biosintesis nanopartikel silika (sio2) dari sekam … · mikroba dengan melibatkan reaksi enzimatis...

BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL

SILIKA (SiO2) DARI SEKAM OLEH Fusarium oxysporum

IRMA ROSIANA ELIZABETH

DEPARTEMEN BIOKIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

ABSTRAK

IRMA ROSIANA ELIZABETH. Biosintesis dan Karakterisasi Nanopartikel

Silika dari Sekam oleh Fusarium oxysporum. Dibawah bimbingan LAKSMI

AMBARSARI dan YUSMANIAR

Nanopartikel silika memiliki kelebihan diantaranya yaitu, luas permukaan

besar, ketahanan panas, kekuatan mekanik dan inert sehingga digunakan sebagai

prekursor katalis, adsorben, dan filter komposit. Biosintesis merupakan metode

dalam mensintesis nanopartikel melalui sel mikroba dengan melibatkan reaksi

enzimatis. Penelitian ini bertujuan menghasilkan produk biosintesis nanopartikel

silika oleh F.oxysporum dengan optimasi fase pertumbuhan dan jumlah substrat

berupa sekam. F.oxysporum ditumbuhkan dalam kondisi pH media 4-6, suhu

inkubasi 27ºC, dan sistem aerasi 200 rpm. Keberadaan enzim ekstraseluler

F.oxysporum dilihat berdasarkan kemampuannya dalam mereduksi silika yang

terkandung dalam sekam. Jumlah substrat optimum ditentukan dengan dua

perlakuan yaitu 5 gram dan 2.5 gram sekam. Pemanenan biomassa F.oxysporum

dilakukan pada jam ke-72, yaitu saat sel memasuki fase stasioner berdasarkan

kurva pertumbuhan. Hasil analisis SEM untuk kedua jenis perlakuan jumlah

substrat menunjukkan partikel terlihat beragregat satu dengan lainnya dan

memiliki ukuran partikel relatif tidak berbeda, dengan variasi ukuran antara 200-

1000 nm. Tiga puncak tertinggi ditemukan dalam spektrum absorbsi FTIR, yaitu

berada pada 3408.18 cm-1

untuk gugus H2O, 1639.04 cm

-1 untuk gugus CO3

2-, dan

1078.71 cm-1

untuk gugus Si-O-Si. Sekam dengan perlakuan F.oxysporum

mengalami perubahan struktur dari bentuk dasar (amorphous) dan

mengindikasikan berbentuk nanopartikel silika kristalin (crystoballite)

berdasarkan analisis XRD.

ABSTRACT

IRMA ROSIANA ELIZABETH. Nanoparticle Silica Biosynthesis of Rice Husks

by Fusarium oxysporum and Its Characterization. Under supervision of LAKSMI

AMBARSARI and YUSMANIAR.

Silica nanoparticles have many advantages such as large surface, heat

resistance, mechanical strength, and inert. Therefore has been used as a precursor

catalyst, an adsorben, and a composit filter. Biosynthesis is a method to find the

nanoparticles through enzymatical mechanism from microbe. This research aims

to produce the silica nanoparticles by F.oxysporum with a phase growth and an

amount of rice husk as substrate optimization. F.oxysporum is grown in a media

pH 4-6, incubation temperature 27ºC, and 200 rpm aeration system. The presence

of extracellular enzymes F.oxysporum views based on their ability in reducing the

silica which is contained in the rice husk. The number of optimum substrate is

determined by the two treatments, 2.5 gram and 5 gram of rice husks. The

F.oxysporum biomass has been harvested in 72th hour, when the cells entered the

stationary phase based on the growth curve. SEM analysis results for both types of

treatments shows the number of particles agregate each other and have undifferent

particle size with variations in size between 200-1000 nm. The three highest

peaks are found in the FTIR absorption spectrum which is located at peaks

3408.18 cm-1

for the group H2O, peaks 1639.04 cm-1

for the group CO32-

, and

peaks 1078.71 cm-1

for the group Si-O-Si. The husk with F.oxysporum treatment

indicated to be changed from the structure basic forms (amorphous) to the

crystalline silica nanoparticles (crystoballite) based on XRD analysis.

BIOSINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL

SILIKA (SiO2) DARI SEKAM OLEH Fusarium oxysporum

IRMA ROSIANA ELIZABETH

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Biokimia

DEPARTEMEN BIOKIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

Judul : Biosintesis dan Karakterisasi Nanopartikel Silika (SiO2) dari Sekam

oleh Fusarium oxysporum

Nama : Irma Rosiana Elizabeth

NIM : G84061307

Disetujui

Komisi Pembimbing

Dr. Laksmi Ambarsari, MS Yusmaniar, MSi

Ketua Anggota

Diketahui

Dr. I Made Artika, M. App. Sc.

Ketua Departemen Biokimia

Tanggal Lulus:

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Irma Rosiana Elizabeth dan lahir di Jakarta pada

tanggal 17 Februari 1988. Penulis merupakan anak kedua dari dua bersaudara dari

Ibu Indriyani Diah Rahayu dan Ayah Popo Suherman. Pendidikan akademik

penulis dimulai pada tahun 1994 di SDN 10 Cakung Jakarta Timur, kemudian

melanjutkan ketingkat SMP di SMPN 234 Jakarta Timur. Setelah menamatkan

SMA di SMAN 89 Jakarta Timur, penulis melanjutkan kuliah di IPB melalui jalur

USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB).

Penulis memilih mayor Biokimia dan Ilmu komunikasi sebagai keahlian

pendukung (minor) pada tingkat kedua. Selama mengikuti perkuliahan, penulis

juga menjadi asisten praktikum untuk sejumlah mata kuliah seperti Biologi dasar,

Pengantar Penelitian Biokimia, Biokimia Klinis, Keteknikan Asam Nukleat dan

Protein, Metabolisme, serta Biokimia Umum. Selain itu, Penulis pernah menjalani

Praktik Lapang di Seksi Vaksin, Bidang Produk Biologi PPOMN, Badan POM

RI.

