POTENSI Streptomyces sp. ISOLAT LOKAL
DALAM MENDEGRADASI LIMBAH MINYAK BUMI
Oleh:
Akhmaisyah
G34102066
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ABSTRAK
AKHMAISYAH. Potensi Streptomyces sp. Isolat Lokal dalam Mendegradasi Limbah Minyak Bumi. Dibimbing oleh YULIN LESTARI dan IRMANIDA BATUBARA.
Pencemaran lingkungan darat dan perairan oleh limbah minyak bumi terus berlangsung tanpa adanya penanggulangan sehingga dapat mengganggu kestabilan ekosistem. Salah satu upaya mengurangi dampak pencemaran limbah minyak bumi yaitu melalui bioremediasi yang memanfaatkan proses degradasi melalui aktivitas mikrob yang dapat memulihkan tanah, air dan sedimen dari kontaminasi minyak bumi. Penelitian ini bertujuan untuk menapis Streptomyces sp. isolat lokal yaitu STR-2, STR-3, B56-2, SLW8-1 dan 2075-2K yang mampu mendegradasi limbah minyak bumi. Proses degradasi dilakukan dengan cara menumbuhkan isolat pada media International Streptomyces Project 4 (ISP 4) yang dimodifikasi dengan penambahan minyak bumi, fenol atau iso-oktana sebagai sumber karbon. Parameter yang digunakan adalah biomassa kering, persentase biodegradasi, pH dan perubahan komponen minyak bumi yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrophotometry (GCMS) Shimadzu QP2010. Hasil pertumbuhan Streptomyces sp. pada suhu ruang selama 21 hari inkubasi menunjukkan bahwa isolat SLW8-1 menghasilkan biomassa kering tertinggi yaitu 89,60 mg (ISP 4 modifikasi + minyak bumi), 92,50 mg (ISP 4 modifikasi + fenol) dan umur 14 hari 132,80 mg (ISP 4 modifikasi + iso-oktana). Persen biodegradasi tertinggi mencapai 31% dimiliki oleh isolat SLW8-1 dan terjadi penurunan pH selama inkubasi. Hasil analisis GCMS minyak bumi sebelum perlakuan dibandingkan dengan setelah perlakuan isolat SLW8-1 ternyata terjadi perubahan struktur senyawa dari rantai karbon panjang (kisaran C20-C27) menjadi lebih pendek (kisaran C10-C19). Struktur senyawa contoh
minyak bumi pada penelitian ini didominasi oleh senyawa alkana. Data tersebut menunjukkan bahwa isolat SLW8-1 dapat mendegradasi serta memanfaatkan minyak bumi sebagai sumber karbon bagi pertumbuhannya.
Kata kunci: biodegradasi, Streptomyces, minyak bumi.
ABSTRACT
AKHMAISYAH. The Capability of Streptomyces sp. in Degrading Crude Oil Pollutant. Supervised by YULIN LESTARI and IRMANIDA BATUBARA.
Petroleum hydrocarbon pollution of land and water environments has been increasing without proper treatment that can affect stability of ecosystem. One of suitable techniques to solve the crude oil pollution is bioremediation using microbes that can degrade crude oil pollutants to recover the land, water and sediment from contamination. The aim of this research was to screen the capability of indigenous Streptomyces sp. e.g. STR-2, STR-3, B56-2, SLW8-1 and 2075-2K in degrading crude oil pollutants. Degradation processes were assed by growing isolates in International Streptomyces Project 4 (ISP 4) medium supplemented with crude oil, phenol or iso-octane as carbon sources. The parameters used were cell biomass, percentage of biodegradation, pH and the changes in crude oil component which was analyzed by Gas Chromatography Mass Spectrophotometry (GCMS) Shimadzu QP2010. The results showed that Streptomyces sp. SLW8-1 had the highest cell biomass during 21 days incubation at room temperature when grown in ISP 4 supplemented with either crude oil (89,60 mg), phenols (92,50 mg) and 14 days incubation in iso-octane (132,80 mg) respectively. The SLW8-1 isolate gave also the highest biodegradation percentage (31%) and decreased the pH during incubation period. The analyzed of carbon structure compounds in non treated crude oil by GCMS when compared with degraded crude oil by the SLW8-1 isolate showed broken from long chain carbon (C20-C27) into short chain
carbon (C10-C19). The carbon structures of crude oil was dominated by alcane compounds. The
data indicate that SLW8-1 isolate has the ability to degrade crude oil pollutant as carbon source for their growth.
POTENSI Streptomyces sp. ISOLAT LOKAL
DALAM MENDEGRADASI LIMBAH MINYAK BUMI
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Oleh:
Akhmaisyah
G34102066
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul
: Potensi
Streptomyces
sp. Isolat Lokal dalam Mendegradasi
Limbah Minyak Bumi
Nama
: Akhmaisyah
NRP
: G34102066
Menyetujui :
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Ir. Yulin Lestari
Irmanida Batubara, SSi. MSi.
NIP. 131779515
NIP. 132311929
Mengetahui :
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP. 131473999
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Penelitian yang berjudul Potensi Streptomyces sp. Isolat Lokal dalam Mendegradasi Limbah Minyak Bumi ini dilaksanakan dari bulan Februari sampai Agustus 2006, bertempat di Laboratorium Mikrobologi Departemen Biologi, Laboratorium Kimia Analitik Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Pangan Pusat Laboratorium Terpadu, Universitas Islam Negeri Jakarta.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr. Ir. Yulin Lestari dan Ibu Irmanida Batubara, SSi. MSi. selaku pembimbing atas arahan, nasehat dan bimbingannya. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Ir. Hadisunarso yang telah memberikan koreksi dan sumbang sarannya.
Ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada Bapak, Ibu, kakak, adik serta seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, dorongan semangat dan nasehatnya. Disamping itu, ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Nirli, Vitria, Dhilah, Mbak Elsie, Mbak Wulan, Ibu It, Achie, Dewi, Ary, Tika W, Tika T, Desi, teman-teman di Lab. Mikro dan Mbak Heni, Bp. Endang, Bp. Jaka, Ibu Kokoy atas kerjasamanya selama penelitian serta Ibu Nunung dan Om Eman di Lab. Analitik yang telah membantu selama ekstraksi dan penyediaan bahan-bahan kimia dan Bp. Aris, Bp. Irawan serta Bp. Hermanto yang membantu dalam melakukan analisis GCMS.
Terima kasih penulis ucapkan pada rekan-rekan Biologi 39 khususnya Awie, Ninda, Venti, Usy, Popi, Ela, Ina atas dorongan semangatnya serta semua teman mantan Kost MPU yang selalu menyediakan tempat berbagi.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Subang pada tanggal 7 Oktober 1984 dari Bapak S. Abidin dan Ibu Nani Maryani. Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara.
Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Bekasi dan pada tahun yang sama diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Penulis memilih Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... vii
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1
Tujuan ... 2
Waktu dan Tempat ... 2
BAHAN DAN METODE Pengambilan Contoh Tanah Terkontaminasi Minyak Bumi ... 2
Peremajaan Isolat Lokal Streptomyces sp. ... 2
Ekstraksi Minyak Bumi dari Tanah Terkontaminasi ... 2
Uji Kemampuan Tumbuh Isolat pada Minyak Bumi, Fenol atau Iso-Oktana ... 2
Analisis Minyak Bumi Menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrophotometry (GCMS) ... 3
HASIL Pertumbuhan Isolat Lokal Streptomyces sp. ... 3
Kemampuan Tumbuh Isolat pada Minyak Bumi, Fenol atau Iso-Oktana ... 3
Biodegradasi Minyak Bumi oleh Streptomyces sp. ... 3
Perubahan pH Media Sebelum dan Setelah Perlakuan Bakteri ... 4
Komposisi Minyak Bumi Sebelum dan Setelah Didegradasi oleh Streptomyces sp. ... 4
PEMBAHASAN Pertumbuhan Isolat Lokal Streptomyces sp. ... 7
Kemampuan Tumbuh Isolat pada Minyak Bumi, Fenol atau Iso-Oktana ... 7
Biodegradasi Minyak Bumi oleh Streptomyces sp. ... 9
Perubahan pH Media Sebelum dan Setelah Perlakuan Bakteri ... 9
Komposisi Minyak Bumi Sebelum dan Setelah Didegradasi oleh Streptomyces sp. ... 9 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ... 10
Saran ... 10
DAFTAR PUSTAKA ... 11
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Biomassa kering Streptomyces sp. isolat lokal yang ditumbuhkan pada
media cair ISP 4 dengan penambahan minyak bumi dan fenol ... 3
2 Biomassa kering Streptomyces sp. isolat lokal yang ditumbuhkan pada media cair ISP 4 dengan penambahan iso-oktana ... 4
3 Persen (%) biodegradasi minyak bumi ... 4
4 Perubahan pH media cair ISP 4 dan ISP 4 modifikasi ... 4
5 Senyawa yang teridentifikasi pada kromatogram minyak bumi sebelum perlakuan isolat Streptomyces sp. SLW8-1 ... 6
6 Senyawa yang teridentifikasi pada kromatogram minyak bumi setelah perlakuan isolat Streptomyces sp. SLW8-1 ... 6
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Isolat Sterptomyces sp. yang digunakan dalam penelitian, isolat STR-2 (a); isolat STR-3 (b); isolat B56-2 (c); isolat SLW8-1 (d) dan isolat 2075-2K (e) ... 32 Kromatogram contoh minyak bumi sebelum perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1 ... 5
3 Kromatogram contoh minyak bumi setelah perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1 ... 5
4 Oksidasi n-alkana melalui oksidasi gugus metil terminal (Cookson 1995) ... 8
5 Oksidasi n-alkana melalui jalur subterminal (Atlas & Bartha 1998) ... 8
6 Reaksi perubahan senyawa benzena menjadi katekol ... 9
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Komposisi media agar YM per liter ... 14PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kegiatan eksplorasi dan produksi minyak bumi dilakukan secara besar-besaran sejak 30 tahun lalu. Hasilnya, jumlah cadangan minyak bumi dunia terbukti meningkat dari sekitar dua milyar barel (tahun 1970-an) menjadi lima milyar barel (tahun 1980-an) bahkan sampai dekade 1990-2000 pun masih terus terjadi penemuan cadangan baru (Anonim 2005). Seiring dengan meningkatnya produksi minyak bumi, limbah yang dihasilkannya meningkat. Pencemaran lingkungan darat dan perairan oleh limbah minyak bumi terus berlangsung tanpa adanya pencegahan atau penanggulangan yang intensif. Contohnya, tumpahan minyak (heavy crude oil) yang disebabkan oleh dampak pengoperasian perusahaan pengeboran dan buangan dari kapal pengangkut minyak. Tumpahan minyak tersebut hampir setiap tahun mencemari perairan Kepulauan Seribu (gugusan pulau Pramuka, Panggang, Gosong dan pulau lainnya) sehingga dipenuhi tumpahan minyak setebal 5 cm (Syakti 2004). Contoh lain, tumpahan minyak selama aktivitas pengeboran yang terjadi hampir setiap tahun. Seperti tumpahan minyak pada kawasan pengeboran minyak bumi Pertamina Daerah Operasi Hulu Jawa Bagian Barat (DOH JBB) Babelan, Bekasi, Jawa Barat. Material organik yang tumpah dan menjadi limbah perlu dihilangkan agar tidak mengganggu kestabilan ekosistem dalam lingkungan tersebut. Salah satu upaya yang dilakukan untuk menghilangkan atau mengurangi limbah minyak bumi yaitu melalui proses bioremediasi.
