Efektivitas UV Sederhana dalam mereduksi Populasi Bakteri
1. MAKALAH
EFEKTIVITAS ULTRAVIOLET SEDERHANA DALAM MEREDUKSI
BAKTERI PATOGEN DI DALAM MEDIA AIR BUDIDAYA
THE EFFECTIVINESS OF SIMPLE ULTRAVIOLET IN REDUCING
BACTERIA PATHOGEN AT CULTURE MEDIA1
Oleh :
Nana S.S. Udi Putra, S.Hut, S.Pi
Muh. Syaichudin
St. Faridah, S.Pi
Thamrin
DEPARTEMEN KELAUTAN DAN PERIKANAN
DIREKTORAT JENDERAL PERIKANAN BUDIDAYA
BALAI BUDIDAYA AIR PAYAU TAKALAR
2007
1
2. EFEKTIVITAS ULTRAVIOLET SEDERHANA DALAM MEREDUKSI
BAKTERI PATOGEN DI DALAM MEDIA AIR BUDIDAYA1
Nana S.S. Udi Putra,2 Muh. Syaichudin3, St. Faridah3, Suarni4,
Hasmawati5, Tamrin6.
Balai Budidaya Air Payau TAKALAR
Nana_ssup@yahoo.com
ABSTRAK
Perekayasaan ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan knock down ultraviolet
sederhana dalam menginaktifkan bakteri pada beberapa kecepatan aliran air media budidaya
(1.67 L/dt, 1.25 Lt/dt, 1 L/dt, dan 0.78 L/dt). Hasil identifikasi bakteri awal menunjukkan bahwa
sumber air media budidaya mengandung jenis bakteri Vibrio sp, Flexibacter sp, dan jenis
lainnya, dengan komposisi berturut-turut 8.7 X 101(0.02%), 1 X 105 (23.25%), 3.3 X 105
(76.73%). Dari kondisi awal tersebut jumlah bakteri pada kecepatan tertinggi (1.67 L/dt) dapat
direduksi hingga lebih dari 85% (jenis Flexibacter dan jenis bakteri lainnya) dan semakin
mendekati 100% pada kecepatan terendah (0.78 L/dt). Menunjukkan bahwa semakin lambat
kecepatan aliran air media semakin tinggi jumlah bakteri yang dapat diinaktifasi. Jenis bakteri
Vibrio sp memperlihatkan sebagai bakteri yang paling rentan terhadap sinar UV karena mampu
secara total diinaktifasi pada kecepatan 1.67 L/dt sekalipun. Secara keseluruhan total bakteri
bisa diinaktifkan hingga di atas 70% pada kecepatan terendah dan hasil ini menunjukkan
bahwa sinar ultraviolet efektif dalam mereduksi bakteri patogen di dalam air media budidaya.
Kata kunci : Ultraviolet, Vibrio sp, Felxybacter sp, Bakteri
THE EFFECTIVINESS OF SIMPLE ULTRAVIOLET IN REDUCING
BACTERIA PATHOGEN AT CULTURE MEDIA1
Nana S.S. Udi Putra2 , Muh. Syaichudin3, St. Faridah3, Suarni4,
Hasmawati6, M. Thamrin6.
ABSTRACT
This engineering was aimed to know the effectiveness of simple knock down ultraviolet
(UV) in inactivating bacteria at various flow rates of aquaculture media (1.67 L/s, 1.25 Lt/s, 1
L/s, and 0.78 L/s). The result of initial identification was known that the aquaculture media
source contained Vibrio sp, Flexybacter sp, and others with composition density 8.7 X
101(0.02%), 1 X 105 (23.25%), 3.3 X 105 (76.73%) respectively. More than 85% of
Flexybacter sp and other species were inactivated by UV on the higher flow rate of aquaculture
media (1.67 L/s) and almost 100% on lower flow rate (0.78 L/s). It’s showed that interaction
period between UV light and bacteria play an important role in effectiveness of inactivating
bacteria. The low current rate tends to increase the effectiveness of inactivation bacteria.
