BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Biosurfaktan atau surface active compound
merupakan sekelompok molekul molekul heterogen aktif yang
diproduksi oleh mikroorganisme yang menempel pada permukaan sel
atau diekskresikan secara ekstraseluler di dalam medium pertumbuhan
(Tabatabae, 2005). Molekulmolekul ini mengurangi tegangan permukaan
atau surface tension (SFT) dan Critical Micelle Concentration (CMC)
dalam larutan cair dan campuran hidrokarbon (Banat, 1995). Tegangan
permukaan atau surface tension (SFT) merupakan usaha atau energi
yang dibutuhkan untuk menciptakan suatu unit area pada batas antara
cairan dengan cairan atau cairan dengan udara di atasnya. CMC
merupakan titik kritis saat penambahan molekul surfaktan akan
mengakibatkan terbentuknya misel-misel (Rosen, 1978). Misel
merupakan suatu mikroemulsi yang terbentuk oleh biosurfaktan.
Molekul-molekul biosurfaktan akan menghasilkan suatu mikroemulsi
sehingga hidrokarbon dapat larut dalam air atau air dapat larut
dalam hidrokarbon (Banat, 1995). Surfaktan yang disintesis secara
kimiawi telah digunakan dalam industri perminyakan untuk membantu
membersihkan tumpahan minyak, dan juga meningkatkan pengambilan
minyak dari dalam kilangkilang minyak. Senyawa senyawa ini tidak
dapat didegradasi secara biologis dan dapat bersifat toksik
terhadap
1
2
lingkungan. Biosurfaktan memiliki keunggulan dibandingkan dengan
surfaktan yang disintesis secara kimiawi karena mempunyai kadar
toksisitas yang rendah, dapat didegradasi secara biologis, efektif
terhadap suhu, pH dan salinitas ekstrim, serta mudah disintesis.
Biosurfaktan merupakan calon potensial untuk aplikasi komersial
dalam industri obatobatan dan makanan serta dalam industri
pengambilan minyak (Banat, 1995). Air formasi merupakan air asin
yang berada dalam reservoir yang terdiri dari berbagai macam garam
(terutama NaCl). Air formasi memiliki peran dalam menentukan
terakumulasinya minyak bumi dalam reservoir. Air injeksi merupakan
air yang diinjeksikan ke dalam reservoir untuk kegiatan peningkatan
perolehan minyak bumi. Saat diinjeksikan air ini berupa uap (steam)
dan berfungsi untuk menurunkan viskositas minyak bumi. Air formasi
dan air injeksi akan terakumulasi dalam reservoir, sehingga
berhubungan langsung dengan minyak bumi
(Koesoemadinata, 1980). Umumnya pengisolasian bakteri dilakukan
langsung dari minyak bumi. Oleh karena itu akan dicoba untuk
mengisolasi bakteri dari air formasi dan air injeksi yang
berhubungan langsung dengan minyak bumi. Biosurfaktan memiliki
kemampuan untuk membentuk suatu emulsi antara dua buah cairan yang
tidak dapat bercampur seperti air dengan minyak. Kemampuan
emulsifikasi dari suatu biosurfaktan dapat diketahui dengan
menghitung indeks emulsifikasi. Uji E24 merupakan suatu uji untuk
mengetahui kemampuan emulsifikasi biosurfaktan yang dihasilkan oleh
suatu isolat bakteri dalam jangka waktu 24 jam (Cooper, 1987).
Menurut Tabatabae (2005), biosurfaktan yang dihasilkan oleh
Isolat-Isolat bakteri dengan indeks emulsifikasi (E24) diatas
70%
3
dapat dipilih, diseleksi dan diuji lebih lanjut kemampuan
penurunan tegangan permukaannya. Microbial enhanced oil recovery
(MEOR) merupakan suatu kegiatan peningkatan perolehan minyak bumi
dengan bantuan dari mikroorganisme (Sharma, 1993). Penggunaan
mikroorganisme untuk peningkatan perolehan minyak bumi MEOR telah
banyak diteliti. Pada penelitian ini akan dilakukan isolasi bakteri
penghasil biosurfaktan dari air formasi dan air injeksi yang
berpotensi dipergunakan dalam bidang MEOR.
1.2 Identifikasi Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang
dapat diidentifikasi masalah-masalah sebagai berikut: 1. Apakah
bakteri-bakteri yang diisolasi dari air formasi dan air injeksi
berpotensi untuk dipergunakan dalam kegiatan MEOR. 2. Berapakah
Indeks emulsifikasi (E24) isolat-isolat tersebut. 3. Apakah ada
pengaruh isolat isolat bakteri yang diisolasi dari air formasi dan
air injeksi terhadap tegangan permukaan atau surface tension (SFT)
dan pH medium pertumbuhan.
