STUDI LABORATORIUM KETAHANAN

SURFAKTAN MES OLEIN TERHADAP PENAMBAHAN

BAKTERI CAMPURAN SUMUR MINYAK BUMI

SKRIPSI

FEBBY ARIAWIYANA

F34060918

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

LABORATORY STUDY ON MIXED BACTERIA IN AVAILABILITY IN

OIL WELL TO SURFACTANT MES OLEIN RESISTANCE

1Febby Ariawiyana,

2Erliza Hambali and

3Abdul Haris

1Departement of Agroindustrial Technology, Faculty Agrotechnology, Bogor Agricultural University

1,2 Surfactant and Bioenergy Research Centre, Bogor

3PPTMGB Lemigas, Jakarta

Phone : +62 85695502675, e-mail : cyberfre@gmail.com

ABSTRACT

The potential surfactant that can be produced from Palm Olein is surfactant of Methyl Ester

Sulfonates (MES). MES can be categorized as an anionic surfactant. Methyl Ester Sulfonic Acid

(MESA) is intermediate product of MES which can be made by sulfonation of fatty acid methyl ester

olein. Production of MESA using SO3 firstly carried out continuously in falling film reactor that rapid

formation between SO3 and ester group. In addition to produce MES by added NaOH 50% into

MESA. This research was aimed to inform uses the resistance of MES by added mixed bacteria

addition on Interfacial Tensions (IFT) oil water value. Common found bacteria on oil well which is

used in this research were : Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus

pantothenticus, and Streptococus sp. Those bacteria were mixed with Tanjungs water formation as

media cultivation. Concentration surfactant mixed bacteria suspension consist of 0.1%, 0.3%, 0.5%,

1.0% and incubation time 1,3,5,7 days were applied in this research. Incubation and analysis IFT was

done in room conditon and temperature. Analysis of variance (=0.05) showed that mixed bacteria

addition on surfactant concentraion and incubation time gave significant effect to increase IFT.

Keyword :surfactant MES, resistance, bacteria mixed, IFT

mailto:cyberfre@gmail.com

Febby Ariawiyana. F34060918. Studi Laboratorium Ketahanan Surfaktan MES Olein terhadap

Penambahan Bakteri Campuran Sumur Minyak Bumi. Dibawah Bimbingan Erliza Hambali dan

Abdul Harris. 2011

RINGKASAN

Surfaktan merupakan senyawa aktif penurun tegangan permukaan (surface active agent) dan

tegangan antar muka antara zat yang berbeda polaritasnya. Pemakaian surfaktan antara lain untuk

aplikasi pencucian dan pembersihan (washing and cleaning applications), produk pangan,

pertambangan, cat dan pelapis, kertas, tekstil, serta produk kosmetika dan produk perawatan diri

(personal care products). Surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan surfaktan anionik dari

minyak olein sawit yang berpotensi menggantikan surfaktan berbasis minyak bumi (petroleum

sulfonat) yang selama ini digunakan. Hal ini terkait dengan kelebihan yang dimiliki surfaktan MES,

diantaranya bersifat terbarukan, lebih ramah lingkungan, secara alami mudah didegradasi dan

memiliki sifat deterjensi yang baik walaupun digunakan pada air dengan tingkat kesadahan yang

cukup tinggi (Matheson 1996).

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan informasi awal ketahanan surfaktan terhadap

adanya campuran bakteri yang umum dijumpai pada lingkungan sumur minyak bumi. Penelitian ini

diawali dengan pembuatan konversi minyak sawit olein menjadi metil ester (biodiesel) olein melalui

proses transesterifikasi. Kemudian produksi surfaktan Metil Ester Sulfonat Acid (MESA) dilakukan

melalui proses sulfonasi metil ester dengan gas SO3 menggunakan Single Tube Film Reactor (STFR)

pada suhu input 100oC waktu sampling 360 menit. Kemudian dilakukann aging pada suhu 80

oC dan

waktu 60 menit. MESA yang terbentuk dilakukan netralisasi dengan NaOH 50% membentuk MES.

MES yang terbentuk dilakukan uji pendahuluan tegangan antar muka (Interfacial Tension) dengan

Tensiometer model TX-500C pada konsentrasi 0.3% memberikan hasil terbaik yaitu sebesar 6x10-3

dyne/cm.

Bakteri yang digunakan merupakan galur campuran yang terdiri atas bakteri yang umum

ditemukan di sumur minyak bumi yakni: Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus

pantothenticus, dan Streptococus sp. Bakteri dicampurkan kedalam air formasi Tanjung sebagai media

untuk pertumbuhan. Kurva pertumbuhan dilakukan pada bakteri campuran tersebut memperlihatkan

waktu puncak tumbuh pada selang waktu 21-26 jam (fase log) kemudian setelahnya mengalami fase

stasioner dan kematian.

Studi ketahanan surfaktan MES olein dilakukan menggunakan faktor konsentrasi surfaktan

0.1%, 0.3%, 0.5%, dan 1.0% serta lama inkubasi 1,3,5, dan 7 hari. Lama inkubasi tersebut

menggambarkan kondisi surfaktan selama berada di dalam sumur minyak pada proses injeksi

surfaktan dalam aplikasi Enhaced Oil Recovery (EOR). Analisis ragam penambahan bakteri campuran

terhadap pengaruh faktor konsentrasi dan masa inkubasi pada tingkat kepercayaan 95% (=0,05)

menunjukkan faktor konsentrasi surfaktan dan lama inkubasi memberikan efek signifikan terhadap

kenaikan nilai IFT.

Kondisi surfaktan bakteri campuran terhadap blanko (tanpa penambahan bakteri) pada hari ke-

7 masa inkubasi memperlihatkan kenaikan IFT tertinggi pada perlakuan konsentrasi 0.3% dengan

kenaikan 0.765 deyne/cm (1,327%). Sedangkan pada konsentrasi 0.1%, 0.5%, dan 1.0% berturut

mengalami kenaikan 1.150 dyne/cm (1,197%), 0.070 dyne/cm (209%), dan 0.023 dyne/cm (74%).

STUDI LABORATORIUM KETAHANAN

SURFAKTAN MES OLEIN TERHADAP PENAMBAHAN BAKTERI

CAMPURAN SUMUR MINYAK BUMI

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian,

Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh

FEBBY ARIAWIYANA

F34060918

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

Judul Skripsi : Studi Laboratorium Ketahanan Surfaktan MES Olein

terhadap Penambahan Bakteri Campuran Sumur Minyak

Bumi

Nama : Febby Ariawiyana

NIM : F34060918

Menyetujui,

Pembimbing I,

( Prof. Dr. Erliza Hambali )

NIP. 19620821 198703 2 003

Pembimbing II,

( Drs. Abdul Haris, MSi )

NIP. 100009798

Mengetahui;

Ketua Departemen,

(Prof. Dr.Nastiti Siswi Indrasti)

NIP. 19621009 198903 2 001

Tanggal lulus :

i

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Studi Laboratorium

Ketahanan Surfaktan MES Olein terhadap Penambahan Bakteri Campuran Sumur Minyak

Bumi adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum

diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau

dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam

teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Maret 2011

Yang membuat pernyataan

Febby Ariawiyana

F34060918

ii

Hak cipta milik Febby Ariawiyana, tahun 2011

Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari

Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak,

fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya

iii

BIODATA RINGKAS PENULIS

Febby Ariawiyana dilahirkan di Jakarta pada 3 februari 1988. Penulis

merupakan anak pertama dari empat bersaudara, putra pasangan Suryana dan

Widiasih. Penulis menamatkan Sekolah dasar di SDN Cibayana, Tangerang

pada tahun 2000. Kemudian sekolah lanjutan pada tahun 2003 di SLTPN 1

Tenjo, Bogor. Dan pada tahun 2006 di SMAN 1 Cisauk (SMAN 2 Kota

Tangerang Selatan). Penulis berhasil masuk Institut Pertanian Bogor melalui

jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) tahun 2006. Dalam

kegiatan Akademik penulis pernah menjadi Asisiten MK. Analisis Bahan dan

Produk Agroindustri (ABPA), Teknologi Minyak Lemak, dan Oleokimia dan

Pendidikan Agama Islam (PAI). Selain menjalankan kegiatan akademik

penulis juga aktif dalam kegiatan organisasi kemahasiswaan. Diantaranya

pernah menjadi Anggota Komisi-A Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) Tingkat Persiapan Bersama

(TPB) (2006-2007). Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri Pertanian (HIMALOGIN) sebagai

wakil ketua (2008), ketua Departemen Industri (2009) dan Badan Pengawas (2010). Penulis juga

berkesempatan menjadi peserta beasiswa Program Pembinaan Sumber Daya Manusia Strategis

(PPSDMS)-Nurul Fikri (2008-2010) dan Program Mahasiswa Wirausaha (PMW) DPKHA-IPB

(2010). Pada tahun 2010 penulis lolos seleksi proposal dalam Program Kreatifitas Mahasiswaa (PKM)

untuk bidang kewirausahaan dan Pengabdian Masyarakat oleh DIKTI dan berkesempatan mengikuti

PIMNAS XXIII di Denpasar, Bali. Penulis melakukan Praktik Lapang pada tahun 2009 di PT. Buana

Wiralestari Mas (Sinar Mas Group), merupakan Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit menjadi Crude

Palm Oil (CPO) di Kab. Kampar, Riau.

iv

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur sudah sepantasnya penulis sampaikan kehadirat Allah SWT, yang telah

memberikan begitu banyak limpahan karunia dalam setiap langkah kehidupan ini. Penulis juga

bersyukur karena telah diberikan kekuatan dan kemudahan dalam melaksanakan tugas akhir penelitian

sampai terselesaikannya skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan perhagaan dan

ucapan terima kasih kepada:

1. Prof. Dr. Erliza Hambali selaku dosen pembimbing utama dan atas izin untuk bergabung di

Surfactant and Bioenergy Research Centre (SBRC) selama masa penelitian ini.

2. Drs. Abdul Harris, MSi untuk kesempatan melakukan penelitian di Lemigas dan untuk saran

dan bantuan sebagai pembimbing pendamping.

3. Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS selaku dosen penguji untuk saran dan evaluasi.

4. Staf dan laboran SBRC: Mas Anas, Mas Slamet, Mas Gun, Pak Ratno, Pak Heri, Mas Saeful,

Mas Otto, Mas Feri, dan Mas Mulyanto di PT. Mahkota Indonesia yang telah membantu

dalam pembuatan MESA.

5. Staf di LEMIGAS : Ibu Tuti, bapak Oci, bapak Oni, Ibu Eva untuk kebersamaan singkat

dalam penyiapan teknis mikrobiologi dasar.

6. Rekan satu bimbingan: Nur Hidayat, Dini, dan Rere atas motivasi, pembelajaran dan

kerjasamanya.

7. Kakak-kakak S2 TIP IPB: Mba Susi, Mba Reny, Mba Ira, Mba Yeni, Bu Dona, dan Mas

Encep untuk berbagi ilmu dan pengalaman.

8. Saudaraku PPSDMS Regional 5 Bogor angkatan 4 : Sobari, Randi, Faisal, Achmad, Ade,

Holil, Rahman, Ismeri, Dimas dan masih banyak yang belum tersebutkan. Terimakasih untuk

kekeluargaan yang luarbiasa.

9. Rekan-rekan TIN 43 untuk kekompakan, kebersamaan, dan kekerabatan selama ini.

Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan dan penyelesaian

skripsi ini, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan bagi perbaikan skripsi

ini. Penulis berharap skripsi ini dapat menjadi sumbangan bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan

bermanfaat untuk siapapun yang membutuhkannya.

