1
PROPOSAL
PENELITIAN LABORATORIUM DANA ITS TAHUN 2020
OPTIMASI KINERJA ENDOSPORA BAKTERI
HIDROKARBONOKLASTIK SEBAGAI BAHAN ADITIF UNTUK MENINGKATKAN KUAT TEKAN BETON
Tim Peneliti:
Ketua: Dr. Enny Zulaika, MP.
NIDN. 0009016006/Departemen Biologi/FS ITS Anggota:
1. Dr.rer.nat/ Maya Shovitri, MSi
NIDN. 00070969006/Departemen Biologi/FSAD ITS 2. Nur Hidayatul Alami, SSi., MSi.
NIDN. 0001058504/Departemen Biologi/FSAD ITS 3. Candra Irawan, ST, MT
NIDN. 0023089001/Departemen Teknik Sipil/FTPK ITS
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2020
2 DAFTAR ISI
Halaman Sampul 1
Daftar Isi 2
Bab I. Ringkasan 3
Bab II. Latar Belakang 4
1.1. Latar Belakang 4
1.2. Perumusan Masalah 4
1.4. Tujuan Penelitian 4
1.5. Urgensi Penelitian 5
Bab III. Tinjauan Pustaka 7
2.1 Teori Penunjang 7
2.2 Studi Hasil Penelitian Sebelumnya 8
2.3. Road Map Penelitian 9
Bab IV. Metode Penelitian 10
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 10
3.2. Subkultur Isolat 10
3.3. Pembentukan Endospora 10
3.4. Produksi Endospora 10
3.5. Aplikasi Endospora pada Media Pembawa 11
3.6. Apikasi Endospora pada Beton 11
3.7. Organisasi Tim Peneliti 12
Bab V. Jadwal dan Anggaran Beaya 13.
4.1. Jadwal 13
4.3. Anggaran Biaya (sesuai dengan metode penelitian) 13
Bab VI. Daftar Pustaka 15
Bab VII. Lampiran 17
3 BAB I RINGKASAN
Pada penelitian terdahulu (2019), telah terseleksi bakteri hidrokarbonoklastik yang dapat membentuk kristal CaCO3 (kalsit), suatu senyawa sebagai salah satu bahan baku semen. Beton yang diberi bakteri di atas sebagai bahan aditif terbukti mampu meningkatkan kekuatan tekan struktur beton. Bakteri hidrokarbonoklatik tersebut dapat membentuk endospora, suatu morfologi sel bakteri untuk bertahan hidup di lingkungan ekstrim. Pada penelitian ini akan dilakukan penelitian optimasi produksi endospora dan daya hidup bakteri di lingkungan bahan baku beton yang ekstrim sehingga endospora tersebut dapat digunakan sebagai bahan aditif. Target yang diinginkan endospore dapat diproduksi secara masal, mempunyai waktu simpan lama, tempat menyimpan mudah dan marketable. Salah satu kelebihan bakteri hidrokarbonoklastik ini selain dapat memperkuat struktur beton juga dapat menjahit sendiri melalui produksi kalsitnya, jika suatu saat ada retakan mikro yang terjadi pada struktur beton.
Isolat yang digunakan adalah Bacillus JA1, Bacillus JB2, Bacillus AK4, Bacillus SU1, Lysinibacillus JB2 dan Sporosarcina JA4 (hasil penelitian tahun 2019). Kultur bakteri menggunakan medium CCP broth, konfirmasi terbentuknya endospora diamati dengan pewarnaan malachite green. Produksi endospora dilakukan dengan cara shock treatment temperature pada medium CCP dan Yu broth. Panen endospora dilakukan dengan cara sentrifugasi 8.000 rpm (15 menit), suspensi endospora dicuci dengan 0,8%
NaCl. Endospora yang sudah diproduksi divisualisasikan menggunakan Scanning Electron Micoscope untuk validasi. Selanjutnya dilakukan aplikasi pada beton, pembuatan beton mengikuti standar SNI 7656 : 2012. Endospore sebagai bahan aditif diaplikasikan ke dalam adonan mortar beton dengan kepadatan n sel/mL (sesuai hasil pada penelitian ini). Beton yang sudah di curring diuji kuat tekannya menggunakan mesin compression testing. Untuk melihat daya hidup bakteri pada bahan baku beton dan beton yang sudah terbentuk diamati dengan metode Coloni Forming Unit pada cawan agar.
Kata kunci: bakteri-hidrokarbonoklastik, beton, endospora, temperatur Luaran wajib dari penelitian ini adalah:
1. Jurnal internasional bereputasi (Q2) 2. Lulusan mahasiswa S1 dan S2
4 BAB II
LATAR BELAKANG
1.1. Latar Belakang
Beton adalah material konstruksi yang banyak dibutuhkan dan harganya relatif murah. Kelemahan dari beton untuk konstruksi adalah tidak tahan terhadap tarikan sehingga menyebabkan terjadinya retakan mikro (Seifan et al., 2016). Air yang masuk melalui retakan dapat menimbulkan korosi pada tulangan sehingga kekuatan tarik akan hilang (Bashir et al., 2016), fenomena tersebut dapat mengurangi daya tahan dan kekuatan struktur beton (Iheanyichukwu et al., 2018). Beberapa genus bakteri mampu menghasilkan mineral calcium carbonat (CaCO3) yaitu senyawa yang merupakan salah satu bahan baku semen, dimana semen adalah komponen terbesar untuk membuat beton. Pada penelitian terdahulu telah terseleksi bakteri hidrokarbonoklastik, isolate tersebut adalah Bacillus JA1, Bacillus JB2, Bacillus AK4, Bacillus SU1, Lysinibacillus JB2 dan Sporosarcina JA4.
