## PENYISIHAN SENYAWA KLOROLIGNIN OLEH Phanerochaete chrysosporium DALAM BIOREAKTOR UNGGUN TERFLUIDISASI
Dwina Roosmini 1) , Wisjnuprapto 2) ,  Reski Dian Diniari 3) , Junianti Roslinda S 3)
1) Kelompok Keahlian Teknologi Pengelolaan Lingkungan, FTSL
2) Kelompok Keahlian Rekayasa Air dan Limbah Cair, FTSL – ITB
3) Program Studi Teknik Lingkungan, FTSL-ITB

## ELIMINATION OF CHLOROLIGNIN COMPOUND BY Phanerochaete Chrysosporium IN FLUIDIZED BED BIOREACTOR

## ABSTRACT
Chlorolignin compound in pulp and paper wastewater are toxic and mutagenic. The pulp and paper  wastewater  consisting  chlorolignin  are  harmful  if  discharged  to  the  receiving  water  without treatment.  Biological  treatment  is  an  alternative  to  treat  the  chlorolignin.  White  rot  fungi Phanerochaete chrysosporium with extra cellular enzyme are able to degrade chlorolignin. This study is conducted by using fluidized bed reactor to treat chlorolignin by using immobilized Phanerochaete chrysosporium. This  study  are  intended  to  find  the  ability  of Phanerochaete  chrysosporium in degrading  chlorolignin  in  the  range  of  concentration  (0.05g/L;  0.1g/L;  0.2g/L; 0.3  g/L  and 0.4  g/L). The  molecular  distribution  of  chlorolignin  before  and  after  treatment  is  measured  by  using  High Performance Liquid Chromatography. This study showed that Phanerochaete chrysosporium are able to depolymerization high molecular chlorolignin to low molecular.

## Keywords: chlorolignin, fluidized bed, pulp and paper, Phanerochaete chrysosporium

## INTISARI
Senyawa  klorolignin,  yang  terdapat  pada  air  buangan  industri  pulp  dan  kertas,  merupakan senyawa  lignin  yang  terklorinasi.  Senyawa  ini  bersifat  toksik  dan  mutagenik  dan  akan  sangat berbahaya  bila  langsung  dibuang  ke  perairan  tanpa  mengalami  pengolahan  terlebih  dahulu. Pengolahan  secara  biologis  merupakan  alternatif  yang  tepat  untuk  mengolah  klorolignin.  Jamur Phanerochaete  chrysosporium diketahui  memiliki  enzim  ekstraseluler  yang  mampu  mendegradasi senyawa  aromatik  tersebut.  Pada  penelitian  ini  digunakan  bioreaktor  unggun  terfluidisasi  sebagai tempat terjadinya  reaksi. Pada  penelitian dilakukan  variasi konsentrasi  klorolignin 0,05  g/L; 0,1  g/L; 0,2  g/L;  0,3  g/L;  dan  0,4  g/L.  Konsentrasi  glukosa  yang  dipakai  ialah  konsentrasi  dimana  efisiensi penyisihan  optimum,  yaitu  penyisihan  lignin  62,02%  dan  warna  75,05%.  Perubahan  distribusi  berat molekul  klorolignin  sebelum  dan  sesudah  pengolahan  diperiksa  dengan  menggunakan  metoda kromatografi  cair  kinerja  tinggi.  Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa  jamur Phanerochaete chrysosporium mampu  melakukan  depolimerisasi  senyawa  klorolignin  berat  molekul  tinggi  menjadi senyawa-senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah.
Kata  kunci:  Senyawa  klorolignin,  Phanerochaete  chrysosporium,  Fluidized  Bed  Bioreactor, Phanerochaete chrysosporium

