TUGAS MATA KULIAH PENGOLAHAN BUANGAN NDUSTRI PENGOLAHAN LIMBAH MONOSODIUM GLUTAMATE MENGGUNAKAN BIOFILM REAKTOR DAN SISTEM LUMPUR AKTIF
DISUSUN OLEH: Nisa Noor Fadhila S. (082 05 019)
ABSTRAK Limbah industri pangan secara umum masih dapat menimbulkan permasalahan lingkungan, karena dalam prosesnya masih menyisakan unsur-unsur yang dapat larut dalam air dan kemudian dibuang ke lingkungan. Sebagai contoh limbah dari industri susu, industri pengolahan daging, unggas, hasil laut dan juga proses fermentasi seperti pembuatan MSG dapat menimbulkan bau yang tidak diinginkan dan polusi berat bagi perairan bila penanganannya tidak diberi perlakuan yang tepat. Dalam pengolahan limbah MSG, jenis biofilm reaktor yang digunakan adalah fix-bed reactor dengan memanfaatkan dua jenis yeast (khamir) yaitu Candida halophila dan Rhodotorula glutinis. Gabungan dari dua jenis yeast ini mempunyai kemampuan yang bagus dalam mereduksi kandungan COD yang tinggi (dapat mencapai sampai 40.490 mg/L COD) dalam limbah MSG dalam rentah pH 4-9. Efesiensi penyisihan kadar COD yang dapat dicapai dengan mengunakan biofilm reaktor ini adalah 80 % Suspended solid (SS) dari effluen reaktor biofilm tersebut mengandung yaest itu sendiri dan bakteri fermentatif yang digunakan dalam produksi glutamate. Suspended solid ini mengandung 55,8% potein dan 18% asam amino. Effluen dari biofilm rektor inilah yang akan digunakan dalam unit lumpur aktif. Sedangkan sistem lumpur aktif dapat menyisihkan 50-70% kadar COD dalam limbah MSG.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air limbah banyak menimbulkan dilema di lingkungan karena sangat potensial untuk mencemari sumber-sumber air bersih, akhirnya pencemaran lingkungan pun akan terjadi. Di dalam Undangundang R.I. No. 4 tahun 1982 tentang KetentuanKetentuan Pokok Pengelolaan Lingkungan Hidup Bab 1 Ketentuan Umum,
pasal
1
ayat
7,
dinyatakan
bahwa
pencemaran
lingkungan terjadi jika kualitas lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan lingkungan menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya, sebagai akibat masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam lingkungan atau berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam. Menurut Anwar (1996), air limbah adalah air yang tidak bersih dan mengandung berbagai zat yang membahayakan manusia
dan
atau
hewan,
dan
lazimnya
muncul
karena
perbuatan manusia termasuk industrialisasi. Air limbah juga dapat didefinisikan sebagai air yang bercampur zat-zat padat (dissolved dan suspended solid) yang berasal dari pembuangan
kegiatan rumah tangga,pertanian, perdagangan, dan industri (Djabu,1991). Air limbah selain mencemari sumber-sumber air bersih, juga dalam suatu tingkatan tertentu dapat berefek toksik terhadap makhluk hidup dan sistem biologik lainnya, sehingga dapat mengakibatkan kerugian yang sangat besar baik material maupun non material seperti penyakit, wabah, kematian, dan sebagainya. Limbah menimbulkan
industri
pangan
permasalahan
secara
umum
lingkungan,
masih karena
dapat dalam
prosesnya masih menyisakan unsur-unsur yang dapat larut dalam air dan kemudian dibuang ke lingkungan. Sebagai contoh limbah dari industri susu, industri pengolahan daging, unggas, hasil laut dan juga proses fermentasi seperti pembuatan MSG dapat menimbulkan bau yang tidak diinginkan dan polusi berat bagi perairan bila penanganannya tidak diberi perlakuan yang tepat. Menurut Betty dan Winiati (1993), limbah industri pangan pada umumnya tidak membahayakan kesehatan masyarakat, karena tidak terlibat langsung dalam penyebaran penyakit. Akan tetapi kandungan bahan organiknya yang tinggi dapat bertindak sebagai sumber makanan untuk pertumbuhan mikroba. Dengan pasokan bahan makanan yang berlimpah, maka pertumbuhan mikroba akan berjalan cepat dan mereduksi oksigen terlarut yang ada dalam air. Jika air melalui badan air yang melalui suatu perkotaan , maka keadaanya akan selalu sama. Ia tidak saja sebagai sumber pengairan bagi persawahan, tetapi sering pula dianggap sebagai tempat pembuangan sampah (termasuk kotoran manusia). Sungai akan menjadi tempat pembuangan segala macam limbah yang berada di sekitarnya.
