ANALISIS T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) KOMUNITAS METANOGEN SELAMA FERMENTASI ANAEROBIK LIMBAH CAIR TAHU

EL-VIVO Vol.2, No.1, hal 37 – 48, April 2014

ISSN: 2339-1901 http://jurnal.pasca.uns.ac.id

ANALISIS T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) KOMUNITAS METANOGEN SELAMA FERMENTASI ANAEROBIK LIMBAH CAIR TAHU Eti Setioningsih1, Suranto2, Artini Pangastuti3 1 2 3

Mahasiswa Program Studi Biosain Pascasarjana UNS

Dosen Pembimbing I Program Studi Biosain Pascasarjana UNS Dosen Pembimbing II Program Studi Biosain Pascasarjana UNS ( e-mail: [email protected] )

Peningkatan permintaan energi yang disebabkan oleh peningkatan pertumbuhan penduduk mengakibatkan berkurangnya sumber enrgi dari fosil. Peningkatan permintaan energi akan semakin cepat di masa yang akan datang. Permasalahan-permasalahan tersebut memberikan kepada setiap negara untuk memproduksi dan menggunakan energi terbarukan. Salah satu sumber energi terbarukan adalah biogas. Gas ini merupakan gas metana yang berasal dari perombakan berbagai macam biomassa limbah organik, salah satunya adalah limbah tahu. Biogas hasil perombakan dari limbah tahu merupakan energi alternatif terbarukan. Proses perombakan limbah cair tahu dilakukan oleh metanogen secara anaerob. Tujuan dari penelitian ini yaitu mempelajari dinamika struktur komunitas metanogen pada tingkatan proses pencernaan anaerobik yang berbeda dengan metode T-RFLP. Penelitian dilakukan dengan pengambilan sampel dari biodigester anaerob pada hari ke0, 5, 10, 15, dan 20 untuk pengukuran pH, suhu, CH 4, ekstraksi DNA dan analisis molekuler. Dinamika komunitas metanogen selama proses perombakan anaerobik diamati dengan teknik TRFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism). Enzim restriksi yang digunakan dalam metode TRFLP adalah Alu1. Analisis keragaman komunitas menggunakan indeks Shannon-Wiener (H’). Hasil penelitian diperoleh tiga filotipe yang terdeteksi dengan metode TRFLP, yaitu Euryarchaeota pada ukuran fragment 62 bp, Archaea pada ukuran fragment 136, dan Methanosphaerula palustris pada ukuran fragment 167 bp. Methanosphaerula palustris mendominasi dari awal sampai akhir fermentasi. Hasil pengukuran pH berkisar antara 7 sampai 8. Produksi CH4 tertinggi terdapat pada hari ke-5 yaitu sebesar 1.092,6 ppm. Suhu berkisar antara 30-310C. ABSTRAK

-

Kata kunci : Metanogen, Euryarchaeota, Methanosphaerula palustris, Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (TRFLP), limbah cair tahu.

PENDAHULUAN Peningkatan

itu, peningkatan harga minyak dunia

permintaan

energi

yang

hingga mencapai 100 U$ per barel juga

disebabkan oleh pertumbuhan populasi

menjadi

penduduk

menimpa

cadangan

dan minyak

menipisnya dunia

sumber

banyak

yang

serius

negara

di

yang dunia

per-

terutama Indonesia. Menurut data ESDM

masalahan emisi dari bahan bakar fosil

(2006) cadangan minyak Indonesia hanya

memberikan

tersisa sekitar sembilan milliar barel.

tekanan

serta

alasan

kepada

setiap

negara untuk segera memproduksi dan

Apabila

menggunakan energi terbarukan. Selain

ditemukannya cadangan minyak baru, 37

terus

dikonsumsi

tanpa



diperkirakan cadangan minyak ini akan

tahapan

habis dalam dua dekade mendatang.

hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis dan

Indonesia merupakan negara kaya

proses

metanogenesis.

akan sumber daya energi, potensi sumber

melibatkan

daya

berbeda

energi

yang

tinggi

tersebut

penguraian,

yaitu

Setiap

tahapan

akan

kelompok

bakteri

yang

yang

akan

bekerja

secara

merupakan potensi energi baru terbaru-

bersinergi antara satu kelompok dengan

kan. Salah satu sumber energi alternatif

kelompok

adalah

terbentuk konsorsium bakteri.

biogas.

