• +6221 4288 5430
  • +62 8118 242 558 (BIC-JKT)
  • +62 8118 242 462 (BIC-INA)
  • info@bic.web.id

Produksi Urease dari Bakteri Laut Pengendap Karbonat Oceanobacillus sp.


Abstrak

Biogrouting adalah teknologi yang mensimulasikan proses diagenesis yaitu transformasi butiran pasir menjadi batuan pasir (calcarinite/sandstone). Oceanobacillus sp. diketahui menghasilkan urea yang memiliki potensi untuk mensimulasikan proses tersebut. Proses biogrouting dimanfaatkan untuk perbaikan struktur tanah dengan daya dukung rendah. Sehingga, urease perlu diproduksi sebagai material (grout) yang ramah lingkungan pada proses biogrouting menggantikan semen kimia.

Deskripsi

Grout adalah material konstruksi yang terdiri dari suspensi (semen, tanah, lempung, pozzolan, bentonite dan lain-lain) bahan kimia seperti silikat, uretan, urea, akrilamid yang digunakan sebagai pengeras (Van Paasen, 2008). Proses pengisian material konstruksi pada pori dan celah diantara partikel tanah dengan kedalaman tertentu dikenal sebagai grouting. Grouting dapat digunakan untuk memperbaiki struktur tanah karena pengendapan grout dapat mengubah karakter fisik tanah (Xanthakos et al, 1994; Karol, 2003). Sampai saat ini grouting untuk tujuan rancang bangun dilakukan secara kimia menggunakan presipitasi silika (waterglass) (Van Paasen, 2008). Silika secara spontan dapat mengendap ketika dicampur dengan asam bikarboksilat. Reaksi ini merupakan kelemahan grouting secara kimia, karena hanya dapat diaplikasikan pada titik injeksi terdekat dengan tanah yang diperbaiki strukturnya (Hammes et al, 2002)

            Di Indonesia metode grouting secara biologi (biogrouting) mulai dikembangkan lima tahun terakhir. Biogrouting merupakan teknologi yang mensimulasikan proses diagenesis, yaitu transformasi butiran pasir menjadi batuan pasir (Lisdiyanti, 2011). Secara alami, proses ini memerlukan waktu hingga jutaan tahun. Menurut Van Paasen (2008) proses diagenesis tersebut dapat dipercepat menggunakan bakteri penghasil urease.

            Aplikasi bakteri laut sebagai material grout telah banyak dilakukan (Lisdiyanti, 2011). Keterbatasan faktor abiotik, seperti pH dan suhu menyebabkan kurang optimalnya proses biogrouting (Hames et al, 2003b). Penelitian yang dilakukan oleh Keikha et al (2012) menggunakan isolat bakteri laut (Bacillus sp.) menunjukkan bahwa aplikasi secara langsung pada pasir kurang efisien dalam proses diagenesis. Hal ini disebabkan isolat Bacillus sp. sulit masuk ke dalam pori-pori tanah.

            Kaltwasser (1972) dan Ramakhrisnan et al (2001) menyebutkan bahwa salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi dan meminimalisir dampak terhadap lingkungan adalah memafaatkan urease sebagai material grouting. Urease merupakan enzim yang dihasilkan oleh bakteri laut pengendap karbonat. Urease berperan sebagai katalisator dan tidak bersifat toksik (Fujita et al., 2000; Mobley et al., 1995).

            Pentingnya urease dalam proses biogrouting dan sampai sekarang belum ada penelitian mengenai produksi urease sebagai material grout, (Chu et al, 2012) maka dalam penelitian ini dilakukan produksi melalui metode isolasi, purifikasi dan karakterisasi, serta aplikasinya dalam proses  biogrouting.

Pendekatan yang umum dilakukan pada proses biogrouting adalah dengan menginjeksikan bahan sintetik, seperti semen, epoksi akrilamid, fenoplast, silikat dan poliuretan  ke dalam pori-pori tanah untuk mengikat partikel tanah (Xanthakos et al, 1994; Karol, 2003).  Namun hal ini dapat menyebabkan tanah menjadi toksik, sehingga dapat membahayakan ekosistem. Diharapkan produk urease hasil penelitian ini mampu menggantikan grout secara kimia, sehingga kerusakan alam dapat diminimalisir. Pada aplikasinya, teknologi ini diharapkan dapat memperbaiki kondisi tanah berpasir yang terdapat pada kawasan pesisir, sehingga dapat mengurangi kerusakan infrastruktur akibat erosi, abrasi dan turunnya permukaan tanah (settlement).