## PENDAHULUAN
Sejak tumbuhnya industri-industri hulu maupun hilir, permasalahan lingkungan menjadi  isu  penting  yang  berkembang  di Indonesia. Industri pulp dan kertas ynag setiap tahunnya membuang jutaan galon air
buangannya  juga  berperan  sebagai  kontributor utama dalam pencemaran lingkungan perairan.
Konsentrasi  COD,  padatan tersuspensi,  warna, dan  senyawa  organic  terklorinasi  yang  cukup tinggi  pada  air  buangan,  bersifat  toksik  dan mutagenik  yang  akan  sangat  berbahaya  bagi kehidupan  aquatik  bila  dibuang  langsung  ke perairan  tanpa  mengalami  pengolahan  terlebih dahulu.
Senyawa  organik  terklorinasi  dari buangan  industri  pulp  dan  kertas  terutama
dihasilkan  pada  proses  pembuatan  pulp ( pulping )  dan  proses  pemutihan  ( bleaching ).
Pada  proses  pembuatan  pulp  digunakan  kayu sebagai  bahan  baku  dan  senyawa  NaOH  atau Na 2 S  dengan  pemanasan  sampai  170ºC  untuk mendegradasi  lignin.  Lignin  pada  kayu  akan terdegradasi  menjadi  fragmen-fragmen  lignin yang  tidak  stabil  yang  selanjutnya,  secara spontan  melakukan reaksi repolimerisasi menuju pembentukan warna. Untuk mendapatkan pulp yang memiliki derajat putih tinggi dilakukan proses pemutihan pulp dengan menggunakan klor, kloroksida, peroksida, atau ozon.  Air  buangan  yang  mengandung  klorin bisa  bereaksi  dengan  lignin  dan  senyawa organik  lainnya  akan  menjadi  klorolignin  dan organoklorin  yang  sukar  dipecah  dan  sangat beracun.
Ludquist  dkk  (1977)  memperlihatkan bahwa 14 C-lignin  sintetis  dapat  didekomposisi dalam  suasana  aerob  menjadi 14 CO 2 oleh jamur Phanerochaete  chrysosporium .  Cripss dkk  (1990)  juga  menyatakan  bahwa  jamur pelapuk  putih  tersebut  memiliki  suatu  enzim yang  dapat  mendegradasi  lignin  dan  senyawa polutan  organik  lainnya.  Dalam  penelitian  ini digunakan fluidized  bed  bioreactor (FBBR) dan  proses  yang  terjadi  di  dalamnya  adalah reaksi non heterogenous yang meliputi transfer massa dan reaksi biokimia.

## BAHAN DAN METODA
Pengolahan senyawa klorolignin dalam penelitian  ini  dilakukan  dalam  bioreaktor unggun  terfluidisasi  ( fluidized  bed  bioreactor ) dengan  memanfaatkan  aktivitas  salah  satu spesies  jamur  pelapuk  putih Phanerochaete chrysosporium yang diambil dari koleksi Pusat Penelitian Antar Universitas (PPAU)
Laboratorium  Mikrobiologi.  Substrat  yang digunakan  untuk  pertumbuhan  jamur  ialah klorolignin  sedangkan  ko-substratnya  adalah glukosa.  Penelitian  ini  dilakukan  pada  waktu detensi  60  jam.  Proses  degradasi  yang  terjadi dilihat dengan melakukan pengukuran terhadap konsentrasi  lignin  dan  warna  warna  serta perubahan  distribusi  berat  molekul klorolignin sebelum dan sesudah pengolahan.
Pada penelitian ini konsentrasi substrat
klorolignin  dengan  berat  molekul  tinggi divariasikan,  yaitu  sebesar  0.05  g/L;  0,1  g/L; 0,2  g/L;  0,3g/L;  dan 0,4  g/L.  Konsentrasi  ko- substrat  yang  digunakan  adalah  konsentrasi dimana  efisiensi  penyisihan  optimum  pada penelitian  utama terjadi,  yaitu 60 jam.  Derajat keasaman  (pH)  dijaga  pada  kondisi  optimum pertumbuhan  jamur  yaitu  4  -  4,5.  Temperatur juga  harus  diperhatikan,  resirkulasi  air  hangat sebesar  32ºC  harus  tetap  ada  agar  jamur  tetap berada  pada  kondisi  terbaik. Sampling dilakukan  setelah  kondisi  tunak  tercapai  yang dapat  dilihat  dari  warna  yang  sudah  stabil. Kemudian  dilakukan  pemeriksaan  warna  dan konsentrasi  lignin.  Pada  penelitian  digunakan sistem  pertumbuhan  tersuspensi  dimana  tidak terdapat media melekatnya jamur
Phanerochaete chrysosporium .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini digunakan konsentrasi  ko-substrat  2  gr/l  dengan  variasi konsentrasi  klorolignin.  Klorolignin  yang digunakan  adalah  klorolignin  dengan  berat molekul  tinggi  (BM>  10000)  dengan  waktu detensi 60 jam.

