Skrining Bakteri Indigenus Oil Sludge.…
SKRINING BAKTERI INDIGENUS OIL SLUDGE KALIMANTAN TIMUR PENDEGRADASI POLIETILEN Muhammad Iqbal Filayani1), Ni’matuzahroh1), dan Ganden Supriyanto2) 1)
Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga
[email protected]
2)
ABSTRAK Melimpahnya limbah plastik polietilen di lingkungan mendorong penelitian mengenai skrining bakteri yang mampu mendegradasi polietilen. Isolat bakteri pendegradasi polietilen dapat diperoleh dari oil sludge. Polietilen berasal dari bahan minyak bumi serupa dengan oil sludge sehingga bakteri indigenus oil sludge yang dapat mendegradasi komponen oil sludge juga memiliki kemampuan dalam mendegradasi polietilen. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan isolat bakteri indigenus oil sludge Kalimantan Timur yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi plastik jenis polietilen. Isolasi dilakukan dengan menggunakan media sintetik polietilen. Skrining dilakukan dengan melihat kelimpahan bakteri dengan metode pour plate dan persentase degradasi polietilen didapat dari selisih berat lembaran polietilen. Hasil isolasi didapatkan empat isolat dengan kode isolat PES231b, PES142b, PES241b, PES244b. Hasil skrining didapatkan nilai log TPC (CFU/mL) dan persentase degradasi pada waktu inkubasi hari ke-15 untuk isolat PES231b sebesar 7,29 CFU/mL dan persentase degradasi sebesar 1,25%, nilai log TPC (CFU/mL) isolat PES142b sebesar 7,31 CFU/mL dan persentase degradasi sebesar 8,85%, nilai log TPC (CFU/mL) isolat PES241b sebesar 7,23 CFU/mL dan persentase degradasi sebesar 6,06%, nilai log TPC (CFU/mL) isolat PES244b sebesar 7,29 CFU/mL dan persentase degradasi sebesar 0,60%. Bakteri dengan kode isolat PES142b adalah bakteri yang memiliki nilai log TPC dan persentase degradasi polietilen tertinggi. Kata kunci: bakteri indigenus oil sludge, log TPC (CFU/mL), persentase degradasi, polietilen PENDAHULUAN Plastik adalah istilah umum untuk berbagai macam produk polimer sintetik (Sumathi et al., 2014). Plastik merupakan molekul polimer rantai panjang (Harshvardhan dan Jha, 2013). Plastik terbuat dari minyak bumi berbasis bahan yang disebut resin (misalnya, polietilen, dan polipropilen), merupakan bahan yang tahan terhadap biodegradasi. Polietilen adalah salah satu plastik yang paling sering digunakan, karena daya tahan dan sifat mekanik yang sangat baik. Hal ini banyak digunakan untuk berbagai wadah, kemasan, alat tangkap dan film plastik untuk pertanian. Namun, karena baru-baru ini tekanan terhadap isu-isu lingkungan semakin meningkat, akhirnya plastik yang telah digunakan dianggap menjadi masalah yang lebih penting dan menjadi perhatian (Jeon dan Kim, 2014). Polietilen adalah salah satu polimer sintetik yang memiliki tingkat hidrofobik tinggi dan berat molekul tinggi dan dalam bentuk alami, tidak biodegradable (Shah et al. 2008). Polietilen dikenal sebagai polimer sangat tahan degradasi, merupakan bahan kimia dan biologi yang lembam yang telah diaplikasikan ke berbagai produk dari kantong plastik dan pipa untuk pembangunan tangki penyimpanan bahan bakar. Dari sudut pandang ekologi, akumulasi sampah plastik di lingkungan adalah memprihatinkan, karena produksi plastik di atas 25 juta ton per tahun (Orhan dan Buyukgungor, 2000). Polietilen telah menjadi materi penting dalam pembangunan infrastruktur untuk beberapa industri (Restrepo-Flórez et al., 2014). Sebagian besar studi biodegradasi pada plastik sedang dilakukan dengan menggunakan mikroorganisme. Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9
Mikroorganisme mampu menurunkan sebagian besar bahan organik dan anorganik, sehingga ada banyak ketertarikan dalam mikroba pendegradasi plastik dan bahan limbah plastic (Raaman et al., 2012). Mikroorganisme dapat dianggap sebagai agen biologis yang potensial dalam skema upaya degradasi polietilen (Koutny et al., 2009). Bakteri pengurai polietilen juga berhasil diisolasi oleh Jeon dan Kim (2014) dari oil sludge. Skrining bakteri indigenus oil sludge Kalimantan Timur dilakukan untuk mendapatkan isolat bakteri yang memiliki kemampuan mendegradasi polietilen. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Terpadu dan Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya pada bulan Oktober 2014-Desember 2015. Bahan-bahan pada penelitian ini adalah oil sludge Kalimantan Timur PT. Vico Indonesia, serbuk Polyethylen (Sigma), aquades, alkohol 70%, agar powder, Nutrient Broth (NB), Nutrient Agar (NA), Tween 80, NH4NO3, MgSO4, K2HPO4, CaCl2, KCl, FeSO4, ZnSO4, MnSO4, yeast ekstrak, H2O2 3%, kristal violet, iodin, etil alkohol 95%, safranin, spiritus. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah inkubator shaker, autoklaf, LAF (Laminar Air Flow), cawan petri, tabung reaksi, mikropipet, tip mikropipet, Colony counter, mikroskop, ose, bunsen, kaca benda, kaca penutup, pipet tetes, rak tabung reaksi, autoklaf, oven, inkubator, kapas, gelas ukur, Beaker glass, Erlenmeyer, jarum inokulasi, alumunium foil, kertas tissue, Spektrofotometer, Timbangan analitik.
183
Skrining Bakteri Indigenus Oil Sludge.…
Pembuatan media sintetik (MS) cair maupun media sintetik agar untuk isolasi mikroba pendegradasi polietilen mengikuti prosedur Haddad et al., (2005) dan Jeon dan Kim (2014) yaitu dengan melarutkan NH4NO3, 1 g; MgSO4, 0,2 g; K2HPO4, 1 g; CaCl2, 0,1 g; KCl, 0,15 g; and yeast ekstrak, 0,1 g; dan mikroelemen sebagai berikut: 1 mg FeSO4, 1 mg ZnSO4 dan 1 mg MnSO4 pada 1 L aquades steril. Kemudian, pada medium sintetik tersebut ditambahkan 5 gram serbuk polietilen dan juga 0,1 mL Tween 80. Untuk membuat MS agar hanya dengan menambahkan 15 g/L agar powder, media-media tersebut di auotoklaf pada tekanan 1 atm pada suhu 121 0 C selama 15 menit. Metode isolasi mikroba pendegradasi polietilen menggunakan metode yang dilakukan oleh Jeon dan Kim (2014) yaitu: oil sludge Kalimantan diambil sebanyak 10 g dimasukkan ke dalam erlenmeyer (250 mL) ditambahkan 100 mL aquades steril, diaduk hingga rata, dan dibiarkan mengendap selama 30 menit. Sebanyak 0,1 mL dari larutan tersebut diambil dan masing-masing dimasukkan dalam 3 botol yang