Nanoenkapsulasi dapat meningkatkan stabilitas nutrien, melindungi senyawa bioaktif yang sensitif dari degradasi, meningkatkan penyerapan di usus, serta memungkinkan mekanisme pelepasan terkendali (Handy et al., 2012).

 

Nanopartikel berbasis kitosan sangat menarik karena memiliki sifat biokompatibel, biodegradable, serta bersifat mukoadhesif (Calvo et al., 1997). Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Mensintesis dan mengkarakterisasi spirulina nano-teren kapsulasi.
2. Memformulasikan pelet pakan ikan ekstrusi yang mengandung nano-spirulina.
3. Mengevaluasi performa pertumbuhan dan respons imun pada ikan nila (Oreochromis niloticus).

 

2. BAHAN DAN METODE

 

2.1 Persiapan Ekstrak Spirulina

Serbuk spirulina kering (Arthrospira platensis) disuspensikan dalam air suling dengan rasio 1:10 (b/v) dan diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 24 jam pada suhu 4°C. Suspensi kemudian disentrifugasi pada 10.000 rpm selama 20 menit, dan supernatan dikumpulkan sebagai ekstrak kasar.

 

2.2 Sintesis Spirulina Nano-Terenkapsulasi

Nanoenkapsulasi dilakukan menggunakan metode gelasi ionik.

Kitosan 0,2% (b/v) dilarutkan dalam larutan asam asetat 1%. Ekstrak spirulina kemudian ditambahkan secara tetes demi tetes ke dalam larutan kitosan sambil diaduk terus-menerus.

Selanjutnya ditambahkan natrium tripolifosfat (TPP) 0,1% untuk menginduksi proses ikatan silang. Campuran kemudian dihomogenisasi menggunakan ultrasonikasi (20 kHz selama 10 menit).

 

2.3 Karakterisasi Nanopartikel

Karakterisasi nanopartikel dilakukan dengan metode berikut:

• Ukuran partikel dan indeks polidispersitas (PDI): Dynamic Light Scattering (DLS)
• Muatan permukaan: analisis potensial zeta
• Morfologi: Scanning Electron Microscopy (SEM)
• Efisiensi enkapsulasi (EE%): analisis spektrofotometri pada 620 nm (puncak serapan fikosianin)

 

2.4 Formulasi Pakan dan Produksi Pelet

Empat jenis pakan eksperimental disiapkan:

1. Kontrol (tanpa spirulina)
2. Spirulina konvensional (10%)
3. Nano-spirulina (5%)
4. Nano-spirulina (10%)

Semua pakan diformulasikan iso-nitrogenous (30% protein kasar) dan iso-energetik.

Pelet diproduksi menggunakan ekstrusi suhu rendah (<60°C), kemudian dikeringkan pada 45°C hingga kadar air <10%, dan disimpan dalam wadah kedap udara.

 

2.5 Desain Percobaan

Percobaan pemberian pakan dilakukan selama 60 hari menggunakan ikan nila (Oreochromis niloticus) juvenil dengan berat awal 10 ± 0,5 g.

Ikan didistribusikan secara acak ke dalam 12 tangki (3 ulangan per perlakuan) menggunakan rancangan acak lengkap.

 

2.6 Parameter Pertumbuhan dan Imun

Parameter yang diamati meliputi:

• Pertambahan bobot (WG)
• Laju pertumbuhan spesifik (SGR)
• Rasio konversi pakan (FCR)
• Tingkat kelangsungan hidup (SR)
• Aktivitas lisozim
• Aktivitas respiratory burst

 

2.7 Analisis Statistik

Data dianalisis menggunakan ANOVA satu arah yang diikuti dengan uji lanjut Tukey pada taraf signifikansi p < 0,05.

 

3. HASIL

 

3.1 Karakteristik Fisikokimia Spirulina Nano-Terenkapsulasi

Sifat fisikokimia nanopartikel memainkan peran penting dalam menentukan stabilitas, bioavailabilitas, dan kinerja fungsionalnya dalam aplikasi pakan akuakultur.

 

Ukuran partikel mempengaruhi luas permukaan, laju pelarutan, serta interaksi dengan epitel usus. Sementara itu, indeks polidispersitas (PDI) mencerminkan keseragaman distribusi ukuran partikel. Nilai PDI rendah (<0,3) umumnya menunjukkan distribusi ukuran yang sempit dan sistem nanopartikel yang homogen.

 

Potensial zeta merupakan indikator penting stabilitas koloid, yang mencerminkan muatan permukaan nanopartikel dan kemampuan tolak-menolak elektrostatik antarpartikel. Nilai potensial zeta absolut lebih dari ±30 mV umumnya menunjukkan dispersi koloid yang stabil.