Beton yang diberi tambahan bakteri di atas terbukti mampu meningkatkan kekuatan tekan struktur beton. (Zulaika et al., 2019)
Bakteri terseleksi tersebut dapat membentuk endospora, suatu morfologi sel bakteri untuk bertahan hidup di lingkungan ekstrim antara lain pH sangat alkali, suhu panas, dan kekeringan. Beton mempunyai bahan baku terbesar adalah semen yang mempunyai pH sekitar 13, pada saat pembuatan beton adonannya mempunyau suhu tinggi di atas 70°C, dan setelah beton menjadi struktur bangunan harus benar-benar kering tanpa air. Kondisi tersebut tidak memungkinkan suatu makhluk hidup bertahan didalam beton. Bakteri yang dapat membentuk endospora merupakan keistimewaan tersendiri sehingga dapat bertahan di struktur beton yaitu dengan merubah morfologinya menjadi endospora. Bakteri yang digunakan sebagai bioconcrete harus menunjukkan resistensi tinggi terhadap pH 10-13 dan suhu 70°C (Talaiekhozan et al., 2014). Bakteri yang dapat membentuk endospora, mampu melindungi diri terhadap efek buruk dari lingkungan eksternal sehingga diharapkan mampu bertahan dalam kondisi alkali beton. Penambahan bakteri yang dapat mempresipitasi CaCO3 ke dalam adonan beton akan mengisi pori beton sehingga menambah kekuatannya (Iheanyichukwu et al., 2018).
1.2. Perumusan Masalah
Pada penelitian tahun 2019, hasil seleksi bakteri hidrokarbonoklastik mampu bertahan di pH ekstrim antara 10-13 dan dapat membentuk endospora.
a. Apakah endopora yang terbentuk dapat bertahan di suhu panas (pada saat pembuatan beton)?
b. Apakah aplikasi endospora sebagai bahan aditif mampu meningkatkan kekuatan beton dibandingkan penambahan bakteri dalam bentuk sel?
c. Bagaimanakah viabilitas endospora setelah digunakan sebagai biobeton
d. Berapakah kepadatan optimum endospore yang mampu meningkatkan kuat tekan beton, sehingga layak diproduksi dan marketable?
5 1.3. Tujuan Penelitian
Pada penelitian ini akan dilakukan optimasi produksi endospora dan daya hidupnya di lingkungan beton yang ekstrim sehingga endospora tersebut dapat digunakan sebagai bahan aditif beton yang marketable.
Tujuan khususnya adalah:
a. Mendapatkan endopora yang dapat bertahan di suhu panas mrtar beton b. Endospora yang didapatkan mampu meningkatkan kekuatan beton
c. Endospora setelah digunakan sebagai biobeton mempunyai viabilitas yang memadai sehingga dapat digunakan sebagai bahan aditif beton
d. Mendapatkan kepadatan optimum endospora yang layak diproduksi dan marketable.
Target secara keseluruhan adalah mendapatkan endospora yang dapat diproduksi secara masal, mempunyai waktu simpan lama, menyimpannya mudah dan marketable.
1.4. Urgensi Penelitian
Bahan utama penyusun beton yang berfungsi sebagai pengikat material beton adalah semen yang berasal dari batu kapur dan mengandung CaCO3 (Siddique et al., 2016).
Bakteri hidrokarbonoklastik mampu menghasilkan kristal CaCO3 yang berpotensi untuk memperkuat struktur beton (Wang et al., 2016). Beberapa genus bakteri diatas dapat membentuk endospora, suatu morfologi sel bakteri untuk bertahan hidup di lingkungan ekstrim antara lain pH sangat alkali, suhu panas, dan kekeringan (Talaiekhozan et al., 2014).
Pada penelitian terdahulu telah terskrining bakteri hidrokarbonoklastik Bacillus JA1, Bacillus JB2, Bacillus AK4, Bacillus SU1, Lysinibacillus JB2 dan Sporosarcina JA4.
Beton yang diberi tambahan bakteri hidrokarbonoklastik mempunyai kuat tekannya lebih besar dibanding beton tanpa penambahan bakteri (Zulaika et al., 2019). Bakteri yang ditambahkan sebagai bahan aditif untuk campuran bahan baku beton (mortar), nantinya berfungsi sebagai perekat otomatis dan akan memperkuat struktur beton. Presipitasi CaCO3
dalam bentuk stabil kalsit memainkan peran penghalang yaitu menghalangi masuknya bahan kimia korosif ke dalam retakan sehingga beton semakin kuat (Seifan et al., 2016).
Bakteri dapat membentuk endospora, suatu morfologi sel bakteri untuk bertahan hidup di lingkungan ekstrim antara lain pH sangat alkali, suhu panas, kekeringan dan dapat bertahan hidup dalam keadaan tidak aktif selama bertahun-tahun (Leggett et al., 2012).
Endospora memiliki lapisan luar yang disebut coat-spora yang terkait dengan ketahanan kimia dan benturan mekanik (Sella et al., 2014). Pada penelitian Cezario et al. (2018), penambahan endospora pada material beton menunjukkan presipitasi kristal CaCO3, yang secara visual dapat mengisi celah, dengan penambahan 1,2 x 108 endospora/mL menunjukkan kuat tekan beton yang memuaskan jika dibandingkan dengan beton kontrol.
Dalam penelitian ini endospora bakteri hidrokarbonoklastik diharapkan dapat hidup dalam matriks beton sehingga akan berkontribusi pada potensi kekuatan beton. Beton yang diberi bahan aditif endospora bakteri karbonoklastik, jika terjadi retakan maka air dan oksigen akan masuk ke retakan dan mengaktifkan endospora, kemudian akan memicu
6
metabolisme presipitasi kalsit (CaCO3) dengan mekanisme enzimatik melalui produksi urease dan retakan akan tertutup (Xu et al., 2018).
Jika potensi keunggulan endospora bakteri sebagai bahan aditif penguat beton telah dieksplorasi secara mendalam maka bakteri ini dapat diproduksi secara masal pada skala industri dan marketable. Menggunakan alternatif bakteri hidrokarbonoklastik sebagai bahan aditif mortar beton mempunyai banyak keuntungan antara lain, sebagai penguat beton, biofiller otomatis, murah, tanpa campur tangan manusia dapat menjahit sendiri retakan mikro dan ramah lingkungan.