1.3 Maksud dan Tujuan Maksud dari penelitian adalah untuk
mengisolasi dan menyeleksi bakteribakteri penghasil biosurfaktan
dari air formasi dan air injeksi. Selain itu juga untuk menguji
kemampuan emulsifikasi dan pengaruh aktivitas bakteri-bakteri
penghasil
4
biosurfaktan asal air formasi dan air injeksi terhadap tegangan
permukaan atau surface tension dan pH medium pertumbuhan. Tujuan
dari penelitian adalah untuk memperoleh isolat-isolat bakteri yang
memiliki potensi untuk digunakan dalam kegiatan MEOR.
1.4 Kegunaan Penelitian Hasil penelitian diharapkan dapat
memberikan informasi mengenai potensi isolat-isolat bakteri
penghasil biosurfaktan yang berasal dari air formasi dan injeksi
untuk kegiatan peningkatan perolehan minyak bumi (MEOR).
1.5 Kerangka Pemikiran dan Hipotesis Di dalam kerak bumi,
lapisan reservoir akan selalu terisi oleh air. Hampir tidak pernah
ditemukan suatu lapisan reservoir tanpa air. Air merupakan suatu
bagian penting dalam reservoir karena memiliki peran dalam hal
akumulasi minyak bumi. Air dapat menentukan terakumulasinya minyak
bumi dalam suatu reservoir. Tanpa adanya air dalam formasi (air
formasi), minyak bumi tidak akan dapat terkumpulkan. Hal ini
berarti bahwa keberadaan air formasi selalu berdampingan dengan
minyak bumi (Koesoemadinata, 1980). Peningkatan perolehan minyak
bumi dapat dilakukan dengan metode Enhanced Oil Recovery (EOR).
Salah satu metode EOR yang dikenal adalah dengan penginjeksian uap
(steam). Penggunaan uap dapat menurunkan viskositas minyak,
sehingga minyak dapat lebih mudah diambil. Air yang dipergunakan
untuk dijadikan
5
uap berasal dari sumber air yang berasal dari sekeliling
reservoir. Air yang diinjeksikan ke dalam reservoir dikenal dengan
air injeksi (Sharma, 1993). Surfaktan merupakan molekul amphifatik
dengan gugus hidrofobik dan hidrofilik yang memisah pada daerah
pertemuan antara fluida dengan tingkat polaritas dan ikatan
hidrogen yang berbeda seperti minyak/air atau udara/air. Kedua
gugus inilah yang menyebabkan surfaktan dapat mengurangi tegangan
permukaan atau surface tension dan tegangan antar muka serta
membentuk mikroemulsi sehingga hidrokarbon dapat larut dalam air
atau air dapat larut dalam hidrokarbon (Desai, 1997). Hampir semua
surfaktan yang dipergunakan saat ini diperoleh secara kimiawi dari
petroleum. Tetapi ketertarikan akan surfaktan dari mikroba telah
meningkat beberapa tahun belakangan ini karena beranekaragam, ramah
terhadap lingkungan, dapat diproduksi melalui proses fermentasi,
dan berpotensi digunakan dalam perlindungan lingkungan, pengambilan
minyak bumi, kesehatan dan industri pengolahan makanan (Desai,
1997). Biosurfaktan atau surface active compound merupakan
sekelompok molekul molekul heterogen aktif yang diproduksi oleh
mikroorganisme yang dapat mengurangi tegangan permukaan atau
surface tension dan memiliki kemampuan untuk membentuk emulsi
(emulsifikasi), sehingga potensial untuk dipergunakan dalam
berbagai bidang industri (Tabatabaee, 2005). Pengidentifikasian
bakteri penghasil biosurfaktan dapat dipastikan dengan pengukuran
tegangan permukaan. Penurunan tegangan permukaan oleh bakteri yang
diisolasi mengindikasikan produksi suatu surfaktan (Tabatabae,
2005). Hasil serupa
6
didapatkan oleh Tabatabae (2005) dan Banat et al. (1995),
isolat-isolat bakteri yang berhasil disolasi dapat menurunkan
tegangan permukaan medium pertumbuhan sampai dibawah 40 mN/m.
Isolat-isolat bakteri dapat mengurangi tegangan
permukaan pada berbagai kisaran suhu, tetapi suhu terbaik bagi
isolat-isolat yang terpilih adalah antara 30-40oC. Abu-Ruwaida et
al. (1991) menemukan bahwa suhu optimum bagi produksi biosurfaktan
oleh Rhodococcus sp. adalah pada suhu 37oC. Menurut penelitian yang
dilakukan oleh Tabatabae (2005), penurunan tegangan permukaan
medium uji terjadi secara cepat dan mencapai nilai terendah (36
mN/m) selama fase eskponensial setelah sekitar 36-48 jam
pertumbuhan. Setelah 1436 jam pertumbuhan konsentrasi surfaktan
mulai meningkat dan mencapai jumlah tertinggi setelah sekitar 36
jam. Hal ini mengindikasikan bahwa biosintesis biosurfaktan terjadi
selama fase eksponensial pertumbuhan bakteri, sehingga diperkirakan
bahwa biosurfaktan merupakan metabolit primer yang dihasilkan
bersama dengan pembentukan biomassa seluler. Dua cairan murni yang
tidak dapat bercampur tidak akan dapat membentuk emulsi. Agar
suspensi suatu cairan dalam cairan lain dapat cukup stabil sehingga
dapat disebut emulsi diperlukan suatu komponen ketiga yang dapat
menstabilkan sistem tersebut. Komponen ketiga ini disebut agen
emulsifikasi dan biasanya merupakan suatu surfaktan (surface active
agent) (Rosen, 1978). Emulsifikasi merupakan suatu proses saat dua
buah cairan yang tidak dapat bercampur distabilkan oleh agen
emulsifikasi sehingga terbentuk suatu emulsi. Indeks emulsifikasi
adalah suatu indeks yang menyatakan persentase kemampuan
pembentukan emulsi oleh suatu isolat bakteri. Perhitungan indeks
emulsifikasi dapat
7
dipergunakan (Bicca, 1999).
