5

PROPOSAL PEMINJAMAN LABORATORIUM

PENGARUH pH DAN WAKTU PROSES OZONASI TERHADAP LIMBAH BIODIESEL SEBAGAI SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BIOSURFAKTAN OLEH Pseudomonas aeruginosa

Peneliti:Nafian Awaludin

Dosen Pembimbing:Prof. Dr. Ing-. Ir. Misri Gozan, M. Tech.

FAKULTAS TEKNIKPROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSESDEPOK 2014

I. JUDUL PENELITIANPengaruh pH dan Waktu Proses Ozonasi Terhadap Limbah Biodiesel sebagai Substrat untuk Produksi Biosurfaktan oleh Pseudomonas aeruginosa.

II. LATAR BELAKANGSaat ini cadangan minyak bumi di berbagai Negara terus mengalami penurunan dikarenakan usia sumur yang sudah tua. Untuk mengatasi hal tersebut, terdapat teknologi yang digunakan dalam upaya peningkatan perolehan minyak bumi atau yang sering dikenal dengan Enhanced Oil Recovery (EOR). Teknologi EOR (Enhanced Oil Recovery) merupakan salah satu metode yang populer di dalam industri minyak sekarang ini. Teknologi ini dilakukan dengan menginjeksikan suatu material ke dalam reservoir. Enhanced Oil recovery ini dapat meningkatkan perolehan minyak sebesar 40-45% (Sen, 2008). Dewasa ini perkembangan teknologi EOR mengarah kepada bioteknologi yang lebih ramah lingkungan dengan biaya yang lebih rendah atau yang sering disebut dengan teknologi Microbial Enhanced Oil Recovery (MEOR) (Bordoloi & Konwar, 2008).Didalam teknologi MEOR, terdapat beberapa teknik penginjeksian, namun injeksi biosurfaktan merupakan teknik yang paling efektif. Rhamnolipid merupakan surfaktan yang diproduksi dari mikroorganisme dari Pseudomonas aeroginosa, yang bekerja menurunkan tegangan antar muka antara minyak bumi dengan air serta dapat memobilisasi minyak yang terjebak pada bebatuan dengan meningkatkan jumlah kapiler (Sen, 2008). Dalam produksi biosurfaktan terdapat permasalahan, yakni substratnya yang mahal. Namun hal ini dapat diminimalisasi dengan penggunaan limbah dalam produksinya (Silva, Farias, Rufino, Luna, & Sarubbo, 2010). Dalam hal ini, gliserol dari limbah produksi biodiesel berbasis kelapa sawit dapat menjadi salah satu solusi dalam pemilihan substrat sumber karbonnya.Gliserol limbah biodiesel memiliki tingkat kemurnian dan konsentrasi yang rendah. Limbah biodiesel terdiri dari campuran metanol, sabun, gliserin dan ester metil yang terlarut (Fatimah, 2012). Gliserol limbah biodiesel tersebut memiliki struktur senyawa yang sangat kompleks karena belum murni sehingga untuk meningkatkan efisiensi dalam meningkatkan aktivitas biosurfkatan perlu dilakukan penyerderhanaan struktur mengurangi kestabilan struktur senyawanya. Salah satu metode penyederhanaannya dapat dilakukan dengan proses oksidasi seperti metode ozonasi (Fami, 2012). Berrdasarkan penelitian sebelumnya (Izzah, dkk 2013), metode ozonasi telah berhasil meningkatkan aktivitas biosurfaktan dan telah berhasil mengubah karakteristik dari crude gliserin menjadi senyawa yang lebih sederhana. Proses ozonasi ini telah berhasil menghilangkan senyawa aromatik yang sukar dicerna oleh bakteri. Namun proses ozonasi tersebut belum maksimal karena senyawa-senyawa organik yang terdapat pada limbah biodiesel masih memiliki rantai yang panjang. Hal ini membuat proses konversi biosurfaktan oleh bakteri masih kurang optimal. Pada penelitian yang dilakukan oleh Zhang, et al., (2013) di Cina mengatakan bahwa dengan pengaruh pH dapat meningkatkan terbentuknya senyawa radikal (OH) yang dapat menyerang dan memutus rantai-rantai karbon panjang senyawa organik.Berdasarkan paparan tersebut maka penelitian ini akan dilakukan untuk mengetahui pengaruh pH dalam proses ozonasi untuk meningkatkan aktivitas biosurfaktan dalam menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka. Keberhasilan dari penelitian ini ditunjukan dengan perubahan karakteristik sampel yaitu perubahan komposisi senyawa organik yang terdapat dalam gliserol sebelum dan sesudah diozonasi dengan pengaruh pH dan lama waktu ozonasi yang akan dianalisis dengan mengunakan metode HPLC. Parameter keberhasilan lainnya dapat dilihat dari jumlah konsentrasi gliserol yang paling tinggi dan senyawa pengotor yang lainnya memiliki konsentrasi yang rendah serta menurunya nilai tegangan permukaan dan tegangan antar muka ketika diaplikasikan ke dalam sampel crude oil untuk aktifitas biosurfaktan yang terbentuk.