Bioremediasi merupakan bagian dari bioteknologi lingkungan yang memanfaatkan proses degradasi melalui aktivitas makhluk hidup yang dapat memulihkan lahan tanah, air dan sedimen dari kontaminan, dalam hal ini minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran senyawa kompleks yaitu hidrokarbon alifatik, alisiklik (struktur cincin jenuh sikloalifatik) aromatik dan senyawa nonhidrokarbon dalam jumlah kecil seperti asam naftenik, fenol, tiol, nitrogen heterosiklik, senyawa sulfur dan metaloforpirin (Atlas & Bartha 1998). Banyak sedikitnya senyawa tersebut bergantung pada tempat asal minyak bumi (Koesoemadinata 1987). Lebih dari 500 senyawa terdeteksi dalam minyak bumi (Fessenden & Fessenden 1986).
Kemampuan biodegradasi terhadap senyawa hidrokarbon berbeda-beda. Senyawa alifatik normal alkana (n-alkana) merupakan senyawa yang mudah didegradasi (Lepo & Cripe 1999). Senyawa n-alkana dengan rantai karbon 10 (C10) sampai C22 dapat didegradasi
lebih cepat dibandingkan dengan n-alkana rantai karbon panjang (lebih dari C22) yang
bersifat lebih resisten. Secara umum, rantai karbon bercabang dapat mengurangi tingkat biodegradasi. Senyawa aromatik, khususnya kelompok polinuklear terkondensasi didegradasi lebih lambat dibandingkan dengan alkana. Sedangkan senyawa alisiklik tidak dapat digunakan sebagai sumber karbon satu-satunya bagi pertumbuhan mikrob secara berkesinambungan, tetapi senyawa tersebut dapat didegradasi melalui kometabolisme dua atau lebih mikrob (Atlas 1981, diacu dalam Atlas & Bartha 1998). Transformasi biologis minyak sebagai polutan merupakan proses mineralisasi material organik. Menurut Atlas & Bartha (1998), biodegradasi polutan di lingkungan merupakan proses kompleks yang berdasarkan aspek kuantitatif dan kualitatif bergantung pada alam dan sejumlah besar keberadaan polutan, kualitas dan kondisi lingkungan yang cocok serta komunitas mikrob indigenus.
Mikrob yang mampu mendegradasi minyak bumi akan mengubah material organik hidrokarbon kompleks menjadi senyawa sederhana yang digunakan sebagai sumber nutrisinya. Mikrob dilaporkan mampu mendegradasi dan membersihkan tanah yang terkontaminasi oleh gasolin dan minyak diesel hidrokarbon (terutama senyawa alifatik), selama tidak ada faktor pembatas utama seperti ketersediaan biologis, oksigen dan temperatur (Atlas 1981, Leahly & Colwell 1990 dan Alexander 1999, diacu dalam Eriksson et al. 2001). Beberapa jalur metabolisme mikrob terlibat dalam degradasi senyawa polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs), n-alkana (C5 sampai C12), naftalena
dan toluena (Whyte et al. 1997).
Brevibacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Leucothrix, Rhizobium, Spirillum, Alcaligenes, Xanthomonas, Cytophaga, Thermomicrobium, Klebsiella dan termasuk Actinomycetes, contohnya Nocardia (Atlas & Bartha 1998). Actinomycetes diketahui dapat mendegradasi fenol, aromatik, steroid, aromatik terklorinasi dan lignoselulosa (U. S. EPA 1986). Streptomyces sp. merupakan genus terbesar dari Actinomycetes, kelompok bakteri gram positif, berfilamen dengan diameter 0,5-1,0 m, memiliki kandungan guanin dan sitosin (G+C) tinggi (63-78%), aerob (Holt et al. 1994) serta penghasil senyawa bioaktif terbesar, seperti senyawa antibakteri yang dilaporkan oleh Lestari (1997); Pancawati (1998); Frewari (1999) dan Yuliani (1999). Keragaman dan kelimpahan Streptomyces sp. sangat tinggi di Indonesia (Lestari 1997). Kondisi ini memberikan peluang besar untuk mengkaji kemampuan Streptomyces sp. dalam mendegradasi limbah minyak bumi.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan menapis Streptomyces sp. isolat lokal yang mampu mendegradasi limbah minyak bumi.
