STUDI DETOKSIFIKASI LOGAM BERAT TIMBAL (Pb), KADMIUM (Cd) DAN FENOL PADA KERANG DARAH (Anadara granosa) CILINCING JAKARTA UTARA

Transkripsi

1 STUDI DETOKSIFIKASI LOGAM BERAT TIMBAL (Pb), KADMIUM (Cd) DAN FENOL PADA KERANG DARAH (Anadara granosa) CILINCING JAKARTA UTARA Gustina Yasminisari 1, Budiawan 2 1 Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia 2 Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia gustina.yasminisari@gmail.com Abstrak Kerang darah (Anadara granosa) merupakan komoditas pangan yang sangat rentan terhadap akumulasi logam berat karena sifatnya yang filter feeder. Diperlukan suatu cara untuk mengurangi kandungan logam berat dan senyawa lain pada kerang darah, salah satunya melalui detoksifikasi. Proses detoksifikasi logam dilakukan dengan metode kontinu, tidak kontinu dan ekstraksi asam. Pada penelitian ini, dilakukan pula detoksifikasi fenol dengan ekstraksi asam. Waktu optimum detoksifikasi metode kontinu adalah 16 jam, dengan kecepatan sirkulasi 235 L/jam untuk logam Pb dengan penurunan sebesar 41,60% dan kecepatan sirkulasi 250L/jam untuk logam Cd dengan penurunan sebesar 31,40%. Pada metode tidak kontinu, hasil optimum dicpai dengan menggunakan air tanah pada lama perendaman 3 jam pada suhu 99 o C, dengan penurunan kadar logam Pb sebesar 38,97% dan kadar logam Cd 54,78%. Pada metode ekstraksi, kondisi optimum dicapai menggunakan pelarut asam asetat 12% dengan penurunan logam Pb dan Cd masing-masing sebesar 43,12% dan 55,06% serta 58,36% untuk fenol. Akibat proses detoksifikasi ini, terjadi penurunan protein terlarut dalam air, dengan hasil optimum pada perlakuan ekstraksi asam asetat 12% sebesar 69,55% pada sampel logam dan 47,19% pada sampel fenol menggunakan metode Lowry.

2 DETOXIFICATION STUDY OF HEAVY METAL LEAD (Pb) CADMIUM (Cd) AND PHENOL IN BLOOD COCKLE (Anadara granosa) CILINCING NORTH JAKARTA Abstract Blood Cockle are food commodities that susceptible to accumulate heavy metals in their body because it s trait as filter feeder. Required an effort to minimize the content of heavy metals and other compounds in Blood Cockle, one that can be done is by detoxification. The detoxification conducted through continuous method, discontinuous method, and acid extraction methods. In this study, detoxification also applied on phenol by acid extraction. The optimum time of continuous method was 16 hours, with a circulation rate of 235 L/h and decreased levels of Pb obtained by 41,60% and 31,40% for Cd with 250L/h circulation rate. In the discontinuous method, the optimum result was achieved when using ground water media at 3 hours soaking time and 99 o C of temperature. This method given decreased levels of Pb and Cd in 38,97% and 54,78%. In the extraction method, the optimum condition was achieved in a solvent extraction using 12 % acetic acid with decreased levels of Pb and Cd was 43,12% and 55,06%, also 58,36% for phenol. As a result of this detoxification process, the greatest decrease in protein occurs by 12% of acetic acid extraction treatment, with a decrease in protein content 69,55% on the metal samples and 47,19% on a phenol samples using the Lowry method. Keywords: Detoxification; Blood cockle; lead; cadmium; phenol; Lowry; protein Pendahuluan Perairan Jakarta yang padat akan berbagai aktivitas cenderung menghasilkan limbah yang dibuang ke perairan. Limbah dapat berupa logam berat maupun senyawa organic. Dilain pihak, kerang darah merupakan bahan pangan hasil laut yang dapat mengakumulasi logam berat. Hal ini menyebabkan masyarakat rentan terhadap bahan berbahaya yang terakumulasi di dalam kerang darah. Sehingga dibutuhkan cara untuk mengolah bahan pangan sehingga aman konsumsi. Bioakumulasi merupakan proses penimbunan suatu senyawa dari lingkungan baik organik maupun anorganik dalam makanan ke dalam jaringan melalui berbagai rute ke dalam makhluk hidup (US Environmental Protection Agency, 2000).

