BIODEGRADASI FENOL LIMBAH CAIR INDUSTRI TEKSTIL OLEH Candida tropicalis
AKMAL
DEPARTEMEN BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
ABSTRAK AKMAL. Biodegradasi Fenol Limbah Cair Industri Tekstil oleh Candida tropicalis. Dibimbing oleh SURYANI dan LAKSMI AMBARSARI. Sejumlah besar limbah dihasilkan selama industri tekstil beroperasi. Limbah tersebut mengandung banyak senyawa fenol sehingga menjadi permasalahan lingkungan yang serius. Salah satu mikroorganisme yang mampu menggunakan fenol sebagai sumber karbonnya adalah Candida tropicalis. Pada penelitian ini, Candida tropicalis digunakan dalam teknik biodegradasi fenol secara aerobik untuk menurunkan konsentrasi fenol tersebut pada kondisi optimum. Konsentrasi fenol dianalisis dengan metode 4-aminoantipirina pada panjang gelombang 510 nm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju degradasi optimum tercapai pada suhu 30 oC dan pH 6. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi fenol pada limbah tekstil yang tidak diberi perlakuan (kontrol) tidak mengalami penurunan selama pengamatan, sedangkan limbah tekstil yang diinokulasi sel Candida tropicalis mengalami penurunan sebesar 30% selama 6 jam dengan laju degradasi 0.025 mg L-1 jam-1. Laju degradasi Candida tropicalis dalam limbah tekstil tersebut lebih rendah daripada laju degradasi pada fenol murni sebesar 12.5 mg L-1 jam-1. Hasil penelitian lainnya memperlihatkan bahwa fenol limbah tekstil lebih cenderung didegradasi daripada digunakan untuk sintesis biomassa sel yang ditunjukkan dengan nilai rapat optik biomassa sel yang konstan selama pengamatan.
ABSTRACT AKMAL. Biodegradation of Phenol Compound in Textile Industry Wastewater by Candida tropicalis. Under the direction of SURYANI and LAKSMI AMBARSARI. Large quantities of textile waste were produced during the operation of textile industry. It materials contained a high level of phenol compounds that results a serious environmental problem. One of microorganism that used phenol for carbon source is Candida tropicalis. In this studi, Candida tropicalis was used in an aerobic biodegradation process to reduce phenol concentration in order to optimum condition. Phenol concentration was determined by 4-aminoantipyrine method on 510 nm. Results showed that degradation rate is optimum at 30oC and a pH of 6. Phenol concentration in control not decrease during observation, meanwhile textile wastewater that inoculation Candida tropicalis decrease 30% for 6 hours with degradation rate 0.025 mg L -1 h-1 . This degradation rate is lower than in pure phenol 12.5 mg L-1 h-1. The other results show that phenol disposed to degraded than to produce cell biomass that showing optical density of cell biomass is constant during observation.
BIODEGRADASI FENOL LIMBAH CAIR INDUSTRI TEKSTIL OLEH Candida tropicalis
AKMAL
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Biokimia
DEPARTEMEN BIOKIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Judul Skripsi Nama NIM
: Biodegradasi Fenol Limbah Cair Industri Tekstil oleh Candida tropicalis : Akmal : G84062216
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Suryani, M.Sc Ketua
Dr. Laksmi Ambarsari, MS Anggota
Diketahui
Dr.Ir. I Made Artika, M.App., Sc Ketua Departemen Biokimia
Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji serta syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan berkat dan rahmat-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan dengan baik. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biokimia Departemen Biokimia IPB selama periode Januari-Maret 2010 dengan judul Biodegradasi Fenol Limbah Cair Industri Tekstil oleh Candida tropicalis. Penelitian ini dibiayai oleh Bogor International Club. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Suryani, M.Sc, selaku ketua komisi pembimbing dan Dr. Laksmi Ambarsari, MS, selaku anggota komisi pembimbing yang telah membimbing dan memberikan masukannya kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada kelompok peneliti KKP3T atas nama Dr. Laksmi Ambarsari, MS dkk. yang telah mengizinkan untuk menggunakan kultur Candida tropicalis dalam penelitian ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Mochammad Nasodikin yang telah memberikan bantuannya selama penelitian dan Candra Catur Nugeraha yang telah membantu dalam penyusunan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada bapak, ibu, serta seluruh keluarga atas doa dan kasih sayangnya.
Bogor, Agustus 2010
Akmal
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 8 Maret 1989 dari ayah Madinah dan ibu Yani. Penulis merupakan putra ketiga dari empat bersaudara. Tahun 2006 penulis lulus dari SMA Negeri 66 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Tahun 2007 penulis memilih Mayor Biokimia, Departemen Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Struktur dan Fungsi Subseluler pada tahun ajaran 2009/2010 dan 2010/2011. Pada tahun 2008 penulis menjadi finalis Kompetisi Karya Tulis Mahasiswa (KKTM) tingkat IPB dengan judul Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang untuk Produksi Xilanase Termostabil. Selain itu, penulis juga pernah melaksanakan Praktik Lapangan di Laboratorium Mikrobiologi, Departemen Quality Assurance/Quality Control, PT Bayer Indonesia-Pabrik Cimanggis dan menyusun laporan dengan judul Analisis Kuantitatif d-Biotin pada Produk Multivitamin Secara Mikrobiologis dengan Metode Turbidimetri. Selain itu, penulis juga aktif dalam organisasi keprofesian yaitu Community of Research and Education in Biochemistry (CREBs) sebagai staf Divisi Metabolisme periode 2008-2009 dan ketua Divisi Research and Development periode 2009-2010, serta staf Divisi Entrepreneur Koperasi Mahasiswa periode 2006-2007. Penulis juga aktif dalam beberapa kepanitian seperti Lomba Karya Ilmiah Populer (LKIP) Pesta Sains Nasional (2007 dan 2008), G-Art and Creativity Competition (2008), G-Faculty Orientation for Scientist (2008), Pelatihan Penanganan Hewan Coba (2008) dan Pesta Sains Nasional (2009). Selama mengikuti perkuliahan penulis juga tercatat sebagai staf pengajar di Lembaga Bimbingan Belajar dan Privat Unggul College, Mafia Clubs, dan Salemba Group.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .........................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... vi PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Fenol ...................................................................................................... 2 Mikroorganisme Pendegradasi Fenol ...................................................... 3 Candida tropicalis dan Pemanfaatannya ................................................ 5 Pertumbuhan Khamir ............................................................................. 6 Lintasan Metabolisme dan Senyawa Intermediet Biodegradasi Fenol ..... 6 Limbah Cair Industri Tekstil .................................................................. 10 Pengolahan Limbah Cair Industri Tekstil ................................................ 10 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ...................................................................................... 11 Metode Penelitian .................................................................................. 11 HASIL DAN PEMBAHASAN Adaptasi Kultur Candida tropicalis pada Media yang Mengandung Fenol Profil Pertumbuhan Candida tropicalis .................................................. Hasil Analisis Limbah Cair Industri Tekstil ........................................... Nilai pH Optimum Biodegradasi Fenol .................................................. Suhu Optimum Biodegradasi Fenol ........................................................ Biodegradasi Fenol Limbah Tekstil oleh Candida tropicalis ..................
13 13 15 15 16 17
SIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 18 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 18 LAMPIRAN ................................................................................................. 24
DAFTAR TABEL Halaman 1 Konsentrasi fenol dalam limbah cair industri ..............................................
3
2 Mikroorganisme pendegradasi fenol ...........................................................
4
3 Sumber isolat khamir pendegradasi fenol C. tropicalis ...............................
5
4 Jenis lintasan biodegradasi fenol pada mikroorganisme ............................... 7 5 Senyawa intermediet dan produk biodegradasi fenol pada mikroorganisme .
8
6 Hasil analisis limbah cair tekstil ................................................................. 15 7 Laju degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi pH ..................... 15 8 Laju degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi suhu .................. 17 9 Laju degradasi fenol ................................................................................... 17
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur kimia fenol ...................................................................................
2
2 Kurva pertumbuhan sel khamir ...................................................................
6
3 Dua lintasan biodegradasi fenol secara aerobik ............................................ 9 4 Lintasan meta biodegradasi fenol ............................................................... 9 5 Pengolahan limbah cair industri tekstil ....................................................... 11 6 Candida tropicalis setelah diadaptasi pada media yang mengandung fenol . 13 7 Kurva pertumbuhan dan kurva degradasi fenol ........................................... 14 8 Laju degradasi fenol C. tropicalis selama fase pertumbuhan ....................... 14 9 Persentase degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi pH ............ 15 10 Persentase degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi suhu ......... 17 11 Profil biodegradasi fenol limbah tekstil oleh Candida tropicalis ................. 17
2
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Strategi penelitian ...................................................................................... 25 2 Kurva standar fenol .................................................................................... 26 3 Hasil perhitungan persentase dan laju degradasi fenol ................................ 27 4 Baku mutu limbah cair bagi industri ............................................................ 28 5 Baku mutu limbah cair bagi industri tekstil ................................................ 29
PENDAHULUAN Fenol merupakan senyawa organik yang bersifat toksik. Senyawa ini merupakan polutan yang bersifat persisten di dalam air. Kontaminasi fenol di lingkungan dapat berasal dari udara dan air buangan proses produksi, penggunaan, dan pembuangan produk-produk yang mengandung fenol. Limbah industri yang banyak mengandung fenol diantaranya, industri kimia, petrokimia, farmasi, tekstil, dan baja (Rocha et al. 2007). Menurut Shetty et al. (2007), konsentrasi fenol yang terdapat dalam limbah tersebut sangat bervariasi dengan kisaran 10-3000 mg/L. Senyawa ini dapat dikatakan aman bagi lingkungan jika konsentrasinya berkisar antara 0.5-1.0 mg/L sesuai dengan KEP No. 51/MENLH/ 10/1995 dan ambang batas fenol dalam air baku air minum adalah 0.002 mg/L seperti yang dinyatakan oleh Badan Pengendalian Dampak Lingkungan (Bapedal) (Slamet et al. 2005). Oleh sebab itu, diperlukan usaha untuk mereduksi konsentrasi fenol dalam limbah tersebut perlu dilakukan sebelum dibuang ke perairan umum. Metode yang biasa digunakan untuk mereduksi konsentrasi fenol dalam limbah antara lain radiasi sinar ultraviolet, H2O2, ultrasonik dengan atau tanpa katalis (Komarkova et al. 2003), fotokatalis (Slamet et al. 2005), serta reaksi Fenton (Siedlecka & Stepnowski 2005). Metode penanganan konvensional tersebut mempunyai beberapa kelemahan diantaranya memerlukan biaya yang tinggi, menghasilkan senyawa samping yang bersifat toksik, dan proses mineralisasinya tidak sempurna (Saravanan et al. 2008b). Faktor biaya tersebut merupakan alasan bagi kalangan industri tekstil skala rumah tangga sampai menengah untuk tidak melakukan pengolahan terhadap buangan industrinya sehingga mengakibatkan terjadinya pencemaran lingkungan seperti yang terjadi di Pekalongan pada tahun 2007. Menurut Badan Pengendalian Dampak Lingkungan Daerah (Bapedalda) Jateng menyatakan bahwa pada tahun 2007 terdapat 130 industri tekstil rumahan di Desa Simbang Kulon, Kecamatan Buaran, Kabupaten Pekalongan yang telah mencemari lingkungan. Kondisi pencemarannya sudah tingkat kritis, mengakibatkan sumber air di desa itu tidak layak dikonsumsi. Dengan demikian, diperlukan metode alternatif lain dalam menangani limbah fenol pada industri tekstil dengan biaya yang lebih murah yaitu teknik biodegradasi.
Biodegradasi merupakan proses mineralisasi secara sempurna dari suatu senyawa kimia menjadi senyawa sederhana seperti CO2, H2O, NO3 dan senyawa anorganik lainnya (Nair et al. 2008). Prinsip teknik ini yaitu polutan organik digunakan sebagai sumber karbon dan energi oleh mikroorganisme sehingga proses pertumbuhan mikroorganisme yang terjadi akan menghasilkan degradasi sempurna (mineralisasi) polutan organik tersebut. Secara umum mekanisme biodegradasi fenol dapat terjadi secara aerobik maupun anaerobik (Ruiz-Ordaz et al. 2001). Keuntungan yang diperoleh melalui teknik ini adalah biaya yang murah dan tidak dihasilkannya polutan sampingan karena fenol dapat secara sempurna didegradasi menjadi H2O dan CO2 (Jiang et al. 2007b). Teknik ini sangat mudah diaplikasikan untuk mendegradasi fenol pada limbah buangan industri dikarenakan fenol merupakan senyawa aromatik yang mudah didegradasi daripada senyawa aromatik lainnya (Komarkova et al. 2003). Pseudomonas merupakan genus bakteri yang paling banyak dilaporkan kemampuannya dalam mendegradasi fenol (Annadurai et al. 2007; Agarry et al. 2008a; Agarry et al. 2008b; Agarry et al. 2008c; Lin et al. 2008; Agarry et al. 2009), sedangkan Pseudomonas putida merupakan spesies bakteri yang dapat menggunakan fenol sebagai sumber karbon utamanya (Vilímková et al. 2008). Trichosporon cutaneum (Mörtberg & Neujahr 1985), Aureobasidium pullulans FE13 (Santos et al. 2009), Candida albicans TL3 (Tsai et al. 2005), dan Candida tropicalis (Komarkova 2003; Jiang et al. 2007b; Varma & Gaikwad 2009) juga dilaporkan merupakan fungi yang mampu mendegradasi fenol. Apabila dibandingkan dengan bakteri dan fungi berfilamen, khamir memiliki banyak keunggulan. Khamir tidak hanya dapat tumbuh cepat seperti bakteri, tetapi juga mempunyai kemampuan untuk hidup di dalam lingkungan yang kurang mendukung seperti halnya fungi berfilamen (Rocha et al. 2007). Khamir sangat potensial untuk dimanfaatkan dalam teknik biodegradasi fenol, salah satunya adalah Candida tropicalis. Candida tropicalis merupakan khamir pendegradasi fenol yang mampu tumbuh dalam lingkungan yang konsentrasi fenolnya sangat tinggi dan mampu menggunakan fenol sebagai satu-satunya sumber karbon utamanya (Rocha et al. 2007). C. tropicalis juga dapat
2
mendegradasi turunan fenol dan senyawa alifatik lainnya dalam lingkungan yang konsentrasi fenolnya relatif tinggi sekitar 3000 mg/L (Ruiz-Ordaz et al. 2001). Akan tetapi, pemanfaatan C. tropicalis dalam penanganan limbah tersebut belum banyak dilakukan. Optimasi media dan kondisi pertumbuhan untuk degradasi fenol juga merupakan faktor yang sangat penting dalam pengembangan bioproses (Ghanem et al. 2009). Oleh sebab itu, diperlukan kajian mengenai kemampuan C. tropicalis dalam mendegradasi limbah fenol industri tekstil pada kondisi optimum. Tujuan penelitian ini yaitu memanfaatkan C. tropicalis untuk menurunkan konsentrasi fenol dalam limbah cair industri tekstil. Hipotesis penelitian ini adalah fenol yang terkandung di dalam limbah tekstil dapat didegradasi secara sempurna oleh Candida tropicalis dalam kondisi optimum. Penelitian ini diharapkan mampu menjadi alternatif penanganan limbah fenol industri tekstil.
