i

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

1111205013

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

ii

Muhammad Iqbal (1111205013). 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 37oC, pH

media awal 7 dan sumber karbon glukosa, pertumbuhan bakteri LSU20 0,906

(OD660nm) dan mendesulfurisasi 200 ppm DBT dalam 1 mL TD sebesar 76,9%.

Kata kunci: LSU20, dibenzotiofena, tetradekana, biodesulfurisasi.

iii

Muhammad Iqbal (1111205013). 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 37oC, pH medium 7 and

carbon source glucose, the growth cell of Pseudomonas sp. strain LSU20 showed

at 0,906 (OD660nm) and desulfurited 200 ppm DBT in TD with rate 76,9%.

Keywords: LSU20, dibenzothiophene, n-tetradecane, desulfurization.

iv

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

v

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

(±30oC), digojog menggunakan shaker dengan kecepatan gojog 150 rpm, lalu

vi

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 (OD660nm).

vii

Skripsi ini telah mendapat persetujuan pembimbing

Pembimbing I

Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D.

NIP. 19630424 198903 1 003

Pembimbing II

I Wayan Arnata, STP., M.Si.

NIP. 19780620 200501 1 002

Mengesahkan,

Dekan Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas Udayana

Dr. Ir. I Dewa Gede Mayun Permana, MS.

NIP. 19591107 198603 1 004

Tanggal lulus....................................

viii

RIWAYAT HIDUP

Muhammad Iqbal dilahirkan di Kelurahan Kampung Baru, Kecamatan

Medan Maimun, Kota Medan, Sumatera Utara pada 18 Februari 1993. 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 2005. Penulis melanjutkan

pendidikan di SMP Swasta Harapan Mandiri tahun 2005 dan lulus pada tahun

2008. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan ke SMAN 2 Medan dan lulus

pada tahun 2011. 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.

ix

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

x

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.

xi

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

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN PERSYARATAN . ............................................................................ i

ABSTRAK . ............................................................................................................ ii

ABSTRACT . .......................................................................................................... iii

RINGKASAN . ....................................................................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN . ............................................................................... vii

RIWAYAT HIDUP . ............................................................................................... viii

KATA PENGANTAR . .......................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL .................................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xvi

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xvii

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ................................................................................................ 1

1.2. Rumusan Masalah ........................................................................................... 5

1.3. Hipotesis .......................................................................................................... 5

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 5

1.5. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 6

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Bahan Bakar Fosil dan Polusi Udara .............................................................. 7

2.2. Senyawa Sulfur pada Minyak Bumi ............................................................... 9

2.3. Penurunan Kandungan Sulfur ......................................................................... 11

xiii

2.3.1. Hidrodesulfurisasi ................................................................................. 11

2.3.2. Biodesulfurisasi ..................................................................................... 13

2.4. Isolasi Bakteri Pendegradasi Sulfur dari Tanah Tercemar Langkat, Sumatera

Utara ............................................................................................................... 15

2.5. Pertumbuhan Bakteri (Growth Cells)................................................................ 16

2.5.1. Suhu ....................................................................................................... 18

2.5.2. Derajat keasaman (pH) ........................................................................... 19

2.5.3. Sumber Karbon (Cx) ............................................................................... 20

2.5.3.1. Glukosa ..................................................................................... 21

2.5.3.2. Sukrosa ..................................................................................... 22

2.5.3.3. Gliserol ..................................................................................... 23

2.5.3.4. Asam sitrat ................................................................................ 24

III. METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian.......................................................................... 26

3.2. Alat dan Bahan Penelitian .............................................................................. 26

3.2.1. Alat ........................................................................................................ 26

3.2.2. Bahan..................................................................................................... 26

3.2.2.1. Strain bakteri dan media........................................................... 26

3.2.2.2. Bahan lainya ............................................................................. 27

3.3. Pelaksanaan Penelitian ................................................................................... 27

3.3.1. Pembuatan media selektif MSSF .......................................................... 27

3.3.2. Persiapan kultur kerja ............................................................................ 28

3.3.3. Penentuan kondisi pertumbuhan .......................................................... 28

3.4. Variabel yang Diamati ................................................................................... 32

3.4.1. Pengukuran Optical Density (OD660nm) ................................................. 32

xiv

3.4.2. Pengukuran derajat keasaman (pH) ...................................................... 32

3.4.3. Pengukuran kadar DBT ......................................................................... 33

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Penentuan Suhu Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain LSU20 ...... 34