## 1. Penyisihan Lignin
Dari  hasil  penelitian  dapat  dilihat bahwa  efisiensi  penyisihan  lignin  akan  naik sejalan dengan naiknya konsentrasi klorolignin dari  0,05  g/L  menjadi  0,1  g/L  dan  kemudian 0,2  g/L,  yaitu  sebesar  56,89%;    60,12%;  dan 62,02%.  Tetapi  pada  konsentrasi  klorolignin 0,3  g/L  dan  0,4  g/L  lignin  yang  berhasil disisihkan  menjadi  turun  yaitu  hanya  sebesar 51,14%  dan  50,59%.  Tingginya  konsentrasi klorolignin  yaitu  pada  konsentrasi  sebesar  0,3 g/L dan 0,4 g/L menjadikan klorolignin bersifat sebagai  substrat  inhibisi  dimana  substrat  yang dimasukkan  justru  akan  bersifat  toksik  dan menghambat  aktivitas  enzim Phanerochaete chrysosporium dalam  mendegradasi  senyawa klorolignin,  sehingga  efisiensi  penyisihan lignin  yang  terjadi  tidak  terlalu  besar,  seperti ditunjukkan  pada  Tabel  1  atau  Gambar  1  di bawah ini.

## Tabel 1. Efisiensi Penyisihan Lignin Terhadap Variasi Konsentrasi Klorolignin
Pada Konsentrasi Glukosa 2 g/L Variasi Konsentrasi Klorolignin (g/L) Variasi Konsentrasi Glukosa (g/L) Konsentrasi Lignin (g/L) % Penyisihan Lignin Awal Akhir 0,05 2 0,058 0,025 56,89 0,10 2 0,173 0,069 60,12 0,20 2 0,287 0,109 62,02 0,30 2 0,391 0,191 51,14 0,40 2 0,589 0,291 50,59
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40
0.50 Konsentrasi Klorolignin (gr/l)
% E fisi en si Pe n yi siha n Li gn in glukosa= 2gr/l Gambar 1. Efisiensi Penyisihan Lignin sebagai Fungsi Konsentrasi Klorolignin Pada Konsentrasi Glukosa 2 g/L

## 2. Penyisihan Warna
Dari  hasil  penelitian  diperoleh  bahwa efisiensi penurunan warna klorolignin meningkat  sejalan dengan  meningkatnya konsentrasi  klorolignin  dari  0,05  g/L  menjadi 0,1  g/L  dan  0,2  g/L  yaitu  sebesar  65,15% menjadi  73,10%  lalu  75,05%.  Namun  pada konsentrasi klorolignin 0,3 g/L terjadi
penurunan  efisiensi  penyisihan  yaitu  hanya
sebesar 56,98% dan 55,46% untuk  konsentrasi 0,4  g/L.  Ini  dapat  disebabkan  karena konsentrasi  klorolignin  0,3  g/L  dan  0,4  g/L sudah  terlalu  tinggi  untuk  didegradasi  oleh jamur Phanerochaete  chrysosporium sehingga enzim  mangan  peroksida  (MnP)  dan  lignin peroksida  (LiP)  tidak  mampu  menyisihkan warna  lebih  jauh  lagi,  seperti  terlihat  pada Tabel 2 atau Gambar 2 berikut ini.
Tabel 2. Efisiensi Penyisihan Warna Terhadap Variasi Konsentrasi Substrat Klorolignin Pada Konsentrasi Glukosa 2 g/L Variasi Konsentrasi Klorolignin (g/L) Variasi Konsentrasi Glukosa (g/L) Warna (Pt-Co) %  Penyisihan Warna Awal Akhir 0,05 2 548 191 65,15 0,10 2 1632 439 73,10 0,20 2 2660 664 75,05 0,30 2 3580 1540 56,98 0,40 2 4760 2120 55,46
Gambar 2. Efisiensi Penyisihan Warna Sebagai Fungsi Konsentrasi Klorolignin Pada Konsentrasi Glukosa 2 g/L
Untuk konsentrasi klorolignin 0,2 g/L penyisihan  warna  sebesar  80,30%;  untuk  0,3 g/L sebesar 85,73%; dan untuk 0,4 g/L sebesar 58,85%.
3. Analisa  Perubahan  Distribusi  Berat Molekul  Senyawa  Klorolignin  dengan Metoda  Kromatografi  Cair  Kinerja Tinggi (KCKT)
Selain menggunakan metoda gel kromatografi, analisa  perubahan  distribusi  berat  molekul klorolignin  sebelum  dan  sesudah  pengolahan
oleh Phanerochaete  chrysosporium dapat dilihat dengan menggunakan metoda kromatografi  cair  kinerja  tinggi  (KCKT)  atau yang  umum  disebut High  Performance  Liquid Chromatography (HPLC).  Metoda  KCKT  ini memiliki  selektivitas  dan  sensitivitas  yang lebih baik karena dapat menampilkan luas area dan waktu retensi yang tepat dibanding metoda gel filtrasi yang hanya menampilkan absorbansi  pada  volume  efluen  yang  berbeda. Dari  hasil  penelitian dapat dilihat  bahwa  telah terjadi  perubahan  distribusi  perubahan  berat molekul  senyawa  klorolignin,  seperti  yang
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.00 0.10 0.20 0.30
0.40 0.50
Konsentrasi Klorolignin (g/L)
% glukosa= 2g/L
ditunjukkan dalam gambar 3 berikut ini:
Gambar 3. Perubahan Distribusi Berat Molekul Klorolignin Sebelum dan Sesudah Pengolahan dengan Metoda KCKT
Dari  hasil  penelitian  untuk  konsentrasi klorolignin 0,4 g/L diperoleh nilai penyisihan  warna  sebesar  55,46%  dan lignin 50,59%. Meskipun efisiensi penyisihan  pada  konsentrasi  ini  tidak terlalu besar, namun dengan hasil kromatografi menggunakan metode KCKT ini dapat dilihat bahwa senyawa klorolignin  berat  molekul  tinggi  dapat didepolimerisasi menjadi
senyawa- senyawa dengan berat molekul rendah oleh Phanerochaete chrysosporium .

