Biosurfaktan dalam Bioremediasi Sebagai Solusi Untuk Tanah Yang Tercemar Minyak Bumi

tambang minyak dan tumpahan minyak

Prolog

Pada paruh September lalu, terjadi kebocoran gas dan tumpahan minyak di Karawang, Jawa Barat. Tumpahan minyak yang mencapai daratan mencapai 5 juta karung lebih. Tumpahan minyak ini adalah kejadian yang kesekian. Sebelumnya, di tahun ini juga, unit pengeboran West Atlas milik ladang minyak Montara meledak di laut Timor dan mencemari 90 ribu kilometer persegi lautan.

Tulisan ini memberikan salah satu cara untuk menangani pencemaran minyak mentah di daratan.

Bintang laut yang mati di pantai akibat tumpahan minyak mentah. Credit Canva

Salah satu permasalahan lingkungan saat ini adalah pencemaran oleh hidrokarbon yang disebabkan oleh berbagai aktivitas yang berhubungan dengan industri minyak. Biodegradasi dengan bantuan mikroorganisme adalah salah satu upaya penanganan pencemaran hidrokarbon yang dipandang paling menarik saat ini (Mnif, Sahnoun, & Ellouz-chaabouni, 2017).

Ketidaklarutan hidrokarbon yang diakibatkan oleh sifat hidrofobiknya adalah salah satu faktor yang membatasi biodegradasi hidrokarbon. Kehadiran biosurfaktan mampu mengurangi sifat hidrofobik minyak
bumi dan meningkatkan laju biodegradasinya (Ali Khan et al., 2017).

Baca juga : Bumi yang dibebani sampah dari palung terdalam hingga ruang angkasa.

Pengertian Biosurfaktan

Biosurfaktan adalah kelompok substansi aktif permukaan yang diproduksi oleh mikroorganisme. Semua biosurfaktan adalah amfifilik, terdiri dari dua bagian yaitu bagian polar (hidrofilik) dan bagian non polar (hidrofobik). Kelompok hidrofilik terdiri dari mono-, oligo atau polisakarida, peptida atau protein dan bagian hidrofobik yang biasanya mengandung asam lemak jenuh, tak jenuh dan asam hidroksilasi atau fatty alkohol (Lang, 2002). Karena struktur amfifilik itulah, biosurfaktan meningkatkan luas permukaan zat yang tidak larut dalam air.

Hal itu akan meningkatkan bioavailabilitas air dari zat tersebut dan mengubah sifat permukaan sel bakteri. Aktivitas permukaan menjadikan surfaktan dapat menjadi bahan emulsifier serta pendispersi yang baik (Desai and Banat, 1997).

Jenis-jenis Biosurfaktan

Biosurfaktan dikategorikan menurut komposisi kimianya, berat molekul, sifat fisiko-kimia dan cara kerja dan asal mikroba. Berdasarkan berat molekul, mereka terbagi menjadi biosurfaktan dengan massa molekul rendah termasuk glikolipid, fosfolipid dan lipopeptida dan menjadi biosurfaktan dan bioemulsif massa molekul tinggi yang mengandung polisakarida amphipat, protein,lipopolisakarida, lipoprotein atau campuran kompleks dari biopolimer ini.

Biosurfaktan dengan massa molekul rendah efisien dalam menurunkan tegangan permukaan. Sedangkan biosurfaktan massa molekul tinggi lebih efektif untuk menstabilkan emulsi minyak dalam air (Rosenberg and Ron, 1999)

Aplikasi Biosurfaktan

Berdasarkan literature review, ada beberapa cara agar suatu biosurfaktan dapat berperan dalam proses biodegradasi tanah terkonaminasi minyak bumi. Ada yang disebut sebagai produksi biosurfaktan secara in situ yakni menumbuhkan mikroorganisme penghasil surfaktan langsung pada lokasi tercemar.