Species of Vibrio sp is the most reactive species. More than 70% of total bacteria could be
inactivated through UV application on higher flow rate (1.67 L/s) and this result showed.
Key words : Ultraviolet, Vibrio sp, Flexybacter sp, Bacteria.
1
Makalah disampaikan pada Indonesia Aqua culture 2007, Bali , 27 Juli – 2 Agustus 2007.
2
Calon Perekayasa BBAP Takalar,
3
Perekayasa Pertama BBAP Takalar,
4
Litkayasa Pemula BBAP Takalar,
5
Litkayasa Pelaksana BBAP Takalar,
6
Calon Litkayasa Pemula BBAP Takalar
2
3. I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Peningkatan aktivitas di suatu wilayah menyebabkan terdegradasinya
kualitas lingkungan perairan, sehingga tekanan bagi kelangsungan hidup
hewan air di dalamnya semakin besar. Karena air adalah faktor vital bagi
kehidupan ikan. Air sebagai media kehidupan bagi ikan bersifat pasif, akan
menerima berbagai intervensi baik faktor fisik maupun biologi. Sehingga peran
pembudidaya menjadi sangat besar dalam mempertahankan kualitas air bagi
media ikan budidaya. Pilihan tersebut bisa dilakukan dengan mencari sumber
air yang masih baik atau dengan memberikan perlakuan terhadap media air
yang semakin terbatas.
Seiring dengan perkembangan wilayah dan pertambahan penduduk
membuat pilihan untuk mencari sumber air yang masih bersih juga sama-sama
memerlukan biaya yang sangat besar, sehingga alternatif kedua menjadi
pilihan bagi pembudidaya. Sejumlah jenis bakteri yang berbahaya bagi
kehidupan ikan budidaya sudah ditemukan pada sumber air budidaya. Bahkan
hasil monitoring laboratorium kesehatan ikan BBAP Takalar mengidentifikasi
bahwa bakteri-bakteri patogen disekitar lokasi budidaya telah resisten terhadap
obat antibiotik pada dosis tertentu, sehingga perlu dosis yang lebih tinggi untuk
mematikannya.
Salah satu faktor yang dapat menghambat kelangsungan hidup ikan
budidaya adalah serangan patogen, selain bisa karena faktor fisika dan kimia
air media. Patogen merupakan agen biologi yang penyebabkan munculnya
penyakit atau infeksi penyakit (Pillay, 1990). Secara umum lingkungan perairan
selalu memiliki potensi terdapatnya patogen, apalagi kondisi lingkungan
perairan mendukung untuk munculnya patogen. Di lain pihak bakteri
mempunyai rang kondisi lingkungan yang lebar seperti suhu, pH, kandungan
garam yang tinggi (Post, 1987), bahkan bisa membentuk flagela atau kapsul
pada kondisi paling jelek sekalipun dan akan muncul dan aktif kembali ketika
kondisi lingkungan mendukung. Bakteri patogen bersifat saprofit dan
menyerang ikan ketika ikan dalam kondisi yang tidak fit atau seimbang,
defisiensi nutrisi (Post, 1987).
Bakteri phatogen menjadi momok yang sangat menghantui para
pembudidaya penyedia benih karena bisa berdampak pada tingginya mortalitas
benih. Sejumlah jenis bakteri yang berbahaya bagi kehidupan ikan budidaya
sudah ditemukan pada sumber air budidaya. Bahkan hasil monitoring
laboratorium kesehatan ikan BBAP Takalar mengidentifikasi bahwa bakteri-
bakteri disekitar lokasi budidaya telah resisten terhadap obat antibiotik pada
3
4. dosis tertentu, sehingga perlu dosis yang lebih tinggi untuk mematikannya. Hal
ini disebabkan oleh penggunaan obat antibiotik dalam sistem budidaya sebagai
salah satu cara penanggulangan penyakit ikan. Sehingga adanya pemanfaatan
teknologi alternatif yang baik dan aman serta bisa digunakan pada kegiatan
penyediaan air media maupun pengelolaan media budidaya yang sedang
berjalan menjadi harapan baru.