7 BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Teori Penunjang
Bakteri hidrokarbonoklastik merupakan kelompok bakteri yang memiliki kemampuan mempresipitasi CaCO3 atau kalsium karbonat (Talaiekhozan et al., 2014), karena memiliki kemampuan mengendapkan CaCO3 maka dapat digunakan untuk memperkuat struktur beton (Cezario et al., 2018). Pemilihan bakteri yang dapat digunakan sebagai agen bioconcrete tergantung pada kemampuan bertahan hidup bakteri di lingkungan ekstrim, seperti alkali (pH >10), suhu panas > 70°C dan tahan kekeringan.
Biomineralisasi oleh bakteri hidrokarbonoklastik melalui aktivitas metabolisme dengan lingkungan disekitarnya. Efektivitasnya sangat tergantung pada konsentrasi karbon anorganik terlarut, situs nukleasi, pH, dan suhu (Seifan et al., 2016). Beberapa genus bakteri mampu menghasilkan biomineral melalui reaksi metabolisme dengan adanya sumber kalsium (Wang et al., 2009). Bakteri yang mempunyai urease terlibat dalam siklus nitrogen dan dapat menghasilkan CaCO3 melalui hidrolisis urea (Jonkers et al. 2010).
Aktivitas metabolisme bakteri akan menyebabkan peningkatan konsentrasi karbonat dan pH. Peningkatan pH tersebut memfasilitasi transformasi karbon dioksida menjadi karbonat (Wang et al. 2013).
Sel bakteri gram-positif yang berhadapan dengan stress lingkungan dapat membentuk struktur tidak aktif yang disebut endospora. Spora bakteri dapat bertahan hidup dalam keadaan tidak aktif selama bertahun-tahun (Leggett et al., 2012). Struktur dan komposisi kimia endospora berbeda dari sel vegetatifnya. Perbedaan tersebut sebagian besar berhubungan dengan sifat resistensi spora yang unik terhadap tekanan lingkungan, termasuk panas, radiasi, desinfektan, dan sterilisasi. Spora aktif dapat bertahan untuk jangka waktu yang lama, bahkan dalam keadaan terhidrasi. Resistensi endospora bersifat multifaktorial dan tidak dapat disebabkan oleh satu parameter tunggal saja (Sella et al., 2014).
Penggunaan bakteri untuk membuat biobeton telah dikategorikan sebagai strategi biologis oleh beberapa peneliti. Strain bakteri yang mampu mengendapkan CaCO3
digunakan untuk mendisain beton yang dapat merehabilitasi diri secara biologis. Bakteri dapat ditambahkan ke beton melalui berbagai pendekatan, termasuk penambahan suspensi bakteri langsung ke dalam beton, penambahan dalam bentuk endospora, bentuk amobil ke silika gel atau karbon aktif, dan bentuk enkapsulasi (Talaiekhozan et al., 2014). Pada penelitian Sahoo et al. (2016) Bacillus sphaericus telah digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat semen seperti pengaturan waktu, kuat tekan dan daya serap. Kultur sel diencerkan sesuai kebutuhan konsentrasi dan ditambahkan ke air yang digunakan untuk membuat mortar semen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaturan waktu tidak terpengaruh dengan adanya bakteri. Ditemukan bahwa kekuatan tekan pada 7 hari dan 28 hari mortar cube meningkat dengan meningkatnya konsentrasi bakteri. Pada dosis bakteri optimal 107 sel/ml, kekuatan tekan rata-rata meningkat sebesar 58 % (pada 7 hari) dan 23
% (pada 28 hari) pada spesimen kontrol. Koefisien sorpitivitas berkurang karena konsentrasi bakteri sel-sel meningkat.
8
Pada penelitian Cezario et al. (2018), penambahan endospora B.subtilis dapat mengisi retak selama waktu curing, penambahan endospora menunjukkan presipitasi kristal CaCO3, yang secara visual dapat mengisi celah. Kekuatan tekan beton yang diberi bakteri hidrokarbonoklastik menunjukkan hasil lebih baik jika dibandingkan dengan beton kontrol. Pada penelitian Jonker et al (2010), bakteri B. pseudofirmus dan B. cohnii, viabilitas endospora yang langsung dicampur dengan campuran pasta semen dapat bertahan selama 4 bulan. Dalam penelitian Wang et al. (2013) beton yang dicampur bakteri menunjukkan permeabilitas air berkurang sekitar dua kali lipat, keunggulannya adalah efisiensi rehabilitasi diperoleh dalam sistem ini. Lebar retak maksimum 0,5 mm dapat disembuhkan dalam 7 hari pada beton yang ditambah bakteri, sedangkan pada beton control lebar retak maksimum yang dapat disembuhkan di kisaran lebar maksimum 0,2 - 0,3 mm.
2.2. Hasil Penelitian Sebelumnya
Pada penelitian Zulaika et al., 2019, telah terseleksi enak (6) isolat bakteri hidrokarbonoklastik, yaitu Bacillus JA1, Bacillus JB2, Bacillus AK4, Bacillus SU1, Lysinibacillus JB2 dan Sporosarcina JA4. Semua isolat dapat memproduksi CaCO3
berbentuk calcite dan mampu mempuat struktur beton. Ke enam isolate juga teridentifikasi sebagai bakteri Gram positif yang mampu membentuk endospora, sehingga berpotensi memperkuat struktur beton. Penambahan bakteri kedalam adonan beton meningkatkan kuat tekan beton 10% lebih baik dibandingkan beton kontrol. Supaya bakteri dapat bertahan di adonan dan struktur beton lebih lama, maka bakteri didormansikan supaya dapat membentuk endospora sehingga beton berumur panjang.