Salah satu tekniknya adalah dengan bioaugmentasi yakni dengan menambahkan mikroorganisme pendegradasi minyak bumi dari jenis yang sekaligus juga merupakan mikroorganisme penghasil surfaktan (Ebadi et al., 2017). Ada pula aplikasi dengan membubuhkan surfaktan yang telah diekstrak dari sebuah biakan mikroorganisme penghasil biosurfaktan (Kosaric, 2001) .

Baca juga : Menakar potensi air limbah terhadap timbulnya efek ruma kaca.

Mikroorganisme Penghasil Surfaktan

Ada berbagai jenis mikroorganisme penghasil biosurfaktan. Masing-masing biasanya menghasilkan biosurfaktan dengan tipe yang berbeda . Lihat tabel di bawah ini.

Beberapa Tipe Biosurfaktan dan Mikroorganisme Penghasilnya
Beberapa Tipe Biosurfaktan dan Mikroorganisme Penghasilnya Sumber: (Lima et al., 2011)

Produksi Biosurfaktan

Dalam skala laboratorium, biosurfaktan diproduksi dengan terlebih dahulu dengan membiakkan mikroorganisme panghasil surfaktan dalam media NB atau BHB. Setelah masa inkubasi selama 24 jam, diambil 1 ml bakteri 108/ml dengan media 50 ml ditambah solar 2% lalu diinkubasi kembali
selama 7 hari dengan suhu 30 derajat celcius.

Untuk mengambil biosurfaktan dilakukan ekstraksi dengan sentrifukasi selama 15 menit dalam suhu 4 C. supernatant diambil dan diberikan HCL hingga pH 2 lalu kemudian dibiarkan terevaporasi selama semalam untuk mengambil surfaktannya. Ekstraksi kembali dilakukan dengan menggunakan solven organik lalu kembali dibiarkan menguap dalam suhu ruang untuk mendapatkan surfaktan (Khan et al., 2017).

Ada beberapa metode lain untuk ekstraksi surfaktan, namun pada dasarnya memiliki kemiripan. Biasanya perbedaannya adalah pada jenis media, lama proses centrifuge-nya maupun penggunaan solven.

Pengaruh Biosurfaktan dalam Biodegradasi

Sebuah studi dilakukan untuk memperbaiki biodegradasi solar menggunakan konsorsium terpilih dengan penambahan pengemulsi biologis dan / atau co-inokulasi dengan mikroorganisme penghasil bio- surfaktan. Efek co-inokulasi dengan strain penghasil biosurfaktan dibandingkan dengan penambahan biosurfaktan lipopeptida yang diproduksi secara eksogen.

Hasilnya adalah sebagai berikut:

Biodegradasi Solar pada Partikel Tanah dengan Menggunakan Berbagai Konsorsium
Biodegradasi Solar pada Partikel Tanah dengan Menggunakan Berbagai Konsorsium
Sumber: (Mnif et al., 2017)

Berdasarkan hasil studi di atas dapat dilihat bahwa co-inokulasi konsorsium dengan bakteri penghasil surfaktan, mengalami peningkatan pada proses biodegradasinya. Penggunaan surfaktan yang dihasilkan secara eksogen juga meningkatkan biodegradasi pada tanah terkontaminasi tersebut (Konsorsium + SPB1 BioS). Sedangkan hasil biodegradasi terbaik terjadi pada perlakuan menggunakan konsorsium dengan co-inokulasi dengan dua jenis surfactant producing bacteria (Konsorsium SPB1 + RI7).

Sebuah pengujian yang berbeda dilakukan untuk mengetahui potensi beberapa jenis mikroorganisme sebagai penghasil biosurfaktan, juga untuk mengetahui perbedaan biodegradasi oleh bakteri pendegradasi minyak bumi penghasil surfaktan dengan pendegradasi minyak bumi non penghasil surfaktan. Perbedaan biodegradasi masing-masing bakteri penghasil surfaktan dan non penghasil surfaktan adalah sebagai berikut.

