TWEEN 80 SEBAGAI PENINGKAT KINERJA BAKTERI PENDEGRADASI MINYAK BUMI
RUSKAM SISWANTO
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Karya ilmiah ini kupersembahakan untuk: Ayah, Ibu, Adik, Istriku Ernie Susilowati, dan Anakku Ahmad Daffa’ Fatih Aljabbar,, yang baru berusia 1 tahun
ABSTRAK RUSKAM SISWANTO. Tween 80 sebagai Peningkat Kinerja Bakteri Pendegradasi Minyak Bumi. Dibimbing oleh MUHAMMAD FARID dan PANCA DEWI MANU HARA KARTI. Bioremediasi merupakan proses pemulihan secara alami menggunakan mikroorganisme untuk menghancurkan atau mendegradasi senyawa berbahaya hingga sedikit berbahaya atau bahkan menjadi tidak berbahaya (tidak beracun). Sebagai teknologi baru alternatif, bioremediasi diperkirakan mampu memulihkan tanah terkontaminasi hidrokarbon minyak bumi. Penelitian bioremediasi ini menggunakan isolat bakteri dan dikerjakan pada skala laboratorium. Sebelum bakteri diaplikasikan pada media tanah terkontaminasi minyak bumi, mikroorganisme tersebut diinokulasikan pada media cair -Bushnell-Hess yang mengandung 2 % (b/v) minyak bumi untuk diseleksi. Hanya satu isolat bakteri yang diaplikasikan pada tanah terkontaminasi minyak bumi buatan dengan konsentrasi 50000 ppm (5 %). Agar bakteri mudah mendegradasi hidrokarbon minyak bumi, maka pada penelitian ini ditambahkan juga surfaktan nonionik sebagai pendispersi dan pengemulsi pada dua konsentrasi, yaitu 100 ppm dan 200 ppm. Residu hidrokarbon minyak bumi diukur menggunakan metode gravimetri. Selama 4 minggu pengolahan hidrokarbon dalam tanah dengan 100 ppm surfaktan mampu menurunkan kontaminan minyak bumi hingga 53.53 %, sedangkan tanah dengan penambahan 200 ppm surfaktan mampu menurunkan kontaminan hingga 49.23 %. Hal ini disebabkan surfaktan dengan konsentrasi 100 ppm memiliki stabilitas emulsi paling tinggi dibanding dengan konsentrasi 200 ppm.
ABSTRACT Bioremediation is a treatment process that uses naturally occurring microorganisms to break down, or degrade, hazardous substances into less toxic or nontoxic substances. As a new alternative technology, bioremediation is expected to be able to remediate hydrocarbon of petroleum-contaminated soils. This bioremediation experiment used bacteria and conducted in a laboratory scale. Applied to contaminated soil, microbe were inoculated in liquid medium /Bushnell-Hess containing crude oil 2% (b/v) for selection. One microbe was applied to an artificial contaminated soil with concentration 50000 ppm (5%). To make microbe eat easly petroleum hydrocarbon in this research surfactants ionic were added as a dispersion and emulsifiers in two concentrations, there were 100 ppm and 200 ppm. The residue of total petroleum hydrocarbon was measured using a gravimetric method. During four weeks of treatment, the hydrocarbons content on soil with 100 ppm surfactants decreased up to 53.53%. Where as the hydrocarbon content on soil with 200 ppm surfactant decreased up to 49.23%. Surfactants with 100 ppm concentration showed stability emulsion higher than the 200 ppm contentration.
TWEEN 80 SEBAGAI PENINGKAT KINERJA BAKTERI PENDEGRADASI MINYAK BUMI
RUSKAM SISWANTO
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul Nama NIM
: TWEEN 80 SEBAGAI PENINGKAT KINERJA BAKTERI PENDEGRADASI MINYAK BUMI : Ruskam Siswanto : G01400033
Menyetujui Pembimbing I,
Pembimbing II,
Drs. Muhammad Farid NIP 132002064
Dr. Ir. Panca DMH Karti, MSi NIP 131672157
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Tema yang dipilih dalam penelitian ini ialah bioremediasi, dengan judul Twenn 80 sebagai Peningkat Kinerja Bakteri Pendegradasi Minyak Bumi. Penelitian ini dilakukan dari bulan Februari 2004 sampai Juli 2005, di Laboratorium Terpadu, Laboratorium Kimia Organik, dan Laboratorium Bioteknologi Hutan dan Lingkungan PAU, IPB Bogor. Penelitian ini dibiayai oleh Laboratorium Terpadu. Dalam penyusunan laporan ini penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan, dan arahan dari berbagi pihak. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs M Farid dan Dr Panca DMH Karti selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan karya tulis ini. Penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Sabur, Ibu Yeni, Ibu Aah, Mas Tony, Pak Kosasih, dan Mas Khotib atas bantuannya. Selain itu, ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada Wisnu, Jamilah, Hisam, Ira, Aqwin, Kristiani, Mamak, dan Ulfa atas kerja samanya yang kompak serta teman-teman Kimia 37 yang telah membantu selama pengumpulan data dan penyusunan karya ilmiah ini. Ungkapan terimakasih juga kepada orang tua, adikadikku tercinta, Puji, dan Deni, serta tidak lupa kepada istriku tersayang Ernie dan anakku Daffa’ atas kasih sayang dan doanya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, November 2007
Ruskam Siswanto
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 24 Juni 1982 dari ayah Bambang Siswojo dan ibu Rupi’ah. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2000 penulis lulus dari SMAN 22 dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Organik I pada tahun ajaran 2003/2004; Kimia Organik II pada tahun ajaran 2002/2003 dan 2003/2004; Teknik Laboratorium Kimia Organik (TLKO) pada tahun ajaran 2004/2005; Kimia Bahan Alam pada tahun ajaran 2003/2004; Kimia Dasar I pada tahun ajaran 2002/2003 dan 2003/2004; Kimia Dasar II 2002/2003 dan 2003/2004. Pada tahun 2000 penulis melaksanakan praktik kerja lapangan di Balai Besar Kimia dan Kemasan.
