BIODESULFURISASI DIBENZOTHIOPHENE DENGAN BAKTERI PENDEGRADASI SULFUR YANG DIISOLASI DARI LANGKAT SUMATERA UTARA.
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
BIODESULFURISASI DIBENZOTHIOPHENE DENGAN BAKTERI
PENDEGRADASI SULFUR YANG DIISOLASI DARI LANGKAT
SUMATERA UTARA
Ida Bagus Wayan Gunam1*), I Putu Hendra Prasetya1), Nyoman Semadi Antara1), I Wayan
Arnata1), Yohanes Setiyo2), I Gusti Ayu Lani Triani1) and A. A. M. Dewi Anggreni1)
1
Laboratorium Bioindustri dan Lingkungan, Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,
Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, 80361, Telp/Fax : 0361 701801
2
Laboratorium Sumber Daya Alam, Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana,
Bukit Jimbaran, 80361 *E-mail: ibwgunam@yahoo.com
ABSTRACT
The aim of this study was to isolate the bacteria that can degrade of aromatic sulfur petroleum. Isolation of bacteria using selective
media of MSSF (mineral salt sulfur free) enriched with aromatic sulfur petroleum. To evaluate the dezulfuring bateria were
done with the media two-phase system (aqueous phase: MSSF medium and the oil phase: n-tetradecane containing 200 ppm of
dibenzothiophene (DBT)) with the ratio of oil / water (1: 5). The experiment was carried out by planting 0.1 ml of isolates culture
(OD660 5) that have been aged 4 days into the test tube containing 5 ml of MSSF medium and 1 ml of model oil, incubated at 37oC
and 45oC for 72 hours. The bacteria potentially chosen based on the rate of growth and the rate of degradation of DBT. Five soil
samples of Langkat North Sumatera obtained 32 isolates. The isolates had growth rates above 0.5 OD660 obtained 17 isolates.
Isolates of LKT20 could degrade DBT amounted to 71.21% at an incubation temperature of 45oC for 4 days with shaking 150
rpm.
Keywords: isolation, biodesulfurization, dibenzothiphene, Langkat
ABSTRAK
(5>54945>71>DE:E1>E>DE;=5>79C?=5>7945>D9M;1C921;D5B9@5>457B141C9CEI1;2E=9
Isolasi bakteri dengan menggunakan media selektif MSSF (mineral salt sulfur free) yang diperkaya dengan sulfur aromatik
minyak bumi. Pengujian dilakukan dengan media sistem dua fase (fase air: MSSF medium dan fase minyak dengan n-tetradecane
yang mengandung dibenzothiophene (DBT) 200 ppm dengan rasio minyak / air (1:5). Percobaan ini dilakukan dengan menanam
kultur cair isolat yang telah berumur 4 hari (OD660 5) sebanyak 0.1 ml ke dalam tabung rekasi yang berisi 5 ml media MSSF
dan 1 ml model minyak bumi, diinkubasi pada suhu 37oC dan 45oC selama 72 jam. Bakteri potensial dipilih berdasarkan tingkat
pertumbuhan dan tingkat degradasi DBT. Kelima sampel tanah dari Langkat Sumatera Utara diperoleh 32 isolat, dari 32 isolat
yang mempunyai tingkat pertumbuhan dengan OD660 di atas 0,5 diperoleh 17 isolat. Isolat LKT20 dapat mendegradasi sulfur
aromatik (DBT) sebesar 71.21% pada suhu inkubasi 45oC selama 4 hari dengan kecepatan goyang 150 rpm.
Kata kunci: isolasi, biodesulfurisasi, dibenzothiphene, Langkat
1.
PENDAHULUAN
Pembakaran minyak bumi menghasilkan emisi sulfur oksida (SOx B363 3F?AEVD :3> ;@; 63B3F
menyebabkan masalah lingkungan yang serius seperti polusi udara dan hujan asam [Guerinik and AlMutawah, 2003; Gunam et al, 2005a; Gunam et al., 2006]. Senyawa SOx adalah faktor utama yang
menyebabkan polusi udara terutama di daerah perkotaan dan juga sebagai penyebab utama timbulnya
hujan asam yang berdampak negative terhadap lingkungan. Untuk mengurangi emisi sulfur oksida tersebut,
kandungan senyawa sulfur organik dalam minyak fosil seharusnya diturunkan selama proses ”refening"
[Kabe et al., 1992].
Negara-negara penghasil minyak bumi termasuk Indonesia perlu tetap mengupayakan untuk
menurunkan kandungan sulfurnya agar dapat menghasilkan minyak bumi yang lebih berkualitas (berkadar
sulfur rendah), sehingga pencemaran lingkungan yang akan ditimbulkannya dapat tereduksi.
1938 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kandungan sulfur minyak dapat diturunkan dengan cara konvensional yang salah satunya adalah
dengan proses hidrodesulfurisasi (HDS) menggunakan bahan kimia sebagai katalis. Proses ini sudah
G?G?6;>3=G=3@63>3?BDAE7ESD7V@;@9S?;@K3=4G?;@3?G@?3E;:43@K3==7>7?3:3@@K36;3@F3D3@K3
memerlukan suhu dan tekanan tinggi, dapat mengurangi angka oktannya sehingga menurunkan jumlah
energi total. Proses ini masih menyisakan senyawa sulfur aromatik terutama yang beralkil. Disamping itu,
dapat menimbulkan pencemaran lingkungan baru, karena proses ini menghasilkan produk samping berupa
E7@K3I3:;6DA97@EG>V63 -@FG=?7@93F3E;?3E3>3:;@;B7D>G6;53D;=3@BDAE7E3>F7D@3F;8B3>;@9F;63=K3@9
bersifat komplemen (saling melengkapi) dengan proses HDS.