Laporan Praktik Lapangan: Uji Kontrol Kualitas Vaksin BCG, Sirih Merah

sebagai Obat anti Diabetes Melitus, Pemanfaatan Dedak Padi sebagai Pencegahan

Hiperlipidemia, dan Sup Instan Singkong merupakan beberapa karya ilmiah yang

pernah ditulis penulis.

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas nikmat, rahmat, dan

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan karya ilmiah

mengenai Biosintesis dan Karakterisasi Nanopartikel Silika dari Sekam oleh

Fusarium oxysporum. Penelitian ini telah berlangsung selama 6 bulan dari bulan

Maret hingga Agustus 2010. Tempat penelitian dilaksanakan di Laboratorium

Biokimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

Penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada Dr. Laksmi Ambarsari, MS

dan Yusmaniar, MSi selaku dosen pembimbing yang telah mengarahkan penulis

dalam penelitian ini. Tidak lupa pula penulis sampaikan ucapan terima kasih

kepada seluruh staf laboran di Laboratorium Biokimia atas bantuan yang telah

diberikan. Ucapan terima kasih yang paling besar penulis sampaikan kepada

kedua orang tua, mama dan aa Teten atas kasih sayang dan do’a yang tiada henti.

Karya ilmiah ini juga di dedikasikan untuk papa. Terima kasih juga untuk seluruh

keluarga di Cengkareng untuk mami Ina, papa Didi, mba Pipi, mba Dede, mami

Yanli, om Rudy, dan ka Iwan, untuk keluarga di Bandung, teman-teman Biokimia

43, untuk sahabat-sahabat di Ponah, Ratna Idola, Sheila, Sifa, Indri, Yuli, Evi,

Shabrina, Erni, dan Riri, serta semua Guru, keluarga, dan sahabat yang tidak bisa

disebutkan satu persatu, atas do’a, ilmu, dukungan, perhatian dan kasih sayangnya

selama ini.

Karya ilmiah ini tidak lepas dari kekurangan, sehingga penulis mengharapkan

adanya kritik dan saran dari pembaca. Akhir kata penulis berharap semoga skripsi

ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bogor, Januari 2011

Irma Rosiana Elizabeth

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... x

PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

TINJAUAN PUSTAKA

Nanoteknologi dan Nanopartikel ...................................................................... 2

Biosintesis Nanopartikel ................................................................................... 3

Fusarium Oxysporum ........................................................................................ 4

Pertumbuhan Sel Kapang .................................................................................. 5

Silika (SiO2) dan Sekam ................................................................................... 6

Metode Analisis Nanopartikel Silika ................................................................ 7

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat .................................................................................................. 9

Metode Penelitian ............................................................................................. 9

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Peremajaan dan Penumbuhan Isolat Cair Fusarium oxysporum ............10

Kurva Pertumbuhan dan Hasil Pemanenan Isolat Fusarium oxysporum .........12

Nanopartikel Silika sebagai Hasil Biosintesis oleh F.oxysporum....................13

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan ..........................................................................................................17

Saran ................................................................................................................17

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 17

LAMPIRAN .......................................................................................................... 20

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Mekanisme reduksi biosintesis nanopartikel Ag. .............................................. 3

2 Fusarium oxysporum. ........................................................................................ 5

3 Spora Aseksual Fusarium oxysporum. .............................................................. 5

4 Pertumbuhan spora kapang. ............................................................................... 6

5 Kurva pertumbuhan fungi. ................................................................................. 6

6 Pemrosesan padi ................................................................................................ 7

7 Skema kerja SEM. ............................................................................................. 8

8 Skema kerja FTIR. ............................................................................................. 9

9 Skema kerja XRD .............................................................................................. 9

10 F.oxysporum berumur 4 hari dalam media PDA ............................................. 11

11 Pengamatan mikroskopis F. oxysporum perbesaran 10x10. ............................ 11

12 F. oxysporum dalam PDL ................................................................................ 11

13 Kurva pertumbuhan F.oxysporum. .................................................................. 12

14 Proses pemurnian. ............................................................................................ 14

15 Hasil analisis SEM nanopartikel silika dengan 5 gram sekam. ........................14

16 Hasil analisis SEM sekam tanpa perlakuan F.oxysporum. ...............................14

17 Hasil analisis SEM silika gel perbesaran 1000 x. ............................................ 14

18 Hasil analisis FTIR. ..........................................................................................15

19 Hasil analisis SEM nanopartikel silika dengan 2.5 gram sekam .....................16

20 Puncak difraksi nanopartikel silika kristalin (crystoballite). ........................... 16

21 Puncak difraksi sekam tanpa perlakuan F.oxysporum. .................................... 16

22 Puncak difraksi produk biosintesis .................................................................. 16

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Komposisi media PDA dan media PDL ............................................................21

2 Bagan alur pembuatan media ............................................................................ 22

3 Bagan alur proses .............................................................................................. 23

4 Biosintesis nanopartikel .................................................................................... 24

5 Pertumbuhan F.oxysporum ............................................................................... 25

6 Data kurva pertumbuhan ................................................................................... 26

7 Spektrum absorbsi inframerah .......................................................................... 27

PENDAHULUAN

Nanoteknologi merupakan suatu studi

yang melibatkan partikel dengan dimensi

ukuran 100 nm atau kurang, yaitu

nanopartikel. Studi mengenai nanopartikel

khususnya nanopartikel logam saat ini sedang

berkembang pesat dan mendapat perhatian

yang lebih dari para peneliti karena

pemanfaatan yang luas dalam menciptakan

teknologi baru di bidang kimia, elektronika,

kesehatan, dan bioteknologi (Marlina 2008;

Moghaddam 2010). Nanopartikel silika

memiliki beberapa sifat diantaranya, luas

permukaan besar, ketahanan panas yang baik,

kekuatan mekanik yang tinggi, dan inert

sehingga digunakan sebagai prekursor katalis

(Benvenutti dan Yoshitaka 1998), sebagai

adsorben (Kalapathy et al. 2000), dan sebagai

filter komposit (Jamarun et al. 1997).