Endospora adalah morfologi sel yang resisten terhadap lingkungan ekstrim seperti goncangan, tekanan, panas, radiasi dan dapat bertahan untuk jangka waktu yang lama (Sella et al., 2014). Jika bakteri ditambahkan pada bahan baku pembuat beton, bakteri akan membentuk endospora dan dapat bertahan sampai 50 tahun. Ketika terjadi retakan rambut maka air dan udara akan masuk, bakteri “terbangun” dari dormansinya dan bergerminasi. Aktivitas metabolisme dimulai, urease mulai aktif bekerja untuk menghidrolisis urea [CO(NH2)2] yang ada dilingkungannya menjadi ion amonium (NH4+) dan ion karbonat (CO32-) selanjutnya CO32- bereaksi dengan ion Ca2+ yang melimpah di material beton membentuk CaCO3. Molekul CaCO3 yang terbentuk sama dengan mineral yang ada pada semen sebagai bahan baku utama beton (Wei et al., 2015).
Beton normal merupakan jenis bahan konstruksi yang paling banyak digunakan, baik pada bangunan pemerintah maupun bangunan masyarakat. Standar beton mempunyai kekuatan tekan antara 17 - 40 Mpa dan mempunyai beban 2200 - 2500 kg/m3 (Alkhaly, 2016). Berdasarkan uji kuat tekan, biobeton dengan bakteri hidrkarbonoklastik hasil penelitian terdahulu, mempunyai kuat tekan lebih dari 17 MPa dan memenuhi syarat untuk dijadikan material struktur bangunan (Zulaika et al., 2019). Peningkatan kekuatan beton disebabkan kristal CaCO3 dapat mengisi pori-pori mikro beton sehingga ukuran pori-pori akan mengecil dan memaksimalkan kuat tekan beton (Siddique et al., 2016). Pori-pori beton yang terisi CaCO3 menyebabkan aliran nutrisi dan oksigen menuju sel bakteri menjadi terhambat, sehingga sel membentuk endospora. Jika terjadi retak mikro, air akan
9
masuk dan endospora dapat bergerminasi secara vegetatif dalam beton dan mulai mempercepat produksi kristal CaCO3 untuk memperbaiki retak mikro dalam beton (Nain et al., 2019).
2.3. Roadmap Penelitian
2018 2019 2020
Eksplorasi dan identifikasi bakteri hidrokarbonoklastik:
1. Seleksi isolat 2. Uji kualitatif
urease
3. Produksi CaCO3
4. Produksi calcite 5. Identifikasi
bakteri
Aplikasi bakteri terseleksi pada beton:
1. Preparasi biobeton dan uji kuat tekan
2. Uji viabilitas bakteri 3. Aplikasi bakteri untuk
retakan beton 4. Uji aktivitas urease 5. Uji kemampuan
membentuk endospora
Optimasi kinerja endospora bakteri sebagai bahan aditif penguat beton;
1. Rekonfirmasi genus 2. Produksi dan viabilitas
endospora 3. Optimasi media
pembawa endospore 4. Aplikasi endospore
untuk beton
Hasil:
• Terselesksi bakteri yang berpotensi memperkuat struktur beton
• Lulusan mahasiswa S1
Hasil:
• Bakteri dapat memperkuat struktur beton dan mengisi retakan pada beton
• Lulusan mahasiswa S1 dan S2
• Jurnal internasional Biodiversitas (Q3) - terbit
Hasil:
• Endospora bakteri dapat memperkuat struktur beton dan layak di produksi sebagai bahan aditif yang marketable
• Lulusan mahasiswa S1 dan S2
• Jurnal internasional Q2
10 BAB IV
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan April sampai November 2020 di Laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Analitika Data dan Laboratorium Uji Beton Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil, Perencanaan dan Kebumian. ITS.
3.2. Subkultur Isolat Bakteri Karbonoklastik
Isolat yang digunakan adalah Bacillus JA1, Bacillus JB2, Bacillus AK4, Bacillus SU1, Lysinibacillus JB2 dan Sporosarcina JA4 (Zulaika et al., 2019). Masing-masing isolat diinokulasikan secara aseptik pada media agar Calcium Carbonate Precipitation (CCP) dengan goresan. Selanjutnya diinkubasi pada suhu ruang selama 24 jam.
Keberhasilan subkultur ditandai dengan kemunculan koloni (Harley and Prescott, 2002).
3.3. Pembentukan Endospora Bakteri
Pembentukan endospora dilakukan pada media CCP dan media Yu broth. Kultur bakteri dengan medium CCP, per liter: 20g urea; 2,12g NaHCO3; 10g NH4Cl; 3g Nutrient Broth; 30mM CaCl2 (Wei et al., 2015). Kultur diinkubasi 24 jam di atas rotary shaker (100 rpm, suhu ruang). Kultur pada media YU (Nutrient broth 3 g/L, NaHCO3 2,12 g/L, urea 10 g/L), selanjutnya kultur diinkubasi 24 jam. Keberadaan endospora diamati dengan pewarnaan malachite green dan endospora yang terbentuk dihitung dengan hand tally counter (Harley dan Prescott, 2002). Hasil penghitungan endospora dibandingkan antara media CCP dan YU. Hasil penghitungan endospora terbanyak akan digunakan untuk produksi endospore dan aplikasi pada beton pracetak.
3.4. Produksi Endospora
Berdasarkan hasil pada sub bab 3.3., jumlah endospore terbanyak akan digunakan untuk produksi endospora. Satu ose isolat uji ditumbuhkan dalam media YU atau CCP (dipilih yang terbaik), diinkubasi 7 dan 14 hari (100 rpm). Sel vegetatif diinduksi untuk membentuk endospora dengan shock treatment (70°C) selama 5, 10, 15, dan 20 menit dalam water bath. Endospora yang terbentuk dipanen dengan sentrifugasi 8.000 rpm (15 menit), suspensi endospora dicuci dua kali dengan 0,8% (b/v) NaCl (Pungrasmi et al., 2019). Suspensi endospora divortex, kemudian diambil 1 μL dan dihitung jumlahnya menggunakan haemocytometer. Suspensi sisanya di sentrifugasi 8000 rpm, supernatant dibuang pellet dikeringkan dalam oven 40°C sampai mencapai berat konstan (Xu et al., 2018).
