OPTIMASI FREKUENSI PAPARAN GELOMBANG ULTRASONIK UNTUK MEMBUNUH BAKTERI E. COLI Mas Mansyur, Asih Rahayu, E Devi Dwi Rianti Dosen Fakultas Kedokteran Universitas Wijaya Kusuma Surabaya
ABSTRAK Pengendalian mikroorganisme khususnya bakteri E. Coli dapat dilakukan dengan fisika dan kimia. Dalam fisika penelitian adalah pemanasan, pendinginan, radiasi (ultraviolet, x - ray, sinar gamma), bakteriologist filter. Dalam kimia penelitian adalah dengan menggunakan klorin. Menggunakan gelombang ultrasonik adalah sebagai metode alternatif yang memiliki manfaat di lingkungan, dapat membunuh bakteri dengan mekanik dan kavitasi, dan karakter desinfektan. Tujuan dari penelitian ini adalah dengan menggunakan gelombang ultrasonik sebagai metode alternatif untuk mengurangi jumlah bakteri E. Coli, dengan fokus dalam menemukan gelombang frekuensi ultrasonik optimal yang dapat menyebabkan maksimum tingkat kematian bakteri E. Coli. Hasil penelitian yang saya lakukan di bagian Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Universitas Wijaya Kusuma Surabaya adalah gelombang ultrasonik dihasilkan oleh generator berfungsi utama dengan daya 0,42 watt. Opsional frekuensi yang dapat membunuh bakteri E. Coli adalah 1,05 MHz yang dapat membunuh bakteri di 40,00%. Frekuensi gelombang ultrasonik mempunyai hubungan yang signifikan dengan persen kematian bakteri E. Coli, dengan koefisien korelasi 0,9253. Kata Kunci: Mikroorganisme, frekuensi Opsional, metode alternatif, persen kematian
OPTIMIZATION OF WAVE EXPOSURE FREQUENCY ultrasonic E. TO KILL BACTERIA COLI Mas Mansyur, Asih Rahayu, E Devi Dwi Rianti Lecturer Faculty of Medicine, University of Wijaya Kusuma Surabaya ABSTRACT Controlling microorganism specially E. Coli bacteria can done by physics and chemistry . In physics research is heating, cooling, radiation (ultraviolet, x – ray, gamma ray), filter bakteriologist. In chemistry research is by using chlorine. Using ultrasonic wave is as alternative metode that has benefit in environment, can kill bacteria with mechanic and cavitation, and disinfectant character. The purpose of this research is to use ultrasonic wave as an alternative methods for reducing quantity of E. Coli bacteria , by focussing in finding an optimal frequency ultrasonic wave which can cause the maximum of death level E. Coli bacteria. The result of that research which I do in a part of Microbiology Faculty of Medicine Wijaya Kusuma University Surabaya is the ultrasonic wave produced by fungtion generator with power is 0.42 watt. Optional frecuency that can kill E. Coli bacteria is 1.05 MHz that can kill the bacteria in 40.00 %. Frecuency ultrasonic wave have significant correlation with percent of death E. Coli bacteria, with correlation coefficient 0.9253. Key Word : Microorganism, Optional frecuency, alternative methods, percent of death
PENDAHULUAN Air minum dapat berperan dalam penyebaran bakteri pathogen antara lain yaitu tipus, cholera, dan dysentri. Pada hakekatnya air minum dari PAM, dan air minum dalam kemasan melalui perlakuan desinfeksi dengan cara kimia, fisika, atau cara mekanis. Cara kimiawi yaitu menggunakan bahan kimia antara lain senyawa khlor, Br2, ozon, H2, O2phenol, KMnO4, ClO2, CuSO4, dan ZnSO4. Keunggulan menggunakan CuSO4 dan ZnSO4 yaitu dapat mengendapkan detergen dan menghambat pertumbuhan algae. Untuk khlorinasi, pada umumnya
dengan menggunakan kaporit, karena mudah, murah dan gampang didapat. Air minum yang berasal dari PDAM dan air minum yang diproses dengan ozon dan ultra violet, penyulingan, serta diproses dengan membrane penyaring tidak sama hasilnya. Perlakuan pengendapan mampu dengan baik mengatasi endapan, perlakuan ozon dan ultra violet mampu menekan kuman dan virus, perlakuan destilasi mampu menekan beberapa komponen dengan baik kecuali kandungan klorida, klorin dan bau. Gelombang ultrasonik adalah gelombang akustik yang berfrekuensi lebih besar dari 20 KHz. Selama