TINJAUAN PUSTAKA Fenol Fenol (C6H6O) merupakan senyawa organik yang mempunyai gugus hidroksil yang terikat pada cincin benzena (Gambar 1). Senyawa ini merupakan turunan dari benzena melalui penggantian gugus hidrogen dengan hidroksil, sehingga senyawa ini sering disebut hidroksi benzena. Senyawa fenol juga mempunyai beberapa nama lainnya seperti asam karbolik, fenat monohidroksibenzena, asam fenat, asam fenilat, fenil hidroksida, oksibenzena, benzenol, monofenol, fenil hidrat, fenilat alkohol, Baker’s P dan S, dan fenol alkohol (Nair et al. 2008). Fenol merupakan senyawa padat tidak berwarna dengan berat molekul 94.11 g/mol, massa jenis 1.072, dan titik didih sebesar 181.9oC. Fenol bersifat higroskopis, berbau tajam, dan bersifat iritasi. Fenol menguap lebih lambat daripada air dan larut dengan baik dalam air, tetapi tidak larut dalam natrium karbonat. Fenol juga dapat larut dalam pelarut organik seperti aromatik hidrokarbon, alkohol, keton, eter, asam, dan hidrokarbon halogen (Piakong 2006). Menurut Haris (2003), fenol lebih asam bila dibandingkan dengan alkohol, tetapi lebih basa daripada asam karbonat. Fenol dan turunannya bersifat toksik dan termasuk ke dalam zat berbahaya. Keberadaan fenol di lingkungan dapat bersumber dari aktivitas alam ataupun
aktivitas manusia. Fenol merupakan unsur pokok aspal, dan senyawa tersebut dibentuk selama proses dekomposisi materi organik. Peningkatan konsentrasi fenol di lingkungan dapat disebabkan oleh kebakaran hutan. Fenol juga banyak terdapat dalam buangan limbah industri (Tabel 1). Tanah yang terkontaminasi fenol akan menyebabkan kualitas air tanah tersebut akan menurun. Fenol terdegradasi di udara sekitar 1–2 hari, sedangkan di dalam air fenol bersifat persisten (ATSDR 2008). Sementara itu, fenol yang terdapat di tanah dapat didegradasi oleh bakteri atau mikroorganisme lainnya yang dapat menggunakan fenol sebagai sumber karbonnya. Fenol dapat menyebabkan efek akut yaitu terganggunya sistem saraf pusat yang dapat mengakibatkan pingsan dan koma. Fenol juga dapat menyebabkan hipotermia (penurunan suhu tubuh) dan depresi miokardial (Nair et al. 2008). Efek akut fenol yang paling sering terjadi adalah iritasi kulit seperti luka bakar. Apabila fenol kontak dengan mata dapat menyebabkan iritasi, pembengkakan, pemutihan kornea, dan pada akhirnya kebutaan. Fenol dapat juga menyebabkan kerusakan hati. Sementara itu, efek kronis lainnya yang ditimbulkan yaitu anoreksia, gangguan saluran pencernaan, muntahmuntah, nyeri otot, dan gangguan syaraf. Fenol juga diduga dapat menyebabkan kelumpuhan dan kanker (Nair et al. 2008). Fenol dapat bersifat karsinogenik bagi manusia pada konsentrasi 5-25 mg/L (El-Naas et al. 2009). Hewan yang menghirup fenol dalam waktu yang lama akan menderita iritasi paruparu, kejang otot, kehilangan keseimbangan, nekrosis hati, luka pada ginjal, dan jantung. Fenol juga dapat menurunkan respon antibodi mencit secara signifikan terhadap sel darah merah biri-biri yang diinjeksikan apabila diberi fenol ≥6.2 mg/kg/hari di dalam air minumnya (ATSDR 2008).
Gambar 1 Struktur kimia fenol.
Tabel 1 Konsentrasi fenol dalam limbah cair industri Industri Konsentrasi Fenol (mg/L) Pabrik fenol 3000-4000 Pabrik pulp dan 33.1-40 kertas Pabrik tekstil 12.3 Pabrik minyak zaitun 3000-10000 Pabrik resin fenolik 1200->10000 Pabrik kimia 0.01-0.30 Pabrik kilang minyak 33.5 Sumber: Piakong (2006) Mikroorganisme Pendegradasi Fenol Mikroorganisme yang mampu mendegradasi fenol telah berhasil diisolasi pertama kali oleh Stormer pada tahun 1908, akan tetapi penjelasan rinci mengenai cara kerjanya tidak diberikan (Evans 1947). Mikroorganisme tersebut dapat diisolasi dari tanah maupun air yang tercemar fenol. Mikroorganisme yang mampu mendegradasi fenol tidak hanya berasal dari genus bakteri saja, melainkan khamir, jamur, dan alga (Tabel 2). Beberapa spesies bakteri yang mampu mendegradasi fenol diantaranya, Bacillus sp., Pseudomonas sp., Acinotobacter sp., dan Achromobacter sp. Gurujeyalakshmi dan Oriel (1989) menambahkan bahwa beberapa bakteri mesofilik lainnya mampu mendegradasi fenol seperti Alcaligenes spp. dan Streptomyces setonii, juga bakteri termofilik yaitu Bacillus stearothermophilus. Kemampuan biodegradasi fenol Cupriaviavidus metallidurans juga telah diteliti oleh Stehlickova et al. (2009) dengan sistem batch dan penambahan senyawa humat. Bakteri lainnya yang mampu mendegradasi fenol adalah Comamonas testoteroni ZD 4-1 yang diisolasi dari lumpur pabrik peptisida di Cina (Chen et al. 2003). Menurut Leahly dan Cowell (1990), mikrob pendegradasi fenol yang terpenting di lingkungan air laut dan tanah antara lain, Achromobacter, Acinetobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, dan Pseudomonas spp. Hasil penelitian Abd-El-Haleem et al. (2003) menunjukkan bahwa Acinetobacter sp. W-17 mampu mendegradasi fenol (500 mg/L) dengan sempurna selama 120 jam. Isolat bakteri EDP3 (97.0% homolog dengan Acinetobacter calcoaceticus) juga diketahui mempunyai kemampuan menggunakan fenol sebagai sumber karbonnya dengan konsentrasi mencapai 1000 mg/L pada suhu ruang (25oC)
(Geng et al. 2006). Pandoraea sp. yang diisolasi dari tanah Laut Merah juga dilaporkan mempunyai kemampuan mendegradasi 100% fenol dengan konsentrasi 50 mg/L selama tiga hari dan hanya mampu mendegradasi 15% fenol yang diberikan dengan konsentrasi 100 mg/L (Amer 2008). Bakteri denitrifikasi juga memiliki kemampuan mendegradasi fenol secara anaerobik seperti Azoarcus sp. strain CC-11 dan bakteri spiral strain CC-26 (Shinoda et al. 2000). Schie dan Young (1998) juga telah berhasil mengisolasi beberapa galur bakteri denitrifikasi pendegradasi fenol yaitu PH002, CR23, dan FL05 yang masing-masing mempunyai batas toleransi fenol sebesar 3.5, 3.5, dan 1.5 mM. Hasil perunutan gen 16S rRNA memperlihatkan bahwa ketiga galur tersebut termasuk ke dalam genus Azoarcus. Mikrob yang sudah banyak diteliti kemampuannya dalam mendegradasi fenol adalah Pseudomonas sp. Beberapa spesies Pseudomonas yang sudah diteliti diantaranya P. aeruginosa (Afzal et al. 2007; Agarry et al. 2008a, Agarry et al. 2008b, Agarry et al. 2008c), P. fluorescence (Agarry et al. 2008a; Agarry et al. 2008b; Agarry et al. 2008c; Lin et al. 2008), P. putida (El-Naas et al. 2009), P. pictorum (Annadurai et al. 2007; Annadurai & Lee 2007), dan P. pseudomallei (Afzal et al. 2007). Walaupun demikian, P. putida merupakan spesies Pseudomonas yang dilaporkan mampu menggunakan fenol sebagai sumber karbon utama dan satusatunya dengan laju degradasi relatif tinggi (El-Naas et al. 2009). Kemampuan alga Ochromonas danica dalam mendegradasi fenol telah diteliti oleh Semple dan Cain (1995). Mikroalga lainnya seperti Ankistrodesmus braunii dan Scenedesmus quadricauda yang ditumbuhkan pada media dengan fenol 400 mg/L mampu mengkonversi fenol tersebut lebih dari 70% selama lima hari (Pinto et al. 2002). Phanerocheate chrysosporium, Corious versicolor, Streptomyces sp. (Nair et al. 2008), dan Aureobisidium pullulans FE13 (Santos et al. 2009) juga sudah terbukti merupakan kelompok fungi yang secara efisien mampu mendegradasi senyawa fenolik. Leahly dan Colwell (1990) melaporkan bahwa jamur dari genus Aspergillus dan Penicillium hasil isolasi dari tanah dan laut mampu mendegradasi fenol. Fungi berfilamen Fusarium flocciferum juga telah dilaporkan mampu mendegradasi senyawa fenolik mencapai 200 mg/L selama 24 jam (Mendonça et al. 2004).