3.4.1. Konfirmasi endospora
Terbentuknya endospora dilakukan dengan pengamatan di bawah mikroskop, untuk mengkonfirmasi bahwa lebih dari 90% sel adalah endospora (Pungrasmi et al., 2019).
Pewarnaan endospora menggunakan malachite green (Harley dan Prescott, 2002). Sel bakteri yang berwarna terkonfirmasi sebagai endospore dan menunjukkan bahwa sel telah
11 lisis dan membentuk endospora.
3.4.2. Viabilitas endospora
Penghitungan jumlah endospora dilakukan dengan cara suspensi yang terbentuk diencerkan 10-1 sampai 10-6 untuk mendapatkan suspensi homogen, diambil 100 μL dari suspensi 10-6 kemudian disebarkan ke media NA steril, diinkubasi selama 24 jam dan koloni yang tumbuh dihitung (Pungrasmi et al., 2019). Dilakukan pewarnaan endospora lagi yang bertujuan untuk mengetahui apakah endospora yang tumbuh menjadi koloni sel vegetatif dapat membentuk endospora lagi ataukah tidak.
3.4.3. Visualisasi endospora dengan Scanning Electron Microscope (SEM)
Visualisasi endospora bakteri hasil produksi menggunakan SEM dilakukan dengan cara: suspensi endospora disentrifugasi 10.000 rpm. Selanjutnya pellet di pre-fiksasi dengan 2,5% glutaraldehyde (Sigma-Aldrich) overnight pada suhu kamar, dibilas tiga kali dengan 0,1 mol/L phosphate-buffered saline (PBS) selama 15 menit dan disentrifugasi kembali 10.000 rpm. Pelet endospora di post-fiksasi dengan 1% osmium tetroxide (Sigma- Aldrich) selama 90 menit dan dibilas tiga kali dalam 0,1 mol/L PBS selama 15 menit.
Preparasi selanjutnya didehidrasi dengan seri etanol (50, 70, 80, 90 dan 100%). Sampel endospora yang sudah didehidrasi disimpan pada suhu -20°C selama 20 menit dan dikeringkan pada titik kritis. Sampel endospora dilapisi dengan kandungan emas/paladium sekitar 12 nm di bawah vakum, kemudian divisualisasi dengan SEM (Rao et al., 2016).
3.5. Aplikasi Endospora pada Media Pembawa
3.5.1 Preparasi endospora pada media pembawa mortar beton
Preparasi endospora dilakukan pada media pembawa mortar beton yaitu semen dan pasir, endospore murni digunakan sebagai kontrol. Kepadatan endospora yang digunakan adalah 10-6/mg pada tabung reaksi yang steril dengan 3 variasi head space. Volume media pembawa adalah 100% (penuh), 50% dan 25% disimpan hingga 30 hari.
3.5.2 Viabilitas endospora pada media pembawa
Viabilitas endospore dilakukan pada hari ke 0 dan 30 penyimpanan. 1 mg media pembawa yang mengandung endospore, diencerkan 10-1 untuk mendapatkan suspensi homogen. 100 μL suspensi diencerkan sampai 10-3 selanjutnay di inokulasikan ke mediaum nutrient agar, diinkubasi 24 jam, koloni yang tumbuh menunjukkan viabilitas endospore. Dihitung kepadatannya per mL (Pungrasmi et al., 2019).
3.6. Aplikasi Endospora Bakteri pada Beton Pracetak 3.6.1. Starter
Kultur starter dibuat dengan menginokulasi tiga ose isolat secara aseptis ke dalam 20 mL medium CCP cair, selanjutnya diinkubasi 24 jam di atas rotary shaker 100 rpm.
Setelah 24 jam, 20 mL kultur dimasukkan ke dalam 180 mL medium CCP cair dan diinkubasi di atas rotary shaker selama 10 jam (Rukmana dan Zulaika, 2017).
3.6.2. Aplikasi endospora dan sel non lisis pada beton
Beton pracetak yang digunakan berbentuk paving dan silinder. Komposisi bahan baku beton disesuaikan standar SNI 7656:2012 yaitu semen 322 kg/m3, pasir alami 671,5 kg/m3, agregat kasar 1114,3, dan air 211 kg/m3. Perlakuan terdiri dari 2 variabel yaitu
12
induksi endospora tanpa lisis sel dan endospora yang lisis sel. Kultur 200 mL dengan kepadatan sel 106 sel/mL (Pangestu dan Zulaika, 2019). Beton pracetak silinder berukuran diameter 10 cm dan tinggi 20 cm, paving block berukuran panjang 20 cm, lebar 10 cm dan ketebalan 6 cm. Beton kemudian dikeringkan selama dua hari dan direndam dalam air selama 28 hari untuk proses curing (Alkhaly, 2016).
3.6.3. Uji kuat tekan
Pengujian kuat tekan dilakukan pada saat beton dalam keadaan lembab setelah dikeluarkan dari kolam perendaman (water curing). Uji kuat tekan beton menggunakan mesin Compression Testing. Nilai kuat tekan beton didapatkan dari persamaan rumus (Mulyono, 2013):
Fc’ = F/A dengan:
fc’ : kuat tekan beton (MPa) F : beban maksimal (N) A : luas penampang (mm2)
3.6.4. Visualisasi endospora dengan Scanning Electron Microscope (SEM)
Metode visualisasi endospora setelah dicampur dengan beton menggunakan SEM:
spesimen beton dengan penambahan endospora bakteri ditambah kalsium laktat (0,5% dari berat semen) disiapkan dengan rasio berat air : beton 0,5 : 1 sampel, diambil pada saat awal pencampuran beton dengan endospora bakteri. Potongan dibilas dalam air suling dan dianalisis menggunakan SEM (Jonkers et al., 2010).
