Abstrak — Telah dilakukan penelitian tentang biodegradasi pewarna tekstil metilen biru (MB) oleh Daedalea dickinsii dengan tujuan untuk mengetahui kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi MB. D. dickinsii mampu mendegradasi MB sebesar 21,20%; 24,64%; dan 53,55% setelah diinkubasi selama secara berurutan 0, 7, dan 14 hari. Dari proses degradasi MB oleh D. dickinsii selama 14 hari dihasilkan metabolit produk berupa C15H16N3S (3-(Dimethylamino)-7-(methylamino)pheno thiazine), C16H19N3SO (3,7-Bis(dimethylamino)-4aH-phenothiazin-5-one) dan C16H21N3SO (4-(Dimethylamino)-2-[m-(dimethylamino) phenylsulfinyl]benzen amine). Penelitian mengindikasikan bahwa D. dickinsii dapat digunakan untuk mendegradasi pewarna MB.
Kata Kunci— Biodegradasi, dekolorisasi, metilen biru, Daedalea dickinsii.
I. PENDAHULUAN
EWASA Industri tekstil dan produk tekstil merupakan industri yang cukup berkembang di Indonesia[1]. Seiring dengan perkembangan industry tekstil yang terus meningkat produksi limbah industri tekstil pun juga ikut meningkat. Salah satu jenis limbah yang dihasilkan dari industry tekstil adalah limbah pewarna tekstil. Pewarna sintetik, padatan tersuspensi dan zat organik terlarut merupakan bahan berbahaya yang sering ditemukan dalam limbah industri tekstil[2]. Kandungan pewarna sintetik yang cukup tinggi pada limbah industri tekstil disebabkan oleh penggunaan zat warna sintetik yang sering digunakan dalam pada proses pewarnaan tekstil. Limbah cair dari proses pewarnaan tekstil tersebut merupakan sumber utama limbah indusrti tekstil yang mencemari lingkungan[3].
Dalam industri tekstil salah satu pewarna yang dipakai adalah metilen biru (MB). MB sering digunakan sebagai pewarna tekstil di dunia industri dikarenakan metilen biru mudah diperoleh dan harganya cukup murah. Dalam proses pewarnaan zat warna MB hanya digunakan sekitar 5% sedangkan 95% sisanya akan terbuang sebagai limbah. Zat warna MB tersebut cukup stabil sehingga cukup sulit terdegradasi di alam dan berbahaya bagi lingkungan apalagi dalam konsentrasi besar. Hal tersebut dikarenakan senyawa tersebut dapat menaikan Chemical Oxygen Demand (COD)
dan dapat merusak keseimbangan ekosistem lingkungan yang ditandai dengan matinya organisme perairan disekitar lokasi pembuangan limbah[4]. MB juga menimbulkan beberapa efek terhadap manusia dan hewan seperti iritasi saluran pencernaan jika tertelan, sianosis jika terhirup dan iritasi pada kulit jika terhirup[5].
Upaya penanganan limbah pewarna tekstil dapat dilakukan dengan cara kimia, fisika maupun biologis. Penanganan secara kimia biasanya dilakukan dengan menambahkan koagulan. Namun, penanganan dengan penggunaan koagulan akan menghasilkan lumpur (sludge) dalamjumlah yang relatif besar, sehingga akan menimbulkan permasalahan baru. Penanganan secara fisika dapat dilakukan dengan menggunakan metode adsorpsi. Namun pada metode tersebut diperlukan biaya yang cukup tinggi karena harga karbon aktif relatif mahal[3]. Penanganan yang dinilai cukup efisien dan cukup murah adalah penanganan dengan cara biologis. Metode yang digunakan dalam cara biologis yaitu dengan metode biodegradasi. Pada metode ini penanganan limbah dilakukan dengan memanfaatkan aktifitas biologis dari mikroorganisme dalam mendegradasi limbah pewarna tekstil.