Berbagai metode dikembangkan dalam

sintesis nanopartikel. Secara umum, diketahui

terdapat 3 metode utama yang dikembangkan

dalam sintesis nanopartikel. Metode sintesis

tersebut diantaranya adalah sintesis secara

kimia, sintesis fisika, dan sintesis secara

biologi. Metode sintesis nanopartikel silika

secara fisika dan kimia telah dilakukan

Hadiyawarman et al. (2008) dan Fatmawati

(2010). Hadiyawarman et al. (2008)

menggunakan metode simple mixing, yaitu

dengan menggunakan resin berupa suatu

polimer epoxy dan perlakuan suhu. Metode

ini memerlukan perlakuan yang lebih sulit,

yaitu seperti suhu, waktu pemanasan,

pengadukan, dan penggunaan resin kimiawi.

Proses yang berlangsung sangat sensitif

terhadap lingkungan, bila nanosilika yang

dibuat memiliki kontak langsung dengan

lingkungan pada saat perlakuan pengadukan

menggunakan mixer, maka tidak terbentuk

nanopartikel yang baik (Hadiyawarman et al.

2008). Fatmawati (2010) memerlukan suhu

850ºC dalam waktu 6 jam untuk mengubah

sekam padi menjadi nanopartikel silika,

namun demikian hasil yang didapat adalah

silika berukuran mikrometer kemudian

dilanjutkan dengan perlakuan fisik dan kimia.

Perlakuan fisik miling selama 36 jam

menghasilkan nanopartikel silika kristalin

32.377 nm dan perlakuan kimia dengan

presipitasi HCL-NaOH menghasilkan

nanopartikel silika berukuran 31.375 nm.

Biosintesis dipertimbangkan sebagai

metode alternatif tanpa perlakuan sulit dalam

sintesis nanopartikel selain metode sintesis

secara kimia dan fisika. Proses ini

berlangsung ramah terhadap lingkungan,

bersih, nontoksik, dan merupakan metode

dengan prosedur dengan perlakuan yang lebih

mudah serta murah. Biosintesis nanopartikel

merupakan pengembangan teknologi baru

dengan menghasilkan nanopartikel melalui sel

mikroba dengan melibatkan reaksi enzimatis

(Moghaddam 2010).

Beberapa mikroorganisme memiliki

kemampuan untuk melakukan sintesis

nanopartikel logam, baik eukariot maupun

prokariot. Prokariot yang memiliki

kemampuan tersebut adalah bakteri, seperti

Pseudomonas aeruginosa dan Eschericia coli.

Eukariot yang mampu mensintesis

nanopartikel adalah fungi dan alga. Jenis

fungi yang dapat digunakan adalah Fusarium

oxysporum dan alga yang dapat digunakan

adalah Sargassum wightii (Moghaddam

2010).

Fusarium oxysporum dilaporkan sebagai

mikroorganisme dengan penanganan yang

lebih mudah bila dibandingkan dengan

mikroorganisme lain (Moghaddam 2010).

Fusarium oxysporum dapat digunakan untuk

menghasilkan nanopartikel logam. Fungi

tersebut dapat bertahan dan tumbuh dalam

konsentrasi ion logam yang tinggi, sehingga

memiliki ketahananan untuk melawan kondisi

ekstrim dalam sintesis nanopartikel.

Biosintesis nanopartikel logam dilakukan

dengan menggunakan perangkat yang terdapat

pada fungi tersebut (Duran et al. 2005).

Fusarium oxysporum mampu

menghasilkan enzim, toksin, polisakarida, dan

antibiotik secara ekstraseluler (Bilgrami dan

Dube 1976 dalam Sari 2006). Fusarium

oxysporum dikenal sebagai fungi penyebab

penyakit layu pembuluh dan bersifat patogen

bagi sebagian tanaman akibat toksin yang

dikeluarkan (Efendi et al. 2008). Enzim

ekstraseluler spesifik yang dihasilkan

Fusarium oxysporum mampu menciptakan

mekanisme dalam sintesis nanopartikel logam

dengan mereduksi substrat dalam proses

sintesis nanopartikel logam (Duran et al

2005).

Pemanfaatan Fusarium oxysporum untuk

biosintesis nanopartikel logam sedang

berkembang. Fusarium oxysporum dapat

digunakan untuk biosintesis nanopartikel

perak berukuran 20-50 nm (Duran et al.

2002), nanopartikel emas (Mukherjee 2002),

serta nanopartikel titania dan silika berukuran

5-15 nm (Bansal et al. 2005). Bansal et al.

(2005) memanfaatkan bahan alam berupa

pasir untuk sintesis nanopartikel silika.

Keberadaan silika (SiO2) dalam tanaman

gramineae telah diketahui sejak tahun 1938.

2

Padi (Oryza sativa) yang merupakan anggota

keluarga gramineae diketahui mengandung

silika. Soepardi (1982) mengatakan bahwa

kandungan silika tertinggi padi terdapat pada

sekam. Sekam padi dapat digunakan sebagai

sumber substrat dalam biosintesis

nanopartikel silika (SiO2). Sekam padi adalah

bahan pertanian berbasis limbah yang murah

dan kaya akan sejumlah silika. Proses

penggilingan gabah akan menghasilkan 16,3-

28% sekam dan sebanyak 16.98% silika

terkandung dalam sekam (Balai Penelitian

Pasca Panen Pertanian 2001). Material

anorganik silika yang terkandung dalam

sekam, berada dalam bentuk dasar

(amorphous silica) (Bansal 2006).

Sintesis silika secara kimia dan fisika tidak

hanya mahal dan membahayakan lingkungan,

tetapi juga membutuhkan kondisi yang lebih

sulit, yaitu perlakuan temperatur, tekanan, dan

pH ekstrim. Penelitian mengenai pemanfaatan

sekam yang merupakan limbah pertanian

sebagai sumber substrat silika oleh Fusarium

oxysporum dan biotransformasinya menjadi

nanopartikel silika kristalin belum banyak

dilakukan. Penelitian mengenai biosintesis

nanopartikel silika dari sekam oleh Fusarium

oxysporum perlu dilakukan.