Pencemaran bertambah tidak hanya disebabkan oleh berkembangnya penduduk pada daerah yang sempit hingga peruntukannya untuk per orang menjadi lebih kecil, tetapi juga disebabkan oleh keinginan setiap orang yang bertambah terus dengan hasil buangannya yang meningkat setiap tahun. Dengan ditemukannya pencemar mikroba dalam ekosistem perairan dapat pula menyebabkan tercemarnya air tanah di sekitarnya. Adanya mikroba ini diantaranya dapat menyebabkan miskinnya
kandungan
beberapa jenis dapat
oksigen
terlarutnya,
menyebabkan
bahkan
biotransformasi
untuk bahan
kimia beracun (Tangley, 2002). Salah satu sumber yang potensial menyebabkan pencemaran adalah instalasi pabrik, termasuk diantaranya pabrik mono sodium glutamat. 1.2 Maksud dan Tujuan Maksud mempelajari
dari
penulisan
bagaimana
makalah
suatu
ini
adalah
pengolahan
limbah
untuk dari
pembuatan bahan penyedap rasa Monosodium Glutamat (MSG) Sedangkan tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : Mempelajari karakteristik dari limbah pembuatan MSG Mempelajari proses pengolahan limbah dari hasil proses pembuatan MSG sehingga aman dibuang ke lingkungan. Menemukan
suatu
alternatif
pemanfaatan
limbah
dari
pembuatan MSG 1.3 Ruang Lingkup Ruang lingkup dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :
Menemukan karakteristik dari limbah hasil pembuatan MSG Menemukan suatu pengolahan limbah yang tepat untuk limbah dari hasil pembuatan MSG.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Monosodium
glutamat
(MSG)
adalah
garam
natrium
(sodium) dari asam glutamat, suatu asam amino yang terdapat
dalam semua jenis protein. Monosodium glutamat dikenal sebagai bahan tambahan untuk pembangkit cita rasa. Istilah pembangkit cita rasa (flavor enhancer/flavor potentiator) digunakan untuk bahanbahan yang dapat meningkatkan rasa enak yang tidak diinginkan dari suatu makanan. Sedangkan bahan pembangkit itu sendiri tidak atau sedikit mempunyai cita rasa. Glutamat diproduksi melalui fermentasi, suatu proses yang digunakan untuk membuat bir, cuka, kecap kedelai dan yogurt. Prosesnya dimulai dengan bahan alami seperti tetes gula (molasses) dari gula tebu atau gula bit dan pati singkong atau biji-bijian. Secara alamiah asam glutamat ditemukan dalam protein hanya sebagai L-asam glutamat yang identik dengan asam glutamat buatan pabrik. Hanya saja asam glutamat buatan pabrik sudah ditambah dengan unsur tambahan (Adandjack, 2002). Di dalam asam amino L-asam glutamat ditemukan dalam kombinasi yang seimbang. 2.2 Karakteristik Monosodium Glutamat Asam glutamat, asam bebas dari MSG, adalah unsur pokok dari protein yang terdapat pada bermacam-macam sayuran daging, seafood, dan air susu ibu. Asam glutamat digolongkan pada asam amino non essensial karena tubuh manusia sendiri dapat menghasilkan asam glutamat. Asam glutamat terdiri dari 5 atom karbon dengan 2 gugus karboksil yang pada salah satu karbonnya berkaitan dengan NH2 yang menjadi ciri pada asam amino. Struktur kimia MSG sebenarnya tidak banyak berbeda dengan asam glutamat hanya pada salah satu gugus karboksil yang mengandung hidrogen diganti dengan natrium.