Dalam metode biodegradasi, salah satu mikroorganisme yang dapat digunakan dalam biodegradasi adalah jamur pelapuk coklat. Kemampuan jamur pelapuk coklat mendegradasi limbah dikarenakan jamur jenis pelapuk coklat mampu memproduksi hidroksi radikal dari reaksi Fenton. Hidroksi radikal yang diproduksi tersebut merupakan hidroksi radikal yang biasa digunakan oleh jamur pelapuk coklat untuk mendegradasi hemiselulosa dan selulosa pada kayu untuk memperoleh sumber makanan dari kayu yang dimakannya[6].
Beberapa Salah satu jenis jamur pelapuk coklat yang mampu menghasilkan hidroksi radikal adalah Daedalea dickinsii. Purnomo dkk. (2010) melaporkan bahwa jamur pelapuk coklat D. dickinsii mampu mendegradasi DDT yang merupakan polutan aromatik dengan memanfaatkan reaksi Fenton dalam metabolismenya[7]. Oleh karena itu dalam penelitian ini penulis akan menguji kemampuan jamur D. dickinsii dalam mendegradasi limbah pewarna tekstil MB sebagai inovasi dalam upaya penanganan masalah limbah pewarna tekstil.
Biodegradasi Pewarna Metilen Biru oleh
Daedalea dickinsii
Hamdan Dwi Rizqi dan Adi Setyo Purnomo
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
: [email protected]
II. URAIANPENELITIAN A. Alat dan Bahan
Peralatan dan instrumentasi yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: Erlenmeyer berpenutup spons, gelasbeker, neraca digital, jarumose, cawanpetri steril, botolampul, gelas ukur, pipet volume, propipet,autoclave, tabung falcone, sentrifuge, spektrofotometer UV-VIS, dan instrumen LC-TOF MS. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu: Jamur Daedalea dickinsii, pewarna tekstil metilen biru, potato dextrose agar (PDA), potato dextrose broth (PDB), aseton, dan aqua DM.
B. Biodegradasi Metilen biru oleh D. dickinsii pada Media Cair
Media cair dibuat dari Potato dexhtro borth (PDB). Dalam percobaan ini dibuat prekultur jamur pada media cair terlebih dahulu. Jamur D. dickinsii dengan diameter 1cm diinokulasikan ke dalam 10 ml media cair PDB. Kultur diinkubasi selama 7 hari pada suhu 30°C. Setelah 7 hari dimasukkan metilen MB kedalam kultur hingga mencapai konsentrasi akhir 100 mg/L. Kultur yang telah ditambah MB diinkubasi selama 14 hari pada suhu 30°C. Pada hari ke 0, 7, dan 14, kultur di sentrifuge dan diambil supernatannya. Supernatan yang dihasilkan diencerkan 10x dengan PDB lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis.Untuk kontrol dibuat media cair PDB ditambah dengan methylene blue hingga mencapai konsentrasi 100 mg/L.
C. Analisa Degradasi Metilen Biru dan Metabolit Produknya.
Analisa degradasi methylene blue dan metabolit produknya dilakukan dengan menyaring supernatan hasil sentrifugasi kemudian filtrat yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan instrumen LC-TOF MS. Sumber ionisasi yang dipakai adalah elektrosprai ionisasi (ESI) dengan range massa yang dipakai 50-350. Metode elusi yang dipakai adalah metode gradien dengan laju alir 0,2 ml/min pada tiga menit pertama dan tujuh menit selanjutnya menggunakan laju alir 0,4 ml/min. Fase gerak yang digunakan adalah metanol dengan perbandingan 99:1 pada tiga menit awal dan 61:39 untuk tujuhmenit sisanya. Kolom yang digunakan adalah kolom jenis Acclaim TM RSLC 120 C18 dengan ukuran 2,1x100 mm dan suhu kolom 33°C.