4
Tabel 2 Mikroorganisme pendegradasi fenol Mikroorganisme Parameter*
Bakteri Acinetobacter sp. W-17 Alcaligenes faecalis Cupriavidus metallidurans Comamonas testosteroni ZD4-1 Corynebacterium sp. DJ1 Nocardia sp. C-14-1 P. aeruginosa ZD4-3 P. fluorescence P. pseudomallei P. putida Klebsiella oxytoca Kultur Campuran Bakteri Mixed cultura P. aeruginosa dan P. fluorescence Fungi Aspergillus flavus Fusarium sp. HJ01
Khamir Aureobasidium pullulans FE13 Candida albicans PDY-07 C. tropicalis C. tropicalis C. tropicalis C. tropicalis Ct2 C. tropicalis CTM 2 (mutan) C. tropicalis NCIM 3556 C. tropicalis RETL-Cr1 Nicordia hydrocarbonoxydans NCIM 2386 Alga Ankistrodesmus braunii Ochromonas dánica
Scenedesmus quadricauda
Laju degradasi (mgL-1jam-1)
Pustaka
A, SB, ST
4.17
A, SB, ST A, SB, SC A, SB, ST A, GA, ST A, SB, ST A, SB, ST A, SB, SLKM A, SB, ST A, SA, ST A, SB, ST
21.05 8.33 10.42 31.5 28.57 20.83 0.35 13.85 2-36 1.04
Abd-El-Haleem et al. (2003) Jiang et al. (2007a) Stehlicova et al. (2009) Chen et al. (2003) Kuo-Ling et al. (2009) Ma et al. (2010) Chen et al. (2003) Ojumu et al. (2005) Afzal et al. (2007) El-Naas et al. (2009) Shawabkeh et al. (2007)
A, SB, ST, IMB A, SB, ST
0.438 4.17-5.20
Marrot et al. (2006) Agarry et al. (2008a)
A, SB, ST A, SB, ST A, SB, SC
1.39-2.92 2.19 2.19-2.91
Ghanem et al. (2009) Cai et al. (2007) Cai et al. (2007)
A, SB, ST
18.35
Santos et al. (2009)
A, SA, ST AN, SB, SC A, SB, ST, RBMBC A, SB, ST A, SB, SC A, SA, ST, FBR A, SA, SC. FBR A, SB, ST, FB
20.45 26.47 99-191
A, SB, SS A, SB, ST
36.88 125
A, SB, ST A, SA, ST, PPB
18.8 33.33
Santos et al. (2009) Wang et al. (2009) Ruiz-Ordaz et al. (2001) Jiang et al. (2006a) Jiang et al. (2006a) Galíndez-Mayer et al. (2008) Komarkova et al. (2003) Jiang et al. (2007b) Varma dan Gaikwad (2009) Piakong (2006) Shetty et al. (2007)
A, SB, ST A, SB, ST
2.33 24
A, SB, SC
12
A, SB, ST
2.33
30.30 15.15 60 55 157
Pinto et al. (2002) Semple dan Chain (1995) Semple dan Chain (1995) Pinto et al. (2002)
*) A: Aerobik, AN: Anaerobik, SB: Sel Bebas, SA: Sel Amobil, ST: Substrat Tunggal, SC: Substrat Campuran, RBMBC: Repeated Batch Multistage Bubble Column, FBR: Fluidized Bed Reactor, FB: Fedbatch, B: Batch, IMB: Immersed Membrane Bioreactor, RB: Repeated Batch, PPB: Pulsed Plate Bioreactor
Bergauer et al. (2005) telah berhasil mengisolasi berbagai spesies khamir psikrofil pendegradasi fenol yang berasal dari Gunung Alpine diantaranya, Cryptococcus terreus (tiga galur), Cryptococcus terricola (satu galur), Rhodosporidium lusitaniae (dua galur), Rhodotorula creatinivora (sepuluh galur), Rhodotorula ingeniosa (satu galur), Mastigobasidium intermedium (satu galur), Sporobolomyces roseus (dua galur), dan Microbotryomycetidae (12 galur). C. tereus (dua galur), R. creatinivora (Sembilan galur), R. ingeniosa, dan Microbotryomycetidae (dua galur) merupakan khamir psikrofil yang mampu tumbuh dengan sangat baik di lingkungan yang mengandung fenol dengan nilai OD660 >0.1. Spesies khamir yang banyak dijadikan objek penelitian biodegradasi fenol berasal dari genus Candida. Candida merupakan genus khamir yang mempunyai beberapa spesies yang mampu menggunakan n-alkana sebagai sumber karbon dan mampu mengoksidasi berbagai macam senyawa aromatik, diantaranya C. maltosa (Corti et al. 1995; Fialová et al. 2004), C. rugosa (Rocha et al. 2007), C. aquaetextoris (Vallini et al. 2001), C. albicans TL3 (Tsai et al. 2005), C. albicans PDY-07 (Wang et al. 2009), C. parapsilosis (Rigo & Alegre 2004), dan C. tropicalis (Ruiz-Ordaz et al. 2001; Komarkova et al. 2003; Ettayebi et al. 2003; Rocha et al. 2007; Varma & Gaikwad 2009). Candida tropicalis dan Pemanfaatannya Candida tropicalis merupakan makhluk hidup eukariot bersel tunggal (uniseluler) yang umumnya melakukan reproduksi vegetatif dengan tunas dan mempunyai fase pertumbuhan yang sama dengan khamir. Candida tropicalis telah dilaporkan memiliki kemampuan untuk mendegradasi fenol, turunannya, dan senyawa hidrokarbon alifatik dengan laju biodegradasi relatif tinggi (RuizOrdaz et al. 2001; Eschenfeldt et al. 2003; Komarkova et al. 2003; Varma & Gaikwad 2009). Candida tropicalis yang mempunyai kemampuan biodegradasi fenol biasanya diisolasi dari lingkungan yang terkontaminasi atau mengandung fenol dalam jangka waktu yang lama. Berbagai jenis isolat C. tropicalis yang mempunyai kemampuan mendegradasi fenol dapat dilihat pada Tabel 3. Piakong (2006) telah berhasil mengisolasi C. tropicalis RETL-Crl dari limbah kilang minyak Exxon Mobile dan mempelajari
mekanisme degradasi fenolnya menggunakan teknik fermentasi batch dan fed-batch dalam kondisi aerobik. C. tropicalis YMEC14 juga telah digunakan oleh Ettayebi et al. (2003) sebagai galur ekstremofil untuk rancangan proses biologis secara aerobik dalam detoksifikasi limbah pabrik minyak zaitun dan mereduksi polutan organik yang dihasilkan. Hasil penelitian Rocha et al. (2007) menunjukkan bahwa C. tropicalis mampu tumbuh pada lingkungan yang mengandung fenol 500 mg/L, sedangkan pada konsentrasi 1500 dan 2000 mg/L khamir tersebut tidak dapat tumbuh (Rocha et al. 2007). Jiang et al. (2007b) melaporkan bahwa Candida tropicalis mampu mendegradasi fenol mencapai 2000 mg/L dan laju biodegradasinya akan meningkat apabila sel tersebut dimutasi dengan sinar laser He-Ne. Regulasi biodegradasi fenol pada C. tropicalis terdapat pada reaksi hidroksilasi fenol menjadi katekol dan katekol menjadi cis,cis-asam mukonat. Enzim yang bertanggung jawab dalam menghidroksilasi fenol menjadi katekol pada C. tropicalis adalah sitokrom P-450 monoksigenase (Stiborová et al. 2003) dan fenol hidroksilase (Vilímkova et al. 2008). Sistem NADPH-sitokrom P450 yang biasa dikenal sebagai function oxygenase system (MFO system) merupakan sistem enzim yang terlibat dalam fase I biotransformasi pada sel hati mamalia (Ming-Ho 2005). Enzim ini mempunyai sejumlah isoenzim yaitu bentuk lain dari enzim yang mengkatalisis reaksi yang sama tetapi mempunyai perbedaan karakteristik fisik ataupun kinetik (Hames & Hooper 2005). Tabel 3 Sumber isolat khamir pendegradasi fenol Candida tropicalis Jenis Isolat C. tropicalis
C. tropicalis C. tropicalis Ct2 C. tropicalis RETL-Cr1
Sumber Tanah yang terkontaminasi hidrokarbon aromatik Lumpur aktif Lumpur aktif pabrik pengolahan air Limbah pabrik kilang minyak
Pustaka Vilimkova et al. (2008) Stiborova et al. (2003) Jiang et al. (2007) Komarkova et al. (2003) Piakong (2006)
C. tropicalis
Limbah pabrik kilang minyak
Rocha et al. (2007)
C. tropicalis YMEC14
Limbah pabrik minyak zaitun
Ettayebi et al. (2003)
6
produksi yang tergambar dari kurva pertumbuhan (Gandjar et al. 2006). Setiap mikroorganisme mempunyai kurva pertumbuhan, begitu pula dengan khamir. Kurva pertumbuhan tersebut dapat memberikan informasi mengenai faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan suatu khamir seperti suhu optimum, maksimum, dan minimum khamir tersebut (Gandjar et al. 2002). Kurva tersebut diperoleh dengan menghitung kekeruhan media dalam waktu tertentu. Kurva pertumbuhan mempunyai beberapa fase, antara lain: (1) fase lag, (2) fase logaritma atau eksponensial, (3) fase deselerasi, (4) fase stasioner, dan (5) fase kematian (Gambar 2). Fase lag merupakan fase yang terjadi setelah inokulasi dan merupakan periode penyesuaian sel-sel dengan lingkungan barunya dan pembentukan enzim-enzim untuk menguraikan substrat (Shuler & Kargi 2002; Gandjar et al. 2006). Selama fase ini, massa sel kemungkinan akan sedikit meningkat tanpa diikuti peningkatan densitas sel. Selain itu, umur inokulum yang digunakan sangat mempengaruhi lamanya periode fase lag berlangsung atau dengan kata lain peningkatan periode fase lag berkaitan dengan umur yang digunakan (Shuler & Kargi 2002).
Pertumbuhan Khamir
Gambar 2 Kurva pertumbuhan sel khamir.
Definisi pertumbuhan dalam mikrobiologi adalah pertambahan volume sel karena adanya pertambahan protoplasma dan asam nukleat yang melibatkan sintesis DNA dan pembelahan mitosis (Gandjar et al. 2006). Pertumbuhan volume sel tersebut bersifat irreversibel, artinya tidak dapat kembali ke volume semula. Suatu koloni umunya digunakan sebagai kriteria terjadinya pertumbuhan karena massa sel tersebut berasal dari satu sel. Pertumbuhan khamir yang ditunjukkan dengan terbentuknya koloni merupakan akibat dari pembagian sel-sel khamir menjadi sejumlah anak sel. Koloni tersebut terbentuk karena pertambahan populasi dan sebenarnya merupakan proses
Jumlah Khamir (CFU/mL)
Reaksi-reaksi yang dikatalisis enzim tersebut antara lain, hidroksilasi (senyawa karbon alifatik dan aromatik), dealkilasi, deaminasi, epoksidasi, transfer grup oksidatif, dan dehidrogenasi (Ming-Ho 2005). Enzim tersebut juga terdapat pada sel C. tropicalis yang berlokasi di membran retikulum endoplasma (Stiborová et al. 2003). Oleh sebab itu, dapat diduga bahwa enzim sitokrom P450 monoksigenase yang menghidroksilasi fenol menjadi katekol pada C. tropicalis merupakan cara untuk mengurangi efek toksik fenol. Dugaan ini diperkuat oleh tulisan Bergauer et al. (2005) yang menyatakan bahwa fenol yang mengalami hidroksilasi akan mengalami penurunan tingkat toksisitasnya sehingga lebih rendah daripada yang mengalami metilasi. Fenol hidroksilase merupakan enzim kunci pada tahap pertama biodegradasi fenol. Fenol hidroksilase ditemukan pada sitoplasma dan mikrosom sel. Aktivitas fenol hidroksilase sitoplasma dua kali lebih tinggi daripada fenol hidroksilase mikrosom (Stiborová et al. 2003). Setelah dibentuk katekol maka selanjutnya akan terjadi pembelahan cincin aromatik melalui lintasan ortho dengan enzim kuncinya katekol 1,2-dioksigenase. Candida tropicalis juga mempunyai kemampuan untuk menggunakan berbagai macam sumber karbon lainnya seperti gula, asam lemak, alkana, dan turunannya karena mempunyai enzim sitokrom P450 monooksigenase (Dommes et al. 1983; Eschenfeldt et al. 2003). Kegunaan lain dari Candida tropicalis di bidang industri yaitu berperan dalam proses produksi xilitol (Rao et al. 2006; Ko et al. 2006) dan etanol (Jamai et al. 2007).
Fase Stasioner
Fase Logaritma
Fase Kematian
Fase Lag
Waktu
Lintasan Metabolisme dan Senyawa Intermediet Biodegradasi Fenol Degradasi senyawa fenol dapat dilakukan lebih mudah dibandingkan dengan senyawa hasil sintetik, derivat atau homolog aromatis. Menurut Suryanto (2003), hal tersebut lebih disebabkan karena senyawa fenol telah lebih lama dikenali mikroorganisme pendegradasi sehingga mikrob mampu mendegradasi jauh lebih baik dibandingkan dengan degradasi senyawa derivat sintetiknya. Senyawa fenol tersebut secara umum dapat didegradasi oleh mikroorganisme secara aerob maupun anaerob. Akan tetapi, degradasi fenol secara aerob lebih cepat daripada secara
yaitu proses secara enzimatik dengan anaerob. Selain itu, penambahan glukosa atau menggunakan limbah organik tersebut sebagai asam amino ke dalam substrat dapat sumber karbon dan energi, dan proses secara mendukung aktivitas biodegradasi fenol kimia dengan mengkonversi limbah tersebut (Haris 2003). Pendapat tersebut didukung oleh menjadi massa sel baru dan produk nontoksik. pernyataan Lin et al. (2008) yang menuliskan bahwa penambahan nutrisi lain seperti Omokoko et al. (2008) menuliskan glukosa dapat menstimulasi pertumbuhan degradasi aerobik senyawa aromatik secara bakteri dan tentunya meningkatkan umum dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu kemampuan degradasi fenolnya. aktivasi cincin aromatik, pembelahan cincin, Nair et al. (2008) menuliskan bahwa dan pemutusan produk pembelahan cincin kemampuan mendegradasi fenol yang dimiliki aromatik menjadi senyawa intermediet siklus oleh beberapa mikroorganisme merupakan asam sitrat (TCA). Selanjutnya, mekanisme akibat dari adanya aktivitas kerja enzim diantaranya, oksigenase hidroksilase, tersebut dibagi ke dalam dua lintasan peroksidase, tirosinase dan oksigenase biodegradasi fenol yaitu lintasan meta dan (termasuk monooksigenase dan dioksigenase). ortho yang setiap mikrooganisme mempunyai Menurut Santos et al. (2009), proses lintasan yang spesifik (Tabel 4). biodegradasi alamiah terdiri atas dua proses Tabel 4 Jenis lintasan biodegradasi fenol pada mikroorganisme Mikroorganisme
Lintasan
Pustaka
Acinotebacter sp. DF-4, W-17, PD12
Ortho
Zaki (2006), Ying et al. (2006)
Alcaligenes faecalis
Ortho
Jiang et al. (2007a)
B. stearothermophilus BR219
Meta
Kim dan Oriel (1995)
Meta dan Ortho
Chen et al. (2003)
Halomonas campisalis
Ortho
Alva dan Peyton (2003)
Klebsiella sp. W-16
Meta
Zaki (2006)
Microbacterium sp. Pla-1
Meta
Zaki (2006)
Nocardia sp. C-14-1
Meta
Ma et al. (2010)
Ochrobactrum sp.