untuk
menseleksi
isolat-isolat
bakteri
penghasil
biosurfaktan
Beberapa penelitian seperti penelitian oleh Bicca et al. (1999)
dan Bodour et al. (2004) menitikberatkan penelitiannya pada
kemampuan emulsifikasi yang tinggi. Isolat-Isolat bakteri yang
memiliki indeks emulsifikasi (E24) diatas 70% diseleksi dan diuji
lebih lanjut kemampuan penurunan tegangan permukaannya
(Tabatabae, 2005). Menurut Banat (1995), uji haemolisis
merupakan suatu cara untuk mendeteksi produksi biosurfaktan dan
dapat dipergunakan sebagai metode untuk seleksi bakteri penghasil
biosurfaktan secara cepat. Karakteristik penting dari surfaktan
adalah kemampuannya untuk melisis eritrosit mammalia. Karakteristik
ini telah
dipergunakan untuk mendeteksi produksi surfaktan melalui
hemolisis pada agar darah (Desai, 1997). Haemolisis merupakan suatu
proses saat eritrosit mengalami lisis (pecah, hancur). Lisis
disebabkan oleh keberadaan suatu zat yang dihasilkan bakteri yang
disebut haemolisin. Haemolisin berfungsi sebagai antibodi terhadap
antigen membran eritrosit, yang membuatnya mengalami hemolisis
(Yatim, 1999). Sampai 2/3 minyak mentah yang disimpan dalam
reservoar minyak bumi tetap tidak terambil sampai akhir produksi
primer. Oleh Karena itu dipergunakan metode EOR untuk meningkatkan
perolehan minyak bumi (Sharma, 1993). Aktivitas mikroba yang
berguna dalam pengambilan minyak dapat dieksploitasi dengan dua
cara. Surfaktan, polisakarida, atau produk lain yang dapat
memfasilitasi pengambilan minyak mungkin dapat diproduksi dengan
teknik fermentasi konvensional dan baru kemudian diinjeksikan ke
dalam reservoar. Secara
8
alternatif proses ini dapat dilakukan secara in-situ dengan cara
menginjeksikan bakteri dan nutrisi secara bertahap ke dalam
reservoar (Sharma, 1993).
Berdasarkan kerangka pemikiran di atas dapat diambil hipotesis :
1. Isolat isolat bakteri penghasil biosurfaktan yang berasal dari
air formasi dan air injeksi berpotensi untuk dipergunakan dalam
kegiatan MEOR. 2. Indeks emulsifikasi isolat-isolat bakteri
penghasil biosurfaktan memiliki nilai diatas 70%. 3. Isolat isolat
bakteri penghasil biosurfaktan dapat menurunkan tegangan permukaan
atau surface tension (SFT) dan dapat mengubah derajat keasaman (pH)
medium pertumbuhan.
1.6 Metodologi Penelitian Penelitian dilakukan dengan metode
deskriptif di laboratorium. Metode deskriptif dilakukan untuk
isolasi, uji hemolisis, uji emulsifikasi, pengukuran suhu
pertumbuhan optimum, kurva pertumbuhan, pengukuran kadar nitrogen,
serta uji pengaruh aktivitas bakteri penghasil surfaktan terhadap
surface tension (SFT) dan derajat keasaman (pH).
1.7 Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di PPPTMGB
LEMIGAS Jl. Ciledug Raya Kav. 109, Cipulir Kebayoran Lama Jakarta
Selatan. Penelitian dilakukan pada bulan November 2007 sampai
dengan April 2008.
9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Keberadaan mikroorganisme di dalam reservoir minyak bumi
Reservoir minyak bumi memiliki lingkungan yang bersuhu tinggi.
Oleh
karena itu bakteri yang dapat hidup dan melakukan aktivitasnya
pada daerah seperti ini harus memiliki toleransi terhadap suhu
tersebut. Golongan bakteri yang mampu hidup di dalam kondisi yang
bersuhu tinggi (di atas 45oC) disebut golongan bakteri termofilik
(Moses, 1982). Mikroorganisme yang hidup di dalam reservoir minyak
bumi harus mampu untuk bertahan atau toleran terhadap berbagai
kondisi yang sangat ekstrim, seperti suhu dan kadar garam yang
tinggi dan juga kondisi kandungan oksigen yang sangat rendah.