Gugus karboksil setelah diionisasi dapat mengaktifkan stimulasi rasa pada alat pengecap. Rumus bangun asam glutamat dan MSG adalah seperti yang erlihat di bawah ini: Asam Glutamat : COOH – CH2 – CH2 – CH2 – COOH NH2 Monosodium Glutamat: COOH – CH2 – CH2 – CH2 – COONa.H2O NH2 Asam glutamat dan MSG mempunyai sifat kimia yang sama, yaitu berbentuk tepung kristal berwarna putih yang mudah larut dalam air dan tidak berbau. Presentase unsur pokok yang terkandung dalam MSG dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
2.3 Proses Pembuatan Monosodium Glutamat A.
Teknik Hidrolisis Protein. Dengan teknik ini protein dihidrolisis dengan asam mineral
kuat untuk membebaskan asam amino. Kemudian asam amino glutamat dipisahkan
dari
campuran,
dimurnikan
dan
terakhir
„dipasangkan“
ke
monosodiumnya. Ini adalah cara lazim yang digunakan untuk mendapatkan MSG dilakukan dengan cara menghidroliosis protein dari sayuran yang merupakan cara tertua dalam memperoleh MSG. Dalam metode ini protein yang terbuang seperti gluten dari gndum, gula beet dilarutkan dalam air dan ditambahkan asam untuk
kemudian dipanaskan. Dalam kondisis ini ikatan peptida, ikatan kimia yang yang menghubungkan asam amino dalam protein terpecahkan. Asam glutamat yang dihasilkan kemudian dikristalkan dan direaksikan dengan natrium hidroksida untuk selanjutnya dihasilkan MSG. B.
Teknik Fermentasi Dengan Teknik ini, bakteri dikultur dan dibiarkan tumbuh didalam
medium yang berisikan karbon (cth.nya dekstrosa atau sitrat), nitrogen (seperti ion ammonium atau urea), mineral-mineral dan bahan untuk pertumbuhannya. Bakteri yang diseleksi ini mempunyai kemampuan untuk mengeluarkan asam Glutamat yang mereka sintesis keluar dari membran sel menuju ke medium dan mengakumulasikannya disana. Kemudian asam Glutamat dipisahkan dari tempat fermentasi dengan cara difiltrasi, dikonsentratkan, diasidifikasi, dan akhirnya dikristalisasi. Proses ini adalah proses yang paling banyak digunakan untuk menghasilkan MSG. Gambar 3.1 menjelaskan tentang pembuatan MSG:
Tahapan pembuatan MSG dengan proses fermentasi adalah sebagai berikut : 1. MSG dibuat melalui proses fermentasi dari tetes-gula (molases) oleh bakteri (Brevibacterium lactofermentum). Dalam peroses fermentasi ini, pertama-tama akan dihasilkan
Asam Glutamat. Asam Glutamat yang terjadi dari proses fermentasi
ini,
kemudian
ditambah
soda
(Sodium
Carbonate), sehingga akan terbentuk Monosodium Glutamat (MSG). MSG yang terjadi ini, kemudian dimurnikan dan dikristalisasi, sehingga merupakan serbuk kristal-murni, yang siap di jual di pasar. 2. Sebelum bakteri Brevibacterium lactofermentum tersebut digunakan untuk proses fermentasi pembuatan MSG, maka terlebih dahulu bakteri tersebut harus diperbanyak (dalam istilah mikrobiologi: dibiakkan atau dikultur) dalam suatu media yang disebut Bactosoytone. Proses pada Butir 2 ini dikenal sebagai proses pembiakan bakteri, dan terpisah sama-sekali (baik ruang maupun waktu) dengan proses pada Butir 1. Setelah bakteri itu tumbuh dan berbiak, maka kemudian bakteri tersebut diambil untuk digunakan sebagai agen-biologik pada proses fermentasi membuat MSG. 3. Bactosoytone sebagai media pertumbuhan bakteri, dibuat tersendiri
(oleh
Difco
Company
di
AS),
dengan
cara
hidrolisis-enzimatik dari protein kedelai (Soyprotein). Dalam bahasa yang sederhana, protein-kedelai dipecah dengan bantuan
enzim
sehingga
menghasilkan
peptida
rantai
pendek (pepton) yang dinamakan Bactosoytone itu. Enzim yang dipakai pada proses hidrolisis inilah yang disebut Porcine, dan enzim inilah yang diisolasi dari pankreas-babi. 4. Perlu dijelaskan bahwa enzim Porcine yang digunakan dalam proses pembuatan media Bactosoytone, hanya berfungsi sebagai
katalis,
artinya
enzim
tersebut
hanya
mempengaruhi kecepatan reaksi hidrolisis dari protein kedelai menjadi Bactosoytone, tanpa ikut masuk ke dalam struktur molekul Bactosoytone itu. Jadi Bactosoytone yang
diproduksi
dari
proses
hidrolisis-enzimatik
itu.