Bakteri yang dikenali bisa menjadi patogen bagi hewan air budidaya
adalah berasal dari genus Vibrio, Flexybacter, Pseudomonas, Edwardsiella,
Yersinia, Pasteurella, Aeromonas, Alteromonas, Flurobacterium, Clostridium,
Reibacterium, Streptococus, Mycobacterium, dan Nocardia (Roberts, 1989).
Beberapa genus diantaranya seperti, Vibrio, flexibacter, Pseudomonas dan
Aeromonas banyak ditemukan di perairan pantai Takalar (Putra, et. al., 2006).
Pemanfaatan disinfektan banyak dilakukan untuk mereduksi kehadiran
bakteri pada media budidaya seperti penggunaan klorin, monoklorin, klorin
oksida, sinar ultraviolet (UV), ozon, dan campuran oksidan (Lechevallier dan
Kwok-Keung Au, 2004). Penggunaan sistem UV adalah salah pilihan terbaik
untuk mengatasi permasalahan patogen bagi ikan budidaya dengan dampak
yang tidak ada bagi lingkungan. Lampu-lampu UV yang saat ini dibuat sudah
sangat efektif berfungsi menginaktifasi mikroorganisma, karena mampu
menghasilkan panjang gelombang 254 nm dengan merkuri bertekanan rendah
(Aquatic Eco-systems, Inc., 2005). Sinar UV effektif dalam menginaktifasi
mikroorganisma patogen seperti bakteri, virus dan protozoa Lechevallier dan
Kwok-Keung Au, 2004).
Efektivitas cahaya UV akan sangat bergantung pada tingkat interaksi
antara patogen dan cahaya UV itu sendiri, oleh karena itu sangat berkaitan
dengan kecepatan aliran air, intensitas cahaya UV, jarak antara patogen
dengan sumber cahaya UV.
Sinar UV akan menyerang thymine yang ada di dalam DNA dan RNA
karena bahan tersebut sangat reaktif terhadap sinar ultraviolet terutama dalam
bentuk dimer (thyamine-thyamine double bond). Radiasi ini berdampak pada
proses transkripsi dan duplikasinya terganggu dan menjadi kacau, sehingga
mikroorganisma menjadi steril (Lechevallier dan Kwok-Keung Au, 2004).
Produk-produk import yang ada saat ini yang banyak digunakan
terutama untuk strilsasi air minum selain harganya sangat mahal hanya lampu
UV-nya tidak bisa dibongkar pasng, sehingga secara ekonomi sulit dijangkau
oleh pembudidya kelas bawah dan manfaatnya tidak lama. Oleh karena itu,
perlu ada disain UV yang memiliki kemampuan sama, dapat di bongkar
pasang, namun dapat dijangkau oleh kalangan pembudidaya berkemampuan
rendah.
4
5. Tujuan
Kegiatan ini ditujukan untuk mengetahui kemampuan cahaya ultraviolet
dua balon pada beberapa kecepatan aliran air dalam mereduksi bakteri
patogen di media budidaya.
Sasaran
Diperoleh informasi kemampuan cahaya ultraviolet dalam mereduksi
bakteri patogen media budidaya ikan dan udang.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Bakteri Patogen
Patogen adalah agen biologi yang penyebabkan munculnya penyakit
atau infeksi penyakit (Pillay, 1990). Patogen bisa meliputi virus, protozoa,
bakteri, jamur, atau crustacea parasit. Sehinga bakteri patogen adalah bakteri
yang menginfeksi suatu penyakit. Secara umum lingkungan perairan selalu
memiliki potensi terdapatnya patogen, apalagi kondisi lingkungan perairan
mendukung untuk munculnya patogen. Seperti bakteri mempunyai rang kondisi
lingkungan yang lebar seperti suhu, pH, kandungan garam yang tinggi (Post,
1987). Bakteri akan mampu bertahan pada kondisi lingkungan yang buruk
dalam bentuk flagela atau kapsul dan akan muncul dan aktif kembali ketika
kondisi lingkungan mendukung. Bakteri patogen bersifat saprifit dan
menyerang ikan ketika ikan dalam kondisi yang tidak fit atau seimbang,
defisiensi nutrisi (Post, 1987).