berbagai

Gas

macam

ini

berasal

biomassa

dari

limbah

bakteri

Metanogen

lainnya

sehingga

merupakan

Archaea

organik, salah satunya adalah dari limbah

yang menghasilkan gas metana dalam

industri tahu yang dapat dimanfaatkan

proses

keseluruhan

menjadi energi melalui proses anaerobic

dalam

secara

digestion. Proses ini merupakan peluang

karakteristik komunitas mikroba selama

besar

proses

untuk

alternatif

menghasilkan

sehingga

akan

energi

mengurangi

limbah

saat

organik

sekarang, belum

fermentasi

anaerob

Informasi biomassa

pemahaman dalam penelitian ini yang

biomassa

pernah

anaerobik.

hidupnya

limbah industri tahu dapat menjadi dasar

dampak penggunaan bahan bakar fosil. Pada

rantai

berfokus

pada

identifikasi

dan

dikaji

kuantifikasi metanogenik. Metode T-RFLP

ataupun kalaupun sudah masih sangat

(Terminal Restriction Fragment Length

terbatas. Karakteristik kimia, fisika, dan

Polymorphism)

biologi biomassa limbah industri tahu

mengetahui dinamika struktur komunitas

perlu diketahui. Pencernaan anaerobik

bakteri secara keseluruhan. Metode ini

mengacu berbagai reaksi dan interaksi

telah digunakan pada analisis dinamika

yang terjadi diantara metanogen dan

struktur

non-metanogen serta bahan (biomassa)

(Bulut, 2003), komunitas bakteri pada

yang diumpankan ke dalam pencerna

tanah pertanian kentang (Lukow et al.,

sebagai input. Proses degradasi ini adalah

2000),

proses fisiko-kimia komplek dan proses

(Pangastuti, 2008), dan bakterioplankton

biologis yang melibatkan berbagai faktor

pada Laut Hitam (Stoica, 2009).

digunakan

bakteri

larva

asam

untuk

laktat

Litopenaeus

Cheese

vannamei

dan tahapan bentuk perubahan. Penghancuran input yang merupakan bahan

METODE PENELITIAN

organik dicapai dalam tiga tahapan, yaitu

Waktu dan Tempat Penelitian

(a)

Penelitian

hidrolisis,

(acidification),

dan

(b) (c)

pengasaman

laboratorium

dilaksanakan

pembentukan

mulai bulan Januari 2012 sampai Juli

metan (methanization) (de Mezt, et al.,

2012. Sampel limbah tahu diambil dari

2003). Menurut Raskin et al. (2007) dalam

industri tahu Kelurahan Nglorog Sragen.

fermentasi anaerob terbagi menjadi 4

Penelitian 38

molekuler

dilaksanakan

di



Laboratorium Biologi FMIPA Universitas

Bahan

Sebelas Maret Surakarta.

Substrat didapat dari limbah industri tahu,

inokulum

limbah

industri

Konstruksi digester: botol minum volume

selama kurang lebih 2 minggu dengan

330 ml, selang diameter 0,5 cm panjang

konsentrasi

30 cm, selang diameter 1 cm panjang 30

digester

cm, lem Alteco. Analisis fisika (pH dan

diekstraks menggunakan Ultraclean Soil

suhu): pH meter untuk dan termometer.

DNA Kit MoBio mengikuti prosedur yang

Ekstraksi

dianjurkan

tabung

mikro

steril,

yang

dari

Alat

DNA:

tahu

didapat

20%

(330

difermentasikan

dari

ml),

volume dan

produsen,

air.

DNA

Elektroforesis

mikropastle, Ultraclean Soil DNA Kit

menggunakan

MoBio

yang

aquades, gel agarosa 0,8 %, Etidium

dianjurkan produsen, mikropipet beserta

Bromida, loading dye. Amplifikasi Gen

tip, sentrifuge, vortex. Elektroforesis: alat

16S sRNA menggunakan primer forward

elektroforesis, mikropipet beserta tip, gel

5’-(Ar109f) ACK GCT CAG TAA CAC GT -

dock. Amplifikasi Gen 16S sRNA: Mung

3’ dan primer reverse 5’- (Ar 915r) GTG

Bean Nuclease (NEB, MA), QIAquick Gel

CTC CCC CGC CAA TTC CT-3’, buffer

Extraction

(NEB,

mengikuti

Kit

prosedur

mikropipet, vortex, sentrifuge, microtube,

Polymerase

(NEB,

MA),

miniprep spin coloum. Digesti amplikon:

Analisis T-RFLP menggunakan isolat DNA

QIAquick

hasil digesti, HD-400[ROX], dan es. Bahan

(Qiagen,

sekuensing

gen

Taq

kali,

Mix,

Kit

U

10

dNTP

Extraction

Germany),

TAE

MA),

Gel

(Qiagen,

buffer

kerja

dan

DNA

ddH2O.