Bakteri yang diisolasi dari air formasi dapat bertahan hidup
terhadap tekanan osmotik yang tinggi serta kadar oksigen yang
rendah (Kusnetsov, 1962).
2.2
Air Formasi dan Air Injeksi Air yang terdapat dalam formasi
selain dinamakan air formasi sering pula
disebut air konat (connate water). Air ini biasanya mengandung
berbagai macam garam, terutama NaCl, sehingga merupakan air asin.
Tetapi kadang-kadang air formasi dapat pula bersifat payau, atau
asin sekali (sampai 350.000 ppm) (Koesoemadinata, 1980).
10
Zat terlarut yang terdapat dalam air formasi pada umumnya adalah
garam dengan kadar berkisar dari 50.000 sampai 350.000 ppm (mg/L),
sehingga jauh lebih asin daripada air laut (33.000 ppm)
(Koesoemadinata, 1980).
Susunan kimia air formasi berbeda dari lapangan minyak yang satu
ke lapangan yang lain dan ada yang membedakannya dari air laut.
Menurut Koesoemadinata (1980), jika dibandingkan dengan air laut
biasa terdapat perbedaan yang khas : a. Sulfat tidak ditemukan
berada dalam air formasi. b. Tidak ada Ca dan Mg dalam air formasi.
c. Kadar klorida pada air formasi umumnya jauh lebih tinggi
daripada air laut. Air formasi berasal dari air laut yang ikut
terendapkan dengan sedimen sekelilingnya, jadi merupakan air laut
fosil. Air injeksi adalah air yang diinjeksikan ke dalam suatu
reservoar dalam bentuk uap/steam untuk membantu meningkatkan
perolehan minyak bumi (kegiatan EOR/Enhanced Oil Recovery). Air
injeksi dapat berasal dari lingkungan sekeliling reservoar (danau,
sungai dan lain-lain) atau didatangkan dari daerah lain. Untuk
kegiatan EOR biasanya dibutuhkan air dalam jumlah besar untuk
diinjeksikan ke dalam reservoar (Sharma 1993).
2.3
Kondisi yang dibutuhkan untuk Pertumbuhan Bakteri Setiap species
mikroorganisme akan tumbuh dengan baik di dalam
lingkungan
selama
kondisi
menguntungkan
bagi
pertumbuhan
dan
untuk
mempertahankan diri. Begitu terjadi perubahan fisik atau
kimiawi, seperti misal
11
nutrisi habis atau terjadinya perubahan radikal dalam hal suhu
atau pH, yang membuat kondisi bagi pertumbuhan species lain lebih
menguntungkan , maka organisme yang telah teradaptasi dengan baik
yang akan dapat bertahan hidup di dalam kondisi yang baru itu.
Dengan demikian faktorfaktor lingkungan memiliki pengaruh selektif,
artinya, memilih populasi mikrobe (Pelczar, 1986). Menurut Pelczar
(1986), pertumbuhan bakteri dipengaruhi oleh beberapa faktor fisik
lingkungan, yaitu : 1. Suhu Semua proses pertumbuhan bergantung
pada reaksi kimiawi dan karena laju reaksireaksi ini dipengaruhi
oleh suhu, maka pola pertumbuhan bakteri dapat dipengaruhi oleh
suhu. Suhu juga mempengaruhi laju pertumbuhan dan jumlah total
pertumbuhan organisme. Keragaman suhu dapat juga mengubah
prosesproses metabolik tertentu serta morfologi sel (Pelczar,
1986). 2. Atmosfer Gas Gas gas utama yang mempengaruhi pertumbuhan
bakteri adalah oksigen dan karbondioksida. Bakteri memperlihatkan
keragaman yang luas dalam hal respons terhadap oksigen bebas. Atas
dasar ini maka bakteri terbagi menjadi empat kelompok, yaitu
aerobik (membutuhkan oksigen), anaerobik (tumbuh tanpa oksigen
molekuler), anaerobik fakultatif (tumbuh pada keadaan aerobik dan
anaerobik), dan
mikroaerofilik (tumbuh terbaik bila ada sedikit oksigen
atmosferik) (Pelczar, 1986). 3. Keasaman atau Kebasaan (pH) Derajat
keasaman atau pH optimum pertumbuhan bagi kebanyakan bakteri
terletak antara 6,5 dan 7,5. Namun, beberapa species dapat tumbuh
dalam keadaan
12
sangat masam, atau alkalis. Bagi kebanyakan species, nilai pH
minimum dan optimum adalah antara 4 dan 9 (Pelczar, 1986). 4.
Kondisi kondisi lain Beberapa kelompok bakteri memiliki persyaratan
tambahan. Contohnya fotoautotrofik (fotosintetik) harus diberi
sumber pencahayaan, karena cahaya adalah sumber energinya. Selain
itu ada juga yang dipengaruhi oleh tekanan osmotik dan tekanan
hidroststik. Bakteri halofilik hanya dapat hidup pada perairan yang
asin (Pelczar, 1986).