 

Efisiensi enkapsulasi (EE%) dan kapasitas pemuatan (LC%) merupakan parameter penting yang menunjukkan proporsi senyawa bioaktif spirulina yang berhasil terperangkap dalam matriks kitosan.

 

Tabel 1. Karakteristik fisikokimia spirulina nano-teren kapsulasi

Parameter	Nilai
Ukuran partikel (nm)	118.4 ± 21.6
Indeks polidispersitas (PDI)	0.21 ± 0.03
Potensial zeta (mV)	+31.8 ± 2.4
Efisiensi enkapsulasi (%)	82.3 ± 3.1
Kapasitas pemuatan (%)	18.7 ± 1.9

Nanopartikel menunjukkan morfologi sferis dengan distribusi seragam berdasarkan analisis SEM. Potensial zeta positif menunjukkan stabilitas koloid yang baik serta potensi sifat mukoadhesif.

 

3.2 Komposisi Proksimat Pakan Eksperimental

Komposisi proksimat dianalisis untuk memastikan semua perlakuan memiliki nilai nutrisi yang sebanding dan memenuhi kebutuhan nutrisi ikan nila.

 

Tabel 2. Komposisi proksimat pakan (% bahan kering)

Parameter	Kontrol	Spirulina 10%	Nano-Spirulina 5%	Nano-Spirulina 10%
Protein kasar (%)	30.2 ± 0.4	30.5 ± 0.3	30.4 ± 0.5	30.6 ± 0.4
Lemak kasar (%)	7.8 ± 0.2	8.1 ± 0.3	8.0 ± 0.2	8.2 ± 0.3
Serat kasar (%)	4.5 ± 0.2	4.8 ± 0.2	4.6 ± 0.3	4.9 ± 0.2
Abu (%)	9.1 ± 0.3	9.4 ± 0.4	9.2 ± 0.3	9.6 ± 0.4
Kadar air (%)	8.6 ± 0.4	8.4 ± 0.5	8.5 ± 0.3	8.3 ± 0.4
Energi bruto (kcal/kg)	4210 ± 35	4235 ± 41	4228 ± 37	4240 ± 39

Tidak terdapat perbedaan signifikan pada kadar protein dan energi (p > 0,05).

Berdasarkan Tabel 2, komposisi proksimat pakan pada semua perlakuan menunjukkan nilai yang relatif seragam, dengan kadar protein kasar berkisar antara 30,2–30,6%, lemak kasar 7,8–8,2%, serat kasar 4,5–4,9%, abu 9,1–9,6%, kadar air 8,3–8,6%, serta energi bruto sekitar 4210–4240 kcal/kg; hasil analisis statistik menunjukkan bahwa tidak terdapat perbedaan signifikan pada kadar protein dan energi antar perlakuan (p > 0,05), sehingga dapat disimpulkan bahwa penambahan spirulina maupun nano-spirulina tidak mengubah keseimbangan nutrisi utama pakan yang diformulasikan.

 

3.3 Kualitas Fisik Pelet

 

Tabel 3. Karakteristik fisik pelet

Parameter	Kontrol	Spirulina 10%	Nano-Spirulina 5%	Nano-Spirulina 10%
Stabilitas dalam air (%)	83.7 ± 2.1ᵃ	84.5 ± 2.4ᵃ	89.8 ± 1.7ᵇ	92.3 ± 1.5ᶜ
Daya apung (%)	76.2 ± 3.4ᵃ	78.5 ± 3.1ᵃ	85.6 ± 2.8ᵇ	88.9 ± 2.6ᶜ
Kekerasan pelet (N)	21.5 ± 1.2ᵃ	22.1 ± 1.3ᵃ	24.8 ± 1.1ᵇ	26.4 ± 1.4ᶜ

Huruf superskrip berbeda menunjukkan perbedaan signifikan (p < 0,05).

Berdasarkan Tabel 3, penambahan spirulina, khususnya dalam bentuk nano-spirulina, meningkatkan kualitas fisik pelet pakan secara signifikan dibandingkan kontrol, yang ditunjukkan oleh nilai stabilitas dalam air, daya apung, dan kekerasan pelet yang lebih tinggi; perlakuan nano-spirulina 10% menghasilkan performa terbaik dengan stabilitas air, daya apung, dan kekerasan pelet tertinggi, sehingga menunjukkan bahwa penggunaan nano-spirulina dapat memperbaiki struktur dan ketahanan pelet selama proses pemberian pakan di lingkungan budidaya.

