TUGAS MANDIRI 2

“BIOTEKNOLOGI”

DISUSUN OLEH :

JESSY DAMAYANTI (1405015014)

REGULER PAGI A 2014

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGIFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS MULAWARMANSAMARINDA

Materi : 1. Pengertian Bioteknologi Lingkungan.

2. Komponen yang terdapat dalam Bioteknologi Lingkungan.

3. Lima contoh Bioteknologi Lingkungan dengan mekanismenya.

Hari/Tanggal : Senin, 10 Desember 2016

Tempat : Rumah (Jl. B. Besaung, Perum. S. Durian Blok C.10 No. 41)

Pembahasan :

A. Bioteknologi Lingkungan

Bioteknologi lingkungan adalah salah satu pemanfaatan bioteknologi

yang banyak melibatkan mikroorganisme untuk meningkatkan kualitas

lingkungan hidup manusia dan alam sekitarnya. Peningkatan kualitas

lingkungan tersebut seperti pencegahan terhadap masuknya berbagai polutan

agar lingkungan tidak terpolusi, membersihkan lingkungan yang

terkontaminasi oleh polutan, dan  memberdayakan sumber daya alam yang

masih memiliki nilai tambah untuk meningkatkan kesejahteraan hidup

manusia.

Gambar 1. Lingkungan Sehat Bebas Polusi

Bioteknologi lingkungan dalam biologi merupakan kajian yang

menjanjikan mengenai analisis dampak lingkungan untuk kesejahteraan dalam

meningkatkan penjagaan lingkungan hidup dalam kehidupan modern yang

lebih baik lagi di masa industrialisasi. Salah satu perlakuan teknologi dalam

bioteknologi lingkungan dilakukan melalui mikrobiologi, seperti mengaktivasi

berbagai kotoran (hewan dan manusia) dan pencernaan anaerobik hewan.

Untuk masalah-masalah lingkungan hidup, seperti detoksifikasi zat-zat

kimia yang berbahaya yang sudah banyak menyatu ke dalam berbagai

tumbuhan dan hewan peliharaan, maka hadir banyak teknologi baru untuk

memecahkan masalah-masalah lingkungan tersebut.

Kajian bioteknologi lingkungan mengakar kepada prinsip-prinsip dan

aplikasi biologi, yang berkaitan dengan teknologi. Strategi dalam

mengembangkan bioteknologi lingkungan berbasis kepada konsep-konsep

dasar dan perangkat yang bersifat kuantitatif saja. Yang dimaksud dengan

prinsip-prinsip dan aplikasi biologi disini adalah memberdayakan semua proses

mikrobiologikal agar dapat dipahami, diprediksi, dan merupakan satu kesatuan

pemahaman. Setiap aplikasi bioteknologi lingkungan memiliki ciri-ciri khusus

tersendiri yang harus dipahami kita.

Ilmu-ilmu pengetahuan yang terlibat kedalam kajian bioteknologi

lingkungan beberapa di antaranya adalah dasar-dasar taksonomi makhluk

hidup, dasar-dasar mikrobiologi lingkungan, metabolisma, genetika, dan

ekologi mikrobial, stokiometri dan energetika dari reaksi-reaksi mikrobial.

Oleh karena itu, bioteknologi lingkungan merupakan ilmu aplikatif yang harus

dikembangkan untuk meningkatkan kesejahteraan kehidupan manusia.

B. Komponen yang terlibat dalam Bioteknologi Lingkungan

Keanekaragaman bakteri dan jalur metabolismenya menyebabkan bakteri

memiliki peranan yang besar bagi lingkungan. Sebagai contoh,

bakteri saprofit menguraikan tumbuhan atau hewan yang telah mati dan sisa-

sisa atau kotoran organisme. Bakteri tersebut

menguraikan protein, karbohidrat dan senyawa organik lain menjadi CO2, gas

amoniak, dan senyawa-senyawa lain yang lebih sederhana. Contoh bakteri

saprofit antara lain Proteus dan Clostridium. Tidak hanya berperan sebagai

pengurai senyawa organik, beberapa kelompok bakteri saprofit juga

merupakan patogen oportunis.