2.4
Pertumbuhan dan Kurva Pertumbuhan Bakteri Pertumbuhan jasad
hidup dapat ditinjau dari dua segi, yaitu pertumbuhan
secara individu dan pertumbuhan secara kelompok dalam satu
populasi. Pertumbuhan individu diartikan sebagai adanya penambahan
volume sel serta bagianbagian lainnya dan diartikan pula sebagai
penambahan kuantitas isi dan kandungan di dalam selnya (Suriawiria,
2005). Pertumbuhan populasi merupakan akibat adanya pertumbuhan
individu, misal satu sel menjadi dua, dari dua jadi empat, dari
empat jadi delapan dan seterusnya hingga berjumlah banyak
(Suriawiria, 2005). Selang waktu yang dibutuhkan bagi sel untuk
membelah diri atau populasi menjadi dua kali lipat dikenal sebagai
waktu generasi (Pelczar, 1986). Pada mikroba pertumbuhan dapat
berubah langsung menjadi pertumbuhan populasi. Hal ini dikarenakan
kecepatan pertumbuhan yang tinggi. Sehingga batas
13
antara pertumbuhan sel sebagai individu serta satu kesatuan
populasi yang kemudian terjadi sulit diamati dan dibedakan
(Suriawiria, 2005). Pada pertumbuhan populasi bakteri misalnya,
merupakan penggambaran jumlah atau massa sel yang terjadi pada saat
tertentu. Kadang kadang didapatkan bahwa konsentrasi sel sesuai
dengan jumlah sel per unit voluma, sedang kerapatan sel adalah
jumlah materi per unit voluma (Suriawiria, 2005). Misalnya
kecepatan pertumbuhan dan perbanyakan sel bakteri dalam waktu 10
jam saja, dari satu sel dapat berubah menjadi 1.048.576 sel dalam
kondisi optimal. Perhitungan jumlah tersebut dilakukan secara
logaritmik karena pertambahan jumlah yang sangat besar dalam kurun
waktu yang relatif singkat. Ini mengingat bahwa stadia atau fasa
lag, yaitu fasa awal saat pertumbuhan belum meningkat sampai fasa
selanjutnya dengan penambahan jumlah yang sangat cepat, perhitungan
selanjutnya digambarkan secara logaritmik ataupun aritmetik
sehingga pertumbuhan dan pertambahan jumlah mikroba pada kurun
waktu tertentu umumnya dapat digambarkan dalam bentuk kurva
pertumbuhan (Suriawiria, 2005). Andaikan satu bakteri tunggal
diinokulasikan pada suatu medium dan memperbanyak diri dengan laju
yang konstan. Bila digunakan jumlah teoritis bakteri yang harus ada
pada berbagai interval waktu dan kemudian memetakan data tersebut
dengan dua cara, yaitu logaritma jumlah bakteri terhadap waktu dan
jumlah bakteri terhadap waktu, maka akan diperoleh satu kurva
pertumbuhan bakteri
(Pelczar, 1986).
14
Kurva pertumbuhan mikroba merupakan gambaran dari pertumbuhan
secara bertahap sejak awal hingga terhenti mengadakan kegiatan.
Menurut Suriawiria (2005), kurva ini umumnya terbagi ke dalam
beberapa fase, yaitu : 1. Fase lag Selama fase ini pertumbuhan
individu tidak secara nyata terlihat. Fase ini dapat juga dinamakan
fase adaptasi (penyesuaian). Pada fase ini merupakan suatu fase
pengaturan jasad untuk suatu kegiatan dalam lingkungan yang mungkin
baru, sehingga bentuk kurva selama fase ini umumnya mendatar
(Suriawiria, 2005). 2. Fase eksponensial atau logaritmik Setelah
setiap individu menyesuaikan diri dengan lingkungan baru selama
fase lag, perubahan bentuk dan peningkatan jumlah individu akan
terjadi sehingga bentuk kurva meningkat dengan tajam (menanjak).
Peningkatan ini harus diimbangi dengan banyak faktor lingkungan,
antara lain : a. Lingkungan biologis, yaitu bentuk dan sifat jasad,
asosiasi kehidupan di antara jasad yang ada kalau jumlah dan jenis
lebih dari satu
(Suriawiria, 2005). b. Lingkungan non-biologis, antara lain
kandungan nutrien dalam media, temperatur, kadar oksigen, cahaya
dan sebagainya (Suriawiria, 2005). Apabila faktor lingkungan di
atas optimal, peningkatan kurva akan nampak tajam (Suriawiria,
2005). 3. Fase pengurangan pertumbuhan Merupakan puncak dari fase
logaritmik sebelum mencapai fase selanjutnya. Pada fase ini terjadi
penambahan jumlah individu mulai berkurang atau menurun. Hal
15
ini disebabkan oleh banyak faktor, antara lain berkurangnya
sumber nutrien dalam media, tercapainya kejenuhan pertumbuhan jasad
dan sebagainya (Suriawiria, 2005). 4. Fase stasioner Pengurangan
sumber nutrien serta faktor-faktor lain yang terkandung di dalam
jasadnya sendiri, mencapai puncak pertumbuhan pada titik yang tidak
bisa dilampaui lagi, sehingga selama fase ini gambaran kurva akan
mendatar. Populasi jasad hidup dalam keadaan secara maksimal
stasioner yang konstan disebut dalam konsentrasi M (Suriawiria,
2005). 5. Fase kematian Merupakan fase akhir dari kurva
pertumbuhan. Pada fase ini jumlah individu secara tajam akan
menurun sehingga kurva tampaknya akan mendekati titik awal kembali
(Suriawiria, 2005).