Penelitian ini bertujuan menghasilkan

produk biosintesis berstruktur silika kristalin

dan berbentuk nanopartikel silika dengan

optimasi fase pertumbuhan dan jumlah

substrat. Karakterisasi nanopartikel silika

berdasarkan ukuran untuk analisis SEM

(Scanning Electron Microscope), komposisi

kimiawi untuk analisis FTIR (Fourier

Transformer Infrared Spectroscopy), dan

struktur untuk analisis XRD (Xray

Difraction). Hipotesis penelitian ini adalah

terdapat enzim ekstraseluler F.oxysporum

yang dapat mereduksi silika dari sekam padi

dan karakterisasi produk biosintesis berupa

silika berukuran nano. Hasil penelitian ini

diharapkan dapat digunakan sebagai data awal

dalam optimasi perlakuan biosintesis

nanopartikel silika dari sekam oleh

F.oxysporum dan dilanjutkan ke skala

produksi yang lebih besar.

TINJAUAN PUSTAKA

Nanoteknologi dan Nanopartikel

Konsep nanoteknologi pertama kali

diperkenalkan oleh seorang ahli Fisika

bernama Richard P. Feyman dalam suatu

kuliah perkumpulan ahli Fisika di Amerika

pada tahun 1979. Eric Drexler kemudian

memperkenalkan konsep nanoteknologi

kepada masyarakat luas melalui buku yang

bejudul Engines of Creation pada pertengahan

tahun 1980 (Park 2007).

Website resmi NASA memberikan definisi

mengenai nanoteknologi, yaitu merupakan

teknologi dalam pembentukan bahan

fungsional, sumber, dan sistem melalui

pengaturan berdasarkan skala atau ukuran (1-

100 nm) dan didapatkan dengan pemanfaatan

fenomena umum, secara fisika, kimia, serta

biologi dalam skala yang lebih besar.

Nanoteknologi didefinisikan sebagai

teknologi dalam skala atom dengan dimensi

kurang dari 100 nanometer dalam kamus

bahasa inggris Oxford. Kata depan nano-

berasal dari bahasa yunani, yang berarti satu

nanometer sama dengan 10-9

meter. Produk

yang dihasilkan dalam pemrosesan melalui

nanoteknologi berdasarkan ukuran partikel

dan berdasarkan definisi sebelumnya adalah

nanopartikel. Nanopartikel dianggap sebagai

bahan dengan dimensi ukuran kurang dari 100

nm. Luas permukaan nanopartikel dibuat

sangat besar sehingga ukuran partikelnya

menjadi sangat kecil, yaitu kurang dari 100

nm. Luas permukaan menentukan ukuran,

struktur, dan ukuran agregasi partikel (Park

2007).

Nanopartikel dapat dihasilkan dalam tiga

bentuk yaitu: (1) nanopartikel alami, (2)

nanopartikel antropogenik, dan (3)

nanopartikel buatan. Nanopartikel alami

terbentuk secara sendirinya serta mencakup

bahan yang mengandung nanokomponen dan

kemungkinan ditemukan di atmosfir seperti

garam laut yang dihasilkan oleh evaporasi air

laut kedalam bentuk spray air, debu tanah, abu

vulkanik, sulfat dari gas biogenik, dan bahan

organik dari gas biogenik. Kandungan dari

masing-masing nanopartikel alami tersebut di

dalam atmosfer bergantung kepada kondisi

bumi. Nanopartikel antropogenik merupakan

nanopartikel yang terbentuk secara kebetulan

dihasilkan dalam bentuk bahan bakar fosil.

Nanopartikel antropogenik lain berada dalam

bentuk asap dan partikulat yang dihasilkan

dari oksidasi gas, seperti sulfat dan nitrat.

Sedangkan, nanopartikel buatan merupakan

nanopartikel yang dibentuk untuk tujuan

tertentu dan kemungkinan ditemukan dalam

satu atau beberapa bentuk yang berbeda (Lead

2007; Park 2007).

Nanopartikel dapat berbentuk logam,

mataloid oksida, dan karbon. Nanopartikel

anorganik yang paling sederhana adalah

logam. Nanopartikel logam termasuk silika,

aluminium, perak, emas, tembaga, nikel,

kobalt, dan besi, bersifat potensial untuk

3

dimanfaatkan dalam berbagai bidang aplikasi

(Park 2007).

Nanopartikel digunakan melalui

pemanfaatan yang luas untuk menemukan

teknologi baru di bidang kimia, elektronika,

kesehatan, dan bioteknologi. Nanopartikel,

khususnya nanopartikel logam dimanfaatkan

dalam berbagai aplikasi, seperti antimikroba,

optika, elektronika, biomedis, biosensor,

biolabel, biofiltrasi, magnetika, mekanika,

katalis, bioremediasi, pereduksi limbah

industri, dan sumber energi (Marlina 2008;

Moghaddam 2010). Aplikasi tersebut juga

termasuk pembuatan baterai, remediasi tanah,

dan bahan pembuatan peledak (Park 2007).

Aplikasi nanopartikel yang luas berimplikasi

dengan banyaknya metode yang

dikembangkan dalam sintesis nanopartikel

logam.

Biosintesis Nanopartikel

Secara umum, diketahui terdapat 3 metode

utama yang dikembangkan dalam sintesis

nanopartikel logam, diantaranya sintesis

secara kimia, sintesis fisika, dan sintesis

secara biologi (Moghaddam 2010). Sintesis

nanopartikel secara biologi (biosintesis)

dipertimbangkan sebagai metode paling baik

dalam membuat nanopartikel, daripada

metode sintesis secara kimia dan fisika. Hal

tersebut dikarenakan sintesis nanopartikel

secara biologi memiliki nilai pemanfaatan dan

komersil yang lebih tinggi, memiliki

simpanan reduktan yang banyak, energi yang

dikeluarkan lebih sedikit, serta nilai produksi

yang tinggi. Produksi nanopartikel dalam

skala besar dengan menggunakan metode

kimia dan fisik biasanya menghasilkan

partikel yang lebih besar dalam ukuran

mikrometer, metode sintesis nanopartikel

secara biologi dapat menghasilkan

nanopartikel yang baik dalam skala besar.

