Pertumbuhan Total Bakteri Anaerob

IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Pertumbuhan Total Bakteri Anaerob dalam Rekayasa GMB
Pengujian isolat bakteri asal feses sapi potong dengan media batubara
subbituminous terhadap pertumbuhan total bakteri anaerob dapat dilihat secara
lengkap pada Ilustrasi 6.
Pertumbuhan total bakteri (%)
120
Pertumbuhan Total Bakteri Anaerob
100
99.66
98.83
83.97
81.84
80
61.59
60
77.4
74.61
65.64
68.81
Pengenceran 10^2
40
36.03
Pengenceran 10^3
29.99
Pengenceran 10^4
20
7.89
0
2
5
10
14
Hari ke-
Ilustrasi 6. Pertumbuhan Total Bakteri Anaerob
Berdasarkan data di atas, pertumbuhan total bakteri anaerob pada
pengenceran 10-2 dan 10-3terjadi penurunan sedangkan pengenceran 10-4 terjadi
peningkatan mulai hari ke – 2 hingga hari ke – 5. Penurunan pada pengenceran 10 2
dan 10-3terjadi karena pemindahan bakteri dari suatu media ke media yang lain
menyebabkan bakteri mengalami fase adaptasi untuk melakukan penyesuaian
dengan substrat dan kondisi lingkungan sekitar. Kondisi penurunan pertumbuhan
total bakteri anaerob tersebut sesuai dengan yang di kemukakan oleh Liang (2003)
32
menyebutkan bahwa perubahan lingkungan dapat mengakibatkan perubahan sifat
morfologi dan fisiologi mikroba sehingga dapat mempengaruhi pertumbuhan
mikroba dalam media baru. Pada fase ini belum terjadi pembelahan sel karena sel
masih beradaptasi dengan lingkungan baru, dengan demikian dapat dipastikan
enzim belum terbentuk. Jumlah sel pada fase ini mengalamipenenurunandengan
variasi waktu tergantung dari kecepatan penyesuaian dengan lingkungan sekitar,
media, lingkungan pertumbuhan, dan jumlah inokulum yang mempengaruhi lama
adaptasi. Peningkatan total bakteri anaerob pada pengenceran 10 -4terjadi karena
tingkat pengenceran yang tinggi sehingga total bakteri anaerob lebih sedikit
dibandingkan dengan pengenceran 10 -2 dan 10-3 sehingga konsumsi nutrisi oleh
bakteri anaerob tinggi. Peningkatan total bakteri dalam hasil analisis tersebut
sesuai dengan yang dikemukakan oleh Middelbeek., dkk (1992) kecepatan
pertumbuhan bakteri sangat dipengaruhi oleh media tempat tumbuhdengan
kandungan nutrient dan kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembaban udara.
Pada hari ke – 5 hingga hari ke – 10 total bakteri anaerob pengenceran 10-2
dan 10-3 mengalami peningkatan masing – masing dari 29,99% hingga 68,81%
dan 7,89% hingga 99,66%. Hal tersebut terjadi karena fase pertumbuhan sudah
masuk ke dalam fase logaritma atau eksponensial dimana sel membelah dengan
laju yang konstan dengan massa menjadi dua kali lipat, sehingga aktivitas
metabolik konstan dan keadaan pertumbuhan total bakteri anaerob seimbang
(Pelczar, 1986). Pada pengenceran 10-2 total bakteri anaerob masih meningkat
sampai hari ke-14 mencapai 77,4%. Pertumbuhan total bakteri anaerob mengalami
penurunan dari hari ke – 10 hingga ke – 14, yaitu menjadi 74,61% untuk
pengenceran 10-3 dan pengenceran 10 -4 hari ke - 5 hingga ke – 14 menurun dari
98,83% hingga 65,54%. Fase tersebut terjadi karena sel mati lebih cepat daripada
33
terbentuknya sel – sel baru sehingga laju kematian mengalami percepatan.Peritiwa
itu terjadi karena semua sel mati dalam waktu 4 hari untuk pengenceran 10 -3 dan
dalam waktu 9 hari untuk pengenceran 10 -4.Penurunan pertumbuhan total bakteri
anaerob pada pengenceran 10 -3 dan 10-4 sesuai dengan yang dikemukakan oleh
Pelczar (1986) bahwa penurunana atau kematian bakteri bergantung pada
spesiesnya dan semua sel mati dalam waktu beberapa hari atau beberapa bulan.
