PENENTUAN KONDISI PERTUMBUHAN Pseudomonas sp. STRAIN LSU20 DALAM MENDEGRADASI DIBENZOTIOFENA PADA MODEL MINYAK TETRADEKANA SKRIPSI

Transkripsi

1 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 JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016 i

2 Muhammad Iqbal ( ). 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 37 o C, ph media awal 7 dan sumber karbon glukosa, pertumbuhan bakteri LSU20 0,906 (OD 660nm ) dan mendesulfurisasi 200 ppm DBT dalam 1 ml TD sebesar 76,9%. Kata kunci: LSU20, dibenzotiofena, tetradekana, biodesulfurisasi. ii

3 Muhammad Iqbal ( ). 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 37 o C, ph medium 7 and carbon source glucose, the growth cell of Pseudomonas sp. strain LSU20 showed at 0,906 (OD 660nm ) and desulfurited 200 ppm DBT in TD with rate 76,9%. Keywords: LSU20, dibenzothiophene, n-tetradecane, desulfurization. iii

4 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. strain LSU20 (Prasetya, 2015). Prasetya (2015) telah berhasil mengisolasi bakteri iv

5 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 (±30 o C), digojog menggunakan shaker dengan kecepatan gojog 150 rpm, lalu v

6 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 (OD 660nm ). vi

7 Skripsi ini telah mendapat persetujuan pembimbing Pembimbing I Pembimbing II Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D. NIP I Wayan Arnata, STP., M.Si. NIP Mengesahkan, Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Udayana Dr. Ir. I Dewa Gede Mayun Permana, MS. NIP Tanggal lulus... vii

8 RIWAYAT HIDUP Muhammad Iqbal dilahirkan di Kelurahan Kampung Baru, Kecamatan Medan Maimun, Kota Medan, Sumatera Utara pada 18 Februari 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 Penulis melanjutkan pendidikan di SMP Swasta Harapan Mandiri tahun 2005 dan lulus pada tahun Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan ke SMAN 2 Medan dan lulus pada tahun 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. viii

9 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 ix

10 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. x

11 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 Penulis xi

12 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN PERSYARATAN.... ABSTRAK.... ABSTRACT... RINGKASAN.... HALAMAN PENGESAHAN... i ii iii iv vii RIWAYAT HIDUP.... viii KATA PENGANTAR.... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... ix xii xv DAFTAR GAMBAR... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xvii I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Hipotesis Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 6 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Bahan Bakar Fosil dan Polusi Udara Senyawa Sulfur pada Minyak Bumi Penurunan Kandungan Sulfur xii

13 Hidrodesulfurisasi Biodesulfurisasi Isolasi Bakteri Pendegradasi Sulfur dari Tanah Tercemar Langkat, Sumatera Utara Pertumbuhan Bakteri (Growth Cells) Suhu Derajat keasaman (ph) Sumber Karbon (C x ) Glukosa Sukrosa Gliserol Asam sitrat III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Alat Bahan Strain bakteri dan media Bahan lainya Pelaksanaan Penelitian Pembuatan media selektif MSSF Persiapan kultur kerja Penentuan kondisi pertumbuhan Variabel yang Diamati Pengukuran Optical Density (OD 660nm ) xiii

14 Pengukuran derajat keasaman (ph) Pengukuran kadar DBT IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Penentuan Suhu Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU Penentuan ph Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU Penentuan Sumber Karbon Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR TABEL No. Judul Halaman 2.1 Hasil akhir dari Hidroproses selama pengilangan minyak ph minimum, optimal dan maksimum untuk pertumbuhan beberapa spesies bakteri Pertumbuhan, ph, dan degradasi DBT Pseudomonas sp. strain LSU20 pada suhu inkubasi berbeda Pertumbuhan, ph akhir setelah inkubasi, dan degradasi DBT oleh Pseudomonas sp. Strain LSU20 dengan berbagai ph awal media pertumbuhan Pertumbuhan, ph akhir setelah inkubasi, dan degradasi DBT oleh Pseudomonas sp. Strain LSU20 dengan berbagai sumber karbon media pertumbuhan xv

16 DAFTAR GAMBAR No. Judul Halaman 2.1 Sumber polusi udara (Anonim, 2011) Struktur kimia dari sulfur yang terkandung di minyak bumi (Karim et al., 2010) Tipe sulfur yang mengandung komponen organic (Prayuenyong, 2002) Reaksi hidrodesulfurisasi dari beberapa tipe komponen sulfur pada minyak bumi (Speight, 2008) Skema biodesulfurisasi dari degradasi DBT secara oksidasi (Monticello, 2000) Kurva pertumbuhan bakteri (Black, 2012) Tingkat pertumbuhan yang berbeda dari berbagai tipe mikroorganisme pada rangsangan temperatur (Funke et al, 2013) Rantai hidrokarbon glukosa dan fruktosa (Anonim, 2015) Rumus molekul pembentuk sukrosa (Anonim, 2015) Struktur kimia dari gliserol pada Trigelyceride (Labarge, 2008) Struktur kimia asam sitrat (Anonim, 2015) Diagram alir persiapan kultur kerja Diagram alir penentuan suhu pertumbuhan Diagram alir penentuan ph media awal pertumbuhan Diagram alir penentuan sumber karbon pertumbuhan Pengaruh variasi suhu terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi Pengaruh variasi ph terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi Pengaruh variasi Sumber karbon terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi xvi

17 DAFTAR LAMPIRAN No. Judul Halaman 1. Tahap preparasi kultur kerja Penentuan suhu kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU Penentuan ph kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU Penentuan sumber karbon kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU Hasil inkubasi 96 jam pada variasi ph media awal dan sumber karbon Tabel luas are standar dibenzotiofena dan grafik persamaan linier Tabel data hasil pengamatan pengujian dengan variasi suhu, ph media awal, dan sumber karbon Cromatogram hasil pengamatan a. Kromatrogram Standart DBT 200 ppm b. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan suhu 37ºC c. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan ph d. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan glukosa xvii