analisis kualitas gas metana dan jumlah bakteri anaerob pada

Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
ANALISIS KUALITAS GAS METANA DAN JUMLAH BAKTERI
ANAEROB PADA PROSES PEMBENTUKAN BIOGAS DARI FESES
SAPI POTONG DARI FESES SAPI POTONG DALAM TABUNG
HUNGATE
ANALYSIS OF METHANE GAS QUALITY AND QUANTITY
ANAEROBIC BACTERIA IN THE PROCESS OF FORMATION OF
BIOGAS FROM CATTLE FECES IN HUNGATE TUBE
Sofa Marwah*, Ellin Harlia**, Wowon Juanda**
Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran
Jalan Raya Bandung Sumedang KM 21 Sumedang 45363
*Alumni Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran
** Staff Pengajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran
e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Penelitian tentang Analisis Kualitas Gas Metana dan Jumlah Bakteri Anaerob pada
Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong dalam Tabung Hungate telah
dilaksanakan pada bulan Maret – Mei 2016 di Laboratorium Mikrobiologi dan Penanganan
Limbah Peternakan Fakultas Peternakan Unversitas Padjadjaran, Pusat Riset Instituti
Nanoteknologi Graphene LPPM Unversitas Padjadjaran. Penelitian bertujuan untuk
mengetahui kualitas gas metana yang terbentuk dan jumlah bakteri anerob yang terdapat pada
proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate. Penelitian ini
menggunakan metode eksploratif. Pengambilan sampel berasal dari peternakan rakyat daerah
Jatinangor, Sumedang. Penelitian ini menggunakan 3 pengenceran dengan 3 kali pengulangan
yang ditanam pada media NA (media minimalis) dan media RGCA (media diperkaya) serta
diamati pada hari ke-2, 5, 10 dan 14 sehingga untuk menganalisis data menggunakan analisis
data sederhana. Hasil penelitian menunjukan bahwa jumlah bakteri anaerob yang terbentuk
pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate pada media
NA (50,00 cfu/ml), pada media RGCA (70,00 cfu/ml), sedangkan kualitas gas metana yang
terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate pada
media NA (0,023 %), pada media RGCA (0,009%)
Kata kunci : Bakteri Anaerob, Biogas, Feses Sapi Potong, Gas Metana.
ABSTRACT
Research on Analysis of Methane Gas Quality and Quantity of Anaerobic Bacteria in
the Process of Biogas Forming from Cattle Feces in Hungate Tube was carried out during
March - May 2016 in the Laboratory of Microbiology and the Assesment of Livestock Waste
the Faculty of Animal Husbandry Padjadjaran University, Research Center of
Nanotechnology Graphene Institute LPPM Padjadjaran University. The research aims to
determine the quality of the methane gas that is formed and the number of anaerobic bacteria
contained in the formation of biogas from cattle feces in Hungate tube. This research uses the
exploratory method. The sampling comes from local farms in the area Jatinangor, Sumedang.
This research uses three dilutions with three repetitions were planted in NA media
(minimalist media) and media RGCA (enriched media) and observed on days 2, 5, 10 and 14
Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
so as to analyze the data using simple data analysis. The results showed that the number of
anaerobic bacteria that forms on the process of formation of biogas from cattle feces in
Hungate tubes on NA media (50,00 cfu / ml), on the RGCA media (70.00 cfu / ml), whereas
quality of methane gas formed in the process of formation of biogas from cattle feces in
Hungate tubes on NA media (0.023%) , on the RGCA media (0.009%)
Key words : Anaerobic Bacteria, Biogas, Cattle Feces, Methane Gas.
Pendahuluan
Populasi sapi potong di Indonesia berjumlah 15.494.288 ekor. (Direktorat Jenderal
Peternakan dan Kesehatan Hewan, 2015). Sedangkan produksi feses sapi potong sekitar 7-8%
dari bobot badan per-hari, rata-rata bobot badan sapi potong di Indonesia 300 kg, dengan
asumsi ini maka produksi feses sapi potong di Indonesia adalah sekitar 387.257,2 ton perhari.
Feses apabila ditumpuk dan didiamkan dalam jumlah besar dan waktu tertentu akan
terjadi proses degradasi anaerobik yang melibatkan bakteri-bakteri anaerob dan salah satunya
adalah bakteri methanogen. Proses tersebut terjadi secara alami dan akan menghasilkan gasgas berupa karbondioksida, hidrogen, nitrogen, sulfida, oksigen dan metana. Energi yang
terkandung dalam biogas tergantung pada konsentrasi metana (CH4). Kandungan metana
yang semakin tinggi akan menyebabkan semakin tinggi pula kandungan energi pada biogas,
begitu pula sebaliknya. Beberapa bakteri yang terlibat adalah Bacteroides, Clostridium
butyrinum, Escherichia coli, Methanobacterium dan Methanobacillus.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Mengetahui jumlah bakteri anaerob yang terdapat pada proses pembentukan biogas
dari feses sapi potong dalam tabung hungate.