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari sampai Agustus 2006 di Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA IPB, Laboratorium Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB dan Laboratorium Pangan Pusat Laboratorium Terpadu UIN Jakarta.
BAHAN DAN METODE
Pengambilan Contoh Tanah Terkontaminasi Minyak Bumi.
Contoh tanah terkontaminasi berasal dari lokasi pengeboran minyak Pertamina DOH JBB Babelan, Bekasi, Jawa Barat. Pengambilan tanah dilakukan pada kedalaman 0 sampai 20 cm. Tanah berasal dari satu titik di sekitar sumur pengeboran dalam kondisi tergenang minyak bumi.
Peremajaan Isolat Lokal Streptomyces sp.
Isolat Streptomyces sp. yang digunakan pada penelitian ini yaitu STR-2, STR-3, B56-2, SLW8-1 dan 2075-2K yang merupakan koleksi Dr. Yulin Lestari, Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA
IPB. Isolat Streptomyces sp. yang digunakan, diisolasi dari tanah. Isolat STR-2 dan STR-3 berasal dari Cibinong, B56-2 berasal dari Pulau Bokor Kep. Seribu, SLW8-1 berasal dari Sukabumi dan 2075-2K berasal dari Kalimantan. Peremajaan isolat dilakukan dengan cara menumbuhkan bakteri pada media agar yeast malt (YM). Komposisi media agar YM dapat dilihat pada Lampiran 1. Ekstraksi Minyak Bumi dari Tanah Terkontaminasi.
Tanah sebanyak 100 g ditempatkan dalam labu 500 ml kemudian ditambah akuades 50 ml, metanol 100 ml, kalium hidroksida (KOH) 3 g, toluena 50 ml dan batu didih 4-5 biji, kemudian dipanaskan menggunakan alat refluks di atas penangas bersuhu 150 C selama 45 menit. Setelah itu campuran didinginkan, disaring dan diekstraksi dengan n-heksana, kemudian dimasukkan ke dalam corong pisah (Herdiyantoro 2001). Fase heksana yang terbentuk berada di lapisan atas, kemudian dipekatkan menggunakan rotavapor sehingga dihasilkan minyak bumi pekat. Uji Kemampuan Tumbuh Isolat pada Minyak Bumi, Fenol atau Iso-Oktana.
sulfoksida (DMSO) sebanyak 1 ml. Minyak bumi yang digunakan sebagai sumber karbon kemudian diekstraksi dan dikeringkan dalam ruang asam untuk dihitung persen biodegradasi. Persen biodegradasi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
% Biodegradasi = mb0 - mbt x 100%
mb0 keterangan:
mb0 : bobot minyak bumi awal (gram)
mbt : bobot minyak bumi akhir (gram)
Analisis Minyak Bumi Menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrophotometry
(GCMS)
Contoh minyak bumi diekstraksi dalam pelarut campuran benzena : heksana : dietil eter (3 : 1 : 1, vol : vol : vol) (Sugoro 1999) dengan perbandingan minyak bumi : larutan yaitu 0,5 g : 200 ml (hingga minyak bumi larut), kemudian diambil fase atas hasil ekstraksi dan diencerkan hingga 100 kali, setelah itu campuran dianalisis menggunakan GCMS Shimadzu QP2010. Contoh minyak bumi dianalisis pada suhu oven kolom 40 C, suhu injeksi 150 C, menggunakan kolom DB-5MS, pengisi kolom atau stationary phase 100% dimethyl polysiloxane, dengan menggunakan model split injeksi, tekanan 10 kPa, aliran total 56 ml/menit, aliran kolom 0,54 ml/menit, split rasio 100, suhu ion source 260 C dan suhu interface 250 C.
HASIL
Pertumbuhan Isolat Lokal Streptomyces sp.
Isolat Streptomyces sp. (Gambar 1) tumbuh baik pada media agar peremajaan YM yang diinkubasi pada suhu ruang.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Gambar 1 Isolat Streptomyces sp. yang
digunakan dalam penelitian, isolat STR-2 (a); isolat STR-3 (b); isolat B56-2 (c); isolat SLW8-1 (d) dan isolat 2075-2K (e).
Lima isolat Streptomyces yang digunakan menghasilkan pigmen warna sehingga dapat mengubah warna media YM dari kuning keruh menjadi kuning cerah pekat (isolat STR-2 dan B56-2), coklat (STR-3) dan kuning pudar (SLW8-1 dan 2075-2K). Pertumbuhan koloni isolat Streptomyces yaitu sekitar 7 sampai 14 hari.
Kemampuan Tumbuh Isolat pada Minyak Bumi, Fenol atau Iso-Oktana.
Hasil bobot biomassa kering (mg) Streptomyces sp. isolat lokal yang ditumbuhkan pada media cair ISP 4 dengan penambahan minyak bumi dan fenol dapat dilihat pada Tabel 1. Bobot biomassa kering (mg) Streptomyces sp. isolat lokal yang ditumbuhkan pada media cair ISP 4 dengan penambahan iso-oktana disajikan pada Tabel 2. Pada pertumbuhan isolat dalam media cair ISP 4 modifikasi dengan penambahan minyak bumi dan fenol menunjukkan kisaran bobot biomassa kering yang hampir sama. Data pada Tabel 1 menunjukkan bahwa biomassa kering yang ditumbuhkan pada media cair ISP 4 modifikasi selama 21 hari lebih kecil daripada biomassa kering pada media cair ISP 4. Data pada Tabel 2 menunjukkan bahwa isolat Streptomyces sp. mampu tumbuh pada media dengan penambahan iso-oktana selama 14 hari. Biomassa kering tertinggi pada media ISP 4 dengan penambahan iso-oktana ditunjukkan oleh isolat SLW8-1 sebesar 132,80 mg. Tabel 1 Biomassa kering Streptomyces sp.