Kelompok bakteri lainnya berperan dalam siklus nitrogen, seperti bakteri

nitrifikasi. Bakteri nitrifikasi adalah kelompok bakteri yang mampu menyusun

senyawa nitrat dari senyawa amonia yang pada umumnya berlangsung secara

aerob di dalam tanah. Kelompok bakteri ini bersifat kemolitotrof. Beberapa

bakteri yang memiliki peran bagi bioteknologi lingkungan antara lain dari

genus Pseudomonas, Flavobacterium, Arthrobacter dan Azotobacter.

1. Genus Pseudomonas

Pseudomonas sp.  merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang

mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Keberhasilan penggunaan

bakteri Pseudomonas dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat

pencemaran hidrokarbon membutuhkan pemahaman tentang mekanisme

interaksi antara bakteri Pseudomonas sp. dengan senyawa hidrokarbon.

Gambar 2. Pseudomonas sp.

2. Genus Flavobacterium

Bakteri dalam kelompok ini tumbuh pada kondisi aerobik maupun

anaerobik. Pada kondisi aerobik, bakteri ini mengoksidasi asam amino,

sedangkan jika tidak terdapat oksigen, metabolisme menjadi bersifat

fermentatif, dan energi diproduksi dengan cara memecah gula menjadi asam

organik.

Gambar 3. Flavobacterium sp.

3. Genus Arthrobacter

Spesies Arthrobacter telah sangat berguna dalam bioremediasi tanah

yang terkontaminasi dengan pestisida dan herbisida. Hal ini dimungkinkan

karena genom mereka beradaptasi, yang dapat menangani stres kondisi dan

lingkungan.

Gambar 4. Arthrobacter sp.

Arthrobacter adalah bakteri dasar tanah, tetapi telah ditemukan untuk

melakukan beberapa fungsi penting untuk menghilangkan racun bumi

dengan berbagai bahan kimia jahat. Baru-baru ini, telah ditemukan bahwa

beberapa spesies dari Arthrobacter dapat mengurangi Kromium heksavalen,

yang dapat menyebabkan iritasi yang parah pada manusia dan mereka juga

dikenal berfungsi untuk menurunkan pestisida pada pertanian

4. Genus Azotobacter

Azotobacter adalah species rizobacteri yang telah dikenal sebagai agen

biologis pemfiksasi nitrogen yang mengkonversi dinitrogen ke amonium

melalui reduksi elektron dan protonisasi gas dinitrogen. Unsur hara yang

membatasi produktivitas tanaman adalah nitrogen sehingga pupuk nitrogen

selalu ditambahkan sebagai input dalam produksi tanaman. Untuk

menghindari penurunan kesehatan tanaman akibat adanya input bahan kimia

diperlukan input biologis berupa rizobakteri.

Gambar 6. Azotobacter sp.

C. Lima Contoh Bioteknologi Lingkungan dan Mekanismenya

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa bioteknologi lingkungan

adalah salah satu pemanfaatan bioteknologi yang banyak melibatkan

mikroorganisme untuk meningkatkan kualitas lingkungan hidup manusia dan

alam sekitarnya. Berikut beberapa contoh penerapan bioteknologi di bidang

lingkungan:

1. Biogas

Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan

dari proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri anaerob (bakteri

yang hidup dalam kondisi kedap udara). Pada dasarnya semua jenis  bahan

organik bisa di proses untuk menghasilkan biogas, namun demikian hanya

bahan organik (padat, cair) homogen seperti kotoran dan urine hewan ternak

yang cocok untuk sistem biogas sederhana. Jenis bahan organik yang

diproses sangat mempengaruhi produktivitas sistem biogas di samping

parameter-parameter lain seperti temperatur digester, pH, tekanan, dan

kelembapan udara.

