Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 Penurunan Tingkat Pencemaran Limbah Cair (Whey) Tahu pada Produksi Nata de Soya (Kajian Waktu Inkubasi) Pollution Level Reduction of Tofu Waste Water in Nata de Soya Production (Incubation Time Study) Fithri Choirun Nisa Staf Pengajar Jur. THP Fak Tek. Pertanian Unibraw
Abstrak Kegiatan pertanian, baik proses pra panen atau pasca panen akan menghasilkan limbah yang cukup besar dan memberikan kontribusi terhadap pencemaran lingkungan. Limbah industri pengolahan tahu merupakan salah satu limbah industri pertanian yang perlu mendapatkan perhatian. Penelitian ini bertujuan menentukan waktu inkubasi optimum pembuatan nata de soya dalam usaha memanfaatkan limbah cair (whey) industri tahu dan sekaligus mengurangi tingkat pencemaran lingkungan yang diakibatkannya. Analisis yang dilakukan pada penelitian ini adalah analisis terhadap limbah cair (whey) tahu dan nata yang dihasilkan. Analisis terhadap whey tahu meliputi analisis kadar nitrogen, kadar gula reduksi, pH, dan kadar COD (Chemical Oxygen Demand) sedangkan analisis setelah waktu inkubasi yang bervariasi (10, 12, 14, 16, dan 18 hari) terdiri dari analisis terhadap nata yang dihasilkan, meliputi berat dan tebal nata, dan analisis terhadap cairan sisa pembuatan nata, meliputi volume dan kadar COD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu inkubasi optimum pembuatan nata adalah 14 hari yang memberikan hasil nata, yaitu tebal 4,75 mm dan berat basah 24,58 g dan penurunan kadar COD 46,22%. Hasil ini diperoleh dari 200 ml whey tahu dengan penambahan sukrosa dan ekstrak kecambah 10% (b/v) dan 0,5% (v/v).
Abstract The waste from pre and post harvesting may cause environmental problem. This problem need to be solved. The waste water (whey) from tofu production is one of that always be produced in large amount. The objective of this research was to use whey of tofu to produce nata de soya and to reduce environmental pollution by varying incubation time. Total nitrogen, reducing sugar, COD value, and pH were analyzed in initial whey of tofu. Thickness and weight of nata that produced, volume and COD (Chemical Oxygen Demand) value of whey residue were observed after 10, 12, 14, 16, and 18 days. The optimum incubation time for nata production was 14 days with the thickness and the wet weight of nata that produced are 4,75 mm and 24,58 g, respectively and COD reduction 46,22%. These results were derived from 200 ml whey that enriched by sucrose 10% (w/v) and mungbean sprout extract 0,5% (v/v)
93
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 PENDAHULUAN Kegiatan pertanian, baik proses pra panen atau pasca panen akan menghasilkan limbah yang cukup besar dan memberikan kontribusi terhadap pencemaran lingkungan. Emisi pencemaran dari limbah pertanian dan limbah industri diperkirakan meliputi (per ton bahan) karbon monooksida sebesar 1,59 kg, sulfur dioksida sebesar 18,75 kg, oksida nitrogen sebesar 3,75 kg, senyawa organik 22,05 kg, dan padatan renik sebesar 30 kg (Suryo, 1990). Limbah industri mempunyai pengertian sisa proses produksi, dapat berupa padatan, cairan, atau gas, yang dianggap tidak mempunyai nilai ekonomi lagi bagi industri yang bersangkutan (Harsanto, 1991 dalam Lupihananto, 1991). Limbah pengolahan pangan pada umumnya ditandai dengan adanya kandungan benda padat yang tinggi dan BOD (Biologycal Oxygen Demand) yang tinggi, dalam hubungannya dengan bahan buangan dari limbah rumah tangga (Buckle, et al., 1987). Pada pembuatan