Biodesulfurisasi dengan menggunakan mikroba sebagai biokatalis pada beberapa tahun terakhir ini
menjadi pusat perhatian cukup banyak peneliti . Metode ini dianggap mempunyai prospek yang cukup
cerah dimasa mendatang, karena prosesnya murah, tidak memerlukan instalasi yang kompleks dan sangat
ramah lingkungan. Disamping itu, beberapa strain bakteri dapat mendegradasi senyawa sulfur aromatik
yang mempunyai alkil berantai panjang (Guerinik and Al-Mutawah, 2003).
Cukup banyak strain bakteri yang dapat mendegradasi senyawa sulfur minyak bumi, tetapi sangat
sedikit yang mempunyai kemampuan mendegradasi senyawa sulfur aromatik beralkil rantai panjang.
Sphingomonas subarctica T7b, strain yang kami isolasi baru-baru ini mampu mendegradasi senyawa di
atas, namun suhu optimum pertumbuhannya berada pada kisaran suhu kamar (27oC) [Gunam et al, 2005a;
Gunam et al., 2006].
Penelitian dilakukan bertujuan untuk menemukan strain bakteri yang dapat mendegradasi senyawa
EG>8GD ?;@K3= 4G?; B363 EG:G K3@9 >74;: F;@99; 3F3G 43=F7D; K3@9 47DE;83F F7D?AV>;= 3=F7D; 67@93@
=3D3=F7D;EF;= E7B7DF; 6; 3F3E 3=3@ 63B3F ?7@;@9=3F=3@ 7VE;7@E; BDAE7E 67EG>8GD;E3E; ?;@K3= 4G?; (363
BDAE7ESD7V@;@9S63@:;6DA67EG>8GD;E3E; +?;@K3=4G?;6;>3=G=3@B363EG:GF;@99;67@93@67?;=;3@
penurunan kandungan sulfur pada tahap berikutnya melalui proses biodesulfurisasi (BDS) memerlukan
penurunan suhu yang lebih sedikit atau dengan kata lain dapat menghemat energi untuk menurunkan suhu
sampai suhu optimum pertumbuhan bakteri yang digunakan.
2.
BAHAN DAN METODE
2.1.
Strain, media dan bahan untuk penelitian
Strain bakteri diisolasi dari sampel tanah yang terkontaminasi oleh minyak bumi di sekitar tambang
minyak bumi kecamatan Samboja, Kabupaten Kutai, Provinsi Kalimantan Timur.
Media yang digunakan untuk screening, isolasi dan pengujian adalah media MSSF (mineral salt
sulfur free) yang komposisinya adalah sebagai berikut: KH2PO4, Na2HPO4, NH4Cl, NaCl, MgCl2.6H2O,
CaCl2, FeCl3, CuCl2.2H2O, MnCl2.4H2O, glukosa, Aquades dan senyawa sulfur aromatik yang telah
terkonsentrasi (CA).
Bahan lainnya yang diperlukan adalah agarose, gliserol, Dibenzothiophene, n-tetradecane,
Aluminium oxide 90 active neutral, hexan, etanol, minyak bumi/kerosin/minyak diesel, glass wool, HCl,
NaOH dan yang lainnya.
2.2.
Alat
Peralatan yang digunkan adalah sebagai berikut: kolom gelas, pendingin balik, labu, “mantle
heater”, corong pemisah, timbangan analitik (Adventure Tm.Ohaus AR 2140), timbangan biasa (Explorer
677B8D77L7D>7?3D;B7@6;@9;@R>3?;@3DWAISRDAF3DKE:3=7DS $ B ?7F7D!EF7=:AFB>3F7
magnetic stirrer (Model HP-220), sentrifuge, vortex (Thermolyne), stop watch, penangas air (IP-selecta
6001237), colony counter (Galaxy 230), spektrofotometer (Turner SP-870), dan alat-alat gelas.
2.3.
Isolasi senyawa sulfur aromatik dari minyak bumi (CA)
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1939
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
tanah), menurut Schiller dan Mathiason (1977). Minyak tanah dilewatkan ke dalam kolom yang berisi
”hexane-treated Aluminium oxide 90 active neutral column”. Selanjutnya senyawa hidrokarbon alifatik
dicuci dengan hexan, kemudian dielusi dengan larutan etanol 96%. Eluen etanol yang mengandung sulfur
minyak bumi termasuk yang aromatik selanjutnya dipekatkan dengan cara dipanaskan pada pemanas
bermantel (Gunam et al., 2006; Gunam et al., 2013).