perjalanannya di dalam medium, gelombang ultrasonik mengalami ortenuasi karena adanya peristiwaperistiwa pemantulan, hamburan dan absorpsi sehingga intensitasnya berkurang. Disamping sifat-sifat ini ada sifat-sifat karakteristik, seperti dapat menimbulkan kalor, gaya-gaya ultrasonik steady, kavitasi dan stress mekanik yang besar. Bakteri adalah organisme yang terdiri dari satu sel yang dibentuk oleh bahan inti, sitoplasma dan dinding luar yang terdiri dari lapisan lendir, dinding sel, memberi perlindungan, untuk mengatur masuknya bahan kimia dan memegang peranan penting dalam pembelahan sel. Bila bakteri berada di dalam medan ultrasonik maka bakteri akan menderita stress mekanik yang besar, dan dindingnya mengalami peregangan yang besar dan bila melampaui batas elastisitasnya maka dinding tersebut pecah dan bakteripun mati. Keuntungan penggunaan gelombang ultrasonik untuk membunuh bakteri adalah : 1. Ramah lingkungan 2. Dapat membunuh bakteri secara mekanik dan kavitasi yang ditimbulkan oleh gelombang ultarasonik. 3. Bersifat desinfektan karena gelombang ultrasonik di dalam air dapat membentuk H2O2. Bakteri E. Coli digunakan sebagai obyek penelitian karena : 1. Digunakan sebagai indikator pencemaran air oleh kotoran manusia atau Hewan (Fardiaz, S, 1992). 2. Merupakan bakteri pathogen yang dapat menimbulkan penyakit pada Manusia (Pelezar,M, 1988). 3. Merupakan bakteri yang paling sering ditemukan jika terjadi pencemaran Air (Fardiaz,S, 1992) Perumusan Masalah Dari latar belakang masalah di atas maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Berapa frekuensi optimum gelombang ultrasonik yang dapat digunakan untuk membunuh bakteri E. Coli terbesar ? 2. Berapa besar persen kematian bakteri E. Coli ? Tujuan Penelitian a. Tujuan umum Mendayagunakan gelombang ultrasonik sebagai metode alternatif untuk menurunkan jumlah bakteri E. Coli pada proses pengolahan air bersih. b. Tujuan khusus 1. Menemukan frekuensi optimum gelombang ultrasonik untuk membunuh bakteri E. Coli. 2..Koefisien korelasi antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik dengan persen kematian bakteri E. Coli. BAHAN DAN METODE Bahan dan alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bakteri E. Coli, Nutrient Agar Broth, aquadestilasi, EMB agar, alkohol 70 %, kantong plastik, kapas. Sedangkan alat yang digunakan adalah signal generator, osiloskop, transduser ultrasonic, incubator, laminar flow with U V lamp, autoclave, cawan petri, tabung reaksi, gelas beker, O S E, Quebec colony counter dan lup, pembakar bunsen. Variabel penelitian Melalui penelitian ini peneliti mendayagunakan gelombang ultrasonik sebagai metode alternatif untuk membunuh bakteri E. Coli. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah : -. Variabel bebas : frekuensi paparan gelombang ultrasonik. - Variabel terikat : persen kematian bakteri E. Coli Proses Kerja Proses penelitian ini diawali dengan mendesain pembangkit gelombang ultrasonik dan pembuatan kultur E. Coli. Pembangkit gelombang ultrasonik disebut transduser ultrasonik, karena
pembangkit ini mengubah energi listrik menjadi energi akustik. Transduser elektromagnetik dipilih karena dapat digunakan untuk membangkitkan gelombang
Signal Generator
ultrasonik baik di zat padat maupun fluida disamping itu transduser jenis ini banyak dijual di pasaran. Gambar di bawah ini adalah diagram blok pembangkit gelombang ultrasonik.
