i
PENENTUAN KONDISI PERTUMBUHAN Pseudomonas sp. STRAIN LSU20 DALAM MENDEGRADASI DIBENZOTIOFENA PADA MODEL
MINYAK TETRADEKANA
SKRIPSI
Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Udayana
Oleh: Muhammad Iqbal
1111205013
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN
ii
Muhammad Iqbal (1111205013). Penentuan Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU20 dalam Mendegradasi Dibenzotiofena pada Model Minyak Tetradekana. Di bawah bimbingan Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D. dan I Wayan Arnata, S.TP., M.Si.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi pertumbuhan
Pseudomonas sp. strain LSU20 sebagai biokatalis pada proses desulfurisasi 200
ppm dibenzotiofena pada 1 mL tetradekana (TD). Bakteri LSU20 diinokulasikan pada media dua fase yaitu MSSF-DBT (fase air 5 mL MSSF dan fase minyak konsentrasi 200 ppm DBT pada 1 mL TD) menggunakan shaker waterbath dengan kecepatan rotasi 150 rpm selama 96 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 dalam mendesulfurisasi 200 ppm DBT dalam 1 mL TD terbaik pada suhu 37oC, pH media awal 7 dan sumber karbon glukosa, pertumbuhan bakteri LSU20 0,906
(OD660nm) dan mendesulfurisasi 200 ppm DBT dalam 1 mL TD sebesar 76,9%.
iii
Muhammad Iqbal (1111205013). Growth condition determined of Pseudomonas sp strain LSU20 for Dibenzothiophene Degradated in Oil Model n-tetradecane. Supervised by Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D. and I Wayan Arnata, S.TP., M.Si.
ABSTRACT
This research were to determined growth condition of Pseudomonas sp. strain LSU20 as biocatalyst for desulfurizated 200 ppm dibenzothiophene (DBT) in 1 mL n-tetradecane (TD).. The bacterium were inoculated in two phase medium MSSF-DBT (water phase 5 ml MSSF broth and oil phase 200 ppm DBT in 1 mL TD). LSU20 were inoculated on waterbath shaker in speed rotation 150 rpm for 96 hours. The result showed that the best growth condition of LSU20 to desulfurized 200 ppm DBT in 1 mL TD is temperature 37oC, pH medium 7 and carbon source glucose, the growth cell of Pseudomonas sp. strain LSU20 showed at 0,906 (OD660nm) and desulfurited 200 ppm DBT in TD with rate 76,9%.
iv RINGKASAN
Pemanfaatan minyak bumi telah berkembang pesat sejak era industri pada abad ke-19 hingga diawal abad ke-21. Salah satu hasil turunan minyak bumi adalah solar (diesel) dengan kandungan sulfur mencapai 3-5% (Simanzhenkov, 2003). Emisi pembakaran minyak bumi jenis solar ini menghasilkan jenis-jenis polutan di atmosfer diantaranya, Sulfur Oksida ( ), Nitrit Oksida ( ), ammonia, dan hidrokarbon non methan yang menyebabkan hujan asam (Anonim, 1983).
Salah satu cara penurunan kandungan sulfur pada minyak bumi adalah teknik Hidrodesulfurisasi (HDS). Hidroesulfurisasi adalah pengurangan kandungan sulfur pada suhu dan tekanan tinggi (Speight, 2008). Sulfur aromatik seperti benzotiofena, dibenzotiofena dan lain-lain sangat sukar didesulfurisasi pada proses HDS disebabkan senyawa-senyawa tersebut sangat jenuh untuk bereaksi. Tingginya kesadaran masyarakat untuk menggunakan bahan bakar yang ramah lingkungan menetapkan kandungan sulfur pada minyak bumi harus memiliki kadar sulfur bawah 200 ppm (Ramirez, 2007).
Teknik biodesulfurisasi (BDS) digunakan untuk mengurangi kandungan sulfur serendah mungkin. Biodesulfurisasi adalah salah satu bioteknologi yang memanfaatkan bakteri atau enzim sebagai biokatalis untuk mendesulfurisasi sulfur khususnya sulfur aromatik yang sulit terdegradasi (Ramirez, 2007). Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mencari bakteri yang berpotensial dalam mendesulfurisasi sulfur diantaranya Rhodococcus sp. strain IGST8 (Gallagher et
al., 1993), Gordonia sp. strain CYSK1 (Rhee et al., 1998) dan Pseudomonas sp.