Produk
Bactosoytone mengalami proses "clarification". 5. Proses clarification yang dimaksud adalah pemisahan enzim Porcine dari Bactosoytone yang terjadi. Proses ini dilakukan dengan cara pemanasan 160oF selama sekurang-kurangnya 5 jam, kemudian dilakukan filtrasi, untuk memisahkan enzim Porcine dari produk Bactosoytone-nya. Filtrat yang sudah bersih ini kemudian diuapkan, dan Bactosoytone yang terjadi diambil. 6. Proses pembuatan Media Bactosoytone
ini merupakan
proses yang terpisah sama sekali dengan proses pembuatan MSG.
Media
Bactosoytone
merupakan
suatu
media
pertumbuhan bakteri, dan dijual di pasar, tidak saja untuk bakteri pembuat MSG, tetapi juga untuk bakteri-bakteri lainnya yang digunakan untuk keperluan pembuatan produk biotek-industri lainnya. (nama Bactosoytone merupakan nama dagang, yang dapat diurai sebagai berikut: Bacto adalah nama dagang dari Pabrik pembuatnya (Difco Co); Soy dari asal kata soybean:kedelai, tone, singkatan dari peptone; jadi Bactosoyton artinya pepton kedelai yang dibuat oleh pabrik Difco) 7. Setelah
bakteri
tersebut
ditumbuhkan
pada
Media
bactosoytone, kemudian dipindahkan ke Media Cair Starter. Media ini sama sekali tidak mengandung bactosoytone. Pada Media Cair Starter ini bakteri berbiak dan tumbuh secara cepat. 8. Kemudian, bakteri yang telah berbiak ini dimasukkan ke Media Cair Produksi, dimana bakteri ini mulai memproduksi asam glutamat; yang kemudian diubah menjadi MSG. Media Cair Produksi ini juga tidak mengandung bactosoytone.
9. Bakteri
penghasil
MSG
adalah
Brevibacterium
lactofermentum atau Corynebacterium glutamicum, adalah bakteri yang hidup dan berkembang pada media air. Jadi bakteri itu termasuk aqueous microorganisms.
BAB III PEMBAHASAN 3.1 Karakteristik Limbah Monosodium Glutamat Karakteristik limbah dari hasil analisis beberapa penelitian dapat dilihat pada tabel-tabel di bawah ini. Tabel 3.1 Karakteristik Limbah MSG
Tabel 3.2 Karakteristik Limbah MSG
Untuk pengamatan parameter fisika limbah cair MSG, didapatkan hasil pengukuran suhu 31 C. Suhu dalam air limbah 0
ternyata lebih tinggi dibandingkan dengan suhu udara di lingkungan sekitar (suhu kamar sekitar 270C). Hal ini diakibatkan karena hasil proses di dalam produksi dan juga kandungan zatzat yang terdapat di dalam air limbah tersebut. Bau air limbah yang menyengat dan warna agak kecoklatan disebabkan karena ikatan-ikatan senyawa kimia dalam air limbah tersebut berasal dari senyawa khas pembentuk bau (dalam hal ini dari golongan basa kuat) juga sisa-sisa dari tahapan proses produksi yang menghasilkan warna cenderung gelap. Air limbah mempunyai pH 8, ini berarti air limbah berada dalam rentangan
pHuntuk
larutan
basa
yang
berasal
dari
sodium
sebagai
pembawa sifat basa. 3.2 Alternatif Pengolahan Limbah Monosodium Glutamat Salah satu alternatif dalam pengolahan limbah MSG adalah dengan menggunakan biofilm reaktor yang memanfaatkan yeast (khamir) sebagai biofilm dan lumpur aktif. 3.2.1
Biofilm Reaktor
Biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme yang melekat erat ke suatu permukaan sehingga berada dalam keadaan diam (sesil), tidak mudah lepas atau berpindah tempat (irreversible). Pelekatan ini seperti pada bakteri disertai oleh penumpukan bahan-bahan organik yang diselubungi oleh matrik polimer ekstraseluler yang dihasilkan bakteri tersebut. Biofilm terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan permukaan yang ditempeli. Interaksi ini terjadi dengan adanya faktor-faktor
yang meliputikelembaban permukaan,
makanan yang tersedia, pembentukan matrik ekstraseluler (exopolimer)
yang
terdiri
dari
polisakarida,
faktor-faktor
fisikokimia seperti interaksi muatan permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals, pH dan tegangan permukaan serta pengkondisian permukaan.Dengan kata lain terbentuknya biofilm
adalah
karena
adanya
daya
tarik
antara
kedua
permukaan (psikokimia) dan adanya alat yang menjembatani pelekatan (matriks eksopolisakarida). Pengertian dari biofilm reaktor sendiri adalah suatu unit pengolahan limbah anaerobik yang memanfaatkan biofilm untuk menguraikan senyawa-senyawa berbahaya yang terdapat pada limbah.