Gambar 7. Pemanfaatan Biogas

Biogas merupakan teknologi pembentukan energi dengan

memanfaatkan limbah, seperti limbah pertanian, limbah peternakan, dan

limbah manusia. Selain menjadi energi alternatif, biogas juga dapat

mengurangi permasalahan lingkungan, seperti polusi udara dan tanah.

Energi biogas memiliki kelebihan-kelebihan dibanding energi nuklir

atau batubara, yakni tak beresiko tinggi bagi lingkungan.  Selain itu biogas

tak memiliki polusi yang tinggi, limbah biogas yaitu kotoran ternak yang

telah hilang gasnya (slurry) merupakan pupuk organik yang sangat kaya

unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman.

Prinsip dasar teknologi biogas adalah proses penguraian bahan-bahan

organik oleh mikroorganisme dalam kondisi tanpa udara (anaerob) untuk

menghasilkan campuran dari beberapa gas, di antaranya metana dan

CO2. Biogas dihasilkan dengan bantuan bakteri metanogen atau

metanogenik, bakteri ini secara alami terdapat dalam limbah yang

mengandung bahan organik, seperti limbah ternak dan sampah organik.

Proses tersebut dikenal dengan istilah  anaerobic digestion  atau pencernaan

secara anaerob. Umumnya, biogas diproduksi menggunakan alat yang

disebut reaktor biogas (digester) yang dirancang agar kedap udara

(anaerob), sehingga proses penguraian oleh mikroorganisme dapat berjalan

secara optimal.

Gambar 8. Biogas

Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar, seperti halnya gas alam,

sementara campuran lumpur atau cairan biologis hasil fermentasi dapat

digunakan sebagai pupuk organik untuk tumbuhan. Biogas hanya dapat

terbakar apabila kandungan metana di dalamnya mencapai 45% atau lebih.

Gas methana (CH4) yang merupakan komponen utama biogas

merupakan bahan bakar yang berguna karena mempunyai nilai kalor yang

cukup tinggi, yaitu sekitar 4800 sampai 6700 kkal/m³. Karena nilai kalor

yang cukup tinggi itulah biogas dapat dipergunakan untuk keperluan

penerangan, memasak, menggerakkan mesin dan sebagainya. Sistem

produksi biogas juga mempunyai beberapa keuntungan seperti :

a. Produksi daya dan panas

b. Mengurangi pengaruh gas rumah kaca

c. Mengurangi polusi bau tidak sedap

d. Sebagai pupuk

Pembentukan biogas yang dilakukan oleh mikroba pada situasi

anaerob, meliputi tiga tahap, yaitu tahap hidrolisis, tahap pengasaman dan

tahap metanogenik. Pada tahap hidrolisis terjadi pelarutan bahan-bahan

organik mudah larut dan pencernaan bahan organik yang komplek menjadi

sederhana, perubahan struktur bentuk primer menjadi bentuk monomer.

Pada tahap pengasaman komponen monomer (gula sederhana) yang

terbentuk pada tahap hidrolisis akan menjadi bahan makanan bagi bakteri

pembentuk asam. Produk akhir dari gula-gula sederhana pada tahap ini akan

dihasilkan asam asetat, propionat, format, laktat, alkohol dan sedikit butirat,

gas karbondioksida, hidrogen dan amoniak. Pada tahap metanogenik adalah

proses pembentukan gas metan. Proses tersebut dapat dilihat pada gambar di

bawah.

