SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

1938 | Kuta, 29-30 Oktober 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)1Laboratorium Bioindustri dan Lingkungan, Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, 80361, Telp/Fax : 0361 7018012Laboratorium 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

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

menyebabkan masalah lingkungan yang serius seperti polusi udara dan hujan asam [Guerinik and Al-

Mutawah, 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.

SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1939

Kandungan sulfur minyak dapat diturunkan dengan cara konvensional yang salah satunya adalah

dengan proses hidrodesulfurisasi (HDS) menggunakan bahan kimia sebagai katalis. Proses ini sudah

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

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

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: KH2PO

4, Na

2HPO

4, NH

4Cl, NaCl, MgCl

2.6H

2O,

CaCl2, FeCl

3, CuCl

2.2H

2O, MnCl

2.4H

2O, 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

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)

SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

1940 | Kuta, 29-30 Oktober 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

yang baru. Satu koloni dari media agar cawan dipindahkan ke dalam tabung reaksi yang berisi media cair

MSSF, setelah 3-5 hari, 0.1 ml kultur cair dipindahkan sekali lagi ke media agar cawan untuk mendapatkan

isolat yang murni dan diinkubasikan pada kondisi yang sama. Setiap cawan diambil masing-masing 2

koloni dan dipindahkan ke dalam 2 tabung reaksi yang berisi media cair. Setelah tumbuh, 1 ml diambil

dan dimasukkan ke dalam tabung kecil berulir yang telah berisi 1 ml gliserol 40% untuk disimpan sebagai

kultur stok.

2.5. Uji aktivitas isolat dalam media yang mengandung minyak bersulfur tinggi.

Seluruh isolat yang diperoleh diuji aktivitas pertumbuhannya/desulfurisasinya menggunakan sistem

dua phase, yaitu 1 ml fase minyak (kerosin/minyak tanah) dan 5 ml fase air (medium MSSF). Strain yang

mempunyai aktivitas tinggi (yang ditunjukkan oleh kecepatan pertumbuhannya) dan dapat beraktivitas

pada suhu lebih tinggi dipilih untuk penelitian selanjutnya.

2.6. Prosedur Analisis

Pemurnian senyawa sulfur aromatik (CA) dari minyak bumi (Schiller and Mathiason, 1977).

Pengukuran pertumbuhan bakteri dengan spektrofotometer (Gunam et al., 2005). Pengukuran residu DBT

dan derivatnya (analisis GC) (Gunam et al., 2006; Hernández-Maldonado and Yang, 2003; Li et al., 2005;

Yu et al., 2006).

2.7. Analisa Data

Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan metode deskriptif. Data hasil penelitian disusun

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

SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1941

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

Standardeviasi

pHStandardeviasi

LSU01 1.122 0.017 5.8 0.060

LSU02 0.502 0.067 5.7 0.140

LSU03 0.848 0.001 5.0 0.000

LSU04 0.544 0.039 5.3 0.240

LSU07 0.763 0.042 6.3 0.025

LSU08 1.138 0.007 5.9 0.115

LSU09 0.969 0.025 4.7 0.035

LSU11 1.006 0.011 4.2 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 0.095Keterangan:*) 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

SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

1942 | Kuta, 29-30 Oktober 2015

Tabel 2. Tingkat pertumbuhan bakteri pendegrasi sulfur minyak bumi pada media tanpa glukosa sebagai

sumber karbon

MSSF-DBT dengan glukosa MSSF-DBT tanpa glukosa

Kodeisolat

Analisissebeluminkubasi

Analisis setelahinkubasi

Analisis sebeluminkubasi

Analisis setelahinkubasi

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*) 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

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)

Kodeisolat

Analisis sebeluminkubasi

Analisis setelah inkubasi

OD660

pHKonsentrasiDBT (ppm)

OD660

pHResidu dibenzothiophene

(ppm)

TingkatdegradasiDBT (%)

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.

SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1943

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