 

3.4 Performa Pertumbuhan

 

Tabel 4. Performa pertumbuhan ikan nila setelah 60 hari

Parameter	Kontrol	Spirulina 10%	Nano-Spirulina 5%	Nano-Spirulina 10%
Bobot awal (g)	10.1 ± 0.5	10.2 ± 0.4	10.1 ± 0.6	10.0 ± 0.5
Bobot akhir (g)	38.6 ± 2.4ᵃ	46.8 ± 2.7ᵇ	51.2 ± 2.9ᶜ	55.9 ± 3.1ᵈ
Pertambahan bobot (g)	28.5 ± 2.2ᵃ	36.6 ± 2.3ᵇ	41.1 ± 2.6ᶜ	45.9 ± 2.8ᵈ
SGR (%/hari)	2.15 ± 0.07ᵃ	2.48 ± 0.09ᵇ	2.67 ± 0.08ᶜ	2.82 ± 0.10ᵈ
FCR	1.62 ± 0.05ᶜ	1.41 ± 0.04ᵇ	1.28 ± 0.03ᵃᵇ	1.19 ± 0.03ᵃ
Kelangsungan hidup (%)	91.3 ± 2.1ᵃ	93.5 ± 1.9ᵃᵇ	95.7 ± 1.6ᵇ	97.2 ± 1.3ᵇ

Setelah 60 hari pemeliharaan, pemberian pakan yang mengandung nano-spirulina, khususnya pada dosis 10%, secara signifikan meningkatkan performa pertumbuhan ikan nila—ditunjukkan oleh bobot akhir, pertambahan bobot, dan laju pertumbuhan spesifik (SGR) yang lebih tinggi, nilai Feed Conversion Ratio (FCR) yang lebih rendah, serta tingkat kelangsungan hidup yang lebih baik dibandingkan dengan kontrol dan perlakuan spirulina biasa.

 

3.5 Parameter Imun dan Hematologi

 

Tabel 5. Parameter respons imun bawaan

Parameter	Kontrol	Spirulina 10%	Nano-Spirulina 5%	Nano-Spirulina 10%
Aktivitas lisozim (U/mL)	18.4 ± 1.6ᵃ	24.7 ± 1.8ᵇ	29.3 ± 2.1ᶜ	33.8 ± 2.4ᵈ
Respiratory burst (OD 540 nm)	0.21 ± 0.02ᵃ	0.28 ± 0.03ᵇ	0.33 ± 0.02ᶜ	0.37 ± 0.03ᵈ
Total leukosit (×10³/mm³)	22.6 ± 1.9ᵃ	26.4 ± 2.2ᵇ	29.7 ± 2.1ᶜ	32.1 ± 2.3ᵈ
Hemoglobin (g/dL)	7.8 ± 0.4ᵃ	8.6 ± 0.5ᵇ	9.1 ± 0.4ᶜ	9.5 ± 0.5ᶜ

 

Berdasarkan Tabel 5, pemberian pakan yang mengandung spirulina, terutama dalam bentuk nano-spirulina, meningkatkan respons imun bawaan ikan nila secara signifikan dibandingkan kontrol, yang ditunjukkan oleh meningkatnya aktivitas lisozim, nilai respiratory burst, jumlah total leukosit, serta kadar hemoglobin, dengan perlakuan nano-spirulina 10% menunjukkan nilai tertinggi pada hampir semua parameter, sehingga mengindikasikan peningkatan kemampuan sistem imun dan status fisiologis ikan. Nano-spirulina meningkatkan respons imun secara signifikan dibandingkan spirulina konvensional.

 

3.6 Histomorfologi Usus

 

Tabel 6. Histomorfologi usus

Parameter	Kontrol	Spirulina 10%	Nano-Spirulina 5%	Nano-Spirulina 10%
Tinggi vilus (µm)	412 ± 28ᵃ	478 ± 31ᵇ	526 ± 34ᶜ	571 ± 37ᵈ
Sel goblet (sel/lapang pandang)	14.2 ± 1.3ᵃ	17.8 ± 1.5ᵇ	20.4 ± 1.7ᶜ	23.1 ± 1.8ᵈ

 

Berdasarkan Tabel 6, pemberian pakan yang mengandung spirulina, terutama dalam bentuk nano-spirulina, meningkatkan kondisi histomorfologi usus ikan nila secara signifikan dibandingkan kontrol, yang ditunjukkan oleh meningkatnya tinggi vilus usus dan jumlah sel goblet pada setiap perlakuan; perlakuan nano-spirulina 10% menghasilkan nilai tertinggi untuk kedua parameter tersebut, yang mengindikasikan peningkatan luas permukaan penyerapan nutrien serta perlindungan mukosa usus, sehingga berpotensi meningkatkan efisiensi pencernaan dan kesehatan saluran pencernaan ikan.

 

Pernyataan Statistik

Semua data dinyatakan sebagai rata-rata ± standar deviasi (SD). Analisis statistik dilakukan menggunakan ANOVA satu arah diikuti uji Tukey HSD pada taraf signifikansi p < 0,05.