C
B
D
A
p u d il h r e t k a b m u j g o L
W aktu, jam
Gambar 1. Kurva Pertumbuhan Bakteri
16
Keterangan : A B C D : Fase Lamban : Fase Log (logaritma) : Fase
statis : Fase kematian
2.5
Sifat dan Karakteristik Surfaktan Surfaktan atau surface active
agent merupakan suatu bahan yang bila berada
dalam konsentrasi rendah pada suatu sistem memiliki kemampuan
untuk menempel pada permukaan suatu sistem dan mengubah permukaan
atau energi bebas pada permukaan tersebut (Rosen, 1978). Surfaktan
memiliki struktur molekul yang terdiri dari gugus fungsi yang
memiliki affinitas rendah terhadap pelarut yang disebut sebagai
kelompok lyofobik (hidrofobik) dan suatu gugus yang memiliki
affinitas kuat terhadap pelarut yang disebut kelompok lyofilik
(hidrofilik). Struktur seperti ini umum dikenal dengan istilah
struktur ampifatik (Rosen, 1978). Saat suatu surfaktan dilarutkan
di dalam pelarut, keberadaan gugus hidrofobik dalam pelarut
menyebabkan suatu gangguan dalam strukturnya sehingga
meningkatkan energi bebas dalam sistem tersebut. Dalam suatu
larutan air yang mengandung surfaktan gangguan ini akan menyebabkan
peningkatan energi bebas dalam sistem saat surfaktan terlarut. Hal
ini berarti bahwa diperlukan kerja/energi yang lebih sedikit untuk
mengangkat molekul surfaktan kepermukaan dibandingkan dengan
molekul air, sehingga surfaktan akan terkonsentrasi pada
permukaan.
17
Dikarenakan penggunaan kerja yang lebih sedikit untuk mengangkat
molekul molekul ke permukaan, keberadaan surfaktan akan menurunkan
kerja yang diperlukan untuk menciptakan unit area pada
permukaan
(energi bebas permukaan atau tegangan pemukaan) (Rosen, 1978).
Keberadaan gugus hidrofilik mencegah surfaktan menjadi terpisah
sama sekali dari pelarut sebagai bentuk tersendiri. Untuk hal itu
diperlukan pemisahan gugus hidrofilik. Struktur ampifatik surfaktan
tidak hanya akan menyebabkan pengkonsentrasian surfaktan pada
permukaan dan penurunan tegangan permukaan, tetapi juga pengaturan
molekul molekul surfaktan pada permukaan dengan gugus hidrofilik
berada pada bagian air dan gugus hidrofobik menjauhinya (Rosen,
1978). Gugus hidrofobik biasanya merupakan suatu hidrokarbon rantai
panjang, terhalogenasi atau teroksigenasi atau siloxane dan gugus
hidrofilik merupakan suatu gugus yang ionik dan sangat polar.
Menurut Rosen (1978), berdasarkan sifat gugus hidrofilik
surfaktan diklasifikasikan menjadi : 1. Anionik Bagian yang aktif
pada permukaan memiliki muatan negatif.
Contohnya : sabun (RC -
-
Na+) , alkylbenzene sulfonat
( RC6H4SO3-Na+) (Rosen, 1978). 2. Kationik Bagian yang aktif
pada permukaan memiliki muatan positif.
18
Contohnya : garam dengan rantai amina panjang (RNH3+Cl-),
quaternary ammonium chloride (RN(CH3)3+Cl-) (Rosen, 1978). 3.
Zwitterionik Dapat memiliki muatan positif dan negatif pada bagian
yang aktif pada permukaan. Contohnya : Asam amino rantai panjang
(RNH2+CH2COO -), sulfobetaine (RN+(CH3)2CH2CH2SO3-) (Rosen, 1978).
4. Nonionik Bagian yang aktif pada permukaan tidak memiliki muatan
ionik. Contohnya : Monogliserida dengan rantai asam lemak
panjang
(RCOOCH2CHOHCH2OH), alkilfenol terpolyoxyethilenasi
(RC6H4(OC2H4)xOH) (Rosen, 1978). Perbedaan dalam sifat sifat gugus
hidrofobik biasanya kurang diperhatikan dibandingkan dengan gugus
hidrofilik. Umumnya gugus hidrofobik terdiri dari hidrokarbon
rantai panjang, tetapi biasanya memiliki struktrur berbeda. Menurut
Rosen (1978), contohnya adalah: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Gugus alkil
panjang dan rantai lurus (C8 C20) Gugus alkil panjang dan bercabang
(C8 C20) Residu alkilbenzene rantai panjang (C8 C15) Residu
alkilnaphthalene (C3 dan gugus alkil yang lebih panjang) Turunan
Rosin (senyawa yang tersusun dari beberapa asam abietic) Polimer
polimer propylene oxida dengan berat molekul tinggi
(turunan turunan polyoxypropylene glycol)
19
7. 8.