III. TUJUAN PEMINJAMAN LABORATORIUMTujuan dari proposal ini adalah sebagai awal dalam melakukan penelitian dalam preparasi gliserol dari limbah biodiesel untuk dijadikan substrat yang optimal dalam proses pembuatan biosurfaktan. Upaya ini dilakukan untuk memperoleh lokasi serta fasilitas yang baik agar penelitian berjalan dengan lancer dan dapat diselesaikan dengan tepat waktu yang ditargetkan.

IV. WAKTU DAN TEMPATTempat : Laboraturium Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia, DepokWaktu : Agustus Oktober 2014V. METODE PENELITIANPada penelitian ini terdapat 3 prosedur utama. Prosedur pertama adalah proses preparasi substrat gliserol dari limbah biodiesel, kemudian proses fermentasi untuk memproduksi biosurfaktan oleh Pseudomonas aeruginosa, dan terakhir uji aktivitas biosurfaktan. Beberapa variabel yang terlibat dalam penelitian ini antara lain sebagai berikut :1. Variabel Tetap Variabel tetap adalah variabel yang dijaga nilainya agar konstan. Dalam hal ini yang mnjadi variabel tetap adalah temperature fermentasi dam kecepatan shacking. 2. Variabel BebasVariabel bebas adalah variabel yang diatur nilainya pada harga tertentu. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah nilai pH limbah biodiesel pada saat proses ozonasi dan juga lama waktu ozonasi. 3. Variabel TerikatVariabel terikat adalah nilai variabel yang nilainya bergantung pada nilai variabel bebas dan variabel tetap. Dalam penelitian ini adalah nilai konsentrasi dari glisrol yang paling optimum.

Berikut adalah bagan penelitian yang akan dilakukan di laboratorium lantai 4 DTK: Persiapan Alat dan BahanPreparasi Limbah Biodiesel Variasi pH OzonasiKonsentrasi gliserol tertinggiVariasi Waktu OzonasiGliserol OptimumAnalisis HPLCAnalisis HPLC

Gambar 1. Alur Penelitian yang Akan Dilakukan

V.1. ALAT DAN BAHAN PENELITIANTabel 1. Nama Alat yang Digunakan Preparasi Limbah Biodiesel