3.7. Organisasi Tim Peneliti (termasuk kompetensi dan tanggung jawab)
No Nama Jabatan Bidang
Keahlian Tanggung Jawab Alokasi Waktu 1 Dr. Enny Zulaika,
MP.
Ketua Peneliti
Biokimia dan mikrobiologi
Mengkoordinasi
seluruh penelitian 8 jam/mg 2 Dr.rer.nat. Maya
Shovitri, MSc.
Anggota Peneliti
Fisiologi Bakteri
Menganalisis
fisiologi endospora 6 jam/mg 3 Nur Hidayatul
Alami, SSi. M.Si.
Anggota Peneliti
Mikrobiologi
Lingkungan Metabolisme bakteri 3 jam/mg 4 Candra Irawan, ST.,
MT
Anggota Peneliti
Mikrobiologi Lingkungan
Menganalisis kuat
tekan beton pracetak 3 jam/mg
13 BAB V
JADWAL Dan RENCANA ANGGARAN
5.1. Jadwal Pelaksanaan
Pelaksanaan penelitian direncanakan pada bulan April sampai dengan Nopember 2020. Adapun rincian tahap penelitian diberikan pada Tabel berikut
Tabel Rincian Jadwal Penelitian
Tahapan Penelitian Bulan ke (2019)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Studi pustaka √ √ √ √ √ √ √ √
Subkultur dan konfirmasi spora √ √ √
Produksi spora √ √ √ √
Visualisasi spora √ √ √
Uji viabilitas √ √ √
Preparasi beton √ √
Uji kuat tekan √ √
Penulisan laporan √ √ √
Submit jurnal internasional bereputasi √ √ √ √
5.2. Anggaran Biaya (sesuai dengan aktivitas pada metode penelitian)
No Uraian Satuan Jml Harga Jumlah
A Honor 0 0
B Bahan habis, alat dan ATK
B1 Alat gelas
1 Tabung reaksi reguler disposibel buah 100 8,500 850,000
2 Labu ukur 100 ml buah 10 46,000 460,000
3 Erlenmeyer 100 ml buah 10 37,500 375,000
4 Erlenmeyer 200 ml buah 10 45,000 450,000
5 Bekerglass 200 ml buah 10 45,000 450,000
6 Bekerglass 500 ml buah 10 55,000 550,000
7 Cawan petri disposibel buah 30 32,500 975,000
B2 Alat penunjang aplikasi
1 Kasa, kapas, tisu, dan lain lain ls 1 950,000 950,000
2 Gelas obyek + penutup pack 2 120,000 240,000
3 Kertas saring whatman ø 0.45µ pack 4 450,000 1,800,000
4 Kertas saring biasa lembar 10 20,000 200,000
B3 Media kultur dan preparasi biobeton
1 Media Nutrien agar 500 gr 2 960,000 1,920,000
2 Media Nutrien Broth 500 gr 2 960,000 1,920,000
3 Pepton 500 gr 1 860,000 860,000
4 Glucosa 500 gr 1 760,000 760,000
5 NH4Cl 250 gr 1 560,000 560,000
14
6 Urea 250 gr 1 450,000 450,000
7 NaHCO3 250 gr 1 825,000 825,000
8 CaCl2 250 gr 1 545,000 545,000
9 Na2HPO4 250 gr 1 820,000 820,000
10 H2KOPO4 250 gr 1 760,000 760,000
11 Phenol-sodium nitroprusside. 50 gr 1 830,000 830,000
12 Glucosa 500 gr 1 875,000 875,000
13 K2HPO4 50 gr 1 620,000 620,000
14 NaCl 50 gr 1 320,000 320,000
15 Pewarna malachite green 50 gr 1 375,000 375,000
16 Phsphat Buffer Saline 100 ml 10 150,000 1,500,000
17 Osmium Tetroxide 50 gr 1 750,000 750,000
18 Etanol 50 gr 3 320,000 960,000
19 Semen buah 10 60,000 600,000
20 Pasir m3 2 400,000 800,000
21 Kerikil m3 2 350,000 700,000
B5 Jasa analisa
1 Scanning Electron Microscope ls 18 350,000 6,300,000
2 Preparasi beton ls 4 250,000 1,000,000
B7 ATK dan Laporan
1 Kertas HVS rim 3 40,000 120,000
2 Catridge printer hitam buah 2 250,000 500,000
3 Catridge printer hitam dan berwarna buah 2 265,000 530,000 4 Laporan (Pendahuluan & akhir) buku 6 50,000 300,000
C Perjalanan dan Jurnal
1 Seminar internasional di Indonesia ls 3 2,500,000 7,500,000
2 Jurnal terindeks ls 1 10,000,000 7,500,000
D Sewa
1 Kendaraan mobil 1 900,000 900,000
2 Konsumsi koordinasi org 12 25,000 300,000
Total beaya yang dibutuhkan 50,000,000
15 BAB VI
DAFTAR PUSTAKA
Alkhaly, Y.R., (2016), “Perbandingan Rancangan Campuran Beton Berdasarkan Sni 03- 2834-2000 Dan Sni 7656:2012 Pada Mutu Beton 20 Mpa”, Teras Jurnal, Vol.6, No.1, hal. 11-18.
Bashir, J., IfrahKathwari, Tiwary, A., KhushpreetSingh, (2016), “Bio Concrete The Self- Healing Concrete”, Indian Journal of Science and Technology, Vol. 9, No.47, hal. 1- 5.
Cezario N., S., Peres, M.V.N.N. Fruet, T.K., Nogueira, G.S.F. Toralles, B.M.T., Cezario, D.D.S., (2018), “Crack filling in concrete by addition of Bacillus subtilis spores – Preliminary study”, Revista DYNA, Vol. 85, No. 205, hal. 132-139.
Harley dan Prescott, (2002), Laboratory Exercises in Microbiology, Fifth Edition, The McGraw-Hill Companies, USA.