Germany), mikropipet, vortex, sentrifuge,

untuk

penyandi

microtube, miniprep spin coloum.

rRNA : primer Ar109f dan Ar 912r .

16S

Analisis T-RFLP: pemanas, 96-well plate,

sistem

ABIprism™

elektroforesis

3100

kapiler DNA

Penelitian ini menggunakan limbah tahu

Squencer (PE ), Panjang fragmen terlabel

sebagai substrat dan limbah industri tahu

dideterminasi

program

yang telah terfermentasi dalam jangka

GeneScan® (Perkin Elmer). Ukuran TRF

waktu yang lama hingga terbentuk sludge

yang

dengan

(lumpur aktif) sebagai inokulum. Pada

database pada situs Ribosomal Database

penelitian ini digunakan digester dengan

Project II (Marsh et al., 2000). Untuk

volume 330 ml, yaitu 80% dari volume

konfirmasi TRF hasil pemotongan dengan

digester digunakan sebagai volume kerja,

enzim

program

sedangkan sisanya (20%) sebagai ruang

(www.oardc.ohio-

udara. Dari 80% (330 ml) volume kerja

diketahui

restriksi

Automated

Pengambilan Sampel

dengan dicocokkan

digunakan

Fragsort state.edu/trflpfragsort)

digester

diisi oleh

sumber

inokulum

dengan konsentrasi 20%, 80% kemudian 39


volume

sisanya

digunakan


untuk

Pengukuran pH, suhu, dan CH4

substrat.

Elektroda

pH

meter

dimasukkan

ke

dalam air suling, dilap dengan tisu lalu Pembuatan Biogas

dimasukkan dalam larutan Buffer pH: 4,

Inokulum dimasukkan terlebih dahulu ke

bilas dengan air, lap dengan tisu dan

dalam

digester

dengan

konsentrasi

dimasukkan ke dalam Buffer pH: 7.

(pada

penelitian

digunakan

Elektroda dimasukkan ke dalam 25 ml

konsentrasi 20% dari 264 ml volume

contoh dalam gelas piala lalu pH meter

kerja digester atau setara dengan 52,8

dibaca.

ml), kemudian substrat ke dalam digester

menggunakan termometer. Pengukuran

sebanyak

suhu dengan menggunakan termometer.

tertentu

volume

yang

tersisa

dari

volume kerja digester yaitu 80% dari 264

Pengukuran

suhu

dengan

CH4 diukur dengan kromatrografi gas.

ml, atau kurang lebih 211,2 ml), lalu digester

harus

segera

ditutup

rapat.

Ekstraksi DNA sampel

Proses fermentasi berjalan selama kurang

Ekstraksi DNA menggunakan UltraClean

lebih 20 hari, hingga biogas terbentuk.

Soil DNA kit (MoBio, CA).

Setelah biogas terbentuk maka biogas akan

dialirkan

dari

tangki

pencerna

Amplifikasi Gen 16S rRNA

(jerigen) ke dalam tangki pengumpul gas

Amplifikasi Gen

(botol minum 330 ml) melalui selang

dilakukan

kecil. Sebelumnya, tangki pengumpul gas

(Ar109f) 5’-ACK GCT CAG TAA CAC GT -

sudah penuh terisi air (330 ml). Sehingga

3’ dan primer reverse fam (Ar 915r) 5’-

ketika

tangki

GTC CTC CCC CGC CAA TTC CT -3’ : DNA

pengumpul gas, maka air akan terdorong

100 ng, 1x buffer (NEB, MA), 2 μl 10 mM

keluar dan biogas akan masuk ke dalam

dNTP Mix, 2 U Taq DNA Polymerase (NEB,

tangki

MA),

gas

masuk

tersebut

ke

dalam

(menggantikan

air).

5

penyandi

dengan

pmol

16S

primer

masing-masing

rRNA

forward

primer,

diketahui

ddH2O sampai 50 μl. Program PCR terdiri

volume gas yang masuk ke dalam tangki

dari 1 siklus pada 94°C selama 3 menit;

pengumpul gas sama dengan volume air

30 siklus pada 94°C selama 1 menit, 48°C

yang keluar dari botol pengumpul gas.

selama 1 menit, 72°C selama 1 menit; 1

Agitasi

kali.

siklus pada 72°C selama 7 menit; diakhiri

Pengambilan sampel untuk pengukuran

dengan penyimpanan pada 4°C. Bagian

suhu,

molekuler

DNA utas tunggal dari amplikon didigesti

dilakukan setiap lima hari sekali (hari ke-

dengan Mung Bean Nuclease (NEB, MA)

0, 5, 10, 15, 20).

kemudian dipurifikasi dengan QIAquick

Dengan

demikian,

dilakukan pH

dan

dapat

sehari

penelitian

satu

Gel Extraction Kit (Qiagen, Germany).