Biosintesis juga merupakan metode yang

lebih disarankan daripada kedua metode

lainnya karena prosesnya bersifat bersih,

nontoksik, murah, dan ramah lingkungan.

Pertimbangan perlakuan kondisi juga perlu

diperhatikan, bahwa metode fisika

memerlukan temperatur tinggi dan metode

kimia membutuhkan tekanan tinggi. Hal

tersebut menandakan metode sintesis

nanopartikel secara fisik dan kimia

memerlukan kondisi yang lebih sulit

dibandingkan dengan biosintesis nanopartikel

(Moghaddam 2010).

Biosintesis nanopartikel merupakan

pengembangan teknologi baru dengan

menghasilkan nanopartikel logam dari sel

mikroba serta melibatkan reaksi enzimatis.

Biosintesis nanopartikel berlangsung dalam

mekanisme khusus yang bervariasi meliputi,

sistem efluksi, reaksi oksidasi-reduksi,

bioabsorpsi, bioakumulasi, presipatsi logam,

dan sistem transport spesifik logam. Salah

satu mekanisme untuk membuat nanopartikel

logam, adalah dengan menggunakan enzim

spesifik yang dapat mereduksi, seperti NADH

reduktase (Moghaddam 2010).

Assay protein dalam biosintesis

nanopartikel Ag menunjukkan bahwa NADH

reduktase diketahui sebagai enzim yang

terlibat dalam proses biosintesis nanopartikel

logam dan merupakan faktor penting yang

bertanggung jawab dalam proses biosintesis.

Reduktase memperoleh elektron dari NADH

dan mengoksidasinya menjadi NAD+,

kemudian reduktase mereduksi NO3- menjadi

NO2-. Enzim ini di dalam F.oxysporum

berkonjugasi dengan donor elektron bernama

anthraquinon. Enzim ini kemudian mereduksi

ion logam dan mengubahnya menjadi bentuk

lain (Gambar 1) (Duran et al. 2005;

Moghaddam 2010).

Enzim reduktase yang dihasilkan

F.oxysporum dalam biosintesis nanopartikel

silika bersifat spesifik, F.monoliforme tidak

menghasilkan enzim ekstraseluler yang

dipergunakan dalam biosintesis nanopartikel

silika (Bansal et al. 2002). Nanopartikel silika

yang terbentuk kemungkinan adalah produk

dari pertukaran elektron oleh reduktase

spesifik F.oxysporum. Biosintesis dengan

mempergunakan enzim ekstraseluler ini

berlangsung dalam beberapa menit, sehingga

biosintesis dapat menghasilkan nanopartikel

dalam proses yang cepat (Duran et al. 2005;

Moghaddam 2010).

Ag+

Ag

Gambar 1 Mekanisme reduksi biosintesis

nanopartikel Ag.

4

Berdasarkan enzim pereduksi yang

dihasilkan mikroba, teknik biosintesis

nanopartikel logam diklasifikasikan menjadi

biosintesis intraseluler dan biosintesis

ekstraseluler. Biosintesis secara intraseluler

melaksanakan proses sintesis yang

berlangsung di dalam sel. Proses detoksifikasi

logam berbahaya dimediasikan oleh suatu

reaksi enzimatis yang berlangsung melalui

bioreduksi. logam dan terjadi di dalam sel.

Melalui mekanisme tersebut, nanopartikel

didapatkan dari sel dengan metode tertentu

(Moghaddam 2010).

Proses reduksi tidak terjadi di dalam sel

mikroba pada biosintesis ekstraseluler dari

nanopartikel logam. Pereaksi biologis

dibutuhkan untuk bioreduksi dalam bentuk

biolikuid. Enzim yang berperan dalam

bioreduksi disekresikan keluar sel. Air yang

telah menyimpan biomassa selama sehari

digunakan dalam metode biosintesis

ekstraseluler. Pereaksi biologis berupa enzim

dibebaskan oleh biomassa kedalam air steril.

Air steril yang mengandung enzim tersekresi

digunakan sebagai reduktan untuk mereduksi

ion logam dan menciptakan nanopartikel

logam (Moghaddam 2010).

Biosintesis ekstraseluler memiliki dua

keuntungan. Proses tambahan diperlukan

untuk mendapatkan nanopartikel yang berada

dalam biomassa dalam metode intraseluler,

yaitu dengan ultrasound atau reaksi kimiawi

dengan menggunakan detergen. Biosintesis

ekstraseluler tidak perlu dilakukan proses

tersebut. Biosintesis ekstraseluler dianggap

sebagai proses yang lebih murah.

Keuntungan-keuntungan tersebut yang

membuat metode biosntesis ekstraseluler,

lebih banyak digunakan bagi pengembangan

proses ekstraseluler dalam biosintesis logam

(Moghaddam 2010).

Beberapa mikroorganisme memiliki

kemampuan dalam mensintesis nanopartikel

logam, baik eukariot maupun prokariot.

Prokariot yang memiliki kemampuan tersebut

adalah bakteri. Sedangkan mikroorganisme

eukariot yang mampu mensintesis

nanopartikel adalah fungi dan alga. Meskipun

banyak mikroorganime yang dapat digunakan,

fungi F.oxysporum dilaporkan sebagai

mikroorganisme dengan penanganan yang

lebih mudah bila dibandingkan dengan

mikroorganisme lain (Moghaddam 2010).

Fusarium Oxysporum

Fungi adalah organisme dengan sel-sel

berinti sejati (eukariot), biasanya berbentuk

benang, bercabang-cabang, tidak berklorofil,

dan dinding selnya mengandung kitin serta

selulosa. Fungi merupakan organisme

heterotrof, absortif, dan membentuk beberapa

macam spora. Bagian vegetatif fungi biasanya

berupa benang-benang yang disebut sebagai

hifa. Kumpulan benang-benang hifa disebut

miselium. Fungi dapat bereproduksi aseksual

melalui spora aseksual (konidia) dan

reproduksi seksual melalui spora seksual.