isolat lokal yang ditumbuhkan pada media cair ISP 4 dengan penambahan minyak bumi dan fenol
Biomassa kering (mg)* Isolat ISP 4 ISP 4 +
minyak bumi
Tabel 2 Biomassa kering Streptomyces sp. isolat lokal yang ditumbuhkan pada media cair ISP 4 dengan penambahan iso-oktana
Biomassa kering (mg) *
Isolat ISP 4 + iso-oktana
STR-2 97,65
2075-2K 109,10
STR-3 110,85
B56-2 111,00
SLW8-1 132,80
* Kultur bakteri diinkubasi selama 14 hari
Biodegradasi Minyak Bumi oleh
Streptomyces sp.
Pengurangan bobot minyak bumi yang terjadi selama inkubasi dapat dihitung untuk mendapatkan persen biodegradasi minyak bumi (Tabel 3).
Tabel 3 Persen (%) biodegradasi minyak bumi
Isolat (%) biodegradasi
STR-2 23
STR-3 23
B56-2 25
SLW8-1 31
2075-2K 25
Pada Tabel 3, terlihat bahwa minyak bumi dapat didegradasi oleh semua Streptomyces spp. yang diujikan. Persen biodegradasi tertinggi mencapai 31% yang dimiliki oleh isolat SLW8-1.
Perubahan pH Media Sebelum dan Setelah Perlakuan Bakteri.
Kultur bakteri yang ditumbuhkan pada media ISP 4 modifikasi mengalami penurunan pH selama inkubasi (Tabel 4).
Tabel 4 Perubahan pH media cair ISP 4 dan ISP 4 modifikasi
ISP 4
ISP 4 + minyak bumi*
ISP 4 + fenol*
ISP 4 + iso-oktana** pH awal
7 7,54 7,60 7,62
Isolat
pH akhir
SLW8-1 6,29 6,70 6,98
B56-2 6,63 6,65 6,99
STR-3 6,8 6,56 6,66 7,05
2075-2K 6,49 6,68 7,07
STR-2 6,58 6,69 7,08
* Kultur bakteri diinkubasi selama 21 hari ** Kultur bakteri diinkubasi selama 14 hari
Dari Tabel 4, terlihat bahwa semua media cair ISP 4 modifikasi mengalami penurunan pH selama inkubasi.
Komposisi Minyak Bumi Sebelum dan Setelah Didegradasi oleh Streptomyces sp.
Perubahan struktur minyak bumi sebelum dan setelah digunakan sebagai sumber karbon bagi bakteri dapat diketahui dengan menggunakan GCMS. Analisis minyak bumi dilakukan pada kultur terpilih (berdasarkan pada biomassa kering dan persen biodegradasi tertinggi) yaitu isolat SLW8-1. Hasil kromatogram contoh minyak bumi sebelum dan setelah perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1 dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3. Dari hasil kromatogram terlihat adanya perbedaan komposisi senyawa minyak bumi sebelum dan setelah perlakuan isolat SLW8-1. Pada kromatogram contoh minyak sebelum didegradasi oleh Streptomyces sp. SLW8-1 menunjukkan bahwa senyawa yang dominan muncul memiliki waktu retensi antara 40 sampai 50 menit. Pada kromatogram contoh minyak bumi setelah didegradasi oleh Streptomyces sp. SLW8-1 menunjukkan bahwa senyawa yang dominan muncul memiliki kisaran waktu yang lebih rendah yaitu antara 20 sampai 40 menit. Senyawa yang teridentifikasi menurut waktu retensi dengan luas puncak tertentu untuk minyak bumi sebelum perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1 disajikan pada Tabel 5. Data menunjukkan bahwa senyawa yang dominan (luas puncak 76,58%) pada waktu retensi 45.041 menit adalah senyawa heneikosana (C21H44) dan tiga senyawa lainnya yaitu
benzena (C6H6), n-eikosana (C20H42) dan
desil-siklopentana (C15H30) dengan waktu
retensi yang lebih rendah. Senyawa yang teridentifikasi menurut waktu retensi dengan luas puncak tertentu untuk minyak bumi setelah perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1 ditunjukkan pada Tabel 6. Senyawa yang dominan (luas puncak 24,43%) dengan waktu retensi 36.643 menit adalah senyawa 2,6,10,14-tetrametil pentadekana (C19H40) dan
Tabel 5 Senyawa yang teridentifikasi pada kromatogram minyak bumi sebelum perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1
Waktu Retensi Rumus Kimia Nama Senyawa Luas Puncak (%)
4.666 C6H6 benzena 7,11
41.811 C20H42 n-eikosana 2,81
43.154 C15H30 desil-siklopentana 0.28
45.041 C21H44 heneikosana 76,58
48.849 C27H56 9-etil,9-heptil oktadekana 2,02
Tabel 6 Senyawa yang teridentifikasi pada kromatogram minyak bumi setelah perlakuan Streptomyces sp. SLW8-1
Waktu Retensi Rumus Kimia Nama Senyawa Luas Puncak (%)
3.663 C6H14 3-metil pentana 0,28
3.833 C6H14 n-heksana 8,94
4.256 C6H14 metil-siklopentana 0,55
7.369 C7H8 metilbenzena 0,29
24.148 C10H22 3-metil nonana 0,47
24.437 C15H32 2,7,10-trimetil dodekana 1,10
25.134 C13H28 n-tridekana 1,07
27.888 C14H30 n-tetradekana 2,08
28.024 C15H32 2,6,11-trimetil dodekana 1,26
30.421 C18H38 n-oktadekana 2,11
31.390 C15H32 n-pentadekana 5,31
33.991 C16H34 n-heksadekana 7,37
36.405 C17H36 n-heptadekana 8,14
36.643 C19H40 2,6,10,14-tetrametil pentadekana 24,43
PEMBAHASAN
Pertumbuhan Isolat Lokal Streptomyces sp.