3 Bioakumulasi logam dapat terjadi akibat dari afinitas logam yang tinggi terhadap molekul yang mengandung gugus sulfur seperti tiol (-SH) dan nitrogen (Putih, 2013). Dimana kedua gugus ini terkandung di dalam beberapa asam amino seperti sistein, histidin dan lisin. Bioakumulasi logam pada kerang dapat membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsinya. Salah satu cara untuk mengurangi kadar logam pada kerang yang tercemar adalah dengan detoksifikasi. Detoksifikasi merupakan salah satu upaya untuk mengeluarkan ataupun mengurangi zat toksik yang terdapat di dalam tubuh melalui biotransformasi menghasilkan metabolit. Salah satu cara detoksifikasi logam yang sering digunakan adalah dengan menggunakan ekstraksi asam ataupun perendaman dan pengaliran air. Metode Penelitian Alat dan Bahan Oven, desikator, hot plate, shaker waterbath incubator, vortex, centrifuge, ph meter, termometer, refraktometer, instrumentasi MP-AES, spektrofotometer UV-Visible. Asam asetat glasial, asam sitrat p.a dan asam tartat p.a, Fenol, menggunakan HNO 3 (65%), H 2 SO 4 (97%), BSA (Bovine Serum Albumin), reagen lowry, dan reagen Follin Ciocalteu, Prosedur Kerja Aklimatisasi Sampel uji pada kelompok perlakuan untuk detoksifikasi logam metode alir kontinu dan detoksifikasi fenol metode ekstraksi asam diaklimatisasi selama satu jam. Proses aklimatisasi dilakukan dalam wadah berisi air laut yang telah disaring dan dilengkapi dengan aerator. Pemaparan Fenol Proses ini diawali dengan mencari nilai LC 50 senyawa fenol pada kerang darah. Pemaparan dilakukan dengan menggunakan setengah dari nilai LC 50 yang diperoleh

4 (LC 25). Pemaparan dilakukan selama 24 jam dengan menggunakan wadah tertutup yang dilengkapi aerator. Metode Alir Kontinu Pada metode air kontinu ini, digunakan akuarium berukuran 35x30x30 cm yang dilengkapi dengan pompa dan penyaring. Pada penelitian ini dilakukan pula pengukuran suhu, ph, serta salinitas pada air laut. Pengambilan sampel air detoksifikasi yang akan ditentukan kualitasnya dilakukan diawal dan setiap 4 jam sekali. Setelah mengetahui kualitas air sebelum proses detoksifikasi, kemudian dilakukan variasi kecepatan alir 235 L/ jam dan 250 L/jam dan lama pengaliran 4, 8, 12 dan 16 jam. Metode Alir Tidak Kontinu Pada metode ini dilakukan dengan memvariasikan jenis air yaitu air laut dan air tanah. Air laut yang akan digunakan sebelumnya disaring terlebih dahulu. Perendaman kerang dilakukan dalam erlemeyer dengan variasi waktu perendaman 1, 2 dan 3 jam. Sebelum proses detoksifikasi, dilakukan pengukuran salinitas, ph, serta temperatur pada media air. Dilakukan pula variasi suhu sebesar 60 o C dan 99 o C. Untuk mengoptimalkan proses detoksifikasi dilakukan pula pengadukan sebesar 120 rpm. Metode Ekstraksi Asam Pada metode ini, dilakukan variasi terhadap jenis pelarut dan konsentrasi dari masing masing pelarut, yakni asam asetat 10 ; 11; 12%, asam sitrat 1,5; 2; 2,5% dan asam tartrat 0,2; 0,4; 0,6%. Proses detoksifikasi dilakukan dengan merendam kerang darah pada larutan asam asetat. Selanjutnya dilakukan pengadukan 120 rpm pada suhu 30 o C selama 4 jam. Setelah proses detoksifikasi selesai, kerang darah dibilas bersih dan dilakukan pengukuran kadar logam dengan MP-AES. Penentuan kadar fenol menggunakan metode Folin Ciocalteu dengan spektrofotometer UV-Vis.