1Autoclave Menyeterilkan limbah biodiesel

2Botol SchootTempat sampel limbah

3Botol semprotwadah alkohol

4Bulb Mengambil larutan yang dipasang pada pipet volume

5BuretTitrasi uji dosis ozon

6Erlenmayer 250 mLTitrasi uji dosis ozon

7Hot Plate stirrerPenghomogen

8Kasa, Alumunium foil dan kertasPenutup

9OvenPemanas limbah biodiesel

10OzonatorAlat yang digunakan untuk ozonasi

11pH meter Pengukur pH limbah biodiesel

12pipet volume Mengambil larutan cair dengan volume kecil

13Reaktor OzonasiTempat limbah biodiesel diozonasi

14Selang ozonator tempat aliran gas ozon

15StatipPenopang Biuret

16HPLCAlat penguji struktur limbah biodiesel

Tabel 2. Nama Bahan yang Digunakan NoBahanKegunaan

Preparasi Limbah Biodiesel

1Limbah biodieselSumber karbon

2HNO3Pembuat Asam pada limbah biodiesel

3NaOHPenbuat basa pada limbah biodiesel

4KIUji dosis ozon

5Na-thiosulfatTitrasi uji dosis ozon

6Alkohol Steril alat dan tempat kerja

7AquadestPencuci pH meter

V.2. PROSEDUR PENELITIAN5.2.1. Aktivasi dan Kultivasi Bakteri Setiap bakteri yang akan digunakan harus dilakukan aktivasi terlebih dahulu dengan tujuan untuk mendapatkan bakteri yang aktif. Hal ini dikarenakan sebelumnya bakteri tersebut berada dalam keadaan tidak aktif (dorman) dalam media agar miring di lemari pendigin. Penyegaran isolat bakteri dilakukan pada media NB. Sebanyak 100 mL NB dimasukkan ke dalam erlenmayer 250 mL, disterilkan dalam autoklaf selama 15 menit, dan didinginkan. Setelah dingin, pemindahan bakteri dilakukan dari media agar miring dengan menggunakan jarum ose secara aseptic. Kultur dikocok di dalam shaker incubator selama 48 jam pada suhu ruang dengan kecepatan 150 rpm. Bakteri yang tumbuh ditandai dengan kekeruhan dari media cair yang nanti selanjutnya akan dikultivasi. Sebelum dikultivasi, perlu dilakukan uji TPC terlebih dahulu dengan menggunakan Pseudomonas aeruginosa agar untuk memastikan bahwa isolat yang tumbuh adalah isolat murni dari Pseudomonas aeruginosa saja. Jika memang sudah menunjukkan kultur murni maka isolat dapat dikultivasi lebih lanjut. Kultivasi bakteri ini bertujuan untuk membiasakan bakteri hidup dalam media cair dan nantinya akan digunakan sebagai kultur induk (culture stock) untuk adaptasi dan fermentasi. Kultivasi dilakukan dengan menggabungkan 5-10% (v/v) kultur yang telah diaktivasi ke dalam campuran 50 mL NB (Nutrient Broth) dan 50 mL garam mineral MSM (Mineral salt Medium) pada erlenmayer 250 mL selanjutnya di inkubasi pada shaker incubator dengan suhu 30oC selama 48 jam dan kecepatan 150 rpm. Sebelum memasukkan kultur ke tahap adaptasi perlu dilakukan uji kepadatan koloni terlebih dahulu, koloni yang siap untuk dimasukkan ke tahap selanjutnya adalah koloni yang sudah mencapai 107.

5.2.2. Preparasi Limbah Biodiesel dengan Ozonasi Limbah biodiesel yang kandungannya terdiri dari gliserol, asam lemak jenuh, asam lemak tak jenuh, dan metil ester terlarut memiliki tingkat viskositas yang tinggi dan padat pada suhu ruang, sehingga perlu dipanaskan di dalam oven atau di atas hotplate terlebih dahulu hingga cair. Jika sudah mencair, maka selanjutnya adalah pengecekan pH. Selanjutnya memasukkan sekitar 100 mL ke dalam reaktor ozonasi dan ditutup rapat dengan kapas yang dilapisi alumunium foil. Setelah gliserol sudah tertutup rapat, langkah selanjutnya adalah sterilisasi dengan menggunakan autoclave dengan suhu 121 oC dan tekanan 1 atm selama 15 menit. Setelah limbah biodiesel siap, maka dilakukan penyesuaian pH, yakni dimulai dari pH 3, 4, dan 5 setelah itu dilakukan proses ozonasi selama 30 menit. Kemudian dari sampel tersebut dianalisis menggunakan HPLC untuk memperoleh pH yang optimum. Setelah mendapatkan pH yang optimum, maka penelitian dilanjutkan dengan memberi perlakuan terhadap lama waktu ozonasi, yakni dimulai dari 15 menit, 30 menit, 45 menit, dan 60 menit. Setelah itu, para sampel yang diperoleh kemudian dianalisis lagi dengan HPLC. Sehingga mendapatkan gliserol yang paling optimum.

5.2.3. Fermentasi Produksi BiosurfaktanFermentasi dilakukan dengan sistem batch dalam fermentor berkapasitas 1L untuk volume kerja 650 mL. Prosesnya dapat dilihat pada Gambar 3.4 dengan menggabungkan medium MSM 650 mL, inokulasi bakteri 10% (v/v), crude gliserol 3% (v/v), dan NaNO3 0.6% sebagai sumber nutrisi nitrogen. Fermentasi dilakukan selama 12 hari yang dikocok pada inkubator shaker 150 rpm dengan suhu ruang. Kultur sampel diambil tiap 24 jam dan digunakan untuk uji IFT, SFT, TPC, dan Konsentrasi rhamnolipid.

VI. ANALISIS BAHAYA DAN RESIKO1. OzonGolongangas

DeskripsiGas yang memiliki bau yang menyengat

Titik didih-112 oC

Titik lebur-192.2 oC

Massa jenis2.144 mg/cm3

pHNA

Peringkat NFPA

Kesehatan1

Kebakaran1

Reaktivitas0

Potensi bahayaDapat menyebabkan iritasi pada saluran pernapasan, batuk, sakit kepala, tarikan napas yang pendek juga iritasi pada mata

2. Limbah Biodiesel Golongancairan

DeskripsiBerbentuk padatan apabila dalam suhu ruang, berwarna putih agak kecoklat-coklatan

Titik didih290 oC

Titik lebur18.20oC

Massa jenis1.261 g/cm3

pHNA

Peringkat NFPA

Kesehatan4

Kebakaran0

Reaktivitas4

Potensi bahayaDapat terbakar apabila melebihi titik didihnya.

3. HNO3Golonganpadat

DeskripsiSenyawa yang tidak berwarna, cenderung berwarna kuning jika senyawa tsb sudah lama.

Titik didih83 oC

Titik lebur-14 oC

Massa jenis1.5129 g/cm3

pH1.4

Peringkat NFPA

Kesehatan4

Kebakaran0

Reaktivitas0

Potensi bahayaSenyawa yang sangat korosif

4. NaOHGolonganpadat

DeskripsiSenyawa yang berwarna putih seperti lilin, berbentuk Kristal, tidak berbau

Titik didih1,388 oC

Titik lebur318 oC

Massa jenis2.13 g/cm3

pH13

Peringkat NFPA

Kesehatan3

Kebakaran0

Reaktivitas1

Potensi bahayaSenyawa yang korosif

5. KIGolonganpadat

DeskripsiSenyawa yang berwarna putih seperti garam

Titik didih1,330 oC

Titik lebur681 oC

Massa jenis3.123 g/cm3

pH13

Peringkat NFPA

Kesehatan1

Kebakaran0

Reaktivitas0

Potensi bahayaMenyebabkan iritasi pada mata, kulit dan saluran pernapasan

6. Na-thiosulfat Golonganpadat

DeskripsiSenyawa yang tidak berwarna berbetuk kristal

Titik didih100 oC

Titik lebur48.3 oC

Massa jenis3.123 g/cm3

pH13

Peringkat NFPA

Kesehatan1

Kebakaran0

Reaktivitas0

Potensi bahayaMenyebabkan iritasi pada mata, kulit dan saluran pernapasan

7. Methanol Golongancair

DeskripsiCairan bening

Titik didih64.7 oC

Titik lebur-97.6 oC

Massa jenis0.7918 g/cm3

pH15.5

Peringkat NFPA

Kesehatan1

Kebakaran3

Reaktivitas0

Potensi bahayaBerbahaya dalam kasus kontak kulit (iritan), kontak mata (iritan). Sedikit berbahaya dalam kasus kontak kulit , menelan. Non-korosif untuk kulit, paru-paru.

VII. LIMBAH Limbah yang dihasilkan dari penelitian ini adalah limbah cair. Limbah cair ini berasal dari sisa fermentasi dan juga sisa limbah biodiesel (gliersol) yang tidak terpakai. Limbah ini tergolong limbah organik yang tidak berbahaya, namun harus ditempatkan/dibuang ditempat yang telah disediakan.