40



Digesti Produk PCR Hasil Amplifikasi

Analisis Data

DNA Gen 16S rRNA .

Phylotype richness (S) merupakan total

Produk PCR hasil amplifikasi DNA gen

puncak TRF berbeda/tipe restriksi yang

16S

berbeda

rRNA

didigesti

dengan

enzim

yang

ditemukan

pada

tiap

dengan

sampel. Indeks Shannon-Wiener (H’) dan

frekuensi tinggi, yaitu Alu1 (NEB,MA)

evenness (E) dihitung untuk menggambar-

secara terpisah dengan kondisi reaksi: 5U

kan keragaman komunitas pada instar

enzim, 1x buffer, 100-200 ng DNA,

berbeda dan nilai penting relatif dari tiap

ddH2O sampai 20 μl, dan diinkubasi pada

filotipe dalam keseluruhan komunitas. H’

37°C

dihitung dengan rumus sebagai berikut:

restriksi

yang

semalam.

memotong

Selanjutnya

dilakukan

desalting dengan QIAquick Nucleotide

.

Untuk

mengetahui

Removal Kit (Qiagen, Germany). DNA

penyebaran individu tiap genera yang

hasil digesti dilarutkan dalam 30 μl

mendominasi populasi maka digunakan

elution buffer.

indeks

keseragaman

berikut: E =

Eveness

sebagai

(Krebs, 1972)

Analisis T-RFLP DNA hasil digesti dicampur dengan 1 μl HD-400[ROX] internal.

sebagai

DNA

standar

didenaturasi

HASIL DAN PEMBAHASAN

ukuran

Tahap

dengan

langsung dari limbah cair tahu tanpa

selama 5 menit. Selanjutnya campuran

teknik kultur, dikarenakan karakteristik

dimasukkan dalam 96-well plate dan

metanogen

dimasukkan dalam sistem elektroforesis kapiler pada ABIprism™ 3100 Automated DNA Sequencer (PE Applied Biosystem).

Elmer).

Ukuran

TRF

yang

Untuk

identifikasi

obligat.

selanjutnya amplifikasi DNA

dengan

menggunakan Chain

teknik

Reaction).

PCR Untuk

rRNA sebagai marker. Total gen 16S

diketahui

rRNA dengan

Ribosomal Database Project II (Marsh et 2000).

anaerobik

analisis ini digunakan gen penyandi 16S

(Perkin

dicocokkan dengan database pada situs al.,

yang

Langkah

(Polymerase

Panjang fragmen terlabel dideterminasi GeneScan®

komunitas

melakukan ekstraksi DNA yang diambil

kemudian segera ditempatkan pada es

program

analisis

metanogen dengan T-RFLP adalah dengan

pemanasan pada 95°C selama 5 menit

dengan

awal

dari

komunitas

primer

Ar915r

diamplifikasi yang

dilabel

dengan 6-FAM dan primer 109f yang

TRF

tidak dilabel. Pita DNA hasil amplifikasi

dibandingkan dengan basis data MiCA

PCR berdasarkan gen pengkode 16S rRNA

(http://mica.ibest.uidaho.edu).

tampak jelas, yaitu satu pita tunggal DNA yang berukuran sekitar 750 bp (Gambar 1). 41



yang

teridentifikasi

tergolong

Filum

Crenarchaeota, sedangkan puncak TRF ukuran

167

bp,

filotipe

yang

teridentifikasi berkerabat dekat dengan Methanosphaerula

palustris.