5 Hasil dan Pembahasan Pengukuran kadar logam awal dilakukan pada daging kerang dan air laut yang digunakan sebagai media detoksifikasi. Berdasarkan hasil pengukuran, kadar timbal dan kadmium masing-masing di dalam air laut yang belum disaring sebesar 0,163 mg/l dan 0,024 mg/l. Dari hasil diatas diketahui bahwa kadar logam Pb dan Cd telah melebihi nilai baku mutu yang ditetapkan oleh Keputusan Menteri Lingkungan Hidup tahun 2004 mengenai baku mutu air laut untuk biota laut sebesar 0,008 mg/l untuk logam Pb dan 0,001 mg/l untuk logam Cd. Metode Alir Kontinu Pada metode ini, dilakukan pengukuran terhadap kualitas air yang mencangkup ph, suhu dan salinitas. Hal ini bertujuan untuk mengetahui dan memantau kualitas tempat hidup kerang darah selama proses detoksifikasi berlangsung. Tabel 1: Kualitas Air Metode Alir Kontinu sb : sebelum melalui penyaringan ; ss : setelah melalui penyaringan Sebelum melakukan proses detoksifikasi, dilakukan pengukuran kadar logam awal pada kerang. hasil dapat dilihat pada gambar 1

6 kadar (mg/kg) Pb Cd Gambar 1 : kadar logam awal metode alir kontinu Setelah proses detoksifikasi berlangsung, maka dilakukan pula pengukuran kadar logam pada masing-masing sampel. Persen penurunan kadar logam dapat dilihat pada gambar 2a untuk logam timbal dan 2b untuk logam kadmium. Angka 235 dan 250 menunjukan kecepatan alir yang digunakan, yakni 235 L/jam dan 250 L/jam. % penurunan Pb jam 8 jam 12 jam 16 jam Pb 250 (a) % penurunan jam 8 jam 12 jam 16 jam Cd 235 Cd 250 (b) Gambar 2 : persentase penurunan logam pada metode alir kontinu (a) timbal (b) kadmium

7 persen penurunan logam Timbal dan Kadmium pada kecepatan alir 250L/h dan 235L/jam terus meningkat seiring dengan bertambahnya waktu alir. Hasil optimal untuk logam Timbal sebesar 21,86% dan Kadmium sebesar 31,40% pada lama pengaliran 16 jam. Persen penurunan logam dapat terus meningkat dikarenakan pengaliran air berulang dapat membantu ekskresi logam berat pada tubuh kerang. Apabila kerang berada dalam kondisi perairan yang relatif bersih, maka kerang akan terpacu untuk mengekskresikan pengotor-pengotornya (Putri, 2013). Hasil ekskresi berupa feses yang mengandung logam, dapat tertarik lebih cepat memasuki sistem filtrasi jika menggunakan pompa dengan daya hisap lebih kuat. Pada kecepatan alir 235L/h hasil detoksifikasi logam Timbal terus mengalami kenaikan seiring dengan lamanya waktu alir. Namun pada logam Kadmium mengalami penurunan pada lama pengaliran 16 jam. Hal ini dapat disebabkan kemampuan filter yang mulai berkurang sehingga pengotor tidak tersaring dengan baik dan kembali diserap oleh kerang. Pada kecepatan alir ini, hasil optimal untuk logam Timbal adalah 41,60% dan untuk logam Kadmium 28,60%. Untuk mendukung hasil detoksifikasi pada daging kerang, maka dilakukan pula pengukuran kadar logam di dalam air selama proses detoksifikasi. Hasil dapat dilihat pada gambar 3a untuk logam timbal dan 3b untuk logam kadmium. kada (ppm) Pb 235 Pb jam (a)