Kurva pertumbuhan bakteri diatas sesuai dengan yang dikemukakan
Pelczar (1986) dimana pertumbuhan ditandai dengan peningkatan jumlah sel
sedangkan kecepatan pertumbuhan bergantung pada lingkungan fisik dan
kimianya.Pertumbuhan bakteri membentuk pola pembelahan biner.Pertumbuhan
bakteri anaerob diamati dengan caraoptical density(OD) pada panjang gelombang
600 nm dengan alat spektrofotometer. Proses tumbuh bakteri menunjukan
pertambahan sel
yang
meningkat.
Banyak
aspek
yang
mempengaruhi
pertumbuhan bakteri dengan metabolisme bakteri, yaitu pH, media batubara
subbitumonious sebagai sumber karbon, efisiensi degradasi substrat, temperatur,
sintesis protein dan senyawa kompleks lain, dan pelepasan produk metabolisme
dari dalam sel bakteri anaerob (Baily dan Ollis 1986).
34
4.2.
Produksi Gas Metana dalam RekayasaGMB
Pengujian isolat bakteri asal feses sapi potong dengan media batubara
subbituminous terhadap produksi gas metana dapat dilihat secara lengkap pada
Ilustrasi 7, 8 dan 9 dengan menggunakan GC-A14.
Pengenceran Isolat Bakteri 10-2
Produksi Gas & Pertumbuhan Bakteri (%)
120
100
96.76
80
81.84
92.82
89.67
92.19
77.4
68.81
Gas CH4
60
40
40.21
29.99
Gas CO2
20
3.23
0.01
0
2
7.64
0.17
7.15
0.03
0.01
5
Pertumbuhan Total
Bakteri Anaerob
10
Gas N2O
14
Hari ke-
Ilustrasi 7. Produksi Gas dalam Rekayasa GMB pada Pengenceran Isolat Bakteri
10-2
Berdasarkan data di atas, produksi gas metana meningkat hari ke – 2
hingga hari ke – 5 yaitu 3,23% sampai 40,21% yang diikuti dengan penurunan
pertumbuhan total bakteri anaerob dan produksi gas karbondioksida yaitu 81,84%
- 29,99% dan 96,76% - 89,67%. Peningkatan produksi gas metana dihasilkan dari
reduksi karbon dioksidaolehhidrogen. Pada hari ke – 5 hingga hari ke – 10
produksi gas metana menurun mencapai 7,15% yang diikuti dengan peningkatan
pertumbuhan total bakteri anaerob dan produksi gas karbon dioksida, yaitu
mencapai 68,81% dan 92,82%. Peningkatan pertumbuhan total bakteri anaerob
yang terjadi adalah bakteri nonmetanogenik sehingga produksi gas metana
menurun dan peningkatan produksi gas karbon dioksida terjadi karena degradasi
asam asetat dari tahap pengasaman langsung diubah menjadi karbon dioksida
35
tanpa adanya bantuan bakteri metanogen untuk memproduksi gas metana.
Penurunan gas metana diikuti dengan peningkatan gas nitrogen oksida yaitu dari
0,01% hingga 0,03%, peningkatan pertumbuhan total bakteri anaerob yang terjadi
adalah bakteri Bacillus denitrificans, Micrococus denitrificans, Pseudomonas
stutzeni, dan Achromobacter.Pada hari ke – 10 hingga hari ke – 14 produksi gas
metana meningkat, yaitu 7,15% hingga 7,64%, peningkatan tersebut diikuti
dengan peningkatan pertumbuhan total bakteri anaerob 68,81% hingga 77,4%
dan penurunan produksi gas karbon dioksida serta gas nitrogen oksida, yaitu
92,82% hingga 92,19% serta 0,03% hingga 0,17%. Peningkatan produksi gas
metana terjadi karena dekarboksilasi asetat dan reduksi gas karbon dioksidaoleh
hidrogen.
