Biosensor Fenol Menggunakan Konsorsium Mikroba Bacillus Dan Pseudomonas

Abstract

Fenol adalah senyawa organik yang memiliki gugus hidroksil (-OH) yang terikat pada cincin aromatik (benzena). Senyawa ini dikenal dengan rumus kimia C6H5OH dan sering ditemukan dalam bentuk padat pada suhu kamar, serta memiliki bau khas yang kuat. Fenol merupakan senyawa yang penting dalam industri karena sifat antiseptik dan desinfektannya. Selain itu, fenol juga digunakan sebagai bahan dasar dalam pembuatan plastik, obat-obatan, dan pewarna. Meskipun memiliki berbagai manfaat, fenol bersifat toksik dan korosif, sehingga penanganannya memerlukan kehati-hatian khusus, serta dibutuhkan metode uji yang presisi dan akurat untuk memantau keberadaan fenol di lingkungan. Untuk mengidentifikasi fenol, berbagai metode analisis telah digunakan, termasuk spektrofotometri sinar tampak dan ultraviolet (UV-Vis). Metode ini biasanya menggunakan reaksi warna Folin–Ciocalteu, kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC), dan kromatografi gas-spektrometri massa (GC-MS). Metode spektrofotometri sinar tampak sangat populer karena biayanya rendah dan mudah digunakan, tetapi memiliki beberapa kekurangan dalam hal sensitivitas dan selektivitas (Jones dan Green, 2016). Namun, kromatografi gas (GC) dengan teknik GC-MS memiliki sensitivitas dan selektivitas tinggi, tetapi membutuhkan biaya operasional yang lebih tinggi dan penggunaan pelarut organik dalam jumlah besar. Tahap derivatisasi membuat fenol volatil, yang dapat meningkatkan kompleksitas dan meningkatkan risiko kehilangan analit (Martinez et al., 2024). Untuk senyawa polar, metode HPLC lebih efektif untuk menemukan kontaminan fenolik pada konsentrasi rendah (Davis dan Thompson, 2019). Metode analisis fenol seperti UV-Vis, GC, dan LC memiliki keterbatasan. Penggunaan UV-Vis pada sampel kompleks sulit karena efek interferensi matriks. GC hanya cocok untuk senyawa volatil dan memerlukan derivatisasi untuk senyawa yang tidak volatil, serta memerlukan waktu pemisahan yang lama, terutama untuk sampel yang berbasis air atau padat. Sebaliknya, LC lebih akurat tetapi memerlukan peralatan yang mahal dan kemampuan teknis yang tinggi, serta memerlukan waktu analisis yang lebih lama daripada UV-Vis. Selain itu, komponen lain dalam sampel yang kompleks dapat memengaruhi LC. Biosensor fenol telah dikembangkan sebagai metode uji, terutama di bidang lingkungan untuk deteksi pencemaran fenol. Dalam hal ini, biosensor tersebut dapat digunakan untuk memantau kadar fenol dalam air dan udara, mengingat fenol merupakan salah satu senyawa berbahaya yang dapat mencemari lingkungan (Hussain et al. 2020). Penggunaan biosensor fenol dalam deteksi pencemaran ini sangat penting untuk mendukung upaya mitigasi dampak lingkungan akibat limbah industri yang mengandung fenol (Sundararajan et al. 2019). Dengan demikian, biosensor fenol diharapkan dapat memberikan kontribusi signifikan dalam pemantauan kualitas lingkungan serta kesehatan manusia. Biosensor elektrokimia merupakan metode alternatif yang dikembangkan. Dalam biosensor fenol, enzim yang telah banyak digunakan adalah tirosinase (Cheol et al. 2002). Namun demikian, enzim tirosinase mahal dan sangat mudah rusak, maka menggunakan bakteri yang menghasilkan enzim tersebut sangat penting karena tidak memerlukan pemurnian enzim dan biayanya rendah. Biosensor fenol yang menghasilkan pembentukan biofilm bakteri tunggal telah diteliti, tetapi penelitian yang telah ada masih memiliki rentang linear yang terbatas. Maka perlu ditingkatkan rentang linear konsentrasi fenol. Konsorsium bakteri dapat membantu memecahkan masalah deteksi fenol. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengembangkan biosensor fenol menggunakan konsorsium bakteri Bacillus megaterium (B. megaterium) dan Pseudomonas fluorescens (P. fluorescens) sehingga akan dihasilkan model biosensor fenol yang selektif, sensitif, valid dan stabil. Penapisan 3 isolat B. megaterium dan 4 isolat P. fluorescens. menunjukkan B. megaterium kode BM 23 penghasil enzim tirosinase, sedangkan P. fluorescens. yang berpotensi adalah kode P 24. Berdasarkan data arus oksidasi pada potensiostat, BM 23 menghasilkan arus yang paling tinggi dibandingkan isolat Bacillus lainnya. Teknik konsorsium yang memberikan arus paling tinggi adalah teknik konsorsium dengan metode pencampuran suspensi bakteri B. megaterium dan P. fluorescens dengan perbandingan volume suspensi bakteri 1:1 pada nilai OD 0,3 setara dengan 7,2 x 107 koloni/mL untuk B. megaterium dan 3,6 x 107 koloni/mL untuk P. fluorescens. Konsorsium bakteri yang menghasilkan biofilm optimal berdasarkan response surface methode box behnken adalah usia optimum biofilm 3 hari, pH optimum 7 dan kerapatan sel 0,75. Kinerja biosensor dievaluasi menggunakan metode voltametri siklik. Hasil penelitian menunjukkan rentang linear 27 –137 mg/L, koefisien korelasi (r) 0,9945, koefisien determinasi (R2) 0,9891, sensitivitas 1,298 µA (mg/L)-1, dan waktu respon 19 detik. Nilai limit deteksi (LD) dan limit kuantitasi (LK) metode secara teoritis yang diperoleh pada reaksi oksidasi fenol masing-masing sebesar 13,619 mg/L dan 27,238 mg/L. Biosensor memiliki nilai %RSD masing-masing sebesar 0,19%, 3,14%, dan 1,74% untuk konsentrasi fenol tinggi, sedang, dan rendah. Akurasi yang tercermin dari persentase pemulihan berada pada kisaran 86,29-110,93 %. Nilai KM yang diperoleh sebesar 0,21 mM dan Vmax yang setara dengan Imax sebesar 303,03 µA. Stabilitas yang diperoleh dengan biofilm konsorsium bakteri menunjukkan kestabilan 88 % dalam waktu 70 hari atau 10 minggu. Hasil simulasi numerik yang dilakukan pada model biosensor berbasis satu enzim yang digunakan menunjukkan bahwa reaksi antara substrat dan produk menyebabkan konservasi massa. Kekekalan massa menunjukkan bahwa solusi analitik memiliki validitas numerik. Nilai parameter alfa dan gamma dapat mengubah laju reaksi. Peningkatan parameter alfa akan mengurangi nilai konstanta Michaelis Menten KM, sehingga laju reaksi menjadi lebih tinggi. Sebaliknya, peningkatan parameter gamma akan mengurangi nilai koefisien difusi Ds, sehingga laju reaksi menjadi lebih rendah.