Bogor, Maret 2011

Febby Ariawiyana

v

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ................................................................................................................... iv

DAFTAR ISI .................................................................................................................. ................ v

DAFTAR TABEL .......................................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................................... vii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................................. viii

I. PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG ....................................................................................................... 1

1.2 TUJUAN ............................................................................................................................ 2

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 OLEIN SAWIT ............................................................................................................. ..... 3

2.2 SURFAKTAN..................................................................................................................... 4

2.3 METIL ESTER SULFONAT ........................................................................................... 5

2.4 TEGANGAN ANTAR MUKA .......................................................................................... 7

2.5 AIR FORMASI TANJUNG ............................................................................................... 9

2.6 BAKTERI DI LINGKUNGAN SUMUR MINYAK ......................................................... 10

2.7 PERTUMBUHAN MIKROORGANISME ....................................................................... 11

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 ALAT DAN BAHAN......................................................................................................... 13

3.2 WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN .......................................................................... 13

3.3 METODE PENELITIAN ................................................................................................... 13

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 SIFAT FISIKOKIMIA OLEIN SAWIT ............................................................................ 17

4.2 SIFAT FISIKOKIMIA METIL ESTER............................................................................. 18

4.3 SIFAT FISIKOKIMIA SURFAKTAN MES ..................................................................... 19

4.4 PERTUMBUHAN BAKTERI CAMPURAN ................................................................... 21

4.5 PENGUKURAN NILAI IFT SURFAKTAN .................................................................... 24

4.6 KETAHANAN SURFAKTAN TERHADAP BAKTERI CAMPURAN.......................... 28

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1 SIMPULAN ....................................................................................................................... 31

5.2 SARAN ................................................................................................................... ........... 31

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................

32

LAMPIRAN ................................................................................................................................... 35

vi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Komposisi asam lemak produk sawit ............................................................................... 3

Tabel 2. Sifat fisikokimia olein sawit ............................................................................................. 17

Tabel 3. Sifat fisikokimia metil ester olein ..................................................................................... 18

Tabel 4. Sifat fisikokimia surfaktan MES olein ............................................................................. 20

Tabel 4. Hitungan cawan populasi bakteri campuran...................................................................... 23

Tabel 5. Nilai IFT pada beberapa konsentrasi ................................................................................ 28

Tabel 6. Perbandingan nilai IFT surfaktan terhadap blanko ........................................................... 29

vii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Tampilan orientasi surfaktan MES pada air ................................................................. 5

Gambar 2. Struktur MES ...................................................................................................... .......... 6

Gambar 3. Reaksi kimia produksi MES ......................................................................................... 7

Gambar 4. Lokasi sumur minyak Tanjung ..................................................................................... 9

Gambar 5. Kurva pertumbuhan bakteri .......................................................................................... 12

Gambar 6. Diagram alir penelitian ........................................................................................... ...... 16

Gambar 7. Bakteri campuran ......................................................................................................... 21

Gambar 8. Kurva pertumbuhan kultur bakteri campuran ............................................................... 22

Gambar 9. Hitungan cawan tuang PCA ........................................................................................ 23

Gambar 10. Pola pertumbuhan bakteri (nilai log) .......................................................................... 24

Gambar 11. Emulsi surfaktan MES di dalam air formasi Tanjung ................................................ 25

Gambar 12. Foto Tensiometer dan Densitometer ........................................................................... 25

Gambar 13. Foto surfaktan pada Tensiometer................................................................................. 26

Gambar 14. Perubahan nilai IFT akibat aktifitas bakteri ................................................................ 27

Gambar 15. Kenaikan IFT surfaktan dibandingkan blanko ............................................................ 30

viii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Prosedur analisa minyak olein .................................................................................. 36

Lampiran 2. Prosedur analisa metil ester olein ............................................................................... 37

Lampiran 3. Prosedur analisa karakteristik surfaktan MES ........................................................... 40

Lampiran 4. Karakteristik air formasi Tanjung .............................................................................. 43

Lampiran 5. Prosedur uji air formasi ........................................................................................ ...... 43

Lampiran 6. Prosedur kuantifikasi bakteri ...................................................................................... 39

Lampiran 7. Kurva pertumbuhan bakteri (turbidimetri) ........................................................... ...... 46

Lampiran 8a. Hasil analisis pengaruh konsentrasi dan waktu inkubasi terhadap nilai IFT

surfaktan ..................................................................................................................

47

Lampiran 8b. Hasil analisis uji lanjut interaksi .............................................................................. 50

Lampiran 9. Hasil pengukuran surfaktan MES pada berbagai perlakuan ...................................... 53

1

I. PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Surfaktan (surface active agent) merupakan bahan aktif yang mampu menurunkan

tegangan permukaan. Surfaktan dapat menurunkan tegangan antar muka akibat memiliki

dua gugus dalam satu molekul yaitu gugus hidrofilik dan hidrofobik. Adanya dua gugus

yang berbeda tersebut menyebabkan surfaktan mampu mencampur dua zat yang berbeda

kepolarannya, seperti minyak dan air. Surfaktan juga mampu meningkatkan kelarutan

suatu zat dalam larutan.

Berdasarkan gugus hidrofiliknya surfaktan dapat dikelompokkan menjadi empat,

yaitu: surfaktan anionik, kationik, amfoterik, dan non-ionik. Matheson (1996) menyebutkan

kelompok surfaktan terbanyak yang diproduksi dan diguna kan oleh berbagai industri adalah

surfaktan anionik. Beberapa contoh surfaktan anionik yaitu Alkilbenzen Sulfonat Linear

(LAS), Alkohol Sulfat (AS), Alkohol Eter Sulfat (AES), Alfa Olefin Sulfonat (AOS), parafin

(secondary alkane sulfonate, SAS), dan Metil Ester Sulfonat (MES). Jenis-jenis surfaktan

tersebut diperoleh melalui tahapan sulfonasi atau sulfatasi.

Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan salah satu jenis surfaktan anionik yang

prospektif untuk dikembangkan. Memiliki beberapa keunggulan, yaitu berasal dari sumber

terbarukan (renewable resources), lebih bersih dan ramah lingkungan, secara alami mudah

terdegradasi (biodegradable) dan memiliki sifat deterjensi yang baik walaupun digunakan pada

air dengan tingkat kesadahan yang cukup tinggi (Matheson 1996). MES diaplikasikan dalam

banyak industri, mulai dari produk perawatan tubuh dan kebersihan hingga sebagai oil well

stimulation agent dan flooding pada industri perminyakan.

Bahan baku MES adalah minyak nabati, sehingga MES merupakan surfaktan yang

dapat diperbarui dan lebih ramah lingkungan. Proses produksi surfaktan MES dapat

dilakukan dengan menggunakan agen pensulfonasi diantaranya H2SO4, NaHSO3, oleum, dan

gas SO3. Watkins (2001) menyebutkan kelapa sawit merupakan salah satu jenis minyak yang

baik digunakan sebagai bahan baku pembuatan surfaktan MES. Asam lemak dalam kelapa

sawit mengandung C16 dan C18 dalam bentuk asam palmitat, asam stearat, dan asam oleat yang

mempunyai sifat daya deterjensi yang sangat baik. Maka, pembuatan surfaktan dengan bahan

baku minyak sawit potensial untuk dikembangkan. Selain meningkatkan nilai tambah dari

industri minyak sawit.

Aplikasi surfaktan MES yang akan dikembangkan adalah sebagai bahan pembantu

dalam peningkatan rekoveri minyak bumi di dalam sumur tua minyak bumi yang banyak

tersebar di Indonesia. Andhika (2005) meneliti pengaruh penambahan bakteri aerob dan

anaerob pada surfaktan MES Palm Kernel Oil (PKO) dengan reaktan NaHSO3 yang akan

diformulasikan sebagai oil well stimulation agent. Hasilnya menunjukkan terjadi peningkatan

nilai tegangan antar permukaan minyak-air selama lima hari masa inkubasi.

Kontaminasi mikroorganisme dapat terjadi ketika MES diaplikasikan dalam stimulasi

kimiawi, karena di dalam sumur minyak bumi juga mengandung bakteri yang mampu

menguraikan surfaktan MES terutama dari bahan nabati. Akibatnya, kemampuan surfaktan

MES dalam mengurangi tegangan antar permukaan antara minyak bumi dan batuan akan

berkurang.

Ketahanan surfaktan MES dalam skala laboratorium merupakan salah satu pengujian

penting, sebelum benar-benar diaplikasikan dalam industri perminyakan sebagai bahan

peningkat recovery minyak bumi pada sumur tua. Dengan melihat tegangan antar muka

(interfacial tension) minyak air , sebagai parameter utama.

2

1.2 TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan informasi awal/pendahuluan untuk

menguji ketahanan surfaktan MES berbahan baku olein sawit dalam air formasi Tanjung. Pada

kondisi dan suhu ruang terhadap adanya penambahan bakteri campuran yang sering dijumpai

di lingkungan sumur minyak bumi.

3

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 OLEIN SAWIT

Tanaman kelapa sawit (Elais guinensis JACQ) secara umum tumbuh dengan usia rata-

rata 2025 tahun. Pada tiga tahun pertama disebut sebagai kelapa sawit muda, hal ini

dikarenakan kelapa sawit tersebut belum menghasilkan buah. Kelapa sawit mulai berbuah pada

usia empat sampai enam tahun. Pada usia tujuh sampai sepuluh tahun disebut sebagi periode

matang (the mature periode), yaitu pada periode tersebut mulai menghasilkan buah tandan

segar (fresh fruit bunch). Tanaman kelapa sawit pada usia sebelas sampai dua puluh tahun

mulai mengalami penurunan produksi buah tandan segar. Daerah penanaman tanaman sawit

utama di Indonesia adalah Riau, Sumatera Barat, Sumatera Utara, Lampung, Aceh, dan

Kalimantan.

Kelapa sawit menghasilkan dua macam minyak yang berlainan sifatnya, yaitu minyak

yang berasal dari sabut (mesokarp) dan minyak yang berasal dari biji (kernel). Minyak sawit

yang dihasilkan dari sabut dikenal dengan crude palm oil (CPO) dan dari inti (biji) disebut

minyak inti sawit atau palm kernel oil (PKO).

Minyak sawit kasar (CPO) merupakan produk tingkat pertama yang dapat memberikan

nilai tambah sekitar 30 % dari nilai tambah buah segar. Pemisahan asam lemak penyusun

trigliserida pada minyak sawit dapat dilakukan dengan menggunakan proses fraksinasi. Secara

umum fraksinasi minyak sawit dapat menghasilkan 73 % olein, 21 % stearin, 5 % Palm Fatty

Acid Distillate (PFAD), dan 0.5 % limbah. Olein sawit merupakan fase cair yang dihasilkan

dari proses fraksinasi minyak sawit setelah melalui pemurnian. Karakteristik fisik olein sawit

bersifat cair pada suhu ruang, berbeda dengan minyak sawit (CPO) yang bersifat semi padat.

Komposisi asam lemak beberapa produk sawit disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi asam lemak beberapa produk sawit

Asam lemak Jenis Bahan

CPOa)

PKOb)

Oleinc)

Stearinc)

Laurat (C12:0)

4

(1979), panjang molekul sangat kritis untuk keseimbangan kebutuhan gugus hidrofilik dan

lipofilik. Apabila rantai hidrofobik terlalu panjang, akan terjadi ketidakstabilan, terlalu

besarnya afinitas untuk gugus minyak atau lemak atau terlalu kecilnya afinitas untuk gugus air.

