MAKALAH
PARALEL
PARALEL H
ISBN : 978-602-73159-8
BIOADSORPSI Cr(VI) OLEH Rhizopus oryzae SEBAGAI SOLUSI
ALTERNATIF UNTUK PENCEMARAN AIR
Anna Safitri
1*, Anna Roosdiana
11 Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Brawijaya
Jl. Veteran, Malang 65145, Indonesia
* Untuk korespondensi:
081235367181
e-mail: a.safitri@ub.ac.idABSTRAK
Kehadiran logam berat di perairan, seperti Cd, Pb, dan Cr, menimbulkan dampak berupa polusi air yang berpengaruh negatif terhadap lingkungan, juga pada kesehatan manusia. Kromium(VI) merupakan salah satu polutan pada polusi air, yang bersifat toksik, korosif, dan karsinogenik. Ketika diserap dalam tubuh, Cr(VI) dapat mengikat protein plasma seperti albumin dan transferin, dan dapat membentuk ikatan silang dengan DNA. Ion Cr(VI) ini adalah produk buangan yang umumnya dihasilkan dari industri kulit sintetis atau industri cat. Oleh karena itu, diperlukan suatu proses pra-pengolahan limbah yang bertujuan untuk mengurangi konsentrasi Cr(VI) sebelum dibuang ke dalam perairan. Salah satu metode yang dapat diterapkan untuk tujuan ini adalah bioadsorpsi Cr(VI) dengan menggunakan mikroorganisme. Dalam penelitian ini, studi bioadsorpsi Cr(VI) dalam sampel air dilakukan dengan menggunakan kapang Rhizopus
oryzae yang dapat mengadsoprsi Cr(VI). Penelitian ini difokuskan pada penentuan kondisi
optimum yaitu jumlah Rhizopus oryzae (inokulum) dan konsentrasi awal Cr(VI) yang digunakan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah inokulum Rhizopus oryzae dan konsentrasi awal Cr(VI) mempengaruhi jumlah Cr(VI) yang teradsorpsi. Semakin banyak jumlah inokulum yang ditambahkan, semakin tinggi jumlah Cr(VI) yang teradsorp. Namun, semakin tinggi konsentrasi awal Cr(VI) yang digunakan, semakin rendah jumlah Cr(VI) yang teradsorp. Mekanisme adsorpsi oleh Rhizopus oryzae adalah adsorpsi fisika. Selain itu, diduga bahwa Rhizopus oryzae menghasilkan enzim kromat reduktase, yang dapat mengkatalisis reaksi reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III) yang bersifat tidak toksik.
Kata kunci: bioadsorpsi, Cr(VI), kromat reduktase, Rhizopus oryzae
ABSTRACT
The presence of heavy metals in waters, including cadmium, lead, or chromium, has caused water pollution that brings negative effects to the environment, as well as to human health. Chromium (VI) is considered as the main cause of pollutant that is toxic, corrosive, and carcinogenic. It is because when absorbed in the body, Cr(VI) can bind to plasma proteins such as albumin and transferrin, and it can form crosslink to DNA. This metal ion is a common waste product resulted from the industrial, such as leather or paint industry. Therefore, a waste pre-treatment process that aims to reduce the concentration of Cr(VI) before it discharges into the waters is needed. One method that can be applied for this purpose is bioadsorption of Cr(VI) using microorganisms. In this work, the study of bioremoval of Cr(VI) in the water samples was conducted using R. oryzae as microorganism that can adsorb Cr(VI). The research was focused on determination of optimum conditions including the number of R. oryzae (inoculum) and initial concentrations of Cr(VI). Results showed that the amount of R. oryzae inoculum and initial Cr(VI)
Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21
concentrations affected to the bioadsorption of Cr(VI). The more the amount of inoculum added, the higher the number of Cr(VI) reduced. However, the higher Cr(VI) concentrations used, the lower the number of Cr(VI) reduced. In addition, it is suggested that R. oryzae produced chromate reductase, an enzyme that catalyzes the reduction of Cr(VI) to Cr(III).
Key word: bioadsoprtion, Cr(VI), chromate reductase, Rhizopus oryzae
PENDAHULUAN
Keberadaan logam berat pada perairan, diantaranya adalah Cr(VI) memberikan dampak pencemaran pada manusia dan lingkungan [1]. Ion Cr(VI) pada perairan dapat membentuk suatu makromolekul di dalam sel karena sifat kelarutannya yang tinggi dan bersifat toksik, korosif serta karsinogenik. Ion ini merupakan agen karsinogen dan memiliki risiko kesehatan lain seperti kerusakan hati, infeksi kulit dan luka pada lambung [2, 3].