2.4. Isolasi strain bakteri dari sampel tanah
Sampel tanah yang terkontaminasi minyak bumi diambil dari beberapa lokasi (Kecamatan Samboja,
Kab. Kutai dan bekas tambang Mathilda di Balikpapan, Provinsi Kalimatan Timur). Sampel tanah
sebanyak 10 g dimasukkan ke dalam 90 ml larutan pengencer berupa larutan NaCl 0,85%, diportek dan
setelah didiamkan selama 20 menit kemudian supernatant sebanyak 1 ml diencerkan ke dalam 9 ml larutan
NaCl 0.85%, setelah diportek 0,1 ml dipindahkan ke dalam tabung reaksi yang berisi media MSSF-CA,
kemudian dinkubasi pada suhu kamar (37oC) selama 48 jam. Setelah tumbuh (ditandai dengan timbulnya
kekeruhan yang meningkat), kultur cair tersebut dipindahkan sebanyak 0.1 ml ke media agar (MSSF-CA)
dengan metode sebar dan diinkubasikan pada suhu 37 oC selama 2-4 hari. Setelah tumbuh, setiap koloni
K3@9EB7E;V=6;B;@63:=3@67@93@3?47@FG=F347>F347>6;=>3D;V=3E;=3@E7:;@993?7DGB3=3@EG3FGEGEG@3@GDGF3@63F363@6;93?43D=3@
63>3?47@FG=9D3V=G@FG==7?G6;3@6;;@F7DBD7F3E;=3@E7EG3;67@93@B7@93?3F3@K3@9363
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Isolasi dari Sampel Tanah
Kelima sampel tanah dari Sumatera Utara diperoleh 32 isolat, dari 32 isolat yang mempunyai
kemampuan tumbuh tinggi 17 isolat dengan OD660 di atas 0,5. Percobaan selanjutnya bertujuan untuk
mengetahui kemampuan pertumbuhan sel dalam media sistem dua fase (fase air: MSSF dan fase minyak:
minyak bumi yang mengandung sulfur tinggi, dengan perbandingan: 5:1). Percobaan ini dilakukan dengan
menanam kultur cair isolat yang telah berumur 4 hari (OD660 5) sebanyak 0.1 ml ke dalam tabung rekasi
1940 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
yang berisi 5 ml media MSSF dan 1 ml minyak bumi/model minyak bumi. Kemudian diinkubasi pada suhu
37oC selama 72 jam. Selama inkubasi dilakukan pengamatan terhadap tingkat kekeruhannya menggunakan
spektrofotometer pada panjang gelombang 660 nm (OD660). Data hasil pengamatan dapat dilihat pada
Tabel 1.
Tabel 1. Pertumbuhan isolat bakteri pendegradasi sulfur selama 72 jam inkubasi pada media MSSF yang
mengandung minyak/model minyak bersulfur tinggi
Isolat
OD660
Standar
deviasi
pH
Standar
deviasi
LSU01
LSU02
LSU03
LSU04
LSU07
LSU08
LSU09
LSU11
1.122
0.502
0.848
0.544
0.763
1.138
0.969
1.006
0.017
0.067
0.001
0.039
0.042
0.007
0.025
0.011
5.8
5.7
5.0
5.3
6.3
5.9
4.7
4.2
0.060
0.140
0.000
0.240
0.025
0.115
0.035
0.010
LSU13
0.631
0.016
6.2
0.025
LSU14
0.657
0.015
6.2
0.105
LSU15
1.053
0.043
4.7
0.075
LSU16
0.461
0.051
5.7
0.090
LSU17
0.807
0.028
4.7
0.125
LSU18
0.856
0.031
4.1
0.215
LSU20
0.952
0.102
5.1
0.060
LSU22
0.644
0.072
5.9
0.030
LSU23
0.793
0.034
5.0
0.095
Keterangan:
*)
OD diukur pada panjang gelombang 660 nm, suhu inkubasi 37oC, MSSF-medium 5 ml + 1 ml model
minyak (Senyawa DBT dalam n-tetradecane), digojog pada kecepatan 150 rpm
Isolat yang memiliki OD yang tinggi dari ke-17 isolat tersebut adalah isolat LSU01 (1.022),
LSU08 (1.138), LSU09 (0.969), LSU11 (1.006), LSU15 (1.053) dan LSU20 (0,952) serta isolat lainnya.
Namun demikian solat-isolat tersebut sangat perlu dilakukan pengujian lebih lanjut sampai diperoleh 2-3
isolat yang mempunyai kemampuan mendegradasi sulfur minyak bumi tertinggi baik berupa senyawa
dibenzothiopene (DBT) dalam pelarut tetradecane (TD) sebagai model minyak maupun dalam minyak
bumi yang mengandung berbagai jenis senyawa sulfur aromatik
Pengujian Pertumbuhan Bakteri pada Medium dengan dan tanpa sumber karbon
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1941
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Tabel 2. Tingkat pertumbuhan bakteri pendegrasi sulfur minyak bumi pada media tanpa glukosa sebagai
sumber karbon
MSSF-DBT dengan glukosa
Kode
isolat
Analisis
sebelum
inkubasi
MSSF-DBT tanpa glukosa
Analisis setelah
inkubasi
Analisis sebelum
inkubasi
Analisis setelah
inkubasi
OD660
pH
OD660
pH
OD660
pH
OD660
pH
Kontrol
0,153
6,60
0,166
6,56
0,072
6,59
0,074
6,60
LSU04
0,226
6,56
0,706
4,65
0,081
6,60
0,239
6,63
LSU07
0,272
6,60
0,628
4,41
0,112
6,61
0,276
6,62
LSU08
0,204
6,54
0,994
4,79
0,080
6,60
0,183
6,61
LSU09
0,249
6,59
0,800
4,24
0,093
6,56
0,176
6,61
LSU11
0,175
6,58
0,457
4,52
0,075
6,57
0,302
6,60
LSU15
0,178
6,58
0,789
5,90
0,076
6,57