 

4. PEMBAHASAN

Nanoenkapsulasi meningkatkan stabilitas dan bioavailabilitas spirulina, sebagaimana terlihat dari peningkatan pertumbuhan dan respons imun ikan. Potensial zeta positif kemungkinan meningkatkan adhesi nanopartikel pada mukosa usus sehingga meningkatkan penyerapan nutrien.

Nanopartikel kitosan juga diketahui meningkatkan penghantaran senyawa bioaktif karena sifat mukoadhesifnya (Calvo et al., 1997). Selain itu, ukuran partikel nano meningkatkan luas permukaan sehingga mempermudah interaksi enzimatik dan penyerapan nutrien (Handy et al., 2012).

Peningkatan FCR menunjukkan efisiensi pemanfaatan nutrien yang lebih baik, yang berpotensi mengurangi limbah nitrogen dalam sistem akuakultur dan mendukung tujuan keberlanjutan lingkungan yang dipromosikan oleh FAO (2022).

 

5. KESIMPULAN

 

Spirulina nano-teren kapsulasi secara signifikan meningkatkan performa pertumbuhan, efisiensi pakan, dan respons imun pada ikan nila.

 

Integrasi nanoteknologi dalam produksi pakan akuakultur merupakan strategi yang menjanjikan untuk mendukung akuakultur berkelanjutan.

 

Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengevaluasi keamanan jangka panjang, kelayakan ekonomi, serta kesesuaian regulasi sebelum penerapan pada skala komersial.

 

REFERENSI

 

Abdel-Tawwab, M., & Ahmad, M. H. (2009). Live Arthrospira platensis (spirulina) as a growth and immunity promoter for Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Aquaculture Research, 40(9), 1037–1044. https://doi.org/10.1111/j.1365-2109.2009.02194.x

 

AOAC (Association of Official Analytical Chemists). (2019). Official methods of analysis (21st ed.). AOAC International.

 

Becker, W. (2013). Microalgae for aquaculture: Nutritional aspects. Journal of Applied Phycology, 25(3), 743–756. https://doi.org/10.1007/s10811-013-9984-6

 

Belay, A. (2002). The potential application of spirulina (Arthrospira) as a nutritional and therapeutic supplement. Journal of the American Nutraceutical Association, 5(2), 27–48.

 

Calvo, P., Remuñán-López, C., Vila-Jato, J. L., & Alonso, M. J. (1997). Novel hydrophilic chitosan–polyethylene oxide nanoparticles as protein carriers. Journal of Applied Polymer Science, 63(1), 125–132. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19970103)63:1<125::AID-APP13>3.0.CO;2-4

 

FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations). (2022). The State of World Fisheries and Aquaculture 2022: Towards Blue Transformation. FAO. https://doi.org/10.4060/cc0461en

 

Gopalakannan, A., & Arul, V. (2011). Immunomodulatory effects of dietary spirulina supplementation in carp. Fish & Shellfish Immunology, 30(2), 409–414. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2010.11.021

 

Handy, R. D., Cornelis, G., Fernandes, T., Tsyusko, O., Decho, A., Sabo-Attwood, T., ... & Metcalfe, C. (2012). Ecotoxicity test methods for engineered nanomaterials: Practical experiences and recommendations from the bench. Ecotoxicology, 21(4), 933–972. https://doi.org/10.1007/s10646-012-0862-8

 

Khalil, S. R., Reda, R. M., & Abdel-Latif, H. M. R. (2020). Effect of dietary nano-supplementation on growth and immune response of Nile tilapia. Aquaculture Reports, 17, 100312. https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2020.100312

 

Kumar, V., Roy, S., & Meena, D. K. (2018). Application of nanotechnology in fish nutrition and aquaculture. Aquaculture International, 26(3), 841–857. https://doi.org/10.1007/s10499-018-0243-7

 

Mishra, P., Paliwal, R., & Paliwal, S. R. (2014). Nanotechnology in agriculture and aquaculture: A review. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 14(2), 1–15.

 

Nayak, S. K. (2010). Probiotics and immunity in aquaculture. Fish & Shellfish Immunology, 29(1), 2–14. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2010.02.017

 

Sarker, P. K., Kapuscinski, A. R., McKuin, B., Fitzgerald, D. S., Nash, H. M., & Greenwood, C. (2016). Microalgae-blend tilapia feed eliminates fishmeal and fish oil. PLoS ONE, 11(4), e0154684. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154684

 

Soltan, M. A., Fouad, I. M., & Elfeky, A. (2008). Growth and feed utilization of Nile tilapia fed diets containing spirulina. International Journal of Agriculture and Biology, 10, 239–244.

 

Yousefi, M., & Khosravi-Darani, K. (2019). Spirulina microalgae and its application in aquaculture feed. Reviews in Aquaculture, 11(4), 1–18. https://doi.org/10.1111/raq.12310

 

#NanoSpirulina
#AquacultureInnovation
#TilapiaFarming
#FishFeedTechnology
#SustainableAquaculture