Ketiga

filotipe yang terdeteksi masuk dalam Domain Archaea. Dinamika populasi ketiga filotipe dapat dilihat pada Gambar 2. Komposisi filotipe

metanogen

terdeteksi

yang

berdasarkan

berhasil

database

RDP

untuk setiap hari pengamatan relatif Gambar 1. Produk PCR Hasil Amplifikasi DNA Gen 16S rRNA yang Berukuran 750 bp pada 0,8 % Agarosa.

stabil,

Euryarchaeote

Methanosphaerula akhir

fermentasi.

disebabkan Profil T-RFLP komunitas metanogen penelitian

secara

Hal

medium

ini

diduga

penghasil

biogas

dalam biodigester banyak dipengaruhi

menunjukkan

oleh jenis filotipe yang sudah tumbuh di

kisaran ukuran TRF mulai dari 60-171 bp,

dalam inokulum yang berupa lumpur

mewakili banyaknya populasi metanogen

limbah

berbeda

tiga

pertumbuhan

dua

fragment, yaitu 62 bp, 136 bp, dan 167

menunjukkan

bahwa

bp

digunakan

mampu

(Gambar

yang

puncak

ini

palustris

konsisten terdeteksi dari awal sampai

Keterangan: (M) marker DNA, Fermentasi hari ke-(A) nol, (B) lima, (C) sepuluh, (D) limabelas, dan (E) duapuluh.

dalam

dan

2).

berhasil

TRF

dalam

Terdapat

dideteksi hasil

melalui

elektroforegram.

ukuran

TRF

diidentifikasi

pada

sebagai

pembacaan

elektroforegram program

Microbial Community Anlaysis III (MiCA) (http://mica.ibest.uidaho.edu/trflp.php). MiCA dikembangkan berdasar Ribosomal Data Project II (RDP II) (Cole et al., 2003). Rincian ukuran TRF pada masing-masing ketiga filotipe adalah puncak TRF ukuran 62 bp, filotipe yang teridentifikasi dan tergolong

dari

filum

Kekonsistensian filotipe

tersebut

digester

Euryarchaeota;

puncak TRF ukuran 136 bp, metanogen 42

yang

menunjang

pertumbuhan dari dua filotipe.

Selanjutnya,

menggunakan

tahu.



meningkat. Akan tetapi, dalam penelitian ini tidak mengukur besarnya karbon organik dan kandungan bahan organik (COD) yang terdapat dalam digester. Dalam penelitian ini, Methanospaerula palustris

memiliki

tertinggi

pada

hari

kemelimpahan ke-20

dan

kemelimpahannya lebih tinggi daripada hari

ke-0,

hal

ini

diduga

bahwa

Methanospaerula palustris pertumbuhannya sudah mulai stabil dan masuk pada

Gambar 2. Elektroforegram genescan TRF metanogen menggunakan enzim restriksi Alu1 pada fermentasi limbah cair tahu. Keterangan: Fermentasi hari ke-(A) nol, (B) lima, sepuluh,(D) limabelas, dan (E) duapuluh.

Methanospaerula

palustris

tahap fase pertumbuhan eksponensial.

(C)

men-

dominasi pada setiap pengamatan dan tumbuh konsisten dari awal sampai akhir fermentasi. Hasil pengamatan pada hari ke-5 sampai hari ke-15, kemelimpahan Methanospaerula palustris tidak stabil, hal ini diduga kondisi digester yang mengalami

perubahan

dengan

penambahan

cairan

limbah

tahu

menyebabkan

kondisi

digester

belum

optimum

untuk

pertumbuhan

Gambar 6. Komposisi TRF Metanogen Menggunakan Enzim Restriksi Alu1 selama Fermentasi Anaerobik Limbah Tahu.

metanogen. Berdasarkan alasan diatas dapat dikatakan bahwa pada hari ke-0 sampai

hari

ke-15

pertumbuhan

Kemelimpahan

Euryarchaeote

Methanospaerula palustris masih dalam

mengalami peningkatan yang signifikan

fase lag. Menurut penelitian Liu et al.

mulai dari hari ke-0 sampai hari ke-15,

(2011)

hal

jumlah

karbon

organik

ini

diduga

bahwa

Euryarchaeote

untuk

beradaptasi

mempengaruhi populasi metanogen di

mudah

tanah berlumpur, apabila jumlah karbon

medium digester sehingga mampu meng-

organik tersedia dalam jumlah cukup,

gunakan

maka

medium digester untuk pertumbuhannya.

populasi

metanogen

akan 43

bahan-bahan

organik

dengan pada


Euryarchaeote

mengalami


penurunan

Crenarchaeota.

pada hari ke-20, kemungkinan terjadi

bahwa

persaingan

dari

dengan

Methanospaerula

awal

fermentasi

organik

palustri.

digester

untuk

2

kemelimpahan

palustris dalam penggunaan bahan-bahan dalam

Tabel

menunjukkan

relatif

sampai

tertinggi

dengan

adalah

akhir

Methanosphaerula

pertumbuhannya, hal ini dapat dilihat dari

kemelimpahan

Tabel 2. Kemelimpahan Relatif (%) Komunitas Metanogen selama Fermentasi Anaerobik Limbah Cair Tahu dengan Teknik TRFLP.