Isolat Streptomyces sp. tumbuh baik pada suhu ruang, hal ini sesuai dengan Holt et al. (1994) yang menyatakan bahwa pertumbuhan optimum Streptomyces sp. pada suhu 25 sampai 35 C dan pada pH optimum 6,5 sampai 8,0. Streptomyces sp. menghasilkan berbagai pigmen yang menimbulkan warna pada miselium udara dan substrat (Madigan et al. 2000), sehingga dapat mengubah warna media. Isolat Streptomyces sp. yang digunakan dalam penelitian memiliki pigmen warna yang berbeda-beda yaitu abu-abu, kuning keputih-putihan, coklat dan merah kecoklatan. Dalam pertumbuhannya, isolat Streptomyces sp. menghasilkan spora yang terbentuk dari tangkai spora (rantai spora) yang dikenal dengan konidia (Eweis et al. 1998).
Kemampuan Tumbuh Isolat pada Minyak Bumi, Fenol atau Iso-Oktana.
Kemampuan tumbuh bakteri pada media cair ISP 4 modifikasi dengan penambahan minyak bumi dan fenol ditunjukkan dengan bobot biomassa kering pada Tabel 1. Semua isolat Streptomyces sp. yang digunakan pada penelitian ini mampu tumbuh dengan memanfaatkan minyak bumi dan fenol untuk pertumbuhannya. Minyak bumi yang dimanfaatkan untuk pertumbuhan bakteri melalui rangkaian proses degradasi senyawa yang kompleks menjadi senyawa sederhana akan masuk ke dalam jalur metabolismenya. Proses biodegradasi senyawa hidrokarbon merupakan transformasi senyawa toksik menjadi senyawa yang kurang toksik bagi makhluk hidup. Selama proses ini berlangsung, bakteri memakan hidrokarbon dari minyak buangan untuk menghasilkan biomassa, yaitu suatu akumulasi dari massa sel yang sebagian besar tersusun oleh protein (Udiharto et al. 1995). Isolat Streptomyces spp. juga mampu memanfaatkan senyawa fenol (Tabel 1) yang termasuk ke dalam senyawa aromatik non hidrokarbon, hal ini sesuai dengan laporan U.S. EPA 1986 yang menyebutkan bahwa Actinomycetes diketahui dapat mendegradasi fenol, steroid, aromatik terklorinasi dan lignoselulosa.
Kemampuan tumbuh bakteri pada media cair ISP 4 modifikasi dengan penambahan iso-oktana (Tabel 2) menunjukkan bahwa semua Streptomyces sp. isolat lokal yang diuji mampu beradaptasi pada senyawa iso-oktana.
Senyawa iso-oktana termasuk ke dalam senyawa alkana. Komponen minyak bumi yang mudah didegradasi oleh bakteri merupakan komponen terbesar atau mendominasi minyak bumi, yaitu alkana yang bersifat lebih mudah larut dalam air dan terdifusi ke dalam membran sel bakteri dibandingkan dengan komponen hidrokarbon minyak bumi lainnya. Jumlah bakteri yang mendegradasi komponen ini relatif banyak karena substratnya yang melimpah di dalam minyak bumi. Isolat bakteri pendegradasi komponen minyak bumi ini biasanya merupakan pengoksidasi n-alkana (Hadi 2006).
CH3-(CH2)n-CH3
CH3-(CH2)n-CH3OH O
CH3-(CH2)n-CHO CH3-(CH2)n-CH2-O-C-(CH2)n-CH3
CH3-(CH2)n-COOH
-hidroksilasi HOCH2-(CH2)n-COOH
HOOC-(CH2)n-COOH -oksidasi
Gambar 4 Oksidasi n-alkana melalui oksidasi gugus metil terminal (Cookson 1995).
OH O2 + 2H
+
R-CH2-CH2-CH3 R-CH2-CH-CH3
Alkana -H2O Alkohol
sekunder O O O2 + 2H+
R-CH2-O-C-CH3 R-CH2-C-CH3
Asetilester -H2O Metilketon
(2-keton) +H2O
R-CH2-OH + CH3-COOH -oksidasi
Alkohol Asam asetat primer -2H+
-H2O
R-CHO R-COOH -oksidasi Aldehida -2H+ Asam
karboksilat
menghasilkan dua molekul asam piruvat (Cookson 1995).