v
dari tanah tercemar minyak bumi selama bertahun-tahun di daerah Langkat, Sumatera Utara. Bakteri Pseudomonas sp. strain LSU20 mampu mendesulfurisasi 200 ppm dibenzotiofena (DBT) dalam tetradekana (TD) pada suhu pertumbuhan 45ºC, pH medial awal 7 dan sumber karbon glukosa. Suhu, pH media awal dan sumber karbon kondisi pertumbuhan terbaik dari bakteri Pseudomonas sp. strain LSU20 dalam mendesulfurisasi DBT sendiri belum pernah diteliti . Para peneliti terdahulu telah melakukan penelitian dengan berbagai variasi pH pada bakteri yang berpotensi dalam mendesulfurisasi sulfur diantaranya Rhodococcus sp. Strain WU-K2R (Kirimura et all, 2002) pada pH 7, Rhodococcus sp. strain IGST8 (Konishi et al, 1997) pada pH 8, dan Sulfolobus acidocaldarius (Karagi et
al,1982). Berbagai jenis sumber kabon digunakan untuk meningkatkan proses
desulfirisasi oleh bakteri diantaranya, Escherichia coli (Reichmuth et al, 2000) menggunakan gliserol sebagai sumber karbon, Sulfolobus acidocaldarius ( Ju et
al, 1998) memanfaatkan sukrosa sebagai sumber karbon, dan Pseudomonas sp
(Leon et al, 1993) mampu memanfaatkan asam sitrat sebagai sumber karbon pertumbuhannya.
Suhu, pH awal media dan sumber karbon adalah komponen penting dalam pertumbuhan bakteri, khususnya bakteri pendegradasi sulfur (Gupta, 2004). Maka dari itu perlu dilakukan penelitian untuk menentukan kondisi pertumbuhan
Pseudomonas sp. strain LSU20 dalam mendesulfurisasi sulfur dibezotiofena
untuk memaksimalkan potensi bakteri tersebut pada proses BDS.
Kultur stock dari bakteri Pseudomonas sp. strain LSU20 diremajakan kembali pada medium tumbuh 5 mL MSSF-CA selama 96 jam pada suhu ruang (±30oC), digojog menggunakan shaker dengan kecepatan gojog 150 rpm, lalu
vi
diinokulasikan lagi pada volume yang lebih besar yaitu 150 mL MSSF-CA selama 96 jam dengan suhu ruangan menggunakan shaker dengan kecepatan gojog 150 rpm. Setelah itu suspensi sel disentrifugasi dengan kecepatan 5000 rpm selama 20 menit pada suhu 4ºC untuk memisahkan sel dengan medium cair. Sel murni ditetapakan menjadi OD:5 ( ) sehingga dapat digunakan sebagai kultur kerja.
Kultur kerja diinokulasikan pada medium MSSF-DBT (5 mL MSSF dan 1 mL tetradekana dengan konsentrasi 200 ppm DBT) dengan variasi suhu 33ºC, 37ºC, 41ºC, 45ºC, and 49ºC; variasi pH awal media 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; dan 8; variasi sumber karbon seperti glukosa, sukrosa, asam sitrat, dan gliserol. Waktu inokulasi selama 96 jam dengan kecepatan rotasi 150 rpm menggunakan
waterbath shaker. Hasil inokulasi dipisahkan fase air dan fase minyak. Fase air
dianalisis pertumbuhannya dengan menghitung tingkat kekeruhan serta perubahan pH medium sebelum dan setelah inkubasi menggunakan spektofotometer dan pH meter, sedangkan fase minyak dianalisis tingkat degradasi DBT menggunakan gas
chromatography dengan detector mass selective.
Hasil penelitian menunjukan bahwa suhu 37ºC, pH awal media 7, dan sumber karbon glukosa dengan kecepatan rotasi waterbath shaker diatur pada kecepatan rotasi 150 rpm. Selama waktu 96 jam inokulasi Pseudomonas sp. strain LSU20 mampu mendegradasi 200 ppm DBT pada 1 mL tetradekana berkurang hingga 76,9% dengan tingkat pertumbuhan yang diamati melalui variabel tingkat kekeruhan medium tumbuh yaitu 0,906 (OD660nm).
vii
Skripsi ini telah mendapat persetujuan pembimbing
Pembimbing I
Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D. NIP. 19630424 198903 1 003
Pembimbing II
I Wayan Arnata, STP., M.Si. NIP. 19780620 200501 1 002
Mengesahkan,
Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana
Dr. Ir. I Dewa Gede Mayun Permana, MS. NIP. 19591107 198603 1 004
viii
RIWAYAT HIDUP
Muhammad Iqbal dilahirkan di Kelurahan Kampung Baru, Kecamatan Medan Maimun, Kota Medan, Sumatera Utara pada 18 Februari 1993. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara pasangan Adi Hariyanto dan Rita Ernawati.