Methanospaerula

palustris

mengalami

peningkatan,

sedangkan

Euryarchaeote

Komunitas metanogen

mengalami

Euryarchaeota Crenarchaeota Methanosphaerula palustris

penurunan. Filotipe pada puncak TRF 136,

tergolong

dalam

Filum

Crenarchaeota hanya terdeteksi pada hari

Jumlah

ke-5 dan tidak berhasil terdeteksi pada hari

ke-10

sampai

akhir

Richness

fermentasi,

filotipe

antara 30-31ºC dan pH yang berkisar 7-8.

akhir

yang terukur cocok unuk metanogen, Archaea

Menurut

hipertermofilik.

Crenarchaeota

hipertermofilik

Serikat.

Crenarchaeota

pH

bahwa

digester

memiliki

Park,

pertumbuhan

pada

dengan

nilai

tertinggi

indeks terdapat

komunitas

beragam

dengan

merata,

walaupun

metanogen distribusi

yang

filotipe

evenness

bukan

merupakan nilai tertinggi. Hal ini berarti

berada

tidak ada filotipe yang relatif dominan pada hari ke-5. Sebaliknya, berdasarkan

limbah

luas peak area hasil T-RFLP, perkiraan

tahu pada penelitian ini tidak cocok untuk

kecuali

5 menunjukkan bahwa pada hari ke-5

dalam kisaran kurang dari 2. Hal ini menunjukkan

fermentasi,

dengan

yang lebih tinggi pada perlakuan hari ke-

pertumbuhan

hipertermofilik

enzim

hari ke-20 (0,52). Keragaman metanogen

geyser, dan sumber air panas contohnya Amerika

tiga

nilai indeks terendah ditunjukkan pada

mem-

sulfur tinggi seperti daerah vulkano, National

sampai

pada pengamatan hari ke-5 (1,02) dan

Filum

tumbuh pada habitat dengan kandungan

Yellowstone

seluruh

menggunakan

Shannon-Weiner/H’)

butuhkan suhu pertumbuhan 80-105ºC,

daerah

dua

dari awal sampai

(ditunjukkan

Filum

Crenarchaeota sebagian besar terdiri dari Archaea

dari

pada

satu filotipe. Analisis indeks keragaman

hipertermofilik. (2009)

terdeteksi

metanogen adalah

Species

pengamatan hari ke-5 ada penambahan

Crenarchaeota

Todar

yang

dengan

ditemukan

pertumbuhan Archaea mesofilik dan pH

merupakan

atau

Hari ke-20 21,4 0 78,6

restriksi Alu1 (Tabel 3). Dua filotipe

Suhu tersebut merupakan suhu untuk

filum

(S)

pengamatan

suhu fermenter yang suhunya berkisar

sedangkan

filotipe

komunitas

kemungkinan hal ini dipengaruhi oleh

Kemelimpahan relatif Hari Hari Hari ke-5 ke-10 ke-15 30,8 38,3 43,8 18,4 0 0 50,8 61,7 56,2

Hari ke-0 25,5 0 74,5

jumlah

Filum

total

metanogen

bukan

yang

tertinggi. Keragaman terendah terdapat 44



pada hari ke-20 (0,52), nilai evenness hari

1200

Konsentrasi CH4 (ppm)

ke-20 juga rendah, menunjukkan ada filotipe yang sangat dominan. Berdasarkan

luas

peak

area

hasil

T-RFLP,

perkiraan jumlah total metanogen pada hari

ke-20

bukan

merupakan

yang

tertinggi atau terendah.

Jumlah Filotipe/ Richness 2 3 2 2 2

0 5 10 15 20

800 600 400 200 0

Hari Hari Hari Hari Hari ke-0 ke-5 ke-10 ke-15 ke-20

Tabel 3. Keragaman Komunitas Metanogen selama Fermentasi Anaerobik Limbah Cair Tahu dengan Teknik TRFLP. Pengamatan hari ke-

1000

Indeks Shannon Weiner (H’) 0,57 1,02 0,67 0,69 0,52

Pengamatan hari ke-

Evenness/ E

Gambar 7. Konsentrasi CH4 selama Fermentasi

0,82 0,93 0,96 0,99 0,75

Anaerobik Limbah Cair Tahu

Analisis karakteristik fisika-kimia berupa konsentrai CH4, pH dan suhu bertujuan

untuk

menunjukkan

keberadaan metanogen sesuai dengan faktor-faktor

fisika-kimia

pertumbuhannya.

