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 Ketentuan-Ketentuan 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 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.

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 oksigen terlarutnya,

bahkan untuk beberapa jenis dapat menyebabkan biotransformasi 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 dari penulisan makalah ini adalah untuk mempelajari bagaimana

suatu pengolahan limbah 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 310C. Suhu dalam air limbah 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 zat-zat

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.

Eka, K. I. Pemanfaatan Limbah Cair Monosodium Glutamat sebagai Pupuk Tanaman Caisiem (Brassica juncea). 61-67.

Jenie, Prof. Dr. Umar Anggara. Penjelasan Pembuatan Monosodium Glutamat (MSG). Diambil kembali dari Pustaka Online Media.

Qingxiang Yang, Min Yang, Shujun Zhanga and Liu F. (2001). Treatment of Ion-Exchange Monosodium Glutamate Wastewater by Yeast.

Qingxiang Yang, Min Yang, Shujun Zhanga and Wenzhou L. (2004). Treatment of Wastewater from Monosodium Glutamate Manufacturing Plant Using Succesive Yeat and Activated Sludge.

Siregar, S. A. (2005). Instalasi Pengolahan Air Limbah. Kanisius.