0,223
6,62
LSU16
0,202
6,55
0,773
5,42
0,084
6,57
0,379
6,62
LSU20
0,186
6,54
0,789
4,19
0,082
6,56
0,241
6,64
LSU22
0,167
6,59
0,521
3,75
0,075
6,60
0,262
6,64
LSU23
0,165
6,56
0,642
4,21
0,074
6,56
0,489
6,58
*)
o
OD diukur pada panjang gelombang 660 nm, suhu inkubasi 37 C, MSSF-medium 5 ml + 1 ml model
minyak (Senyawa DBT dalam n-tetradecane), digojog pada kecepatan 150 rpm
3.3 Pengujian 6 terbaik berdasarkan tingkat degradasi DBT pada suhu inkubasi 45oC
Tabel 3. Tingkat degradasi DBT pada suhu 45oC selama 96 jam 150 rpm (6 isolat terbaik)
Kode
isolat
Analisis sebelum
inkubasi
Konsentrasi
OD660
pH
DBT (ppm)
Analisis setelah inkubasi
OD660
pH
Residu dibenzothiophene
(ppm)
Tingkat
degradasi
DBT (%)
Kontrol
0,166
6,70
200
0,186
6,70
LSU04
0,304
6,69
200
1,073
4,89
127,21
36,95
LSU08
0,251
6,69
200
1,103
4,35
137,41
31,29
LSU09
0,182
6,70
200
0,802
5,03
121,02
39,49
LSU15
0,233
6,68
200
1,120
4,88
117,98
41,01
LSU16
0,237
6,70
200
1,100
5,14
130,19
34,91
LSU20
0,248
6,67
200
1,137
5,15
57,47
71,21
*)
OD diukur pada panjang gelombang 660 nm, suhu inkubasi 37oC, MSSF-medium 5 ml + 1 ml model
minyak (Senyawa DBT dalam n-tetradecane), digojog pada kecepatan 150 rpm
Data pada Tabel 3, menunjukkan bahwa isolat LSU20 dapat mendesulfurisasi DBT tertinggi (71,21%)
pada suhu inkubasi 45oC selama 4 hari, 150 rpm. Disamping itu, isolat ini tidak dapat tumbuh dengan baik
apabila tidak menggunakan sumber karbon glukosa. Isolat LSU20 mempunyai kemampuan lebih tinggi
dalam mendesulfurisasi model minyak bumi atau minyak bumi pada suhu inkubasi 45oC. Gunam et al.
(2006) melaporkan bahwa bakteri pendegradasi sulfur aromatic minyak bumi yang tidak memanfaatkan
hidrokarbon sebagai sumber karbon untuk pertumbuhannya (tidak tumbuh dengan baik apabila medianya
tidak mengandung gulosa) akan tidak menurunkan energi total minyak bumi.
1942 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kesimpulan
Bakteri yang diisolasi dari tanah tercemar minyak bumi di Langkat Sumatera Utara mempunyai
kemampuan yang berbeda dalam mendegradasi dibenzothiophene dengan OD660 berkisar dari 0,599-1,137
dan tingkat degradasi berkisar dari 18,66-69,88%. Isolat LSU20 mempunyai kemampuan tertinggi dalam
mendegradasi 200 ppm dibenzothiophene dalam tetradecane yaitu sebesar 71,21% yang diinkubasi selama
96 jam pada suhu 45oC dengan digojog pada kecepatan 150 rpm.
Ucapan Terimakasih
Penelitian ini dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan
Nasional, dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Nomor : 239 10/UN14.2/
PNL.01.03.00/2014, tanggal 14 Mei 2014.
DAFTAR PUSTAKA
Guerinik, K. and Al-Mutawah, Q. (2003). Isolation and characterization of oil-desulphurizing bacteria.
World J. Microbiol. Biotechnol. 19: 941-945.
Gunam, I.B.W., Yaku, Y., Yamamura, K., Ishii, C., Tomita, F., Sone, T. and Asano, K. Biodesulfurization of
alkylated forms of dibenzothiophene and benzothiophene by Sphingomonas subarctica T7b. Annual
Meeting of Japan Society for Bioscience, Biotechnology and Agrochemistry. Sapporo (March 28-30,
2005).
Gunam, I.B.W., Yaku, Y., Hirano, M., Yamamura, K., Tomita, F., Sone, T. and Asano, K. (2006).
Biodesulfurization of alkylated forms of dibenzothiophene and benzothiophene by Sphingomonas
subarctica T7b. J. Biosci. Bioeng. 101, 322-327.
Gunam, I.B.W., M., Yamamura, K., Sujaya, I N., Antara, N.S., Aryanta, I W.R., Tomita, F., Sone, T. and
Asano, K. (2013). Biodesulfurization of dibenzothiophene and its derivatives using resting and
immobilized cells of Sphingomonas subarctica T7b. Journal of Microbiology and Biotechnology.
Vol. 23(4): 473–482
Hernández-Maldonado, A.J., and Yang, R.T. (2003). Desulfurization of commercial liquid fuels by selective
Ind. Eng. Chem. Res. 42: 3103-3110.
Kabe, T., Ishihara, A. and Tajima, H. (1992). Hydrodesulfurization of sulfur-containing polyaromatic
compounds in light oil. Ind. Eng. Chem. Res. 31: 1577-1580.
Li, F., Xu, P., Ma, C., Zheng, Y. and Qu, Y. (2005). Biodesulfurization of benzothiophene by a newly
isolated bacterium Mycobacterium sp. X7B. 36: 1174-1177.
Schiller, J.E. and Mathiason, D.R. (1977). Separation method for coal-derived solids and heavy liquids.
Anal. Chem. 49: 1225-1228.
