| dc.description.abstract | Microbial Fuel Cell (MFC) merupakan suatu sistem bioelektrokimia yang mampu mengubah substrat organik menjadi arus listrik dengan adanya mikrob sebagai biokatalis. Jerami padi merupakan salah satu residu biomassa hasil samping pertanian yang mengandung energi biokimia tinggi dalam bentuk selulosa. Akan tetapi selulosa yang mampu didegradasi secara biologis dilingkupi oleh matriks lignin yang bersifat resisten terhadap degradasi secara biologis. Oleh karena itu jerami padi perlu mengalami pra-perlakuan. Pra-perlakuan dalam penelitian ini adalah pra-perlakuan NaOH-gelombang mikro dan inokulasi bakteri selulolitik. Atas dasar kompatibilitas substrat jerami padi dengan bakteri selulolitik yang digunakan maka dilakukan isolasi dari jerami padi dengan berbagai tingkat dekomposisi. Sehingga tujuan dari penelitian ini meliputi: (1) mendapatkan bakteri selulolitik asal jerami padi dengan tingkat pelapukan berbeda yang potensial digunakan pada pra-perlakuan jerami padi dan sistem MFC; (2) mengevaluasi pengaruh pra-perlakuan jerami padi dengan NaOH-gelombang mikro dan inokulasi bakteri selulolitik hasil isolasi terhadap perubahan kandungan serat yang meliputi kadar lignin, selulosa, dan hemiselulosa; (3) mengevaluasi pengaruh pra-perlakuan jerami padi dengan NaOH-gelombang mikro dan inokulasi bakteri selulolitik hasil isolasi terhadap performa tegangan listrik, arus listrik dan power density sistem MFC; dan (4) mengevaluasi pengaruh pra-perlakuan jerami padi dengan NaOH-gelombang mikro dan inokulasi bakteri selulolitik hasil isolasi terhadap sifat elektrokimia dan biologis larutan anolit pada sistem MFC.
Pada tahap isolasi bakteri selulolitik, sumber sampel dilakukan dengan metode purposive sampling method yakni dengan mengambil jerami padi dengan berbagai tingkat dekomposisi di lahan sawah. Pemilihan sumber jerami padi dengan berbagai tingkat pelapukan dimaksudkan peluang perolehan isolat yang kompatibel dengan substrat jerami padi. Selanjutnya bakteri selulolitik dari sampel jerami padi yang telah diambil secara aseptik diisolasi dengan metode isolasi spread plate pada medium agar CMC (Carboxy Methyl Cellulose). Bakteri selulolitik yang ada diseleksi dengan tahapan yang meliputi uji endoglukanase sebagai tahap seleksi awal, uji toleransi terhadap oksigen dengan tujuan memilih bakteri fakultatif anaerob, uji antagonisme dengan bakteri eksoelektrogen Staphylococcus saprophyticus ICBB 9554 untuk memilih bakteri selulolitik yang sinergis dengan Staphylococcus saprophyticus ICBB 9554, uji aktivitas enzim meliputi enzim eksoglukanase dan β-glukosidase sebagai sarana uji kuantitatif degradasi selulosa, serta uji pada sistem MFC untuk melihat kemungkinan bakteri seluloltik yang didapatkan memberi performa sistem MFC yang baik. Bakteri selulolitik potensial yang terpilih melaluti tahapan seleksi tersebut kemudian diidentifikasi secara molekuler melalui 16S rRNA.
Jerami padi yang akan dijadikan substrat organik sistem MFC diberi pra-perlakuan terlebih dahulu yang meliputi pra-perlakuan NaOH-gelombang mikro menggunakan alat microwave dan inokulasi bakteri selulolitik hasil isolasi. Pengaruh pra-perlakuan terhadap jerami padi dianalisis melalui perubahan
kandungan serat yang meliputi kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Setelah itu jerami padi masuk pada tahap percobaan sistem MFC. Penelitian terkait performa sistem MFC menggunakan rancangan acak lengkap faktorial yang terdiri dari tiga faktor dengan empat set perlakuan. Faktor pertama adalah konsentrasi jerami padi (0,2% (w/v); 0,4% (w/v) dan 0,6% (w/v)). Faktor kedua adalah sterilisasi jerami padi (steril dan tidak steril). Faktor ketiga adalah inokulasi bakteri eksoelektrogen, Staphylococcus saprophyticus ICBB 9554 (dengan penambahan dan tanpa penambahan). Sistem MFC menggunakan sistem desain dual chamber dari bahan akrilik yang dipisahkan oleh membran Proton Exchange Membrane (PEM) Nafion 117 yang masing-masing ruangan anoda dan katoda bervolume sekitar 250 ml, dengan elektroda dari carbon fiber yang dihubungkan dengan sirkuit eksternal kabel tembaga yang diberi hambatan 1.000 Ω, dan larutan katolit pada ruang katoda berupa larutan oksidator KMnO4. Performa sistem MFC dianalisis melalui parameter listrik yang meliputi tegangan listrik, arus listrik, dan power density. Performa sistem MFC selanjutnya dikaitkan dengan parameter elektrokimia anolit jerami padi hasil pra-perlakuan yang meliputi parameter pengurangan kadar COD (Chemical Oxygen Demand), efisiensi pengurangan COD, efisiensi Coulombic, pengurangan kadar glukosa yang diukur dengan metode DNS (Dinitrosalicylic Acid), pengurangan kadar TDS (Total Dissolved Solid) dan EC (Electrical Conductivity) melalui pendekatan konduktivitas larutan, pengukuran pH dan Eh dengan alat pH dan Eh meter, serta kepadatan koloni bakteri setelah inkubasi dengan metode TPC (Total Plate Count).
