Pembentukan kalsit ditentukan oleh 3 parameter yaitu konsentrasi kalsium, konsentrasi karbonat dan pH lingkungan (Hammes dan Verstraete, 2002; Hammes et al., 2003a dan b). Pada Gambar 2.1, proses injeksi dapat dilakukan dengan menggunakan teknik grouting kimia yaitu jet grouting (Karol, 2003). Penerapan teknik ini memerlukan penggunaan alat berat (Gambar 2.1 a) yang menyuntikkan nat ke dalam struktur tanah yang akan diperbaiki (Gambar 2.1 b).
Teknik grouting ini secara signifikan mengurangi permeabilitas tanah yang diolah, sehingga menghambat aliran air tanah dan membatasi injeksi (Gambar 2.1d) (Van Paassen, 2008). Biogrouting secara alami dapat meningkatkan pH dan menciptakan kondisi jenuh tinggi yang penting untuk pengendapan kalsit. Hal ini karena reaksi ini mengubah kondisi lingkungan suatu sistem (misalnya dengan meningkatkan pH), sehingga menghambat proses kompetitif lainnya (Pikuta et al. 2007).
Selain itu, proses pengendapan kalsit dengan hidrolisis urea lebih umum digunakan dibandingkan metode alternatif lainnya karena lebih cepat menciptakan kondisi lingkungan yang sangat jenuh (De Jong et al. Pengendapan kalsit merupakan fungsi dari konsentrasi sel, kekuatan ionik, dan pH medium. (Lappin-Scott 1998 dan Deo 1997. Dalam air laut, pengendapan kalsit merupakan hasil reaksi amonium karbonat (produk penguraian bahan organik bernitrogen) dengan kalsium sulfat, yang sudah terdapat dalam air laut (Ramakrishnan et al, 2000 ).
Gambar 2.4 menunjukkan aktivitas metabolisme Sporosarcina pasteurii, suatu spesies bakteri tanah alkalifilik.
Bakteri yang Berperan dalam Biogrouting
Urease adalah enzim yang mengandung nikel yang mengkatalisis urea untuk menghasilkan CO2 dan amonia, yang menyebabkan peningkatan pH lingkungan, mengendapkan ion mineral (Ca2+ dan CO32-) menjadi CaCO3 (Van Paasen, 2008). Metabolisme bakteri heterotrofik mempengaruhi proses pengendapan CaCO3 secara pasif (Krumbein, 1972) dan secara aktif (Cañaveras et al., 2001). Pada presipitasi pasif, jalur metabolisme seperti amonifikasi asam amino, reduksi nitrat, hidrolisis urea dan reduksi sulfat akan meningkatkan pH lingkungan sekitar dan menghasilkan ion karbonat dan bikarbonat.
Proses kimia yang terjadi dapat dipengaruhi oleh empat faktor utama yaitu: (a) konsentrasi kalsium (Ca2+), (b) konsentrasi karbon anorganik terlarut, (c) pH dan (d) ketersediaan tempat nukleasi (Baskar et al., 2006; Kile dkk., 2000; Sanchez-Moral dkk., 1999). Berbagai jenis bakteri mampu mengendapkan kristal karbonat polimorfik (kalsit, aragonit, dolomit, dll) dengan jumlah, ukuran dan jenis yang berbeda-beda, tergantung pada jenis bakteri dan pertumbuhannya (Chakraborty et al., 1994). Berdasarkan hasil Scanning Electron Micrograph (SEM) Gambar 2.5 merupakan kalsit dengan struktur kristal heksagonal dan belah ketupat serta stabil secara termodinamika.
Urease
Pertumbuhan Bakteri Biogrout
Metode yang Digunakan
- Optimasi dan Uji Aktifitas Urease
- Isolasi dan Purifikasi Urease
- Karakterisasi Urease Elektroforesis SDS-PAGE
- Produksi Urease
- Aplikasi Urease pada Biogrouting
Metode pengendapan protein menggunakan amonium sulfat Ekstrak protein kasar yang dihasilkan dari proses sentrifugasi diendapkan dengan amonium sulfat. Setelah proses pengendapan diperoleh endapan protein yang kemudian disuspensikan kembali dengan bantuan buffer garam fosfat hingga diperoleh endapan protein sebanyak 10 ml. Titik isoelektrik merupakan suatu daerah tertentu dimana protein tidak mempunyai perbedaan muatan atau jumlah muatan positif dan negatifnya sama, sehingga tidak bergerak bila ditempatkan dalam medan listrik.
Pertama, siapkan 9 tabung reaksi yang bersih dan kering, kemudian masukkan 1 ml urease ke dalam masing-masing tabung reaksi. Protein yang telah diberi perlakuan dengan deterjen yang mengandung ion kuat seperti natrium dodesil sulfat (SDS) dan reduktor akan mengalami eliminasi struktural (Weaver, 2005). Larutan dicampur dan dipipet perlahan ke atas pelat kaca hingga berjarak 1,5 cm dari permukaan kaca, kemudian didiamkan sekitar 15-20 menit.
Sampel yang telah dipanaskan pada suhu 100°C selama 3 menit dicampur dengan buffer sampel, kemudian 12 μl sampel dimasukkan ke dalam sumur. Setelah pemisahan, gel dikeluarkan dari kaca objek dan kemudian direndam dalam larutan fiksatif (25% metanol + 12% asam asetat) selama 1 jam. Setelah dicuci dengan aquabider, gel direndam dalam larutan pewarna perak nitrat (larutan AgNO 3 37% + formaldehida) selama 30 menit kemudian dibilas cepat dengan aquabider selama 2 x 20 detik.