8 kadar (ppm) jam (b) Cd 235 Cd 250 Gambar 3 : kadar logam dalam air pada metode alir kontinu (a) timbal (b) kadmium Berdasarkan hasil yang diperoleh maka dapat dilihat hasil kadar logam di dalam air semakin meningkat. Hal ini sesuai dengan persen penurunan logam pada kerang. Kenaikan kadar logam dalam air menandakan logam di dalam kerang berhasil dikeluarkan dan masuk ke dalam badan air. Metode Alir Tidak Kontinu Sebelum proses detoksifikasi, dilakukan pengukuran kadar logam awal pada kerang. Hasil dapat dilihat pada gambar 4. kadar (mg/kg) Pb Cd Gambar 4 : kadar awal logam pada metode tidak kontinu Hasil penurunan logam berat dalam sampel daging kerang setelah proses detoksifikasi menggunakan metode tidak kontinu dengan media air tanah, diberikan pada gambar 5a untuk logam Timbal dan 5b untuk logam Kadmium. Selain dengan menggunakan air tanah, pada metode ini dilakukan pula detoksifikasi dengan air laut. Hasil dapat dilihat pada gambar 6a untuk timbal dan 6b untuk kadmium.

9 (a) (b) Gambar 5 : persentase penurunan logam metode tidak kontinu dengan air tanah (a) timbal (b) kadmium Berdasarkan hasil dapat dilihat kondisi optimum detoksifikasi dengan air tanah untuk logam Timbal dan Kadmium berada pada suhu 99 o C dengan lama perendaman 3 jam. Hal ini sesuai dengan teori dimana peningkatan suhu dapat mempercepat tumbukan antar molekul sehingga reaksi akan berjalan dengan cepat. Pada metode ini, pemanasan akan mempercepat tumbukan antara H 2 O sebagai ligan dengan logam sehingga akan terbentuk kompleks. H 2 O merupakan sebuah ligan monodentat, yakni ligan yang dapat mendonorkan satu pasang elektron bebas untuk mengisi orbital d yang kosong pada ion logam.

10 50 % penurunan jam 2 jam 3 jam Pb Pb (a) 40 % penurunan jam 2 jam 3 jam Cd Cd (b) Gambar 6 : persentase penurunan logam metode tidak kontinu dengan air laut (a) timbal (b) kadmium Detoksifikasi dengan menggunakan air laut memberikan persen penurunan logam Timbal dan Kadmium paling optimum terjadi pada pemanasan 99 o C dengan lama pemanasan 3 jam. Hal ini sesuai dengan hasil detoksifikasi tidak kontinu pada air tanah. Namun jika diperhatikan, persen penurunan dengan media air tanah memiliki hasil yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan media air laut. Hal ini dapat disebabkan pada air laut terdapat berbagai jenis logam, sehingga terjadi kompetisi antara Timbal, Kadmium dan logam lain untuk berikatan dengan air yang bertindak sebagai ligan. Metode Ekstraksi Asam Pada metode ini, dilakukan variasi asam dan konsentrasi untuk mendetoksifikasi logam Timbal dan Kadmium. Asam-asam yang digunakan merupakan asam yang

11 dapat ditemukan secara alami pada buah dan sayur serta sering digunakan sebagai bahan tambah pangan. Seperti metode sebelumnya, dilakukan pengukuran kadar logam awal pada sampel. Hasil pengukuran kadar logam awal pada metode ekstraksi asam dapat dilihat pada gambar Pb kadar (mg/kg) Cd Gambar 7 : kadar logam awal pada metode ekstraksi asam Pelarut pertama yang digunakan adalah asam sitrat. Asam sitrat sering digunakan sebagai pemurni hasil penyulingan minyak cengkeh karena kemampuannya untuk mengkelat logam (Marwati, 2007). % penurunan sitrat 1.5% sitrat 2% sitrat 2.5% Pb Cd Gambar 8 : persentase penurunan logam pada metode ekstrasi asam dengan asam sitrat Dari gambar 8 maka dapat dilihat hasil detoksifikasi paling besar diperoleh pada konsentrasi asam sitrat 2.5%. Dimana untuk logam Timbal persentase penurunan sebesar 31,97 % dan Kadmium sebesar 34,01%. Asam sitrat dapat mendetoksifikasi logam berat dikarenakan asam sitrat tergolong ligan bidentat sehingga dapat berperan sebagai ligan pengkelat. Ligan pengkelat merupakan ligan yang dapat mendonorkan