Dalam pengolahan limbah MSG, jenis biofilm reaktor yang digunakan adalah fix-bed reactor dengan memanfaatkan dua jenis yeast (khamir) yaitu Candida halophila dan Rhodotorula glutinis. Gabungan dari dua jenis yeast ini mempunyai kemampuan yang bagus dalam mereduksi kandungan COD yang tinggi (dapat mencapai sampai 40.490 mg/L COD) dalam limbah MSG dalam rentah pH 4-9. Efesiensi penyisihan kadar COD yang dapat dicapai dengan mengunakan biofilm reaktor ini adalah 80 % dengan rata-rata dekomposisi COD lebih dari 1,0 kg/(kg.d) Suspended solid (SS)
dari effluen reaktor biofilm tersebut
mengandung yaest itu sendiri dan bakteri fermentatif yang digunakan dalam produksi glutamate. Suspended solid ini mengandung 55,8% potein dan 18% asam amino. Effluen dari biofilm rektor inilah yang akan digunakan dalam unit lumpur aktif. 3.2.2 Lumpur Aktif Sistem lumpur aktif dapat menyisihkan 50-70% kadar COD dalam limbah MSG. Pada dasarnya sistem lumpur aktif terdiri atas dua unit proses utama, yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah. Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah dibuang ke lingkungan. Agar konsentrasi biomassa di dalam reaktor konstan (MLSS = 3 - 5 gfL), sebagian
biomassa dikeluarkan dari sistem. tersebut sebagai excess sludge. Skema proses dasar sistem lumpur aktif dapat dilihat pada gambar di bawah 3.3.
Gambar 3.3 Skema sistem Lumpur Aktif
Dalam sistem tersebut, mikroorganisme dalam biomassa (bakteri dan protozoa) mengkonversi bahan organik terlarut sebagian menjadi produk akhir (air, karbon dioksida), dan sebagian lagi menjadi sel (biomassa). Oleh karena itu, agar proses perombakan bahan organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi(I) polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme, (II) suplai oksigen cukup, (III) cukup nutnien, (IV) cukup waktu tinggal (waktu kontak), dan (V) cukup biomasa jumlah dan Jenis). Tujuan pengolahan limbah cair dengan sistem. lumpur aktif dapat dibedakan menjadi 4 (empat)% yaitu (i) penyisihan senyawa karbon (oksidasi karbon), (ii) penyisihan senyawa nitrogen, (iii) penyisihan fosfor, (iv) stabilisasi lumpur secara aerobik simultan. Skema sistem lumpur aktif untuk tujuan tersebut di atas dapat dilihat pada Gambar 3. Pada penyisihan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen
yang berada dalam limbah cair. Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida. Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan.
BAB IV RESUME Resume yang dapat diambil dari makalah ini adalah sebagai berikut ; 1. Limbah industri pangan secara umum masih dapat menimbulkan permasalahan lingkungan, karena dalam prosesnya masih menyisakan unsur-unsur yang dapat larut dalam air dan kemudian dibuang ke lingkungan. 2. Limbah MSG rata-rata mengandung 92-295 mg/L BOD, 190-505 mg/L COD dan pH 5,0-7,5. 3. Dalam pengolahan limbah MSG, jenis biofilm reaktor yang
digunakan
adalah
fix-bed
reactor
dengan
memanfaatkan dua jenis yeast (khamir) yaitu Candida halophila dan Rhodotorula glutinis. 4. Efesiensi penyisihan kadar COD yang dapat dicapai dengan mengunakan biofilm reaktor ini adalah 80 % .
5. Sistem lumpur aktif dapat menyisihkan 50-70% kadar COD dalam limbah MSG.
DAFTAR PUSTAKA
Astuti, D. (2004). Uji Toksisitas Limbah Cair MSG (Mono Sodium Glutamat) terhadap Ikan Nila (Tillapia nilotica) di Palung Karanganyar. 1-10.