Biodegradasi Hidrokarbon
Biodegradasi Hidrokarbon oleh Pseudomonas poae (BA1),
Acinetobacter bouvetii (BP18), Bacillus thuringiensi (BG3), Stenotrophomonas rhizophila (BG32), Pseudomonas rhizosphaerae (BP3/ NBP)
Sumber: (Ali Khan et al., 2017)

Untuk mengetahui pengaruh biosurfakan terhadap biodegradasi, berikut ini diagram produksi biosurfaktan pada dua jenis media yang berbeda untuk masing-masing jenis bakteri penghasil surfaktan.

Produksi Surfaktan pada Berbagai Strain Bakteri dengan Media Nutrient Broth
Produksi Surfaktan pada Berbagai Strain Bakteri dengan Media Nutrient Broth (NB) dan Bunshnell Haas Broth (BHB)
Sumber : (Ali Khan et al., 2017)

Performa Biosurfaktan Pada Tanah Salin

Tanah dengan salinitas tinggi bisa menjadi salah satu faktor pembatas atau penghambat dalam sebuah proses biodegradasi. Karena salinitas tinggi dapat menjadi inhibitor bagi aktivitas enzim mikroorganisme yang terlibat dalam proses biodegradasi.

Salah satu hal yang menarik dari aplikasi biosurfaktan ini adalah kemampuan sejumlah strain untuk membantu biodegradasi hidrokarbon
dalam kondisi tanah salin. Salah satunya dibuktikan dalam sebuah studi yang menggunakan 4 strain Pseudomonas aeruginusa (Ebadi, Khoshkholgh Sima, Olamaee, Hashemi, & Ghorbani Nasrabadi, 2017)

Residu Minyak yang Tersisa Selama Bioremediasi

Residu Minyak yang Tersisa Selama Bioremediasi
Sumber : (Ebadi et al., 2017).

Kesimpulan

Biosurfaktan dapat meningkatkan biodegradasi tanah tercemar hidrokarbon.
Efektivitas proses biodegradasi dipengaruhi berbagai faktor diantaranya: jenis minyak (kontaminan), jenis bakteri, komposisi konsorsium dan nutrient.
Biosurfaktan memiliki potensi meningkatkan biodegradasi pada tanah salin.

Daftar Pustaka

– Ali Khan, A. H., Tanveer, S., Alia, S., Anees, M., Sultan, A., Iqbal, M., & Yousaf, S. (2017). Role of nutrients in bacterial biosurfactant production and effect of biosurfactant production on petroleum hydrocarbon biodegradation. Ecological Engineering, 104, 158–164.
https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.04.023

– Ebadi, A., Khoshkholgh Sima, N. A., Olamaee, M., Hashemi, M., & Ghorbani Nasrabadi, R. (2017). Effective bioremediation of a petroleum-polluted saline soil by a surfactant-producing Pseudomonas aeruginosa consortium. Journal of Advanced Research, 8(6), 627–633.
https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.06.008

– Tugas Mata Kuliah Operasi dan Proses Remediasi Lingkungan| 6

– Kosaric, N. (2001). Biosurfactants and their applications for soil bioremediation. Food Technology and Biotechnology, 39(4), 295–304. https://doi.org/10.1002/chin.199112362

– Lima, T. M. S., Procópio, L. C., Brandão, F. D., Carvalho, A. M. X., Tótola, M. R., & Borges, A. C. (2011). Biodegradability of bacterial surfactants. Biodegradation, 22(3), 585–592.
https://doi.org/10.1007/s10532-010-9431-3

– Mnif, I., Sahnoun, R., & Ellouz-chaabouni, S. (2017). Application of bacterial biosurfactants for enhanced removal and biodegradation of diesel oil. Process Safety and Environmental Protection, 109, 72–81. https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.02.002

– Rosenberg, E.; Ron, E.Z. High- and low-molecular-mass microbial surfactants. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1999, 52, 154–162.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *