ISOLASI BAKTERI INDIGENUS LIMBAH CAIR PABRIK GULA RAFINASI DAN POTENSINYA DALAM DEKOLORISASI MELANOIDIN Tesis Magister Biologi Diajukanoleh: Lailatus Sa diyah NIM. 081414153014 Program Studi Magister Biologi Departemen Biologi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya Februari 2016
PERNYATAAN
PENGESAHAN
TESIS ISOLASI BAKTERI INDIGENUS LIMBAH CAIR PABRIK GULA RAFINASI DAN POTENSINYA DALAM DEKOLORISASI MELANOIDIN Yang dipersiapkan dan disusun oleh Lailatus Sa diyah NIM. 081414153014 Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 02 Februari 2016 Susunan Dewan Penguji Pembimbing Utama Penguji I Dr. Ni matuzahroh Prof. Dr. Ir. Tini Surtiningsih, DEA NIP.19680105 199203 2 003 NIP.19511012 198003 2 001 Pembimbing Pendamping Penguji II Dr. rer. nat Ganden, S. M. Sc Drs. Salamun, M.Kes NIP.19681228 199303 1 001 NIP. 19611110 198703 1 003 Penguji II Dr. Sri Puji Astuti W, M.Si NIP. 19660221 199203 2 001 Tesis ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar Magister Sains Tanggal 19 Februari 2016 Ketua Departemen Biologi FST Universitas Airlangga Mengetahui Pengelola Program Studi Magister (S2) Biologi FST Universitas Airlangga Dr. SuciptoHariyanto DEA NIP. 19560902 198601 1 002 Dr. Sri Puji Astuti W, M.Si NIP. 19660221 199203 2 001 ii
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar Magister di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surabaya, 02 Februari 2016 Yang Menyatakan, Lailatus Sa diyah, S.Pd iii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT atas anugerah dan rahmatnya sehingga penulis bias menyelesaikan penulisan tesis ini dengan baik, yaitu dengan judul Isolasi Bakteri Indigenus Limbah Cair Pabrik Gula Rafinasi dan Potensinya dalam Dekolorisasi Melanoidin. Penulisan tesis ini sangat bermakna bagi diri penulis sendiri karena melalui penulisan tesis ini, penulis mendapatkan banyak informasi penting mengenai bakteri indigenus yang dimanfaatkan untuk mendekolorisasi melanoidin. Penulis berharap hasil penelitian dalam tesis ini juga bermanfaat bagi para pembaca untuk menambah ilmu pengetahuan dan dapat diaplikasikan dalam menangani limbah dengan memanfaatkan bakteri indigenus sehingga penulisan tesis ini tidak hanya sekedar sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister tetapi juga bermanfaat bagi masyarakat luas, khususnya dalam bidang pengolahan limbah. Penulis sadar di dalam penulisan tesis ini masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun tata bahasa. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca demi kesempurnaan penulisan tesis ini di masa yang akan datang. Sekian dan Terima Kasih. Surabaya, 02 Februari 2015 Penulis, Lailatus Sa diyah, S.Pd iv
UCAPAN TERIMA KASIH Segala puji dan syukur hanya bagi Allah SWT atas anugerah dan rahmat-nya yang melimpah sehingga penulis bias menyelesaikan penulisan tesis ini dengan penuh perjuangan dan kerja keras serta Doa yang tiada henti. Terima kasih penulis sampaikan yang sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ni matuzahroh dan Bapak Dr. rer. Nat Ganden, S. M.Sc, selaku dosen pembimbing I dan II yang dengan sabar memberikan waktu, tenaga, dan pikiran serta kesabaran selama proses pembimbingan sehingga penulis bias menyelesaikan penyusunan tesis ini dengan baik. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Prof. Dr. Tini Surtiningsih, DEA, Bapak Drs. Salamun, M.Kes, dan Ibu Dr. Sri Puji Astuti W, M.Si sebagai Dosen Penguji I, II dan III atas kritik dan saran yang diberikan untuk memperbaiki penulisan Tesis ini. Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr. Cipto Haryanto DEA, selaku Ketua Departemen Biologi, Ibu Dr. Sri Puji Astuti W, M.Si., selaku Ketua Program Studi S2 Biologi, dan Ibu Dr. Y. Sri Wulan Manuhara, M.Si sebagai dosen wali yang telah membimbing dan banyak membantu selama proses penyelesaian studi penulis di Prodi S2 Biologi. Terima kasih untuk ayah, ibu, Alfi dan Nurul yang menjadi penyemangat terbaik, teman-teman di D Jaars house yang selalu memberi hiburan selama menyelesaikan studi S2, teman-teman seperjuangan di Laboratorium Mikrobiologi Nita, Kinan, Hikmah, Ike, Mbak Bulan, Mas Henrry, Mas. Iqbal, Mas Ario, Mbak Azmi prasarti, Mas Anton, dan mbak Intan Ayu. Serta pegawai Laboratorium Proteomik ITD. v