Dengan memperhatikan banyaknya dampak negatif yang ditimbulkan oleh Cr(VI) pada lingkungan, timbul ketertarikan yang sangat besar untuk mencegah pelepasan limbah terkontaminasi logam berat Cr(VI) memasuki lingkungan. Oleh karena itu, diperlukan suatu proses pengolahan limbah yang bertujuan untuk menurunkan konsentrasi Cr(VI) di dalam limbah sebelum dibuang ke lingkungan [4]. Salah satu metode yang dapat diterapkan untuk tujuan tersebut adalah bioadsorpsi logam berat menggunakan mikroorganisme [4].
Bioadsorpsi merupakan suatu green
process yang memanfaatkan mikroorganisme sebagai agen pengadsorpsi yang mampu mengadsorpsi suatu bahan kimia yang bersifat toksik [5]. Beberapa mikroorganisme telah diteliti mampu melakukan proses bioadsorpsi, diantaranya
Pseudomonas putida, Escherichia coli, dan
Bacillus cogulans [6]. Proses bioadsorpsi
logam berat oleh mikroorganisme dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya pH, konsentrasi logam, waktu inkubasi, temperatur, sumber karbon dan jumlah bakteri [7]. Pada penelitian Sau dkk [7], telah disebutkan bahwa bioadsorpsi Cr(VI) menggunakan bakteri B. firmus dihasilkan pada kondisi optimum pH 8, temperatur 35 C dan mengalami penurunan reaksi reduksi pada konsentrasi yang tinggi yaitu 2 mM serta waktu inkubasi optimum dalam bioadsorpsi Cr(VI) adalah 120 jam. Sedangkan pada penelitian yang lain disebutkan bahwa beberapa sumber karbon yaitu NADH, NADPH, glukosa, dan D-fruktosa mempengaruhi aktivitas reduksi Cr(VI) [8].
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dilakukan penelitian awal tentang bioadsorpsi Cr(VI) dengan menggunakan kapang Rhizopus oryzae. Penelitian ini difokuskan pada penentuan kondisi optimum bioadsorpsi Cr(VI) yang meliputi jumlah kapang Rhizopus oryzae dan konsentrasi awal Cr(VI). Banyaknya jumlah kapang (inokulum) di dalam media akan berpengaruh terhadap besarnya kemampuan kapang tersebut melakukan adsorpsi Cr(VI). Sedangkan kondisi konsentrasi awal Cr(VI) yang tinggi dalam suatu medium pertumbuhan dapat mengganggu fisiologis bakteri, sehingga
akan memperlambat proses pertumbuhan dan merusak sistem perlindungan terhadap efek toksisitas [9].
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang dipergunakan antara lain media padat dan media cair untuk pertumbuhan R. oryzae K2CrO7, H2SO4 1 M, HCl 37%, NaOH, NH4NO3, difenilkarbazida, dan akuades. Sedangkan instrumen yang digunakan adalah neraca analitik Mettler AE 25, pH meter, autoclave, dan spektrofotometer UV-Vis.
Penentuan Pengaruh Jumlah Inokulum Rhizopus oryzae
Sebanyak 50 mL larutan Cr(VI) 50 ppm dikontakkan dengan kultur R. oryzae sebanyak 4, 5, 6, 7, dan 8 mL, diinkubasi menggunakan rotary shaker pada kecepatan 150 rpm sampai 48 jam. Setelah proses inkubasi, dilakukan penyaringan, filtrat yang diperoleh diambil 1 mL dan ditambahkan 0,1 M H2SO4 sampai pH 1, dan ditambahkan 1 mL larutan difenilkarbazida. Dilakukan pengukuran absorbansi dengan spektrofotometer UV-Vis.