Penguat
Transduser
Osiloskop
Sampel
Gambar 3.1 Diagram Blok Pembangkit Ultrasonik Tabel 3.1 Uraian masing-masing blok beserta fungsinya Nama Blok Signal Generator
Fungsi Pembangkit isyarat listrik dengan daya rendah dan frekuensi bervariasi
Penguat
Penguat getaran listrik yang berasal dari signal generator serta meningkatkan daya listrik sehingga diperoleh getaran dengan daya tinggi
Osilosko
Pengukur frekuensi dan tegangan listrik yang dikeluarkan oleh penguat
Transduser
Pembangkit gelombang ultrasonik mengubah isyarat listrik menjadi suara
Sampel
Bagian dari populasi, yaitu sejumlah E. Coli yang berada di dalam aquades yang akan dipapari dengan gelombang ultrasonik
Prosedur Pengambilan Data - Prosedur Penyediaan Bakteri E. Coli Penyiapan kultur bakteri E. Coli dilakukan dengan cara : -. Bakteri E. Coli dibiakkan dalam medium EMB - Dari EMB dipindahkan dalam NA slant - Disimpan di dalam lemari es dengan suhu 0O sampai 10OC - Prosedur Pengumpulan Data Pada penelitian ini cara pengumpulan data untuk menentukan frekuensi optimum dan dosis paparan
gelombang ultrasonik untuk membunuh bakteri E. Coli dilakukan dengan cara : 1. Merangkai peralatan seperti tampak pada gambar di atas. 2. Memasukkan 1 ml suspensi bakteri E. Coli dari gelas ukur kedalan 5 buah cawan petri yang berisi nutrien agar broth kemudian dipapari dengan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 0.80 MHz, 0,85 MHz, ...... 1,20 MHz 3.. Menghitung koloni bakteri E. Coli sebelum dan sesudah dipapari gelombang ultrasonik.
4. Membandingkan persen kematian kematian bakteri E. Coli akibat pemaparan gelombang ultrasonik dengan frekuensi yang berbeda. 5..Membuat grafik hubungan antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik dengan persen kematian bakteri E. Coli kemudian menentukan frekuensi optimumnya. 6. Mencari koefisien korelasi antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik dengan persen kematian bakteri E. Coli. Metode Analisis Data Dari data hasil penelitian diperoleh pasangan data antara frekuensi, waktu dan dosis paparan gelombang ultrasonik (sebagai variabel bebas) dengan persen kematian bakteri E. Coli (sebagai variabel terikat). Untuk mengetahui hubungan dimana variabel-variabel di atas digunakan analisis korelasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk menemukan frekuensi optimum paparan gelombang ultrasonik untuk membunuh bakteri E. Coli dilakukan percobaan dengan data sebagai berikut : a. Frekuensi : 0,75 MHz, 0,80 MHz, .......... 1,20 MHz b. Daya : 0,42 watt (daya alamiah fungtion generator) c. Waktu : 2 menit d. Volume suspensi bakteri E. Coli : 20 ml . Adapun hasil pengamatannya ditunjukkan pada tabel di bawah ini. 1. Hasil Tabel Hasil pengamatan frekuensi paparan gelombang ultrasonik terhadap persen kematian bakteri E. Coli
Jumlah E. Coli Kontrol
Jumlah E. Coli Terpapar
No
Frek (MHz)
I
II
III
X1
I
II
III
X2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20
116 111 112 119 108 101 114 108 119 106
107 117 108 125 107 117 104 113 114 105
113 120 110 119 115 124 112 115 112 119
112 116 110 121 110 114 110 112 115 110
94 91 83 89 79 80 64 79 67 75
90 100 91 100 80 93 75 66 72 69
104 94 81 84 87 83 59 65 80 72
96 95 85 91 82 85 66 70 73 72
% kematian =
% Kematian 14,29 18,10 22,72 24,79 25,45 25,54 40,00 37,50 36,52 34,54
X1 X 2 100% X1
Berdasarkan hasil pengamatan pada tabel di atas menunjukkan hubungan antara persen kematian bakteri E. Coli dengan frekuensi paparan gelombang ultrasonik dengan variabel terkendali daya, volume
dan waktu. Untuk memperjelas hubungan antara kedua variabel diatas dinyatakan dengan grafik yang digambar dengan menggunakan program Excell, seperti tampak pada gambar di bawah ini
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA FREKUENSI PAPARAN GELOMBANG UTRA SONIK DENGAN PERSEN KEMATIAN BAKTERI E. COLI
PERSEN KEMATIAN (%)
50 40 30 20 10 0 0,75
Gambar 4.1.