III. HASILDANPEMBAHASAN
A. Biodegradasi Metilen Biru (MB) oleh D. dickinsii pada Media Cair
Dalam penelitian ini, degradasi dilakukan pada media cair potato dextrose borth (PDB) yang bertujuan untuk mengetahui kemampuan jamur D. dickinsii mendegradasi MB secara kuantitatif. Penggunaan media cair dipilih menggunakan PDB dikarenakan PDB merupakan media yang paling cocok untuk perkembangbiakan jamur pelapuk coklat apabila dibandingkan
dengan media cair lainnya seperti media low nitrogen (LN) dan high nitrogen (HN)[8].
D. dickinsii di prekultur terlebih dahulu sebelum dilakukan degradasi MB, dimana jamur dikembangkan dulu dalam 10 ml media PDB tanpa MB dan diinkubasi selama selama 7 hari pada suhu 30°C. Prekultur ini dilakukan dengan tujuan agar jamur beradaptasi terlebih dahulu pada media PDB sehingga jamur akan siap saat digunakan untuk mendegradasi MB. Inkubasi dilakukan pada suhu 30°C dikarenakan pada suhu tersebut merupakan suhu optimal untuk pertumbuhan jamur D. dickinsii[8]. Setelah masa prekultur selama 7 hari kedalam kultur dimasukkan MB dengan konsentrasi akhir 100 mg/L dan selanjutnya diinkubasi selama 14 hari. Kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi MB diamati pada hari ke 0, 7 dan 14.
Pada hari ke 0, 7 dan 14 setelah penambahan MB dilakukan analisis dengan spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui apakah kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi MB. Analisis dimuai dengan mensentrifuge kultur yang mengandung pewarna dengan kecepan 4000 rpm selama 10 menit guna memisahkan biomasa sel jamur dengan supernatan yang mengandung substrat MB dan sisa-sisa metabolit dari jamur D. dickinsii. Filtrat yang diperoleh selanjutnya diencerkan 10x dengan menggunakan PDB. Hal tersebut bertujuan agar sampel yang dianalisa tidak terlalu pekat karena apabila sampel yang di analisa terlalu pekat absorbansinya tidak akan terbaca oleh spektrofotometer UV-Vis. Filtrat hasil pengenceran di analisis dengan spektrofotometer UV-Vis dengan metode scanning pada panjang gelombang 400-750 nm.Panjang gelombang 400-750 nm merupakan daerah panjang gelombang sinar tampak dimana MB akan mengabsorb gelombang pada daerah sinar tampak tersebut[9]. Analisis spektrofotometer UV-VIS juga dilakukan pada kontrol yang merupakan campuran antara MB dan PDB guna menentukan profil absorbansi awal sebelum MB terdegradasi. Dari analisis dengan menggunakan spektrofotometer UV-VIS diperoleh profil absorbansi pada gambar 3.1.
Dari gambar 3.1, hasil analisis profil absorbansi keempat sampel tersebut memunculkan absorbansi maksimal pada panjang gelombang yang sama yaitu 665 nm dimana panjang gelombang ini merupakan panjang gelombang maksimal dari MB[9]. Hal tersebut menunjukkan bahwa dalam keempat sampel tersebut masih mengandung MB dan belum sepenuhnya terdegradasi. Dari data profil absorbansi dapat diketahui bahwa profil absorbansi degradasi hari ke 0 lebih rendah dibandingkan dengan kontrol. Hal tersebut menunjukan bahwa pada hari ke 0, MB sudah mulai terdegradasi. Kemampuan D. dickinsii mendegradasi mendegradasi pada hari ke 0 dapat dikarenakan oleh sudah adanya metabolit sekunder atau enzim yang dikeluarkan oleh D. dickinsii pada saat prekultur. Reagen Fenton, hidrogen peroksida (H2O2), merupakan salah satu metabolit sekunder yang dapat membentuk reaksi Fenton untuk mendegradsi MB, sehingga saat pertama ditambah MB langsung mengalami degradasi. Pada hari ke 7, profil absorbansinya turun tidak jauh dari hari ke 0. Hal tersebut dapat dikarekan kultur D. dickinsii masih beradaptasi dengan adanya penambahan MB sehingga
kemampuan degradasinya belum optimal. Pada hari ke 14, profil absorbansinya semakin turun yang menunjukkan bahwa D. dickinsii telah berhasil beradaptasi dengan MB dan mulai mendegradasi MB. Semakin tingginya produksi reagen Fenton oleh D. dickinsii, memungkinkan semakin tingginya kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi MB. Gambar 3.2. merupakan profil visualisasi degradasi MB oleh D. dickinsii pada PDB medium selama inkubasi 14 hari. Perubahan warna terjadi dari hari ke 0 sampai hari ke 14 dimana warna biru berangsur-angsur memudar.
Kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi MB secara kuantitatif ditentukan dengan cara mengukur persen degradasinya. Persen degradasi diperoleh dari mengurangkan absorbansi kontrol pada λmax dengan absorbansi treatmen pada λmax dibagi dengan absorbansi kontrol pada λmax dan dikali dengan 100%[10]. Prosen degradasi tersebut menunjukkan kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi MB. Dalam hal ini λmax yang digunakan yaitu pada panjang gelombang maksimal 665 nm. Dari pengukuran secara kuantitatif tersebut diperoleh hasil pada tabel 3.1. Dari data persen dekolorisasi diatas dapat diketahui bahwa semakin lama waktu inkubasi maka persen dekolorisasi semakin tinggi. Persen degradasi MB oleh D.dikinsii selama 14 hari mencapai 53,55%.
Kemampuan D. dickinsii dalam mendegradasi polutan organik
ini berkaitan dengan kemampuan D. dickinsii sebagai jamur pelapuk coklat dalam memproduksi hidroksi radikal yang dihasilkan dari reaksi Fenton[8].
B. Analisa Metabolit Produk
Analisa metabolit produk hasil degradasi MB dilakukan dengan menggunakan instrumentasi LC-TOF MS. LC-TOF MS merupakan gabungan dari instrumentasi HPLC dan TOF MS dimana HPLC berperan dalam pemisahan secara kromatografi dan menghasilkan kromatogram sedangkan TOF MS berperan dalam memberikan data m/z dari senyawa yang dideteksi[11]. Dalam penelitian ini analisa LC-TOF MS dilakukan di PT. Angler Biochemical Lab dimana sumber ionisasi yang dipakai adalah elektrosprai ionisasi (ESI) dengan range massa yang dipakai 50-350. Metode elusi yang dipakai adalah metode gradien dengan laju alir tigamenit pertama 0,2 ml/min, tujuh menit selanjutnya menggunakan laju alir 0,4 ml/min. Fase gerak yang digunakan adalah metanol dengan perbandingan 99:1 pada tiga menit awal dan 61:39 untuk tujuhmenit sisanya. Kolom yang digunakan adalah
kolom jenis
Acclaim TM RSLC 120 C 18 (polar) denganGambar 3.1 Grafik profil absorbansi hasil degradasi MB oleh D. dickinsii
pada hari ke 0, 7 dan 14.