## KESIMPULAN
1. Jamur Phanerochaete  chrysosporium
yang  disuspensikan  dalam  bioreaktor unggun
terfluidisasi mampu
mendegradasi senyawa  klorolignin
berat molekul  > 10000 sampai dengan konsentrasi 0,2 g/L dengan konsentrasi ko-substrat  glukosa  2  g/L.  Jika
konsentrasi klorolignin dinaikkan, efisiensi penyisihan akan menurun.
2. Efisiensi penyisihan senyawa klorolignin  optimum  dalam  bioreaktor unggun  terfluidisasi  tercapai  pada konsentrasi ko-substrat glukosa 2 g/L.
3. Pemakaian glukosa oleh jamur Phanerochaete  chrysosporium dalam mendegradasi  klorolignin  menurun dengan meningkatnya konsentrasi klorolignin yang ditambahkan,
semakin  besar  konsentrasi  klorolignin yang  dimasukkan  maka  semakin  besar hasil  degradasi  senyawa  klorolignin yang  dapat  digunakan  oleh  jamur Phanerochaete  chrysosporium sebagai sumber karbon tambahan.
4. Hasil  analisa  distribusi  berat  molekul klorolignin dengan metode kromatografi  filtrasi  gel  pada  kolom biasa  maupun  pada  kromatografi  cair kinerja  tinggi  (KCKT)  menunjukkan bahwa jamur Phanerochaete
chrysosporium mampu mendegradasi senyawa  klorolignin  berat  molekul  tinggi menjadi  senyawa-senyawa  dengan  berat molekul yang lebih rendah.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Christine, Evans., 1987 Lignin Degradation .  Process  Biochemistry. London.
2. Hendritomo, H.I., 1996. Perlakuan Air
Buangan  Terklorinasi  Pada  Industri Pemutihan Pulp/Kertas dengan Memanfaatkan  Jamur  Busuk  Putih . Jurnal Alami Vol.1. Nomor 2. 3. Joyce, T.W.  and Chang,  H.M. Kinetics of Bleach Plant Effluent Decolorization  by    Phanerochaete chrysosporium . Journal of Biotechnology.  Vol:  10.  Page  67-76. Elsevier Publisher. 1989. 4. Ping,  Zhou.,  and  Shi  He,  Wang.
1994.O rganic Matter Degradation
Kinetics  in  Fluidized  Bed  Bioreactor . Elsevier Science Ltd. 5. Reynold, Tom D. 1982. Unit Operation and Processes in Environmental Engineering . Wadsworth, Inc. California.