Yu, B., P. Xu, Q. Shi, and C. Ma. (2006). Deep Desulfurization of Diesel Oil and Crude Oils by a Newly
Isolated Rhodococcus erythropolis Strain Applied And Environmental Microbiology, 72(1): 54–58
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1943
BIODESULFURISASI DIBENZOTHIOPHENE DENGAN BAKTERI
PENDEGRADASI SULFUR YANG DIISOLASI DARI LANGKAT
SUMATERA UTARA
Ida Bagus Wayan Gunam1*), I Putu Hendra Prasetya1), Nyoman Semadi Antara1), I Wayan
Arnata1), Yohanes Setiyo2), I Gusti Ayu Lani Triani1) and A. A. M. Dewi Anggreni1)
1
Laboratorium Bioindustri dan Lingkungan, Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,
Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, 80361, Telp/Fax : 0361 701801
2
Laboratorium Sumber Daya Alam, Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Udayana,
Bukit Jimbaran, 80361 *E-mail: ibwgunam@yahoo.com
ABSTRACT
The aim of this study was to isolate the bacteria that can degrade of aromatic sulfur petroleum. Isolation of bacteria using selective
media of MSSF (mineral salt sulfur free) enriched with aromatic sulfur petroleum. To evaluate the dezulfuring bateria were
done with the media two-phase system (aqueous phase: MSSF medium and the oil phase: n-tetradecane containing 200 ppm of
dibenzothiophene (DBT)) with the ratio of oil / water (1: 5). The experiment was carried out by planting 0.1 ml of isolates culture
(OD660 5) that have been aged 4 days into the test tube containing 5 ml of MSSF medium and 1 ml of model oil, incubated at 37oC
and 45oC for 72 hours. The bacteria potentially chosen based on the rate of growth and the rate of degradation of DBT. Five soil
samples of Langkat North Sumatera obtained 32 isolates. The isolates had growth rates above 0.5 OD660 obtained 17 isolates.
Isolates of LKT20 could degrade DBT amounted to 71.21% at an incubation temperature of 45oC for 4 days with shaking 150
rpm.
Keywords: isolation, biodesulfurization, dibenzothiphene, Langkat
ABSTRAK
(5>54945>71>DE:E1>E>DE;=5>79C?=5>7945>D9M;1C921;D5B9@5>457B141C9CEI1;2E=9
Isolasi bakteri dengan menggunakan media selektif MSSF (mineral salt sulfur free) yang diperkaya dengan sulfur aromatik
minyak bumi. Pengujian dilakukan dengan media sistem dua fase (fase air: MSSF medium dan fase minyak dengan n-tetradecane
yang mengandung dibenzothiophene (DBT) 200 ppm dengan rasio minyak / air (1:5). Percobaan ini dilakukan dengan menanam
kultur cair isolat yang telah berumur 4 hari (OD660 5) sebanyak 0.1 ml ke dalam tabung rekasi yang berisi 5 ml media MSSF
dan 1 ml model minyak bumi, diinkubasi pada suhu 37oC dan 45oC selama 72 jam. Bakteri potensial dipilih berdasarkan tingkat
pertumbuhan dan tingkat degradasi DBT. Kelima sampel tanah dari Langkat Sumatera Utara diperoleh 32 isolat, dari 32 isolat
yang mempunyai tingkat pertumbuhan dengan OD660 di atas 0,5 diperoleh 17 isolat. Isolat LKT20 dapat mendegradasi sulfur
aromatik (DBT) sebesar 71.21% pada suhu inkubasi 45oC selama 4 hari dengan kecepatan goyang 150 rpm.
Kata kunci: isolasi, biodesulfurisasi, dibenzothiphene, Langkat
1.
PENDAHULUAN
Pembakaran minyak bumi menghasilkan emisi sulfur oksida (SOx B363 3F?AEVD :3> ;@; 63B3F
menyebabkan masalah lingkungan yang serius seperti polusi udara dan hujan asam [Guerinik and AlMutawah, 2003; Gunam et al, 2005a; Gunam et al., 2006]. Senyawa SOx adalah faktor utama yang
menyebabkan polusi udara terutama di daerah perkotaan dan juga sebagai penyebab utama timbulnya
hujan asam yang berdampak negative terhadap lingkungan. Untuk mengurangi emisi sulfur oksida tersebut,
kandungan senyawa sulfur organik dalam minyak fosil seharusnya diturunkan selama proses ”refening"
[Kabe et al., 1992].
Negara-negara penghasil minyak bumi termasuk Indonesia perlu tetap mengupayakan untuk
menurunkan kandungan sulfurnya agar dapat menghasilkan minyak bumi yang lebih berkualitas (berkadar
sulfur rendah), sehingga pencemaran lingkungan yang akan ditimbulkannya dapat tereduksi.
1938 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kandungan sulfur minyak dapat diturunkan dengan cara konvensional yang salah satunya adalah
dengan proses hidrodesulfurisasi (HDS) menggunakan bahan kimia sebagai katalis. Proses ini sudah
G?G?6;>3=G=3@63>3?BDAE7ESD7V@;@9S?;@K3=4G?;@3?G@?3E;:43@K3==7>7?3:3@@K36;3@F3D3@K3
memerlukan suhu dan tekanan tinggi, dapat mengurangi angka oktannya sehingga menurunkan jumlah
energi total. Proses ini masih menyisakan senyawa sulfur aromatik terutama yang beralkil. Disamping itu,
dapat menimbulkan pencemaran lingkungan baru, karena proses ini menghasilkan produk samping berupa
E7@K3I3:;6DA97@EG>V63 -@FG=?7@93F3E;?3E3>3:;@;B7D>G6;53D;=3@BDAE7E3>F7D@3F;8B3>;@9F;63=K3@9
bersifat komplemen (saling melengkapi) dengan proses HDS.
