Hidrogel Buka Jalan Baharu dalam Pengkulturan Mikroalga

Penulis: Prof. Madya Ts. Dr. Mohd Shaiful Sajab¹, Dr. Wan Nazihah Liyana Wan Jusoh²

¹’²Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses, Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina (FKAB),
Universiti Kebangsaan Malaysia

Dalam usaha global mengurangkan kebergantungan terhadap sumber tenaga fosil dan menangani perubahan iklim, mikroalga telah dikenalpasti sebagai organisma yang berpotensi besar untuk dikomersialkan. Penggunaan mikroalga semakin mendapat perhatian kerana keupayaannya menghasilkan biojisim, biofuel, dan bahan bernilai tinggi dalam bidang farmaseutikal dan kosmetik. Lebih menarik, pendekatan baharu dalam teknologi pengkulturan mikroalga kini melibatkan penggunaan biobahan seperti hidrogel, yang berpotensi menggantikan kaedah pengkulturan konvensional yang selama ini menjadi amalan biasa. Gabungan ini bukan sekadar mencetuskan inovasi, malah menyokong hala tuju negara dalam membangunkan ekonomi berasaskan bio dan teknologi hijau.

Mikroalga ialah organisma mikroskopik yang bergantung kepada cahaya matahari, karbon dioksida dan nutrien untuk menjalankan fotosintesis. Faktor persekitaran seperti sumber cahaya, suhu, pH, kepekatan nutrien dan pengadukan memainkan peranan penting dalam mengawal kadar pertumbuhan mikroalga.

Dalam sistem konvensional, pengkulturan biasanya dilakukan dalam kolam terbuka atau fotobioreaktor (PBR) sebuah sistem tertutup yang lebih moden. Kaedah kolam terbuka digunakan secara meluas kerana kosnya yang rendah dan sesuai untuk pengeluaran skala besar. Namun, ia terdedah kepada cuaca yang berubah-ubah, pencemaran dan sukar dikawal dari segi suhu serta cahaya. Sebaliknya, PBR menawarkan kawalan lebih ketat ke atas parameter persekitaran dan mampu mengurangkan risiko pencemaran. Namun, pembinaannya lebih rumit dan melibatkan kos yang tinggi. Ini menjadikan usaha meningkatkan kecekapan pengkulturan mikroalga satu cabaran utama, terutama bagi penghasilan biojisim yang konsisten dan berkualiti tinggi.

Baru-baru ini, pendekatan baharu telah diperkenalkan dengan penggunaan hidrogel, iaitu sejenis bahan lembut yang tinggi kandungan air dan menyerupai struktur semula jadi dalam tisu hidup. Hidrogel ini berperanan sebagai medium alternatif untuk menampung dan menstabilkan sel mikroalga, sekaligus membolehkan proses pertumbuhan berlaku dalam keadaan lebih terkawal dan bersih. Dalam konteks ini, mikroalga boleh ‘tinggal’ sama ada melalui proses pengkapsulan di dalam hidrogel atau disemai pada permukaan substrat biobahan. Beberapa penemuan lepas menunjukkan bahawa selulosa, agar dan alginat berkesan sebagai bahan hidrogel. Ia menunjukkan bahawa pendekatan ini membolehkan mikroalga terus hidup dan membiak dengan stabil tanpa mudah tercemar, sekali gus mengurangkan kebergantungan kepada peralatan mahal seperti PBR.

Hidrogel berasaskan selulosa meningkatkan kebolehhidupan dan keupayaan lekatan sel. Ini membolehkan biojisim dituai dengan lebih mudah tanpa memerlukan proses penapisan kompleks (Jusoh et al 2025). Pemegunan mikroalga dalam hidrogel juga telah diuji dalam pelbagai bentuk dan spesies. Kaedah ini turut menunjukkan kelebihan dalam aspek pengendalian dan kecekapan penggunaan cahaya, kerana hidrogel lut sinar membenarkan cahaya menembusi secara optimum ke dalam struktur sel. Gabungan alginat dengan bahan lain seperti agarosa, kalsium, atau silika turut diuji dan menunjukkan pertumbuhan mikroalga yang tinggi dalam tempoh singkat. Sebagai contoh, satu kajian menggunakan hidrogel alginat-kalsium berjaya mencapai pertumbuhan mikroalga sehingga 9 bilion sel per mililiter dalam masa kurang daripada tiga minggu. Malah, dalam kajian lain yang menggunakan hidrogel berasaskan alga dan bakteria, didapati pertumbuhan lebih tinggi berbanding apabila mikroalga dikultur secara tunggal (Pierobon et al. 2017). Selain itu, kajian Martin et al. (2021) melaporkan bahawa mikroalga yang dikultur bersama bakteria dalam hidrogel menunjukkan pertumbuhan lebih baik berbanding pengkulturan secara tunggal.