Gambar 9. Tahap Pembentukan Biogas

a. Hidrolisis dan Asidifikasi

Mula-mula, bakteri fermentatif akan menghidrolisis substrat

polimer seperti polisakarida, protein dan  lemak menjadi monomer-

monomer gula, asam amino dan peptida. 

b. Asidogenesis

Pada tahap ini, hasil hidrolisis dari tahap sebelumnya akan

difermentasikan menjadi asam lemak volatil (asam asetat, asam butirat

dan propionat) dan asam lemak rantai panjang, CO2, format, H2, NH4+,

HS–, alkohol.

c. Asetogenesis

Bakteri sintropik atau bakteri asetogenik pereduksi proton,

menguraikan propionat, asam lemak rantai panjang, alkohol, beberapa

asam amino dan senyawa aromatik, menjadi H, format dan

asetat. Degradasi senyawa-senyawa ini membentuk H2 biasanya

dihindari, kecuali bila konsentrasi H2 atau format, dipertahankan cukup

rendah oleh bakteri pengguna H2  seperti metanogen ataupun bakteri

homoasetogenik yang mengubah H2 dan CO2 menjadi asetat.

d. Metanogenesis

Tahap terakhir melibatkan 2 kelompok metanogen yang berbeda,

yakni metanogen hidrogenotropik yang menggunakan H2  dan format

dari reaksi sebelumnya untuk mereduksi CO2  menjadi CH4, dan

metanogen asetotropik yang menguraikan asetat menjadi CO2 dan CH4.

2. Biomassa

Semua materi organik mempunyai potensi untuk dikonversi menjadi

energi. Biomassa dapat secara langsung dikonversi menjadi bahan padatan,

cair atau gas untuk menghasilkan panas dan listrik. Teknologi biomassa

adalah cara-cara untuk mengubah bahan baku biomassa menjadi energi yang

lebih bersih dan efisien. Teknologi biomassa meliputi sistem pembakaran

langsung (direct combustion), pembriketan (briquetting), perancangan

tungku yang effisien (improved stove), gasification, pirolysis, anaerobic

digestion dan liquefaction.

Gambar 10. Siklus Biomassa

a. Densifikasi (Pemeletan/ pembriketan)

Densifikasi adalah teknik konversi biomassa menjadi pelet atau

briket. Briket atau pellet akan memudahkan dalam penanganan

biomassa. Tujuannya agar meningkatkan densitas dan memudahkan

penyimpanan dan pengangkutan. Proses ini dapat menaikkan nilai kalori

per unit volume, mudah disimpan dan diangkut, mempunyai ukuran, dan

kualitas yang seragam. Tahap densifikasi melalui beberapa proses yaitu

proses penggilingan,  proses pemeletan, proses pendinginan, dan proses

penapisan.

b. Direct Combustion

Pada teknologi direct combustion, tekanan uap digunakan dalam

boiler untuk membakar biomassa padat (biomassa yang sudah

dikeringkan, dipipihkan, dibentuk menjadi pelet atau briket).

Panas pembakaran digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik

dan produksi panas melalui pengembalian panas dari media pemindah

panas seperti uap dan air panas menggunakan ketel kukus atau konverter

panas.

c. Karbonisasi

Karbonisasi merupakan teknologi yang mengubah biomassa

menjadi arang. Cara ini dapat mengantisipasi emisi karbon ke atmosfer

yang biasa dihasilkan oleh proses pembakaran biomassa.

d. Proses Anaerobik

Proses anaerobik merupakan proses biologis yang mengkonversi

biomassa baik padatan maupun cairan menjadi gas tanpa oksigen. Proses

anaerobikmelibatkan mikroorganisme tanpa kehadiran oksigen dalam

suatu digester.

e. Biomass Liquefaction

Biomass liquefaction adalah proses pengubahan biomassa menjadi

bahan energi cair.Teknologi ini dibedakan menjadi dua yaitu konversi

secara biokimia (biochemical conversion) untuk menghasilkan alkohol

dan konversi secara termokimia (thermochemical conversion) untuk

menghasilkan bio-oil.

3. Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan

(renewable) yang bersifat ramah lingkungan, dengan komposisi ester asam

lemak dari minyak nabati.