DAFTAR ISI Judul Halamam HALAMAN PERSETUJUAN... PERNYATAAN... KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMA KASIH... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... ABSTRAK... ABSTRACT... ii iii iv v vi vii ix x xi xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 4 1.3. Tujuan Penelitian... 4 1.4. Manfaat Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Industri Gula Rafinasi... 6 2.2. Limbah Pabrik Gula Rafinasi Cilegon... 7 2.3. Senyawa Melanoidin... 7 2.4. Isolat Bakteri Potensial Dekolorisasi... 8 2.5. Dekolorisasi... 9 2.6. Optimasi Proses Dekolorisasi... 10 2.7. Kerangka konsep penelitian... 12 2.8. Hipotesis... 12 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 14 3.2 Bahan dan Alat Penelitian... 14 3.2.1 Bahan penelitian... 14 3.2.2 Alat penelitian... 14 3.3 Rancangan Penelitian... 15 3.4 Variabel Penelitian... 15 3.5 Cara Kerja... 16 3.5.1. Sterilisasi alat dan bahan... 16 vi
3.5.2. Isolasi dan skrining bakteri... 16 3.5.3. Identifikasi dan karakterisasi bakteri dekolorisasi... 19 3.5.4. Perlakuan variasi optimasi bakteri pendekolorisasi limbah.. 20 3.5.5. Uji dekolorisasi limbah cair gula rafinasi... 20 3.5.6. Perhitungan pertumbuhan bakteri... 21 3.5.7. Analisis dekolorisasi... 21 3.6 Definisi Operasional Variabel... 22 3.7 Analisis Data... 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis karakter limbah dan melanoidin... 24 4.2 Isolasi dan skrining bakteri indigenus pendekolorisasi limbah gula rafinasi... 25 4.3 Pengaruh variasi suhu dan ph terhadap perbedaan persentase dekolorisasi limbah cair gula rafinasi oleh bakteri terpilih... 32 4.4 Pengaruh perlakuan ph terhadap dekolorisasi... 35 4.5 Pengaruh perlakuan suhu terhadap dekolorisasi... 36 4.6 Hubungan log TPC dan kemampuan dekolorisasi bakteri terpilih pada variasi ph dan suhu... 38 4.7 Hasil uji kromatografi gas (GC-MS) pada perlakuan terbaik di akhir masa inkubasi... 44 BAB V 45 5.1. Kesimpulan... 46 5.2. Saran... 46 DAFTAR PUSTAKA 48 LAMPIRAN... 52 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik fisik-kimia air limbah pabrik gula rafinasi PT SUJ, Cilegon, Jawa Barat Halaman 7 3.1 Rancangan faktorial 3 x 3 15 4.1 Kandungan senyawa limbah melanoidin berdasarkan profil GC-MS melanoidin sintetis dan limbah steril 4.2 Karakteristik morfologi koloni bakteri dan karakteristik mikroskopis sel bakteri pendekolorisasi 4.3 Persentase(%) dekolorisasi oleh bakteri indigenus limbah cair gula rafinasi hasil skrining 4.4 Hasil pengamatan karakteristik fisiologis isolat dc1, dc2, dc7a dan dc7b 4.5 Hasil pengamatan identifikasi isolate pendekolorisasi limbah 24 25 29 30 31 4.6 Nilai dekolorisasi melanoidin pada variasi ph dans uhu 33 4.7 Perbandingan kelimpahan senyawa berdasarkan profil GC- MS pada kontrol dan perlakuan terbaik (GSB) 44 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1 Struktur kimia melanoidin 8 2.2 Kerangka konsep penelitian 12 4.2 Persentase (%) dekolorisasi oleh bakteri indigenus limbah cair gula rafinasi hasil skrining 4.3 Pengaruh variasi ph dan suhu terhadap persentase (%) dekolorisasi limbah oleh isolat terpilih 4.4 Pengaruh ph terhadap perbedaan % dekolorisasi limbah zat warna (melanoidin) pada suhu, (a) 30 0 C, (b) 40 0 C, (c) 50 0 C 4.5 Pengaruh suhu ( 0 C) terhadap perbedaan % dekolorisasi limbah zat warna (melanoidin) pada ph, (a) 9, (b) 11, (c) 13 4.6 Log TPC, ph dan % dekolorisasi limbah zat warna (melanoidin) oleh bakteri Pseudomonas diminuta padavariasi ph, (a) 9, (b) 11, (c) 13 4.7 Log TPC, ph dan % dekolorisasi limbah zat warna (melanoidin) oleh bakteri Bacillus sp.1 pada variasi ph, (a) 9, (b) 11, (c) 13 4.8 Log TPC, ph dan % dekolorisasi limbah zat warna (melanoidin) oleh bakteri Micrococcus sp. Pada variasi ph, (a) 9, (b) 11, (c) 13 4.9 Log TPC, ph dan % dekolorisasi limbah zat warna (melanoidin) oleh bakteri Bacillus sp.2 pada variasi ph, (a) 9, (b) 11, (c) 13 29 32 35 37 38 40 41 42 ix
DAFTAR LAMPIRAN Tabel Halaman 1 Data karakteristik FTIR 52 2 Data isolasi bakteri 53 3 Data skrining dan trial bakteri pendekolorisasi limbah ph 9, ph 11, dan ph 13 4 Data perhitungan Δ Log TPC dekolorisasi limbah pada skrining 5 Dokumentasi TPC skrining bakteri indigenus pendekolorisasi limbah 6 Data optimasi variasi suhu dan ph terhadap dekolorisasi limbah 7 Perhitungan Δ Log TPC optimasi variasi ph dan suhu terhadap dekolorisasi limbah 8 Dokumentasi TPC optimasi variasi ph dan suhu terhadap dekolorisasi limbah 56 59 60 62 65 67 9 Data statistik 68 10 Dokumentasi alat dan bahan yang digunakan 87 x