2. Mengetahui kualitas gas metana yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari
feses sapi potong dalam tabung hungate.
Bahan dan Metode
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret - Mei 2016 di Laboratorium Mikrobiologi
dan Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan Unversitas Padjadjaran, Pusat Riset
Instituti Nanoteknologi Graphene LPPM Unversitas Padjadjaran. Serta melakukan analisis
kandungan gas di Laboratorium Balai Penelitian Lingkungan Pertanian, Pati.
Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
Bahan Penelitian
Feses sapi potong, cairan rumen, mixed gas (H2 dan CO2), Nutrient Agar (NA) dan
Lactose Broth (LB). Rumen Glukose Cellubiose Agar (RGCA), larutan mineral I, larutan
mineral II dan larutan pengencer.
Peubah yang diamati
-
Gas metana yang terbentuk (kualitatif dan kuantitatif) pada proses pembentukan
biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate.
-
Jumlah bakteri anaerob yang terkandung dari feses sapi potong dalam tabung
hungate.
Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksploratif yaitu mengeksplorasi potensi dari
feses sapi potong tanpa adanya perlakuan tambahan dan data yang diperoleh dianalisis secara
deskriptif. Penelitian ini menggunakan 3 pengenceran dengan 3 kali pengulangan yang
ditanam pada media NA (media minimalis) dan media RGCA (media diperkaya) serta
diamati pada hari ke-2, 5, 10 dan 14 sehingga untuk menganalisis data menggunakan analisis
data sederhana.
Hasil dan Pembahasan
Jumlah Bakteri Anaerob pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi
Potong dalam Tabung Hungate.
Data pertumbuhan populasi bakteri anaerob pada proses pembentukan biogas dari
feses sapi potong dalam tabung hungate ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Rata-rata Jumlah Bakteri Anaerob
Populasi bakteri anaerob yang dihasilkan dari feses sapi potong pada media NA
paling tinggi pada hari ke 10. sedangkan pada media RGCA paling tinggi pada hari ke 14.
Hal ini dikarenakan pola pertumbuhan bakteri anaerob yang berbeda-beda. Bakteri anaerob
kelompok metanogenik selama 14 hari pengamatan terus mengalami peningkatan populasi
sedangkan bakteri anaerob selain metanogenik mengalami penurunan. Pada hari ke-2
diperkirakan bakteri anaerob yang banyak tumbuh merupakan bakteri non-metanogenik,
Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
kemudian pada hari berikutnya mulai tumbuh bakteri metanogenik. Pernyataan ini dijelaskan
pada hasil penelitian Cristy et al (2014) yang ditampilkan pada Ilustrasi 1.
Pertumbuhan populasi bakteri selama hari pengamatan terus meningkat dan belum
mengalami penurunan. Maka fase pertumbuhan bakteri anaerob yang terjadi pada hari ke-2
sampai dengan hari ke-14 yaitu berada pada fase lag dan fase log. Pada fase pertama yaitu 1
sampai 2 jam setelah pemindahan, bakteri belum mengalami pembiakkan, fase ini disebut
fase adaptasi. Pada fase adaptasi (lag phase) tidak ada pertambahan populasi. Sel mengalami
perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambah ukurannya, substansi interaseluler
bertambah (Pelczar, 2005). Fase ini disusul dengan fase kedua dimana jumlah bakteri mulai
bertambah sedikit demi sedikit, pada fase perbanyakan (logaritma atau eksponensial)
pembiakkan bakteri berlangsung paling cepat. Bakteri dalam fase ini baik sekali untuk
dijadikan inokolum (Dwidjoseputro, 1994).