Iheanyichukwu, G.C., Umar, S.A., Ekwueme, P.C., (2018), “A Review on Self-Healing Concrete Using Bacteria”, Sustainable Structure and Materials, Vol. 1, No. 2, hal.
12-20.
Jonkers, H.M., Thijssena, A., Muyzerb G., Copuroglua, O., Schlangena, E., (2010),
“Application of Bacteria as Self-Healing Agent for The Development of Sustainable Concrete”, Ecological Engineering, Vol. 36, hal. 230–235.
Leggett, M.J., McDonnell, G., Denyer, S.P., Setlow, P., Maillard, J.Y., (2012),”Bacterial Spore Structures and Their Protective Role in Biocide Resistance”, Journal of Applied Microbiology, 113, hal. 485–498.
Mulyono, T., (2003), Teknologi Beton, Penerbit ANDI, Yogyakarta.
Pangestu, A.S., Zulaika, E., (2019), Optimasi pH Alkali Terhadap Produksi CaCO3 Pada Bakteri Karbonoklastik dan Potensinya Untuk Memperkuat Struktur Beton, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Pungrasmi, W., Intarasoontron, J., Jongvivatsakul P., Likitlersuang, S., (2019), “Evaluation of Microencapsulation Techniques for MICP Bacterial Spores Applied in Self- Healing Concrete”, Scientific Reports, Vol. 9, hal. 12484.
Rao, L., Zhao, F., Wang, Y., Chen, F., Hu, X., Liao, X., (2106), “Investigating the Inactivation Mechanism of Bacillus subtilis Spores by High Pressure CO2”, Frontiers in Microbiology, Vol. 7, hal. 1-12.
Rukmana, G., Zulaika, E., (2017), Bakteri Karbonoklastik dari Pegunungan Kapur yang Berpotensi untuk Memperkuat Struktur Beton, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Sahoo, K.K., Sathyan, A.K., Kumari, C., Sarkar P., Davis, R. (2016), “Investigation of Cement Mortar Incorporating Bacillus sphaericus”, International Journal of Smart and Nano Materials, Vol. 7, No. 2, hal. 91–105.
Seifan, M., Samani, A.K., Berenjian, A., (2016), “Bioconcrete: Next Generation of Self- healing Concrete”, Appl Microbiol Biotechnol, 100, hal. 2591–2602.
Sella, S.R.B.R., Vandenberghe, L.P.S., Soccol, C.R., (2014), “Life Cycle and Spore Resistance of Spore-Forming Bacillus atrophaeus”, Microbiological Research, Vol.
16 169, hal. 931–939.
Siddique, R., and Chahal, N.K. (2011), “Effect of ureolytic bacteria on concrete properties”, Construction and Building Materials, Vol. 25, hal. 3791-3801.
Talaiekhozan, A., Keyvanfar, A., Shafaghat, A., Andalib, R., Majid, M.Z.A, Fulazzaky, M.A., Zin, R.M., Lee, C.T., Hussin, M.W., Hamzah, N., Marwar, N.F., Haidar, H.I., (2014), “A Review of Self-healing Concrete Research Development”, Journal of Environmental Treatment Techniques, Vol. 2, Issue 1, hal. 1-11.
Wang, J., and Becker, U. (2009), “Structure and carbonate orientation of vaterite (CaCO3)”, Am. Mineral. Vol. 94, hal. 380–386.
Wang, J.Y., Verstraete, W., De Belie, N., (2013), “Enhanced Self-Healing Capacity in Cementitious Materials by Use of Encapsulated Carbonate Precipitating Bacteria:
From Proof-of-Concept to Reality”, 8th International symposium on Cement and Concrete (ISCC-2013), Chinese Ceramic Society, hal. 1-7.
Wang, J., Ersan, Y.C., Boon, N., and De Belie, N. (2016), “Application of microorganisms in concrete: a promising sustainable strategy to improve concrete durability”, Appl.
Microbiol. Biotechnol. Vol. 100, no. 7, hal. 2993-3007.
Wei, S., Cui, H., Jiang, Z., Liu, H., He, H., Fang, N., (2015), “Biomineralization Processes of Calcite Induced by Bacteria Isolated from Marine Sediments”, Brazilian Journal of Microbiology, Vol. 46, No. 2, hal. 455-464.
Xu, J., Wang, X., Zuo, J., Liu, X., (2018), “Self-Healing of Concrete Cracks by Ceramsite- Loaded Microorganisms, Advances in Materials Science and Engineering, hal. 1-8.
Zulaika, E., Prasetyo, E.N. dan Alami, N.H., 2019. Alternatif Perbaikan Retakan Rambut Struktur Beton Menggunakan Bakteri Karbonoklastik. Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat, Direktorat Jendral Penguatan Riset dan Pengembangan, Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi.
17 BAB VII LAMPIRAN
Biodata Tim Peneliti Ketua
a. Nama Lengkap : Dr. Enny Zulaika, MP.
b. NIP/NIDN : 19600901 198803 2 001/0009016006 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/Pembina Tk I/IVB d. Bidang Keahlian : Biokimia-Mikrobiologi
e. Departemen/Fakultas : Biolog/FSAD ITS
f. Alamt Rumah dan No. Tlp. : Perum ITS Blok T-11 Surabaya/ 082231804534 g. Riwayat penelitian 1. Alternatif perbaikan retakan rambut pada struktur
beton menggunakan bakteri karbonoklastik (Ketua), 2019-2020
2. Pemanfaatan limbah media tumbuh jamur (baglog) menjadi kompos yang diaplikasikan ke taman kampus ITS guna mendukung keberlanjutan program eco kampus (Ketua), 2019
h. Publikasi 1. Cellulase activity of cellulolytic bacteria isolated from Palangkaraya Central Kalimantan,
International Journal of Civil Engineering and Technology, 2018
2. The diversity of ureolytic bacteria isolated from limestone in East Java, Indonesia based on amino acid sequences encoded by ureC, Biodiversitas, 2019
i. Paten -
j. Tugas Akhir 1. Pengaruh jenis dan konsentrasi bakteri karbonoklastik terhadap kuat tekan beton yang memiliki retak rambut
2. Potensi bakteri endogenik lahan gambut sebagai biofertilizer dalam memperbaiki nutrisi lahan gambut
Tesis 1. Aplikasi spora bakteri karbonoklastik pada biobeton 2. Identifikasi dan penembahan kotoran hewan sebagai
biostimulan komposter limbah baglog
18 Anggota 1
a. Nama Lengkap : Dr.rer.nat. Maya Shovitri, MSi.