4.2. Penentuan pH Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ........... 37

4.3. Penentuan Sumber Karbon Kondisi Pertumbuhan Pseudomonas sp. Strain

LSU20 .............................................................................................................. 39

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ..................................................................................................... 42

5.2. Saran ................................................................................................................ 42

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 43

LAMPIRAN ............................................................................................................ 49

xv

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

2.1 Hasil akhir dari Hidroproses selama pengilangan minyak ........................... 12

2.2 pH minimum, optimal dan maksimum untuk pertumbuhan beberapa

spesies bakteri ............................................................................................. 20

4.1 Pertumbuhan, pH, dan degradasi DBT Pseudomonas sp. strain LSU20

pada suhu inkubasi berbeda ......................................................................... 34

4.2 Pertumbuhan, pH akhir setelah inkubasi, dan degradasi DBT oleh

Pseudomonas sp. Strain LSU20 dengan berbagai pH awal media

pertumbuhan. ................................................................................................ 37

4.3 Pertumbuhan, pH akhir setelah inkubasi, dan degradasi DBT oleh

Pseudomonas sp. Strain LSU20 dengan berbagai sumber karbon media

pertumbuhan. ................................................................................................ 40

xvi

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

2.1 Sumber polusi udara (Anonim, 2011) ........................................................... 9

2.2 Struktur kimia dari sulfur yang terkandung di minyak bumi (Karim et al.,

2010) ............................................................................................................. 11

2.3 Tipe sulfur yang mengandung komponen organic (Prayuenyong, 2002) .... 11

2.4 Reaksi hidrodesulfurisasi dari beberapa tipe komponen sulfur pada minyak

bumi (Speight, 2008) ...................................................................................... 13

2.5 Skema biodesulfurisasi dari degradasi DBT secara oksidasi (Monticello,

2000) ............................................................................................................. 15

2.6 Kurva pertumbuhan bakteri (Black, 2012) .................................................... 17

2.7 Tingkat pertumbuhan yang berbeda dari berbagai tipe mikroorganisme pada

rangsangan temperatur (Funke et al, 2013) ................................................... 19

2.8 Rantai hidrokarbon glukosa dan fruktosa (Anonim, 2015) ............................ 22

2.9 Rumus molekul pembentuk sukrosa (Anonim, 2015) .................................. 23

2.10 Struktur kimia dari gliserol pada Trigelyceride (Labarge, 2008) .................. 24

2.11 Struktur kimia asam sitrat (Anonim, 2015).................................................... 25

3.1 Diagram alir persiapan kultur kerja................................................................ 28

3.2 Diagram alir penentuan suhu pertumbuhan ................................................... 29

3.3 Diagram alir penentuan pH media awal pertumbuhan ................................... 30

3.4 Diagram alir penentuan sumber karbon pertumbuhan ................................... 31

4.1 Pengaruh variasi suhu terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi

Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi ............................... 36

4.2 Pengaruh variasi pH terhadap aktivitas pertumbuhan dan desulfurisasi

Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi ............................... 39

4.3 Pengaruh variasi Sumber karbon terhadap aktivitas pertumbuhan dan

desulfurisasi Pseudomonas sp. strain LSU20 selama 96 jam Inkubasi ......... 40

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul Halaman

1. Tahap preparasi kultur kerja......................................................................... 49

2. Penentuan suhu kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ...... 50

3. Penentuan pH kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp. strain LSU20 ......... 51

4. Penentuan sumber karbon kondisi pertumbuhan Pseudomonas sp.

strain LSU20 ................................................................................................ 52

5. Hasil inkubasi 96 jam pada variasi pH media awal dan sumber karbon ..... 53

6. Tabel luas are standar dibenzotiofena dan grafik persamaan linier ............ 54

7. Tabel data hasil pengamatan pengujian dengan variasi suhu, pH media

awal, dan sumber karbon ............................................................................ 55

8. Cromatogram hasil pengamatan .................................................................. 57

8a. Kromatrogram Standart DBT 200 ppm ....................................................... 57

8b. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan suhu 37ºC ...................... 58

8c. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan pH 7 .............................. 59

8d. Kromatrogram hasil pengamatan pada perlakuan glukosa .......................... 60