Inisiatif penyelidikan mikroalga dengan penggunaan biobahan seperti hidrogel ini sangat sejajar dengan Dasar Bioekonomi Malaysia yang menggariskan pembangunan sumber bio sebagai pemacu ekonomi masa depan. Selain itu, Rancangan Malaysia Ke-12 (RMK-12) turut menekankan keperluan memperkukuh inovasi dalam bidang bioteknologi dan industri hijau. Malaysia juga telah melancarkan Dasar Tenaga Negara 2022 (DTN 2022), yang menyasarkan peningkatan penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui dan teknologi karbon rendah. Mikroalga berpotensi sebagai bahan mentah penting untuk menghasilkan biofuel dan produk kimia industri secara mampan. Walaupun teknologi ini menjanjikan potensi yang besar dalam industri mikroalga, namun terdapat beberapa cabaran yang masih perlu diatasi. Antaranya ialah kos penghasilan hidrogel, kemampuannya untuk dikomersialkan dalam skala besar, serta kebolehsuaian terhadap pelbagai spesies mikroalga. Kekangan ini merupakan cabaran bagi penyelidikan aktif sedang dijalankan, bukan sahaja di peringkat universiti, malah melibatkan kerjasama antara agensi kerajaan dan industri tempatan.

Gabungan mikroalga dan biobahan seperti hidrogel membuka dimensi baharu dalam teknologi pengkulturan moden. Ia bukan sahaja berpotensi menggantikan kaedah lama yang kurang efisien, malah menyokong matlamat negara untuk menjadi peneraju dalam teknologi hijau dan bioekonomi serantau. Menerusi dasar yang menyokong, pelaburan dalam penyelidikan serta kerjasama erat antara pihak akademik, kerajaan dan industri, teknologi ini bukan mustahil untuk direalisasikan secara meluas di masa hadapan dan menjadikan mikroalga bukan sekadar makhluk mikroskopik, tetapi ejen perubahan dalam kelestarian global.

Rujukan

Jusoh, W.N.L.W., Sajab, M.S., Yasin, N.H.M., Abdul, P.M. and Takriff, M.S., 2025. Interaction of Chlorella vulgaris: Cell Attachment on Nanocellulose-Based Hydrogel for Sustainable Microalgae Cultivation. BioResources, 20(1), pp.201-218.

Pierobon, S.C., Riordon, J., Nguyen, B., Ooms, M.D. & Sinton, D. 2017. Periodic harvesting of microalgae from calcium alginate hydrogels for sustained high-density production. Biotechnology and Bioengineering 114(9): 2023–2031.

Martin, N., Bernat, T., Dinasquet, J., Stofko, A., Damon, A., Deheyn, D.D., Azam, F., Smith, J.E., Davey, M.P., Smith, A.G., Vignolini, S. & Wangpraseurt, D. 2021. Synthetic algal-bacteria consortia for space-efficient microalgal growth in a simple hydrogel system. Journal of Applied Phycology 33(5): 2805–2815.

Biodata Penulis

Mohd Shaiful Sajab kini memegang jawatan sebagai Profesor Madya di Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses, Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina, Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). Selain itu, beliau juga berkhidmat sebagai Ketua Subdisiplin (Bahan Pintar & Mampan) di Pusat Penyelidikan Teknologi Proses Mampan (CESPRO), UKM. Penyelidikan beliau tertumpu kepada pembangunan bahan mampan dan berfungsi yang diperoleh daripada sumber bio tempatan. Beliau mempunyai kepakaran dalam aplikasi seperti pemulihan air dan pembuatan tambahan mampan (filamen pencetak 3D terbiodegradasi, dakwat biobahan).

Wan Nazihah Liyana Wan Jusoh merupakan graduan Ijazah Kedoktoran daripada Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses, Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina, Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). Penyelidikan beliau berfokuskan kepada pengekstrakan biobahan daripada sumber tumbuhan tempatan, bioteknologi pengkulturan mikroalga, pembuatan tambahan berasaskan cecair dan hidrogel serta biopencetakan 3D.