Lailatus Sa diyah, 2015, Isolasi Bakteri Indigenus Limbah Cair Pabrik Gula Rafinasi dan Potensinya dalam Dekolorisasi Melanoidin, Tesis ini dibawah bimbingan Dr. Ni matuzahroh, dan Dr. rer. nat Ganden, S, M. Sc, Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jumlah isolate bakteri pendekolorisasi zat warna melanoidin limbah cair gula rafinasi, mengetahui nama isolate bakteri terbaik pendekolorisasi melanoidin pada limbah cair gula rafinasi, dan mengetahui pengaruh variasi ph dan suhu terhadap dekolorisasi melanoidin limbah cair gula rafinasi. Penelitian ini merupakan penelitian experimental dengan rancangan acak lengkap dan desain faktorial dengan 3 kali pengulangan. Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa: 1) kandungan limbah dan kandungan melanoidin sintetis; 2) jumlah bakteri indigenus pendekolorisasi limbah; 3) jumlah populasi bakteri (CFU/mL); 4) perhitungan jumlah koloni bakteri atau Total Plate Count (TPC); 5) pengukuran nilai Optical Dencity (OD) isolate bakteri dalam optimasi; 6) pengukuran absorbansi dekolorisasi; 7) Identifikasi bakteri terbaik. Data dianalisis secara statistik, sedangkan data penurunan persentase dekolorisasi limbah diuji menggunakan One-Way Analysis of Varians (ANOVA) (derajat signifikasi = 5%). Jika menunjukkan beda nyata, maka dilanjutkan dengan uji Duncan (derajat signifikansi = 5%). Hasil uji pengaruh variasi ph dan suhu menunjukkan bahwa adanya pengaruh variasi ph dan suhu dalam mendekolorisasi melanoidin. Hasil uji dengan Kit dan identifikasi bakteri didapatkan hasil bahwa bakteri 1 adalah spesies Pseudomonas diminuta, bakteri 2 adalah spesies Bacillus sp.1, bakteri 3 adalah spesies Micrococcus sp, dan bakteri 4 adalah Bacillus amyloliquifaciens.selain itu, hasil penelitian juga menunjukkan bahwa bakteri yang berpengaruh terhadap dekolorisasi limbah cair gula rafinasi di tanah ditunjukkan oleh bakteri 1 (Pseudomonas diminuta) sebesar 32,725% dalam waktu inkubasi 48 jam pada suhu 30 0 C pada ph 11. Kata kunci: isolasi bakteri, dekolorisasi limbah. xi
Lailatus Sa diyah, 2016, Isolation of Indigenous Bacteria from Refined Sugar Vactory Waste Water and It s Potential to decolorize melanoidin, this Thesis is under the guidance of Dr. Ni matuzahroh, and Dr. rer. nat Ganden, S, M. Sc, Biology Departement, Science and Technology Faculty of Airlangga University, Surabaya. ABSTRACT This study aims to know the number of potential bacteria decoloring melanoidin from refined sugar vactory waste water, to know the species name of the best bacteria in decoloring melanoidin of refined sugar vactory waste water, and to know the effect of ph and temperature variation to the percentage of melanoidin decolorization performed bacteria. This type of research is experimental study with factorial design with two replications. Data obtained from this study were: 1) The characteristic of refined sugar waste water and melanoidin; 2) the number of potential indigenous bacteria in decoloring melanoidin isolated from the waste water; 3) the total population of bacteria (CFU/mL); 4) the calculation of the number of bacterial colony (TPC); 5) the measurement of bacteria s optical dencity value; 6) the measurement of decolorization absorbance; and 7) bacteria identification. Data obtained were analyzed statistically, the percentage of decolorization tested using One-Way Analysis of Varians (ANOVA) (degrees of significance = 5%). If it shows a real difference, then continued with Duncan test (significance level = 5%). Statistic test result showed that the variation of ph and temperature affect the percentage of decolorization. The test result with KIT and identification of bacteria showed that DC1 is Pseudomonas diminuta, DC2 is Bacillus sp.1, DC7a is Micrococcus sp, and DC7b IS Bacillus sp.2. The result of decolorization showed that bacteria with the best decoloring ability is Pseudomonas diminuta (DC1) with percent decolorization 32,725% in 48 hours incubation 30 0 C temperature and ph 11. Keywords: bacterial isolation, refined sugar waste water decolorization xii