Gambar 3.2 Degradasi MB oleh D. dickinsii pada media cair
* Gambar A : Kontrol positif * Gambar B : Kontrol negatif * Gambar C : Kultur hari ke 0 * Gambar D : Kultur hari ke 7 * Gambar E : Kultur hari ke 14
Tabel 3.1. Data % dekolorisasi MB oleh D. dickinsii Waktu inkubasi (hari) Rata-rata absorbansi kontrol Rata-rata absorbansi akhir % degradasi 0 1,23 0,97 21,20 7 1,23 0,92 24,64 14 1,23 0,57 53,55
Gambar 3.3 Kromatogram hasil degradasi MB oleh D. dickinsii setelah
ukuran 2,1x100 mm dan suhu kolom 33°C. Dari analisa dengan LC-TOF MS didapatkan hasil pada gambar 3.4. Pada kromatogram hasil analisis LC-TOF MS yang didapat muncul puncak yang sama antara kontrol dan treatmen pada waktu retensi 5,57. Berdasarkan data TOF MS nya kedua senyawa tersebut memiliki m/z 284 yang merupakan senyawa MB. Berdasarkan kromatogram diatas puncak MB pada treatmen intensitasnya lebih rendah dibandingkan dengan puncak MB pada kontrol. Hal tersebut menunjukan bahwa pada treatmen MB telah mengalami degradasi. Selain muncul puncak yang sama antara kontrol dan treatmen, pada kromatogram treatmen juga muncul puncak-puncak baru yang belum ada pada kromatogram kontrol yang diduga sebagai metabolit produk yang dihasilkan selama proses degradasi 14 hari. Puncak-puncak tersebut muncul pada waktu retensi 3,96; 6,17 dan 8,29 menit. Berdasarkan data TOF-MS, puncak pada waktu retensi 3,96 memiliki m/z 270 di mana berdasarkan library kemungkinan senyawa tersebut merupakan C15H16N3S ( 3-(Dimethylamino)-7-(methylamino)phenothiazine). Hasil ini didukung oleh hasil penelitian dari Rauf (2010) yang juga menemukan senyawa tersebut pada degradasi MB dengan metode fotokatalisis[12]. Puncak pada waktu terensi 6,17 memiliki nilai m/z 300 dimana berdasarkan library senyawa tersebut merupakan C16H19N3SO ( 3,7-Bis(dimethylamino)-4aH-phenothiazin-5-one). Hasil ini didukung oleh hasil penelitian dari Huang (2010) yang menemukan senyawa tersebut dari degradasi MB dengan metode tekanan dielektrik[13]. Puncak pada waktu retensi 8,29 memiliki m/z sebesar 303 dimana berdasarkan library senyawa tersebut diduga merupakan senyawa C16H21N3SO ( 4-(Dimethylamino)-2-[m-(dimethylamino)phenylsulfinyl]benzen amine). Hal tersebut didukung dengan hasil penelitian dari Nazamzadeh
(2014) yang menemukan senyawa yang sama dari degradasi MB dengan metode fotokatalitik dengan bantuan nanopartikel CuO dan zeolit X[14].
Dari hasil metabolit produk diatas dapat diusulkan kemungkinan jalur degradasi MB yang dilalui. Dari hasil metabolit tersebut dimungkinkan ada dua jenis jalur. Jalur yang pertama dimana MB mengalami demetilasi dan kehilangan satu gugus metil. Terjadinya dimetilasi tersebut diakibatkan oleh adanya hidroksi radikal yang menyerang gugus metil pada MB sehingga MB kehilangan satu gugus metil dan merubah MB menjadi
3-Dimethylamino-7-methylamino-phenothiazine[12]. Pada jalur degradasi MB yang kedua gugus sulfida pada MB mengalami oksidasi oleh hidroksi radikal dari reaksi fenton sehingga membentuk gugus sulfinil dan mengakibatkan MB berubah menjadi menjadi 3,7-Bis(dimethylamino)-4aH-phenothiazin-5-one[13]. Setelah mengalami oksidasi pada gugusnya sulfidanya hidroksi radikal kembali menyerang senyawa 3,7-Bis dimethylamin)-4aH-phenothiazin-5-one sehingga mengakibatkan adanya pemutusan ikatan pada gugus iminanya sehingga terbentuk senyawa 4-Dimethylamino-2-[m- -dimethylamino-phenylsulfinyl]benzenamine [14]. Usulan jalur degradasi MB pada penelitian ini digambarkan pada Gambar 3.4.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat diambil kesimpulan bahwa D. dickinsii mampu mendegradasi metilen biru (MB) pada media padat (PDA) dan cair (PDB). Pada media cawan agar indeks dekolorisasi (ID) MB terbesar ada pada konsentrasi 50 mg/L. Dalam media cair,D. dickinsii mampu mendegradasi MB sebesar 53,55% setelah diinkubasi selama14 hari. Dari proses degradasi MB oleh D. dickinsii dihasilkan metabolit produk berupa C15H16N3S (3-(Dimethylamino)-7- (methylamino) phenothiazine), C16H19N3SO (3,7-Bis-dimethylamino-4aH -phenothiazin-5-one) dan C16H21N3SO (4-Dimethylamino-2-[m -dimethylamino-phenylsulfinyl]benzenamine). Penelitian ini mengindikasikan bahwa D. dickinsii dapat digunakan untuk mendegradasi MB.