Hal ini akan ditunjukkan oleh keterbatasan kelarutan dalam air. Demikian juga sebaliknya,

apabila rantai hidrofobiknya terlalu pendek, komponen tidak akan terlalu bersifat aktif

permukaan (surface active) karena ketidakcukupan gugus hidrofobik dan akan memiliki

keterbatasan kelarutan dalam minyak. Pada umumnya panjang rantai terbaik untuk surfaktan

adalah asam lemak dengan 10-18 atom karbon.

Olein sawit baik digunakan sebagai bahan baku surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES),

hal ini dikarenakan olein sawit dominan mengandung asam lemak C16 dan C18 sebesar 40.7

43.9 % (Hui 1996). Metil ester dari asam lemak tidak jenuh juga mudah disulfonasi oleh gas

SO3, sehingga reaksi sulfonasi pada olein sawit akan terjadi pada ikatan C- juga terjadi pada

ikatan rangkap. Olein merupakan fraksi cair dari minyak sawit, berwarna kuning sampai jingga

dan diperoleh dari hasil fraksinasi minyak dari daging buah sawit. Olein merupakan trigliserida

yang bertitik cair rendah, serta mengandung asam oleat dengan kadar yang lebih tinggi bila

dibandingkan dengan stearin (fraksi padat dari minyak Sawit)

2.2 SURFAKTAN

Surfaktan adalah suatu zat yang bersifat aktif permukaan yang dapat menurunkan

tegangan antarmuka (Interfacial Tension, IFT) minyak air. Surfaktan memiliki kecenderungan

untuk menjadikan zat terlarut dan pelarutnya terkonsentrasi pada bidang permukaan. Sifat-sifat

surfaktan adalah mampu menurunkan tegangan permukaan, tegangan antarmuka,

meningkatkan kestabilan partikel yang terdispersi dan mengontrol jenis formasi emulsi

(misalnya oil in water (o/w) atau water in oil (w/o). Di samping itu, surfaktan akan terserap ke

dalam permukaan partikel minyak atau air sebagai penghalang yang akan mengurangi atau

menghambat penggabungan (coalescence) dari partikel yang terdispersi. (Rieger 1985).

Menurut Flider (2001), surfaktan berbasis bahan alami dapat dibagi ke dalam empat

kelompok dasar, yaitu : (a) berbasis minyak-lemak, seperti monogliserida, digliserida,

poligliserol ester, fatty alkohol sulfat, fatty alkohol etoksilat, MES, dietanolamida, sukrosa

ester, dan sebagainya, (b) berbasis karbohidrat, seperti alkil poliglikosida dan N-metil

glukamida, (c) ekstrak bahan alami, seperti lesitin dan saponin, serta (d) biosurfaktan yang

diproduksi oleh mikroorganisme, seperti rhamnolipida, sophorolipida, lipopeptida,

threhaloslipida, dan sebagainya.

Surfaktan berbasis minyak-lemak (oleokimia) merupakan kelompok surfaktan berbasis

bahan alami yang paling banyak dihasilkan. Minyak dan lemak yang biasanya digunakan untuk

memproduksi surfaktan diantaranya yaitu tallow, tall oil, minyak biji bunga matahari, minyak

kedelai, minyak kelapa dan minyak sawit. Umumnya bahan baku minyak dan lemak tersebut

harus diproses terlebih dahulu menjadi senyawa oleokimia dasar sebelum digunakan untuk

memproduksi surfaktan. Oleokimia dasar yang dihasilkan dari minyak dan lemak adalah asam

lemak, gliserol, metil ester, dan fatty alkohol. Kebutuhan untuk memproses minyak dan lemak

terlebih dahulu ditentukan sebelum memproduksi surfaktan tersebut berpengaruh nyata

terhadap biaya produksi produk akhir (Flider 2001).

Surfaktan dibagi menjadi empat bagian penting dan digunakan secara meluas pada

hampir semua sektor industri modern. Jenis-jenis surfaktan tersebut adalah surfaktan anionik,

5

surfaktan kationik, surfaktan nonionik dan surfaktan amfoterik. Surfaktan anionik adalah

molekul yang bermuatan negatif pada bagian hidrofilik atau aktif permukaan (surface-active).

Sifat hidrofilik disebabkan karena keberadaan gugus ionik yang sangat besar, seperti gugus

sulfat atau sulfonat.

Aplikasi surfaktan pada industri sangat luas, contohnya yaitu sebagai bahan utama pada

industri deterjen dan pembersih lainnya, bahan pembusaan dan emulsifier pada industri

kosmetik dan farmasi, bahan emulsifier pada industri cat, serta bahan emulsifier dan sanitasi

pada industri pangan (Hui 1996).

Menurut Swern (1979), kemampuan surfaktan untuk meningkatkan kestabilan emulsi

tergantung dari kontribusi gugus polar (hidrofilik) dan gugus non polar (lipofilik). Menurut

Matheson (1996), kelompok surfaktan terbesar yang diproduksi dan digunakan oleh berbagai

industri (dalam jumlah) adalah surfaktan anionik. Surfaktan anionik adalah bahan aktif

permukaan yang bagian hidrofobiknya berhubungan dengan gugus anion (ion negatif).

Molekul surfaktan dapat divisualisasikan seperti berudu ataupun bola raket mini

yang terdiri atas bagian kepala dan ekor (Gambar 1). Bagian kepala bersifat hidrofilik

(suka air), merupakan bagian yang polar, sedangkan bagian ekor bersifat hidrofobik

(benci air/suka minyak), merupakan bagian nonpolar. Kepala dapat berupa anion, kation

atau nonion. Sedangkan ekor dapat berupa rantai linier atau cabang hidrokarbon (Hui 1996;

Hasenhuettl 1997).

Gambar 1. Tampilan orientasi surfaktan pada air (Zen, 2009)

Dalam media cair, molekul surfaktan anionik terpecah menjadi gugus kation yang

bermuatan positif dan gugus anion yang bermuatan negatif. Gugus anion merupakan pembawa

sifat aktif permukaan pada surfaktan anionik. Contoh khas surfaktan anionik adalah alkohol

sulfat dan ester sulfonat. Beberapa contoh surfaktan anionik yaitu Alkilbenzen Sulfonat Linear

(LAS), Alkohol Sulfat (AS), Alkohol Eter Sulfat (AES), Alfa Olefin Sulfonat (AOS), parafin

(secondary alkane sulfonate, SAS), dan Metil Ester Sulfonat (MES).

2.3 METIL ESTER SULFONAT (MES)

Surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) termasuk golongan surfaktan anionik, yaitu

surfaktan yang bermuatan negatif pada gugus hidrofiliknya atau bagian aktif permukaan

(surface-active). MES merupakan golongan baru dalam kelompok surfaktan anionik telah

mulai dimanfaatkan sebagai bahan aktif pada produk-produk pencuci dan pembersih (washing

and cleaning products) (Hui 1996; Matheson 1996).

Ekor nonpolar

Kepala Polar

Larutan air

6

Proses produksi surfaktan MES dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan agen

sulfonasi. Menurut Bernardini (1983) dan Pore (1976), pereaksi yang dapat dipakai pada

proses sulfonasi antara lain asam sulfat (H2SO4), oleum (larutan SO3 di dalam H2SO4), sulfur

trioksida (SO3), NH2SO3H, dan ClSO3H. Untuk menghasilkan kualitas produk terbaik,

beberapa perlakuan penting yang harus dipertimbangkan adalah rasio mol, suhu reaksi,

konsentrasi grup sulfat yang ditambahkan, lama proses netralisasi, jenis dan konsentrasi

katalis, pH dan suhu netralisasi (Foster 1996). Struktur kimia Metil Ester sulfonat (MES) pada

Gambar 2 sebagai berikut :

R CH C

O

SO3Na

OCH3

Gambar 2. Struktur MES (Watkins, 2001)

Surfaktan pada umumnya dapat disintesis dari minyak nabati melalui senyawa antara

metil ester dan alkohol lemak (fatty alcohol). Proses-proses yang dapat diterapkan untuk

menghasilkan surfaktan diantaranya yaitu asetilasi, etoksilasi, esterifikasi, sulfonasi, amidasi,

sukrolisis, dan saponifikasi. Produksi surfaktan dengan bahan baku metil ester dapat berasal

dari minyak kelapa, stearin sawit, kernel sawit (PKO), dan lemak hewan (Mac Arthur dan

Sheats 2002).

Menurut Matheson (1996), Metil Ester Sulfonat (MES) memperlihatkan karakteristik

dispersi yang baik, sifat detergensi yang baik terutama pada air dengan tingkat kesadahan yang

tinggi (hard water) dan tidak adanya fosfat, ester asam lemak C14, C16 dan C18 memberikan

tingkat detergensi terbaik, serta bersifat mudah didegradasi (good biodegradability).

Dibandingkan petroleum sulfonat, surfaktan MES menunjukkan beberapa kelebihan

diantaranya yaitu pada konsentrasi MES yang lebih rendah daya deterjensinya sama dengan

petroleum sulfonat, dapat mempertahankan aktivitas enzim yang lebih baik, toleransi yang

lebih baik terhadap keberadaan kalsium.

Hasil pengujian di laboratorium memperlihatkan bahwa laju biodegradasi MES serupa

dengan LAS dan sabun, namun lebih cepat dibandingkan LAS. Hal tersebut menyebabkan

Metil Ester Sulfonat pada masa mendatang diindikasikan akan menjadi surfaktan anionik yang

paling penting (Watkins 2001).

Mekanisme pembuatan Metil Ester Sulfonat adalah dengan mereaksikan Metil Ester

(biodiesel) dengan agen pensolfunasi gas SO3 menghasilkan Metil Ester Sulfonat Acid

(MESA). Dengan penambahan basa kuat (NaOH) terhadap MESA dihasilkan MES. Reaksi

produksi MES seperti disajikan pada Gambar 3

7

Gambar 3. Reaksi kimia produksi metil ester sulfonat (Susi, 2010)

Menurut Watkins (2001) jenis minyak yang dapat digunakan sebagai bahan baku

`pembuatan Metil Ester Sulfonat (MES) adalah kelompok minyak nabati seperti minyak

kelapa, minyak sawit, minyak inti sawit, stearin sawit, minyak kedelai, atau tallow (lemak

sapi). Menurut Swern (1979), panjang molekul sangat kritis untuk keseimbangan kebutuhan

gugus hidrofilik dan lipofilik. Apabila rantai hidrofobik terlalu panjang, akan terjadi

ketidakseimbangan, terlalu besarnya afinitas untuk gugus minyak atau lemak atau terlalu

kecilnya afinitas untuk gugus air. Hal ini akan ditunjukkan oleh keterbatasan kelarutan di

dalam air. Demikian juga sebaliknya, apabila rantai hidrofobiknya terlalu pendek, komponen

tidak akan terlalu bersifat aktif permukaan (surface active) karena ketidakcukupan gugus

hidrofobik dan akan memiliki keterbatasan kelarutan dalam minyak.

2.4 TEGANGAN ANTAR MUKA (Interacial Tension/IFT)

Tegangan permukaan atau energi bebas permukaan didefinisikan sebagai usaha yang

dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairan per satuan luas. Sedangkan tegangan

antarmuka adalah pengukuran kekuatan sebagai usaha yang diperlukan untuk memperluas

antar muka antara dua cairan immisible per satuan luas (Shaw 1980). Tegangan antarmuka

adalah energi yang bergerak melintang sepanjang garis permukaan. Tegangan permukaan

merupakan suatu gaya yang timbul sepanjang garis permukaan suatu cairan. Gaya ini timbul

karena adanya kontak antara dua cairan yang berbeda fase Dalam satuan SI (Standard

International) besaran tegangan antarmuka dinyatakan dengan mN/m atau dyne/cm.

