i

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN HIGH IMPACT

DANA ITS 2020

IMOBILISASI JAMUR PELAPUK COKLAT (Gloeophyllum trabeum) DALAM METAL ORGANIC FRAMEWORKS UiO-66 DAN APLIKASINYA

DALAM BIODEGRADASI LIMBAH PEWARNA BATIK REACTIVE BLACK 5

Tim Peneliti :

Adi Setyo Purnomo, M.Sc., Ph.D. (Departemen Kimia/Fakultas Sains dan Analitika Data) Dra. Ratna Ediati, M.Si., Ph.D. (Departemen Kimia/Fakultas Sains dan Analitika Data) Prof. Dr. Taslim Ersam, MS. (Departemen Kimia/Fakultas Sains dan Analitika Data)

Drs. Refdinal Nawfa, MS. (Departemen Kimia/Fakultas Sains dan Analitika Data)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: 835/PKS/ITS/2020

i

Daftar Isi

Daftar Isi .......................................................................................................................................................... i

Daftar Tabel .................................................................................................................................................... ii

Daftar Gambar ................................................................................................................................................ iii

BAB I RINGKASAN ...................................................................................................................................... 1

BAB II HASIL PENELITIAN ........................................................................................................................ 3

BAB III KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ................................................................................ 8

BAB IV RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA ..................................................................................... 9

BAB V DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................................... 10

ii

Daftar Tabel

Tabel 2.1 Hasil uji dekolorisasi RB5 dengan jamur G. trabeum dari percobaan ke-3 ............. 5

iii

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Hasil regenerasi kultur jamur G. trabeum yang baik ............................................ 3

Gambar 2.2 Kultur jamur pelapuk coklat pada media cair (PDB) ............................................ 4

Gambar 2.3 Kurva Absorbansi Vs Panjang Gelombang .......................................................... 5

Gambar 2.4 Hasil uji dekolorisasi dengan masa inkubasi 28 hari ............................................ 6

Gambar 2.5 Kurva standar RB5 ................................................................................................ 6

Gambar 2.6 XRD dari UiO-66 .................................................................................................. 7

Gambar 2.7 Hasil SEM dari MOF UiO-66 (Perbesaran 10000x) ............................................. 7

1

BAB I

RINGKASAN

Berdasarkan data dari Kementrian Perindustrian Republik Indonesia tahun 2019 pada

triwulan III, Industri tekstil dan pakaian jadi merupakan sektor manufaktur yang mencatatkan

pertumbuhan paling tinggi sebesar 15,08 persen. Hal ini diperkuat oleh data dari Badan Pusat

Statistik (BPS) menunjukkan produksi industri pakaian jadi mengalami pertumbuhan signifikan

sebesar 15,29 persen. Salah satu andalan industri tekstil di Indonesia yaitu produk batik, tekstil jenis

ini telah lama dikerjakan mulai dari skala rumah tangga hingga skala pabrik. Namun di balik

perkembangan industri batik ternyata menyisakan masalah lingkungan dengan adanya limbah dari

proses pembuatannya terutama limbah pewarna. Banyak limbah yang memiliki tingkat toksisitas

yang tinggi yang terdiri dari senyawa-senyawa yang sulit didegradasi dimana limbah pewarna ini

dapat menimbulkan efek merugikan bagi lingkungan dan makhluk hidup. Salah satu pewarna azo

yang sering terdapat pada limbah pewarna tekstil adalah reactive black 5 (RB5). Selama proses

pewarnaan sekitar 15-50% pewarna tidak terikat dalam serat kain dan dibuang bersama limbah

tekstil. Mengingat dampak negatif dari pencemaran limbah tekstil ini maka perlu dicari solusinya,

dimana salah satu metode yang ramah lingkungan yaitu bioremediasi. Salah satu jamur yang dapat

digunakan untuk biodegradasi pewarna adalah jamur pelapuk coklat Gloeophyllum trabeum.