0,8
0,85
0,9
0,95 1 1,05 FREKUENSI (MHz)
1,1
1,15
1,2
Grafik hubungan antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik dengan persen kematian bakteri E. Coli.
2. Pembahasan Dari grafik diatas tampak bahwa frekuensi optimum paparan gelombang ultrasonik adalah 1,05 MHz, dengan persen kematian sebesar 40%. Pada frekuensi kurang dari 1,05 MHz, proses kematian bakteri E. Coli relatif lebih sedikit dibandingkan dengan frekuensi di atas 1,05 MHz. Hal ini disebabkan karena ukuran bakteri E. Coli yang mikroskopik cenderung disekitar panjang gelombang yang sesuai dengan frekuensi diatas frekuensi optimumnya. Frekuensi optimum ini akan digunakan sebagai dasar untuk percobaan selanjutnya. Disamping itu terdapat hubungan yang signifikan antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik dengan persen kematian bakteri E. Coli , hal ini ditunjukkan dengan koefisien korelasi ( r) sebesar 0,9253. Kematian bakteri E. Coli ini tidak besar karena percobaan dilakukan dengan menggunakan fungtion generator yang berdaya maksimum alat tersebut besarnya 0,42 watt. Daya sebesar ini relatif kecil untuk dapat membunuh bakteri E. Coli. Agar persen kematian bakteri E. Coli menjadi lebih besar maka diupayakan alat penguat daya. Frekuensi optimal yang diperoleh dari percobaan terkait dengan ukuran koloni bakteri yang besarnya sekitar 1 mm (Pelezar, M, 1988). Bila kelajuan gelombang ultrasonik di dalam air sebesar 1350 m/s (Wiantari. S, 1993); secara teoritis seharusnya frekuensi paparan
gelombang ultrasonik 1,35 MHz. Transduser gelombang ultrasonik dengan orde sebesar 1,35 MHz sampai saat ini belum dijumpai di Toko elektronik dan peralatan laboratorium, maka perlu diupayakan untuk mendapatan tranduser yang sesuai dari tempat lain, seperti di pasar loak, atau laboratorium instrumentasi di universitas lain. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil penelitian yang bertujuan untuk menentukan frekuensi optimal dan dosis paparan gelombang ultrasonik untuk jumlah bakteri E. Coli, yang dilakukan di bagian Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Universitas Wijaya Kusuma Surabaya dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Frekuensi optimal yang terkait dengan persen kematian tertinggi adalah 1,05 MHz, dengan persen kematian sebesar 40%. Kondisi tersebut dicapai pada paparan gelombang ultrasonik dengan daya 0,42 watt, volume 20 ml dan waktu paparan 2 menit. 2. Terdapat hubungan signifikan antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik dan persen kematian bakteri E. Coli dengan koefisien korelasi sebesar 0,9253.
Saran Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa upaya untuk mendayagunakan gelombang ultrasonik sebagai metode desinfeksi terhadap mikroorganisme khususnya bakteri E. Coli memiliki prospek yang baik untuk dikembangkan sebagai metode alternatif. Selain relatif tidak beresiko menimbulkan pencemaran lingkungan, metode ini mempunyai efektivitas yang cukup baik. Di bawah ini adalah Kendala utama penerapan metode ini dan saran untuk memperbaikinya 1. Terbatasnya respon frekuensi transduser, sehingga perlu diupayakan untuk mendapatkan jenis transduser dengan spesifikasi yang diinginkan agar upaya optimasi frekuensi paparan gelombang ultrasonik memiliki hasil yang lebih baik, ditinjau dari aspek fisis maupun ekonomis. 2. Pada percobaan yang peneliti lakukan suspensi bakteri E. Coli diencerkan dengan menggunakan aquades, media ini bukan tempat tumbuh bakteri yang ideal. Hal ini dimaksudkan agar bakteri tidak tumbuh terlampau cepat atau cepat mati. Namun kami pernah gagal berkali-kali dalam menumbuhkan bakteri E. Coli baik sebagai kontrol maupun yang telah diberi perlakuan, meskipun pada percobaan pendahuluan berhasil menumbuhkan bakteri E. Coli. Oleh karena itu perlu diupayakan media tempat tumbuh bakteri E. Coli yang menyebabkan tidak tumbuh terlalu cepat atau cepat mati. 3. Dengan ditemukannya frekuensi optimum ini diharapkan dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan dosis paparan gelombang ultrasonik, sebagai metode alternatif untuk desinfeksi air bersih.