Gugus gugus perfluoroalkil rantai panjang. Gugus
polysiloxane
Surfaktan merupakan salah satu produk yang penting dalam
industri kimia karena dipergunakan dalam berbagai macam produk
seperti pada bahan bakar bensin kendaraan bermotor, bahan obat
obatan, deterjen, pemboran lumpur dalam industri minyak, dan agen
pemurni dalam pemanfaatan bahan tambang (Rosen, 1978).
2.6
Klasifikasi biosurfaktan dan mikrobanya Biosurfaktan
dikategorikan oleh komposisinya dan mikroba asalnya. Secara
umum, struktur biosurfaktan terdiri dari gugus hidrofilik yang
tersusun dari asam amino atau anion dan kation peptida (mono-, di-
atau polisakarida) dan gugus hidrofobik yang terdiri dari asam
lemak jenuh atau tak jenuh. Kelompok utama biosurfaktan adalah
glikolipid, lipopeptida dan lipoprotein, fofolipid dan asam lemak,
surfaktan polimerik dan surfaktan partikulat (Desai, 1997).
2.6.1
Glikolipid Biosurfaktan yang paling dikenal adalah glikolipid.
Glikolipid merupakan
karbohidrat yang dikombinasikan dengan rantai panjang asam
aliphatic atau asam hydroxyaliphatic. Contoh bakteri penghasil
biosurfaktan glikolipid adalah
Pseudomonas sp., Rhodococcus erythropolis, Torulopsis sp. dan
lain-lain. Ada 3 glikolipid yang paling dikenal, yaitu rhamnolipid,
trehalolipid dan sophorolipid (Desai, 1997).
20
Tabel 1. Klasifikasi Biosurfaktan dan Mikroba asalnya (Desai,
1997) Biosurfaktan Glikolipid: Rhamnolipid Trehalolipid
Sophorolipid Organisme Tegangan permukaaan (mN/m) 29 25-30 32-36 30
38 33 30 27 26,5 27-32
Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas sp. Rhodococcus erythropolis
Nocardia erythropolis Mycobacterium sp. Torulopsis bombicola
Torulopsis apicola Torukposis petrophilum Bacillus licheniformis
Pseudomonas fluorescens Bacillus subtilis Bacillus subtilis
Bacillus brevis Bacillus polymyxa Candida lepus Nocardia
erythrolpolis Thiobacillus thiooxidans Acinobacter calcoaceticus
Acinobacter calcoaceticus Candida tropicalis Candida lipolytica
Pseudomonas fluorescens Pseudomonas aeruginosa
Lipopeptida dan lipoprotein : Peptida-lipid Viscasin Surfactin
Subtilisin Gramicidins Polymyxins Asam lemak, lipid netral, dan
fosfolipid : Asam lemak Lipid netral Phospholipid Surfaktan
polimerik : Emulsan Biodispersan Mannan-lipid-protein Liposan
KarbohidratProtein PA Rhamnolipid
30 32
27
Rhamnolipid terdiri dari dua molekul rhamnose yang terikat
dengan satu atau dua molekul asam -hydroxydecanoic. Rhamnolipid
merupakan glikolipid yang
21
paling banyak diteliti. Rhamnolipid diketahui dihasilkan oleh
dua jenis bakteri yaitu Pseudomonas aeruginosa dan Pseudomonas sp.
(Desai, 1997).
Trehalolipid Trehalolipid yang dihasilkan oleh organisme yang
berbeda memiliki ukuran dan struktur asam myolic, jumlah atom
karbon, dan derajat kejenuhan yang berbeda. Asam myolic merupakan
asam lemak -hydroxy dengan cabang . Trehalolipid yang dihasilkan
oleh spesies Mycobacterium, Nocardia dan Corynebacterium merupakan
trehalose disakarida yang terikat pada C-6 dan C-6 dengan asam
myolic. Spesies Rhodococcus erythropolis dapat menghasilkan senyawa
trehalose dimycolate (Desai, 1997).
Sophorolipid Sophorolipid merupakan biosurfaktan yang merupakan
campuran dari setidaknya sembilan sophorosida hidrofobik yang
berbeda. Sophorolipid terdiri dari suatu sophorose karbohidrat
dimerik yang terikat dengan suatu rantai panjang asam lemak
hidroxy. Sophorolipid dihasilkan oleh ragi seperti Toruloposis
bombicola, T. Petrophilum dan T. Apicola (Desai, 1997).