Meta dan Ortho
Kılıç (2009)
P. aeruginosa ZD4-3
Meta dan Ortho
Chen et al. (2003)
P. putida mt-2
Meta
Bartels et al. (1984)
Ralstonia sp. W-15
Meta
Zaki (2006)
Aureobasidium pullulans FE13
Ortho
Santos et al. (2009)
Candida albicans TL3
Ortho
Tsai et al. (2005)
Candida maltose
Ortho
Fialová et al. (2004)
Candida tropicalis
Ortho
Vilimkova et al. (2008)
Ortho
Santos dan Linardi (2004)
Meta dan Ortho
Cai et al. (2007)
Ortho
Santos dan Linardi (2004)
Meta
Semple dan Cain (1996)
Bakteri
Comamonas testosteroni ZD4-1
Khamir
Fungi Aspergillus (LA2, LA3,AE5) Fusarium sp. HJ01 Penicillium (AF2, AF4, FIB9) Alga Ochromonas danica
8
Biodegradasi fenol secara aerobik Sementara itu, senyawa 2-asam menghasilkan senyawa intermediet katekol. hidroksimukonat-6-semialdehida (HMSA) Mikroorganisme eukariot menghasilkan diubah menjadi 2-oksopen-4-dienoat (OE) katekol dari fenol melalui suatu epoksida dan melalui tiga tahapan rute 4-oksalokrotonat transdiol. Sementara itu, prokariot yang masing-masing tahapan dikatalisis oleh memasukkan seluruh molekul oksigen melalui HMSA dehidrogenase (HMSA-DH), 4reaksi dioksigenase sehingga membentuk cisoksaalokrotonat tautomerase (4OT) dan 4diol. Biodegradasi fenol secara anaerobik oksalokrotonat dekarboksilase (4OD). Selain tidak mengoksidasi cincin aromatiknya, itu, OE juga dapat dihasilkan melalui satu melainkan mereduksinya dengan tahapan reaksi yaitu melalui rute hidrolitik menghasilkan senyawa intermediet sikloyang dikatalisis HMSA hidrolase (HMSAH). heksanon (Ruiz-Ordaz et al. 2001). Senyawa Selanjutnya OE dihidroksilasi melalui intermediet dan produk hasil biodegradasi aktivitas enzim OE hidratase (OEH) sehingga fenol oleh beberapa jenis mikroorganisme menghasilkan 4-hidroksi-2-oksovalerat dapat dilihat pada Tabel 5. (HOV) yang kemudian dikonversi menjadi Pada proses biodegradasi fenol, mulapiruvat dan asetaldehida oleh HOV aldolase mula fenol mengalami hidroksilasi dengan (HOVA). Piruvat dapat langsung masuk siklus bantuan enzim fenol hidroksilase menjadi TCA, akan tetapi asetaldehida harus diubah katekol yang selanjutnya akan didegradasi dahulu menjadi asetil-KoA oleh enzim melalui lintasan ortho atau meta (Gambar 3). asetaldehida dehidrogenase (AcDH) (Gambar Enzim yang berperan dalam lintasan ortho 4) (Omokoko et al. 2008). Prinsipnya fenol dapat dikonversi menjadi adalah katekol-1,2-dioksigenase yang mengOE melalui percabangan hidrolitik maupun 4hasilkan cis, cis-asam mukonat, sedangkan oksalokrotonat. Walaupun demikian, perbedaan enzim katekol-2,3-dioksigenase merupakan senyawa fenolik akan tetap menentukan arah kunci dari lintasan meta menghasilkan produk lintasan metabolisme tersebut. Fenol dan 42-asam hidroksimukonat-6-semialdehida (Tsai metilfenol masuk ke dalam jalur oksalokrotonat, et al. 2005; Nair et al. 2008; Omokoko et al. sedangkan 2- dan 3-metilfenol masuk ke jalur 2008; Santos et al. 2009). hidrolitik. Selanjutnya, produk degradasi 2- dan Nair et al. (2008) menjelaskan bahwa cis, 3-metilfenol (setelah dikonversi menjadi 3cis-asam mukonat akan diubah menjadi asam metilkatekol) merupakan keton yang tidak dapat β-okso-adipat dengan melalui senyawa antara dioksidasi lebih lanjut sehingga harus berupa mukonoakton. Selanjutnya akan dimineralisasi melalui percabangan hidrolitik dihasilkan asam asetat dan asam suksinat yang (Omokoko et al. 2008). akan masuk ke dalam siklus TCA sebagai asetil-KoA dan suksinat. Tabel 4 Senyawa intermediet dan produk biodegradasi fenol pada mikroorganisme Mikroorganisme Bakteri Alcaligenes eutrophus JMP 134 Bacillus sp.
P. putida
Fungi A. fumigatus ATCC 28282 Khamir Candida tropicalis Alga Ochromonas danica
Senyawa Intermediet
Produk
Pustaka
Katekol, cis,cis-mukonat, 2-HMSA
β-ketoadipat, suksinat, format, asetil-CoA
Müller dan Babel (1996)
Katekol, 2HMSA
Asetil-CoA, piruvat
Ali et al. (1998)
Katekol, 2-HMSA
Asetil-CoA, piruvat
Mörsen dan Rehmn (1990)
Katekol, hidrokuinon
3-oksoadipat, 1,2,4-trihidroksibenzena, maleilasetat
Jones et al. (1995)
Katekol, cis,cis-mukonat
β-ketoadipat, suksinat, asetil-KoA
Piakong (2006)
Katekol, 2-HMSA
Asetil-KoA Piruvat
Semple dan Cain (1995)
Fenol
Katekol Lintasan meta
Lintasan ortho
2-Hidroksimukonatsemialdehida
Cis,cis-mukonat
Mukonolakton
2-Okso-penta-4-enoat 3-Oksoadipat enol-lakton
3-Oksoadipat
4-Hidroksi-2-okso-valeriat
Suksinat
Asetil-KoA
Asetaldehida + Piruvat
Gambar 3 Dua lintasan biodegradasi fenol secara aerobik: pembelahan ortho dan meta, (1) fenol monooksigenase (fenol hidroksilase), (2) katekol 1,2-dioksigenase, (3) muconate lactonizing enzyme, (4) mukonolakton isomerase, (5) oksoadipat enol-lakton hidrolase, (6) oksoadipat suksinil-CoA transferase, (7) katekol 2,3-dioksigenase, (8) hidroksimukonat semialdehida hidrolase, (9) asam 2-oksopenta-4-enoat hidrolase, (10) 4-hidroksi-2-oksovalerat aldolase (Nair et al. 2008). Rute Hidrolitik
Fenol
Katekol
Piruvat
Asetaldehida
Asetil-KoA Rute 4-Oksalokrotonat
Gambar 4 Lintasan meta biodegradasi fenol. 4OD, 4-oksalokrotonat dekarboksilase; 4OT, 4-oksaalokrotonat tautomerase; AcDH, asetaldehida dehidrogenase; C23O, katekol 2,3- dioksigenase; HMA, asam 2hidroksimukonat; HMSA, 2-asam hidroksimukonat-6-semialdehida; HMSADH, HMSA dehidrogenase; HMSA-H, HMSA hidrolase; HOV, 4-hidroksi-2-oksovalerat; HOVA, HOV aldolase; OC, 4-oksalokrotonat; OE, 2-oksopen-4-dienoat; OEH, OE hidratase; PH, fenol hidroksilase (Omokoko et al. 2008).
10
Limbah Cair Industri Tekstil Selain katun atau kain sintetik yang digunakan sebagai bahan baku dalam proses pembuatan tekstil, digunakan pula beberapa bahan pembantu lainnya seperti kanji, bahanbahan kimia, pewarna, resin, air, dan lain-lain di dalam prosesnya. Pada proses tersebut hanya sedikit bahan pembantu yang teradsorpsi dan melekat pada tekstil, sedangkan sisanya akan terbawa di dalam larutan yang pada akhirnya akan terbuang bersama air proses. Oleh sebab itu, air buangan pada proses pembuatan tekstil mempunyai potensi menimbulkan pencemaran lingkungan perairan (Santoso 2004). Limbah tekstil merupakan limbah yang dihasilkan dalam proses pengkanjian, proses penghilangan kanji, pengelantangan, pemasakan, maserisasi, pewarnaan, pencetakan, dan proses penyempurnaan. Proses penyempurnaan kapas menghasilkan limbah yang lebih banyak dan lebih kuat dari pada limbah dari proses penyempurnaan bahan sistesis. Pada dasarnya limbah yang dihasilkan industri tekstil terdiri atas limbah padat, cair, dan gas. Ketiga jenis limbah tersebut yang berpotensi sebagai pencemar adalah limbah cair, karena mengandung zat-zat organik dan anorganik. Sebagian besar limbah ini dihasilkan dari tahap penyempurnaan tekstil, khususnya tahap pencelupan (dyeing) dan pencetakan (printing). Limbah yang dihasilkan dari aktivitas produksi pabrik tekstil mengakibatkan perubahan warna dan suhu perairan umum. Limbah cair tekstil tersebut mempunyai warna yang berubah-ubah bergantung pada zat warna yang digunakan pada saat proses produksi (Ginting 2007). Karakteristik air limbah tekstil yaitu mempunyai intensitas warna berkisar 50-2500 skala Pt-Co, nilai COD 15012000 mg/L, dan nilai BOD mencapai 806000 mg/L. Gabungan air limbah pabrik tekstil di Indonesia rata-rata mengandung 750 mg/L padatan tersuspensi dan 500 mg/L BOD. Perbandingan COD:BOD adalah dalam kisaran 1.5:1 sampai 3:1. Beban tiap ton produk lebih besar untuk operasi kecil dibandingkan dengan operasi modern yang besar, yaitu berkisar dari 25 kg BOD/ton produk sampai 100 kg BOD/ton (KLHRI 2009). Limbah cair tekstil juga mengandung senyawa lemak, minyak, dan fenol (Ginting 2007). Limbah industri tekstil tidak seluruhnya berbahaya bagi lingkungan. Walaupun demikian, hal yang menjadi catatan penting
adalah kontaminan yang terjadi karena penggunaan berbagai pelarut dan surfaktan, poliklorin bifenil (PCBs) dari trafo dan mesin lainnya, asbes dari mesin pemintal, zat pemutih seperti hidrogen peroksida, fosfat dari deterjen atau air softener, insektisida, fenol (bahan untuk membuat tekstil sintetik seperti nilon), limbah minyak, dan produk petroleum lainnya. Pelarut digunakan untuk membersihkan mesin dan pewarnaan, penyelesaian, pembersihan kering, dan kegiatan lainnya yang biasanya terdiri atas tetrakloroetilena (PCE), trikloroetilena (TCE), benzena, dan etilena diklorida. Apabila semua zat-zat tersebut keluar lingkungan melalui tanah, air, maupun terevaporasi ke udara maka dapat membahayakan kesehatan manusia (HSRC 2006). Pengolahan Limbah Cair Industri Tekstil Pengolahan limbah industri tekstil pada umumnya dilakukan melalui teknik pengolahan secara fisik, kimia, dan biologi. Pengolahan limbah secara fisik dilakukan dengan penyaringan, sedimentasi, dan pengendapan. Sementara itu, pengolahan limbah tekstil secara kimia dilakukan dengan pemberian bahan kimia seperti koagulan dan larutan penyangga, sedangkan pengolahan limbah secara biologi dapat dilakukan melalui proses biodegradasi dengan menggunakan mikroorganisme, sistem lumpur aktif, dan trickling filter. Unit pengolahan limbah di pabrik tekstil biasanya terdiri atas unit pengolahan pendahuluan (preliminary treatment), unit pengolahan primer (primary treatment), unit pengolahan sekunder (secondary treatment), dan unit pengolahan tersier (tertiary teratment) (Santoso 2004). Bagan alir proses pengolahan limbah tekstil dapat dilihat pada Gambar 5. Unit pengolahan pendahuluan mencakup proses pemisahan padatan, ekualisasi, dan netralisasi. Proses ekualisasi dilakukan dengan tujuan menciptakan kondisi limbah yang homogen seperti kandungan padatan dan suhu limbah. Netralisasi dimaksudkan untuk menciptakan suatu kondisi pH netral pada air limbah yang akan diproses pada unit selanjutnya. Pada unit pengolahan limbah primer dilakukan penyaringan untuk menghilangkan partikel tersuspensi besar, sedangkan sedimentasi dilakukan dengan untuk mengendapkan partikel tersuspensi halus.
Proses sedimentasi ini dilakukan dengan teknik flokulasi. Koagulasi partikel halus dilakukan dengan penambahan zat koagulan sehingga partikel yang tersuspensi dalam limbah dapat diendapkan. Sementara itu, unit pengolahan limbah sekunder biasanya menggunakan sistem lumpur aktif. Pada sistem ini mikrob aerob berperan aktif dalam menguraikan senyawa organik limbah menjadi unsur-unsur anorganik atau ditransformasikan menjadi senyawa baru yang tidak toksik. Faktor-faktor yang mempengaruhi sistem lumpur aktif diantaranya, pH, suhu, kebutuhan oksigen INFLUEN
SARINGAN
EKUALISASI
kimia (COD), padatan tersuspensi, dan oksigen terlarut (DO) yang sangat berperan dalam mendukung aktivitas mikroorganisme untuk menguraikan limbah tersebut. Unit pengolahan terakhir adalah pengolahan limbah tersier yang berfungsi untuk menghilangkan partikel halus dan senyawa kimia yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme. Teknik yang digunakan adalah dengan memberikan flokulan, koagulan, dan karbon aktif. Air limbah yang sudah mengalami pengolahan dan memenuhi baku mutu air buangan selanjutnya dibuang ke perairan umum. PENGGUMPALAN PENGENDAPAN DAN PENGOLAHAN CARA BIOLOGI
NETRALISASI
PENGOLAHAN TERSIER PEMISAH MINYAK
PENYARINGAN DAN PENGENDAPAN
EFLUEN
Gambar 5 Pengolahan limbah cair industri tekstil (Santoso 2004).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain sampel limbah cair industri tekstil, akuades, dan alkohol. Sementara itu, bahan kimia yang digunakan adalah H2SO4, 4-aminoantipirina, NaOH 0.1 N, HCl 0.1 N, kalium ferisianida (8% m/v), dan kloroform. Bahan-bahan yang digunakan sebagai media pertumbuhan yaitu NH4NO3, KH2PO4, K2HPO4, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, KCl, ekstrak khamir dan fenol. Mikroorganisme pendegradasi fenol yang digunakan yaitu Candida tropicalis (No. koleksi LIPIMC60) koleksi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong, Bogor, Jawa Barat.