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL............................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... vii PENDAHULUAN ...........................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Minyak Bumi ....................................................................................... Cemaran Minyak Bumi ........................................................................ Bioremediasi ........................................................................................ Mikroorganisme Pendegradasi............................................................. Surfaktan ..............................................................................................
1 1 2 2 2
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat..................................................................................... Metode .................................................................................................
3 3
HASIL DAN PEMBAHASAN Peremajaan Isolat ................................................................................. Ekstraksi............................................................................................... Kurva Baku Populasi ........................................................................... Seleksi Mikroorganisme ...................................................................... Pengaruh Tween 80 terhadapDegradasi............................................... Pengamatan Kadar HMB dan Degradasi ............................................. Pengamatan pH ....................................................................................
4 4 4 5 5 6 6
SIMPULAN DAN SARAN .............................................................................
7
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
7
LAMPIRAN.....................................................................................................
9
DAFTAR TABEL Halaman 1. Jenis dan contoh surfaktan ......................................................................... 3 2. Populasi mikroorganisme pada rapat optik 0.6 ..........................................
5
3. Hasil seleksi beberapa isolat bakteri ..........................................................
5
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Kurva pertumbuhan biakan mikroorganisme.............................................
4
2. Ekstrak n-heksana sebelum ditambah silika gel (a), dan ekstrak nheksana setelah ditambah silika gel (b)......................................................
4
3. Kadar minyak tiap minggu (a), dan kurva degradasi (b) ...........................
6
4. Perubahan pH tanah tiap minggu ...............................................................
7
5. Kadar lumas tiap minggu ...........................................................................
7
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Pembuatan Media Bushnell-Hass (BHM).................................................. 10 2. Kurva baku populasi beberapa isolat ......................................................... 10 3. Uji beda nyata “Isolat Bakteri” .................................................................. 11 4. Uji beda nyata kadar minyak tiap minggu ................................................. 12
PENDAHULUAN Minyak bumi merupakan sumber energi yang paling banyak digunakan di dunia, dihasilkan mencapai tiga milyar ton per tahun. Indonesia memiliki sumber daya alam yang melimpah, salah satunya ialah minyak bumi. Indonesia merupakan salah satu penghasil terbesar minyak bumi di dunia. Penambangan minyak di Indonesia memberikan kontribusi pada sumber energi, pemasukan devisa negara, dan penyediaan lapangan kerja. Penambangan minyak memberikan nilai bagi perekonomian dan lingkungan. Selain memberikan nilai positif penambangan minyak juga memberikan dampak negatif, contoh dampak negatif dari penambangan minyak bumi diantaranya akumulasi lumpur minyak dan limbah cair, tumpahan minyak bumi dan produk penyulingannya, kebocoran pipa minyak, dan rembesan dari tempat penyimpanan. Cemaran minyak dapat mencemari tanah, air tanah, dan permukaan air. Pencemaran pada lingkungan akan mengurangi kualitas dan daya dukung lingkungan terhadap mahluk hidup. Pencemaran lingkungan juga terjadi akibat kecelakaan yang terjadi pada saat pengangkutan seperti tabrakan atau lainnya. Pemulihan kondisi lingkungan yang tercemar dapat dilakukan dengan metode fisika, kimia, dan biologi. Pemulihan secara fisika dan kimia memberikan hasil yang memerlukan waktu relatif lebih singkat namun memberikan efek kerusakan bagi lingkungan. Melalui metode biologi relatif tidak merusak lingkungan. Metode ini menggunakan mikroorganisme (bakteri dan kapang) serta tanaman. Penanggulangan dengan menggunakan mikroorganisme dikenal sebagai bioremediasi. Mikroorganisme berpatisipasi dalam mengurangi cemaran minyak dengan cara memanfaatkan unsur karbon yang ada pada minyak bumi dan mengoksidasinya menjadi CO2 dan H2O, sedangkan penguraian parsial akan menghasilkan asam lemak dan alkohol. Bakteri dapat memutuskan rantai karbon minyak bumi pada kondisi aerob maupun anaerob. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh mikroorganisme pendegradasi minyak bumi terbaik dan mempelajari korelasi konsentrasi terbaik Tween 80 terhadap proses biodegradasi minyak bumi dalam media tanah. Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini ialah setiap mikroorganisme yang mampu
mendegradasi minyak bumi memiliki kinerja yang berbeda. Selain itu, penambahan surfaktan diperkirakan dapat memperbesar kinerja bakteri pendegradasi minyak bumi.