Metil Ester

Metil Ester

Sulfonat

Metil Ester

Sulfonat Acid

Proses

Sulfonasi

Bleaching

8

Turunnya tegangan antarmuka akan menurunkan gaya kohesi dan sebaliknya

meningkatkan gaya adhesi. Gaya kohesi adalah gaya antar molekul yang bekerja diantara

molekul-molekul yang sejenis, sedangkan gaya adhesi adalah gaya antar molekul yang bekerja

diantara molekul-molekul yang tidak sejenis.

Adapun mekanisme dari penurunan tegangan antarmuka minyak dengan air akibat

penginjeksian larutan surfaktan adalah sebagai berikut: surfaktan organik memiliki gugus dasar

hidrokarbon (R) dan berikatan dengan senyawa anorganik (gugus sulfonat) SO3. Rumus

kimianya adalah R-SO3H. Surfaktan jenis ini dalam air akan terionisasi menjadi SO3-

dan H+.

Bila ion molekul RSO3- kontak dengan senyawa yang bersifat nonpolar (minyak), maka gugus

R akan berusaha untuk melakukan gaya adhesi (surfaktanminyak), sedangkan pada molekul

surfaktan ini sendiri akan bekerja gaya kohesi antara RSO3-, pengaruh gaya adhesi ini akan

memgurangi harga resultan gaya kohesi minyak itu sendiri, yang mengakibatkan gaya

antarmuka minyak dan air akan menurun (Affiati 1992). Saat ini diyakini jika IFT dapat

diturunkan menjadi 10-3

dyne/cm, maka fraksi minyak dalam pori-pori batuan dapat di

imobilisasi lebih baik (Baviere et al 1992).

Suatu surfaktan tersusun atas gugus hidrofobik dan hidrofilik pada molekulnya dan

memiliki kecenderungan untuk berada pada antarmuka antara dua fase yang berbeda derajat

polaritasnya atau dengan kata lain surfaktan dapat membentuk film pada bagian antar muka

dua cairan yang berbeda fase. Pembentukan film tersebut menyebabkan turunnya tegangan

permukaan kedua cairan berbeda fase tersebut sehingga mengakibatkan turunnya tegangan

antar muka (Georgiou et al. 1992).

Efek dari surfaktan pada fenomena antar muka merupakan fungsi dari konsentrasi

surfaktan pada antar muka. Efektifitas surfaktan pada adsorpsi antar muka didefinisikan

sebagai konsentrasi maksimum dimana surfaktan dapat tertahan pada antar muka. Efektifitas

Surfaktan dalam menurunkan tegangan antarmuka minyak air dipengaruhi oleh beberapa

faktor, diantaranya jenis surfaktan yang digunakan, konsentrasi surfaktan dan kosurfaktan yang

digunakan, kadar garam larutan, dan adsorpsi larutan surfaktan (Menursita 2002).

Menurut Shaw (1980), tegangan antarmuka merupakan faktor penting pada proses

enchanced oil recovery (EOR) dalam bidang pertambangan. Surfaktan dapat menurunkan

tegangan antarmuka antara fluida dengan fluida, fluida dengan batuan, dan fluida dengan

hidrokarbon. Di samping itu, surfaktan dapat memecah tegangan permukaan dari emulsi

minyak yang terikat dengan batuan (emulsion blocks), mengurangi terjadinya water blocking

dan mengubah sifat kebasahan (wettability) batuan menjadi suka air (water wet). Dalam

kondisi batuan yang bersifat water wet, minyak menjadi fasa yang mudah mengalir dan dengan

demikian water cut dapat diturunkan.

Proses EOR didefinisikan sebagai suatu metode yang melibatkan proses penginjeksian

material yang dapat menyebabkan perubahan dalam reservoir seperti komposisi minyak, suhu,

rasio mobilitas, dan karakteristik interaksi batuan-fluida. Metode EOR dapat dikelompokkan

berdasarkan material yang diinjeksikan ke reservoir yaitu metode panas (air panas, steam

stimulation, steamflood, fireflood), metode kimia (polimer, surfaktan, alkali), metode solvent-

miscible (pelarut hidrokarbon, CO2, N2, gas hidrokarbon, campuran gas alam), dan lainnya

(busa, mikrobial). Meskipun metode EOR kadang disebut sebagai rekoveri tersier, namun

bukan berarti metode EOR ini diterapkan setelah fase sekunder. Beberapa metode EOR dapat

diterapkan setelah fase primer atau bahkan saat proses pencarian minyak (discovery) (Gomaa

1997).

9

2.5 AIR FORMASI TANJUNG

Air formasi merupakan air yang terdapat di dalam formasi batuan. Merupakan istilah

untuk menjelaskan larutan cair yang terdapat pada pertemuan produksi minyak dan gas dalam

sumur minyak bumi. Istilah lain adalah air yang ada pada saat pembentukan hidrokarbon yang

terjebak dalam layer batuan dan ditemukan dalam ruang di dalam batuan tersebut. Komposisi

air formasi bervariasi sesuai posisi dalam struktur geologi dari air yang dihasilkan. Sebagian

besar air formasi berisi unsur anorganik terlarut dan senyawa organik.

Analisa air minyak bumi menunjukkan adanya berbagai sifat kimia meliputi : unsur

organik, seperti natrium, kalsium, magnesium kalium, strontium, lithium, barium, aluminium,

besi, timbal hitam, mangan, silikon, dan seng; anion yaitu klorida, bromida iod, arsenat, borat,

karbonat, florida, hidroksi, asam organik, garam, fosfat dan boron; gas terlarut seperti CO2, N2,

dan H2S; dan sifat fisik geologi seperti: kompresibilitas, densitas, faktor volume formasi,

tahanan jenis, tegangan antarmuka, viskositas, pH, dan potensial redoks (Collins 1989).

Lapangan Tanjung merupakan salah satu daerah operasi milik PT. Pertamina (Persero)

Unit Bisnis Pertamina EP Tanjung, yang berlokasi 230 km timur laut Banjarmasin,

Kalimantan Selatan atau 240 km dari Balikpapan, Kalimantan Timur (Gambar 4). Sejarah

penemuan lapangan ini diawali dengan penemuan minyak oleh Mijn Bouw Maatschappij

Martapoera pada tahun 1898 dengan melakukan empat pengeboran sumur minyak. Dotsche

Petroleum Maatschappij, perusahaan Belanda mengambil alih lapangan ini pada tahun 1912.

Namun tidak bertahan lama lapangan ini diambil alih oleh sesama perusahaan Belanda pada

tahun 1930 yang bernama N.V. Bataache Petroleum Maatschappij atau lebih dikenal dengan

BPM.

Struktur Tanjung terletak pada Cekungan Barito bagian Timur Laut, yang dibatasi oleh

Sunda Shelf, dibagian bawah Meratus High, dibagian Timur dan Utara dibatasi oleh Kuching

High. Struktur Tanjung berbentuk asymmetric NE-SW oriented faulted anticline, yang dibatasi

di Barat dan Utara oleh patahan. Struktur Tanjung mempunyai panjang sekitar 9 km dan lebar

sekitar 3 km dengan luas 2973,74 acre ( Wibowo 2008)

Gambar 4. Lokasi lapangan Tanjung (Wibowo 2008)

PETA LOKASI

10

2.6 BAKTERI DI LINGKUNGAN SUMUR MINYAK BUMI

Kelimpahan organisme dalam ekosistem ditentukan oleh ketersediaan energi dan

sumber karbon serta nutrisi esensial. Tiap-tiap spesies atau galur dalam ekosistem memiliki

kebutuhan nutrisi khusus, sifat kinetik, kemampuan biokimia, struktur khusus, dan lebih lanjut

lagi mempunyai tingkat yang berbeda dalam toleransi atau kemampuan terhadap kondisi

lingkungan (Balows et al. 1992). Menurut kadarwati et al. (1994) mikroorganisme yang

banyak hidup dan berperan di lingkungan hidrokarbon minyak bumi sebagian besar adalah

bakteri. Bakteri yang sesuai harus mempunyai kemampuan fisiologi dan metabolik untuk

mendegradasi bahan pencemar Bakteri, terutama jenis aerob, dapat mengoksidasi hidrokarbon

dalam minyak bumi dan menggunakannya sebagai sumber karbon dan energi bagi

pertumbuhannya. Umumnya bakteri yang dijumpai dalam reservoir minyak bumi berasal dari

lingkungan sekitarnya, baik yang berasal dari lingkungan tanah maupun perairan.

Minyak bumi umumnya mengandung ratusan senyawa kimia, dengan hidrokarbon

sebagai penyusun utamanya. Kebanyakan minyak bumi mengandung 90- 95% hidrokarbon,

meskipun ada yang memiliki 50% hidrokarbon (Davis 1967). Hidrokarbon sebagai satu-

satunya sumber karbon yang berada di dalam minyak bumi dapat dimanfaatkan oleh bakteri

pengoksidasi hidrokarbon untuk menyokong pertumbuhannya (Madigan dan Martinko 2006).

Mikroorganisme dalam hidup dan pertumbuhannya memerlukan sejumlah nutrisi atau

makanan dan energi. Hidrokarbon minyak bumi akan dikonsumsi mikroorganisme sebagai

sumber karbon dan energi. Unsur karbon yang terdapat pada minyak bumi, nitrogen dan fosfor

dalam suatu lingkungan tertentu akan digunakan mikroorganisme untuk pertumbuhan dan

biosintesisi unsur pokok bakterial (Oetomo 1997).

Bakteri yang diisolasi dari lingkungan minyak bumi umumnya tumbuh secara optimal

pada suhu 37oC Faktor suhu dan tekanan akan meningkat dengan bertambahnya kedalaman

formasi. Formasi yang terdalam masih menyediakan lingkungan untuk pertumbuhan

mikroorganisme. Suhu pada kedalaman reservoir meningkat rata-rata sebesar 1-20C tiap 100

kaki (Menursita 2002).

Mikroorganisme pendegradasi minyak bumi umunya tergolong dalam mikroba aerob,

sehingga adanya oksigen sangat penting dalam proses degradasi. Dalam studi laboratorium,

penambahan oksigen dapat dilakukan dengan pengadukan dan aerasi. Pengadukan

menyebabkan pecahnya lapisan minyak pada permukaan air sehingga berlangsung suplai

oksigen dari udara. Dengan demikian kebutuhan mikroorganisme akan oksigen akan terpenuhi.

Penelitian Bossert dan Bartha (1984) menunjukkan bahwa dari 22 genera bakteri yang

hidup di lingkungan minyak bumi, isolat yang mendominasi terdiri dari beberapa genera yaitu :

Alcaligenes, Arthrobacter, Nocardia, Achromobacter, Bacillus, Flavobacterium, dan

Pseudomonas. Penelitian lain dari Udiharto (1992) menunjukkan bahwa pseudomonas sp.

merupakan genera yang paling dominan ditemui di lingkungan minyak bumi. Genus

Pseudomonas telah dikenal luas sebagai salah satu kelompok mikroba yang memiliki

kemampuan yang tinggi dalam mendegradasi minyak bumi. Bakteri ini memiliki kemampuan

mendegradasi fraksi alifatik, aromatik dan resin (Harayama et al. 1995).