UCAPANTERIMAKASIH
Ketua jurusan Kimia FMIPA ITS, Kepala Laboratorium dan keluarga besar Laboratorium Kimia Mikroorganisme Jurusan Kimia FMIPA ITS.
DAFTARPUSTAKA
[1]Hermawan, Iwan. (2011). Analisis Dampak Kebijakan Makroekonomi Terhadap Perkembangan Industri Tekstil dan Produk Tekstil Indonesia. Buletin Ekonomi dan Perbankan. 373-406.
[2]Benkli, YE, Can MF, Turan & Celik MS. (2005). Modification of Organo-zeolite Surface for Removal of Reactive Azo Dyes in Fixed-bed Reactors. Journal of Water Research, 39 , 487.
[3]Manurung, Renita., Rosdanelli Hasibuan dan Irvan. (2004). Perombakan Zat Warna Azo Reaktif Secara Anaerob-Aerob. Repository USU. Sumatera.
[4]Riyanto dan Tatang Shabur Julianto. (2009). Degradasi Senyawa Metilen Biru dengan Metode Elektrolisis Menggunakan Elektroda Platinum. Jurnal Universitas Islam Indonesia. UII. Yogyakarta.
[5]Hamdaoui, O. and Chiha, M. (2006). Removal of Methylene Blue from Aqueous Solutions by Wheat Bran. Acta Chim. 54 : 407–418.
S N N H3C CH3 N H CH3 S N N H3C CH3 N CH3 O CH3 S NH2 N H3C CH3 N CH3 O CH3 S N N H3C CH3 N CH3 CH3 OH OH OH
[6]Kakeno, Shohei. (2005). Relationship Between Production of Hydroxy Radicals and Degradation of Wood, Crystalline Cellulose, and a Lignin Related Compound or Accumulation of Oxalic Acid in Cultures of Brown Rot Fungi. J Wood Sci 51:262–269.
[7]Purnomo, A. S., Konso, R. Mori, Toshio. (2010). Involvement of Fenton reaction in DDT Degradation by Brown Rot Fungi. International Biodeterioration & Biodegradation 64 (2010) 560-565.
[8]Purnomo, A. S., Kamei, I., dan Kondo, R. (2008). Degradation of 1, 1, 1-trichloro-2, 2-bis (4-chlorophenyl) ethane (DDT) by brown-rot fungi. Journal of bioscience and bioengineering105, 614–621. [9]Rahman, Mohammad Arifur, Amin, S.M. Ruhul and Alam, A.M. Shafiqul. (2012). Removal of Methylene Blue from Waste Water Using Activated Carbon Prepared from Rice Husk. Dhaka Univ. J. Sci. 60(2): 185-189. [10]Gadd, Geoff M. (2001). Fungi in Bioremediation.
Cambridge University Press. New York.
[11]Winefordner, J.D. (2009). Liqud Chromatography Time of Flight Mass Spectrometry. Wiley Inc Publication. New Jersey.
[12]Rauf, Muhammad A, Meetani, Mohammed, Khaleel, A. (2010). Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Using a Mixed Catalyst and Product Analysis by LC/MS. Chemical Engineering Journal 157 (2010) 373–378.
[13]Huang, Fangmin, Chen, Li, Wang, Honglin, Yan, Zongcheng. (2010). Analysis of The Degradation Mechanism of Methylene Blue by Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge Plasma. Chemical Engineering Journal 162 (2010) 250–256.
[14]Nezamzadeh, Alireza, Shamsabadi. (2014). Comparison of Photocatalytic Efficiency of Supported CuO onto Microand Nano Particles of Zeolite X in Photo Decolorization of Methyleneblue and Methyl Orange Aqueous Mixture. Applied Catalysis A: General 477 (2014) 83–92.