12 dua atau lebih pasangan elektron bebasnya ke atom logam pusat. Pelarut kedua yang digunakan adalah asam tartrat. Asam tartrat merupakan komponen utama dalam asam jawa. % penurunan tartrat 0.2% tartrat 0.4% tartrat 0.6% Pb Cd Gambar 9 : persentase penurunan logam pada metode ekstrasi asam dengan asam tartrat Berdasarkan gambar 9, maka dapat dilihat hasil detoksifikasi tertinggi berada pada asam tartrat 0,6% baik untuk logam Timbal maupun Kadmium. Penurunan logam Timbal sebesar 30,36% dan untuk Kadmium sebesar 38,50%. Asam tartrat sama seperti asam sitrat, memiliki gugus karboksil yang dapat mengkelat logam. Ion H + dari gugus karboksil dapat berikatan dengan sistein sehingga ikatan logam dengan sistein akan terlepas. Asam tartrat merupakan ligan bidentat, karena dapat mendonorkan dua pasang elektron bebas yang berasal dari dua gugus karboksilnya ke logam yang berperan sebagai asam lewis. Pelarut terakhir yang digunakan adalah asam asetat. Berdasarkan penelitian mengenai asam asetat sebagai media detoksifikasi, konsentrasi asam asetat 10% pada suhu 30 o C dan dengan pengadukan 120 rpm efektif menurunkan kadar logam timbal dan krom masing-masing sebesar 82,274% dan 69,262% (Sari, 2013)

13 60.00 % penurunan asetat 10% asetat 11% asetat 12% Pb Cd Gambar 10 : persentase penurunan logam pada metode ekstrasi asam dengan asam asetat Berdasarkan hasil yang diperoleh, hasil detoksifikasi maksimum terjadi pada perendaman asam asetat 12%. Dimana penurunan logam Timbal sebesar 43,12% dan Kadmium sebesar 55,06%. Asam asetat dapat merusak ikatan antara logam dan sistein dengan cara mensubtitusi logam dengan ion H + dari gugus karboksil. Selain itu, penggunaan asam asetat menyebabkan penurunan ph. Dimana pada suasana asam, struktur protein dapat terganggu dan ikatan antara logam dan protein sebagai ligan akan melemah. Detoksifikasi Fenol Sebelum dilakukan detoksifikasi fenol, dilakukan pemaparan fenol terhadap sampel. Berdasarkan perhitungan, diperoleh nilai LC 50 Fenol sebesar 6 ppm. Setelah diperoleh nilai LC 50 Fenol, maka dilakukan perhitungan untuk mencari nilai LC 25 Fenol. Berdasarkan hasil perhitungan, diperoleh nilai LC 25 sebesar 2 ppm. Dengan menggunakan nilai LC 25, diharapkan kerang darah hanya mengalami kematian sebesar 25% sehingga sampel yang dapat digunakan untuk detoksifikasi mencukupi. Setelah dilakukan pemparan, kerang kemudian didetoksifikasi dengan menggunakan asam asetat. Sebelum dilakukan detoksifikasi, dilakukan pengukuran kadar fenol awalnya, dan diperoleh sebesar 77,78 mg/kg.

14 % penurunan asetat 10% asetat 11% asetat 12% Gambar 11 : persentase penurunan fenol pada metode ekstrasi asam dengan asam sitrat Berdasarkan gambar 11, dapat terlihat bahwa detoksifikasi fenol maksimum terjadi pada ektraksi asam asetat 12%. Fenol di dalam tubuh kerang akan berikatan dengan protein melalui ikatan hidrogen serta interaksi hidrofobik antar molekul non polar. Kedua ikatan ini bersifat reversible (Ozdal, Altay, & Capanoglu, 2013). Dengan adanya asam, maka ikatan hidrogen antara fenol dengan protein dapat terganggu. Hal ini dikarenakan asam dapat mengganggu keseimbangan muatan dalam protein sehingga mengakibatkan rusaknya struktur protein. Analisa Kadar Protein Terlarut Pada penelitian ini, dilakukan analisa kadar protein terlarut sebagai pendekatan awal dengan metode Lowry. Sampel yang ditentukan kadar proteinnya hanyalah kontrol dan sampel pada kondisi optimum pada masing-masing metode. Berikut adalah kadar protein terlarut daging kerang dengan metode lowry untuk sampel detoksifikasi logam (gambar 12a) dan detoksifikasi fenol (gambar 12b) ppm kontrol logam 16 jam jam T 99 asetat 12% (a)