Penelitian yang dilakukan Mustafa et al. (2009) mengidentifikasi bakteri indigen sumur

minyak bumi di Jawa Barat yakni: Pseudomonas aeroginosa, Pseudomonas diminuta,

Pseudomonas putida, Bacillus circulans, dan Geobacillus sebagai isolat yang mampu bertahan

diatas suhu 55oC hingga 90

oC dalam uji termofilik bakteri. Menurut Brooks et al. (2005),

berbagai spesies dari genus Pseudomonas memiliki penyebaran yang luas pada tanah, air,

tanaman maupun hewan. Hal ini didukung oleh kebutuhan nutrisinya yang sederhana dan

11

tumbuh secara kemoorganotrof. Karakteristik yang mencolok dari kelompok ini adalah variasi

yang sangat luas terhadap penggunaan senyawa organik sebagai sumber karbon dan energi.

Pseudomonas mampu memanfaatkan berbagai senyawa hidrokarbon seperti alkana rantai lurus

C11C36, alkana bercabang, fenantren, antrasen dan naftalen, benzotiofen, dibenzotiofen, xylen,

dan toluen (Van Hamme 2000).

Sedangkan Bacillus diketahui dapat tumbuh dengan baik pada berbagai sumber karbon,

diantaranya dengan mengoksidasi berbagai hidrokarbon alifatik (Davis 1967). Kelompok

pembentuk endospora ini lazim ditemukan dalam tanah, air, udara dan tumbuh-tumbuhan.

Beberapa strain Bacillus dapat ditemukan di daerah ekstrim seperti danau soda dan tanah

berkadar karbonat tinggi yang memiliki pH alkali. Selain itu, dapat juga diisolasi dari lokasi

geotermal dan sumber air panas yang bersuhu tinggi (Madigan dan Martinko 2006).

Penelitian Knight dan Proom (1950) menemukan adanya organisme baru dari isolasi

yang dilakukan terhadap mesopilik spesies dari genus Bacillus yang berasal tanah. Mampu

tahan dalam kondisi simulasi 4% NaCl broth dan suhu inkubasi 370C pada Agar Nutrien. Jenis

tersebut adalah Bacillus pantothenticus. Karakterisasi B.pantothenticus termasuk dalam bakteri

gram-positif, bersifat aerob fakultatif, berbentuk batang vegetatif ukuran 0.5-4.0 m, umumnya

hidup sendiri atau bercampur dalam bebrapa organisme lainnya. Mampu tumbuh dalam

medium mengandung garam, asam-hidrolase casein dengan aneurin, biotin, dan asam

pantotenik (Knight dan Proom 1950).

Adapun bakteri Streptococcus dan Staphylococcus termasuk dalam gram positif bersifat

aerob fakultatif, tidak menghasilkan spora dan tidak motil, umumnya tumbuh berpasangan

maupun berkelompok, dengan diameter sekitar 0,8-1,0 m Staphylococcus aureus tumbuh

optimum pada shu 370C mampu menghsilkan katalase, yaitu enzim untuk mengkonversi H2O2

menjadi H2O dan O2, dan koagulase, enzim yang mengakibatkan fibrin berkoagulasi dan

menggumpal (Madigan dan Partinko 2006).

2.7 PERTUMBUHAN MIKROORGANISME

Pertumbuhan mikroorganisme sangat tergantung pada tersedianya substrat dan karbon

sebagai sumber energi. Kecepatan pertumbuhan mikroorganisme dalam suat medium

bergantung dengan kondisi yang seimbang antara populasi mikroorganisme dengan substrat

yang tersedia, artinya apabila mikroorganisme mendapat substrat yang cukup populasi akan

berkembang dan tumbuh dengan cepat, sebaliknya apabila jumlah substrat yang tersedia

terbatas. Maka, energi yang diperoleh hanya cukup untuk mempertahankan hidupnya. Karbon

yang tersedia pada hidrokarbon minyak bumi akan dimanfaatkan oleh mikroorganisme untuk

aktivitas pertumbuhannya. Selain karbon, kebutuhan unsur lain yang esensial adalah: nitrogen,

fosfor, oksigen, belerang, kalilum, magnesium, dan besi. (Jordan dan Payne 1980)

Fardiaz (1988) menyatakan banwa pertumbuhan organisme seluler merupakan

pertambahan massal sel yang juga berarti pertambahan jumlah sel. Bakteri merupakan sel

prokariotik yang tumbuh dengan cara pembelahan biner. Menurut Pelczar dan Chan (1986)

pertumbuhan bakteri dapat dibagi dalam empat fase pertumbuhan yaitu fase perumbuhan

lambat/lag, fase exponensial, fase stasioner, dan fase kematian. Pertumbuhan mikroorganisme

dicirikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk menggandakan massa sel atau jumlah sel.

Menurut Fardiaz (1988) pengukuran jumlah mikroorganisme diperlukan untuk mengetahui

pola pertumbuhannya. Pengukuran dapat dilakukan secara langsung dengan pengukuran nilai

http://id.wikipedia.org/wiki/Spora

12

densitas optik (OD) maupun bobot kering sel. Pengukuran nilai densitas optik berbanding

lurus dengan konsentrasi sel pada kisaran tertentu.

Kurva pertumbuhan diperoleh melalui perhitungan jumlah bakteri yang dihitung pada

waktu-waktu tertentu sehingga menunjukkan pola pertumbuhan bakteri tersebut. Pola

pertumbuhan bakteri pada umumnya memiliki empat fase pertumbuhan, yaitu fase permulaan

atau adaptasi (fase lag), fase pertumbuhan eksponensial atau logaritma (fase log), fase

stasioner, dan fase kematian.

Fase pertumbuhan awal atau fase lag merupakan awal pertumbuhan mikroba ketika

bakteri baru menyesuaikan diri dengan lingkungannya. Fase ini ditandai dengan perubahan

komposisi kimiawi sel, penambahan ukuran, substansi seluler, dan waktu generasinya relatif

panjang. Fase selanjutnya adalah fase pertumbuhan eksponensial atau fase log yang merupakan

fase pertumbuhan sel paling cepat dan paling aktif. Pada fase ini, metabolisme sel paling aktif,

sintesis bahan sel sangat cepat dengan jumlah konstan hingga nutrien habis. Fase log sangat

dipengaruhi oleh suhu dan komposisi media pertumbuhan. Fase optimum pertumbuhan bakteri

ini memungkinkan dalam mempelajari enzim dan komponen bakteri lainnya, termasuk

metabolit primer (Rahman 1992).

Gambar 5. Kurva pertumbuhan bakteri (Rahman 1992)

Setelah nutrisi pada media pertumbuhan sudah habis, pertumbuhan sel mulai terhambat,

kecepatan pembelahan sel berkurang, dan jumlah sel yang mati mulai bertambah, serta mulai

dihasilkannya metabolit sekunder. Pada fase ini, jumlah sel hidup konstan seperti tidak terjadi

pertumbuhan, sehingga disebut sebagai fase stasioner. Berikutnya, nutrisi dari media

pertumbuhan sudah tidak tersedia lagi dan terjadi penimbunan hasil metabolisme yang bersifat

toksik yang mengakibatkan penurunan jumlah populasi bakteri secara drastis. Fase ini disebut

sebagai fase kematian. Namun, pada fase ini tetap terdapat sel yang dapat bertahan hidup

dengan waktu generasi yang relatif lama (Rahman 1992).

Log j

um

lah

bak

rte

ri

Fase

lag

Fase

kematian

Fase

Log

Fase Stasioner

Waktu

13

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 ALAT DAN BAHAN

3.1.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan metil ester adalah tank esterifikasi

skala pilot plant 100 L. Sedangkan untuk pembuatan MES digunakan reaktor sulfonasi Single

Tube Falling Film Reactor (STFR). Untuk keperluan analisa mikrobiologi menggunakan antara

lain autoklaf, tabung reaksi, cawan petri, durgasky stick, bunsen, selongsong pipet, pipet

serologis 1 ml, kapas, sumbat karet, vortex mixer, oven sterilisasi, pipet mikrometer, quebec

colony meter. Keperluan untuk fisikokimia MES: piknometer, pH meter, gelas ukur, labu

erlemeyer, hotplate stirrer, neraca analitik. Sedangkan untuk uji IFT menggunakan: Density

Meter DMA 4500M/Anton Paar dan spinning drop Tensiometer TX 500 C.

3.1.2 Bahan

Bahan baku utama yang digunakan adalah surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) dari

olein, air formasi sumur Tanjung. Untuk keperluan analisan MES diantaranya: larutan KI 10

%, larutan Na2S2O3 0,1 N, indikator fenolftalein 1%, KOH 0,1 N, NaCl, CaCl2.2H2O, NaOH

0.1 N, campuran 50% toluen 50% etanol 95%, campuran sikloheksan asam asetat glasial,

larutan Wijs, indikator Metilene blue, N-cetylpyridiumchloride, dan aseton. Media yang

dipergunakan untuk pertumbuhan bakteri adalah Nutrient Broth dan minyak bumi mentah

(crude oil), sedangkan untuk analisa mikroorganisme digunakan adalah Nutrient Agar (NA)

dan Nutrient Broth (NB).

3.2 WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus hingga Desember 2010. Pembuatan

surfaktan MES dilakukan di Laboratorium Produksi Surfaktan MES SBRC IPB di PT Mahkota

Indonesia, Pulogadung, Jakarta. Pengambilan sampel bakteri berasal dari BLCC

(Biotechnology Lemigas Culture Collection) PPTMGB Lemigas, Jakarta. Analisa surfaktan

dan IFT di Laboratorium Analisis SBRC Institut Pertanian Bogor.

3.3 METODE PENELITIAN

3.3.1 Sifat Fisiko Kimia Olein

Penelitian ketahanan surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) ini menggunakan bahan

baku olein sawit. Olein sawit merupakan salah satu hasil fraksinasi berbentuk cair dari minyak

sawit kasar (Crude Palm Oil). Sebelum dilakukan proses transesterifikasi, maka analisis olein

sawit diperlukan untuk mengetahui sifat fisikokimia olein sawit. Adapun sifat fisikokimia yang

diuji meliputi beberapa parameter yaitu: kadar air, bilangan asam, bilangan iod, bilangan

penyabunan, fraksi tak tersabunkan serta komposisi asam lemak pada olein sawit.

14

3.3.2 Metil Ester Olein

Bahan baku olein sawit diproses secara transesterifikasi untuk menghasilkan metil ester

olein. Proses transesterifikasi dilakukan dengan cara pemanasan hingga suhu 60 C kemudian

dimasukkan dalam tangki transesterifikasi dan ditambahkan larutan metoksida (methanol 15%

v/v, KOH 1% b/v) dengan pengadukan selama 1 jam. Setelah 1 jam, dipindahkan ke dalam

tangki settling (pengendapan) dan diendapkan selama 24 jam untuk pemisahan gliserol.

Gliserol dipisahkan, kemudian dilakukan pencucian menggunakan air minimal 3-4 kali untuk

menghilangkan gliserol dan sabun yang terbentuk, dan selanjutnya dikeringkan dengan

pemanasan dan pengadukan hingga tidak terlihat lagi gelembung air pada permukaan.

Terhadap metil ester yang dihasilkan dilakukan analisa sifat fisika-kimia meliputi: kadar air,

bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan, fraksi tak tersabunkan, dan kadar ester.