berisikan 20 mL medium sintetik (MS) cair yang ditambahkan polietilen. Kemudian larutan dalam botol (sampel) diinkubasi menggunakan inkubator shaker pada 120 rpm dengan suhu 380C selama 1 bulan. Isolat yang mampu tumbuh dari tahap isolasi dimurnikan dengan metode streak plate pada cawan Petri yang mengandung media MS agar yang ditambahkan polietilen dan juga dimurnikan pada cawan Petri yang mengandung media Nutrient Agar (NA). Isolat murni dari cawan Petri yang mengandung media NA diambil dengan ose steril dan dimasukkan media NB (Nutrient Broth), dishaker dengan kecepatan 120 rpm dan diinkubasi selama 24 jam. Selanjutnya optical density (OD) diatur sebesar 0,5 dengan panjang gelombang 600 nm. Sebanyak 1 mL suspensi isolat tersebut diambil dan dimasukkan ke dalam media MS cair yang mengandung polietilen, dishaker dengan kecepatan 120 rpm selama 15 hari. Penghitungan jumlah bakteri dilakukan dengan menggunakan metode pour plate. Pertumbuhan dipantau dengan cara penghitungan jumlah sel viable dengan metode pour plate. Penghitungan jumlah dilakukan dengan interval 0, 3, 6, 9, 12, 15 hari. Sebanyak 1 mL kultur bakteri diambil dan dimasukkan ke dalam seri tabung pengenceran yang berisi 9 mL larutan garam fisiologis 0,85 %. Seri pengenceran dibuat dengan seri tertentu sampai jumlah sel memenuhi persyaratan. Tiga seri pengenceran terakhir dilakukan pencawanan pada media NA dan isolat bakteri yang memiliki kemampuan tumbuh paling baik ditinjau dari nilai TPC dan uji kemampuan biodegradasi. Morfologi koloni diamati secara makroskopik pada media sintetik (MS) padat yang mengandung polietilen dan juga pada media NA. Morfologi koloni yang diamati adalah bentuk, warna, ukuran, tepian dan elevasi koloni. Morfologi sel bakteri yang diamati adalah tipe Gram, bentuk dan susunan sel. Uji motilitas bakteri dilakukan dengan menyiapkan media Nutrient Agar (NA) semisolid (kandungan agar 0,3-0,4%) dalam tabung reaksi dan Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9
menandai dengan nomor isolat yang digunakan untuk uji. Isolat bakteri diambil menggunakan jarum inokulasi dan menusukkan ke dalam media NA semisolid sampai kedalaman kurang lebih 3/4 bagian dari permukaan media. Media diinkubasi pada suhu 32 °C selama 24 sampai 48 jam. Motilitas bakteri dapat dilihat melalui pertumbuhan bakteri di sekitar tusukan dan juga di permukaan media, sedangkan bakteri yang non motil akan tetap berada di sekitar bekas tusukan jarum. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil isolasi bakteri indigenus oil sludge Kalimantan Timur pada media pertumbuhan yang mengandung polietilen didapatkan empat jenis isolat bakteri. Isolat tersebut dibedakan berdasarkan karakter morfologi makroskopis yaitu karakteristik koloni dan karakter morfologi sel dengan melakukan pewarnaan Gram. Empat isolat bakteri tersebut masing-masing diberi kode PES231b, PES142b, PES241b, PES244b. Gambar morfologi koloni empat isolat bakteri indigenus oil sludge yang didapat dari media pertumbuhan yang mengandung polietilen disajikan pada Gambar 1.