DAFTAR PUSTAKA Ackerman, Eugene, 1985. Biophysical Science, Prinsice Hal Inc, Engelwwood Cliffa, New Jersey. Brooks, Geo F, et al, 2001, Medical Microbiology Twenty Second Edition, McGraw-Hill Inc. Amsyari, Fuad, 2007. Penyakit yang ditularkan melalui air, Seminar Air Sehat, Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga, Surabaya. Cameron, Skfronik, 1988. Medical Physics, A. Wileg Inter Sciences, New York. Croknell, AP, 1980. Ultrasonic, Wykeham Publication LTD, London. Cromer, Alan, 1994. Physics For Life Sciences, Mc Graw Hill Inc. Publication, New York. Fardiaz, Srikandi, 1992. Polusi Air dan Udara, Penerbit Kanisius Yogyakarta. Gabriel J.F, 1993. Fisika Kedokteran, Edisi 5, Penerbit Buku Kedokteran EGC, Jakarta. Garsadi, Ruswandi, 2007. Percepatan Pelayanan Air Sehat, Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga Surabaya. Gobermen, GI, 1988. Ultrasonic Theory and Applicaton, The English University Press, London. Hariaji, Imam, 1990. Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik Untuk Mengusir Lalat Rumah, Skripsi, FMIPA Universitas Airlangga, Surabaya. Mansyur. Mas, 2006. Pengukuran Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik Dengan Metode Beda Fase, Jurnal LPPM Universitas Wijaya Kusuma Surabaya. Mansyur. Mas, dkk, 2007. Optimasi Frekuensi dan Dosis Paparan
Gelombang Ultrasonik Untuk Membunuh Jentik Nyamuk, Seminar DP2M Dikti Depdiknas, Jakarta. Martiana. R, Esty, 2007. Kualitas Air (Penilaian dan Monitoring). Seminar Air Sehat, Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga Surabaya. Maskunah, 1988. Pengaruh Gelomang Ultrasonik Terhadap Suspensi Bakteri, Kolokium, FMIPA Universitas Airlangga Surabaya. Nasir. Moh, 1988. Metode Penelitian, Penerbit Ghalia, Jakarta Pelezar, Michael. J, 1988. Dasar-Dasar Mikrobiologi, Diterjemahkan oleh ratna Sti H, Penerbit UI Press, Jakarta Pitojo,
Purwanto. E, 2002. Deteksi Pencemaran Air Minum, Penerbit Aneka Ilmu Ungaran.
Prijo, T. Anggono, 1989. Studi Tentang Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik dan Metode Pengukurannya, Kolokium, FMIPA Universitas Airlangga Surabaya. Saruji,
Didik, 2006. Kesehatan Lingkungan, Media Ilmu, Sidoarjo.
Saruji ,didik, 2008, Rancangan Penelitian, Disajikan Dalam Penyegaran Aplikasi metodologi Penelitian dan Statistik Fakultas Kedokteran UWKS. Spiegel, RM, 1996. Statistika, Penerbit, Erlangga, Jakarta. Sujono,
Edy S. 2007. Teknologi Pengolahan Air, Seminar Air Sehat, Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga Surabaya.
Suriawiria, Unus, 2005. Air Dalam Kehidupan dan Lingkungan Yang
Sehat, Penerbit Bandung.
PT.
Alumni,
Suriawiria, Unus, 2003. Mikrobiologi Air, Penerbit PT. Alumni, Bandung. Tortora, Gerarrd. J, 2007. Microbiology, Pearson Education Inc, San Francisco. Wiantari, Sugiani, 1993. Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik Untuk Membunuh Larva Aedes Aegypti, Skripsi, FMIPA Universitas Airlangga, Surabaya. Widodo, Asnar, 1990. Pembersihan Kotoran Pada Benda Dengan Menggunakan Gelombang Ultrasonik, Kolokium, FMIPA Universitas Airlangga, Surabaya.