Penulis mulai menempuh pendidikan di SD Islam Swasta Ulumul Qur’an Medan tahun 1999 dan lulus pada tahun 2005. Penulis melanjutkan pendidikan di SMP Swasta Harapan Mandiri tahun 2005 dan lulus pada tahun 2008. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan ke SMAN 2 Medan dan lulus pada tahun 2011. Pada tahun 2011 Penulis diterima di perguruan tinggi melaluli jalur SNMPTN tertulis dan tercatat sebagai mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana.
Selama tercatat sebagai mahasiswa FTP, penulis aktif di keorganisasian baik dalam lingkungan fakultas dan universitas. Penulis aktif dibeberapa kegiatan kemahasiswaan seperti kepanitiaan dan lain sebagainya di lingkungan kampus Universitas Udayana.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa atas segala Rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Penentuan Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU20 dalam Mendegradasi Dibenzotiofena pada Model Minyak Tetradekana” dengan baik. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana.
Skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis atas bantuan, dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D., sebagai dosen pembimbing I dan Bapak I Wayan Arnata, S.TP., M.Si., sebagai pembimbing II yang telah banyak membantu, membimbing dan mengarahkan selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi. 2. Bapak Dr. Ir. Dewa Gede Mayun Permana, MS., selaku Dekan Fakultas
Teknologi Pertanian Universitas Udayana.
3. Ibu Ir. Amna Hartiati, MP., selaku Ketua Jurusan Teknologi Industri Pertanian di Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana.
4. Segenap staf dosen dan pegawai Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana.
5. Segenap teknisi Laboratorium Mikrobiologi Pangan, Laboratorium Bioindustiri Fakultas Teknologi Pertanian, dan Laboratorium Forensik
x
Polda Bali atas bimbingan, kemudahan dan petunjuk selama penelitian hingga penyusuan skripsi ini selesai.
6. Penyandang dana dari Dikti yang diketuai oleh Bapak Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D., dalam penelitian Hibah Kompetensi (Hikom) yang telah memberikan dana untuk kelancaran penelitian.
7. Ayah, ibu, adik, dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan motivasi, dukungan dan doa kepada penulis selama masa kuliah, penelitian dan penyusunan skripsi.
8. Teman-teman TIP Angkatan 2011; Panji H., Hendra P., Farhandi S., Novi Dwi, Paramananda J., Gora A., Trisna Budiari, Nita W., K. Juliani, Alfiana A., Chintya A., Kiki V., Dwiyan R., Brahmantara, Dayu Adi, Krisna P., Surya A., dan seluruh teman-teman FTP Angkatan 2011, terima kasih telah banyak membantu dan memberikan kesan tak terlupakan bagi penulis selama masa perkuliahan, pratikum, penelitian dan hingga akhir skripsi ini
9. Teman-teman TIP Angkatan 2010: Bimby Issassam, Putu Setiabudi, Wisma P., Bayu Chandralia, Ninik Indah, dan seluruh angkatan 2010 terima kasih telah banyak membantu selama masa perkuliahan, penelitian dan hingga akhir skripsi ini.
10. Teman-teman SMA: Andi Putra, Yudha Yudhiesta, Yoga Roza, Nico Achadita, Galuh C., Iqbal Pasaribu, Tri Rahayu, Mia Audina, Fadli Miraza, Denny P., Adly Farizan, Khadafi A., Habib A., Farul, Aldi S., Andri P, Riko T, Ismail, Riswan H., Siti Nadhira, dan semua teman-teman yang telah membantu mensupport Penulis hingga akhir skripsi ini.