6mm
a
5mm
c
Gambar 1. Morfologi koloni isolat bakteri indigenus oil sludge pendegradasi polietilen a) PES231b b) PES142b c) PES244b d) PES241b Tabel 1. Karakterisasi koloni bakteri indigenus oil sludge hasil isolasi menggunakan media sintetik ditambah polietilen. Karakter koloni No 1 2 3 4
Kode isolat PES2 31b PES1 42b PES2 41b PES2 44b
Bentuk
Warna
Tepian
Elevasi
Diameter (mm)
Circular
Kuning
Erose
Raised
6,39
Circular
Putih krem Putih krem Putih
Entire
Convex
3,38
Entire
Convex
5,22
Entire
Rised
5,74
Circular Circular
184
Skrining Bakteri Indigenus Oil Sludge.…
Tabel 2. Karakterisasi isolat bakteri indigenus oil sludge hasil isolasi menggunakan media sintetik ditambah polietilen. No
1 2 3 4
Kode isolat PES2 31b PES1 42b PES2 41b PES2 44b
Bentuk
Susunan
Basil
Monobasil Monobasil Monobasil Monobasil
Basil Basil Basil
Karakter sel Gram Motil Negatif Negatif Negatif Negatif
Nonmotil Nonmotil Nonmotil Nonmotil
Ukuran sel 1,5 2,5 µm 1 - 1,5 µm 1µm 1µm
Tahap skrining untuk menguji respon ke empat isolat bakteri yang didapat kemudian ditumbuhkan pada medium sintetik cair yang ditambah dengan polietilen. Hasil dari tahapan ini adalah jumlah sel bakteri log (CFU/mL) dari ke empat isolat serta perubahan pH media yang mana pH awal media adalah 7, dan juga hasil persentase degradasi pada lembaran polietilen. Hasil skrining isolat bakteri indigenus oil sludge Kalimantan Timur dan nilai TPC nya ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
(a)
(b)
Gambar 2. (a) dan (b) Nilai TPC isolat bakteri indigenus oil sludge pada medium sintetik ditambah polietilen
(a)
(b)
Gambar 3. (a) dan (b) Hubungan log TPC (CFU/mL), pH, kontrol ke empat isolat bakteri indigenus oil sludge pendegradasi polietilen. Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9
Skrining ini tidak hanya melihat pertumbuhan isolat bakteri dengan nilai log TPC saja akan tetapi juga dilihat kemampuan degradasi dari ke empat isolat bakteri (Gambar 4). 10 % degradasi polietilen
Karakteristik koloni ke empat isolat bakteri yang didapat disajikan pada Tabel 4.1 dan karakteristik sel bakteri disajikan pada Gambar 1. Karakteristik sel isolat bakteri indigenus oil sludge pendegradasi polietilen disajikan pada Tabel 2.
8.85
8 6.06 6 4 2
1.25
0.6
0
0 PES231b PES142b PES241b PES244b Kontrol
Gambar 4. Nilai persentase degradasi polietilen ke empat isolat bakteri indigenus oil sludge pendegradasi polietilen. Polietilen merupakan polimer yang resisiten terhadap degradasi. Karakteristik polietilen yang merupakan material inert dan kuat dipakai secara luas baik dibidang kemasan pangang atau industri. Pemakaian polietilen secara luas mengakibatkan dampak lingkungan yang besar yaitu akumulasi polietilen di lingkungan dan sulitnya terdegradasi menjadikan polietilen sebagai polutan. Oleh karena itu, studi atau penelitian tentang degradasi dari polietilen menjadi kajian yang menarik. Degradasi polietilen dapat terjadi dengan berbagai cara seperti secara kimia, termal (panas), fotodegradasi atau biodegradasi (Shah et al., 2008). Secara garis besar degradasi polietilen dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu degradasi secara abiotik dan degradasi secara biotik. Secara abiotik yaitu dengan iridiasi UV atau dengan panas. Sedangkan, degradasi biotik merupakan degradasi yang menggunakan makhluk hidup dan pada umumnya studi degradasi secara biotik dilakukan oleh mikroorganisme seperti bakteri dan kapang (RestrepoForez et al., 2014). Tanah yang didalamnya terkubur banyak polietilen seperti Tempat Pembuangan Akhir (TPA) merupakan salah satu sumber didapatkanya mikroorganisme yang memiliki kemampuan mendegradasi