dalam

Pengukuran

konsentrasi CH4 tidak dilakukan pada hari ke-0, diasumsikan bahwa pada hari

Gambar 8. Grafik pH selama Fermentasi

ke-0 belum terbentuk CH4 karena belum

Anaerobik Limbah Cair Tahu.

mengalami fermentasi. Produksi CH4 pada

Gambar

hari ke-5, hari ke-10, hari ke-15, hari ke-

dibuat netral pada angka 7 dengan

ppm, sehingga produksi CH4 tertinggi

panambahan NaOH, hal ini dimaksudkan

terdapat pada hari ke-5 yaitu sebesar sedangkan

untuk menyeragamkan pengukuran pada

populasi

awal fermentasi. Pada hari ke-5 sebesar

Methanospaerula palustris pada hari ke-5

8,146, hari ke-10 sebesar 8, hari ke-15

bukan merupakan kemelimpahan yang

sebesar 7,56 dan hari ke-20 sebesar 7,87.

tertinggi (Gambar 7). Hal ini menunjuk-

Perubahan pH terjadi karena senyawa

kan bahwa produksi CH4 tidak secara signifikan dengan

berkaitan

atau

kemelimpahan

hasil

hari ke-0, yaitu di awal fermentasi, pH

570,2 ppm; 712,66 ppm; dan 655,82

ppm,

menunjukkan

pengukuran pH. Pengukuran pH pada

20 berturut-turut sebesar 1.092,6ppm;

1.092,61

8

hasil fermentasi maupun asetogenesis

berkorelasi

sudah dikonversi menjadi H2, CO2, H2O,

populasi

dan

metanogen.

CH4,

serta

menjadi NH 45

+ 4

pemecahan

protein

yang kemudian mudah



membentuk senyawa yang bersifat basa.

Menurut

Dubey

(2005)

Metana mengkonsumsi asam asetat dan

mengemukakan

mengubahnya menjadi metana dan CO2,

metanogen

sehingga konsentrasi asam asetat dalam

kisaran suhu optimum antara 20-40ºC,

air

naik

namun beberapa metanogen juga dapat

(Suryandono, dkk., 2007). Proses digesti

ditemukan di lingkungan ekstrim seperti

yang berlanjut menyebabkan konsentrasi

hydrothermal

NH

temperatur

limbah

+ 4

turun

dan

pH

meningkat sehingga dapat menaik-

bahwa

bersifat

kebanyakan

mesofilik

vent

yang

sampai

dengan

memiliki

100ºC.

Pada

kan nilai pH. Ion NH4+ ini akan mem-

penelitian ini, hasil pengukuran suhu

bentuk senyawa basa dan menaikkan pH

didapatkan

sehingga pH dalam digester menjadi

digester, hal ini menunjukkan bahwa

netral (Suryandono, 2004). Hasil peng-

metanogen yang berkerabat dekat dengan

ukuran

pH

Methanospaerula

berkisar

antara

yang

mempunyai

7-8,1

nilai

menunjukkan

mengalami

bahwa pH yang dihasilkan sesuai dengan

palustris

dan

31ºC

palustris

dalam

mampu

pertumbuhan

serta

Produksi CH4 tergantung pada suhu

Methanospaerula

digester,

pada

penelitian

di

lahan

populasi

gambut, produksi CH4 akan maksimal

Archaea selama pengamatan tidak di-

pada suhu antara 20-350C (Svensson,

pengaruhi

1984; Segers, 1998; Kotsyurbenko et al.

oleh

keragaman

dan

menghasilkan CH4.

syarat pH pertumbuhan metanogen. Dominansi

30ºC

suhu,

karena

hasil

pengukuran suhu dari hari ke-0 sampai

2004; Metje and Frenzel, 2005).

hari ke-20 tidak berbeda jauh, yaitu KESIMPULAN

(Gambar 9).

Metanogen yang berhasil dideteksi pada

Suhu (ºC)

berkisar antara 30ºC sampai dengan 31ºC

proses pembuatan biogas dari limbah

40 35 30 25 20 15 10 5

tahu cair selama duapuluh hari terdapat dua filotipe yaitu: metanogen tergolong dalam

Filum

Euryarchaeota

dan

metanogen yang berkerabat dekat dengan

Suhu (°C)

Methanosphaerula ketiga

yang

palustris.