tahu, misalnya, secara umum masih dilakukan secara tradisional atau sederhana, dan limbah cairnya masih mengandung senyawa organik terutama protein dan karbohidrat dan kedua senyawa ini mempunyai nilai BOD yang cukup tinggi. Kebutuhan biologi akan oksigen atau BOD (Biological Oxygen Demand) dan kebutuhan kimiawi akan oksigen atau COD (Chemical Oxygen Demad) dari bahan buangan merupakan parameter penting untuk menyatakan tingkat pencemaran air limbah. Jumlah oksiegen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik secara biologi dalam waktu dan suhu tertentu disebut dengan kadar BOD. Kadar BOD menunjukkan sifat-sifat
93
mereduksi dari limbah terutama bahan organik. COD merupakan jumlah oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi senyawa organik yang terkandung dalam bahan buangan selama aktivitas biologi tidak dapat mencakup senyawa-senyawa organik (Barnes, 1981). Kontribusi terhadap penecemaran lingkungan akan bertambah besar dengan semakin banyaknya industri tahu baik dalam skala besar ataupun skala indutri rumah tangga. Menurut Hastuti dan Raharjo (1983), limbah dari proses pembuatan tahu berupa air bekas cucian kedelai, air rendaman kedelai, ampas tahu, dan cairan sisa penggumpalan tahu (whey). Bahan buangan cair pabrik pengolahan tahu terutama berasal dari air rendaman kedelai, air dari tirisan kedelai setelah perendaman, air dari hasil pemisahan curd (whey), dan air yang keluar saat pengepresan berlangsung (whey). Upaya untuk mengurangi pencemaran limbah (khususnya limbah organik), penanganannya lebih diutamakan dilakukan secara biologi. Hal ini disebabkan karena sistem biologik baik yang terkendali maupun tidak terkendali merupakan sistem utama yang digunakan untuk menangani limbah organik (Jenie dan Rahayu, 1993). Degradasi limbah secara biologik merupakan proses yang berlangsung secara alamiah. Untuk mendapatkan jenis makanan baru sekaligus mengatasi polusi limbah industri atau pertanian, perlu adanya penanganan terpadu. Salah satu cara terpadu yang mungkin adalah pemanfaatan limbah yang masih mengandung bahan organik melalui proses bioteknologi sederhana dengan bantuan mikrobia bakteri asam cuka (Acetobacter xylinum) untuk mendapatkan suatu produk baru, yaitu nata, yang dapat dikonsumsi dengan aman dan tidak mengurangi rasa
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 estetika. Menurut Mendoza (1961), nata adalah padatan berwarna putih, tidak larut, bersifat seperti gelatin yang merupakan lapisan tipisa dari sel dan polisakarida yang dibentuk oleh bakteri Acetobacter xylinum. Sedangkan Dimaguila (1976) menyatakan bahwa substansi nata itu sendiri adalah selulosa.
METODE PENELITIAN Bahan
Inkubasi Hasil inokulasi medium fermentasi dengan starter tersebut dilakukan penyimpanan pada suhu 28±3°C. Lama inkubasi bervariasi, yaitu 10, 12, 14, 16, dan 18 hari. Variasi lama inkubasi ini dapat digunakan untuk menentukan waktu optimal untuk pembentukan nata dan penurunan kadar COD. Analisis
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cair (whey) tahu dari industri pembuatan tahu di daerah Ngaglik, Sleman, isolat murni bakteri Acetobacter xylinum diperoleh dari Laboratorium Bioteknologi, PAU Pangan dan Gizi UGM, Yogyakarta, gula pasir (sukrosa), ekstrak kecambah yang diperoleh dengan merebus 100 g kecambah dengan 200 ml air selama 30 menit, dan bahan-bahan kimia untuk analisis gula reduksi, total nitrogen, dan COD diperoleh dari Laboratorium Kimia Biokimia Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian UGM, Yogyakarta.