Alat-alat yang digunakan yaitu tabung reaksi, labu Erlenmeyer, batang pengaduk, magnetic stirrer, pemanas, jarum ose, gelas piala, dan cawan Petri. Selain itu, digunakan pula sentrifus, spektrofotometer, autoklaf, lemari pendingin, neraca analitik, dan laminar air flow. Metode Penelitian Media Nutrisi (Ramsay et al. 1983) Media yang digunakan dalam penelitian ini adalah media Ramsay (Ramsay et al. 1983). Komposisi media tersebut yaitu (g/L): NH4NO3 2.0; KH2PO4 0.5; K2HPO4 1.0; MgSO4.7H2O 0.5; CaCl2.2H2O 0.01; KCl, 0.1; dan ekstrak khamir 0.06. Media disterilisasi dengan autoklaf pada suhu 121oC selama 15 menit.
12
Adaptasi Kultur Candida tropicalis Kultur C. tropicalis diadaptasi dengan cara menggoreskan stok kultur dari Yeast Malt Agar ke media agar Ramsay yang ditambahkan 500 mg/L fenol. Selanjutnya kultur diinkubasi selama 3 hari. Kultur tersebut kembali digores pada media yang sama dan diinkubasi selama 48 jam. Prosedur di atas kembali dilakukan dengan masa inkubasi 24 jam. Kultur yang telah diadaptasi tersebut disimpan dalam ruangan pendingin bersuhu 4oC dan siap digunakan untuk penelitian selanjutnya. Penyiapan Inokulum Candida tropicalis Pembuatan Kurva Pertumbuhan dan Kurva Degradasi Fenol. Sebanyak satu ose Candida tropicalis yang sudah diadaptasi diinokulasikan dari media agar Ramsay ke media cair Ramsay yang ditambahkan 300 mg/L fenol dalam labu Erlenmeyer 125 mL. Sel juga ditumbuhkan pada substrat glukosa sebagai perbandingan kemudian diinkubasi dan dikocok (30oC, 120 rpm). Setiap 24 jam sampel sel diambil untuk ditentukan rapat optiknya dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 600 nm sehingga diperoleh kurva pertumbuhan dan kurva degradasi fenol diperoleh dengan mengukur konsentrasi fenol dalam supernatan sampel yang diambil setiap 24 jam. Supernatan diperoleh dengan sentrifugasi pada kecepatan 5000 rpm selama 15 menit. Konsentrasi fenol ditentukan dengan metode 4-aminoantipirina. Pemanenan Sel. Sel Candida tropicalis ditumbuhkan di dalam media Ramsay fenol dan dipanen setelah diinkubasi selama 24 jam. Sel dipisahkan dengan sentrifugasi 5000 rpm selama 15 menit pada suhu 4oC. Sebanyak 2 gram (bobot basah) sel diresuspensi dengan 20 mL akuades steril (Varma & Gaikwad 2009). Sel siap digunakan untuk pengujian selanjutnya. Analisis Sampel Limbah Cair Industri Tekstil Sampel limbah cair industri tekstil diambil dari pabrik tekstil yang berlokasi di kawasan Bogor, Jawa Barat. Masing-masing sampel diambil dari dua waktu pengambilan, yaitu sebelum limbah diolah dan setelah limbah diolah. Selanjutnya sampel limbah tersebut dilakukan analisis yang meliputi derajat keasaman (pH) dan konsentrasi fenol. Nilai pH diperoleh dengan menggunakan pH meter, sedangkan konsentrasi fenol ditentukan dengan metode 4-aminoantipirina yang diukur serapannya pada panjang gelombang 510 nm.
Penentuan pH Optimum Penentuan pH terhadap biodegradasi fenol dilakukan dengan membuat beberapa tingkatan pH dalam media uji (nutrisi : limbah, 1:1), yaitu 5, 6, dan 7. Sebanyak 1% kultur C. tropicalis dimasukkan ke dalam media uji steril (20 mL) pada labu Erlenmeyer 100 mL kemudian diinkubasi dan dikocok selama 24 (120 rpm). Selanjutnya ditentukan persentase degradasi fenol dan laju degradasinya. Penentuan Suhu Optimum Penentuan suhu optimum dilakukan dengan membuat beberapa kondisi suhu yang berbeda-beda yaitu 25 oC, 30 oC, dan 35 oC. Nilai pH media uji yang digunakan disesuaikan dengan pH optimum. Prosedur selanjutnya sama dengan penentuan pH optimum. Uji Biodegradasi Fenol Limbah Tekstil Sebanyak 1% kultur sel dimasukkan ke dalam 50 mL media uji steril (pH 6) pada labu Erlenmeyer 250 mL kemudian diinkubasi dan dikocok (30oC, 120 rpm). Setiap 90 menit dilakukan pengambilan sampel untuk pengukuran rapat optik dan konsentrasi fenol. Pengukuran Konsentrasi Fenol (Klibanov et al. 1980) Analisis Sampel. Sebanyak 5 mL sampel ditambahkan 25 µL 4-aminoantipirina 2% (b/v) dan nilai pH ditepatkan menjadi 10. Selanjutnya ditambahkan 50 µL kalium ferisianida 8% (b/v). Sampel diekstrak dengan 2 mL kloroform dan diukur serapannya pada panjang gelombang 510 nm. Kurva Standar. Larutan standar dibuat dengan variasi konsentrasi 2.0-8.0 mg/L. Selanjutnya larutan standar diukur serapannya dengan prosedur seperti di atas. Penentuan Persentase dan Laju Degradasi Fenol Persentase dan laju degradasi fenol dapat ditentukan dengan rumus: Persentase degradasi fenol
Laju degradasi fenol
S 0 S1 100% S0
S 0 S1 t
Keterangan: So : konsentrasi fenol awal (mg/L) S1 : konsentrasi fenol akhir (mg/L) t : waktu inkubasi (jam)
HASIL DAN PEMBAHASAN Adaptasi Kultur Candida tropicalis pada Media yang Mengandung Fenol Teknik biodegradasi merupakan salah satu alternatif teknik penanganan limbah fenol selain teknik konvensional lainnya. Studi ini semakin berkembang setelah berhasil diisolasi beragam isolat yang mampu mendegradasi fenol dengan sempurna menjadi CO2 dan H2O, tanpa menghasilkan produk sampingan yang toksik. Walaupun demikian, penanganan limbah fenol secara biologis merupakan teknik yang tidak mudah dilakukan karena fenol merupakan senyawa toksik bagi mikroorganisme tersebut. Menurut Marrot et al. (2006) konsentrasi fenol dibawah 200 mg/L dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Sementara itu, Bajaj et al. (2008) menyatakan bahwa konsentrasi fenol 0.05 g/L dapat menghambat pertumbuhan bakteri apabila tidak dilakukan adaptasi pada media yang mengandung fenol. Adaptasi penting dilakukan dalam mengaplikasikan teknik biodegradasi dalam limbah karena limbah industri biasanya mengandung konsentrasi fenol yang tinggi sehingga sulit untuk ditangani secara biologis karena terjadi inhibisi oleh substrat yang ditunjukkan dengan melambatnya pertumbuhan sel dan menurunnya kemampuan biodegradasi (Saravanan et al. 2008a). Uji biodegradasi limbah fenol memerlukan adaptasi kultur terlebih dahulu untuk mengaktifkan enzim yang berperan dalam biodegradasi fenol. Adaptasi pada penelitian ini dilakukan dalam media Ramsay dengan konsentrasi fenol 500 mg/L. Setelah dilakukan adaptasi selama enam hari diperoleh sel Candida tropicalis yang mampu tumbuh pada media tersebut (Gambar 6). Adanya pertumbuhan sel Candida tropicalis dapat dilihat dari terbentuknya koloni berwarna putih pada media. Koloni tersebut merupakan hasil proliferasi dari satu sel Candida tropicalis yang mampu tumbuh pada media fenol. Gambar 6 juga menunjukkan bahwa Candida tropicalis mampu menggunakan fenol sebagai satu-satunya sumber karbon. Marrot et al. (2006) menjelaskan bahwa selama fase adaptasi tersebut akan terjadi seleksi dan multiplikasi dari mikroorganisme tersebut. Setelah masa adaptasi maka akan diperoleh sel yang mampu tumbuh dalam media dengan konsentrasi fenol yang diinginkan. Pertumbuhan tersebut dapat
dilihat dari tumbuhnya koloni dalam media agar atau kekeruhan pada media cair. Piakong (2006) menambahkan bahwa selama masa adaptasi tersebut juga akan terjadi perubahan fisiologis dalam sistem metabolik sel. Perubahan tersebut merupakan respon sel terhadap lingkungan baru yang melibatkan perubahan regulasi dan produksi enzim, ukuran dan komposisi sel, serta karakteristik genetik.
Gambar 6 Candida tropicalis setelah diadaptasi pada media yang mengandung fenol. Profil Pertumbuhan Candida tropicalis Candida tropicalis yang sudah diadaptasi selanjutnya diamati pola pertumbuhannya pada media Ramsay cair dengan konsentrasi fenol awal 300 mg/L. Tujuan dilakukannya pengamatan tersebut yaitu untuk mengetahui laju degradasi C. tropicalis pada fenol murni dan mengetahui aktivitas maksimum fenol hidroksilase dan katekol 1,2-dioksigenase yang menentukan waktu pemanenan sel. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa C. tropicalis mampu tumbuh pada media fenol dan menggunakan fenol sebagai sumber karbonnya. Nilai rapat optik sel lebih rendah daripada sel yang menggunakan glukosa sebagai sumber karbonnya. Glukosa merupakan sumber karbon yang mudah dimetabolisme dan tidak toksik. Fenol juga tidak digunakan sepenuhnya untuk sintesis sel baru, tetapi lebih banyak didegradasi untuk mengurangi tingkat inhibisinya (Jiang et al. 2007a). Apabila dilihat dari kurva pertumbuhan yang diperoleh terlihat bahwa fase lag C. tropicalis yang ditumbuhkan pada media fenol tidak terdeteksi pada jam ke-24. Hasil tersebut menunjukkan bahwa sel C. tropicalis yang digunakan sudah memproduksi
14
perangkat enzim yang dibutuhkan dalam biodegradasi fenol yang terjadi selama masa adaptasi sehingga tidak memerlukan fase adaptasi yang lama (Gambar 7). Chen et al. (2002), diacu dalam Piakong (2006) melaporkan bahwa C. tropicalis yang ditumbuhkan pada media fenol dengan konsentrasi 200-1500 mg/L mempunyai fase lag sebesar 3-130 jam. Hasil penelitian yang sama juga ditunjukkan oleh Agarry et al. (2008a) yang menunjukkan bahwa kultur campuran P. aeruginosa dan P. fluorescence yang ditumbuhkan pada media fenol dengan konsentrasi 100-300 mg/L tidak memperlihatkan adanya fase lag, sedangkan sel yang ditumbuhkan pada konsentrasi fenol 400-500 mg/L memperlihatkan adanya fase lag antara 6-18 jam. Peningkatan konsentrasi fenol akan mengakibatkan meningkatnya waktu yang dibutuhkan untuk mendegradasinya dan dapat menurunkan laju degradasinya (Ruiz-Ordaz et al. 2003; Rocha et al. 2007; Ying et al. 2007). Menurunnya laju degradasi tersebut dapat disebabkan oleh toksisitas fenol yang meningkat sehingga menyebabkan terjadinya inhibisi terhadap aktivitas biomassa sel (Rocha et al. 2007; Lin et al. 2008; El-Naas et al. 2009). Senyawa fenolik ini memperlihatkan toksisitasnya melalui mekanisme polar narkosis (Bergauer et al. 2005). Piakong (2006) menyatakan bahwa toksisitas fenol sering dihubungkan dengan menurunnya integritas membran sitoplasma yang disebabkan oleh terganggunya transduksi energi dan fungsi membran, serta inhibisi protein membran yang selanjutnya menyebabkan kematian sel. Walaupun demikian, fenol hidroksilase merupakan sisi utama inhibisi fenol dan enzim ini juga sensitif terhadap tekanan hidrofobik. Fenol hidroksilase yang terdapat pada membran sel mampu menghalangi penentrasi fenol ke dalam sitosol (Piakong 2006). Penelitian lainnya melaporkan bahwa C. tropicalis membentuk agregat untuk mengurangi permukaan sel yang kontak dengan fenol (Ettayebi et al. 2003) dan memproduksi biosurfaktan untuk membuat fenol menjadi lebih stabil (Rocha et al. 2007). Penurunan nilai rapat optik sel pada jam ke-96 (media glukosa) dan jam ke-120 (media fenol) disebabkan oleh jumlah substrat sudah mulai habis sehingga terjadi kompetisi antar sel yang menyebabkan sebagian besar sel mati. Hasil penelitian lainnya menunjukkan
bahwa sel C. tropicalis mempunyai laju degradasi maksimum sebesar 12.5 mg L-1 jam1 pada jam ke-24 (Gambar 8). Laju degradasi tersebut menggambarkan bahwa C. tropicalis mampu mendegradasi 99.61% fenol dengan konsentrasi awal 300 mg/L dalam waktu 24 jam. Dengan demikian, aktivitas enzim fenol hidroksilase dan katekol 1,2-dioksigenase maksimum tercapai pada jam ke-24 yaitu pada fase stasioner. Fialovà et al. (2004) menyatakan bahwa aktivitas maksimum fenol hidroksilase tercapai pada saat dimulainya fase eksponensial. Santos et al. (2009) menyatakan bahwa aktivitas enzim katekol 1,2-dioksigenase juga dipengaruhi oleh konsentrasi awal fenol. Aktivitas enzim ini akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi fenol, dan pada satu titik konsentrasi aktivitasnya akan cenderung menurun. Oleh sebab itu, dapat diduga apabila konsentrasi awal fenol yang diberikan kemudian ditingkatkan maka akan diperoleh sel dengan laju degradasi yang lebih tinggi.