Biodegradasi menggunakan jamur pelapuk coklat ini masih menjanjikan untuk diteliti, dimana

kemampuannya akan dioptimasi pada material Metal Organic Frameworks (MOF) UiO-66 dimana

MOF ini memiliki kemampuan yang baik sebagai adsorben zat pewarna. Kombinasi keduanya

diharapkan bisa menghasilkan material yang dapat digunakan dalam pengolahan limbah tekstil.

Sistem jamur/MOF menawarkan kecepatan adsorpsi pewarna yang cepat dan fotokatalis oleh MOF,

didukung oleh proses bioregenerasi oleh jamur sehingga diharapkan sistem ini dapat mendegradasi

pewarna lebih efisien. Berdasarkan hal tersebut, tujuan penelitian ini adalah mensintesis dan

mengkarakterisasi material jamur pelapuk coklat G. trabeum yang terimobilisasi dalam MOF UiO-

66 serta menguji kemampuan degradasinya pada pewarna batik RB5. Pengaruh penambahan MOF

UiO-66 pada sintesis material GT/UiO-66 akan dievaluasi dan dikarakterisasi sifat-sifatnya antara

struktur padatannya (XRD), morfologi, bentuk, ukuran dan susunan partikel (SEM), ukuran dan

volume pori dan luas permukaan spesifik (adsorpsi-desorpsi nitrogen), kestabilan termal padatan

(TGA), dan juga kemampuan degradasinya (Spektrofotometer UV-Vis). Material GT/UiO-66

2

selanjutnya diuji kemampuannya dalam mendekolorisasi pewarna RB5 dan metabolit produk hasil

degradasi akan diuji dengan LCMS. Tahapan-tahapan yang akan dilakukan: sintesis material

GT/UiO-66 dan karakterisasinya menggunakan XRD, TGA, Adsorpsi-desorpsi nitrogen, dan SEM;

uji degradasi pada pewarna RB5 dan kondisi optimum (pH dan suhu), dan analisis produk metabolit

dan persen dekolorisasi. Target luaran dari penelitian ini adalah publikasi dalam jurnal internasional

terindeks Scopus yaitu di jurnal “Applied Microbiology and Biotechnology” dengan Impact factor

3.670 (Q1). Penelitian ini diharapkan menghasilkan metode penanganan masalah limbah zat warna

dan dapat bermanfaat bagi ITS serta pelaku industri batik khususnya dan dapat dijadikan sebagai

referensi dalam upaya penanganan masalah limbah pewarna batik.

Kata kunci : Biodegradasi, Jamur Pelapuk Coklat, Gloeophyllum trabeum. MOF, UiO-66,

Reactive Black 5.

3

BAB II

HASIL PENELITIAN

2.1 Kemajuan Pelaksanaan Penelitian

Berdasarkan prosedur penelitian yang telah disusun sebelumnya, maka beberapa kemajuan

yang telah dapat dilaksanakan yaitu sebagai berikut:

1. Regenerasi Kultur Jamur

2. Persiapan Kultur Jamur pada Media Cair

3. Dekolorisasi Pewarna Reactive Black 5 dengan Kultur Jamur Cair (PDB)

4. Pembuatan Kurva Standar Reactive Black 5

5. Karakterisasi MOF UiO-66 dengan XRD dan SEM

2.2 Hasil Penelitian Yang Telah Diperoleh

2.2.1 Regenerasi Kultur Jamur

Regenerasi stok kultur Gloeophyllum trabeum ke dalam media PDA tidak selalu berjalan

baik, beberapa kali hasil inokulasi mengalami kontaminasi oleh bakteri. Sterilisasi dalam proses ini

sangat diperlukan sebab sedikit kesalahan dapat mengakibatkan kontaminasi. Peralatan dan media

tumbuh (PDA) harus disterilisasi dengan autoklaf terlebih dahulu kemudian dalam proses inokulasi

jamur di Laminar Air Flow juga harus tetap diperhatikan sterilisasinya.

