Friday, November 18, 2011

Fermentasi Acetobacter xylinum


2.1 Air Cucian Beras
Pencemaran akibat air limbah merupakan masalah utama yang dapat mengganggu kesehatan lingkungan. Dalam kehidupan sehari-hari, proses pencucian beras akan menghasilkan suatu limbah rumah tangga yang dikenal dengan air cucian beras. Selama ini limbah air cucian beras tersebut belum pernah dimanfaatkan oleh masyarakat, sehingga hal ini memicu terjadinya pencemaran lingkungan (Lestari, 1994).
Dalam limbah air cucian beras banyak terkandung senyawa-senyawa organik seperti protein, lemak dan karbohidrat yang mudah busuk sehingga menimbulkan bau yang kurang sedap (Shurtleft dan Aoyogi, 1975). Jika ditinjau dari komposisi kimianya, ternyata air limbah cucian beras mengandung nutrien-nutrien (protein, karbohidrat, dan bahan-bahan lainnya) yang jika dibiarkan dibuang begitu saja justru dapat menimbulkan pencemaran. Padahal jika ditinjau lebih lanjut, air cucian beras memiliki potensi sebagai media fermentasi Acetobacter xylinum untuk menghasilkan gas hidrogen yang dapat dimanfaatkan sebagai media memperhalus muka

2.2 Global Warming
Global warming adalah proses meningkatnya suhu rata-rata di atmosfer, lautan, dan daratan bumi sebagai akibat dari efek gas rumah kaca yang terjadi ketika gas karbondioksida, klorofluorokarbon, metana, dinitro oksida, hidrofluorokarbon, perfluorokarbon, sulfur heksafluorida, dan nitrogen oksida menumpuk di atmosfer bumi akibat adanya pembakaran bahan bakar minyak dan batubara sebagai sumber energi. Dalam peristiwa ini gas-gas tersebut menyerap sinar matahari yang di pantulkan oleh permukaan bumi, sehingga panas terjebak dalam lapisan troposfer dan menyebabkan terjadinya peningkatan suhu secara global (Sugiyono, 2000).
Menurut Callan (2000), sumbangan terjadinya pemanasan global yang terbesar adalah berasal dari gas CO2 sebesar 61 %, diikuti oleh CH4 sebesar 15 %, CFC sebesar 12 %, N2O sebesar 4 % dan sumber-sumber lain sebesar 8 %. Efek rumah kaca sebenarnya bukanlah sesuatu yang buruk. Justru efek ini memberikan kesempatan adanya kehidupan di bumi. Kalau tidak ada efek rumah kaca, maka suhu rata-rata permukaan bumi bukanlah 15 oC seperti sekarang, melainkan -18 oC. Yang menjadi masalah adalah jumlah gas rumah kaca ini semakin tahun bertambah secara berlebihan sehingga mengakibatkan terjadinya kerusakan lingkungan secara global. Gas rumah kaca yang bertambah secara berlebihan ini akan menahan lebih banyak radiasi dari pada yang dibutuhkan oleh kehidupan di bumi, sehingga terjadi gejala yang disebut pemanasan global. Dampak dari pemasan global ini antara lain yaitu: meningkatnya suhu air laut, perubahan pola iklim seperti curah hujan, perubahan frekuensi dan intensitas badai, serta meningkatnya tinggi permukaan air laut karena mencairnya es di kutub (Sugiyono, 2000).

2.3 Fuel Cell
Fuel cell tersusun atas anoda, katoda dan elektrolit (membran). Anoda berperan sebagai tempat terjadinya pemecahan hidrogen (H2) menjadi proton dan elektron (listrik). Katoda berperan sebagai tempat terjadinya reaksi penggabungan proton, elektron dan oksigen untuk membentuk air. Sedangkan elektrolit berperan sebagai media untuk mengalirkan proton (Agoumba, 2004).
Anoda : 2H2 Þ 4H+ + 4 e-
Katoda            : O2 + 4H+ + 4 e- Þ 2H2O
Reaksi : 2H2 + O2 Þ 2H2O
Pada fuel cell berbahan bakar hidrogen, ketika molekul hidrogen melakukan kontak dengan anoda, molekul tersebut terpisah menjadi ion hidrogen dan elektron. Elektron mengalir melalui sirkuit luar menuju katoda, menimbulkan aliran listrik. Ion hidrogen melewati elektrolit (membran) juga menuju katoda, lalu bergabung dengan elektron dan oksigen dari udara membentuk molekul air (Suhada, 2001).