Gambar 7
Kurva pertumbuhan ( glukosa; fenol) dan kurva degradasi fenol ( ).
Gambar 8 Laju degradasi fenol C. tropicalis selama fase pertumbuhan.
Hasil Analisis Limbah Cair Industri Tekstil
Nilai pH Optimum Biodegradasi Fenol
Sebelum dilakukan uji biodegradasi fenol limbah tekstil, maka perlu dilakukan analisis terhadap karakteristik sampel limbah cair industri tekstil. Analisis ini dilakukan terhadap beberapa parameter yaitu pH dan konsentrasi fenol (Tabel 6). Analisis ini dilakukan sebagai dasar rencana penelitian. Berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor KEP-51/MENLH/10/ 1995 tentang baku mutu air limbah industri maka dapat dikatakan bahwa parameter pH dan konsentrasi fenol limbah tersebut telah memenuhi memenuhi baku mutu limbah cair bagi industri (Lampiran 3) maupun baku mutu limbah cair bagi industri tekstil (Lampiran 4) karena besar nilainya tidak berbeda nyata dengan baku mutu tersebut yaitu maksimum kadar fenol total dalam limbah buangan industri tekstil adalah 0.5 mg/L dengan nilai pH 6.0-9.0. Hasil analisis menunjukkan bahwa konsentrasi fenol total tertinggi terdapat pada limbah yang belum diolah yaitu dengan konsentrasi 1.425 mg/L. Konsentrasi fenol tersebut berasal dari proses basah pembuatan tekstil, seperti dalam penghilangan kanji, pelepasan lilin, penggelantangan, dan pencelupan (Santoso 2004). Setelah dilakukan pengolahan maka konsentrasi fenol pada limbah menurun, walaupun belum memenuhi baku mutu limbah. Menurut Ginting (2007), istilah fenol dalam air limbah tidak hanya terbatas pada C6H5OH melainkan bermacammacam campuran organik yang terdiri atas satu atau lebih gugus hiroksil. Hasil analisis pH memperlihatkan bahwa limbah tekstil bersifat basa dengan nilai pH 9.33. Menurut Santoso (2004), sifat basa tersebut berasal dari pemakaian NaOH, Na2CO3, pemakaian deterjen pada pelepasan lilin, penggunaan NaOCl atau CaOCl pada penggelantangan. Pernyataan tersebut sesuai dengan tulisan Ginting (2007) yang menuliskan bahwa tinggi rendahnya alkalinitas air ditentukan oleh kandungan senyawa karbonat dan garam-garam hidroksida.
Penentuan pH optimum biodegradasi fenol limbah tekstil dilakukan terhadap media uji yang terdiri atas media nutrisi dan limbah tekstil (1:1) yang diinkubasi selama 24 jam dengan variasi pH 5-7. Tujuan dilakukannya optimasi pH adalah untuk mengetahui kondisi pH optimum sehingga diperoleh persentase degradasi fenol dan laju degradasi fenol yang tertinggi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa media uji yang menghasilkan persentase degradasi fenol tertinggi terdapat pada media dengan pH 6 sebesar 74.15%, sedangkan pada pH 5 sebesar 63.27%, dan pH 7 sebesar 55.78% (Gambar 9). Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa C. tropicalis mampu mendegradasi fenol secara optimal pada kondisi asam (pH 6). Laju biodegradasi yang diperoleh pada kondisi pH optimum tersebut sebesar 0.028 mg L-1 Jam-1, jauh lebih tinggi daripada kondisi pH lainnya (Tabel 7). Nilai pH optimum tersebut sesuai dengan nilai pH yang digunakan oleh Jiang et al. (2006b) dalam studi biodegradasi fenol yang dilakukannya dengan menggunakan isolat C. tropicalis. Akan tetapi lebih rendah dari pH optimum C. tropicalis RETL-Cr1 yaitu sebesar 6.5 (Piakong 2006).
Tabel 6 Hasil analisis limbah cair tekstil Waktu pH Konsentrasi Fenol Pengambilan Total (mg/L) Sebelum diolah 9.33 1.425
Tabel 7 Laju degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi pH Derajat Keasaman Laju degradasi (pH) (mg L-1 jam-1) 5 0.024 6 0.028 7 0.021
Sesudah diolah
6.63
0.544
Gambar 9 Persentase degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi pH.
16
Nilai pH optimum tersebut juga lebih rendah dari Acinetobacter sp. PD12 (Ying et al. 2007), Corynebacterium sp. DJ1 (KuoLing et al. 2009), Ochrobactrum sp. (Kılıç 2009), P. pictorum (Annadurai et al. 2007), P. putida (El-Naas et al. 2009) yang mempunyai pH optimum 7-8. Dengan demikian, khamir mempunyai pH optimum yang lebih rendah daripada bakteri. Akan tetapi, Santoso (2004) melaporkan bahwa isolat khamir Candida sp. ICBB 1167 mampu mendegradasi fenol limbah tekstil secara optimal pada pH 7 sebesar 34.87%. Dengan demikian, diperoleh hasil bahwa setiap mikroorganisme mempunyai pH optimum yang spesifik karena menentukan aktivitas biokimia yang terjadi di dalam sel yang akan menentukan besarnya degradasi fenol yang dihasilkan. Menurut Margesin dan Schinner (2001), proses biodegradasi hidrokarbon aromatik sensitif terhadap perubahan pH. Nilai pH lingkungan sangat penting dalam proses biodegradasi tersebut, karena enzim-enzim kunci proses tersebut hanya akan mengurai fenol sesuai dengan aktivitasnya pada pH tertentu. Dursun dan Tepe (2005) menambahkan bahwa variasi pH tersebut akan menghasilkan perbedaan perubahan bentuk ionik sisi aktif, perubahan aktivitas enzim yang selanjutnya akan menurunkan laju degradasi fenol. Piakong (2006) menyatakan pH dapat mempengaruhi aktivitas mikroorganisme seperti fungsi selular, transport membran, dan transport protein. Selain itu, kelarutan suatu senyawa pada kisaran pH tertentu juga akan menentukan persentase fenol yang terdegradasi. Oleh sebab itu, kondisi pH optimum perlu diperhatikan dalam teknik biodegradasi fenol. Suhu Optimum Biodegradasi Fenol Penentuan suhu optimum juga penting dilakukan untuk mengetahui aktivitas optimum biodegradasi fenol yang melibatkan beberapa enzim kunci diantaranya fenol hidroksilase dan katekol 1,2-dioksigenase karena aktivitas biokimia sel tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh kondisi pH lingkungan, tetapi juga dipengaruhi oleh kondisi suhu lingkungan. Seperti yang telah diketahui, enzim merupakan biokatalis yang berupa molekul protein yang sangat sensitif terhadap pH dan suhu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase degradasi fenol tertinggi terdapat pada media (pH optimum) yang diinkubasi
pada suhu 30oC sebesar 86.40%, diikuti oleh suhu 35oC dan 25oC yang masing-masing sebesar 80.95% dan 79.59% (Gambar 10). Hasil yang sama juga diperlihatkan dari laju degradasi fenol tertinggi yang diperoleh yaitu pada media uji yang diinkubasi pada suhu 30oC sebesar 0.033 mg L-1 jam-1 (Tabel 8). Berdasarkan data tersebut dapat diperoleh hasil bahwa aktivitas optimum enzim fenol hidroksilase dan katekol 1,2-dioksigenase pada C. tropicalis tercapai pada suhu 30oC. Pernyataan ini didukung oleh hasil penelitian Piakong (2006) yang melaporkan bahwa aktivitas optimum kedua enzim tersebut pada sel C. tropicalis RETL-Cr1 juga tercapai pada suhu 30oC. Laju reaksi enzim akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu dan laju gerakan molekul akan rendah pada suhu rendah dibandingkan pada suhu tinggi. Dengan demikian, pada suhu rendah tidak tersedia energi yang cukup untuk memulai suatu reaksi. Oleh sebab itu, suhu dibawah 25oC belum cukup untuk memulai suatu reaksi. Walaupun demikian, reaksi enzimatik mulai menurun saat suhu 35oC yang ditunjukkan oleh menurunnya persentase degradasi fenol. Penurunan ini disebabkan oleh terjadinya denaturasi enzim yang mengakibatkan perubahan struktur tiga dimensi enzim tersebut. Seperti yang dijelaskan oleh Piakong (2006) bahwa aktivitas enzim sangat bergantung pada struktur tiga dimensinya. Hasil penelitian lainnya memperlihatkan bahwa suhu optimum kedua enzim tersebut berbeda nyata dengan suhu optimum pertumbuhan sel pada Candida albicans TL3 (Tsai et al. 2005). Suhu optimum bagi aktivitas enzim fenol hidroksilase dan katekol 1,2-dioksigenase tersebut berada pada suhu 25oC, sedangkan suhu optimum pertumbuhan selnya 30-35oC. Margesin dan Schinner (2001) menjelaskan bahwa suhu mempunyai peranan penting dalam metabolisme hidrokarbon terutama dalam proses bioremediasi in situ. Bioavailabilitas dan solubilitas sebagian kecil senyawa hidrofobik seperti hidrokarbon alifatik dan poliaromatik bergantung pada suhu. Suhu yang tinggi akan meningkatkan viskositas, yang juga akan mempengaruhi derajat distribusi, dan pada akhirnya meningkatkan laju difusi senyawa organik tersebut, dan sebaliknya. Hasil penelitian ini juga sesuai dengan pendapat Leahly & Colwell (1990) yang menyatakan bahwa laju degradasi secara umum akan menurun dengan terjadinya
penurunan suhu yang disebabkan aktivitas enzim yang menurun. Sebaliknya, suhu yang tinggi akan meningkatkan laju degradasi mencapai maksimum pada kisaran suhu 3040oC, tetapi di atas suhu tersebut dapat meningkatkan toksisitas seyawa fenolik. Sejumlah bakteri, fungi, dan khamir mesofilik juga mempunyai suhu optimum biodegradasi fenol sebesar 30oC. Beberapa contoh mikroorganisme tersebut diantaranya bakteri: Ralstonia eutropha (Dursun et al. 2005), P. putida (El-Naas et al. 2009), P. pictorum (Annadurai et al. 2007), Acinetobacter sp. PD 12 (Ying et al. 2007), dan Corynebacterium sp. DJ1 (Kuo-Ling et al. 2009); fungi: Fusarium sp. (Cai et al. 2007); khamir: Candida tropicalis RETL-Cr1 (Piakong 2006), dan Aureobasidium pullulans FE13 (Santos et al. 2009). Walaupun demikian, terdapat beberapa mikroorganisme psikrofil yang mampu mendegradasi fenol pada suhu rendah seperti Rhodotorula creatinovora, R. ingeniosa, C. terreus, dan beberapa galur Microbotryomycetidae (Bergauer et al. 2005).
inkubasi 30oC. Selanjutnya, akan dilakukan pengamatan mengenai pola degradasi fenol limbah tekstil oleh C. tropicalis pada kondisi optimumnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rapat optik sel C. tropicalis tetap konstan selama inkubasi 360 menit (6 jam). Konsentrasi fenol limbah yang diberi inokulum C. tropicalis (perlakuan) memperlihatkan penurunan yang signifikan dengan konsentrasi akhir sebesar 0.35 mg/L, sedangkan limbah yang tidak diberi inokulum (kontrol) konsentrasi fenolnya tidak berubah signifikan selama inkubasi yaitu 0.5 mg/L (Gambar 11). Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa fenol dalam limbah tekstil dapat didegradasi oleh C. tropicalis dengan laju degradasi sebesar 0.025 mg L-1 jam-1 (Tabel 9). Berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan bahwa fenol lebih cenderung untuk didegradasi daripada digunakan untuk sintesis biomassa sel. Fenol juga tidak dapat terdegradasi dengan sendirinya tanpa diberikan perlakuan baik fisika-kimia maupun biologis. Hasil tersebut sesuai dengan tulisan Jiang et al. (2007a) yang menyatakan bahwa fenol lebih banyak didegradasi untuk mengurangi toksisitasnya daripada digunakan untuk sintesis biomassa sel. Hal tersebut juga sesuai dengan hasil penelitian Semple dan Chain (1995) yang melaporkan bahwa hanya 35% fenol yang dikonversi menjadi biomassa oleh Ochromonas danica, 15% tetap dalam media cair, dan sisanya didegradasi menjadi CO2.