3.3.3 Pembuatan Metil Ester Sulfonat

Tahapan selanjutnya dalam produksi surfaktan MESA adalah proses sulfonasi yang

merupakan proses pelekatan gugus sulfonat pada senyawa organik. Pada kegiatan penelitian ini

digunakan gas SO3 sebagai agen sulfonasi dan Metil Ester Olein. Reaksi sulfonasi terjadi di

dalam Reaktor Single Tube Falling Film Reactor (STFR) setinggi 6 m diameter tube 25 mm.

Kontak Gas SO3 dan Metil Ester dilakukan pada laju alir 75 ml/menit dengan suhu input

bahan 100 C selama 360 menit. MESA dilanjutkan dengan proses aging pada suhu 80oC dan

waktu 60 menit. Surfaktan MESA dinetralkan dengan NaOH 50% untuk mendapatkan

surfaktan MES. Kemudian dilakukan analisa fisikokimia berupa: densitas, warna, bilangan

asam, dan bahan aktif.

3.3.4 Pembuatan Kultur Bakteri Campuran

Kultur bakteri yang digunakan merupakan koleksi dari BLCC (Biotechnology Lemigas

Culture Collections). Kultur bakteri yang digunakan adalah: Staphylococcus aureus,

Pseudomonas aeruginos, Bacillus pantothenticus, dan Streptococus sp. Sediaan kultur tersebut

diambil 1 ose dari media agar miring untuk dilakukan penyegaran (propagasi) dengan cara

digoyangkan dalam media nutrient broth cair dengan shaker selama 48 jam pada suhu 37oC.

Kemudian diambil 5 ml pada masing-masing kultur tersebut secara aseptik untuk dicampurkan

dalam media nutrient broth yang baru sebanyak 200 ml.

3.3.5 Inokulasi Bakteri

Air formasi Tanjung sebanyak 500 ml yang telah disaring dilakukan sterilisasi pada

suhu 121o C selama 15 menit dengan otoklaf Setelah itu, didinginkan sehingga mencapai suhu

30oC. Kemudian dilakukan penambahan suspensi bakteri campuran sebanyak 5 ml (1% v/v).

Dilakukan pencampuran dengan dikocok merata. Air formasi yang ditambahkan suspensi

bakteri campuran diletakkan pada kondisi steril pada suhu ruang (25-30 oC). Air formasi ini

akan digunakan untuk analisa ketahanan surfaktan MES.

15

3.3.6 Pembuatan Kurva Pertumbuhan

Sebanyak 2-3 ml sampel (air formasi yang telah ditambahkan bakteri campuran)

diambil setiap jamnya. Untuk melihat pola pertumbuhan bakteri yang akan dibuat kurva

tumbuh selama 36 jam. Selanjutnya, dilakukan pengukuran jumlah sel dengan metode

turbidimetri melalui perhitungan Optical Density (OD) menggunakan spektrofotometer pada

panjang gelombang 550 nm. Kurva pertumbuhan diperoleh dengan memplotkan waktu (jam)

pada sumbu x dan OD pada sumbu y.

3.3.7 Pengujian Ketahanan Surfaktan MES

Surfaktan MES yang telah disterilisasi di timbang untuk penentuan kebutuhan dalam

pembuatan konsentrasi 0.1%; 0.3%; 0.5%; dan 1.0% surfaktan dalam air formasi. Sebagai

contoh untuk pembuatan konsentrasi 0.1% dalam 20 ml suspensi bakteri (air formasi)

ditambahkan 0,02 gram surfaktan MES. Campuran tersebut diletakkan di dalam tabung reaksi

dan ditutup dengan alumium foil. Kemudian di inkubasi dalam kondisi dan suhu ruang selama

7 hari dengan dilakukan pengamatan pada hari ke-1, 3, 5, dan 7 sebanyak 2 kali ulangan.

Waktu inkubasi tersebut menggambarkan lamanya surfaktan berada dalam sumur minyak.

Ketahanan MES diukur melalui kemampuannya dalam menurunkan tegangan antar muka

(IFT). Pengukuran IFT menggunakan alat Tensiometer kemudian dibandingkan dengan MES

yang tidak diberikan kultur bakteri (kontrol). Sebagai pengamatan awal ketahanan surfaktan.

Kondisi pengujian dilakukan dalam kondisi ruang pada suhu 27 30 oC

Model Rancangan percobaan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) in Time

dengan dua faktor yakni konsentrasi surfaktan dalam suspensi bakteri (B) dan lama inkubasi

(S). Faktor konsentrasi surfaktan terhadap suspensi bakteri terdiri atas empat taraf, sedangkan

faktor lama inkubasi sebanyak empat taraf. Masing-masing dilakukan ulangan sebanyak dua

kali. Model Linear percobaan (Mattjik dan Sumertajaya 2006):

Yijk = + Bi + Sj + (BS)ij + ij + ijk

Keterangan :

Yijk = Hasil pengamatan konsentrasi ke-i, lama inkubasi ke-j pada Ulangan ke-k

= Rata-rata yang sebenarnya

Bi = pengaruh konsentrasi ke-i (i = 0.1, 0.3, 0.5, 1.0)

Sj = pengaruh lama inkubasi ke-j (j= 1, 3, 5, 7)

(BS)ij = pengaruh interaksi konsentrasi ke-i dengan lama inkubasi ke-j

ij = komponen acak perlakuan ijk = Galat percobaan

Interaksi RAL intime dilanjutkan dengan uji Duncan untuk mendapatkan perlakuan

terbaik. Kemudian dilanjutkan uji- t dengan membandingkan perlakuan terbaik dengan kontrol.

Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 6.

16

Gambar 6. Diagram alir penelitian ketahanan surfaktan MES

Surf.

1,0%

Pengukuran IFT

(Tensiometer)

Metil Ester Sulfonat

Filtrasi (0,45 m)

Streptococus

sp.

Bacillus

pantothenticus

Pseudomonas

aeruginosa

Staphylococcus

aureus

Bakteri

Campuran

1-2%

Sterilisasi

(T=121oC, t=15)

Air Formasi

Tanjung Steril

500 ml

Inokulasi aseptik

Metil Ester

Metil Ester

Sulfonat Acid

(MESA)

Propagasi

(penyegaran)

Shaker

T=37oC,

48 jam

Air Formasi +

Bakteri Campuran

Pembuatan

kurva tumbuh

(spektrometer)

Surf.

0,1%

Surf.

0,3%

Surf.

0,5%

Inkubasi (1, 3, 5, 7 hari)

Surf. blanko

Transesterifikasi

Sulfonasi (SO3)

Reaktor STFR

Netralisasi

(NaOH 50%)

Kuantifikasi Bakteri

(hitungan cawan)

PCA

Kultur Bakteri

BLCC

Air Formasi

Tanjung

Minyak

olein sawit

17

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 SIFAT FISIKOKIMIA OLEIN SAWIT

Penelitian pembuatan surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) ini menggunakan bahan

baku olein sawit. Olein sawit merupakan salah satu hasil fraksinasi berbentuk cair dari minyak

sawit kasar (Crude Palm Oil). Sebelum dilakukan proses transesterifikasi, maka analisis olein

sawit diperlukan untuk mengetahui sifat fisikokimia olein sawit. Sifat fisikokimia olein sawit

menjadi acuan kondisi reaksi transesterifikasi yang digunakan untuk mengkonversi olein sawit

menjadi metil ester olein. Hasil analisis olein sawit selengkapnya disajikan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Sifat fisikokimia olein sawit

Analisis Satuan Nilai

Asam lemak bebas % 0.19

Bilangan asam mg KOH/g minyak 0.41

Bilangan iod mg iod/g minyak 61.33

Bilangan penyabunan mg KOH/g minyak 208.40

Densitas g/L 0.906

Viskositas (29 oC) 61.5

Kadar Air % 0.103

Fraksi tak tersabunkan %

0.38

Menurut Mittelbach dan Remschmidt (2006) minyak dengan bilangan asam di bawah 1

mg KOH/ gram minyak dapat diolah secara langsung melalui proses transesterifikasi,

sedangkan Sanford et al. (2009) menyebutkan mensyaratkan asam lemak bebas pada bahan

baku untuk pembuatan metil ester tidak lebih besar dari 0.5%. Hal ini terkait dengan pengaruh

asam lemak bebas dalam proses produksi metil ester yakni menyebabkan terjadinya deaktivasi

katalis yang diakibatkan karena asam lemak bebas bereaksi dengan natrium metoksida

membentuk sabun. Aktivitas katalis basa yang berkurang akan mengganggu konversi minyak

menjadi metil ester. Analisis sifat fisikokimia olein sawit menunjukkan bilangan asam 0,41 mg

KOH/gram dan asam lemak bebas 0.19% sehingga dapat dilakukan proses transesterifikasi

langsung untuk membuat metil ester.

Hasil analisa menyebabkan bilangan iod olein sebesar 61.33 mg iod/g minyak. Bilangan

iod dan komposisi asam lemak tidak berpengaruh terhadap proses transesterifikasi, namun

menentukan karakteristik metil ester yang dihasilkan. Metil ester dari minyak tidak jenuh

kurang stabil terhadap oksidasi. Stabilitas terhadap oksidasi ditentukan oleh 2 aspek yaitu

keberadaan atom hidrogen pada ikatan rangkap yang merupakan titik terjadinya oksidasi dan

adanya antioksidan alami pada minyak yang dapat mencegah oksidasi pada molekul

trigliserida (Sanford et al. 2009).

Pengujian terhadap bilangan penyabunan olein 208.4 mg KOH/g. Sedangkan bilangan

penyabunan olein sawit sebesar 194 202 mg KOH/gram minyak (Hui 1996). Bilangan

penyabunan mengukur bobot molekul atau panjang rantai karbon asam lemak di dalamnya.

Menurut Sanford et al. (2009), semakin tinggi bilangan penyabunan menunjukkan asam lemak

penyusun trigliserida memiliki panjang rantai karbon pendek. Jika panjang rantai karbon asam

18

lemak pendek, maka dalam 1 gram lemak atau minyak kandungan asam lemaknya semakin

banyak sehingga kebutuhan KOH untuk penyabunan semakin tinggi demikan sebaliknya.

Dari hasil analisis, olein sawit yang digunakan untuk bahan baku pembuatan metil ester

mengandung sejumlah kecil air 0.13%. Air merupakan komponen minor dalam olein, namun

dalam proses produksi metil ester sangat penting untuk dihilangkan. Menurut Gerpen et al.

(2004) kandungan air dalam bahan baku masih ditoleransi hingga 1%. Air mampu

menghidrolisis trigliserida menjadi digliserida dan akhirnya terbentuk asam lemak bebas.

Asam lemak bebas akan bereaksi dengan katalis basa membentuk sabun. Air pada olein dapat

dihilangkan dengan proses pemanasan dan dibantu dengan kondisi vakum untuk

meminimalkan pembentukan emulsi selama proses transesterifikasi.

Fraksi tak tersabunkan yang terdapat pada olein sawit yang digunakan sebesar 0.38%.

Fraksi tak tersabunkan merupakan senyawa yang tidak dikehendaki dalam minyak yang harus

dihilangkan atau diminimalkan. Fraksi tak tersabunkan terdiri dari senyawa organik yang tidak

bereaksi dengan basa untuk membentuk sabun. Fraksi tak tersabunkan terdiri dari sterol,

alkohol dengan bobot molekul yang tinggi, pigmen, lilin (waxes) dan hidrokarbon. Fraksi ini

bersifat sangat non polar, sehingga memungkinkan terbawa pada metil ester setelah reaksi

transesterifikasi sehingga dapat mengurangi kemurnian metil ester dan dapat mempengaruhi

proses selanjutnya.