Biodesulfurisasi dengan menggunakan mikroba sebagai biokatalis pada beberapa tahun terakhir ini
menjadi pusat perhatian cukup banyak peneliti . Metode ini dianggap mempunyai prospek yang cukup
cerah dimasa mendatang, karena prosesnya murah, tidak memerlukan instalasi yang kompleks dan sangat
ramah lingkungan. Disamping itu, beberapa strain bakteri dapat mendegradasi senyawa sulfur aromatik
yang mempunyai alkil berantai panjang (Guerinik and Al-Mutawah, 2003).
Cukup banyak strain bakteri yang dapat mendegradasi senyawa sulfur minyak bumi, tetapi sangat
sedikit yang mempunyai kemampuan mendegradasi senyawa sulfur aromatik beralkil rantai panjang.
Sphingomonas subarctica T7b, strain yang kami isolasi baru-baru ini mampu mendegradasi senyawa di
atas, namun suhu optimum pertumbuhannya berada pada kisaran suhu kamar (27oC) [Gunam et al, 2005a;
Gunam et al., 2006].
Penelitian dilakukan bertujuan untuk menemukan strain bakteri yang dapat mendegradasi senyawa
EG>8GD ?;@K3= 4G?; B363 EG:G K3@9 >74;: F;@99; 3F3G 43=F7D; K3@9 47DE;83F F7D?AV>;= 3=F7D; 67@93@
=3D3=F7D;EF;= E7B7DF; 6; 3F3E 3=3@ 63B3F ?7@;@9=3F=3@ 7VE;7@E; BDAE7E 67EG>8GD;E3E; ?;@K3= 4G?; (363
BDAE7ESD7V@;@9S63@:;6DA67EG>8GD;E3E; +?;@K3=4G?;6;>3=G=3@B363EG:GF;@99;67@93@67?;=;3@
penurunan kandungan sulfur pada tahap berikutnya melalui proses biodesulfurisasi (BDS) memerlukan
penurunan suhu yang lebih sedikit atau dengan kata lain dapat menghemat energi untuk menurunkan suhu
sampai suhu optimum pertumbuhan bakteri yang digunakan.
2.
BAHAN DAN METODE
2.1.
Strain, media dan bahan untuk penelitian
Strain bakteri diisolasi dari sampel tanah yang terkontaminasi oleh minyak bumi di sekitar tambang
minyak bumi kecamatan Samboja, Kabupaten Kutai, Provinsi Kalimantan Timur.
Media yang digunakan untuk screening, isolasi dan pengujian adalah media MSSF (mineral salt
sulfur free) yang komposisinya adalah sebagai berikut: KH2PO4, Na2HPO4, NH4Cl, NaCl, MgCl2.6H2O,
CaCl2, FeCl3, CuCl2.2H2O, MnCl2.4H2O, glukosa, Aquades dan senyawa sulfur aromatik yang telah
terkonsentrasi (CA).
Bahan lainnya yang diperlukan adalah agarose, gliserol, Dibenzothiophene, n-tetradecane,
Aluminium oxide 90 active neutral, hexan, etanol, minyak bumi/kerosin/minyak diesel, glass wool, HCl,
NaOH dan yang lainnya.
2.2.
Alat
Peralatan yang digunkan adalah sebagai berikut: kolom gelas, pendingin balik, labu, “mantle
heater”, corong pemisah, timbangan analitik (Adventure Tm.Ohaus AR 2140), timbangan biasa (Explorer
677B8D77L7D>7?3D;B7@6;@9;@R>3?;@3DWAISRDAF3DKE:3=7DS $ B ?7F7D!EF7=:AFB>3F7
magnetic stirrer (Model HP-220), sentrifuge, vortex (Thermolyne), stop watch, penangas air (IP-selecta
6001237), colony counter (Galaxy 230), spektrofotometer (Turner SP-870), dan alat-alat gelas.
2.3.
Isolasi senyawa sulfur aromatik dari minyak bumi (CA)
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1939
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
tanah), menurut Schiller dan Mathiason (1977). Minyak tanah dilewatkan ke dalam kolom yang berisi
”hexane-treated Aluminium oxide 90 active neutral column”. Selanjutnya senyawa hidrokarbon alifatik
dicuci dengan hexan, kemudian dielusi dengan larutan etanol 96%. Eluen etanol yang mengandung sulfur
minyak bumi termasuk yang aromatik selanjutnya dipekatkan dengan cara dipanaskan pada pemanas
bermantel (Gunam et al., 2006; Gunam et al., 2013).