xi
Semoga Tuhan Yang Maha Esa, Allah SWT. membalas semua budi baik ini dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih belum sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bukit Jimbaran, April 2016
xii DAFTAR ISI Halaman HALAMAN PERSYARATAN . ... i ABSTRAK . ... ii ABSTRACT . ... iii RINGKASAN . ... iv
HALAMAN PENGESAHAN . ... vii
RIWAYAT HIDUP . ... viii
KATA PENGANTAR . ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 5 1.3. Hipotesis ... 5 1.4. Tujuan Penelitian ... 5 1.5. Manfaat Penelitian ... 6
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Bahan Bakar Fosil dan Polusi Udara ... 7
2.2. Senyawa Sulfur pada Minyak Bumi ... 9
xiii
2.3.1. Hidrodesulfurisasi ... 11
2.3.2. Biodesulfurisasi ... 13
2.4. Isolasi Bakteri Pendegradasi Sulfur dari Tanah Tercemar Langkat, Sumatera Utara ... 15
2.5. Pertumbuhan Bakteri (Growth Cells)... 16
2.5.1. Suhu ... 18 2.5.2. Derajat keasaman (pH) ... 19 2.5.3. Sumber Karbon (Cx) ... 20 2.5.3.1. Glukosa ... 21 2.5.3.2. Sukrosa ... 22 2.5.3.3. Gliserol ... 23 2.5.3.4. Asam sitrat ... 24
III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 26
3.2. Alat dan Bahan Penelitian ... 26
3.2.1. Alat ... 26
3.2.2. Bahan... 26
3.2.2.1. Strain bakteri dan media... 26
3.2.2.2. Bahan lainya ... 27
3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 27
3.3.1. Pembuatan media selektif MSSF ... 27
3.3.2. Persiapan kultur kerja ... 28
3.3.3. Penentuan kondisi pertumbuhan ... 28
3.4. Variabel yang Diamati ... 32
xiv
3.4.2. Pengukuran derajat keasaman (pH) ... 32
3.4.3. Pengukuran kadar DBT ... 33
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Penentuan Suhu Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU20 ... 34
4.2. Penentuan pH Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ... 37
4.3. Penentuan Sumber Karbon Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU20 ... 39
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 42
5.2. Saran ... 42
DAFTAR PUSTAKA ... 43
xv
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
2.1 Hasil akhir dari Hidroproses selama pengilangan minyak ... 12 2.2 pH minimum, optimal dan maksimum untuk pertumbuhan beberapa
spesies bakteri ... 20 4.1 Pertumbuhan, pH, dan degradasi DBT Pseudomonas sp. strain LSU20
pada suhu inkubasi berbeda ... 34 4.2 Pertumbuhan, pH akhir setelah inkubasi, dan degradasi DBT oleh
Pseudomonas sp. Strain LSU20 dengan berbagai pH awal media
pertumbuhan. ... 37 4.3 Pertumbuhan, pH akhir setelah inkubasi, dan degradasi DBT oleh
Pseudomonas sp. Strain LSU20 dengan berbagai sumber karbon media
xvi
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
2.1 Sumber polusi udara (Anonim, 2011) ... 9
2.2 Struktur kimia dari sulfur yang terkandung di minyak bumi (Karim et al., 2010) ... 11
2.3 Tipe sulfur yang mengandung komponen organic (Prayuenyong, 2002) .... 11
2.4 Reaksi hidrodesulfurisasi dari beberapa tipe komponen sulfur pada minyak bumi (Speight, 2008) ... 13
2.5 Skema biodesulfurisasi dari degradasi DBT secara oksidasi (Monticello, 2000) ... 15
2.6 Kurva pertumbuhan bakteri (Black, 2012) ... 17
2.7 Tingkat pertumbuhan yang berbeda dari berbagai tipe mikroorganisme pada rangsangan temperatur (Funke et al, 2013) ... 19
2.8 Rantai hidrokarbon glukosa dan fruktosa (Anonim, 2015) ... 22
2.9 Rumus molekul pembentuk sukrosa (Anonim, 2015) ... 23
2.10 Struktur kimia dari gliserol pada Trigelyceride (Labarge, 2008) ... 24
2.11 Struktur kimia asam sitrat (Anonim, 2015)... 25
3.1 Diagram alir persiapan kultur kerja... 28
3.2 Diagram alir penentuan suhu pertumbuhan ... 29
3.3 Diagram alir penentuan pH media awal pertumbuhan ... 30
3.4 Diagram alir penentuan sumber karbon pertumbuhan ... 31
4.1 Pengaruh variasi suhu terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi ... 36
4.2 Pengaruh variasi pH terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi ... 39
4.3 Pengaruh variasi Sumber karbon terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi ... 40
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
No. Judul Halaman
1. Tahap preparasi kultur kerja... 49
2. Penentuan suhu kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ... 50
3. Penentuan pH kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ... 51
4. Penentuan sumber karbon kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ... 52
5. Hasil inkubasi 96 jam pada variasi pH media awal dan sumber karbon ... 53
6. Tabel luas are standar dibenzotiofena dan grafik persamaan linier ... 54
7. Tabel data hasil pengamatan pengujian dengan variasi suhu, pH media awal, dan sumber karbon ... 55
8. Cromatogram hasil pengamatan ... 57
8a. Kromatrogram Standart DBT 200 ppm ... 57
8b. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan suhu 37ºC ... 58
8c. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan pH 7 ... 59