Gambar 10 Persentase degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi suhu. Tabel 8 Laju degradasi fenol limbah tekstil pada beberapa variasi suhu Suhu Laju degradasi (oC) (mg L-1 jam-1) 25 0.030 30 0.033 35 0.031 Biodegradasi Fenol Limbah Tekstil oleh Candida tropicalis Hasil penelitian sebelumnya telah diperoleh kondisi optimum biodegradasi fenol limbah tekstil yaitu pH 6 dengan suhu
Gambar 11 Profil biodegradasi fenol limbah tekstil oleh C. tropicalis. Tabel 9 Laju degradasi fenol Sampel Laju biodegradasi (mg L-1 jam-1) Kontrol 0 Perlakuan 0.025
18
Fenol limbah tekstil mampu didegradasi oleh C. tropicalis sebanyak 30% dengan konsentrasi awal 0.5 mg/L dan konsentrasi akhir sebesar 0.35 mg/L selama 6 jam. Dengan demikian, C. tropicalis sangat potensial untuk diaplikasikan dalam penanganan limbah fenol pada industri tekstil. Laju degradasi ini jauh lebih rendah daripada laju degradasi C. tropicalis pada fenol murni sebesar 12.5 mg L-1 jam-1. Rendahnya laju degradasi fenol tersebut dapat disebabkan oleh banyaknya zat inhibitor dalam limbah tekstil seperti deterjen dan logam berat yang dapat menghambat aktivitas biokimia sel tersebut. Deterjen dapat mempengaruhi permeabilitas membran sel sehingga akan mempengaruhi aktivitas enzim fenol hidroksilase yang terdapat pada membran. Selain itu, terdapatnya logam berat seperti Cr pada limbah tersebut juga dilaporkan dapat menghambat laju degradasi fenol (Silva et al. 2007). Laju degradasi yang rendah tersebut dapat juga disebabkan oleh waktu pemanenan sel yang dilakukan pada jam ke-24 belum mencapai aktivitas enzim maksimum sehingga laju degradasinya rendah. Jiang et al. (2007a) menyatakan bahwa enzim fenol hidroksilase dan katekol, 1,2-dioksigenase pada Alcaligenes faecalis terus mengalami peningkatan sampai akhir fase eksponensial dari kurva pertumbuhan selnya. Pertumbuhan sel yang menurun tidak menyebabkan aktivitas enzim tersebut juga menurun melainkan meningkat. Hasil yang sama juga dilaporkan oleh Tsai et al. (2005) yang menyatakan bahwa tidak ada korelasi positif antara aktivitas enzim fenol hidroksilase dan katekol, 1,2-dioksigenase dengan pertumbuhan sel C. albicans TL3 karena kondisi optimum keduanya berbeda. Besarnya laju degradasi fenol dapat juga disebabkan oleh rendahnya konsentrasi sel yang digunakan. Ojumu et al. (2005) melaporkan bahwa dengan menggunakan 0.5 g/L sel P. aeruginosa dan P. fluorescence mampu mendegradasi 100% fenol limbah kilang minyak dengan masa inkubasi masingmasing 60 jam dan 80 jam. Konsentrasi sel 0.02 g/L menghasilkan persentase degradasi fenol sebesar 94.5% untuk P. aeruginosa dan 69.4% untuk P. fluorescence dengan masa inkubasi 72 jam (Agarry et al. 2008a). Hasil ini memperlihatkan bahwa makin besar konsentrasi sel yang digunakan maka laju degradasi fenol yang dihasilkan juga akan besar. Menurut Kuo-Ling (2009), penggunaan
konsentrasi inokulum yang tepat dapat meminimalkan durasi fase lag, meningkatkan laju degradasi, dan menginduksi pertumbuhan eksponensial setelah inokulasi.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Hasil penelitian menunjukkan bahwa Candida tropicalis mempunyai laju degradasi fenol tertinggi pada pH 6 dengan suhu inkubasi 30oC. Candida tropicalis sangat potensial untuk digunakan sebagai agen pendegradasi fenol limbah tekstil karena mampu mendegradasi fenol sebesar 30% selama 6 jam dengan laju degradasi sebesar 0.025 mg L-1 jam-1. Laju degradasi tersebut jauh lebih rendah dibandingkan pada fenol murni sebesar 12.5 mg L-1 jam-1. Hasil penelitian lainnya menunjukkan bahwa fenol cenderung didegradasi daripada digunakan untuk sintesis biomassa sel. Saran Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk meningkatkan kemampuan degradasi fenol pada Candida tropicalis sebelum diaplikasikan dalam skala pilot plant. Saran yang diajukan antara lain melakukan uji aktivitas enzim fenol hidroksilase dan katekol 1,2dioksigenase selama fase pertumbuhan untuk mengetahui waktu pemanenan sel yang terbaik, melakukan optimasi konsentrasi fenol dan sel yang digunakan.
DAFTAR PUSTAKA Abd-El-Haleem D et al. 2003. Effects of mixed nitrogen sources on biodegradation of phenol by immobilized Acinetobacter sp. strain W-17. Afr J Biotechnol 2:8-12. Afzal M, Iqbal S, Rauf S, Khalid ZM. 2007. Characteristics of phenol biodegradation in saline solutions by monocultures of Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas pseudomallei. J Hazard Mat 149:6066. Agarry SE, Audu TOK, Solomon BO. 2009. Substrate inhibition kinetics of phenol degradation by Pseudomonas fluorescence from steady state and washout data. Int J Environ Sci Tech 6:443450.
Agarry SE, Durojaiye AO, Yusuf RO, Aremu MO. 2008a. Biodegradation of phenol in refinery wastewater by pure cultures of Pseudomonas aeruginosa NCIB 950 and Pseudomonas fluorescence NCIB 3756. Int J Environment and Pollution 32:3-11. Agarry SE, Solomon BO, Layokun SK. 2008b. Kinetics of batch microbial degradation of phenols by indigenous binary mixed culture of Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas fluorescence. Afr J Biotechnol 7:2417-2423. Agarry SE, Solomon BO, Layokun SK. 2008c. Substrate inhibition kinetics of phenol degradation by binary mixed culture of Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas fluorescence from steady state and wash-out data. Afr J Biotechnol 7:3927-3933. Ali S, Fernandez-Lafuente R, Cowan DA. 1998. Meta-pathway degradation of phenolics by thermophilic Bacilli. Enzym Microb Technol 23:462-468. Alva VA, Peyton BM. 2003. Phenol and catechol biodegradation by the haloalkaliphile Halomonas campisalis: influence of pH and salinity. Environ Sci Technol 37:4397-4402 [terhubung berkala]. http://pubs.acs.org [26 Mar 2010]. Amer RA. 2008. New isolated Pandoraea sp. capable of phenol biodegradation. Research Journal of Microbiology 3: 622-629. Annadurai G, Lee JF. 2007. Application of artificial neural network model for the development of optimized complex medium for phenol degradation using Pseudomonas pictorum (NICM 2074). Biodegradation 18:383–392 Annadurai G, Ling LY, Lee JF. 2007. Biodegradation of phenol by Pseudomonas pictorum on immobilized with chitin. Afr J Biotechnol 6:296-303. [ATSDR] Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 2008. Toxicological profile for phenol. http://www.ecousa.net/toxics/phenol.html. [24 Agustus 2009]. Bajaj M, Gallert C, Winter J. 2008. Biodegradation of high phenol containing synthetic wastewater by an aerobic fixed bed reactor. Bioresource Technology 99: 8376–8381
Bartels I, Knackmuss H-J, Reineke W. 1984. Suicide inactivation of catechol 2,3dioxygenase from Pseudomonas putida mt-2 by 3-halocatechols. Appl Environ Microb 47:500-505. Bergauer P, Fonteyne PA, Nolard N, Schinner F, Margesin R. 2005. Biodegradation of phenol and phenol-related compounds by psychrophilic and cold-tolerant alpine yeasts. Chemosphere 59:909-918. Cai
W, Li J, Zhang Z. 2007. The characteristics and mechanisms of phenol biodegradation by Fusarium sp. J Hazard Mat 148:38-42.
Chen KC, Lin YH, Chen WH, Liu YC. 2002. Degradation of phenol by PAAimmobilized Candida tropicalis. Enzym Microb Technol 31:490-497. Chen YX, Liu H, Chen HL. 2003. Characterization of phenol biodegradetion by Comamonas testoteroni ZD4-1 and Pseudomonas aeruginosa ZD4-3. Biomedical and Environmental Sciences 16:163-172. Corti A et al. 1995. Biodegradation of nonionic surfactants. I. Biotransformation of 4-( 1 nonyl)phenol by a Candida maltosa isolate. Environmental Pollution 90:8387. Dommes P, Dommes V, Kunau WH. 1983. βoxidation in Candida tropicalis: partial purification and biological function of an inducible 2,4-dienoyl coenzyme A reductase. J Biol Chem 258:10846-10852. El-Naas M, Al-Muhtaseb SA, Makhlouf 2009. Biodegradation of phenol Pseudomonas putida immobilized polyvinyl alcohol (PVA) gel. Hazard Mat 164:720-725.
S. by in J
Eschenfeldt et al. 2003. Transformation of fatty acids catalyzed by cytochrome P450 monooxygenase enzymes of Candida tropicalis. Appl Environ Microb 69: 5992–5999. Ettayebi K et al. 2003. Biodegradation of polyphenols with immobilized Candida tropicalis under metabolic induction. FEMS Microb Lett 223:215-219.
20
Evans WC. 1947. Oxidation of phenol and benzoic acid by some soil bacteria. Biol Chem 41:373-382.
by free and immobilized Candida tropicalis in the presence of α-amylase. Bioresource Technology 98:2765–2770.
Fialová A, Boschke E, Bley T. 2004. Rapid monitoring of the biodegradation of phenol-like compounds by the yeast Candida maltosa using BOD measurements. Int Biodeterior Biodegrad 54:6976.
Jiang Y, Wen J, Bai J, Jia X, Hu Z. 2007a. Biodegradation of phenol at high initial concentration by Alcaligenes faecalis. J Hazard Mat 147:672-676.
Galíndez-Mayer et al. 2008. Phenol and 4chlorophenol biodegradation by yeast Candida tropicalis in a fluidized bed reactor. Biochemical Engineering Journal 38:147-157 [terhubung berkala]. http://www.sciencedirect.com [26 Maret 2010]. Gandjar I, Sjamsuridzal W, Oetari A. 2006. Mikologi Dasar dan Terapan. Jakarta: Yayasan Obor Indonesia. Geng A, Soh AEW, Lim CJ. Loke LCT. 2006. Isolation and characterization of a phenol-degrading bacterium from an industrial activated sludge. Appl Microbiol Biotechnol 71:728–735. Ghanem KM, Al-Garni SM, Al-Shehri AN. 2009. Statistical optimization of cultural conditions by response surface methodology for phenol degradation by a novel Aspergillus flavus isolate. Afr J Biotechnol 8:3576-3583. Ginting P. 2007. Sistem Pengelolaan Lingkungan dan Limbah Industri. Bandung: Yrama Widya. Gurujeyalakshmi G, Oreil P. 1989. Isolation of phenol-degrading Bacillus stearothermophilus and partial characterization of the phenol hydroxylase. Appl Environ Microb 55:500-502. Hames D, Hooper N. 2005. Biochemistry. Ed ke-3. New York: Taylor & Francis. Haris A. 2003. Peranan mikroba dalam mendegradasi minyak bumi dan fenol pada air terproduksi dari industri perminyakan [tesis]. Bogor: Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. [HSRC] Hazardous Substance Research Center. 2006. Environmental hazards of the textile industry. http://www.hsrcssw.org/ssw-whatsnew.html [15 Agustus 2008]. Jamai L, Ettayebi K, Yamani JE, Ettayebi M. 2007. Production of ethanol from starch
Jiang Y, Wen J, Bai J, Wang D, Hu Z. 2006a. Phenol biodegradation by the yeast Candida tropicalis in the presence of mcresol. Biochemical Engineering Journal 29: 27-234 [terhubung berkala]. http://www.sciencedirect.com [26 Mar 2010]. Jiang Y, Wen J, Caiyin Q, Lin L, Hu Z. 2006b. Mutant AFM 2 of Alcaligenes faecalis for phenol biodegradation using He–Ne laser irradiation. Chemosphere 65:1236–1241. Jiang Y, Wen J, Jia X, Caiyin Q, Hu Z. 2007b. Mutation of Candida tropicalis by irradiation with a He-Ne laser to increase its ability to degrade phenol. Appl Environ Microb 73:226-231. Jones KH, Trudgill PW, Hopper DJ. 1995. Evidence of two pathways for the metabolism of phenol by Aspergillus fumigatus. Arch Microbiol 63:176-181. Kim IC, Oriel PJ. 1995. Characterization of the Bacillus stearothermophilus BR219 phenol hydroxylase gene. Appl Environ Microb 61:1252–1256. Kılıç NK. 2009. Enhancement of phenol biodegradation by Ochrobactrum sp. isolated from industrial wastewaters. Int Biodeterior Biodegrad 63:778–781. [KLHRI] Kementrian Lingkungan Hidup Republik Indonesia. 2003. Pengolahan dan pemanfaatan limbah tekstil. http://www.menlh.go.id/usahakecil/index -view.php?sub=7 [27 November 2009]. Klibanov AM, Alberti BN, Morris ED, Felsin LM. 1980. Enzymatic removal of toxic phenols and anilines from wastewaters. J Appl Biochem 2:414-421. Ko BS, Kim J, Kim JH. 2006. Production of xylitol from D-xylose by a xylitol dehydrogenase gene-disrupted mutant of Candida tropicalis. Appl Environ Microb 72:4207–4213. Komarkova E, Paca J, Klapkova E, Stiborova M, Soccol CR, Sobotka M. 2003.
Physiology changes of Candida tropicalis population degrading phenol in fed batch reactor. Brazilian Archives of Biology and Technology 46:537543. Kuo-Ling H, Lin B, Yu-You C, Duu-Jong L. 2009. Biodegradation of phenol using Corynebacterium sp. DJ1 aerobic granules. Bioresource Technology 100: 5051–5055. Leahly JG, Colwell RR. 1990. Microbial degradation of hydrocarbon in the environment. Microb Rev 54:305-315. Lin J, Reddy M, Moorthi V, Qoma BE. 2008. Bacterial removal of toxic phenols from an industrial effluent. African Journal of Biotechnology 7:22322238. Ma H, Li G, Fang P, Zhang Y, Xu D. 2010. Identification of phenol-degrading Nocardia sp. strain C-14-1 and characterization of its ring-cleavage 2,3dioxygenase. International Journal of Biology 2:79-83.EVIEW Margesin R, Schinner F. 2001. Biodegradation and bioremediation of hydrocarbons in extreme environments. Appl Microbiol Biotechnol 56:650-663. Marrot B, Barrios-Martinez A, Moulin P, Roche N. 2006. Biodegradation of high phenol concentration by activated sludge in an immersed membrane bioreactor. Biochemical Engineering Journal 30: 174–183. Mendonça E, Martins A, Anselmo AM. 2004. Biodegradation of natural phenolic compounds as single and mixed substrates by Fusarium flocciferum. Electronic Journal of Biotechnology 7: 30-37. Ming-Ho Y. 2005. Environmental Toxicology: Biological and Health Effects of Pollutans. Ed ke-2. Boca Raton: CRC. Mörsen A, Rehm HJ. 1990. Degradation of phenol by a defined mixed culture immobilized by adsorption on activated carbon and sintered glass. Appl Microbiol Biotechnol 33:206-212. Mörtberg M, Neujahr HY. 1985. Uptake of phenol by Trichosporon cutaneum. J Bacteriol 161:615-619.