Gambar 2.1 Hasil regenerasi kultur jamur G. trabeum yang baik

Sterilisasi yang dilakukan dalam tahap ini yaitu dengan menggunakan alat autoklaf,

temperatur sterilisasi biasanya 121C, sedang tekanan sekitar 17,5-20 psi. lama sterilisasi tergantung

dari volume dan jenis bahan. Media disterilisasi hanya 20-40 menit jika terlalu lama menyebabkan:

degradasi vitamin dan asam-asam amino, inaktivasi sitokinin zeatin riboside dan perubahan pH

4

yang mengakibatkan depolimerisasi agar [1]. Selain itu untuk mencegah kontaminasi organisme

lain dalam mengembangbiakkan kultur jamur ada juga yang menggunakan antibiotik, namun dari

penelitian terkini telah meningkatkan perhatian pada potensi terjadinya perubahan ekspresi genetik

dari sel kultur dengan adanya antibiotik ini [2].

2.2.2 Persiapan Kultur Jamur Pada Media Cair

Pada tahap persiapan kultur jamur pelapuk coklat dari media padat (PDA) ke media cair

(PDB) juga mengalami hal yang sama. Indikasi kegagalan pada tahap ini yaitu setelah kultur

diinkubasi sehari biasanya media menjadi keruh atau terdapat biofilm di permukaan media akibat

kontaminasi organisme lain.

Gambar 2.2 Kultur jamur pelapuk coklat pada media cair (PDB)

Biofilm merupakan suatu lapisan komunitas kompleks yang dapat berasal dari

perkembangbiakan bakteri. Dalam biofilm, sel tumbuh dalam agregat multiseluler terbungkus

dalam matriks ekstraseluler yang diproduksi oleh bakteri sendiri [3]. Adanya kontaminasi bakteri

dapat menghambat aktivitas enzimatik dari jamur. Bila bakteri telah masuk dalam sistem maka akan

bersaing dengan jamur terhadap substrat yang ada dan ini menghambat pertumbuhan jamur yang

akhirnya menimbulkan ketidakefektifan dalam degradasi dan dekolorisasi pewarna [4].

2.2.3 Dekolorisasi Pewarna Reactive Black 5 dengan Kultur Jamur Cair (PDB)

Uji dekolorisasi pewarna Reactive Black 5 diawali dengan pembuatan larutan pewarna 2000

ppm kemudian diinjeksikan ke kultur jamur G. trabeum yang berisi PDB sehingga konsentrasi

akhirnya 100 ppm. Uji dekolorisasi ini dilakukan hingga 3 kali: pertama, dengan panjang

gelombang 450-600 nm dengan masa inkubasi hingga 14 hari, kedua, panjang gelombang 300-800

nm dan masa inkubasi hingga hari ke 28, dan yang ketiga dengan panjang gelombang 300-800 nm

5

dengan masa inkubasi 7 hari. Hasil absorbansi kemudian dibuat grafiknya dengan panjang

gelombang sebagai sumbu X-nya. Berikut kurva Absorbansi Vs panjang gelombang yang telah

diukur dengan spektrofotometer UV-Vis:

Gambar 2.3 Kurva Absorbansi Vs Panjang Gelombang

Pengukuran % dekolorisasi diukur dari panjang gelombang maksimum 596 nm, data yang

diperoleh sebagai berikut:

Tabel 2.1 Hasil uji dekolorisasi RB5 dengan jamur G. trabeum dari percobaan ke-3

Treatmen Kontrol Abio Absorbansi %Dekolorisasi

H1 1.540 0.869 43.571

H3 1.540 0.147 90.455

H5 1.540 0.138 91.039

H7 1.540 0.241 84.351

Proses biodekolorisasi mencapai maksimal pada hari ke-5 dengan % dekolorisasi sebanyak

91,039% namun terjadi kenaikan intensitas warna di panjang gelombang 350 nm. Hal ini

disebabkan adanya transformasi dalam struktur yang disebabkan oleh kondisi asam karena

-0,500

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

300 400 500 600 700 800

K Abiotik

H1

H3

H5

H7

6

terbentuknya asam organik selama pre-inkubasi jamur. Selain itu kemungkinan telah terbentuk

metabolit sekunder dari hasil degradasi pewarna dengan radikal hidroksil yang dihasilkan dari

reaksi Fenton [5]. Gambar 2.4 memperjelas proses dekolorisasi yang terjadi dan kemungkinan

adanya metabolit sekunder yang terbentuk dari perubahan warna yang tampak. Keberadaan

metabolit sekunder dari proses degradasi ini nantinya dipastikan dengan LCMS.