2.4 Fermentasi Mikroba
Fermentasi berasal dari kata ferment yang berarti enzim. Definisi dari fermentasi adalah suatu proses yang bekerja berdasarkan kerja enzim. Fermentasi merupakan perubahan suatu senyawa maupun bahan organik melalui peristiwa biologis yang dilakukan oleh mikroba atau enzim menjadi suatu produk baru berstruktur fisik dan kimia yang memiliki nilai sama tinggi (Ginandjar, 1983). Definisi lain menurut Prescott dan Dunn (1959), fermentasi adalah suatu proses perubahan kimia yang dihasilkan dalam suatu substrat organik melalui kegiatan rumit enzim-enzim dari mikroba. Adanya perubahan kimia oleh aktivitas enzim yang dihasilkan oleh mikroba itu meliputi perubahan molekul-molekul kompleks atau senyawa organik seperti protein, karbohidrat, maupun lemak menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana, mudah larut dan daya cerna yang tinggi (Shurtleff dan Aoyagi, 1979).
Adanya proses fermentasi memiliki beberapa macam manfaat, diantaranya menurut Shurtleff dan Aoyagi (1979), yaitu dapat mengubah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana dan mudah dicerna, mengubah rasa dan aroma menjadi lebih baik. Selain itu produk hasil fermentasi akan menjadi tahan lama dan dapat mengurangi senyawa racun yang dikandung sehingga nilai ekonomi bahan dasarnya menjadi lebih baik (Saono, 1976).

2.5 Selulosa
Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer berantai panjang polisakarida karbohidrat, dari beta-glukosaSecara kimia, selulosa merupakan senyawa polisakarida yang terdapat banyak di alam. Selulosa memiliki bobot molekul tinggi, strukturnya teratur berupa polimer linear yang terdiri dari unit ulangan D-Glukopiranosa. Karakterisasi selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan amorf serta pembentukan micro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa. Sifat selulosa sebagai polimer tercermin dari bobot molekul rata-rata, polidispersitas dan konfigurasi rantainya (Chang dkk., 2003).
3.2 Karakterisasi Enzim
Di dalam sebuah sel rata-rata terdapat ribuan jenis enzim yang berbeda-beda yang dalam melaksanakan suatu aktivitas harus terkoordinasi sehingga produk yang sesuai dapat terbentuk dan tersedia pada tempat yang tepat, jumlah yang tepat, waktu yang tepat, dan tentunya dengan penggunaan energi seminim mungkin. Enzim berperan sebagai katalis hayati, dalam hal ini memiliki fungsi untuk mempercepat suatu reaksi kimiawi dengan jumlah enzim yang sedikit (Taft dkk., 2003).
Berdasarkan tempat digunakannnya, enzim terdiri atas dua tipe yaitu enzim intraselular atau endoenzim yang berfungsi di dalam sel, dan enzim ekstraselular atau eksoenzim yang berfungsi di luar sel. Fungsi utama endoenzim adalah mensintesis bahan selular dan juga menguraikan nutrien untuk menyediakan energi yang dibutuhkan oleh sel. Sedangkan fungsi utama dari eksoenzim adalah melangsungkan terjadinya perubahan tertentu pada nutrien yang ada di sekitarnya sehingga memungkinkan untuk dapat masuk ke dalam sel (Pelczar dan Chan, 1988). Molekul-molekul enzim memiliki efisiensi yang tinggi dalam mempercepat reaksi pengubahan substrat menjadi produk akhir. Namun enzim bersifat tidak stabil, yakni aktivitasnya dapat berkurang atau rusak oleh berbagai faktor baik fisik maupun kimia.

3.3 Pengukuran Beda Potensial MFC Limbah Air Cucian Beras
Sistem MFC pada penelitian ini menggunakan limbah air cucian beras sebagai medium elektrolit. Di dalam limbah cair ini terjadi proses metabolisme oleh mikroba yang menghasilkan ion H(proton) dan elektron. Ion Hselanjutnya akan berpindah ke katoda melalui membran sedangkan elektron akan dialirkan keluar sistem mikroba melalui sirkuit eksternal yang secara langsung dapat digunakan untuk menghasilkan arus listrik (Liu dkk., 2004; Madigan dkk., 1997).
Membran penukar ion (silika - selulosa asetat) yang menjadi pembatas dalam medium elektrolit berfungsi mengalirkan ion Hdari anoda ke katoda. Ketika berinteraksi dengan molekul air, membran akan melepaskan ion (H+) dari air karena adanya muatan negatif pada membran yang ditunjukkan dengan adanya gugus asetil. Ion H+ selanjutnya akan tertarik menuju membran, sedangkan ion OH- akan terdorong menjauhi membran akibat adanya kesamaan muatan antara gugus asetil dengan ion OH-. Gaya dorong gugus asetil terhadap ion OH- akan semakin berkurang seiring dengan semakin banyaknya ion H+ yang tertarik ke dalam membran. Pada akhirnya ion OH- yang semula menjauhi menjauhi membran lama-lama akan tertarik akibat aktivitas ion H+ di permukaan membran. Hal ini akan memicu terjadinya beda potensial dalam media air cucian beras yang pada akhirnya akan menghasilkan arus listrik (Wagner, 2005). Pada Tabel 3.1 dapat diketahui bahwa limbah air cucian beras memiliki potensial listrik sebesar 513 mV dengan karakterisasi pH basa. Potensial listrik yang dimiliki limbah air cucian beras diharapkan dapat semakin meningkat, seiring dengan adanya substitusi silika pada membran selulosa asetat disebabkan karena silika memiliki sifat higroskopis,