Jenis bakteri anaerob yang tumbuh pada hari ke-2 sampai dengan hari ke-14 terdiri
dari kelompok bakteri fermentatif dan kelompok bakteri asetogenik. Sedangkan bakteri yang
diharapkan tumbuh yaitu bakteri metanogenik belum tumbuh optimal. Menurut Lyberatos
dan Skiadas (1999) menyatakan bahwa : a) bakteri pembentuk asam, yang tumbuh cepat dan
fermentasi glukosa untuk menghasilkan campuran asetat, propionat dan butirat, b) bakteri
asetogenik mengkonversi propionat dan butirat untuk asetat, c) bakteri metana acetoclastic
mengkonversi asetat menjadi CO2 dan CH4 d) bakteri metana hidrogen-utilizing mengurangi
CO2 ke CH4. Sesuai dengan hasil penelitian Cristy et al (2014) yang ditampilkan pada
Ilustrasi 1 :
Ilustrasi 1. Dinamika Mikroba Selama Produksi Biogas (sumber : Cristy et al, 2014)
Populasi bakteri Methanosarcina dan Methanobacterium sangat rendah sampai
dengan hari ke-10 dan populasi mereka stabil di hari ke-20 dan tinggi di hari ke-30. Bakteri
metanogenik sedang berada pada tahap penyesuaian awal dalam populasi mikroba dari
aerobik menjadi kondisi anaerobik karena metana dihasilkan sebagai produk sampingan
Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
metabolisme (Cristy et al, 2014).
Berkaitan juga dengan waktu retensi dari bakteri
metanogenik, menurut Gerardi (2003) : terdapat dua waktu retensi pada saat pencernaan
anaerobik, SRT (Solid Retension Time) dan HRT (Hydraulic Retention Time). SRT adalah
waktu rata-rata bakteri (padatan) berada pada saat pencernaan anaerobik sedangkan HRT
adalah waktu limbah atau lumpur (sludge) berada pada saat pencernaan anaerobik. Waktu
generasi yang dibutuhkan oleh bakteri pembentuk metana relatif lebih panjang dibandingkan
dengan bakteri aerob dan bakteri anaerob fakultatif. Waktu SRT pada saat pencernaan
anerobik yaitu lebih dari 12 hari. Waktu SRT kurang dari 10 hari tidak dianjurkan karena
bakteri pembentuk metana belum signifikan berkembang.
Jumlah bakteri anaerob pada media NA hari ke-14 yaitu 50 cfu/ml sedangkan pada
media RGCA yaitu 70 cfu/ml. Berdasarkan hasil pengamatan dapat diketahui bahwa bakteri
anaerob dapat tumbuh pada media NA maupun media RGCA sedangkan, bakteri
metanogenik yang menghasilkan gas metana tumbuh lebih tinggi pada media NA
dibandingan pada media RGCA karena menghasilkan gas metana lebih tinggi, kandungan gas
metana yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 2.
Kualitas Gas Metana pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong
dalam Tabung Hungate.
Data jumlah gas metana, karbon dioksida dan nitrogen oksida yang terbentuk pada
proses pembentukan biogas dari feses sapi potong dalam tabung hungate dapat dilihat pada
Tabel 2.
Tabel 2. Rata-rata Produksi Biogas
Produksi gas metana yang dihasilkan dari feses sapi potong pada media NA hari ke-2,
10 dan 14 lebih tinggi dibandingan dengan pada media RGCA. Menurut Widarto dan Sudarto
(1997) : Kandungan biogas dapat dilihat dalam jumlah persentase (%) yaitu : metana 54-70
Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
%, karbon dioksida 27-45%, nitrogen 3-5%, hidrogen 1-2%, karbon monoksida, oksigen
0,1% dan hidrogen sulfida rendah. Produksi gas metana yang dihasilkan pada penelitian ini
tidak dapat mencapai persentase ideal kandungan biogas tersebut. Maka kualitas gas metana
ditentukan dengan cara membandingkan jumlah gas metana yang dihasilkan oleh feses sapi
sapi potong pada media NA dengan produksi gas metana yang dihasilkan oleh feses sapi sapi
potong pada media RGCA. Kualitas gas metana yang dihasilkan pada media NA lebih tinggi
(0,023%) dibandingkan dengan pada media RGCA (0,009%)
Proporsi gas yang terkandung pada biogas yang terdeteksi yaitu gas metana, karbon
dioksida dan nitrogen oksida. Kandungan metana yang dihasilkan masih rendah, kandungan
karbon dioksida tinggi dan kandungan nitrogen sangat rendah. Karbon dioksida dipersiapkan
untuk energi bagi bakteri metanogenik membentuk gas metana pada fase metanogenesis
sedangkan kandungan nitrogen oksida yang sangat kecil karena tidak dimanfaatkan. Menurut
Schink, B (1997) menyatakan bahwa : dalam tahapan methanogenesis asetat dan H2 / CO2
dikonversi menjadi CH4 dan CO2 oleh Archaea Metanogen. Bakteri ini dapat tumbuh
langsung pada H2 / CO2, asetat dan senyawa satu-karbon lainnya, seperti format dan metanol.