Bakteri yang dikenali bisa menjadi patogen bagi hewan air budidaya
adalah berasal dari genus Vibrio, flexibacter, Pseudomonas, Edwardsiella,
Yersinia, Pasteurella, Aeromonas, Alteromonas, Flurobacterium, Clostridium,
Reibacterium, Streptococus, Mycobacterium, dan Nocardia (Roberts, 1989).
Beberapa genus diantaranya seperti, Vibrio, flexibacter, Pseudomonas dan
Aeromonas banyak ditemukan di perairan pantai Takalar.
Sinar Ultraviolet
5
6. Sinar ultraviolet (UV) adalah sinar yang berada pada rang panjang
gelombang antara 40 – 400 nm. Sinar UV ini dibedakan menjadi UV-A, UV-B,
UV-C atau UV vakum. Sinar UV yang effektif menginaktifasi mikroorganisma
adalah sinar UV-B dan UV-C dengan panjang gelombang antara 200-310 nm
dengan sinar UV effektif ada pada panjang gelombang 265 nm (Lechevallier
dan Kwok-Keung Au, 2004). Lampu-lampu UV yang saat ini dibuat sudah
sangat efektif berfungsi menginaktifasi mikroorganisma, karena mampu
menghasilkan panjang gelombang 254 nm dengan merkuri bertekanan rendah
(Aquatic Eco-systems, Inc., 2005). Sinar UV effektif dalam meninaktifasi
mikroorganisma seperti bakteri, virus dan protozoa Lechevallier dan Kwok-
Keung Au, 2004).
Thymine yang ada di dalam DNA dan RNA sangat reaktif terhadap sinar
ultraviolet dan dalam bentuk dimer (thyamine-thyamine double bond) proses
transkripsi dan duplikasinya terganggu dan menjadi kacau, sehingga
mikroorganisma menjadi steril (Lechevallier dan Kwok-Keung Au, 2004). Akan
tetapi, thymine dalam bentuk dimer masih memungkinkan kembali normal
seperti semula, sehinga perlu dosis yang tepat untuk menginaktifkan secara
permanen.
III. BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat
Kegiatan perekayasaan dilakukan pada bulan Agustus 2006, dengan
tempat kegiatan uji perekayasaan di Laboratorium Basah dan analisa bakteri
patogen dilakukan di Laboratorium Kesehatan Ikan dan Udang BBAP Takalar.
Bahan dan Alat
Bahan dan alat yang digunakan dalam uji perekayasaan adalah satu set
lampu ultraviolet modifikasi BBAP Takalar, yang terdiri atas 2 lampu ultraviolet
36 watt disusun seri yang dilengkapi panel. Diameter tabung pipa VPC 2.5
inch (Gambar 1). Alat pendukung lain adalah pompa air, kran pengatur
kecepatan arus, stopwacth, ember penampung air, tabung reaksi, petridisk,
mikroskop, media agar dan air media budidaya.
Prosedur Kerja
Pada tahap awal dilakukan pengukuran kecepatan arus air pada 4 posisi
kran air yang berbeda, dengan 3 kali pengulangan sehinga diperoleh
kecepatan arus rata-rata. Setelah diperoleh 4 kecepatan arus air yang berbeda
6
7. kemudian dilanjutkan dengan proses uji coba yang dilakukan pengulangan tiga
kali pada tiap kecepatan, sehingga seluruhnya adalah 15 unit sampel termasuk
kontrol. Sampel yang di ambil adalah sampel air media awal (sebelum disinari
cahaya ultraviolet) sebanyak 3 sampel, dan sampel air setelah pencahayaan
pada tiap kecepatan arus yang berbeda sebanyak 12 sampel. Pengambilan
sampel menggunakan tabung reaksi steril yang kemudian dilanjutkan pada
proses pembiakan jenis bakteri patogen, yakni jenis Vibrio sp, Flexibakter sp,
dan Pseudomonas sp, dan total bakteri di Laboratorium Kesehatan Ikan dan
Udang BBAP Takalar.