3.4 Membran komposit Fermentasi Acetobacter xylinum
Membran merupakan suatu lapisan tipis antara dua fasa fluida yang bersifat penghalang (barrier) terhadap suatu spesi tertentu, yang dapat memisahkan zat dengan ukuran berbeda, serta membatasi transport dari berbagai spesi berdasarkan sifat fisik dan kimianya. Proses pemisahan dengan membran dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran pori, bentuk, serta struktur kimianya. Membran demikian biasa disebut sebagai membran semipermeabel, artinya dapat menahan spesi tertentu, tetapi dapat melewatkan spesi yang lainnya (Thomas dkk., 1997). Fasa campuran yang akan dipisahkan dalam membran disebut umpan (feed), dan fasa hasil pemisahan disebut permeat (permeate). Sifat-sifat membran perlu dikarakterisasi, yang meliputi efisiensi serta mikrostrukturnya. Efisiensi membran ditentukan oleh permeabilitas dan selektivitasnya. Permeabilitas merupakan ukuran kecepatan dari suatu spesi untuk melewati membran. Sifat ini dipengaruhi oleh jumlah dan ukuran pori, tekanan yang diberikan, serta ketebalan membran. Permeabilitas dinyatakan sebagai suatu besaran fluks yang didefinisikan sebagai jumlah volum permeat yang melewati satu satuan luas membran dalam satuan waktu tertentu dengan adanya gaya penggerak berupa tekanan.
…………………………………...(1)
Membran yang baik adalah jenis membran yang memiliki selektivitas dan permeabilitas yang tinggi. Selektivitas membran diukur dengan menentukan koefisien rejeksinya, yaitu kemampuan membran untuk menahan partikel terlarut, sementara pelarutnya melewati membran. Selektivitas dapat digunakan untuk mengetahui kemampuan membran dalam menahan atau melewatkan suatu partikel. Selektivitas dinyatakan sebagai koefisien rejeksi yang dilambangkan dengan R, yaitu fraksi konsentrasi zat yang tertahan oleh membran (Warisno, 1994).
…………………………………………………………..(2)
dimana:  R = koefisien rejeksi
               Cp = konsentrasi partikel dalam permeat
               Cf = konsentrasi partikel dalam umpan
Karakterisasi sifat mekanik perlu dilakukan untuk mengetahui kekuatan membran terhadap gaya yang berasal dari luar yang dapat merusak membran. Semakin rapat struktur membran, maka jarak antar molekul dalam membran juga akan semakin rapat, sehingga membran akan mempunyai kekuatan tarik dan daya robek yang besar. Untuk mengetahui morfologi membran, digunakan alat Scanning Elektron Microscope (SEM), yang dapat memberikan informasi mengenai struktur permukaan dan penampang lintang. Dengan SEM juga dapat diperoleh data mengenai ukuran porinya, sehingga dari hasil ini dapat ditentukan standar keseragaman struktur membran yang akan digunakan (Zendy, 1997).

Membran komposit adalah membran yang dibuat dengan bahan dasar campuran dua atau lebih polimer. Jenis membran ini umum dibuat untuk meningkatkan kualitas membran dibanding dengan satu jenis polimer sebagai bahan dasarnya. Teknik pembuatan membran komposit dilakukan dengan cara melapiskan suatu lapisan polimer tertentu di atas suatu lapisan lain yang berpori dari jenis polimer yang lain. Salah satu material digunakan sebagai bahan untuk membentuk membran berpori. sedangkan material yang lain digunakan sebagai lapisan atas, yaitu lapisan aktif dengan ukuran pori yang berukuran lebih rapat.
Share:
Lokasi: Jalan Kyai Haji Hasyim Ashari, Malang, Indonesia

0 komentar:

Post a Comment

안녕 하세요 감사합니다
Mannaseo pangapseumnida