Analisis pada tahap awal yaitu yang dilakukan pada bahan baku (whey) meliputi analisis total nitrogen metode mikro Kjeldahl, gula reduksi metode Nelson Somogyi, kadar COD (American Public Health Association, 1976), dan pH. Analisis yang dilakukan setelah proses inkubasi meliputi analisis pada nata, yaitu tebal dan berat nata dan analisis pada cairan sisa pembuatan nata meliputi volume dan kadar COD.
Jalannya Penelitian
Proses pembuatan nata dari whey tahu merupakan teknologi terapan yang diadopsi dari teknologi pembuatan nata de coco dengan mengganti air kelapa dengan whey tahu sebagai substrat fermentasinya. Hal ini berdasarkan pada kesamaan komponen nutrisi penyusun whey dengan air kelapa yang berupa bahan organik, terutama kandungan sumber karbon dan nitrogennya. Menurut Pandolai (1958) dalam Woodroof (1970), air kelapa mengandung 0,8% gula reduksi, 0,05% nitrogen, 4,74% zat padat total dan beberapa mineral.
Inokulasi Tahap ini merupakan tahap pencampuran antara medium fermentasi dengan starter. Medium fermentasi merupakan whey tahu sebanyak 200 ml yang sudah diperkaya dengan sukrosa 10% (b/v) dan ekstrak kecambah 0,5% (v/v) dan disterilisasi. Starter yang digunakan dibuat dengan jalan mengambil sebagian dari whey yang telah disterilisasi, kemudian diinokulasi dengan kultur murni bakteri A. xylinum dan diinkubasi pada suhu 28±3°C selama 48 jam.
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisik dan Kimia Whey Tahu
Hasil analisis pada whey tahu yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.
93
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002
Tabel 1. Karakteristik fisik dan kimia whey tahu Parameter analisis
Nilai
Nitrogen
1,36 %
Gula reduksi
1,40 %
COD pH
238.000 mg/L 5,0
Dari hasil analisis tersebut menunjukkan bahwa whey tahu merupakan limbah dengan kandungan COD yang sangat tinggi tetapi cukup potensial untuk dimanfaatkan sebagai media pertumbuhan mikrobia, dalam hal ini bakteri pembentuk nata. Tetapi untuk memperoleh hasil nata yang optimal diperlukan nutrisi secara eksogen berupa sumber karbon dan nirogen. Menurut Jenie dan Rahayu (1993), dalam sistem biologis mikrobia dapat menggunakan limbah untuk sintesis dan respirasi endogenous, dan dengan penambahan nutrisi secara eksogenous, sintesis dan respirasi berlangsung lebih banyak.
Tebal dan Berat Nata Hasil nata yang diperoleh dari 200 ml limbah cair (whey) tahu dengan penambahan gula dan ekstrak kecambah 10% (b/v) dan 0,5% (v/v) dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 menunjukkan bahwa sintesis selulosa pada pembentukan nata berlangsung terus selama fermentasi. Penambahan berat dan tebal nata meningkat sampai hari ke-18. Pada hari ke-10 sampai ke-14 terjadi peningkatan berat dan tebal nata yang nyata, yang berarti bahwa proses fermentasi berjalan
93
lebih cepat. Setelah hari ke-14 terjadi peningkatan berat dan tebal nata yang kecil. Hasil analisis statistik (Tabel 2 dan 3) menunjukkan bahwa variasi waktu inkubasi secara umum akan memberikan tebal dan berat nata yang berbeda nyata antar perlakuan. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu inkubasi sampai batas tertentu akan memperbanyak nata yang diperoleh, karena dengan semakin lamanya waktu inkubasi akan memberikan kesempatan bakteri tersebut untuk memproduksi nata lebih lama. Tabel 2. Tebal nata yang dihasilkan sebagai pengaruh waktu inkubasi dengan medium fermentasi whey tahu 200 ml yang diperkaya dengan sukrosa 10% (b/v) dan ekstrak kecambah 0,5% (v/v)
Waktu inkubasi
Tebal nata
(hari)
(mm)
10
2,75 a
12
3,25 ab
14
4,75
16
5,50
cd
18
5,75
d
bc
Keterangan: Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama menunjukkan tidak adanya perbedaan yang nyata pada taraf uji 5%. Pada Tabel 2 dapat dilihat bahwa pengaruh lama inkubasi terhadap tebal nata yang dihasilkan tidak semuanya memberikan hasil yang berbeda nyata, tetapi perbedaan itu terlihat dengan semakin lamanya waktu inkubasi.
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 30
Tebal nata (mm)
Berat nata (g)
25 20 15 10 5 0 10
12
14
16
18
Waktu inkubasi (hari) Gambar 1. Tebal dan berat nata sebagai pengaruh waktu inkubasi Dari hasil analisis statistik diperoleh bahwa berat dan tebal nata pada hari ke-14 berbeda nyata dengan inkubasi hari ke-10 dan ke-12, tetapi tidak berbeda nyata dengan hari ke-16 dan ke-18. Dengan demikian waktu inkubasi yang optimum adalah selama 14 hari. Tabel 3. Berat nata yang dihasilkan sebagai pengaruh waktu inkubasi dengan medium fermentasi whey tahu 200 ml yang diperkaya dengan sukrosa 10% (b/v) dan ekstrak kecambah (0,5%) Waktu inkubasi
Berat nata
(hari)
(g berat basah)
10
9,10 a
12
11,90 a
14
24,58
bc
16
25,01
bc
18
26,09
c
Keterangan: Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama menunjukkan tidak adanya perbedaan yang nyata pada taraf uji 5%. Pemanenan nata dari whey tahu pada hari ke-14 memberikan hasil nata yang optimum. Hal ini disebabkan karena pada awal fermentasi kebutuhan nutrisi dan aerasi oksigen tercukupi dengan baik, sehingga terjadi kenaikan jumlah sel dan membentuk lapisan selulosa yang semakin lama akan mengalami penebalan nata ke arah bawah. Setelah proses fermentasi 14 hari, kematian bakteri semakin meningkat dan jumlah bakteri pada cairan medium menurun. Hal ini disebabkan karena bakteri A. xylinum merupakan bakteri yang bersifat kemoheterotrofik dan aerob. Bakteri kemoheterotrofik adalah bakteri yang menggunakan bahan organik sebagai sumber energi dan karbon (Jenie dan Rahayu, 1993). A. xylinum menggunakan sukrosa sebagai sumber energi dan sumber karbon yang kemudian mensintesanya menjadi selulosa secara ekstraseluler,
93
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 sehingga sel-sel bakteri akan terperangkap di dalam lapisan fibriler selulosa. Semakin lama inkubasinya, persediaan nutrisi mulai berkurang sehingga akan meningkatkan persaingan antar bakteri untuk mempertahankan kehidupannya. Selain itu semakin lama waktu inkubasi, semakin tebal lapisan selulosa yang terbentuk, maka mengurangi aerasi oksigen ke dalam medium fermentasi yang berarti mengurangi jumlah oksigen yang terlarut dalam medium fermentasi sehingga suasana medium fermentasi menjadi anaerob.
Kadar COD Cairan Sisa Pembuatan Nata COD merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan untuk menentukan tingkat pencemaran limbah. Menurut Jenie dan Rahayu (1993), uji COD adalah suatu pembakaran kimia secara basah dari bahan organik dalam sampel. Walaupun metode COD tidak mampu mengukur limbah yang dioksidasi secara biologik, metode COD mempunyai nilai praktis. Nisbah COD dan BOD dapat digunakan untuk menduga pemecahan atau teroksidasinya limbah secara relatif. Nisbah COD dan BOD yang rendah menunjukkan fraksi nonbiodegradasi kecil. Kadar COD awal dari limbah cair tahu diketahui sebesar 238.000 mg/L atau 47.600 mg dalam 200 ml whey, hal ini menunjukkan bahwa whey yang langsung dibuang ke badan air cukup membahayakan karena dapat mencemari air. Menurut Jenie dan Rahayu (1993) A. xylinum sebagai bakteri kemoheterotrofik merupakan bakteri terpenting dalam penanganan air limbah karena bakteribakteri ini akan memecah bahan organik. Kadar COD pada whey tahu ini mendekati nilai COD darah sapi yaitu
93
218.300 mg/L (Jenie dan Rahayu, 1993), sedangkan sisa pembuatan keju mempunyai nilai BOD 32.000 mg/L (Buckle, 1985 dalam Purnawijayanti, 2001). Menurut Jenie dan Rahayu (1993), nilai-nilai COD selalu lebih tinggi dari nilai BOD, sehingga nilai COD dari sisa pembuatan keju lebih besar dari 32.000 mg/L. Pada pembuatan nata, diperlukan tambahan sukrosa yang merupakan sumber karbon bagi mikrobia dan ekstrak kecambah yang merupakan sumber nitrogen. Kedua bahan tersebut sebenarnya akan menaikkan kadar COD bagi limbah, akan tetapi setelah bakteri A. xylinum memanfaatkan bahan-bahan tersebut untuk pertumbuhan dan pembentukan nata, dengan sendirinya kandungan bahan organik tersebut akan menurun juga, sehingga hal ini akan menurunkan kadar COD karena kebutuhan oksigen untuk merombak bahan organik tersebut semakin sedikit. Menurut Whistler et al. (1976), pada medium yang mengandung gula, bakteri A. xylinum dapat memecah komponen gula dan mampu membentuk suatu polisakarida yang tidak beracun yang dikenal dengan nama “ekstraseluler selulosa”. Sedang menurut Soeseno (1984), energi yang timbul dari proses perombakan gula tersebut digunakan untuk menjalankan metabolisme zat dalam sel bakteri tersebut. Pada Tabel 4 dapat kita lihat bahwa pada pembuatan nata tersebut selain terjadi pengurangan kadar COD pada bahan ternyata juga mengurangi jumlah air pada whey tersebut. Hal ini disebabkan karena air yang ada pada whey tersebut selama pembentukan nata ada sebagian yang terperangkap ke dalam nata tersebut.
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 Tabel 4. Kadar COD, volume, dan nilai COD aktual cairan sisa pembuatan nata sebagai pengaruh lama inkubasi dengan media fermentasi whey tahu yang diperkaya dengan sukrosa 10% (b/v) dan ekstrak kecambah 0,5% (v/v)
Waktu inkubasi (hari)
Kadar COD cairan sisa
Volume cairan sisa (ml)
(mg/L)
Nilai COD aktual cairan sisa (mg)
0 10 12 14 16 18
238.00 0 552.00 0 128.00 0
200
47.600
182
-
176,5
97.428
171
22.656
163,5
8.272
163,5
1.336
44.000 8.000
Gambar 2 memperlihatkan bahwa penurunan COD mengalami penurunan yang tajam setelah hari ke-12. Kadar COD untuk whey awal sebelum dilakukan penambahan sukrosa dan ekstrak kecambah adalah 238.000 mg/L whey atau 47.600 mg dalam 200 ml whey. Dengan demikian kadar COD larutan sisa pembuatan nata yang berada di bawah kadar COD whey awal adalah waktu inkubasi 14 hari dan sesudahnya. Pada hari ke-14, COD larutan sisa adalah 128.000 mg/L atau 22.656 mg dalam 171 ml cairan sisa pembuatan nata. Penurunan kadar COD setelah hari ke-12 yang diikuti
juga dengan penurunan volume cairan sisa menyebabkan penurunan nilai COD aktual yang lebih besar. Pada hari ke-14, terjadi penurunan kadar COD cairan sisa sebesar 46,22% dari COD whey awal dan penurunan nilai COD aktual sebesar 52,40%. Nilai COD pada cairan sisa pembuatan nata ini masih cukup tinggi, sehingga masih perlu adannya penanganan lanjut sebelum dibuang ke lingkungan. Pada penelitian ini digunakan kultur tunggal bakteri A. xylinum, sedangkan menurut Jenie dan Rahayu (1993), bakteri menggunakan nutrien secara selektif, oleh karena itu diperlukan kultur campuran dalam penanganan limbah. Setiap jenis bakteri mempunyai kelompok senyawa yang dapat dimetabolisme yang berbeda. Dengan demikian kultur campuran mempunyai kemampuan untuk memetabolisme berbagai jenis senyawa.
KESIMPULAN Limbah cair (whey) tahu dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan nata sekaligus dapat menurunkan kadar CODnya. Waktu inkubasi optimum pembuatan nata adalah 14 hari dengan hasil tebal nata 4,75 mm dan berat basah nata 24,58 gram dari 200 ml whey yang diperkaya dengan sukrosa 10% dan ekstrak kecambah 0,5%. Kadar dan penurunan COD cairan sisa yang dicapai adalah 128.000 mg/L dan 46,22% dengan kadar COD awal whey tahu 238.000 mg/L. Perlu ada penelitian lebih lanjut tentang penambahan mineral pada medium fermentasi untuk meningkatkan hasil nata.
93
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002 Cairan sisa pembuatan nata masih mempunyai nilai COD yang tinggi sehingga perlu penanganan lebih lanjut sebelum dibuang ke lingkungan baik itu secara fisik, kimia, atau biologik dengan menggunakan kultur campuran.
Ucapan Terima Kasih Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ir. M. Nurcahyanto, M.Sc yang telah memberikan bimbingan dan saran juga rekan-rekan Moestijanto, Tri Wastono, Budi Baskoro, dan Hani Rina Halim atas kerjasamanya selama penelitian.
DAFTAR PUSTAKA Barnes, D., 1981. Water and Waste Water Engineering System. The Pitman Publishing Ltd., Messachusset Buckle, K.A., Edwards, R.A., Fleet, G.H., and Wooton, M., 1987. (Penerjemah: Purnomo, H. dan Adiono), Ilmu Pangan, UI Press, Jakarta Dimaguila, L.S., 1976. The Nata de CocoChemical Nature and Properties of nata. The Philippines Agriculturiest, 51 (6): 475-484 Hastuti, P. dan Rahardjo, A.P., 1983. Pengolahan Hasil Tanaman Serealia dan Palawija. Direktorat Menengah Kejuruan. Depdikbud, Jakarta
93
Jenie, B.L. dan Rahayu, W.D., 1993. Penanganan Limbah Industri Pangan. Cetakan ke-9, Penerbit Kanisius, Yogyakarta Lupihananto, L.A., Nurheriyanti, V.B., Kusmini, R., Rokhmiyati, N., dan Bawono, I.Y., 1991. Penanganan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit secara Biologis Menggunakan Candida lypolitica. Jurusan PHP, FTP UGM, Yogyakarta Mendoza, 1961. Philippines Foods, Their Processing and Manufacture. Published in the Philippines by the author Purnawijayanti, H.A., 2001. Sanitasi, Higiene, dan Keselamatan Kerja dalam Pengolahan Makanan, Penerbit Kanisius, Yogyakarta Suryo, 1990. Biogas Sebagai Sumber Energi Pedesaan. Makalah Lokakarya Pengembangan Energi Non Konvensional. Dirjen Ketenagaan, Dep. Pertambangan dan Energi RI, Jakarta Whistler, R.L. and Miller, J.N.B., 1989. Polysacharides and Their Derivative. Academis Press. New York Woodroof, J.G., 1970. Coconut, Production, Processing Product. westport Connecticut. The AVI Publishing, Co., Inc., London
Nisa – Produksi Nata de Soya Jurnal Teknologi Pertanian 3(2) – 2002
Kadar COD (mg/L)
Nilai COD aktual (mg)
600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 12
13
14
15
16
17
18
Gambar 2. Kadar COD dan nilai COD aktual sebagai pengaruh waktu inkubasi
93