Berdasarkan sistem reproduksinya, fungi

dibedakan atas beberapa kelas, diantaranya

askomikotina, basidiomikotina, oomikotina,

dan deuteromikotina (Semangun 1996 dalam

Sari 2006).

Deuteromikotina merupakan cendawan

tingkat tinggi yang mempunyai hifa bersekat.

Jenis fungi ini memiliki karakteristik dengan

tidak diketahui siklus reproduksi seksualnya,

sehingga dikenal dengan fungi imperfek.

Salah satu fungi yang tergolong

deuteromikotina adalah Fusarium sp

(Semangun 1996 dalam Sari 2006).

Fusarium oxysporum masuk kedalam kelas

Deuteromikotina, ordo Hypomiseta atau

Monilia. Fusarium oxysporum masuk

kedalam famili Tuberkulariceae dengan letak

konidia pada sporodochium. Fusarium

oxysporum juga termasuk kedalam kelompok

Fragmonospora, yaitu memiliki konidia satu

atau lebih, berseptat, bening atau berwarna,

dan berbentuk sabit atau kumparan

(Thompson dan Lim 1995 dalam Sari 2005).

Fusarium oxysporum yang merupakan

spesies yang dapat tumbuh dalam lingkung

anaerob ini biasanya ditumbuhkan pada

medium PDA (Potato Dextrose Agar) dan

dapat mencapai diameter 3.5-5.0 cm. Miselia

tampak banyak seperti kapas, kemudian

menjadi seperti beludru, berwarna putih atau

salem dan biasanya sedikit keunguan yang

tampak lebih kuat dekat permukaan medium

(Gandjar et al.1999) (Gambar 2).

Fusarium oxysporum dalam siklus

hidupnya mengalami fase patogenesa dan

saprogenesa atau merupakan saprofit tanah

tetapi dapat bersifat patogen bagi banyak

tumbuhan. Fungi ini hidup sebagai parasit

pada tanaman inang yang masuk melalui luka

akar, kemudian patogen berkembang dalam

jaringan tanaman. Spesies ini dapat diisolasi

dari biji atau serealia, kacang tanah, kacang

kedelai, buncis, kapas, pisang, umbi bawang,

kentang, jeruk, apel, dan bit (Gandjar et

al.1999).

Fusarium oxysporum menghasilkan

beberapa macam bentuk spora aseksual yaitu,

makrokonidia, mikrokonidia, dan

klamidospora (Gambar 3). Mikrokonidia

5

merupakan bentuk spora yang yang paling

sering dihasilkan dalam semua keadaan. Spora

ini bersepta 0 hingga 2, terbentuk lateral pada

fialid yang sederhana, atau terbentuk pada

fialid yang terdapat pada konidiofor

bercabang pendek, umumnya terdapat dalam

jumlah banyak sekali, terdiri dari aneka

bentuk dan ukuran, berbentuk elips sampai

silindris, lurus atau sedikit bengkok, dan

berukuran (5.0x12.0)x(2.2-3.5) μm.

Makrokonidia merupakan spora yang sangat

khas terdapat pada galur Fusarium sp.

Makrokonidia terbentuk pada fialid yang

terdapat pada konidiofor bercabang, bersepta

3-5, berbentuk fusiform, sedikit membengkok,

meruncing pada kedua ujungnya dengan sel

kaki berbentuk pediselata, umumnya bersepta

3, dan berukuran (20)27-(46)50x3.0-4.5(5)

μm. Klamidospora terdapat dalam hifa atau

dalam konidia, berwarna hialin, berdinding

halus atau sedikit kasar, berbentuk semibulat

dengan diameter 5.0-15 μm., terletak terminal

atau interkalar, dan berpasangan atau tunggal

(Booth 1971).

Gambar 2 Fusarium oxysporum.

Gambar 3 Spora Aseksual Fusarium

oxysporum (a) makrokonidia

(b) konidiofor (c) fialid (d)

mikrokonidia (e)

Khlamidospora.

Fusarium oxysporum mampu

menghasilkan enzim, toksin, polisakarida, dan

antibiotik secara ekstraseluler (Bilgrami dan

Dube 1976 dalam Sari 2006). Fusarium

oxysporum dikenal sebagai fungi penyebab

penyakit layu pembuluh dan bersifat patogen

bagi sebagian tanaman akibat toksin yang

dikeluarkan (Efendi et al. 2008). Enzim

spesifik disekresikan oleh Fusarium

oxysporum diluar sel (ekstraseluler). Enzim

yang ekstraseluler tersebut dapat mereduksi

substrat tertentu (Sari 2006).

Pertumbuhan Sel Kapang

Definisi pertumbuhan didalam sudut

pandang mikrobiologi adalah pertambahan

volume sel karena adanya pertambahan

protoplasma dan asam nukleat yang

melibatkan sintesis DNA dan pembelahan

mitosis (Gandjar et al. 2006). Pertumbuhan

volume sel tersebut bersifat irreversibel,

artinya tidak dapat kembali ke volume

semula. Benang-benang hifa yang terbentuk

membuktikan terjadi pertumbuhan pada suatu

sel kapang (Gandjar et al. 2006).

Pertumbuhan sel kapang berawal dari

sesuatu yang semula tidak terlihat, yaitu suatu

spora atau konidia, menjadi benang-benang

hifa (Gambar 4). Benang-benang hifa yang

dapat terlihat secara makroskopik disebut

miselium. Miselium menyebabkan timbulnya

kekeruhan pada media cair dalam waktu

tertentu. Kekeruhan media berbanding lurus

dengan pertambahan biomassa miselium

kapang dan dapat digambarkan dengan kurva

pertumbuhan (Gandjar et al. 2006).