4.2 SIFAT FISIKOKIMIA METIL ESTER OLEIN

Tahapan penting pada penelitian ini adalah produksi bahan baku utama untuk sulfonasi,

yaitu metil ester. Metil ester dipilih sebagai bahan untuk sulfonasi karena kualitas metil ester

sebagai bahan sulfonasi lebih baik, yaitu sifat metil ester yang tidak mudah teroksidasi

dibandingkan jika menggunakan trigliserida dan asam lemak sebagai bahan baku sulfonasi.

Menurut Sheats dan MacArthur (2002) penggunaan metil ester sebagai bahan baku

pembuatan Metil Ester Sulfonat sangat memfokuskan pada tingginya hidrogenasi dan

kemurnian bahan baku, hal ini terkait dengan tingkat ketidakjenuhan dan distribusi rantai

karbon didalamnya. Tabel 3 memperlihatkan analisa metil ester olein.

Tabel 3. Sifat fisikokimia metil ester olein

Analisis Satuan Nilai

Kadar air % 0,13

Bilangan asam mg KOH/g ME 0,21

Bilangan iod mg I/g ME 63,74

Bilangan penyabunan mg KOH/g ME 276,30

Fraksi tak tersabunkan % 0,14

Kadar ester % 97,57

Kadar air yang masih terkandung di dalam metil ester olein sebesar 0.13%. Adanya air

dalam metil ester dapat menyebabkan air bereaksi dengan ester membentuk asam lemak bebas.

Air dapat terbentuk selama proses transesterifikasi melalui reaksi antara katalis NaOH atau

KOH dengan metanol, atau bahkan dari proses pencucian untuk menghilangkan gliserol.

19

Analisis bilangan asam metil ester olein sawit dilakukan untuk mengukur tingkat

konversi metil ester. Penurunan bilangan asam dari olein sebesar 0.41 mg KOH/g sampel

menjadi 0.21 mg KOH/g menunjukkan penurunan asam lemak bebas, karena teresterifikasi

menghasilkan metil ester. Bilangan asam pada metil ester setelah proses transesterifikasi lebih

rendah karena katalis basa akan memisahkan asam lemak bebas melalui mekanisme

pembentukan sabun. Bilangan asam dapat meningkat sejalan dengan waktu penyimpanan

karena terjadinya reaksi dengan udara atau air (Gerpen et al. 2004). Penurunan bilangan asam

berkorelasi dengan kadar ester metil olein yaitu sebesar 97.57%, hal ini menunjukkan konversi

olein sawit menjadi metil ester cukup tinggi. Menurut Mittelbach dan Remschmidt (2006)

kadar ester minimum metil ester sebagai bahan bakar adalah sebesar 96.5%.

Metil ester olein yang dipergunakan pada penelitian ini memiliki bilangan iod sebesar

63.74 mg iod/g ME. Bilangan iod metil ester olein masih lebih tinggi dibandingkan dengan

standar yang digunakan Chemithon yaitu 0.39 cg iod/g ME (Sheats dan MacArthur 2002). Hal

ini menunjukkan bahwa tingkat ketidakjenuhan metil ester olein yang digunakan dalam

penelitian ini masih lebih tinggi dibandingkan standar dari Chemithon.

4.3 SIFAT FISIKOKIMIA SURFAKTAN MES OLEIN

Proses utama dalam produksi surfaktan MES adalah pada tahapan sulfonasi. Bahan

baku utama dalam proses sulfonasi adalah metil ester olein dan gas SO3. Proses sulfonasi gas

SO3 terhadap metil ester olein berlangsung secara cepat pada Single Tube Falling Film Reactor

(STFR). Falling Film Reactor ini berukuran tinggi 6 meter dengan diameter tube 25 mm.

Kontak Gas SO3 dan metil ester dilakukan pada laju alir 75 ml/menit dengan suhu input bahan

100 C selama 360 menit. Proses tersebut menghasilkan produk antara yang disebut Metil

Ester Sulfonat Asam (MESA).

Kemudian dilakukan aging pada suhu 80o C dan lama 60 menit. Proses tersebut Proses

aging dilakukan pada MESA agar mencapai reaksi sulfonasi yang sempurna. Proses ini

melibatkan penyusunan ulang (rearrangement) struktur molekul intermediet

(RCHSO3HCOOSO3CH3) menjadi methyl ester sulfonic acid atau MESA

(RCHSO3HCOOCH3). MESA dilewatkan kedalam digester yang memilki suhu konstan

(~80oC) selama kurang lebih satu jam. Efek samping dari MESA digestion adalah penggelapan

warna campuran asam sulfonat secara signifikan.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses sulfonasi menggunakan gas SO3

khususnya dengan teknologi STFR antara lain sumber dan kemurnian (purity) agent/bahan

sulfonasi, tipe dan kualitas Metil Ester, kondisi reaksi serta tipe dan unjuk kerja reaksi

sulfonasi (Moretti et al. 2001). Adapun penelitian yang dilakukan oleh Susi (2010)

menyebutkan karakteristik tube reaktor STFR harus dapat membuat ketebalan film yang tepat

untuk kontak dengan SO3 secara maksimum. Pengaturan laju alir gas/liquid ditentukan oleh

diameter tube, hal ini terkait dengan distribusi permukaan, ketebalan film dan penentuan

kecepatan gas sehingga turbulensinya sama. Sehingga didalam penelitian ini harus dijaga

ketebalan film dari umpan tetap konstan, turbulensi sama sepanjang tube dan sepanjang waktu

sulfonasi. Jika terjadi turbulensi akan memungkinkan proses sulfonasi tidak sempurna.

MESA yang terbentuk dilakukan netralisasi dengan penambahan NaOH 50% sambil

diaduk untuk mendapatkan MES. Beberapa parameter yang diuji mencakup : densitas, pH,

warna, bilangan asam, dan bahan aktif. Selengkapnya dapat disajikan dalam Tabel 4.

20

Tabel 4. Sifat fisikokimia surfaktan MES Olein

Analisis Satuan Nilai

Densitas g/ mL 0,9776

pH - 6,98

Warna Klett 735

Bilangan asam mg NaOH/g MES 1,488

Bahan Aktif % 13,05

Densitas merupakan salah satu sifat dasar fluida yang didefinisikan sebagai hasil dari

massa per satuan waktu. Efek suhu pada densitas cairan tidak dapat diabaikan karena cairan

akan meregang mengikuti perubahan suhu. Densitas umumnya dikaitkan dengan viskositas

yaitu cairan lebih padat maka viskositasnya lebih tinggi, hal ini berkorelasi dengan kandungan

total padatan pada bahan. Densitas yang diukur pada penelitian ini 0.9776 g/mL merupakan

perbandingan bobot dari suatu volume sampel pada suhu 25 oC dengan bobot air pada volume

dan suhu yang sama.

Nilai pH surfaktan MESA memiliki nilai pH yang rendah (berkisar 0.1 2.0) hal ini

menunjukkan gugus sulfonat (-SO3) dalam produk hasil sulfonasi bersifat asam sehingga

produk tersulfonasi pun memiliki pH yang rendah. Hal ini menyebabkan MESA perlu

dinetralisasi dengan basa kuat (NaOH 50%) agar larutan bersifat netral, berada pada nilai 6-8.

Produk tersulfonasi berwarna hitam gelap, yaitu warna MES terukur sebesar 735 (klett). Warna

gelap dikarenakan reaksi reaktif gas SO3 terhadap metil ester olein sehingga terbentuk senyawa

polisulfonat yang memiliki ikatan rangkap terkonjugasi (Roberts et al. 2008). Dalam aplikasi

MES untuk bahan pembantu pengambilan minyak (recovery) warna hitam pekat tidak menjadi

masalah. Untuk produk lain yang membutuhkan penampilan MES yang lebih menarik seperti

sabun atau bahan pembersih lainnya. warna hitam pekat MES ini dapat dihilangkan dengan

metode bleaching dengan penambahan asam peroksida (H2O2) dalam kadar tertentu.

Bilangan asam terukur rata-rata sebesar 1.488 mg NaOH/g MES merupakan jumlah

miligram basa yang diperlukan untuk menetralisasi asam lemak bebas dalam 1 gram bahan.

Basa yang digunakan dalam hal ini adalah NaOH. Produk MESA bersifat asam karena masih

mengandung campuran SO3. Gas SO3 merupakan salah satu gugus pembentuk asam kuat,

sehingga banyaknya gugus SO3 yang terikat pada suatu bahan akan meningkatkan bilangan

asam.

Kadar bahan aktif rata-rata MES adalah 13.05% merupakan salah satu mutu nilai kinerja

surfaktan. Kadar bahan aktif menunjukkan jumlah kandungan bahan aktif permukaan yang

terkandung dalam surfaktan. Semakin banyak kadar bahan aktif dalam surfaktan maka

diharapkan akan semakin baik kinerja surfaktan. Kadar bahan aktif dapat ditunjukkan dari

jumlah gugus SO3 yang terikat dalam struktur MESA.

Analisis kadar bahan aktif yang dilakukan pada penelitian menggunanakn metode

Epthone. Menurut Stache (1995) prinsip dasar dari uji ini adalah titrasi bahan aktif

menggunakan cetylbipiridinum bromide, yang merupakan salah satu jenis surfaktan kationik.

Indikator yang digunakan adalah methylen blue. Pada campuran surfaktan yang ditambahkan

indikator kloroform akan terbentuk dua fasa kloroform di bagian bawah dan fasa larutan

surfaktan dan methylen blue yang berada di bagian atas. Pada permulaan, warna biru tua

berada pada lapisan kloroform, kemudian selama titrasi warna biru akan bergerak menuju

lapisan cairan (larutan surfaktan dalam akuades) secara perlahan. Perpindahan warna terjadi

21

secara cepat pada akhir titrasi. Akhir titrasi dicapai ketika warna kedua lapisan memiliki

intensitas yang hampir sama. Bila titrasi diteruskan maka fasa kloroform akan menjadi lebih

pucat lalu lama-kelamaan akan menjadi bening.

Pengujian pendahuluan tegangan antarmuka (IFT) Surfaktan MESA dan MES Olein

pada konsentrasi 0,3% dengan Tensiometer sebanyak dua kali ulangan (duplo) menunjukkan

nilai masing-masing untuk MESA adalah 8,9 x 10-2

dyne/cm dan 7,9 x 10-2

dyne/cm.

Sedangkan untuk MES olein memberikan hasil 7,4x10-2

dyne/cm dan 6x10-3

dyne/cm.

Pegujian pendahuluan nilai IFT MES ini akan dijadikan dasar dalam pengujian ketahanan

surfaktan. Hasil terbaik pengujian surfaktan MES olein mencapai 10-3

dyne/cm. Pada

aplikasinya di lapangan sumur minyak nilai IFT yang mencapai 10-3

mampu meningkatkan

kinerja surfaktan dalam menurunkan tegangan minyak air di sumur minyak bumi. (Baviere et

al 1992)

4.4 PERTUMBUHAN BAKTERI CAMPURAN

Mikroba di habitat asli umumnya terdapat dalam populasi campuran. Kultur campuran

dapat terdiri dari spesies-spesies yang telah diketahui atau campuran spesies yang tidak

diketahui. Kultur campuran dapat merupakan satu grup mikrobial, seperti misalnya: semua

bakteri, atau dapat pula terdiri dari campuran organisme, fungi dan bakteri, fungi dan khamir,

atau kombinasi lain.