Pengenceran Isolat Bakteri 10-3
Produksi Gas & Pertumbuhan Bakteri (%)
120
100
99.66
92.96
97.76
97.64
95.93
80
74.61
61.59
60
Pertumbuhan Total
Bakteri Anaerob
Gas CH4
40
Gas CO2
20
7.89
2.23
0.01
2.35
0.01
0
2
5
Gas N2O
7.01
0.03
10
4.05
0.02
14
Hari ke-
Ilustrasi 8. Produksi Gas dalam Rekayasa GMB pada Pengenceran Isolat Bakteri
10-3
Berdasarkan data di atas, produksi gas metana berbanding lurus dengan
pertumbuhan total bakteri anaerob. Pada hari ke – 2 sampai hari ke – 5 produksi
gas metana menurun dari 2,35%sampai 2,23%, penurunan terjadi bersamaan
dengan penurunan pertumbuhan total bakteri anaerob dan peningkatan produksi
gas karbon dioksida. Penurunan tersebut terjadi karena bakteri metanogen masih
dalam fase adaptasi terhadap lingkungan atau media baru. Kemudian hari ke – 5
36
sampai hari ke – 10 produksi gas metana meningkat hingga mencapai 7,01%,
produksi gas metana tersebut diikuti dengan meningkat pula pertumbuhan total
bakteri anaerob metanogenik dan nonmetanogenik yang mencapai 99,66% dan
penurunan produksi gas karbon dioksida, yaitu 97,76% sampai 92,96%.
Peningkatan produksi gas metana ini terjadi karena dekarboksilasi asetat dan
reduksi karbon dioksida oleh hydrogen.Kemudian fase penurunan pertumbuhan
total bakteri anaerob terjadi pada hari ke -10 menuju hari ke -14 dengan produksi
gas metana 4,05%. Penurunan gas metana ini diikuti dengan penurunan
pertumbuhan total bakteri anaerob dan peningkatan produksi gas karbon dioksida.
Pengenceran Isolat Bakteri 10-4
Produksi Gas & Pertumbuhan Bakteri (%)
120
100
98.83
94.28
94.24
95.97
93.08
83.97
80
Pertumbuhan Total
Bakteri Anaerob
65.64
60
40
Gas CH4
Gas CO2
36.03
20
Gas N2O
5.74
0.02
0
2
6.88
0.04
5.71
0.02
5
10
4.01
0.02
14
Hari ke-
Ilustrasi 9.Produksi Gas dalam Rekayasa GMB pada Pengenceran Isolat Bakteri
10-4
Berdasarkan data di atas, produksi gas metana menurun hari ke – 2 hingga
hari ke – 5 yaitu 5,74% sampai 5,71% yang diikuti dengan peningkatan
pertumbuhan total bakteri anaerob dan produksi gas karbon dioksida yaitu 36,03%
- 98,83% dan 94,24% - 94,28%. Penurunan produksi gas metana terjadi karena
penurunana pertumbuhan total bakteri metanogenik sehingga produksi gas metana
menurun sedangkan pertumbuhan total bakteri anaerob yang terjadi adalah bakteri
nonmetanogenik. Hari ke – 5 hingga hari ke – 10 produksi gas metana menngkat
37
dari 5,71% hingga 6,88% yang diikuti dengan penurunan pertumbuhan total
bakteri dan penurunan produksi gas karbon dioksida sehingga produksi gas
metana ini dari hasil reduksi karbon dioksida oleh hidrogen. Penurunan gas
metana hari ke – 10 sampai ke – 14, yaitu 6,88% sampai 4,01% terjadi karena
pertumbuhan total bakteri anaerob menurun dan produksi gas karbon dioksida
meningkat. Produksi gas nitrogen oksida cenderung stabil di 0,02% tetapi pada
hari ke – 10 mencapai 0,04% dan turun kembali ke 0,02%.
Gas metana terbentuk dari hasil fermentasi secara anaerob, yaitu melalui
proses perombakan polimer organik menjadi monomernya dengan bantuan
mikroorganisme dalam kondisi anaerob. Tahapan pembentukan biogas dari
fermentasi anaerob terjadi dalam empat tahapan, yaitu hidrolisis, pengasaman,
asetogenensis dan metanogenesis (Firdaus, 2007). Proses hidrolisis terjadi pada
hari ke -2 sampai hari ke – 5 dimana proses penguraian senyawa kompleks
menjadi senyawa yang lebih sederhana pada bahan biomassa. Kandungan
biomassa yang terdiri dari karbohidrat, protein, dan lipid dipecah oleh
mikroorganisme yang mengandung enzim amilase, protease, dan lipase (Ismawati,
2006). Proses pengasaman terjadi dengan adanya bakteri asetogenik (bakteri
pembentk asam) dimana pada proses ini bakteriakan memecah struktur organik
kompleks menjadi asam – asam lemak volatil (Volatile Fatty Acid) atau VFA
(Firdaus, 2007). Fermentasi karbohidrat menghasilkan VFA sebagai produk utama
untuk sumber energi sedangkan karbon untuk pertumbuhan dan mempertahankan
kehidupan bakteri anaerob (Fujiati, 2008). Proses metanogenesis memanfaatkan
peran bakteri metanogen untuk memproduksi gas metana dengan menggunakan
asam yang terbentuk dari tahap pengasaman. Bakteri ini akan membentuk gas
metana dan karbon dioksida dari gas hidrogen (Nijaguna, 2002). Pada tahap
metanogenesis substrat berupa asam organik yang didekomposisi oleh bakteri
metanogenik dan menghasilkan gas metana melalui dua jalan, yaitu jalan
fermentasi asam asetat menjadi metana dan karbon dioksida serta jalan kedua
reduksi karbondioksida menjadi gas metana dengan menggunakan gas hidrogen
atau asam format yang diproduksi oleh bakteri lain. (Campbell, 1983).