TINJAUAN PUSTAKA Minyak Bumi Minyak bumi merupakan salah satu sumber energi yang digunakan oleh manusia yang terbentuk dari pelapukan tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme yang tertimbun di dalam lapisan kerak bumi selama berjutajuta tahun. Oleh karena itu, minyak bumi bersama gas alam dan batubara disebut bahan bakar fosil. Minyak yang diperoleh dari tambang ialah minyak mentah yang belum dapat digunakan sebagai bahan bakar. Pengolahan minyak bumi dilakukan dengan cara destilasi bertingkat yaitu pemisahan berdasarkan perbedan titik didih (Wisjnuprapto & Kardena 2000). Minyak bumi merupakan campuran dari berbagai jenis hidrokarbon dengan komponen terbesar alkana dan sikloalkana dengan sedikit senyawa nitrogen (0.01 sampai 0.09%) dan belerang (0.1 sampai 7 %). Fraksi hidrokarbon yang diperoleh terdiri atas 1) Fraksi gas (C1 – C4) dengan titik didih dibawah 30°C terutama digunakan untuk bahan bakar LPG dan LNG), 2) Fraksi bensin (C5 – C10) dengan titik didih antara 30°C – 180°C terutama digunakan untuk bahan bakar motor, 3) Fraksi minyak tanah (C11 – C12) dengan titik didih antara 180°C – 230°C terutama digunakan untuk bahan bakar dan penerangan, 4) Fraksi minyak diesel (C13 – C17) dengan titik didih 230°C – 305°C terutama digunakan untuk bahan bakan diesel, 5) Fraksi residu (C18 – C25) dengan titik didih 305°C – 405°C terutama digunakan untuk pelumas, membuat lilin dan aspal (Brody 1990). Cemaran Minyak Bumi Bahan cemaran dari eksplorasi minyak bumi dapat berupa cairan atau padatan. Bahan cemaran tersebut mengandung senyawa yang terdapat pada minyak bumi, fraksi ringan terdiri atas alkana ringan (C5-C18), alkana berat, aromatis ringan (2 cincin). Fraksi berat terdiri atas alkana berat, aromatis berat, aspal, dan resin. Resin merupakan campuran senyawa hidrokarbon yang memiliki atom N, O, atau S. Cemaran padat hasil eksplorasi minyak berupa lumpur minyak yang berasosiasi
dengan butiran tanah dan tidak dapat dipisahkan dan akumulasi lumpur minyak pada tangki penyimpanan. Lumpur minyak tidak dapat dibuang karena berpotensi bercampur dengan tanah dan persisten pada tanah. Lumpur minyak perlu mendapatkan perlakuan untuk mengurangi atau menghilangkan sifat cemarannya (Wisjnuprapto & Kardena 2000). Cemaran cair dapat dikarenakan kebocoran pipa minyak, tumpahan minyak bumi, dan air hasil pemisahan pada proses penambangan minyak (Bowlen & Kosson 1995, Wisjnuprapto & Kardena 2000). Perlakuan biologi memanfaatkan proses alami yang terjadi pada mikroorganisme dan tanaman. Bioremediasi Penanggulangan cemaran akibat minyak bumi dengan menggunakan mikroorganisme disebut bioremediasi. Definisi bioremediasi menurut Vidali (2001) ialah penghancuran atau mengurangi sifat racun kontaminan menggunakan aktifitas biologi. Menurut Rockne dan Reddy (2003) bioremediasi ialah proses pemanfaatan mikroorganisme untuk menguraikan polutan melalui proses oksidasi reduksi. Menurut United States Environmental Protection Agency (USEPA) (1996) bioremediasi ialah proses perlakuan limbah menggunakan mikroorganisme yang ada untuk memecah senyawa racun menjadi senyawa yang tidak beracun atau senyawa yang lebih tidak beracun. Bioremediasi dapat dimanfaatkan untuk memulihkan lingkungan dari cemaran minyak bumi, limbah industri petrokimia, limbah industri plastik, limbah industri pestisida, limbah industri cat, limbah industri elektronik, limbah industri tekstil, limbah industri bubur kertas dan kertas, limbah industri kosmetik, limbah industri farmasi, limbah industri logam, limbah industri peledak, dan rumah tangga (Swoboda & Colberg 1995). Secara alamiah sebenarnya alam dapat mendegradasi minyak bumi yang mencemari lingkungan, mikroorganisme tertentu dapat beradaptasi pada lingkungan yang tercemar, hanya saja laju degradasinya sangat lambat, oleh karena itu peran manusia sangat dibutuhkan untuk mengembangkan bioteknologi ini.. Mikroorganisme Pendegradasi Secara alamiah mikroorganisme yang terdapat dalam tanah dapat merombak cemaran minyak bumi, hanya saja untuk
merombak cemaran minyak bumi memerlukan waktu yang lama, oleh karena itu perlu peran serta manusia untuk meningkatkan teknologi yang berbasis mikroorganisme atau dikenal dengan sebutan bioremediasi. Secara alamiah tanah mengandung beranekaragam mikroorganisme dalam jumlah yang sangat besar, 105 sampai 1012 sel per gram tanah (Gunalan 1991). Angka ini ditentukan berdasarkan jenis tanah dan teknik penghitungan populasi mikroorganisme yang digunakan. Mikroorganisme alamiah dapat dengan mudah merombak senyawa alifatik dan juga memanfaatkan karbon dan atau nitrogen senyawa tersebut sebagai sumber energi dan pertumbuhan, sedangkan senyawa aromatik lebih sulit didegradasi oleh mikroorganisme alamiah. Mikroorganisme mendegradasi minyak bumi dengan cara mengoksidasi senyawa karbon menjadi senyawa CO2. Mikroorganisme pendegradasi minyak bumi dapat diisolasi dari tanah yang tercemar minyak bumi. Mikroorganisme tersebut dapat beradaptasi dalam lingkungan yang ekstrim. Surfaktan Surfaktan ialah suatu zat yang dapat meningkatkan penyebaran atau pembasahan dengan menurunkan tegangan permukaannya. Sedangkan tegangan permukaan ialah sifat cairan yang membuat cairan seolah-olah permukaannya terkurung dalam kulit yang lentur, sifat ini timbul karena gaya intermolekul (Daintith 1997). Merupakan senyawa molekul ampifatik yang tersusun oleh kepala yang bersifat polar dan ekor yang bersifat tidak polar. Surfaktan dikarakterisasi berdasarkan kemampuannya untuk membersihkan permukaan dan menurunkan tegangan permukaan dengan membentuk agregat. Surfaktan dapat diproduksi secara kimia (surfaktan sintetik) dan biologi (biosurfaktan). Gugus ekor surfaktan (non polar) ialah rantai karbon yang panjang (C10 hingga C20). Surfaktan memiliki sifat yang unik karena memiliki dua gugus yang berbeda. Bagian ekor surfaktan ialah gugus yang bersifat non polar seperti rantai hidrokarbon dari asam lemak, parafin, olefin, alkil benzena, alkil fenol, atau polioksipropilena. Sedangkan bagian kepala surfaktan bersifat polar seperti sulfonat, sulfat, karboksilat (anionik), amonium kuartener (kationik), sukrosa, polipeptida, atau polioksietilena (nonionik)