Sesuai dengan yang dinyatakan oleh Zeikus (1977) bahwa ; Bakteri metanogenik
memanfaatkan H2 dan CO2 untuk energi dan karbon sel sintesis. metanogen tidak
menggunakan asam amino atau N2 sebagai sumber nitrogen dan tidak ada senyawa nitrogen
lainnya selain NH4 untuk pertumbuhannya. Sejalan dengan pernyataan Bryant et al. dalam
Jarrel dan Kalmokoff, (1987) menemukan bahwa : beberapa strain Methanobacterium tidak
memiliki kemampuan menggabungkan atau memanfaatkan sumber organik nitrogen (asam
amino atau peptida) dan diperlukan amonia sebagai sumber nitrogen. Meskipun kemampuan
untuk mengasimilasi berbagai asam amino telah dibuktikan dalam beberapa metanogen, asam
amino berasimilasi umumnya tidak dimanfaatkan sebagai sumber nitrogen.
Gas metana dibentuk oleh bakteri metanogenik. Berdasarkan hasil penelitian
menunjukan bahwa bakteri anaerob khususnya bakteri metanogenik dapat tumbuh pada
media NA serta menghasilkan gas metana lebih tinggi. Menurut Zeikus (1977) : kebutuhan
nutrisi yang menunjang pertumbuhan bakteri metanogenik yaitu : NH4+ (sumber nitrogen),
H2S atau cystein (sumber sulfur), Asetat, 2-metilbutirat, asam amino (tambahan karbon) dan
asam asetat (stimulus pertumbuhan). Kayhanian dan Cresson dalam Vijay (2013) menyatakan
bahwa : biodegradasi yang efisien membutuhkan nutrisi dan gizi yang cukup karena itu
penting untuk pertumbuhan sel mikroba. nutrisi makro seperti karbon, nitrogen, kalium
fosfor, sulfur dan mikro-nutrisi seperti Fe, Ni, Zn dan Co dalam jumlah kecil yang diperlukan
untuk pertumbuhan mikroba anaerob yang optimal.
Analisis Kualitas Gas Metana ………………………………………………....... Sofa Marwah
Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengamatan dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut :
1. Jumlah bakteri anaerob yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses
sapi potong dalam tabung hungate pada media NA (50,00 cfu/ml), pada media
RGCA (70,00 cfu/ml) sedangkan,
2. Kualitas gas metana yang terbentuk pada proses pembentukan biogas dari feses sapi
potong dalam tabung hungate pada media NA (0,023 %), pada media RGCA
(0,009%)
Daftar Pustaka
Christy, P, Merlin. L,R, Gopinath and D, Divya. 2014. Microbial Dynamics During Anaerob
Digestion of Cow Dung. Internasional Journal of Plant, Animal and Evironmental
Sciences. Volume-4, Issue-4. ISSN 2231-4490
Direktorat Jenderal Peternakan dan Kesehatan Hewan. 2015. Populasi Sapi Potong Menurut
Provinsi. Diakses pada tanggal 9 November 2015 pukul 12:45 WIB
http://www.pertanian.go.id/Indikator/tabel-4-pop-prod-nak.pdf
Dwidjoseputro, D. 1994. Dasar-dasar Mikrobiologi. Jakarta: Penerbit Djambatan.
Gerardi, H Michael. 2003. The Microbiology of Anaerobic Digesters. Canada: Published
simultaneously
Jarrell, Ken F and Kalmokoff, Martin L. 1987 Nutritional Requirements of The Methanogenic
Archaebacteria. Can. J. Microbial. Vol. 34.
Lyberatos, G. and I.V. Skiadas. 1999. Modeling of Anaerob Digestion a Review. Global Nest:
the Int. J. Vol 1, No 2, pp 63-76, 1999 Copyright© 1998 Printed in Greece.
Pelczar, M. 2005. Dasar-dasar Mikrobiologi. Universitas Indonesia Press. Jakarta.
Schink B. 1997. Energetics of Syntrophic Cooperation in Methanogenic Degradation.
Microbiology and Molecular Biology Reviews. 61 (2), 262-280.
Vijay Kumar, K. V,Sridevi. K, Rani1. M,Sakunthala. and C, Santosh Kumar. 2013. A Review
on Production of Biogas, Fundamentals, Applications & Its Recent Enhancing
Techniques Elixir Chem. Engg. 57.14073-14079
Widarto, L; Sudarto FX.1997. Membuat Biogas. Penerbit Kanisius; Yogyakarta.
Zeikus, J, G. 1977. The Biology of Methanogenic Bacteria. American Society for
Microbiology. USA