Filotipe

terdeteksi

tergolong

Crenarchaeota yang kemungkinan bukan

Pengamatan hari ke-

metanogen. Gambar 9. Suhu selama Fermentasi Anaerobik

Euryarchaeota

Methanosphaerula

Limbah Cair Tahu.

palustris

dan

ditemukan

secara konsisten dari awal sampai akhir fermentasi,

sedangkan

Filum

Crenarchaeota hanya terdeteksi pada hari 46



ke-5. Metanogen yang mendominasi dari

Liu D. Y., Ding, W., X and Cai, Z., C. (2011). Relation between methanogenic archaea and methane production potential in selected natural wetland ecosystems across China. Biogeosciences 8: 329–338. Lukow, Thomas, Peter F. Dun¢eld, Werner Liesack. (2000). Use of The T-RFLP Technique to Assess Spatial and Temporal Changes in The Bacterial Community Structure within An Agricultural Soil Planted with Transgenic and Non-Transgenic Potato Plants. FEMS Microbiology Ecology 32 : 241 – 247. Metje M, Frenzel P. (2005) Effect of Temperature on Anaerobic Ethanol Oxidation and Methanogenesis in Acidic Peat from a Northern Wetland. Appl Environ Microbiol 71: 81918200. Pangastuti, A. (2008). Analisis Komunitas Bakteri Selama Tahapan Perkembangan Larva. [Disertasi]. IPB Raskin, L., Mackie, R.I., McMahon, K.D., Griffin, M.E., 1997. Methanogenic Population Dynamics during Start-Up of Anaerobic Digesters Treating Municipal Solid Waste and BiosolidsMatt. Biotechnology and Bioengineering Journal, Environmental Engineering and Science, Civil Engineering Laboratory, University of Illinois at Urbana– Champaign. 5:342-355 Segers R. (1998) Methane Production and Methane Consumption: A review of Processes Underlying Wetland Methane Fluxes. Biogeochemistry 41: 23-51. Suryandono dan Wagiman. 2004. Laju produksi Biogas dari Limbah Cair Tahu. Yogyakarta: Lembaga Penelitian UGM. Svensson B.H. (1984) Different temperature optima for methane formation when enrichments from acid peat are supplemented with acetate or hydrogen. Appl Environ Microbiol 48: 389-394. Thauer, R. K. (1998). Biochemistry of Methanogenesis: A Tribute to Marjory Stephenson. Microbiology 144: 23772406.

awal sampai akhir fermentasi adalah Methanosphaerula palustris. DAFTAR PUSTAKA Bulut Çisem. (2003). Isolation and Molecular Characterization of Lactid Acid Bacteria from Cheese. Tesis. Departemen Biotechnology and Bioengeineering. Izmir Institute of Technology Turkey. Cadillo, Q.H., Yavitt, J.B., Zinder, S.H., (2009). Methanosphaerula palustris gen. Nov.,sp.nov.,a Hydrogenotrophic Methanogen Isolated from a Minerotrophic Fen Peatland. Int J Syst Evol Microbiol 59 (Pt 5): 928-35. de Mez, T. Z. D., Stams, A. J. M., Reith, J. H., and G., Zeeman. (2003). Methane Production by Anaerobic Digestion of Wastewater and Solid Wastes. In: Biomethane and Biohydrogen Status add Perspectives of biological methan and hydrogen production. Edited by J.H. Reith, R.H. Wijffels and H. Barten. Dutch Biological Hydrogen Foundation. Freitag, T., E. and Prosser, J., I.(2009). Correlation of Methane Production and Functional Gene Transcriptional Activity in a Peat Soil. Appl. Environ. Microbiol. 75: 6679-6687. Galand, P. E., Fritze, H., and Yrjala, K.(2003) Microsite-dependent changes in methanogenic populations in a boreal oligotrophic fen, Environ. Micribiol. 5: 1133-1143. Kotsyurbenko O., R., Chin K.,J., Glagolev M.,V., Stubner S., Simankova M., V., Nozhevnikova A., N., and Conrad R. (2004) Acetoclastic and Hydrogenotrophic Methane Production and methanogenic Populations in an Acidic WestSiberian Peat Bog. Environ Microbiol 6: 1159-1173. Krebs, C. J. 1972. Ecology: The Experimental Analysis of Distribution and Abundance. Harper and Row Publisher. New York.

47



Todar, K. (2009). The Procaryotes: Archaea and Bacteria. Thesis. University of Wisconsin-Madison Department of Bacteriology.

48

ANALISIS T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism) KOMUNITAS METANOGEN SELAMA FERMENTASI ANAEROBIK LIMBAH CAIR TAHU

Recommend Documents