polietilen (Zusfahair dkk., 2007). Akan tetapi, tidak hanya tanah yang terkubur polietilen di dalamnya sebagai sumber mikroorganisme namun tanah yang tercemar minyak atau limbah hidrokarbon seperti oil sludge juga bisa digunakan sebagai sumber didapatkannya mikroorganisme (Jeon dan Kim, 2014). Bakteri dapat tumbuh jika nutrisi dalam media pertumbuhan tercukupi seperti sumber karbon, nitrogen, energi dan faktor-faktor pertumbuhan esensial lainya. Bakteri yang organotrof menggunakan substrat organik sebagai sumber energi dan sumber karbon (Moat et al., 2002). Komposisi media yang dipakai adalah makro dan mikro elemen yang ditambah dengan ekstrak yeast. Ekstrak yeast digunakan untuk tahap inisiasi bakteri untuk tumbuh dan beradaptasi sampai bakteri bisa 185
Skrining Bakteri Indigenus Oil Sludge.…
mengkonsumsi sumber karbon (Moat et al., 2002). Penambahan ekstrak yeast hanya mampu menyuplai kebutuhan bakteri sampai waktu inkubasi hari ke 5. Setelah hari ke 5, estrak yeast dalam media kontrol dimungkinkan habis, karena tidak adanya penambahan polietilen maka nilai TPC menurun tajam (Gambar 3) dan hal ini merupakan respon yang diberikan bakteri jika kebutuhan nutrisi untuk pertumbuhanya tidak tersedia. Penambahan polietilen pada media sangat berpengaruh pada pertumbuhan bakteri dilihat dari kurva nilai TPC (Gambar 3). Setelah waktu inkubasi hari ke 5, empat isolat mengalami kenaikan nilai TPC. Penambahan polietilen sebagai substrat yang oleh bakteri digunakan sebagai sumber karbon untuk kelangsungan pertumbuhanya. Berbeda dengan kontrol tanpa penambahan polietilen setelah waktu inkubasi hari ke 5 nilai TPC mengalami penurunan. Penurunan nilai TPC pada kontrol menunjukkan bahwa tidak adanya substrat sebagai sumber karbon. Faktor lain yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme khususnya bakteri adalah derajat keasaaman atau pH. Mikroorganisme memiliki suatu pH optimum yaitu pH dimana mereka tumbuh paling baik. pH optimum mikroorganisme biasanya mendekati netral (pH 7). Sebagian besar mikroba tidak tumbuh pada pH lebih dari 1 pH unit di atas atau di bawah pH optimumnya (Ibrahim, 2007). Gambar 4.4 menunjukkan bahwa selama waktu inkubasi semua isolat bakteri menunjukkan tidak adanya perubahan pH pada media, pH media berkisar pH 7 atau netral. Hal ini membuktikan bahwa dalam proses ini pH netral bagus utuk pertumbuhan bakteri. Faktor yang juga berperan dalam pertumbuhan bakteri adalah suhu. Sebagian besar spesies bakteri dapat tumbuh di atas rentang suhu 30 0C, tetapi temperatur minimum dan maksimum untuk spesies berbeda (Ibrahim, 2007). Pada tahapan skrining dan tahapan uji biodegradasi suhu inkubasi dibuat sama yaitu sehu kamar 30 0C, sehingga suhu pada penelitian ini bukan faktor utama yang menyebabkan penurunan atau bertambahnya nili TPC dan hasil degradasi. Turunnya kurva pertumbuhan (Gambar 3) pada waktu inkubasi setelah hari ke 9 lebih disebabkan karena ketersediaan oksigen menurun. Bakteri khususnya organotrof dan heterotrof yang aerob untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan sel-sel sangat membutuhkan oksigen,jadi kurva mengalami penurunan karena oksigen dalam media berkurang atau habis (Moat et al., 2002). Skrining isolat bakteri indigenus oil sludge juga dilakukan dengan tahapan degradasi yaitu melakukan pengukuran berat polietilen sebelum perlakuan dan sesudah perlakuan. Selisih berat merupakan residu dari proses degradasi dan dinyatakan dengan persentase Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9