In let
Out let
Gambar 1. Disain UV sederhana
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil identifikasi awal kandungan bakteri pada sumber air budidaya
(kontrol) yang berasal dari penampungan memperlihatkan adanya perbedaan
jumlah kepadatan. Bakteri yang diidentifikasi adalah Vibrio sp, Felxibacter,
Pseudomonas, bakteri jenis lainnya dan total bakteri dengan kepadatan rata-
rata berturut-turut adalah, 8.7 X 101(0.02%), 1 X 105 (23.25%), 0 (0,00%), 3.3
X 105 (76.73%) dan 4.3 X 105 CFU/ml. Kepadatan bakteri jenis Vibrio sp pada
sumber air budidaya sangat kecil dan bahkan jenis Pseudomonas sp tidak
ditemukan. Sebaliknya jenis Flexibacter sp. banyak ditemukan. Padahal 2 jenis
bakteri ini sudah umum banyak diketahui sebagai faktor penyebab kegagalan
budidaya dantaranya banyak menyerang ikan jenis kerapu. Akan tetapi jumlah
itu tidak memperlihatkan kondisi sumber air budidaya masih baik, tapi justru
sebaliknya menunjukkan bahwa perairan sebagai sumber air budidaya tidak
lagi aman untuk dijadikan sumber air budidaya. Bahkan hasil monitoring lab
kesehatan ikan menunjukkan bahwa bakteri-bakteri disekitar lokasi budidaya
7
8. telah resisten terhadap obat antibiotik pada dosis tertentu. Dari data tersebut
juga diperoleh informasi lebih dari 76% jumlah bakteri tidak teridentifikasi
jenisnya.
Hasil uji coba pemanfaatan sinar UV memperlihatkan hasil yang
menakjubkan dimana tingkat reduksi kepadatan bakteri yang teridentifikasi
mencapai lebih dari 70% pada kecepatan air tertinggi (1.67 L/dt), bahkan untuk
jenis Vibrio sp tidak ditemukan lagi. Tapi kepadatan bakteri tidak satu-satunya
acuan akan kemampuan UV, akan tetapi sesungguhnya adalah karena setiap
bakteri atau mikroba mempunyai ketahanan yang berbeda pada cahaya UV.
Daya bunuh atau ketahanan bakteri sangat tergantung pada intensitas cahaya
UV, lamanya interaksi antara sinar UV dan bakteri yang digambarkan oleh
kecepatan aliran alir medianya dan jarak target dengan sumber cahaya UV,.
Sehingga nampak pada intensitas cahaya UV yang sama akan tetapi karena
aliran air yang berbeda menghasilkan perbedaan jumlah kematian bakteri
(Gambar 2). Semakin lambat aliran air tingkat kematian bakteri cenderung
meningkat.
500,000
450,000
Jumlah Bakteri (CFU/ml)
400,000
350,000
300,000
250,000
200,000
150,000
100,000
50,000
-
Total B Vibrio Flexybacter Pseudomonas Bakteri lainnya
Jenis Bakteri
Kontrol 1.67 L/dt 1.25 L/dt 1 L/dt 0.78 L/dt
Gambar 2. Grafik Populasi Bakeri Sebelum dan Sesudah Melalui Perlakuan
UV pada Kecepatan Air Berbeda.
Proses yang terjadi dalam pembunuhan mikroba atau inaktifasi mikroba
adalah karena kelompok protein thyamine sebagai penyusun DNA dan RNA
sangat reaktif terhadap sinar UV. Sinar UV merusak proses transkirpsi dan
duplikasi asam nukleat sehingga mikroorganisma tersebut menjadi steril dan
tidak aktif (LeChevallier and Kwok-Keung Au, 2004). Pada dosis rendah maka
RNA dan DNA bisa tidak aktif, namun bisa kembali aktif bila terjadi
photoreaktifasi pada kondisi ada cahaya dan atau aktifasi gelap pada kondisi
tidak ada cahaya. Sehingga untuk menjaga agar tidak kembali aktif perlu dosis
yang tepat.