Karakterisasi utama dari surfaktan ialah kemampuannya untuk membentuk agregat yang disebut misel. Bentuk agregat terjadi ketika mencapai Konsentrasi Misel Kritis (KMK). Percobaan ini menggunakan surfaktan Tween 80, tween 80 tergolong jenis surfaktan nonionik, digunakan surfaktan nonionik pada penelitian dengan tujuan tidak mempengaruhi pH media tanah. Suasana pH akan mempengaruhi kinerja bakteri pendegradasi minyak bumi. Tabel 1 memperlihatkan beberapa jenis surfaktan Tabel 1 Jenis dan contoh surfaktan Jenis Surfaktan Contoh 1. Ionik a. Anionik − Natrium Lauril Sulfat b. Kationik
−
2. Nonionik
−
3. Amfoterik
−
Setil trimetil Amonium bromida
Polioksitilena (23) dodekanol − Tween 80 Imidazole karboksilat
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Alat-alat yang digunakan ialah autoklaf, ruang laminar, jarum inokulasi, spektrofotometer, pHmeter, dan alat-alat gelas. Bahan-bahan yang digunakan ialah isolat bakteri yang berasal dari cemaran minyak di sumur Munjul Balikpapan, minyak mentah yang berasal dari tambang minyak Pertamina di Balongan, tanah merah yang berasal dari tanah lapang Darmaga, n-heksana, agar nutrisi (28 g/l akuades), kaldu nutrisi (13 g/1 L akuades), larutan nutrisi (vitamin B kompleks 0,1 g/0.8 kg tanah, pupuk NPK 0.1g/0.8kg tanah, sukrosa 20g/0.8kg tanah), tanah 2 kg, surfaktan, HCl 0.1 M, NaOH 0.1 M, larutan fisiologis {0.85% NaCl (b/v)}, akuades steril, Na2SO4, buffer standar pH 4 dan pH 7, silika gel dan media Bushnell-Hass (BHM). BHM tersusun atas: MgSO4.7H2O 0.2 (g/l); CaCl2 0.02 (g/l); KH2PO4 1.0 (g/l); K2HPO4 1.0 (g/l); NH4NO3 1.0 (g/l); FeCl3 0.05 (g/l). Metode Peremajaan Isolat. Peremajaan isolat dilakukan pada media kaldu nutrien (NB).
Sebanyak 50 ml media dimasukkan ke dalam Elenmeyer 100 ml, setelah disumbat dengan sumbat kapas, bagian sumbat ditutup dengan plastik tahan panas lalu disterilisasi dalam autoklaf selama 2 jam. Setelah steril dilakukan pemindahan bakteri dari media miring agar nutrien dengan menggunakan jarum ose secara aseptik. Inokulan tersebut diaduk dengan shaker sampai rapat optis (OD) 0.6 (Hadioetomo 1990). Pembuatan Kurva Kerapatan (Hadioetomo 1990). Kultur hasil peremajaan diencerkan 2, 4, 8, dan 16 kali secara aseptik lalu dilakukan pengukuran OD dengan Spektofotometer pada panjang gelombang 620 nm serta populasi bakteri dengan metode cawan tuang. Dari data kedua analisa tersebut dapat dibuat kurva hubungan linier antara OD dengan Satuan Pembentuk Koloni (SPK). Seleksi Isolat. Minyak bumi yang akan digunakan disterilkan dengan sinar UV selama 20 menit. Minyak bumi dicampurkan ke media Bushnell-Hass (BHM) steril sehingga diperoleh BHM dengan minyak 2%(b/v). Pembuatan BHM dapat dilihat di Lampiran 1. Bakteri diinokulasikan pada kaldu nutrisi dan diinkubasi hingga diperoleh OD ±0.6. Isolat kemudian dilarutan pada larutan fisiologis kemudian larutan isolat dipindahkan ke erlenmeyer yang berisi 50 ml BHM minyak sehingga diperoleh populasi 1.105 SPK/ml. Sampel diinkubasikan pada suhu kamar selama 7 hari. Nilai OD ditentukan pada hari ke-0 dan 7, kemudian pada hari ke-7 ditentukan nilai pH. Preparasi Tanah. Tanah yang akan digunakan disterilkan dengan menggunakan oven pada suhu 120 °C selama 2 jam. Sebagai kontrol digunakan tanah yang tidak disterilkan. Tanah dibagi menjadi tiga bagian (masing-masing 0.5 kg), bagian pertama tidak ditambahkan tween 80, bagian kedua ditambahkan tween 80 sehingga konsentrasinya 100 mg/l, bagian ketiga ditambahkan tween 80 sehingga konsentrasinya 200 mg/l. Setiap bagian diberi nutrisi dan dikontaminasikan dengan menambahkan minyak bumi 5% (b/b) yang berasal dari tambang minyak Pertamina di Balongan. Tanah yang sudah terkontaminasi minyak bumi tersebut didiamkan selama 24 jam untuk penstabilan (Dahuru 2003). Kemampuan Degradasi. Kultur hasil peremajaan diencerkan dengan kaldu nutrisi sehingga diperoleh populasi 1.105 SPK/ml. Kultur dengan populasi diketahui dicampurkan pada 0.5 kg tanah steril dengan penambahan detergen, kecuali pada kontrol
mendapat perlakuan yang sama tapi tidak ditambahkan kultur bakteri dan detergen. Bakteri yang diinokulasikan pada sampel tanah tersebut kemudian diaduk setiap hari untuk minggu pertama, setelah itu pengadukan dilakukan 1 minggu sekali. Setiap satu minggu dilakukan pengukuran nilai pH, minyak dan lumas, dan hidrokarbon minyak bumi (HMB) serta dilakukan penambahan nutrisi., kadar air dijaga sekurang-kurangnya 25%. Pengukuran dilakukan hingga minggu keempat. Pengukuran Residu Minyak dari Tanah (Alef & Nannipieri 1995). Tanah sebayak 5 gram diekstraksi menggungakan n-heksana. Kandungan air pada ekstrak tanah dihilangkan dengan menambahkan Na2SO4 anhidrat. Pelarut dihilangkan menggunakan radas penguap putar. Wadah dan sampel didinginkan lalu ditimbang, bobot yang terukur ialah bobot minyak dan lumas. Sampel hasil pengeringan dilarutkan kembali dengan n-heksana dan ditambahkan silika gel untuk menghilangkan senyawa-senyawa polar. Pelarut diuapkan kembali, bobot yang terukur merupakan residu minyak.