Penentuan Pengaruh Konsentrasi Awal Cr(VI)
Dibuat variasi konsentrasi awal Cr(VI): 20, 30, 40, 50 dan 60 ppm. Pada masing-masing konsentrasi Cr(VI) tersebut ditambahkan 1 mL kultur R. oryzae. Dilakukan inkubasi menggunakan rotary shaker pada kecepatan 150 rpm sampai 48 jam. Setelah proses inkubasi, dilakukan penyaringan, filtrat yang diperoleh diambil 1 mL dan ditambahkan 0,1 M H2SO4 sampai pH 1, dan ditambahkan 1 mL larutan
difenilkarbazida. Dilakukan pengukuran absorbansi dengan spektrofotometer UV-Vis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Jumlah Inokulum Rhizopus oryzae terhadap bioadsorpsi Cr(VI)
Penentuan jumlah inokulum optimum pada bioadsorpsi Cr(VI) oleh Rhizopus
oryzae dilakukan pada variasi jumlah
inokulum 4 mL, 5 mL, 6 mL, 7 mL, dan 8 mL. Hasil penentuan jumlah inokulum R. oryzae pada bioadsorpsi Cr(VI) ditunjukkan pada Gambar 1. Berdasarkan grafik pada Gambar 1 tampak bahwa jumlah inokulum berpengaruh terhadap jumlah Cr(VI) yang tereduksi oleh R. oryzae. Dari analisis data menggunakan RAL, menunjukan bahwa pada taraf nyata 5% (0,05) didapatkan nilai F hitung sebesar 16,75, sedangkan F tabel sebesar 3,48. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan variasi jumlah inokulum berpengaruh nyata terhadap jumlah Cr(VI) yang tereduksi oleh R. oryzae. Bioadsorpsi Cr(VI) yang terjadi pada penambahan inokulum 4, 5, 6, 7, dan 8 mL secara berurutan adalah sebesar 7,88%, 9,57%, 10,93%, 12,91%, dan 15,41%.
Gambar 1. Pengaruh jumlah inokulum R. oryzae terhadap jumlah Cr(VI) yang teradsorp.
Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21 Berdasarkan grafik tersebut,
didapatkan tren jumlah Cr(VI) yang teradsorpsi meningkat seiring dengan peningkatan jumlah inokulum yang ditambahkan. Dari literatur didapatkan bahwa faktor yang menyebabkan mikroorganisme lebih cepat melakukan pembiakan dan pertumbuhan adalah banyaknya kultur (inokulum) dalam media pertumbuhan [10]. Semakin banyak jumlah mikroorganisme dalam medium, semakin besar jumlah pertumbuhannya sehingga berpengaruh juga terhadap besarnya kemampuan R. oryzae tersebut melakukan adsorpsi terhadap Cr(VI).
Pengaruh Jumlah Konsentrasi Awal Cr(VI) terhadap Bioadsorpsi Cr(VI)
Penentuan konsentrasi Cr(VI) optimum pada bioadsorpsi Cr(VI) oleh
Rhizopus oryzae dilakukan pada variasi
konsentrasi Cr(VI) 20, 30, 40, 50, dan 60 ppm. Hasil penentuan konsentrasi Cr(VI) pada bioadsorpsi ditunjukkan pada Gambar 2. Dari analisis data menggunakan RAL, menunjukan bahwa pada taraf nyata 5% (0,05) didapatkan nilai F hitung sebesar 33,61, yang memiliki nilai lebih besar dari F tabel yaitu 3,48. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan variasi konsentrasi awal Cr(VI) memiliki perngaruh nyata terhadap jumlah Cr(VI) yang teradsorp.
Berdasarkan grafik tersebut, didapatkan tren semakin tinggi konsentrasi awal Cr(VI) yang digunakan, semakin rendah jumlah Cr(VI) yang teradsorp. Jumlah persentase Cr(VI) yang teradsorp pada konsentrasi awal Cr(VI) 20, 30, 40, 50, dan
60 ppm secara berurutan adalah 44,67%, 44,22%, 40,69%, 37,70%, dan 35,15%.
Gambar 2. Pengaruh konsentrasi awal Cr(VI)
terhadap jumlah Cr(VI) yang teradsorp.
Jumlah Cr(VI) yang terdsorp mengalami penurunan seiring dengan peningkatan konsentrasi awal Cr(VI) dimungkinkan karena jumlah inokulum (kapang) yang digunakan untuk mengadsorp adalah tetap yaitu 1 mL. Pada jumlah inokulum sebesar 1 mL digunakan untuk mengadsorpsi Cr(VI) pada konsentrasi dari 20 ppm sampai 60 ppm. Hal ini menyebabkan daya adsorpsi kapang kurang optimal pada konsentrasi awal Cr(VI) yang tinggi.