Presipitasi Kalsium Karbonat (CaCO3) oleh bakteri merupakan fenomena alam yang biasa terjadi di berbagai lingkungan geologis, dari mata air panas sampai ke lingkungan laut dan gua (Boquet et al, 1973). Bakteri pembentuk karbonat tersebut misalnya Micrococcus sp., Bacillus subtilis, Bacillus pasteurii atau Sporosarcina pasteurii, Deleya halophila, Halomonas eurihalina, dan Myxococcus xanthus (Rivadeneyra et al, 1991; 1996; 1998; Tiano et al, 1999; Castanier et al, 2000; Bang et al, 2001; Rodrigues-Navarro et al, 2003; Whiffin et al, 2007).

Berbagai jenis bakteri mampu mempresipitasikan kristal karbonat polimorfik (kalsit, aragonit, dolomit, dan lain-lain) dengan jumlah, ukuran dan tipe yang berbeda, tergantung pada jenis bakteri dan pertumbuhannya(Chakraborty et al., 1994). Berdasarkan  hasil Scanning Electron Micrograph (SEM) Gambar 2.5 merupakan kalsit dengan struktur kristal berbentuk heksagonal dan rombohedral, serta bersifat stabil secara termodinamika. 


Keunggulan Teknologi

No.

Kelebihan

Kelemahan

1.

Ramah Lingkungan

Masih direkomendasikan sebagai material struktur pondasi dangkal

2.

Komponen kimiawi lebih stabil dan aman digunakan (organik)

Biaya produksi cukup mahal*

3.

Flexibilitas cukup tinggi, karena secara alami dapat mengeraskan/memperbaiki struktur tanah disekitar injeksi (bio aktif)

Kekuatan rekat lebih kecil dari semen kimiawi

4.

Menggunakan teknologi nano

Harga lebih tinggi

5.

Penyimpanan aman

 

6.

Tidak membutuhkan waktu lama untuk bereaksi setelah injeksi*

 

7.

Sangat cocok digunakan sebagai material struktur pondasi dangkal dan pesisir yang umumnya memiliki daya dukung tanah yang rendah

 


Potensi Aplikasi

Menurut Drew (1910) terdapat sekelompok bakteri yang berkontribusi terhadap pembentukan kalsit. Pembentukan kalsit ditentukan oleh 3 parameter yaitu konsentrasi kalsium, konsentrasi karbonat, dan pH lingkungan (Hammes and Verstraete, 2002; Hammes et al., 2003a and b). Kalsit (CaCO3) dihasilkan dari presipitasi karbonat yang dapat ditemukan di bebatuan seperti batu  marmer dan batu  pasir, di perairan maupun di daratan (Hammes and Verstraete, 2002).

Bakteri biogrouting toleran terhadap konsentrasi urea dan kalsium yang tinggi. Bakteri ini menghasilkan urease dengan aktivitas tinggi. Bakteri penghasil urease dapat dikelompokkan menjadi 2 kelompok berdasarkan responnya terhadap amonium yaitu (1) aktivitas ureasenya dipengaruhi oleh keberadaan amonium (Pseudomonas aeruginosa, Alcaligenes autrophus, Bacillus megaterium (Kaltwasser et al., 1972), Klebsiella aerogenes (Friedrich and Magasanik, 1977)) dan  (2) aktivitas ureasenya tidak dipengaruhi oleh amonium (Sporosarcina pasteurii (Bacillus pasteurii), Proteus vulgaris, Helicobacter pylori). Beberapa tahun terakhir bakteri dari genus Sporosarcina (Bacillus) telah mulai diaplikasikan pada proses biogrouting karena mempunyai aktivitas urease yang tinggi dan tidak patogen (Fujita et al, 2000; Mobley et al, 1995).

Aplikasi  Biogrouting

Pertumbuhan populasi dunia membutuhkan lahan yang sesuai untuk pembangunan infrastruktur pendukung. Hal tersebut dibatasi oleh ketersediaan tanah dengan kondisi yang baik. Saat ini, lebih dari separuh populasi dunia bermukim di kawasan bertanah rapuh (weak soil), seperti di delta, pesisir atau tepian sungai. Kondisi tanah tersebut memiliki lapisan air tanah yang dangkal, tersusun oleh gambut, lempung atau pasir, sehingga mengakibatkan, erosi, abrasi pantai, dan tanah longsor (Van Paasen, 2008).