degradasi. Suhu dan pH awal media dibuat sama yaitu pada suhu 30 0C dan pH 7. Hasil persentase degradasi terbaik didapat oleh isolat bakteri PES142b (Gambar 4). Biodegradasi dari polietilen merupakan proses yang komplek dan belum sepenuhnya dipahami. Untuk menjelaskan mekanisme dalam biodegradasi polietilen ada dua strategi yang selama ini ada di literatur. Pertama degradasi yang melibatkan strain murni yang mampu mendegradasi polietilen (Yamada-Onodera et al., 2001). Penggunaan strain murni ini bertujuan untuk mengungkap jalur metabolisme (metabolic pathways) dan mengevaluasi efek dari kondisi lingkungan yang berbeda dari proses degradasi polietilen (Chiellini et al., 2003). Kedua, degradasi menggunakan kompleksitas lingkungan serta komunitas mikroba. Stuktur komunitas atau biofilm dari isolat yang berada di permukaan polietilen selama proses biodegradasi juga dapat dipengaruhi dari jenisjenis polietilen (Albertson, 1987; Orhan Buyukgungor, 2000). SIMPULAN Skrining bakteri indigenus oil sludge Kalimantan Timur didapatkan empat isolat yang memiliki kemampuan mendegradasi polietilen, dengan kode isolat PES231b, PES142b, PES241b, PES244b. Bakteri dengan kode isolat PES142b memiliki nilai TPC dan persentase degradasi tertinggi. Bakteri pendegradasi polietilen memanfaatkan polietilen sebagai sumber karbon. DAFTAR PUSTAKA Albertsson AC, Andersson SO, Karlsson S, 1987. The mechanism of biodegradation of polyethylene. Polym. Degrad. Stab. 18: 73-87. Chiellini E, Corti A, Swift G. 2003. Biodegradation of Thermally-oxidized Fragmented Low-density Polyethylene. Polymer Degrdation and Stability. 81: 341-351. Harshvardhan K, and Jha B. 2013. Biodegradation of Low-density Polyethylene by Marine Bacteria from Pelagic Waters, Arabian Sea, India. Marine Pollution Bulletin. 77: 100-106. Ibrahim M, 2007. Mikrobiologi Prinsip dan Aplikasi. UNESA University Press: Surabaya Jeon HJ, and Kim MN. 2014. Degradation of Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Exposed to UVirradiation. Europian polymer Journal. 52: 146153. Koutny M, Amato P, Muchova M, Ruzieka J, Delort A M. 2009. Soil Bacterial Strains Able to Grow on The Surface of Oxidized Polyethylene Film Containing Prooxidant Additives. International Biodeterioration & Biodegradation. 63: 354-357.
186
Skrining Bakteri Indigenus Oil Sludge.…
Orhan Y, and Buyukgungor H. 2000. Enhancement of Biodegradability of Disposable Polyethylene in Controlled Biological Soil. International Biodeterioration & Biodegradation. 45: 49-55. Raaman N, Rajitha N, Jayshree A, Jagadeesh R. 2012. Biodegradation of Plastic by Aspergiluus spp. Isolated from Polythene Polluted Sites Around Chennai. J. Accad. Indus. Res 1(6): 313-316. Restrepo-Florez JM, Bassi A, Thompson MR. 2014. Microbial Degradation and Deterioration-A Review. International Biodeterioration & Biodegradation. 88: 83-90. Shah AA, Hasan F, Hameed A, Ahmed S. 2008. Biological Degradation of Plastic: A Comprehensive Review. Biotechnology Advances. 26: 246-65. Sumathi T, Srilakshmi A, Kotakadi VS,Saigopal DVR. 2014. Role of Fungal Enzymes in Polymer Degradation: A Mini Review. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and chemical Sciences. 5(2): 1694. Moat AG, Foster JW, Spector MP. 2002. Microbial Physiology. Fourth Edition. United States of America. Yamada-Onodera K, Mukumoto H, Katsuyaya Y, Saiganji A, Tani Y. 2001. Degradation of Polyethylene by A Fungus, Penicillium simplicissimum YK. Polymer Degradation and Stability. 72: 323-327. Zusfahair, Lestari P, Ningsih DR, Widyaningsih S. 2007. Biodegradasi Polietilen Menggunakan Bakteri dari TPA (Tempat Pembuangan Akhir) Gunung Tugel Kabupaten Banyumas. Molekul. 2(2): 98-106.
Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9
187