Diskusi
Proses biodsorpsi Cr(VI) oleh R.
oryzae ini dilakukan pada pH asam yaitu pH
1. Pada pH 1 yang sangat asam, ion-ion H+ pada larutan akan menyebabkan terprotonasinya gugus-gugus basa Lewis pada yang terdapat pada dinding sel kapang R. oryzae,misalnya gugus NH2 menjadi NH3+. Di dalam larutan, Cr(VI) berada dalam bentuk anionnya, yaitu spesi HCrO4, CrO42,
Cr2O72 [11], sehingga memungkinkan berinteraksi dengan gugus-gugus basa Lewis yang terprotonasi membentuk komplek pasangan ion. Mekanisme adsorpsi Cr(VI) dapat digambarkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Mekanisme bioadsorpsi Cr(VI)
oleh Rhizopus oryzae
Mekanisme bioadsorpsi Cr(VI) oleh Rhizopus oryzae lain yang diusulkan adalah adanya enzim kromat reduktase yang diproduksi kapang R. oryzae. Enzim kromat reductase ini mengkatalisis reaksi reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III). Setelah terjadi proses adsorpsi, Cr(VI) masuk ke dalam sel kapang, Cr(VI) kemudian akan direduksi oleh enzim kromat reduktase menjadi Cr(III). Hal ini memungkinkan karena pada keadaan lingkungan ekstrim, misalnya pada kondisi yang tinggi kadar Cr(VI)-nya, suatu mikroorganisme akan mengeluarkan metabolit sekunder untuk proteksi dirinya [4]. Dalam hal ini enzim kromat reduktase, sebab enzim ini dapat mengkatalis reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III) yang tidak toksik. Proses ini dinamakan biotransformasi.
Proses biotransformasi yang merupakan reaksi reduksi oksidasi ini memerlukan transfer elektron dari suatu donor elektron ke akseptor elektron. Donor electron yang digunakan enzim kromat
reduktase adalah NADH (reduced
nicotinamide adenine nucleotide), atau
NADPH (reduced nicotinamide adenine
dinucleotide phosphate) [12]. NADH dan
NADPH merupakan koenzim penting yang berfungsi dalam reaksi redoks dalam sel. Reaksinya adalah:
𝐶𝑟2𝑂42−+ 5 H+ + 3 NADH → 2 Cr3+ + 3 NAD+ +
4 H2O
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa kapang Rhizopus
oryzae memiliki kemampuan mengadsorpsi
Cr(VI). Adsorpsi Cr(VI) oleh R. oryzae menunjukkan bahwa jumlah inokulum R.
oryzae dan konsentrasi awal Cr(VI) berpengaruh terhadap proses adsorpsi Cr(VI). Semakin meningkat jumlah kultur kapang R. oryzae maka semakin meningkatkan adsorpsi Cr(VI). Sebaliknya, semakin besar konsentrasi awal Cr(VI) yang digunakan, semakin berkurang Cr(VI) yang teradsorpsi. Proses adsorpsi diduga merupakan adsorpsi fisik pada permukaan dinding sel kapang R. oryzae.
DAFTAR RUJUKAN
[1] Vazquez, C., Errasquin, E. L., 2003,
Chemos. 50, 137.
[2] Jasso-Chávez, R., Pacheco-Rosales, A., Lira-Silva, E., Gallardo-Pérez, J. C., García, N., Moreno-Sánchez, R., 2017,
Aquat. Toxicol., 100, 329.
[3] Levina, A. Codd, R., Dillon, C. T., Lay, P. A., 2003, Prog. Inorg. Chem., 51, 145. [4] Ab Rahman, N. N. N., Shahadat, M.,
Mohd Omar, F., Chew, A. W., Omar Ab B + H+
BH+
BH+ + HCrO
4- BH+HCrO4 -B = Lewis -Base
Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21 Kadir, W., 2015, Desalin. Water Treat.,
2015, 1.
[5] Mosa, K. A., Saadoun, I., Kumar, K., Helmy, M., Dankher, O. P., 2016, Front.
Plant Sci. 7, 1.
[6] Guengerich, F. P., 2008, Chem. Res.
Toxicol. 21, 70.
[7] Sau, G.B., Chatterjee, S., Sinha, S., and Mukherjee, S.K., 2008, Polish J. Micro-biol., 57, 327.
[8] Sau, G. B., Chatterjee, S., Mukherjee, S. K., 2010, Polish J. Microbiol., 59, 185. [9] Ahemat, M., Kibret, M., 2013, Biochem.
Mol. Biol., 1, 19.
[10] Thatoi, H., Das, S., Mishra, J., Rath, B. P., Das, N., 2014, J. Environ. Manag. 146, 383.
[11] Tissue, B. M., Basic of Analytical
Chem-istry and Chemical Equilibria, John
Wiley & Sons, Inc., 2013, 426 pages. [12] Stiborova, M., Indra, R., Moserova, M.,
Frei, E., Schemeiser, H. H., Kopka, K., Philips, D. H., Artl, V. M., 2016, Chem.