Müller RH, Babel W. 1996. Growth rate-dependent expression of phenolassimilation pathways in Alcaligenes eutrophus JMP 134-the influence of formate as an auxiliary energy source on phenol conversion characteristics. Appl Microbiol Biotechnol 46:156-162. Nair CI, Jayachandran K, Shashidar S. 2008. Biodegradation of phenol. African Journal of Biotechnology 7:49514958. Ojumu TV, Bello OO, Sonibare JA, Solomon BO. 2005. Evaluation of microbial systems for bioremediation of petroleum refinery effluents in Nigeria. Afr J Biotechnol 4: 31-35. Omokoko B, Jäntges UK, Zimmermann M, Reiss M, Hartmeier W. 2008. Isolation of the phe-operon from G. stearothermophilus comprising the phenol degradative meta-pathway genes and a novel transcriptional regulator. BMC Microbiology 8:1-10. Piakong. 2006. The performance of phenol biodegradation by Candida tropicalis RETL-Cr1 using batch and fed-batch fermentation techniques [tesis]. Sabah: Universiti Teknologi Malaysia. Pinto G, Pollio A, Previtera L, Temussi F. 2002. Biodegradation of phenols by microalgae. Biotechnology Letters 24: 2047–2051. Ramsay BA, Cooper DG, Margaritis A, Zajic JE. 1983. Rhodochorous bacteria: biosurfactant production and demulsifying ability. Microb Enh Oil Recov :61-65. Rao RS, Jyothi ChP, Prakasham RS, Sarma PN, Rao LV. 2006. Xylitol production from corn fiber and sugarcane bagasse hydrolysates by Candida tropicalis. Bioresource Technology 97:1974-1978. Rigo M, Alegre RM. 2004. Isolation and selection of phenol-degrading microorganisms from industrial wastewaters and kinetics of the biodegradation. Folia Microbiol 49:41-45. Rocha LL et al. 2007. Isolation and characterization of phenol-degrading yeasts from an oil refinery wastewater in Brazil. Mycophatologia 64:183-188. Ruiz-Ordaz N et al. 2001. Phenol biodegradation using a repeated batch culture of Candida tropicalis in a multistage bubble
22
coloumn. Revista Latinoamericana de Microbiología 43:19-25. Santos VL, Linardi VR. 2004. Biodegradation of phenol by a filamentous fungi isolated from industrial effluents-identification and degradation potential. Proc Biochem 39:1001-1006. Santos VL, Monteiro AS, Braga DT, Santoro MM. 2009. Phenol degradation by Aureobasidium pullulans FE13 isolated from industrial effluents. J Hazard Mat 161:1413-1420. Santoso S. 2004. Kemampuan Candida sp. ICBB 1167 dan Pseudomonas sp. ICBB 1170 dalam mendegradasi fenol pada limbah industri tekstil [skripsi]. Bogor: Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Saravanan P, Pakshirajan K, Saha P. 2008a. Biodegradation of phenol and m-cresol in a batch and fed batch operated internal loop airlift bioreactor by indigenous mixed microbial culture predominantly Pseudomonas sp. Bioresource Technol 99:8553–8558 Saravanan P, Pakshirajan K, Saha P. 2008b. Kinetics of phenol and m-cresol biodegradation by an indigenous mixed microbial culture isolated from a sewage treatment plant. J Environ Sci 20: 1508-1513. Schie PM, Young LY. 1998. Isolation and characterization of phenol-degrading denitrifying bacteria. Appl Environ Microbiol 64:2432–2438. Semple KT, Cain RB. 1996. Biodegradation of phenols by the alga Ochromonas danica. Appl Environ Microbiol 62: 1265–1273. Shawabkeh R, Khleifat KM, Al-Majali I, Tarawneh K. 2007. Rate of biodegradation of phenol by Klebsiella oxytoca in minimal medium and nutrient broth conditions. Bioremediation Journal 11:13-19. [terhubung berkala]. http://www.informaworld.com [26 Mar 2010].
new denitrifying spirillum capable of anaerobic degradation of phenol. Appl Environ Microbiol 66:1286–1291. Shuler ML, Kargi F. 2002. Bioprocess Engineering: Basic Concepts. Ed ke-2. New York: Prentice Hall. Siedlecka EM, Stepnowski P. 2005. Phenols degradation by Fenton reaction in the presence of chlorides and sulfates. Polish J Environ Stud 14:823-828. Silva AAL, Pereira MP, Filho RGS, Hofer E. 2007. Utilization of phenol in the presence of heavy metals by metaltolerant nonfermentative gram-negative bacteria isolated from wastewater. Rev Latinoam Microbiol 49:68-73. Slamet, Arbianti R, Daryanto. 2005. Pengolahan limbah organik (fenol) dan logam berat (Cr 6+ atau Pt4+) secara simultan dengan fotokatalis TiO2, ZnOTiO2, dan CdS-TiO2. Makara Teknologi 9:66-71. Stehlickova L, Svab M, Wimmerova L, Kozler J. 2009. Intensification of phenol biodegradation by humic substances. Int Biodeterior Biodegrad 63:923-927. Stiborová M, Suchá V, Mikśanová M, Páca JJr, Páca J. 2003. Hydroxylation of phenol to catechol by Candida tropicalis: involvement of cytochrome P450. Gen Physiol Biophys 22:167-179. Suryanto D. 2003. Biodegradasi aerobik senyawa hidrokarbon aromatik monosiklis oleh bakteri [artikel ilmiah]. Medan: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara. Tsai SC, Tsai LD, Li YK. 2005. An isolated Candida albicans TL3 capable of degrading phenol at large concentration. Bioschi Biotechnol Biochem 69: 2358-2367.
Shetty KV, Kalifathulla I, Srinikethan G. 2007. Performance of pulsed plate bioreactor for biodegradation of phenol. J Hazard Mat 140:346-352.
Vallini G, Frassinetti S, D’Andrea F, Catelani G, Agnolucci M. 2001. Biodegradation of 4-(1-nonyl)phenol by axenic cultures of the yeast Candida aquaetextoris: identification of microbial breakdown products and proposal of a possible metabolic pathway. Int Biodeterior Biodegrad 47:133–140.
Shinoda Y, Sakai Y, Ue M. Hiraishi, Kato N. 2000. Isolation and characterization of a
Varma RJ, Gaikwad BG. 2009. Biodegradation and phenol tolerance by
recycled cells of Candida tropicalis NCIM 3556. Int Biodeterior Biodegrad 63:539-542.
by Candida albicans PDY-07 under anaerobic condition. J Ind Microbiol Biotechnol 36:809–814.
Vilímková L, Páca JJr, Kremláčková V, Páca J, Stiborová M. 2008. Isolation of cytoplasmic NADPH-dependent phenol hydroxylase and cathecol-1,2dioxygenase from Candida tropicalis yeast. Interdisc Toxicol 1:225-230.
Ying et al. 2007. Biodegradation of phenol by free and immobilized Acinetobacter sp. strain PD12. Journal of Environmental Sciences 19:222-225.
Wang G, Wen J, Li M, Qiu C. 2009. Biodegradation of phenol and m-cresol
Zaki S. 2006. Detection of meta- and orthocleavage dioxygenases in bacterial phenol-degraders. J Appl Sci Environ Mgt 10:75-81.
24
LAMPIRAN
Lampiran 1 Strategi penelitian
Adaptasi kultur Candida tropicalis
Kurva pertumbuhan dan kurva degradasi fenol
Pemanenan sel
Penentuan suhu optimum
Penentuan pH optimum
Biodegradasi fenol limbah tekstil
26
Lampiran 2 Kurva standar fenol Konsentrasi (mg/L) 2 4 5 6 8 Ulangan 1 0.157 0.389 0.425 0.443 0.667 Ulangan 2 0.175 0.332 0.419 0.467 0.65 Ulangan 3 0.164 0.355 0.432 0.559 0.605 Rataan 0.165333 0.358667 0.425333 0.489667 0.640667
Lampiran 3 Hasil perhitungan persentase dan laju degradasi fenol
Penentuan pH optimum Sebelum perlakuan
Ulangan
U1
U2
Perlakuan dengan variasi pH 5
6
7
U1
U2
U1
U2
U1
U2
Absorban
0.085
0.086
0.045
0.033
0.031
0.031
0.048
0.041
[fenol] (mg/L)
0.9125
0.925
0.4125
0.2625
0.2375
0.2375
0.45
0.3625
Rerata [fenol]±SD
0.9188±0.009
0.3375±0.106
0.2375±0
0.4063±0.062
Penurunan [fenol] (mg/L)
-
0.5813
0.6813
0.5125
Degradasi fenol (%)
-
63.26730518
74.15106661
55.77927732
Laju degradasi (mg L-1 jam-1)
-
0.024
0.028
0.021
Penentuan suhu optimum Perlakuan dengan variasi suhu (oC)
Sebelum perlakuan 25
Ulangan
U1
U2
Absorban
0.085
0.086
[fenol] (mg/L)
0.9125
0.925
30
35
U1
U2
U1
U2
U1
U2
0.028
0.026
0.021
0.023
0.025
0.027
0.2
0.175
0.1125
0.1375
0.1625
0.1875
Rerata [fenol]±SD
0.9188±0.009
0.1875±0.018
0.125±0.018
0.175±0.018
Penurunan [fenol] (mg/L)
-
0.7313
0.7938
0.7438
Degradasi fenol (%)
-
79.59294732
86.39529822
80.9534175
Laju degradasi (mg L-1 jam-1)
-
0.030
0.033
0.031
28
Lampiran 4 Baku mutu limbah cair bagi industri No.
Parameter
Satuan
Golongan Baku Mutu Limbah Cair I
II
FISIKA 1
Temperatur
o
2
Zat padat terlarut
3
Zat padat tersuspensi
C
38
40
mg/L
2000
4000
mg/L
200
400
KIMIA 1
pH
6.0-9.0
2
Besi terlarut (Fe)
mg/L
5
10
3
Mangan terlarut (Mn)
mg/L
2
5
4
Barium (Ba)
mg/L
2
3
5
Tembaga (Cu)
mg/L
2
3
6
Seng (Zn)
mg/L
5
10
+6
7
Krom heksavalen (Cr )
mg/L
0.1
0.5
8
Krom total (Cd)
mg/L
0.5
1.0
9
Kadmium (Cd)
mg/L
0.05
1.0
10
Air raksa (Hg)
mg/L
0.002
0.005
11
Timbal (Pb)
mg/L
0.1
1.0
12
Stanum
mg/L
2
3
13
Aren
mg/L
0.1
0.5
14
Selenium
mg/L
0.05
0.5
15
Nikel (Ni)
mg/L
0.2
0.5
16
Kobalt (Co)
mg/L
0.4
0.6
17
Sianida (CN)
mg/L
0.05
0.5
18
Sulfida (H2S)
mg/L
0.05
0.1
19
Fluorida (F)
mg/L
2
3
20
Klorin bebas (Cl2)
mg/L
1
2
21
Amonia bebas
mg/L
1
5
22
Nitrat
20
30
23
Nitrit
1
3
24
BOD5
50
150
25
COD
100
300
26
Senyawa aktif biru metilen
5
10
27
Fenol
0.5
1
28
Minyak nabati
5
10
29
Minyak mineral
10
50
30
Radioaktivitas*)
*) Kadar radioaktivitas mengikuti peraturan yang berlaku
Sumber : Kep. Men. Neg. L. H. No.KEP-51/MNLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri
Lampiran 5 Baku mutu limbah cair untuk industri tekstil
Parameter
Kadar Maksimum (mg/L)
BOD5 60 COD 150 TSS 50 Fenol 0.5 totak Krom total 1.0 (Cr) Amonia 8.0 total Sulfida 0.3 (sebagai S) Minyak 3.0 dan lemak pH Debit limbah maksimum (m3/ton produk)
Tekstil Terpadu
6 15 5 0.05
Pencucian Kapas Pemintalan Penenunan 0.42 1.05 0.35 0.004
0.1
Beban Pencemaran Maksimum (kg/ton) Perekatan Pengikisan Pengikisan Pengikisan Pemasakan Pemucatan Merserisasi
Pengikisan Pencelupan
Pengikisan Pencetakan
0.6 1.5 0.5 0.005
1.44 3.6 1.2 0.012
1.08 2.7 0.9 0.009
0.9 2.25 0.75 0.008
1.2 3.0 1.0 0.01
0.36 0.9 0.3 0.003
-
-
-
-
-
0.02
0.006
0.8
0.056
0.08
0.192
0.144
0.12
0.16
0.048
0.03
0.002
0.003
0.007
0.005
0.005
0.006
0.002
0.3
0.021
0.03
0.07
0.054
0.045
0.06
0.018
100
7
10
24
18
15
20
6
Sumber: Kep. Men. Neg. L. H. No: KEP-51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri
29