Gambar 1. Kurva pertumbuhan biakan mikroorganisme Ekstraksi Sampel diekstraksi menggunakan larutan n-heksana, hasil ekstrak berwarna kuning kecoklatan yang disebabkan adanya minyak dan lumas. Bobot minyak dan lumas diperoleh dengan menguapkan pelarut n-heksana menggunakan radas penguap putar pada suhu 40 °C dan dipanaskan dalam oven pada suhu 70 °C. Larutan n-heksana hasil ekstrak ditambahkan natrium sulfat anhidrat untuk mengikat air yang terbawa sehingga dihasilkan bobot minyak dan lumas. Bobot minyak merupakan residu setelah ditambahkan silika gel ke dalam larutan nheksana. Lumas merupakan suatu senyawa hidrokarbon yang memiliki gugus polar sehingga dapat terjerap oleh silika gel. penjerapan lumas oleh silika gel menyebabkan warna larutan n-heksana menjadi kuning jernih yang disebabkan adanya minyak (Gambar 2). Setelah lumas dijerap, larutan nheksana disaring dan diuapkan kembali sehingga tersisa residu minyak. Residu minyak ditimbang untuk menentukan HMB. %Degradasi dihitung dengan persamaan
HASIL DAN PEMBAHASAN Peremajaan Isolat Bakteri yang akan digunakan terlebih dahulu diremajakan dari medium agar miring ke dalam medium cair, hal ini dilakukan supaya bakteri yang akan digunakan untuk mendegradasi minyak memiliki kemampuan terbaik. Inokulasi bakteri dilakukan secara aseptik supaya tidak ada kontaminasi dari udara. Bakteri yang telah dinokulasikan ke dalam media cair dibiarkan berkembang hingga mencapai rapat optis 0.6, pada rapat optis tersebut bakteri mengalami pertumbuhan yang sangat tinggi dan setelah itu akan mengalami fase konstan dan kematian (Gambar 1). Perhitungan rapat optis dilakukan dengan menggunakan spektofometer uv. 0.9 0.8
Rapat optik
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
50
100
150 Waktu
200
250
300
(a) (b) Gambar 2. Ekstrak n-heksana sebelum ditambah silika gel (a), ekstrak nheksana setelah ditambah silika gel (b), %Degradasi =
(HMBa - HMBn)
× 100%
HMBa
HMBa = Hidrokarbon awal (g) HMBn =Hidrokarbon sampel minggu ke n (g) Kurva Baku Populasi Penentuan bakteri terbaik dilakukan dengan dua tahap. Tahap pertama yaitu menentukan jumlah dan kurva baku populasi supaya pada saat seleksi jumlah bakteri yang digunakan sama jumlahnya, sedangkan tahap kedua yaitu seleksi mikroorganisme. Pada lampiran 2 diperoleh hasil yang menunjukkan adanya hubungan linear antara rapat optik dengan populasi mikroorganisme, hal ini dibuktikaan dengan nilai linear yang tinggi, berkisar antara 94.92% hingga 99.66%.
Jumlah bakteri dihitung dengan metode cawan hitung. Pada metode ini diasumsikan bahwa tiap satu sel mikroorganisme dapat membentuk koloni sehingga satu koloni merupakan indeks jumlah bakteri yang ada pada sampel. Bakteri yang dipindahkan dari media peremajaan (NB) ke dalam media uji (cawan) dilakukan pada saat nilai transmitan 25% atau rapat optik sebesar 0.6. Hasil seleksi dari 27 isolat didapatkan 12 isolat yang memenuhi syarat untuk menghasilkan kurva baku populasi, bakteri yang tidak lolos seleksi disebabkan oleh jumlah koloni yang terbentuk tidak mencukupi jumlahnya yaitu antara 300300.000 (Hadioetomo 1993). Kurva baku populasi diperlukan untuk menyeragamkan jumlah populasi bakteri yang akan digunakan pada tahap seleksi dan Aplikasi bioremediasi, hal ini bertujuan untuk memperhatikan kecepatan isolat bakteri dalam hal mendegradasi minyak bumi dengan cepat Jumlah populasi beberapa isolat terbaik dapat dilihat pada Tabel 2.
18BA, T2M, 2I, A3, B8, B11, bakteri tersebut dapat menurunkan kadar hidrokarbon. Isolatisolat tersebut diperoleh dari isolasi yang berasal dari cemaran minyak bumi di Sumur Munjul, Balikpapan. Hasil ini sesuai dengan pendapat Ray (2004) yang menyatakan bahwa dalam lingkungan yang ekstrim mikroorganisme akan mensintetik suatu senyawa dan enzim yang sesuai dengan kebutuhan hidupnya Isolat bakteri yang tercepat menurunkan kadar hidrokarbon digunakan untuk mendegradasi minyak bumi dalam media tanah. Hasil seleksi menunjukkan bahwa isolat B8 memiliki nilai degradasi tertinggi yaitu sebesar 48.36%. Berdasarkan olah data menggunakan program SAS metode duncan (lampiran 3) isolat B8 dan T2M memiliki perbedaan nyata dengan isolat lain. Isolat B8 dipilih untuk penelitian karena memiliki laju degradasi yang tinggi dan menghasilkan pH yang lebih rendah dibandingkan dengan T2M. Hasil beberapa isolat dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 2 Populasi Mikroorganisme pada Rapat Optik 0.6 Populasi Isolat Bakteri × 105 B8 576 D8 596 T2M 450 A11 406 B11 592
Tabel 3 Hasil Seleksi beberapa Isolat Bakteri Isolat Bakteri % Degradasi B8 48.36 T2M 47.10 D1 42.64 B11 42.57 A10 43.32 F15 41.75 BTi 39.37 D8 39.16 A3 35.67 A11 33.94 BI 32.29 2I 28.66
Seleksi Mikroorganisme Beberapa isolat bakteri yang akan digunakan untuk mendegradasi minyak bumi terlebih dahulu diseleksi untuk mendapatkan isolat terbaik. Isolat dimasukkan ke dalam media BHM, BHM ialah media bakteri yang tidak mengandung unsur karbon, karbon yang diperlukan oleh bakteri diperoleh dari minyak bumi yang ditambahkan ke dalam media BHM sehingga menghasilkan konsentrasi minyak 2%(b/v). Bakteri akan lebih efekif melakukan perombakan senyawa minyak pada konsentrasi 2%. Seleksi dilakukan selama 7 hari yang bertujuan untuk mendapatkan isolat dengan kemampuan adaptasi yang tinggi dalam suasana ekstrim. Hasil seleksi yang diperoleh dari Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi Laboratorium Hutan dan Lingkungan menunjukkan bakteri yang memiliki kurva baku populasi ialah bakteri dengan kode Bti, D1, D8, F15, A10, A11,
Pengaruh Tween 80 Terhadap Degradasi Degradasi dilihat dari penurunan jumlah hidrokarbon minyak bumi. Jumlah hidrokarbon minyak bumi ditentukan dengan metode gravimetri. Berdasarkan hasil penelitian, penambahan surfaktan mempengaruhi kinerja bakteri dalam mendegradasi minyak bumi. Pada grafik (Gambar 3) dapat dilihat bahwa kadar minyak semakin berkurang dari hari ke-0 hingga hari keduapuluh delapan. Penelitian menggunakan tiga konsentrasi surfaktan yaitu 0 mg/l 100 mg/l, dan 200 mg/l. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Jaya (2005) larutan tween 80 memiliki stabilitas emulsi tertinggi pada konsentrasi 100 mg/l, oleh karena itu digunakan larutan
tween 80 dengan konsentrasi 100 mg/l dan digunakan juga larutan tween 80 dengan konsentrasi 0 mg/l dan 200 mg/l sebagai pembanding.
Kadar Minyak (%)
Kadar Minyak
0,06 0,04
Kontrol A
0,02
B C
0,00 Minggu Minggu Minggu Minggu Minggu 0 1 2 3 4
(a)
Degradasi (%)
Degradasi 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
A B C 1
2
3
4
M inggu
(b) Gambar 3 Kadar minyak tiap minggu (a), kurva degradasi (b) keterangan: A: Tanpa penambahan surfaktan B: Tween 80 100 mg/l C: Tween 80 200 mg/l Berdasarkan uji General Linear Model (GLM) dengan menggunakan program SAS diperoleh hasil bahwa dari minggu pertama hingga minggu ketiga (Lampiran 4) tidak ada perbedaan yang nyata pada ketiga perlakuan. Minggu keempat sampel A berbeda nyata dengan B. Sampel B memiliki nilai degradasi tertinggi sehingga dapat disimpulkan bahwa perlakuan yang terbaik ialah perlakuan sampel dengan konsentrasi Tween 80 sebesar 100 mg/l. Degradasi tertinggi terjadi pada sampel dengan konsentrasi Tween 80 sebesar 100 mg/l dengan persen degradasi sebesar 48.36%. Larutan Tween 80 berperan dalam menurunkan tegangan permukaan minyak dan mengemulsi minyak sehingga bakteri lebih mudah merombak struktur hidrokarbon Emulsi yang stabil tersebut membantu bakteri
memanfaatkan atom C dari minyak bumi yang dibutuhkan oleh bakteri. Pengamatan Kadar HMB dan Degradasi Penelitian menggunakan media tanah. Media tanah dikontaminasikan lumpur minyak yang berasal dari Balongan. Berdasarkan hasil analisis awal, kandungan hidrokarbon minyak bumi pada tanah sebesar 5.47% dan kandungan lumas sebanyak 1.16%. Berdasarkan nilai rapat optik dan perhitungan dari kurva baku populasi, populasi yang digunakan untuk setiap perlakuan ialah 5.76 × 107.spk/ml kecuali pada kontrol tidak ditambahkan bakteri. Pengujian dilakukan dengan menambahkan surfaktan ke dalam tanah sehingga konsentrasi surfaktan menjadi 0 mg/l, 100 mg/l, dan 200 mg/l. Penambahan surfaktan terbukti dapat mempengaruhi kinerja bakteri, hal ini terlihat pada Gambar 3, kondisi dengan konsentrasi surfaktan 100 mg/l menghasilkan penurunan minyak terbesar sedangkan pada konsentrasi 200 mg/l laju penurunan minyak lebih rendah tetapi masih lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa penambahan surfaktan, hal ini dikarenakan pada saat konsentrasi surfaktan 100 mg/l terjadi kestabilan emulsi tertinggi. Penurunan kadar minyak (Gambar 3) menunjukkan bahwa bakteri yang digunakan dapat beradaptasi dengan tanah terkontaminasi dan dapat mendegradasi minyak bumi. Tanah yang digunakan untuk penelitan ditambahkan nutrisi yang diperlukan oleh bakteri dan sukrosa sebagai sumber C yang diperlukan selama bakteri melakukan adaptasi dalam lingkungan ekstrim. Setelah sumber C dari sukrosa telah habis bakteri akan menggunakan minyak sebagai sumber C, oleh karena itu sukrosa yang ditambahkan tidak boleh terlalu banyak. Pengamatan pH Nilai pH tanah berfluktuasi sejak minggu ke-0 hingga minggu keempat. Nilai pH tanah diakibatkan oleh adanya senyawa yang memiliki gugus karboksilat yang dihasilkan dari degradasi minyak bumi. Nilai pH tanah juga diakibatkan oleh adanya ekskresi CO2 yamg dihasilkan dari aktivitas bakteri dan berbagai produk hasil degradasi lainnya yang bersifat asam dan kestabilan asam produk degradasi. Nilai pH yang diperoleh dari hasil penelitian tidak dapat dijadikan parameter laju degradasi karena nilai pH tanah berfluktuasi disebabkan oleh produk degradasi tidak semunya sama. Produk degradasi dipengaruhi
oleh rantai hidrokarbon yang diputus, kontaminasi dari bakteri lain. Nilai pH diduga berasal dari hasil reaksi enzimatis yang dihasilkan oleh bakteri. Dugaan ini didasarkan pada teori degradasi minyak bumi bahwa bakteri akan menyisipkan oksigen pada rantai karbon kemudian rantai karbon bergugus fungsi akan dipecah menjadi rantai karbon yang lebih pendek. Gugus fungsi yang terdapat pada rantai karbon hasil pemutusan hidrokarbon minyak bumi tergantung jenis enzim yang digunakan bakteri dan jenis hidrokarbon (Bossert & Compeau 1995, Rockne & Reddy 2003). Hasil reaksi enzimatis menghasilkan suatu senyawa hidrokarbon yang mengandung gugus karboksilat yang menyebabkan perubahan nilai pH. Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan hubungan antara pH dan kadar lumas yang dihasilkan dari reaksi enzimatis, jika kadar lumas tinggi maka nilai pH akan turun. Peningkatan nilai pH pada minggu berikutnya diduga bakteri menggunakan lumas sebagai sumber energi. Struktur molekul lumas yang lebih sederhana daripada hidrokarbon akan lebih mudah diurai dan dijadikan sumber energi oleh bakteri pH Tanah
7 6 A
pH
B
4
C 3
Simpulan Isolat bakteri B8 mampu beradaptasi dengan tanah terkontaminasi minyak bumi. Sampel dengan konsentrasi Tween 80 100 mg/l memiliki kemampuan degradasi tertinggi dibandingkan dengan konsentrasi yang lebih tinggi atau lebih rendah. pH media tidak dapat dijadikan parameter laju degradasi.
Saran Analisis menggunakan kromatografi gas pada residu perlu dilakukan untuk melihat struktur minyak bumi yang terdegradasi. Penggunaan surfaktan yang lebih murah perlu dilakukan untuk penghematan biaya.
DAFTAR PUSTAKA Alef K & P Nannipieri. 1995. Methods In Applied Soil Microbiology and Biochemistry. London: Academic Press. Bossert ID & GC Compeau. 1995. Cleanup of petroleum hydrocarbon contamination in soil. Dalam LY Young & CE Cerniglia. Microbial Transformation and Degradation of Toxic Organic Chemicals. New York: Wiley-Liss. hal 77-125.
8
5
B: Tween 80 100 mg/l C: Tween 80 200 mg/l SIMPULAN DAN SARAN
Blanko
2 1 0 Minggu 0 Minggu 1 Minggu 2 Minggu 3 Minggu 4
Bowlen GF & DS Kosson. 1995. Insitu processes for bioremediation of BTEX and petroleum fuel. Dalam LY Young & CE Cerniglia. Microbial Transformation and Degradation of Toxic Organic Chemicals. New York: Wiley-Liss. hal 515-542.
Gambar 4 Perubahan pH tanah tiap minggu keterangan: A: Tanpa penambahan surfaktan B: Tween 80 100 mg/l C: Tween 80 200 mg/l Ka da r Luma s
Brody JE. 1990. General Chemistry. New York: Scientific American Books.
2,50 2,00 A
1,50
B
1,00
C
0,50 0,00 Minggu 0
Minggu 1
Minggu 2
Minggu 3
Minggu 4
W a kt u
Gambar 5 Kadar lumas tiap minggu keterangan: A: Tanpa penambahan surfaktan
Dahuru M. 2003. Pengaruh mikroorganisme dari kotoran kuda dan pengaruh surfaktan pada bioremediasi tanah terkontaminasi minyak diesel. Skripsi. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
Daintith J. 1997. Kamus Lengkap Kimia. Achmadi S, Penerjemah; Marias, Sihotang DP, editor. Jakarta: Erlangga; 1997. Terjemahan dari: A Concise Dictionary of Chemistry Gunalan. 1991. Peranan Mikroorganisme pada Perombakan Biosida dan Bioremediasi Tanah. Majalah Sriwijaya Vol:30 No.2 hlm 6-10. Hadioetomo RS. 1993. Mikrobiologi Dasar dalam Praktek. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Jaya, HS. 2005. Profil Stabilitas Emulsi Fraksi Ringan Minyak Bumi dalam Air dengan Penambahan Surfaktan Nonionik [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Ray
B. 2004. Fundamental Food Microbiology. Ed ke-3. Florida: CRC Press
Rockne KJ, Reddy KR. 2003.Bioremediation of Contaminated Sites. Makalah dalam International e-Conference on Modern Trend In Foundation Engineering: Geotechnical Challenges and Solutions. Madras: Indian Institut of Technology. Swoboda & Coldberg NG. 1995. Chemical Contamination of the Environment: Sources, Type, and Fate of Synthetic Organic Chemicals. Di dalam: Microbial Transformation and Degradation of Toxic Organic Chemical. New York: WilleyLiss. hlm 27-76. [USEPA]. 1996. A Citizen’s Guide to Bioremediation. United States Environmental Protection Agency. Vidali M. 2001.Bioremediation-an overview. Pure App.Chem 73:1163-1172. Wisjnuprapto & Kardena E. 2000. Biotreatment of natural oil and gas industry waste. hal. 101-105. Proceedings of the 6th AEESEAP Trienal Conference. Kuta.