Pertumbuhan bakteri tidak hanya bergantung pada sumber karbon, akan tetapi oksigen dan nitrogen sebagai sumber nutrien juga merupakan unsur yang penting. Pertumbuhan bakteri pendegradasi hidrokarbon dilaporkan lebih cepat dengan adanya penambahan senyawa anorganik N dan P (Roling et al. 2002) dan dapat meningkatkan kecepatan bioremediasi secara signifikan (Hadi 2006). Pada penelitian ini, sumber senyawa anorganik N dan P terkandung dalam media cair ISP 4. Sedangkan senyawa oksigen terlibat dalam proses oksidasi senyawa hidrokarbon. Menurut Hadi (2006), penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik (menggunakan oksigen). Tanpa adanya oksigen, hidrokarbon ini tidak didegradasi oleh mikrob (kecuali bakteri pereduksi sulfat). Dalam penelitian ini kondisi inkubasi memungkinkan udara berdifusi ke dalam medium melalui sumbat kapas sehingga isolat Streptomyces sp. dapat memanfaatkan oksigen untuk proses degradasi.
Gambar 6 Reaksi perubahan senyawa benzena menjadi katekol.
Biodegradasi Minyak Bumi oleh
Streptomyces sp.
Proses biodegradasi minyak bumi merupakan proses penguraian senyawa kompleks menjadi lebih sederhana, yang dapat dilihat dari pengurangan jumlah minyak bumi. Kandungan minyak bumi yang ditambahkan pada media yaitu sebesar 0,5 g, selama proses inkubasi terjadi pengurangan minyak bumi dalam media. Pengurangan minyak bumi pada media menunjukkan bahwa bakteri memanfaatkan minyak bumi sebagai sumber karbon bagi pertumbuhannya. Perubahan pH Media Sebelum dan Setelah Perlakuan Bakteri.
Media ISP 4 modifikasi dengan penambahan minyak bumi, fenol dan iso-oktana mengalami penurunan pH selama inkubasi. Hal ini mengindikasikan bahwa reaksi dari proses biodegradasi menghasilkan asam sehingga dapat menurunkan pH media. Menurut Udiharto et al. (1995) selama proses biodegradasi berlangsung bakteri memakan hidrokarbon dari minyak buangan untuk menghasilkan biomassa dan mengeluarkan metabolit-metabolit ke dalam media yaitu asam, surfaktan dan gas.
Pada penelitian ini tidak diamati produk surfaktan dari Streptomyces sp. akan tetapi senyawa surfaktan ini ditambahkan pada media cair ISP 4 modifikasi dengan penambahan minyak bumi. Senyawa surfaktan yang ditambahkan pada media yaitu DMSO. Surfaktan merupakan senyawa organik yang bersifat sebagai zat aktif permukaan (Wijaya 2002). Senyawa ini berfungsi sebagai pendispersi suatu cairan ke dalam cairan lain yang tidak saling campur, karena surfaktan memiliki gugus polar dan gugus non polar. Penambahan surfaktan ke dalam suatu campuran minyak dan air juga dimaksudkan agar substrat (minyak) lebih larut dalam air. Larutnya substrat non polar ini dalam air maka proses metabolisme bakteri pendegradasi minyak bumi dapat berlangsung dengan cepat (Dahuru 2003). Penambahan surfaktan dapat meningkatkan laju biodegradasi. Boonchan et al. (1998) menyebutkan bahwa biodegradasi PAHs oleh bakteri Stenotrophomonas maltophilia dengan surfaktan mencapai 67%, sedangkan tanpa surfaktan hanya mencapai 30%. Dahuru (2003) melaporkan bahwa biodegradasi dengan surfaktan anionik memberikan hasil terbaik yaitu mampu menghilangkan diesel pada tanah sebesar 106 g/kg tanah dalam
katekol
NAD+
H2O
NAD+
+ H2
waktu 60 hari, sedangkan tanpa surfaktan sebesar 43,4 g/kg tanah dengan waktu yang sama.
Komposisi Minyak Bumi Sebelum dan Setelah Didegradasi oleh Streptomyces sp.
Data pada Tabel 5 dan 6 menunjukkan bahwa semakin bertambahnya waktu retensi maka semakin besar jumlah atom karbon dan semakin bertambah berat molekul senyawa penyusun minyak bumi tersebut yang muncul dalam kromatogram. Senyawa dengan rantai C21 (senyawa yang terdeteksi pada
kromatogram minyak bumi sebelum perlakuan bakteri) yang terdapat dalam jumlah banyak dengan luas puncak sebesar 76,58%, setelah didegradasi oleh Streptomyces sp. menjadi C19 (8,79% dan 24,43%), C18 (2,11%),
C17 (8,14%), C16 (7,37%), C15 (5,31% dan
1,26%), C14 (2,08%), C13 (1,07%) dan C10
(0,47%). Perbedaan rantai karbon pada senyawa penyusun minyak bumi sebelum dan setelah perlakuan bakteri menunjukkan bahwa isolat SLW8-1 mampu mendegradasi minyak bumi dengan memecahnya menjadi senyawa-senyawa dengan rantai karbon yang lebih sederhana.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Isolat SLW8-1 setelah 21 hari pertumbuhan memiliki biomassa kering tertinggi sebesar 89,60 mg (media ISP 4 + minyak bumi), 92,50 mg (media ISP 4 + fenol) dan 14 hari pertumbuhan memiliki biomassa 132,80 mg (media ISP 4 + iso-oktana), sedangkan biomassa kering tertinggi pada media ISP 4 dimiliki oleh isolat B56-2 berumur 21 hari sebesar 130,90 mg. Persen biodegradasi tertinggi terdapat pada isolat SLW8-1 sebesar 31%. Isolat SLW8-1 mampu mendegradasi minyak bumi yang ditunjukkan dengan perubahan struktur minyak bumi menjadi lebih sederhana.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui media sederhana bagi pertumbuhan isolat Streptomyces sp. yang murah dan mudah diterapkan dalam skala lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
[Anonim]. 2005. Energi fosil masih primadona. http://www.pertamina.com/ indonesia/head_office/hupmas/news/Wp ertamina/2004/Januari_04/wp010407.ht ml [19 Desember 2005].