2.4. Isolasi strain bakteri dari sampel tanah
Sampel tanah yang terkontaminasi minyak bumi diambil dari beberapa lokasi (Kecamatan Samboja,
Kab. Kutai dan bekas tambang Mathilda di Balikpapan, Provinsi Kalimatan Timur). Sampel tanah
sebanyak 10 g dimasukkan ke dalam 90 ml larutan pengencer berupa larutan NaCl 0,85%, diportek dan
setelah didiamkan selama 20 menit kemudian supernatant sebanyak 1 ml diencerkan ke dalam 9 ml larutan
NaCl 0.85%, setelah diportek 0,1 ml dipindahkan ke dalam tabung reaksi yang berisi media MSSF-CA,
kemudian dinkubasi pada suhu kamar (37oC) selama 48 jam. Setelah tumbuh (ditandai dengan timbulnya
kekeruhan yang meningkat), kultur cair tersebut dipindahkan sebanyak 0.1 ml ke media agar (MSSF-CA)
dengan metode sebar dan diinkubasikan pada suhu 37 oC selama 2-4 hari. Setelah tumbuh, setiap koloni
K3@9EB7E;V=6;B;@63:=3@67@93@3?47@FG=F347>F347>6;=>3D;V=3E;=3@E7:;@993?7DGB3=3@EG3FGEGEG@3@GDGF3@63F363@6;93?43D=3@
63>3?47@FG=9D3V=G@FG==7?G6;3@6;;@F7DBD7F3E;=3@E7EG3;67@93@B7@93?3F3@K3@9363
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Isolasi dari Sampel Tanah
Kelima sampel tanah dari Sumatera Utara diperoleh 32 isolat, dari 32 isolat yang mempunyai
kemampuan tumbuh tinggi 17 isolat dengan OD660 di atas 0,5. Percobaan selanjutnya bertujuan untuk
mengetahui kemampuan pertumbuhan sel dalam media sistem dua fase (fase air: MSSF dan fase minyak:
minyak bumi yang mengandung sulfur tinggi, dengan perbandingan: 5:1). Percobaan ini dilakukan dengan
menanam kultur cair isolat yang telah berumur 4 hari (OD660 5) sebanyak 0.1 ml ke dalam tabung rekasi
1940 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
yang berisi 5 ml media MSSF dan 1 ml minyak bumi/model minyak bumi. Kemudian diinkubasi pada suhu
37oC selama 72 jam. Selama inkubasi dilakukan pengamatan terhadap tingkat kekeruhannya menggunakan
spektrofotometer pada panjang gelombang 660 nm (OD660). Data hasil pengamatan dapat dilihat pada
Tabel 1.
Tabel 1. Pertumbuhan isolat bakteri pendegradasi sulfur selama 72 jam inkubasi pada media MSSF yang
mengandung minyak/model minyak bersulfur tinggi
Isolat
OD660
Standar
deviasi
pH
Standar
deviasi
LSU01
LSU02
LSU03
LSU04
LSU07
LSU08
LSU09
LSU11
1.122
0.502
0.848
0.544
0.763
1.138
0.969
1.006
0.017
0.067
0.001
0.039
0.042
0.007
0.025
0.011
5.8
5.7
5.0
5.3
6.3
5.9
4.7
4.2
0.060
0.140
0.000
0.240
0.025
0.115
0.035
0.010
LSU13
0.631
0.016
6.2
0.025
LSU14
0.657
0.015
6.2
0.105
LSU15
1.053
0.043
4.7
0.075
LSU16
0.461
0.051
5.7
0.090
LSU17
0.807
0.028
4.7
0.125
LSU18
0.856
0.031
4.1
0.215
LSU20
0.952
0.102
5.1
0.060
LSU22
0.644
0.072
5.9
0.030
LSU23
0.793
0.034
5.0
0.095
Keterangan:
*)
OD diukur pada panjang gelombang 660 nm, suhu inkubasi 37oC, MSSF-medium 5 ml + 1 ml model
minyak (Senyawa DBT dalam n-tetradecane), digojog pada kecepatan 150 rpm
Isolat yang memiliki OD yang tinggi dari ke-17 isolat tersebut adalah isolat LSU01 (1.022),
LSU08 (1.138), LSU09 (0.969), LSU11 (1.006), LSU15 (1.053) dan LSU20 (0,952) serta isolat lainnya.
Namun demikian solat-isolat tersebut sangat perlu dilakukan pengujian lebih lanjut sampai diperoleh 2-3
isolat yang mempunyai kemampuan mendegradasi sulfur minyak bumi tertinggi baik berupa senyawa
dibenzothiopene (DBT) dalam pelarut tetradecane (TD) sebagai model minyak maupun dalam minyak
bumi yang mengandung berbagai jenis senyawa sulfur aromatik
Pengujian Pertumbuhan Bakteri pada Medium dengan dan tanpa sumber karbon
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1941
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Tabel 2. Tingkat pertumbuhan bakteri pendegrasi sulfur minyak bumi pada media tanpa glukosa sebagai
sumber karbon
MSSF-DBT dengan glukosa
Kode
isolat
Analisis
sebelum
inkubasi
MSSF-DBT tanpa glukosa
Analisis setelah
inkubasi
Analisis sebelum
inkubasi
Analisis setelah
inkubasi
OD660
pH
OD660
pH
OD660
pH
OD660
pH
Kontrol
0,153
6,60
0,166
6,56
0,072
6,59
0,074
6,60
LSU04
0,226
6,56
0,706
4,65
0,081
6,60
0,239
6,63
LSU07
0,272
6,60
0,628
4,41
0,112
6,61
0,276
6,62
LSU08
0,204
6,54
0,994
4,79
0,080
6,60
0,183
6,61
LSU09
0,249
6,59
0,800
4,24
0,093
6,56
0,176
6,61
LSU11
0,175
6,58
0,457
4,52
0,075
6,57
0,302
6,60
LSU15
0,178
6,58
0,789
5,90
0,076
6,57
0,223
6,62
LSU16
0,202
6,55
0,773
5,42
0,084
6,57
0,379
6,62
LSU20
0,186
6,54
0,789
4,19
0,082
6,56
0,241
6,64
LSU22
0,167