LAMPIRAN
10
Lampiran 1. Pembuatan Media Bushnell-Hass (BHM) Alat dan Bahan Alat yang diperlukan adalah pengaduk magnet, erlenmeyer 2 L, gelas arloji, pH meter, dan neraca analitik. Bahan yang digunakan adalah MgSO4.7H2O, CaCl2, KH2PO4, K2HPO4, NH4NO3,, FeCl3, aquades steril, HCl 0,1 M, dan NaOH 0,1 M. Metode Bahan ditimbang dengan komposisi sebagai berikut: MgSO4.7H2O 0,2 g; CaCl2 0,02 g; KH2PO4 1,0 g; K2HPO4 1,0 g; NH4NO3 1,0 g; FeCl3 0,05 g. Bahan dilarutkan dengan aquades sebanyak 900 ml. Nilai pH larutan diukur dan disesuaikan hingga diperoleh nilai pH 7, kemudian larutan ditepatkan 1000 ml
Lampiran 2. Kurva Baku Populasi
0.6 0.7
y = 6E-08x + 0.152 R2 = 0.9492
0.5 0.4 0.3
0.1
2.00E+06
4.00E+06
0.3 0.2
6.00E+06
8.00E+06
0 0.00E+ 5.00E+ 1.00E+ 1.50E+ 2.00E+ 2.50E+ 3.00E+ 00 06 07 07 07 07 07
1.00E+07
Populasi isolat A11
0.5 y = 1E-08x + 0.0258 0.45 R2 = 0.991 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.00E+ 5.00E+ 1.00E+ 1.50E+ 2.00E+ 2.50E+ 3.00E+ 3.50E+ 4.00E+ 00 06 07 07 07 07 07 07 07
0.5 y = 1E-08x + 0.0258 0.45 R2 = 0.991 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.00E+ 5.00E+ 1.00E+ 1.50E+ 2.00E+ 2.50E+ 3.00E+ 3.50E+ 4.00E+ 00 06 07 07 07 07 07 07 07
Rapat Optis
Populasi isolat T2M
Populasi isolat B8
Populasi isolat B8
0.8 y = 2E-09x + 0.01 R2 = 0.9966
0.7 0.6 Rapat Optis
Rapat Optis
0.4
0.1
0.2
0 0.00E+00
y = 1E-08x + 0.1964 R2 = 0.9567
0.5 Rapat Optis
Rapat Optis
0.6
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.00E+00
1.00E+08
2.00E+08
3.00E+08
4.00E+08
Populasi isolat B11
Kurva baku populasi beberapa isolat
11
Lampiran 3. Uji Beda Nyata “Isolat Bakteri” The SAS System
12:26 Tuesday, August 30, 2005 Analysisi of Variance Procedure
Duncan’s Multiple Range Test for Variable: DEG NOTE: This test controls the type I comparisonwise error rate, not the Experimentwise error rate Alpha=0.05 df= 14 MSE= 79.05858 Number of Means 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Critical Range 19.07 19.28 20.55 20.93 21.20 21.39 21.54 21.65 21.74 21.80 21. 21.87 21.89 Means with the same letter are not significantly different Duncan Grouping
B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B
A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A
Mean
N Perlakuan
48.355
2
B
47.100
2
T2M
43.320
2
A10
42.640
2
D1
42.575
2
B11
41.755
2
F15
39.370
2
Bti
39.155
2
D8
35.670
2
A3
33.935
2
A11
32.295
2
BI
28.665
2
2I
28.265
2
18BA
25.115
2
B0
12
Lampiran 4. Uji Beda Nyata Kadar Minyak tiap Minggu Minggu 1 The SAS System
12:45 Tuesday, August 30, 2005 General Linear Models Procedure
Duncan’s Multiple Range Test for Variable: DEG Note: This test controls the type I comparisonwise erroe rate, not the Experimentwise error rate Alpha=0.05 df= 14 MSE= 0.208393 WARNING: Cell sizes are not equal. Harmonic Mean of cell sizes=5.625 Number of Mean Critical Range
2 3 .5838 .6118
Means with the same letter are not significantly different. Duncan Grouping A A A A A
Mean
N
Perlakuan
4.0140
6
A
3.6234
6
C
3.4689
5
B
Minggu 2 The SAS System
12:45 Tuesday, August 30, 2005 General Linear Models Procedure
Duncan’s Multiple Range Test for Variable: DEG Note: This test controls the type I comparisonwise erroe rate, not the Experimentwise error rate Alpha=0.05 df= 14 MSE= 0.100664 WARNING: Cell sizes are not equal. Harmonic Mean of cell sizes=5.625 Number of Mean Critical Range
2 3 .4058 .4252
Means with the same letter are not significantly different. Duncan Grouping A A A A A
Mean
N
Perlakuan
3.3010
5
A
3.2372
6
C
3.1726
6
B
13
Minggu3 The SAS System 12:45 Tuesday, August 30,2005 General linear Models Procedure Duncan's Multiple Range Test for variable: DEG
NOTE: This test controls the type I comparison wise error rate, not the experiment wise error rate Alpha= 0.05 df= 15 MSE= 0.045234 Number of Means 2
3 Critical Range
.2617.2744 Means with the same letter are not significantly different.. Duncan Grouping A A A A A
Mean
N
PERLAKUAN
27662
6
A
25855
6
C
2..5627
6
B
Minggu 4 The SAS System. 12:4S Tuesday, August 30. 2005 General Linear Models
Procedure
NOTE: This 1est Controls the type I comparison wise error rate, not the experiment wise
error rate Alpha:=0.05 df = 14 MSE=0.0139 WARNING: Cell sizes are not equal Harmonic Mean of cell sizes=. 5.625 Number of Means 2 3 Cri6caI Range .1508 .lS80 Means with the same letter are not significantly different.
Mean
N
A
245646
5
A
A A
2.34208
6
C
6
B
Duncan Grouping
B B B
2.23113-
PERLAKUAN