Atlas RM, Bartha R. 1998. Microbial Ecology ed ke-4. Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.
Boonchan S, Britz ML, Stanley GA. 1998. Surfactant enhanced biodegradation of high molecular weight polycyclic
aromatic hydrocarbons
Stenotrophomonas maltophilia. Biotechnol and bioengineering. 59: 482-494.
Cookson JT. 1995. Bioremediation Engineering design and Application. New York: McGraw-Hill, Inc.
Dahuru M. 2003. Pengaruh mikroorganisme dari kotoran kuda dan surfaktan pada bioremediasi tanah terkontaminasi minyak diesel [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Eriksson M, Jong OK, William WM. 2001. Effect of low temperature and freeze-thaw cycle on hydrocarbon biodegradation in Artic Tundra soil. Appl and Environt Microbiology. 67: 5107-5112.
Eweis JB, Ergas SJ, Chang DPY, Schroeder ED. 1998. Bioremediation Principles. Malaysia: MCGraw-Hill.
Fessenden RJ, Fessenden JS. Kimia Organik. Ed ke-3 jilid 1. 1986. Jakarta: Erlangga. Frewari I. 1999. Penapisan biologis dan
isolasi senyawa peptida antimikrob dari Streptomyces sp. [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Hadi SN. 2006. Degradasi minyak bumi via ”tangan” mikroorganisme. http://www.google.com [8 September 2006].
Herdiyantoro D. 2001. Pengaruh inokulasi kultur campuran bakteri perombak hidrokarbon dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dan pemberian pupuk inorganik nitrogen dan fosfor dalam biodegradasi minyak bumi [skripsi]. Bogor: Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Holt JG et al. 1994. Bergey`s Manual of Determinative Bacteriology ed ke-9. Baltimore: Williams & Wilkins.
Koesoemadinata RP. 1987. Geologi Petroleum dan Gas Asli jilid I. Kuala Lumpur: Dewan Bahasa dan Pustaka Malaysia.
Lepo JE, Cripe CR. 1999. Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) from crude oil in sandy-beach microcosms. Di dalam: Bell CR, Brylinsky M, Johnson-Green P, editor. Microbial Biosystems: New Frontiers. Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Ecology; Halifax, 1999. Canada: Atlantic Canada Society for Microbial Ecology. hlm 1-11. Lestari Y. 1997. Eksplorasi, isolasi dan karakterisasi mikroskopis Streptomyces sp. indigenus. Laporan penelitian. Pusat Antar Universitas Bioteknologi, Institut Pertanian Bogor.
Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2000. Biology of Microorganisms ed ke-9. New Jersey: Prentice-Hall.
Pancawati J. 1998. Isolasi Streptomyces sp. dari tanah hutan Kalimantan dan uji daya
penghambatannya terhadap
Staphylococcus aureus dan Escherichia coli [skripsi]. Bogor: Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Roling WFM et al. 2002. Robust hydrocarbon degradation and dynamic of bacterial communities during nutrient-enhanced oil spill bioremediation. Appl and Environt Microbiology. 68: 5537-5548. Sugoro I. 1999. Analisis gas dan minyak bumi
Udiharto M, SA Rahayu, A Haris, Zulkifliani. 1995. Peran bakteri dalam degradasi minyak dan pemanfaatannya dalam penanggulangan minyak buangan. Prosiding Diskusi Ilmiah VIII. Jakarta: PPPTMGB Lemigas.
U. S. Environmental Protection Agency. 1986. Handbook of Control Technologies for Hazardous Air Pollutants, EPA Report: 625/6-86/014, Research Triangle Park, NC.
Syakti AD. 23 Oktober 2004. Bioremediasi lingkungan. Republika: 11 (kolom 6-8). Whyte LG, Bourbonniere L, Greer CW. 1997.
Biodegradation of petroleum hydrocarbons by psychrotrophic Pseudomonas strains possessing both alkane (alk) and naphthalene (nah) catabolic pathways. Appl and Environt Microbiology. 63: 3719-3723.
Wijaya H. 2002. Kinetika biodegradasi alkil sulfonat linear dan alkil benzena sulfonat oleh isolat bakteri dari campuran lumpur aktif dengan tanah tercemar detergen [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Lampiran 1 Komposisi media agar YM per liter
Agar-agar 15 g
Glukosa 4 g
Yeast extract 4 g Malt extract 10 g
Lampiran 2 Komposisi media ISP 4 per liter Soluble starch 10 g
CaCO3 2 g
(NH4)2SO4 2 g
K2HPO4 1 g
MgSO4.7H2O 1 g
NaCl 1 g
FeSO4.7H2O 1 mg
MnCl2.7H2O 1 mg