Hasil dari penelitian ini bahwa bakteri selulolitik potensial untuk mendegradasi selulosa jerami padi telah berhasil diisolasi dari jerami padi dengan berbagai tingkat dekomposisi. Tahap seleksi bakteri selulolitik untuk uji endoglukanase pada media agar CMC menghasilkan 23 isolat, uji toleransi terhadap oksigen menghasilkan 10 isolat bakteri fakultatif anaerob, uji antagonisme dengan mikrob eksoelektrogen Staphylococcus saprophyticus ICBB 9554 menghasilkan 3 isolat yang bersifat sinergis. Ketiga isolat tersebut diuji aktivitas enzim eksoglukanase β-glukosidase, serta uji pada sistem MFC dan menghasilkan satu isolat potensial yakni isolat dengan kode J401. Satu isolat J401 selanjutnya diidentifikasi molekuler dengan metode 16S rRNA dan menunjukkan hasil bahwa isolat tersebut homogen dengan Xanthomonas translucens. Isolat tersebut kemudian disimpan dalam ICBB-Culture Collection of Microorganism dengan nomor akses ICBB 9762.
Proses pra-perlakuan NaOH-gelombang mikro dan inokulasi Xanthomonas translucens ICBB 9762 mampu merubah susunan serat jerami padi yakni kandungan selulosa meningkat dari 14,89% menjadi 22,76% dan lignin juga meningkat dari 10,87% menjadi 19,19%. Jerami hasil tiap pra-perlakuan kemudian dijadikan substrat organik untuk diuji pada sistem MFC. Hasil menunjukkan bahwa set pra-perlakuan kombinasi NaOH-gelombang mikro dan inokulasi Xanthomonas translucens ICBB 9762 memberikan performa paling tinggi dibandingkan pra-perlakuan yang lain dan dibandingkan dengan control tanpa pra-perlakuan. Adapun performa dari pra-perlakuan NaOH-gelombang mikro dan inokulasi Xanthomonas translucens ICBB 9762 yakni menghasilkan tegangan listrik, arus listrik, dan power density tertinggi dengan nilai berturut-turut 337,90 mV; 0,39 mA; dan 26,20 mW/m2.
Larutan anolit jerami padi pada sistem MFC dianalisis parameter elektrokimia dan biologis yang meliputi pengurangan kadar COD, efisiensi pengurangan kadar COD, efisiensi Coulombic, pengurangan kadar glukosa, pengurangan TDS, pengurangan EC, pH dan Eh, serta kepadatan bakteri setelah masa inkubasi. Pada pengurangan kadar COD, efisiensi pengurangan kadar COD, dan efisiensi Coulombic ada yang mengalami penurunan tetapi ada juga yang mengalami kenaikan. Kelompok yang mengalami kenaikan adalah anolit jerami yang melibatkan inokulasi Xanthomonas translucens ICBB 9762. Sedangkan yang mengalami penurunan memberikan penghilangan COD, efisiensi penghilangan COD, dan efisiensi Coulombic berturut-turut berkisar 19,99±0,00-411,80±39,48 ppm; 5,15±0,00-54,08±0,99%; 0,25±0,00-7,83±2,43%. Pada pengurangan kadar glukosa semua set percobaan menunjukkan penurunan tanpa adanya indikasi adanya kenaikan kadar glukosa dengan penurunan tertinggi tiap set pra-perlakuaan sesuai performa tertinggi yang dicapai pada pra-perlakuan tersebut. Pengurangan kadar glukosa tertinggi terjadi pada set kombinasi pra-perlakuan NaOH-gelombang mikro dengan nilai pengurangan sebesar 113,22±6,60 ppm. Pada parameter TDS dan EC memberikan pola penambahan bukan pengurangan karena adanya peningkatan zat terlarut akibat penguraian padatan jerami padi selama masa inkubasi pada sistem MFC. Kemudian parameter pH baik sebelum dan setelah inkubasi sitem MFC berkisar pada kondisi netral hingga masam yakni pada rentang 4,97-6,99. Parameter Eh menunjukkan bahwa kondisi anolit tidak menggunakan oksigen sebagai akseptor electron karena Eh tertinggi hanya berada pada nilai 352 mV. Parameter biologis berupa kepadatan bakteri menunjukkan bahwa koloni bakteri tertinggi setelah inkubasi berada pada set pra-perlakuan inokulasi Xanthomonas translucens ICBB 9762 yakni sebesar (1,49±2,10)×109 cfu dan terendah pada set tanpa pra-perlakuan sebesar (3,70±0,28)×106 cfu. | id |