Kurva pertumbuhan diperoleh dengan

menghitung kekeruhan media dalam waktu

tertentu. Kurva pertumbuhan umumnya

melewati beberapa fase, antara lain: (1) fase

lag, (2) fase akselerasi, (3) fase eksponensial,

(4) fase deselerasi, (5) fase stasioner, dan (6)

fase kematian (Gambar 5). Fase-fase yang

dilewati suatu sel dalam kurva pertumbuhan

tersebut dapat memberikan informasi

mengenai faktor-faktor lingkungan yang

mempengaruhi pertumbuhan suatu biomassa

sel kapang di dalam media, seperti suhu

optimum, derajat keasaman optimum,

perlakuan substrat, dan aerasi. Selain itu,

informasi mengenai waktu saat enzim-enzim

ekstraseluler dikeluarkan untuk menguraikan

senyawa-senyawa kompleks serta nutrien-

nutrien juga dapat diketahui (Gandjar et al.

2006).

Kapang mengeluarkan enzim ekstraseluler

ke lingkungan untuk mengurai substrat yang

kompleks agar memperoleh nutrien-nutrien

6

yang diperlukan. Secara umum, nutrien yang

diperlukan dalam bentuk karbon, nitrogen,

sulfur, fosfor, kalium, magnesium, natrium,

kalsium, natrium mikro (besi, mangan, zinc,

kobalt, molibdenum) dan vitamin. Karbon

menempati posisi yang unik karena semua

organisme hidup memiliki karbon sebagai

salah satu pembangun tubuh (Gandjar et al.

2006).

Kapang adalah mikroorganisme heterotrof

karena tidak memiliki kemampuan untuk

mengoksidasi senyawa karbon. Senyawa

karbon yang dapat dimanfaatkan kapang

untuk membuat materi sel baru berkisar dari

molekul sederhana, seperti asam organik, gula

terikat alkohol, polimer rantai pendek, dan

panjang yang mengandung karbon. Senyawa

kompleks, seperti karbohidrat, protein, lipid,

dan asam nukleat juga dapat dimanfaatkan

kapang sebagai sumber karbon (Gandjar et al.

2006).

Gambar 4 Pertumbuhan spora kapang.

Gambar 5 Kurva pertumbuhan fungi (1)fase

lag ,(2) fase akselerasi, (3) fase

eksponensial, (4) fase deselarasi.

(5) fase stasioner, (6) fase

kematian.

Silika (SiO2) dan Sekam

Silika merupakan material yang tersedia di

alam dan secara kuantitatif memiliki jumlah

yang melimpah. Tanaman berperan secara

signifikan dalam siklus biogeokimia silika.

Silika berada di dalam tanah berbentuk silika

larut air (H4SiO4). Tanaman menyerap silika,

dipolimerisasi dan dipresipitasi menjadi

bentuk silica amorphous. Beberapa

karbohidrat dan protein tanaman diketahui

memiliki peran dalam polimerisasi biosilika

menjadi bentuk silica amorphous sama

dengan bentuk silika yang terdapat di biosfer.

Tanaman mati akan meninggalkan silika

kembali kedalam tanah dan berlangsung

aktivitas mikrobial (Soepardi 1982).

Silika terakumulasi dalam bentuk phytolit

yang merupakan bentuk primer dari silica

amorphous (SiO2 dengan 5-15% H2O).

Berbagai jenis tanaman baik dikotil maupun

monokotil memproduksi phytolit. Jenis

tanaman dikotil yang memprodukisi phytolit

diantaranya mytaceae, casuarinaceae,

proteaceae, xantorhoeceae, dan mimosceaee.

Jenis tanaman monokotil yang memproduksi

phytolit adalah equistaceae dan gramineae

(Bansal 2006).

Keberadaan silika (SiO2) dalam tanaman

gramineae telah diketahui sejak tahun 1938.

Padi (Oryza sativa) yang merupakan anggota

keluarga gramineae dan diketahui

mengandung silika. Menurut Soepardi (1982),

kandungan silika tertinggi pada padi terdapat

pada sekam bila dibandingkan dengan bagian

tanaman padi lain seperti helai daun, pelepah

daun, batang, dan akar. Sekam dalam padi

(gramineae) merupakan lapisan keras yang

membungkus kariopsis butir gabah, terdiri

atas dua belahan yang disebut lemma dan

palea yang saling bertautan. Sekam akan

terpisah dari butir beras dan menjadi bahan

sisa pertanian atau limbah penggilingan pada

proses penggilingan padi (Bansal 2006)

(Gambar 6). Proses penggilingan gabah akan

dihasilkan 16,3-28% sekam. Sekam

dikategorikan sebagai biomassa yang dapat

digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti

bahan baku industri, pakan ternak, dan energi

(Balai Penelitian Pasca Panen Pertanian

2001).

Ditinjau dari komposisi kimiawinya,

sekam mengandung beberapa unsur penting

seperti terlihat pada Tabel 1. Sebanyak

16.98% silika terkandung dalam sekam.

Material anorganik silika yang terkandung

dalam sekam, berada dalam bentuk dasar

(amorphous silica) (Balai Penelitian Pasca

Panen Pertanian 2001; Bansal 2006).

Komposisi kimiawi sekam selain silika adalah

selulosa. Sebanyak 34.34 - 43.80% selulosa

terkandung dalam sekam (Laksmono 2000).

Selulosa merupakan suatu matriks serat

polisakarida yang memiliki monomer berupa

D-glukosa dengan subunit monomer berupa

selobiosa (Hawab 2004)

7

Gambar 6 Pemrosesan padi (a) hasil

pemrosesan padi (b) serbuk

sekam hasil penggilingan

Tabel 1(a) Komposisi kimiawi sekam

Komponen Kandungan (%)

Kadar air 9.02

Protein kasar 3.03

Lemak 1.18

Serat kasar 35.68

Abu 17.71

Karbohidrat kasar 33.71

Karbon (zat arang) 1.33

Hidrogen 1.54

Oksigen 33.64

Silika (SiO2) 16.98

Sumber : Balai Penelitian Pasca Panen

Pertanian (2001).