VIII. PENUTUPDemikian adalah proposal peminjaman laboratorium untuk penelitian ini. Saya juga menyatakan bahwa saya telah membaca, mengetahui, dan memahami serta akan menjalankan aturan keselamatan kerja di Laboratorium, serta tata tertib penelitian yang ada di Labaoratorium DTK-FTUI.

Depok, 20 Agustus 2014Pemohon,

Nafian AwaludinNPM. 1006686654

Mengetahui dan menyetujui,Pembimbing Penelitian

Prof. Dr. Ing. Ir. Misri Gozan, M. Tech.NIP. 196809221994031001

Kepala Laboratorium Bioproses

Dr. Tania Surya Utami, S.T., M.T.NIP. 197405121998022001

IX. DAFTAR PUSTAKABordoloi, N., & Konwar, B. (2008). Microbial surfactant-enhanced mineral oil recovery under laboratory conditions. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 63, 7382.Fatimah, Izzah. N. (2013). Biosurfaktan dari Ozonasi Limbah Biodiesel Menggunakan Pseudomonas aeruginosa Untuk Peningkatan Perolehan Minyak Bumi.. Depok: Universitas Indonesia.Giancoli, D. C. (2001). Fisika Jilid I (terjemahan). Jakarta: Erlangga.Henkel, M., Mllera, M. M., Kglera, J. H., Lovagliob, R. B., Contierob, J., Syldatka, C., et al. (2012). Rhamnolipids as biosurfactants from renewable resources: Concepts for next-generation rhamnolipid production. Process Biochemistry, 13.Saharan, B., Sahu, R., & Sharma, D. (2011). A Review on Biosurfactants: Fermentation, Current Developments and Perspectives. Genetic Engineering and Biotechnology Journal, Vol. 2011: GEBJ-29.Sen, R. (2008). Biotechnology in petroleum recovery: The microbial EOR. Progress in Energy and Combustion Science, 34, 714 724.Silva, S., Farias, C., Rufino, R., Luna, J., & Sarubbo, L. (2010). Glycerol as substrate for the production of biosurfactant by Pseudomonas aeruginosa UCP0992. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 79, 174-183.Usharani, T. P. (2009). Comparative Study for Biosurfactant Production by Using Bacillus subtilis and Pseudomonas aeruginosa. Botany Research International, 4, 284-287.Wang, Q., Fang, X., Bai, B., Liang, X., Shuler, P. J., III, W. A., et al. (2007). Engineering Bacteria for Production of Rhamnolipid as an Agent for Enhanced Oil Recovery. Biothecnology and Bioengineering, 842-853.Zhang, S., Wang, D., Zhang, S., Zhang, X., & Fan, P. (2013). Ozonation and carbon-assisted ozonation of metylene blue as model compound: Effect of solution pH. Procedia Environmental 18, 493-502.Mulaiawati, D. I. (2006). Sintesis Biosurfkatan dengan Menggunakan Minyak Kedelai sebagai Sumber Karbon Tambahan secara Biotransformasi oleh Pseudomonas aeruginosa.osaric, N. (1992). Biosurfactants in Industry. Pure & Application Chemcical, 1731-1737.Kosaric, N. (2001). Biosurfactants and Their Application for Soil Bioremediation. Food Technol. Biotechnol. 39 , 295-304.Aziz, I., Nurbayati, S., & Luthfiana, F. (2008). Pemurnian Gliserol dari Hasil Samping Pembuatan Biodiesel Menggunakan Bahan Baku Minyak Goreng Bekas. 155-160.Banat, J. D. (1997). Microbial production of surfactants and their commercial potential. Microbiol. Mol. Biol. Rev.Cameotra, R. S. (1999). Biosurfactant Production by Microorganisms on Unconventional Carbon Sources. Journal of Surfactants and Detergents.Ezeanya, C. C. (2010). Microbial Enhanched Oil Recovery. Pereira, A.G., et al.,2013. Optimization of biosurfatctant production using waste from biodiesel industry in a new membrane assisted bioreactor.Process Biochemistry48. 1271-1278.Lakey LW, Mines Jr. RO, McCrenor PT. Ozonation of acid yellow 17 dye in a semi-batch bubble column. J. Hazard. Mater.2006;137:1664-1673

UNIVERSITAS INDONESIA