6,59
0,521
3,75
0,075
6,60
0,262
6,64
LSU23
0,165
6,56
0,642
4,21
0,074
6,56
0,489
6,58
*)
o
OD diukur pada panjang gelombang 660 nm, suhu inkubasi 37 C, MSSF-medium 5 ml + 1 ml model
minyak (Senyawa DBT dalam n-tetradecane), digojog pada kecepatan 150 rpm
3.3 Pengujian 6 terbaik berdasarkan tingkat degradasi DBT pada suhu inkubasi 45oC
Tabel 3. Tingkat degradasi DBT pada suhu 45oC selama 96 jam 150 rpm (6 isolat terbaik)
Kode
isolat
Analisis sebelum
inkubasi
Konsentrasi
OD660
pH
DBT (ppm)
Analisis setelah inkubasi
OD660
pH
Residu dibenzothiophene
(ppm)
Tingkat
degradasi
DBT (%)
Kontrol
0,166
6,70
200
0,186
6,70
LSU04
0,304
6,69
200
1,073
4,89
127,21
36,95
LSU08
0,251
6,69
200
1,103
4,35
137,41
31,29
LSU09
0,182
6,70
200
0,802
5,03
121,02
39,49
LSU15
0,233
6,68
200
1,120
4,88
117,98
41,01
LSU16
0,237
6,70
200
1,100
5,14
130,19
34,91
LSU20
0,248
6,67
200
1,137
5,15
57,47
71,21
*)
OD diukur pada panjang gelombang 660 nm, suhu inkubasi 37oC, MSSF-medium 5 ml + 1 ml model
minyak (Senyawa DBT dalam n-tetradecane), digojog pada kecepatan 150 rpm
Data pada Tabel 3, menunjukkan bahwa isolat LSU20 dapat mendesulfurisasi DBT tertinggi (71,21%)
pada suhu inkubasi 45oC selama 4 hari, 150 rpm. Disamping itu, isolat ini tidak dapat tumbuh dengan baik
apabila tidak menggunakan sumber karbon glukosa. Isolat LSU20 mempunyai kemampuan lebih tinggi
dalam mendesulfurisasi model minyak bumi atau minyak bumi pada suhu inkubasi 45oC. Gunam et al.
(2006) melaporkan bahwa bakteri pendegradasi sulfur aromatic minyak bumi yang tidak memanfaatkan
hidrokarbon sebagai sumber karbon untuk pertumbuhannya (tidak tumbuh dengan baik apabila medianya
tidak mengandung gulosa) akan tidak menurunkan energi total minyak bumi.
1942 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kesimpulan
Bakteri yang diisolasi dari tanah tercemar minyak bumi di Langkat Sumatera Utara mempunyai
kemampuan yang berbeda dalam mendegradasi dibenzothiophene dengan OD660 berkisar dari 0,599-1,137
dan tingkat degradasi berkisar dari 18,66-69,88%. Isolat LSU20 mempunyai kemampuan tertinggi dalam
mendegradasi 200 ppm dibenzothiophene dalam tetradecane yaitu sebesar 71,21% yang diinkubasi selama
96 jam pada suhu 45oC dengan digojog pada kecepatan 150 rpm.
Ucapan Terimakasih
Penelitian ini dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan
Nasional, dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Nomor : 239 10/UN14.2/
PNL.01.03.00/2014, tanggal 14 Mei 2014.
DAFTAR PUSTAKA
Guerinik, K. and Al-Mutawah, Q. (2003). Isolation and characterization of oil-desulphurizing bacteria.
World J. Microbiol. Biotechnol. 19: 941-945.
Gunam, I.B.W., Yaku, Y., Yamamura, K., Ishii, C., Tomita, F., Sone, T. and Asano, K. Biodesulfurization of
alkylated forms of dibenzothiophene and benzothiophene by Sphingomonas subarctica T7b. Annual
Meeting of Japan Society for Bioscience, Biotechnology and Agrochemistry. Sapporo (March 28-30,
2005).
Gunam, I.B.W., Yaku, Y., Hirano, M., Yamamura, K., Tomita, F., Sone, T. and Asano, K. (2006).
Biodesulfurization of alkylated forms of dibenzothiophene and benzothiophene by Sphingomonas
subarctica T7b. J. Biosci. Bioeng. 101, 322-327.
Gunam, I.B.W., M., Yamamura, K., Sujaya, I N., Antara, N.S., Aryanta, I W.R., Tomita, F., Sone, T. and
Asano, K. (2013). Biodesulfurization of dibenzothiophene and its derivatives using resting and
immobilized cells of Sphingomonas subarctica T7b. Journal of Microbiology and Biotechnology.
Vol. 23(4): 473–482
Hernández-Maldonado, A.J., and Yang, R.T. (2003). Desulfurization of commercial liquid fuels by selective
Ind. Eng. Chem. Res. 42: 3103-3110.
Kabe, T., Ishihara, A. and Tajima, H. (1992). Hydrodesulfurization of sulfur-containing polyaromatic
compounds in light oil. Ind. Eng. Chem. Res. 31: 1577-1580.
Li, F., Xu, P., Ma, C., Zheng, Y. and Qu, Y. (2005). Biodesulfurization of benzothiophene by a newly
isolated bacterium Mycobacterium sp. X7B. 36: 1174-1177.
Schiller, J.E. and Mathiason, D.R. (1977). Separation method for coal-derived solids and heavy liquids.
Anal. Chem. 49: 1225-1228.
Yu, B., P. Xu, Q. Shi, and C. Ma. (2006). Deep Desulfurization of Diesel Oil and Crude Oils by a Newly
Isolated Rhodococcus erythropolis Strain Applied And Environmental Microbiology, 72(1): 54–58
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1943