Bakteri yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari BLCC (Biotechnology

Lemigas Culture Collections). Kultur bakteri tersebut adalah Staphylococcus aureus,

Pseudomonas aeruginosa, Bacillus pantothenticus, dan Streptococus sp. Kultur tersebut

masing-masing dibiakkan dalam nutrient broth yang telah di shaker pada suhu 37oC selama 48

jam. Untuk selanjutnya dilakukan pencampuran dengan media nutrient broth baru sebanyak

10% (b/v). Artinya dalam 200 ml nutrient broth baru ditambahkan 20 ml bakteri, masing-

masing 5 ml. Kultur bakteri campuran tersebut di shaker dalam suhu ruang untuk membantu

pertumbuhan. Pertumbuhan bakteri campuran ditandai dengan warna nutrient broth yang

cenderung kekuningan menjadi kehijauan karena adanya pertumbuhan bakteri Pseudomonas

(Gambar 7)

Penggunaan kultur bakteri campuran dalam penelitian ini diharapkan mendekati kondisi

sesungguhnya di lingkungan sumur minyak bumi. Menurut Kuroshawa et al. (1988) kondisi

optimum pertumbuhan kultur campuran lebih sulit diperkirakan. Hal ini disebabkan jenis

mikroorganisme yang digunakan dalam kultur campuran tidak selalu mempunyai kondisi

optimum yang sama seperti pH, suhu, nutrien, dan kebutuhan oksigen.

Gambar 7. Bakteri campuran

Kultur bakteri campuran tersebut digunakan untuk ditambahkan dalam air formasi

Tanjung sebagai pengkondisian di lingkungan sumur minyak bumi dimana bakteri/

22

mikroorganisme aerob maupun semianaerob berada. Penggunaan kultur campuran Menurut

Hesseltine (1991), keuntungannya antara lain (1) lebih tahan terhadap kontaminasi, (2)

memungkinkan penggunaan substrat dengan lebih baik karena kisaran kerja enzim yang lebih

luas, (3) memungkinkan tingkat pertumbuhan yang lebih tinggi karena masing-masing

mikroorganisme dapat menghasilkan faktor pertumbuhan yang dibutuhkan mikroorganisme

lain untuk pertumbuhan optimal, (4) memungkinkan terjadi transformasi multi langkah yang

tak mungkin terjadi pada kultur tunggal, (5) dapat digunakan substrat yang murah dan tidak

murni, (6) pemeliharaan kultur campuran relatif lebih murah.

Sedangkan kerugiannya antara lain: (1) produk yang terbentuk dari fermentasi kultur

campuran lebih bervariasi dalam jumlah maupun jenis kompenen dalam kultur tunggal, (2)

adanya kontaminan lebih sulit dideteksi, (3) kajian ilmiah produk dan mikroorganisme pada

kultur campuran relatif lebih sulit dilakukan dibandingkan dengan jika hanya melibatkan satu

jenis mikroorganisme (Hesseltine, 1991). Berikut ini (Gambar 8) disajikan kurva pertumbuhan

dari bakteri campuran dalam selang waktu 36 jam.

Gambar 8. Kurva pertumbuhan kultur bakteri campuran dalam

air formasi Tanjung (= 550 nm)

Kurva pertumbuhan merupakan replikasi dari populasi sel. Waktu yang diperlukan

untuk siklus pertumbuhan sel sangat beragam dan terrgantung pada sejumlah faktor antara lain

nutrisi dan genetika (Madigan dan Martinko 2006). Kurva pertumbuhan diatas diperoleh dari

air formasi Tanjung yang telah dicampurkan suspensi bakteri campuran. Dengan metode

turbidimetri dengan mengukur kekeruhan atas nilai OD (Opacity Density). Nilai kekeruhan

semakin meningkat terhadap waktu. Menunjukkan bakteri yang diinokulasikan bertambah

yang berada di dalam air formasi yang dihitung pada waktu-waktu tertentu sehingga

menunjukkan pola pertumbuhan bakteri tersebut.

Fase awal mengalami pertumbuhan lambat pada 1- 21 jam yang disebut waktu adaptasi.

Ketika populasi mikroba diinokulasikan ke dalam medium baru diperlukan waktu untuk

mensintesis enzim-enzim baru, sehingga pertumbuhannya tidak dimulai segera, tetapi setelah

periode waktu tertentu yang disebut fase lag. Waktu adaptasi yang sedemikian panjang ini

diduga karena bakteri yang digunakan campuran atas beberapa jenis bakteri.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1 6 11 16 21 26 31 36

OD

(ju

mla

h s

el)

waktu (jam)

Kurva pertumbuhan

Fase log

Fase lag

Fase kematian

23

Setelah organisme beradaptasi dalam medium, terjadi pertumbuhan populasi pada

kecepatan yang paling tinggi disebut fase eksponensial atau logaritmik (Madigan dan Martinko

2006). Kemudian mulai ada pelonjakan nilai OD pada waktu ke 21 hingga ke-26 jam (fase log)

dengan nilai tertinggi terlihat pada jam ke-27 (OD=0.925). Pada saat jumlah organisme

meningkat, nutrien habis digunakan, limbah metabolisme terakumulasi, ruang hidup menjadi

terbatas, terjadi penurunan pH dan oksigen di permukaan aerob berkurang sehingga

menghambat fase eksponensial. Kemudian bakteri tersebut perlahan berada pada fase stasioner

ditandai dengan trend penurunan atau mengalami fase kematian Ketika pembelahan sel

menurun pada kondisi sel-sel baru diproduksi sama kecepatannya dengan sel-sel mati. (Lihat

Lampiran 7 untuk melihat data nilai OD selama waktu 1-36 jam). Namun, kelemahan dari

metode ini tidak mendapatkan informasi sel bakteri yang masih aktif atau hidup di dalam

larutan.

Gambar 9. Hitungan cawan tuang dengan PCA

Kemudian untuk menguji pola pertumbuhan harian dari bakteri campuran dilakukan

pengujian kandungan total bakteri dengan metode hitungan cawan tuang (pour plate) dengan

media Plate Count Agar (PCA) dalam kondisi aseptik dan suhu ruang. Media hitungan cawan

didasarkan pada anggapan bahwa setiap sel yang dapat hidup akan berkembang menjadi satu

koloni. Jadi, jumlah koloni yang muncul pada cawan merupakan suatu indeks bagi jumlah

organisme yang dapat hidup yang terkandung dalam sampel (Hadioetomo 1990).

Air Formasi Tanjung diambil 1 ml untuk dilakukan pengenceran hingga 106 kali

dengan aquades steril. Pengenceran dilakukan bertingkat bertujuan untuk memenuhi

persyaratan statistik jumlah koloni yang dapat diamati tiap cawannya antara 30 hingga 300

koloni. Kemudian dilakukan perhitungan koloni bakteri yang tumbuh berkala selama 7 hari.

Jumlah organisme ditentukan dengan mengalikan jumlah koloni yang terbentuk dengan faktor

pengenceran pada cawan yang bersangkutan (Hadioetomo 1990).

Tabel 4. Nilai populasi bakteri campuran (Metode Hitungan Cawan /PCA)

Lama Inkubasi

(hari)

Total bakteri

Jumlah Rataan

(bakteri/ml) Nilai Log

0 2,70E+05 5,43

1 3,10E+05 5,49

3 4,70E+06 6,67

5 8,20E+07 7,91

7 1,20E+08 8,08

24

Tabel 4 merupakan jumlah koloni bakteri yang teramati sejak pemupukan diatas media

PCA. Media PCA dipilih karena merupakan media yang umum untuk pertumbuhan bakteri,

terutama untuk bakteri campuran. Data pada tabel diatas kemudian diplot dalam grafik garis

untuk melihat trend kenaikan terhadap nilai log bakteri campuran pada hari ke 1, 3, 5, dan 7

seperti terlihat pada Gambar 10.

Gambar 10. Pola pertumbuhan bakteri campuran selama masa inkubasi (nilai log)

Berdasarkan gambar 10 diatas dapat diketahui bahwa jumlah bakteri meningkat seiring

dengan bertambahnya waktu inkubasi. Jumlah bakteri tersebut didapat dari rataan populasi

pengenceran hingga 1:106 kemudian dilakukan penghitungan koloni yang tumbuh diatas media

PCA. Pada hari ke-1 didapat nilai 3,1 x 105 bakteri/ml kemudian bertambah seiring waktu

inkubasi yang disesuaikan dengan pengamatan ketahanan surfaktan yakni pada hari ke-3, 5,

dan 7. Didapat nilai berturut-turut 4,7 x105 , 4,7x10

6, 8,2x10

7, dan 1,2x10

8 bakteri/ml

4.5 PENGUKURAN NILAI IFT SURFAKTAN

Tegangan antar muka antara minyak dan air menjadi salah satu faktor penting dalam

aplikasi surfaktan. Tegangan antar muka setara dengan energi atau usaha yang dibutuhkan

untuk meningkatkan area permukaan sebagai respon adanya tekanan antara dua larutan yang

berbeda polaritasnya yaitu tekanan internal suatu larutan dengan kerja tekanan larutan lain.

Surfaktan sebagai agen yang dapat menurunkan tegangan permukaan dari suatu cairan,

menjadikan penyebarannya lebih mudah, serta menurunkan tegangan antarmuka antara dua

cairan.

Air Sumur Tanjung yang telah diinokulasikan suspensi bakteri campuran menjadi

komponen utama dalam pembuatan konsentrasi surfaktan yang akan diuji. Mula-mula

Surfaktan MES Olein dicampur kedalam air formasi yang ditempatkan rapat didalam tabung

reaksi. Kemudian diinkubasi pada suhu ruang selama masa inkubasi yang ditentukan (1,3,5,

dan 7 hari). Setiap pengujian nilai IFT diperlukan satu tabung reaksi ( 15 ml). Pengujian

dilakukan dengan dua ulangan (duplo). Blanko (surfaktan MES ditambahkan air formasi

Tanjung tanpa bakteri) disiapkan untuk pengukuran nilai IFT blanko hari pertama dan ke-7

sebagai pembanding.

5,43 5,49

6,67

7,91 8,08

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0 1 3 5 7

Jum

lah

Sel

(lo

g)/

ml

Lama Inkubasi (hari)

25

Gambar 11. Emulsi surfaktan MES didalam air formasi Tanjung

Pengukuran nilai IFT dilakukan dengan Tensiometer TX-500C. Sebelum diukur nilai

IFT, terlebih dahulu diukur nilai densitas surfaktan dengan Density-meter. Mula-mula

surfaktan dihangatkan diatas penangas hingga suhu 50-60oC. Selanjutnya dimasukkan dalam

tube khusus yang tersedia dengan syringe (suntikan) 2 ml. Kemudian diinjeksikan minyak

bumi mentah (jenis Tanjung) sebanyak 2 L yang sudah berisi sampel surfaktan tersebut

(prosedur lihat Lampiran 3).

(a) (b)

Gambar 12. Foto (a) Tensiometer TX-500C (b) Densitymeter Anton Paar

Cara kerja alat Tensiometer adalah memanaskan surfaktan hingga suhu 70o

C dan

memiliki kecepatan putar 1000-10000 rpm. Tensiometer dilengkapi dengan video kamera

dengan pembesaran (zoom optical) mencapai 6.5 kali yang dihubungkan dengan monitor yang

berfungsi untuk melihat dan memotret sampel. Tensiometer ini mampu mengukur IFT dalam

rentang 102 10

-5 mN/m. Dengan demikian minyak bumi mentah yang dimasukkan dalam

surfaktan akan terlihat seperti garis hitam maupun droplet s