Pewarna berlebih dihilangkan dengan larutan penghilang noda (larutan Na2CO3 + 37% formaldehida) sampai pita protein yang jelas diamati dengan latar belakang yang relatif jelas. Bakteri yang digunakan untuk aplikasi biogrouting merupakan bakteri yang mempunyai aktivitas enzim paling tinggi diantara isolat lainnya. Kemudian siapkan pasir laut yang masih segar dalam cetakan, lalu timbang massa pasirnya.
Pasir diolah dengan metode injeksi langsung (De Jong et al, 2006), dengan volume urease masing-masing 10 mL.
Analisis Data
Menurut Lisdiyanta (2010), isolat P3BG43 diambil dari daerah dataran tinggi (±4000 m dpl) yang mempunyai tekanan udara rendah sehingga suhu lingkungan juga rendah. Berdasarkan penelitian pendahuluan, isolat P3BG43 teridentifikasi sebagai Oceanobacillus sp, dengan ciri fenotipik antara lain bentuk batang pipih (ukuran 0,3-2.2x1.2-7.0 µm), motil dengan flagela tipe lateral membentuk endospora, tahan panas (tidak bernomor lagi). ). sebagai satu dalam satu sel sporangium) dan memberikan reaksi positif terhadap uji urease. Isolat P3BG43 dipilih karena diketahui mempunyai aktivitas urease tertinggi berdasarkan metode Weatherburn (1967) yang dimodifikasi (Gambar 3.1).
Optimasi pertumbuhan bakteri biogrout dilakukan dengan menumbuhkan isolat pada medium B4 dan B4 yang dimodifikasi menggunakan urin (urin B4). Reaksi spontan yang terjadi karena adanya air (H₂O) mengubah amonia (NH₃) menjadi amonium (NH₄⁺) dan karbon dioksida (CO₂) yang akan menyeimbangkan reaksi kimia tersebut sehingga membentuk asam karbonat, ion bikarbonat, dan ion karbonat. Peningkatan pH disebabkan oleh ion hidroksil yang terbentuk akibat produksi NH₄⁺ melebihi ketersediaan Ca²⁺.
Optimasi pertumbuhan bakteri dilakukan dengan mengkondisikan 2 jenis media, memvariasikan nilai pH 3-9 dan pada suhu 25°C dan 29°C. Pengaturan kondisi medium, pH dan suhu dilakukan dengan asumsi masih sesuai pada saat produk biogrout diaplikasikan ke lingkungan. Berdasarkan analisis data menggunakan General Linear Model diketahui bahwa suhu 25°C dan pH 7 merupakan kondisi optimal untuk pertumbuhan bakteri biogrouting (Gambar 4.1).
Diketahui nilai P lebih rendah dari 0,05 (p<0,05) (tolak H0, terima H1) yang berarti pH dan suhu berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri biogrout. Berdasarkan analisis data menggunakan model linier umum, pertumbuhan bakteri pada urin B4 (Gambar 4.2) menunjukkan nilai p kurang dari 0,05 (p<0,05,ᾱ(alpha) 5%). Gambar tersebut menunjukkan bahwa urine pada medium B4 berpengaruh nyata terhadap pertumbuhan bakteri (terima H0 tolak H1).
Berdasarkan hasil analisis data diketahui waktu optimal untuk pertumbuhan bakteri adalah pada jam ke-12 hingga jam ke-13.
Isolasi dan Purifikasi Urease
Presipitasi Protein Menggunakan Amonium Sulfat Presipitasi protein dilakukan untuk memisahkan crude
Isoelektrik Point
Karakterisasi Urease Elektroforesis SDS-PAGE
Berdasarkan pita protein yang terlihat pada gel poliakrilamida dengan gel pemisah 7%, gel susun 3%, tegangan listrik 120 volt 28 A dan elektroforogram pewarnaan gel dengan Coomassie blue diperoleh sembilan pita protein dengan berat molekul 440-500 kDa ( Gambar 4.5). Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Jones dan Mobley (1989) bahwa berat molekul urease adalah 440-480 kDa. Enzim yang akan digunakan untuk aplikasi biogrouting adalah enzim yang mempunyai aktivitas paling tinggi pada tahap optimasi.
Berdasarkan hasil pengujian, aktivitas urease tertinggi dihasilkan oleh bakteri yang ditumbuhkan pada media urea B4 sebesar 70,21 unit/ml, sedangkan isolat yang ditumbuhkan pada urin B4 sebesar 51,74 unit/ml. Pada media B4 urea, bakteri optimal tumbuh pada pH 7 suhu 25°C sedangkan media urin B4 optimal tumbuh pada pH 8 suhu sama. a) (b) Gambar 4.6 Produksi urease 4.4 Penggunaan urease dalam biogrouting. Berdasarkan hasil pengamatan (Tabel 4.1) terjadi peningkatan nilai pH pasir dan permukaan pasir setelah perlakuan injeksi urease mulai rata dan mengeras.
Terdapat perbedaan hasil antara kontrol (tidak disuntik urease) dan pasir yang disuntik urease dari media urin B4 dan B4. Diduga laju sementasi disebabkan oleh banyaknya aktivitas urease yang dihasilkan. a) (b) Gambar 4.7 Aplikasi biogrutting Tabel 4.1 Pengendalian parameter aplikasi biogrutting.
33 BAB V
Kesimpulan
Saran
Halaman ini sengaja dikosongkan”