38
4.3.
Pengaruh Isolat Bakteri Feses Sapi Potong dalam Rekayasa Produksi
GMB dengan Media Batubara Subbituminous
Gas metana merupakan gas yang diharapkan dari proses rekayasa GMB
dengan memanfaatkan bakteri anaerob sebagai katalisator dalam mekanisme
pembentukan gas metana batubara subbituminous. Berdasarkan analisis data,
produksi gas metana dengan media batubara subbituminous untuk rekayasa
produksi GMB dipengaruhioleh waktu inkubasi bakteri anaerob. Waktu inkubasi
bakteri yang digunakan berdasarkan Ogimoto dan Imai (1981) selama 14 hari
dengan waktu hari ke – 2, 5, 10, dan 14.
Pengenceran 10-2, 10-3, dan 10-4 isolat bakteri feses sapi potong dalam
rekayasa produksi GMB dengan media batubara subbituminousmemproduksi gas
metana dari hasil dekarboksilasi asetat dan reduksi karbon dioksida oleh hidrogen,
di mana pertumbuhan total bakteri anaerob mulai menurun tetapi produksi karbon
dioksida masih tinggi. Peningkatan produksi gas karbon dioksida masih dapat
menghasilkan gas metana dengan cara reduksi gas karbn dioksida. Penambahan
isolat bakteri ini bertujuan untuk menstimulasi populasi mikroorganisme
indigenus batubara subbituminousdengan menambah nutrient dari media yang
telah dibuat pada komposisi tertentu, sesuai dengan yang dikemukakan oleh
Beckmann dkk., (2011) bahwa bakteri metanogenik dapat diperkaya dengan
penambahan nutrisi. Hal ini dapat digunakan untuk mengaktifkan kembali
reservoir GMB yang mengalami penurunan produksi atau sudah tidak
memproduksi.
Pada pengenceran 10-2, 10-3 dan 10-4 menghasilkan produksi gas nitrogen
oksida. Proses pembentukan gas metana oleh bakteri metanogen sangat
dipengaruhi oleh sensitifitas lingkungan. Sifat bakteri metanogen adalah anaerob
obligat yang pertumbuhannya akan terhambat oleh kandungan oksigen dan materi
pereduksi seperti nitrit atau nitrat dapat menghambat bakteri metanogen
(Campbell, 1983). Oleh karena itu, tiga pengenceran yang digunakan
menghaslkan gas nitrogen oksida yang dapat menghambat produksi gas metana.
39
Isolat
bakteri hasil pengenceran dapat
tumbuh dalam
batubara
subbituminous dengan menggunakan komponen organik batubara sebagai
substrat. Bakteri mendegradasi senyawa kompleks, senyawa hidrokarbon, dan
campuran organik padat yang terkandung dalam batubara, sampai bakteri ini
mampu memproduksi biogas (Strapoc dkk., 2008). Gas pada batubara terdiri dari
campuran karbon monoksida, hidrogen, sedikit metana, karbon dioksida, dan
sulfur.Mikroorganisme pada batubara subbituminous mampu mereaksikan gas
karbon monoksida yang dikonversi menjadi asetat.Bakteri homoasetogenik dalam
sumber batubara juga menggunakan hidrogen dan karbon dioksida yang
dikonversi menjadi asetat.Asetat dari hasil fermentasi dan reaksi penggunaan
konversi gas dapat diubah menjadi metana oleh bakteri metanogenik asetoklastik
(Yanni 2015).