Gambar 11. Tahap pembuatan biodiesel

Biodiesel juga didefenisikan sebagai bahan bakar yang berasal dari

minyak nabati yang mempunyai kualitas menyerupai minyak diesel ataupun

solar. Minyak diesel digunakan sebagai bahan bakar pada mesin diesel

stationer (pada PLN atau keperluan industri) sedangkan solar digunakan

sebagai bahan bakar pada mesin diesel moveable (alat-alat transportasi).

Tanaman di Indonesia yang berhasil dikembangkan sebagai sumber

energi alternatif biodiesel antara lain yaitu jarak pagar, kelapa sawit, dan

alga.

4. Bioremediasi

Mikroorganisme dapat pula dijadikan sebagai pembersih bahan

pencemar lingkungan yang dikenal dengan istilah bioremediasi.

Bioremediasi merupakan proses pembersihan lingkungan tercemar dengan

menggunakan mikroorganisme, seperti jamur dan bakteri.

Gambar 12. Bioremediasi

Bioremediasi bertujuan untuk menghilangkan, memecah atan

mendegredasi zat-zatpencemar, seperti tumpahan minyak, pestisida atau

sisa-sisa bahan kimia lainnya, menjadi bahan yang kurang beracun atau

tidak beracun (karbondioksida dan air). Bakteri yang biasa digunakan untuk

bioremediasi, antara lain dari genus Pseudomonas, Flavobacterium,

Arthrobacter dan Azotobacter

5. Pengolahan Limbah

Gambar 13. Proses pengolahan limbah cair

Mikroorganisme terutama bakteri dan protozoa, memainkan peran

penting dalam pengolahan lombah. Limbah mengandung bakteri dari

saluran pencernaan manusia yang mungkin membahayakan. Bakteri-bekteri

tersebut harus dimusnahkan untuk penyebaran penyakit saluran pencernaan.

Limbah juga mengandung bahan-bahan dari buangan rumah tangga (seperti

sabun dan detergen) serta bahan-bahan kimia dari pabrik. Semua kota harus

memiliki tempat-tempat pengolahan limbah. Pengolahan limbah

membersihkan bahan-bahan buangan padat dan cair dari limbah sehingga air

yang keluar dari tempat pengolahan limbah aman untuk digunakan. 

KESIMPULAN

1. Bioteknologi lingkungan adalah salah satu pemanfaatan bioteknologi yang

banyak melibatkan mikroorganisme untuk meningkatkan kualitas lingkungan

hidup manusia dan alam sekitarnya.

2. Keanekaragaman bakteri dan jalur metabolismenya menyebabkan bakteri

memiliki peranan yang besar bagi lingkungan. Beberapa bakteri yang memiliki

peran bagi bioteknologi lingkungan antara lain dari genus Pseudomonas,

Flavobacterium, Arthrobacter dan Azotobacter.

3. Beberapa contoh penerapan bioteknologi di bidang lingkungan:

a. Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari

proses fermentasi bahan-bahan organik oleh bakteri anaerob (bakteri yang

hidup dalam kondisi kedap udara).

b. Biomassa adalah cara-cara untuk mengubah bahan baku biomassa menjadi

energi yang lebih bersih dan efisien.

c. Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan

(renewable) yang bersifat ramah lingkungan, dengan komposisi ester asam

lemak dari minyak nabati.

d. Bioremediasi merupakan proses pembersihan lingkungan tercemar dengan

menggunakan mikroorganisme, seperti jamur dan bakteri.

e. Pengolahan limbah membersihkan bahan-bahan buangan padat dan cair dari

limbah sehingga air yang keluar dari tempat pengolahan limbah aman untuk

digunakan. 

4.

DAFTAR PUSTAKA

http://biosbetter.blogspot.co.id/2015/12/makalah-biogas-biomassa-dan-

biodisel_93.html

http://fiskadiana.blogspot.co.id/2015/04/peran-bioteknologi-dalam-

bidang_81.html

https://id.scribd.com/doc/113165070/BIOTEKNOLOGI-LINGKUNGAN

http://www.artikelind.com/2012/01/bioteknologi-lingkungan.html