8
9. Jenis bakteri Vibrio sp dapat diinaktifkan pada kecepatan aliran air
media 1.67 L/dt, menunjukkan bahwa jenis bakteri ini paling rentan terhadap
cahaya UV disusul oleh jenis Flexibacter. Sedangkan bakteri jenis Flexibacter
hanya 85.58% yang mampu diinaktifasi pada kecepatan yang sama, namun
hampir 100% bakteri dapat diinaktifasi pada kecepatan aliran air media 0.78 L/
det. Ini menunjukkan bahwa jenis bakteri flexybakter secara keseluruhan
berpeluang dapat diinaktifasi bila kecepatan aliran air kurang dari 0.789 L/det
atau dosis cahaya UV ditingkatkan. Begitu juga halnya dengan jenis bakteri
lainnya. Secara keseluruhan bakteri yang ada di sumber air media akan dapat
diinaktifasi dengan memperlambat aliran air media (memperlama interaksi
cahaya dan bakteri) atau dengan meningkatkan dosis cahaya.
Kemampuan UV dalam inaktifasi bakteri sangat luar biasa. Hasil uji coba
ini menunjukkan bahwa lebih dari 70% bakteri (lihat total bakteri) dapat
diaktifasi dengan intensitas cahaya dan kecepatan aliran air media tertinggi
1.67 L/dt dan mencapai hampir 100 % pada kecepatan terendah (0.78 L/dt).
Semakin lambat aliran air semakin tinggi kemampuan sinar UV menginaktifasi
bakteri. Hubungan antara kemampuan inaktifasi dengan kecepatan aliran air
dapat dilihat pada Gambar 3.
100
Kemampuan Inaktifasi (%)
80
60
40
20
0
0.78 1 1.25 1.67
Kecepatan Aliran Air (L/det)
T. Bakteri Vibrio sp
Flexibacter sp B. lainnya
Gambar 3. Hubungan antara kecepatan aliran air kemampuan inaktifasi
9
10. V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Hasil uji coba dapat disimpulkan bahwa sinar UV sederhana tersebut
cukup efektif untuk menginaktifkan bakteri pathogen. Jumlah bakteri pada
kecepatan tertinggi (1.67 L/dt) dapat direduksi hingga lebih dari 85% (jenis Flexibacter
dan jenis bakteri lainnya) dan semakin mendekati 100% pada kecepatan terendah
(0.78 L/dt). Lebih dari 70% dari total bakteri dapat diinaktifasi pada kecepatan
aliran air media 1.76 L/dt dan hampir 100% pada kecepatan 0.78 L/dt. Jenis
bakteri Vibrio sp adalah jenis bakteri yang paling rentan terhadap sinar UV.
5.2. Saran
Dari hasil kajian ini dapat disarankan bahwa dalam pembuatan sistem
sterilisasi air mdia budidaya memakai UV harus tetap memperhatikan target
waktu pengisian bak dan target jenis patogen yang akan diinaktifasi dan sistem
UV akan efektif digunakan pada sistem resirkulasi.
VI. DAFTAR PUSTAKA
Aquatic Eco-systems, Inc. 2005. Master Catalog.
Jager, J.H. 1967. Introduction to Research in UV Photobiology. Englewood
Cliffs, NJ, Prentice Hall, Inc.
LeChevallier Mark K and Kwok-Keung Au. 2004. Water Treatment and
Pathogen Control : Process Efficiency in Achieving Safe Drinking
Water. World Health Organization and IWA Publishing. London
Pillay T.V.R. 1990. Aquculture: Principles and Practices. Fishing News Book.
London.
Post, George. 1987. Textbook of Fish Health. Revised and expanded Edition.
T.F.H. Publications Inc. USA.
Roberts, Ronald, J. 1989. Fish Pathology. 2nd Edition. Bailliere Tindall. London.
10