b. NIP/NIDN : 19690907 199803 2 001/ 00070969006 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/Pembina /IVA
d. Bidang Keahlian : Fisiologi Mikrobia e. Departemen/Fakultas : Biolog/FSAD ITS
f. Alamt Rumah dan No. Tlp. : Perum. Sukolilo Park Regency/ 085785616896
g. Riwayat penelitian 1. Pengaruh Pengolahan Awal (Pretreatment) Kulit Kopi Menggunakan Mikroorganisme Terhadap Produksi Biogas (Anggota), 2019
2. Rehabilitasi Pantai dari Limbah Plastik dengan Mikroba Ramah Lingkungan (Ketua), 2016
h. Publikasi -
i. Paten -
j. Tugas Akhir -
Tesis -
Anggota 2.
a. Nama Lengkap : Nur Hidayatul Alami,S.Si.,M.Si b. NIP/NIDN : 19850501 201212 2 001/ 0001058504 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor/Penata Muda Tk I/IIIC
d. Bidang Keahlian : Mikrobia Lingkungan e. Departemen/Fakultas : Biolog/FSAD ITS
f. Alamt Rumah dan No. Tlp. : JL. Veteran No. 56 Gresik/081330433930 g. Riwayat penelitian 1. Terobosan Baru: Marine Yeast Layak Menjadi
Biofertilizer Komersial (Ketua), 2016.
2. Biofertilizer Unggul dan Komersial dari Marine Yeast dan Bakteri (Ketua), 2017
h. Publikasi -
i. Paten -
j. Tugas Akhir -
Tesis -
Anggota 3.
a. Nama Lengkap : Candra Irawan, ST. MT
b. NIP/NIDN : 199008232015041001/ 0023089001 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Asisten Ahli / Penata Muda Tk. I / IIIB d. Bidang Keahlian : Struktur
e. Departemen/Fakultas : Teknik Sipil/ FTPK ITS
f. Alamt Rumah dan No. Tlp. : RT 04/RW 05 Suci, Jubel Lor, Sugio, Lamongan g. Riwayat penelitian Studi Perilaku Daktilitas Tiang Pancang Beton Berongga
Pratekan (Spun Pile) Dengan Beton Pengisi (Ketua), 2019
19
h. Publikasi 1. Properti Mekanik Tarik Baja Wire 3.2 mm dan PC Bar 7.1 mm Sebagai Tulangan Pada Tiang
Pancang Beton Pratekan Spun Pile. SPEKTRA:
Jurnal Fisika dan Aplikasinya
2. The Effect Of The Presence of Infilling Concrete on Flexural Performance of Spun Pile – An
Experimental Study, Jurnal Teknologi
i. Paten -
j. Tugas Akhir - Evaluasi Kekuatan Tiang Pancang Jenis Spun Pile Diameter 400 Mm di Bawah Pengaruh Beban Lentur Murni dan Aksial Dengan Bantuan Program Finite Element
Tesis -
DATA USULAN DAN PENGESAHAN PROPOSAL DANA LOKAL ITS 2020
1. Judul Penelitian
OPTIMASI KINERJA ENDOSPORA BAKTERI HIDROKARBONOKLASTIK SEBAGAI BAHAN ADITIF UNTUK MENINGKATKAN KUAT TEKAN BETON
Skema : PENELITIAN LABORATORIUM
Bidang Penelitian : Sains Fundamental
Topik Penelitian : Teknologi Pengolahan Mineral Strategis berbahan baku lokal dan Eksplorasi potensi material baru
2. Identitas Pengusul Ketua Tim
Nama : Dr. Dra. Enny Zulaika M.P.
NIP : 196001091988032001
No Telp/HP : 082231804534
Laboratorium : Laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Departemen/Unit : Departemen Biologi
Fakultas : Fakultas Sains dan Analitika Data Anggota Tim
No Nama Lengkap Asal Laboratorium Departemen/Unit Perguruan Tinggi/Instansi
1 Dr. Dra. Enny Zulaika M.P.
Laboratorium Mikrobiologi dan
Bioteknologi
Departemen Biologi ITS
2
Dr.rer.nat., Ir.
Maya Shovitri M.Si
Laboratorium Mikrobiologi dan
Bioteknologi
Departemen Biologi ITS
3
Nur Hidayatul Alami S.Si.,
M.Si.
Laboratorium Mikrobiologi dan
Bioteknologi
Departemen Biologi ITS
4 Candra Irawan S.T., M.T.
Laboratorium Beton dan Bahan Bangunan
Departemen Teknik
Sipil ITS
3. Jumlah Mahasiswa terlibat : 2 4. Sumber dan jumlah dana penelitian yang diusulkan
a. Dana Lokal ITS 2020 : 50.000.000,-
b. Sumber Lain : 0,-
Jumlah : 50.000.000,-
Tanggal Persetujuan
Nama Pimpinan
Pemberi Persetujuan
Jabatan Pemberi Persetujuan
Nama Unit Pemberi Persetujuan
QR-Code
09 Maret 2020
Prof. Dr. Drs Agus Rubiyanto
M.Eng.Sc.
Kepala Pusat
Penelitian/Kajian/Unggulan Iptek
Sains Fundamental
09 Maret 2020
Agus Muhamad Hatta , ST, MSi,
Ph.D
Direktur
Direktorat Riset dan Pengabdian
Kepada Masyarakat