Gambar 2.4 Hasil uji dekolorisasi dengan masa inkubasi 28 hari (kiri ke kanan: Kontrol abiotik

(RB5); Hari ke-0, Hari ke-7, Hari ke-14, Hari ke-21, Hari ke-28)

2.2.4 Pembuatan Kurva Standar Reactive Black 5

Tahap ini dilakukan dengan membuat larutan standar RB 5 dari 2000 ppm kemudian

diencerkan menjadi 100 ppm dan selanjutnya diencerkan secara simultan 25, 20, 15, 10, dan 5 ppm.

Kurva ini berguna untuk menghitung nilai kapasitas adsorpsi dari UiO-66 dan biokomposit Gt-UiO-

66.

Gambar 2.5 Kurva Standar RB5

y = 0,0311x + 0,0005R² = 0,9997

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 5 10 15 20 25 30

7

2.2.5 Karakterisasi MOF UiO-66

Karakterisasi yang telah dilakukan dengan material yang ada yaitu morfologi dari MOF

UiO-66 menggunakan instrumen X-Ray Diffraction (XRD) dan SEM, hasil dapat dilihat seperti

pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.6 XRD dari UiO-66

Gambar 2.7 Hasil SEM dari MOF UiO-66 (Perbesaran 10000x)

10 15 20 25 30 35 40 45 50 552Theta (°)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Inte

nsity

(cou

nts)

8

BAB III

KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Kendala yang dihadapi peneliti dalam eksperimennya diantaranya:

1. Kondisi alat dan lingkungan yang belum steril menimbulkan kontaminasi pada kultur jamur

2. Adanya kerusakan pada alat inkubator shaker sehingga digunakan kombinasi alat shaker yang

dimasukkan dalam inkubator

3. Analisa kimia yang dilakukan di instansi/laboratorium lain pada saat pandemik ini memerlukan

waktu lebih lama.

9

BAB IV

RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA

Tahap yang selanjutnya yang akan dilakukan yaitu:

1. Pembuatan Biokomposit Gt/UiO-66 2. Karakterisasi UiO-66 dan Biokomposit dengan XRD, TGA, GSI, dan SEM 3. Uji dekolorisasi pewarna dengan biokomposit disertai variasi pH dan suhu 4. Uji dekolorisasi pewarna dengan UiO-66 5. Identifikasi produk metabolit dari hasil degradasi pewarna Reactive black 5 dengan jamur G.

trabeum dan biokomposit Gt/UiO-66 6. Perhitungan kapasitas adsorpsi dari UiO-66 dan biokomposit Gt/UiO-66 7. Penulisan draft dan artikel untuk dikirimkan ke jurnal internasional terindeks Scopus (Q1)

10

BAB V

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Susilowati and S. Listyawati, "Keanekaragaman Jenis Mikroorganisme Sumber Kontaminasi Kultur In vitro di Sub-Lab. Biologi Laboratorium MIPA Pusat UNS," Biodiversitas, vol. 2, no. 1, pp. 110-114, 2001.

[2] Anonim, "Sigma Aldrich," [Online]. Available: https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biology/cell-culture/cell-culture-troubleshooting-contamination.html. [Accessed 8 September 2020].

[3] D. Lopez, H. Vlamakis and R. Kotler, "Biofilms," Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, vol. 2, pp. 1-11, 2010.

[4] S. Sen, S. Raut, P. Bandyopadhyay and S. Raut, "Fungal decolouration and degradation of azo dyes: A review," Fungal Biology Reviews, pp. 112-133, 2016.

[5] A. Purnomo, V. Mauliddawati, M. Khoirudin, A. Yonda, R. Nawfa and S. Putra, "Bio-decolorization and novel bio-transformation of methyl orange by brown-rot fungi," International Journal of Environmental Science and Technology, 2019.