22
Gambar 2. Struktur dari Biosurfaktan glikolipid
2.6.2
Lipopeptida Lipopeptida siklik seperti antibiotik decapeptida
(gramicidin) dihasilkan oleh
Bacillus brevis. Sedangkan antibiotik lipopeptida (polymyxin)
dihasilkan oleh Bacillus polymyxa. Lipopeptida siklik surfactin
yang dihasilkan oleh Bacillus subtilis merupakan salah satu
biosurfaktan terbaik karena mampu menurunkan tegangan permukaan
dari 72 menjadi 27,9 mN/m dengan konsentrasi serendah 0,005%
(Desai, 1997). Bacillus licheniformis dapat memproduksi beberapa
biosurfaktan peptida-lipid yang bekerja secara sinergi dan
memperlihatkan stabilitas suhu, pH dan salinitas yang baik. Salah
satu karakteristik lipopeptida yang penting adalah kemampuannya
untuk melisis eritrosit mammalia. Kemampuan ini telah dipergunakan
untuk mendeteksi produksi surfactin melalui hemolisis pada agar
darah (Desai, 1997).
23
2.6.3
Asam Lemak, Fosfolipid dan Lipida Netral Beberapa bakteri dan
ragi memproduksi surfaktan asam lemak dan fosfolipid
dalam jumlah besar selama pertumbuhan pada n-alkana. HLBnya
terkait dengan panjangnya rantai hidrokarbon dalam strukturnya.
Vesikel asam lemak dihasilkan dalam jumlah banyak oleh
Acinetobacter sp. Vesikula yang kaya akan asam lemak ini akan
menghasilkan mikroemulsi alkana di dalam air. Produksi fosfolipid
telah terlihat pada beberapa Aspergillus spp. dan Thiobacillus
thiooxidans. Surfactan lipida diakumulasi 40 sampai 80% saat
dikultivasi pada hexadecane dan minyak kelapa sawit (Desai,
1997).
2.6.4
Biosurfactan Polimerik Polimerik biosurfaktan telah diteliti
dengan baik adalah emulsan, liposan,
mannoprotein dan kompleks protein polisakarida lain. Acinobacter
calcoaceticus dapat mempoduksi suatu bioemulsifier
heteropolisakarida ampifatik polianionik yang disebut emulsan.
Rantai heteropolisakaridanya mengandung suatu trisakarida berulang
yang terdiri dari N-asetil-D-galaktosamine, asam uronic N-
asetilgalaktosamine dan suatu gula N-asetil amino yang belum
teridentifikasi. Asam lemaknya secara kovalen terikat dengan
polisakaridanya melalui ikatan ester. Emulsan merupakan suatu agen
emulsifikasi yang sangat efektif untuk hidrokarbon dalam air bahkan
pada konsentrasi serendah 0,001 sampai 0,01 % (Desai, 1997).
Biodispersan merupakan suatu dispersan (pelarut) ekstraseluler yang
tidak dapat didialisis. Biodispersan dihasilkan oleh Acinobacter
calcoaceticus. Senyawa ini merupakan suatu heteropolisakarida yang
anionik dengan berat molekul rata rata
24
51.400
dan
mengandung
empat
gula
pereduksi,
yaitu
glukosamine,
6-
methylaminohexose, asam uronic galactosamine dan suatu gula
amino yang belum teridentifikasi (Desai, 1997). Liposan merupakan
suatu bahan pengemulsi ekstraseluler larut air yang dihasilkan oleh
Candida lipolytica. Liposan terdiri dari 83 % karbohidrat dan 17%
protein. Bagian karbohidrat merupakan suatu heteropolisakarida yang
terdiri dari glukosa, galaktosa, galaktosamine dan asam
galakturonik (Desai, 1997). Sejumlah besar mannoprotein dihasilkan
oleh Saccharomyces cerevisiae. Protein ini menunjukkan kemampuan
emulsifikasi yang baik terhadap minyak, alkana dan pelarut organik
(Desai, 1997).
2.7
Proses Emulsifikasi Emulsifikasi merupakan proses pembentukan
emulsi dari dua fase cair yang
tidak dapat bercampur. Cat, semir, pestisida, margarine, es
krim, bahan kosmetik, dan lain lain merupakan contoh emulsi yang
dipergunakan dalam kehidupan sehari hari. Suatu emulsi merupakan
suatu suspensi stabil yang dibentuk dari suatu partikel cairan
dengan ukuran tertentu dengan cairan kedua yang tidak dapat
bercampur. Terdapat dua tipe emulsi yaitu makroemulsi dan
mikroemulsi. Suatu makroemulsi memiliki ukuran antara 0,2 sampai 50
mikrometer (m) dan dapat diamati dibawah mikroskop. Mikroemulsi
memiliki ukuran partikel antara 0,01 sampai 0,20 mikrometer (Rosen,
1978). Ukuran partikel partikel yang terdispersi dalam suatu emulsi
menentukan penampakannya terhadap mata telanjang. Apabila diameter
partikel partikel yang
25
terdispersi adalah 1 m, maka emulsinya akan berwarna putih susu,
1-0,1 m akan berwarna biru putih, 0,1-0,05 m berwarna abu-abu dan
semi transparan,