15 ppm kontrol fenol fenol paparan asetat 12% fenol (b) Gambar 12 : kadar protein terlarut kerang darah (a) sampel logam (b) sampel fenol Berdasarkan hasil yang diperoleh, maka dapat terlihat penurunan kadar protein terlarut hasil detoksifikasi logam paling besar terjadi pada perlakuan ekstraksi asam asetat 12%. Dimana kadar protein dalam sampel sebesar 2,8143 ppm. Sementara kadar protein hasil detoksifikasi Fenol sebesar 2,957 ppm. Berdasarkan gambar, terjadi penurunan kadar protein terlarut setelah proses detoksifikasi. Dengan adanya pemanasan selama proses detoksifikasi, maka energi kinetik akan meningkat dan molekul penyusun protein akan bergetar lebih kencang sehingga dapat mengacaukan ikatan hidrogen maupun interaksi lemah lain seperti gaya van der waals dalam protein. Namun pemanasan tidak dapat merusak ikatan kovalen yang terdapat di protein. Rusaknya ikatan dalam protein menyebabkan struktur protein yang globular terbuka. Dengan terbukanya struktur ini, maka dapat terjadi pertukaran posisi struktur yang bersifat hidrofobik yang mulanya berada di dalam menjadi diluar sehingga protein dapat terkoagulasi. Selain pemanasan, penggunaan asam sebagai pelarut ekstraksi juga dapat menyebabkan penurunan ph sehingga kesetimbangan muatan dalam protein akan terganggu. Terganggunya kesetimbangan ini dapat menyebabkan gangguan pada ikatan ionik sehingga protein dapat terdenaturasi. Pada proses detoksifikasi juga dilakukan pengadukan, dimana pengadukan dapat mempercepat terjadinya denaturasi protein (Putih, 2013).

16 Kesimpulan Waktu optimum detoksifikasi metode kontinu adalah 16 jam, dengan kecepatan sirkulasi 250 L/jam untuk logam Cd dan untuk logam Pb dengan kecepatan sirkulasi 235L/jam. Pada metode tidak kontinu, hasil optimum dicapai saat suhu 99 o C dan menggunakan air tanah pada lama perendaman 3 jam. Pada metode ekstraksi asam hasil maksimum diberikan oleh konsentrasi tertinggi dari masing-masing pelarut untuk kedua jenis logam. Metode ekstraksi asam dengan pelarut asam asetat juga dapat diaplikasikan untuk mendetoksifikasi Fenol. Terjadi penurunan kadar protein terlarut setelah proses detoksifikasi. Daftar Pustaka Marwati, T. (2007). Pemucatan Minyak Daun Cengkeh dengan Metode Khelasi Menggunakan Asam Sitrat. Jurnal Teknologi Industri Pertanian Vol 17, Ozdal, T., Altay, F., & Capanoglu, E. (2013, Febuari 19). A review on proteinphenolic interaction and associated changes. Food Research International, pp Putih, G. S. (2013). Studi Depurasi Logam Berat (Nikel Kromium) pada Kerang Hijau (Perna viridis) dari Muara Kamal Jakarta Utara. Depok: Universitas Indonesia. Putri, R. A. (2013). Studi Depurasi Logam Berat Timbal (Pb) dan Tembaga (Cu) pada Kerang Hijau (Perna viridis) dengan Metode Kontinu, Diskontinu, dan Ekstraksi Asam. Depok: Universitas Indonesia. Sari, F. H. (2013). Studi Depurasi Logam Berat Timba (Pb) dan Krom (Cr) pada Biota Laut Perna viridis. Jakarta: Universitas Indonesia. US Environmental Protection Agency, [. (2000). Retrieved november 15, 2014, from EPA web site:

17