Tabel 1(b) Komposisi kimiawi sekam

Komponen Kandungan (%)

H2O 2.40-11.35

Crude protein 1.70-7.26

Crude fat 0.38-2.98

Ekstrak nitrogen bebas 24.70-38.79

Crude fiber 31.37-49.92

Abu 13.16-29.04

Pentosa 16.94-21.95

Selulosa 34.34-43.80

Lignin 21,40-46.97

Sumber : Ismunadji (1988) dalam Laksmono

(2000).

Komposisi kandungan kimia seperti yang

di deskripsikan dalam Tabel 1, sekam antara

lain dapat dimanfaatkan untuk (1) bahan baku

industri bahan bangunan, terutama kandungan

silika (SiO2) yang dapat digunakan untuk

campuran pada pembuatan semen, bahan

isolasi, husk-board dan campuran pada

industri bata merah; (2) sumber energi panas

karena kadar selulosanya cukup tinggi

sehingga dapat memberikan pembakaran yang

merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan

jenis (bulk density) 125 kg/m3, dengan nilai

kalori 3.300 kkal/ kg sekam (Balai Penelitian

Pasca Panen Pertanian 2001).

Silika adalah material anorganik yang

penting. Silika secara khusus digunakan pada

berbagai aplikasi, seperti resin, penyaring

molekuler, pembantu peran katalis, dan

pengisi dalam pembuatan polimer. Selain itu,

saat ini silika sedang dikembangkan dalam

bidang aplikasi biomedis (Bansal 2006).

Silika yang dikembangkan saat ini, adalah

silika sebagai bahan nanostrukur anorganik

yang berpori. Silika berbentuk nanopartikel

memiliki beberapa kelebihan sebagai partikel

berdensitas rendah, partikel yang bersifat

stabil secara termal, dan juga sebagai struktur

yang dapat dikemas dalam bentuk kapsul,

serta tahan terhadap proses mekanik dalam

aplikasi pemanfaatnnya (Bansal 2006).

Nanopartikel silika memiliki beberapa sifat

diantaranya, luas permukaan besar, ketahanan

panas yang baik, kekuatan mekanik yang

tinggi, dan inert sehingga digunakan sebagai

prekursor katalis (Benvenutti dan Yoshitaka

1998), sebagai adsorben (Kalapathy et al.

2000), dan sebagai filter komposit (Jamarun et

al. 1997).

Metode Analisis Nanopartikel Silika

Produk sintesis berupa nanopartikel silika

dari bahan dasar sekam dianalisis dengan

menggunakan tiga jenis instrumentasi, yaitu

SEM (Scanning Electrone Microscope), FTIR

(Fourier Transformer Infrared

Spectroscopy)., dan XRD (Xray Diffraction).

Analisis SEM, FTIR, dan XRD dapat

menentukan bahwa produk biosintesis

berukuran nano, berkomposisi kimiawi silika,

dan berstruktur nanopartikel silika kristalin

sudah terbentuk atau belum.

Scanning electrone microscope (SEM)

SEM adalah jenis mikroskop elektron yang

mampu menampilkan gambar permukaan

objek pengamatan dengan resolusi gambar

yang tinggi. SEM digunakan untuk

pengamatan detail permukaan objek. Sistem

a.

b.

8

kerja SEM terdiri dari sumber cahaya

elektron, sistem lensa, detektor, dan layar TV

(Balaz 2008).

SEM bekerja melalui mekanisme kerja

sehingga mampu menghasikan tampilan

gambar objek amatan. Gambar 7

menggambarkan mekanisme kerja SEM.

Sumber cahaya elektron dihasilkan didalam

suatu penembak elektron yang berbentuk

filamen pemanas berupa tabung tanpa udara.

Sumber cahaya elektron ini dipercepat dan

difokuskan oleh sistem lensa magnetik yang

berada diatas objek. Elektron dikumpulkan

oleh detektor, diubah dalam bentuk voltase

(energi listrik), kemudian disebar (Balaz

2008). Elektron dengan cepat mengenai

permukaan objek untuk menginduksi radiasi-

radiasi yang membentuk suatu bayangan yang

dapat diperagakan melalui suatu tabung sinar

katode. Proses yang terjadi didalam tabung

katode mirip pembentukan gambar televisi.

Objek yang akan dilalui radiasi elektron

sebelumnya telah difiksasi dan dilapisi dengan

logam berat seperti emas didalam hampa

udara untuk mencegah distorsi (Dharmaputra

1989).

Hasil pencitraan SEM lebih baik bila

dibandingkan dengan mikroskop cahaya

konvensional. SEM memiliki jangkauan

pandang yang luas terhadap objek yang

diamati sehingga menghasilkan gambar detail

permukaan objek yang sangat jelas. Struktur

permukaan objek lebih terlihat curam dari

pada hasil pencitraan mikroskop cahaya

konvensional yang terlihat datar, sehingga

SEM mampu mencitrakan objek dengan

kontras yang baik (Balaz 2008).

Gambar 7 Skema kerja SEM.

SEM memiliki resolusi yang jauh lebih

tinggi bila dibandingkan mikroskop cahaya

kovensional. Hal tersebut dikarenakan SEM

mempergunakan sumber cahaya berupa

elektron yang memiliki energi sangat besar

beberapa ribu elektronvolt, energi tersebut

1000 kali lebih kuat bila dibandingkan dengan

energi yang dihasilkan dari cahaya tampak (2-

3Ev). Resolusi SEM yang baik membuat SEM

memiliki daya pisah hingga 50 nm dan dapat

memperbesar bayangan hingga 8000-400000

kali (Balaz 2008).

FTIR (Fourier Transformer Infrared

Spectroscopy)

Metode spektroskopi Inframerah (IR)

didasarkan kepada absopsi cahaya IR oleh

suatu molekul. Metode ini berguna untuk

menentukan gugus fungsional suatu sampel.

Jika suatu molekul ditempatkan di dalam

suatu daerah elektromagnetik (sinar

inframerah), akan terjadi perubahan bentuk

energi dari daerah elektromagnetik ke

molekul. Kemampuan molekul dalam

mengabsorpsi radiasi berdasarkan sifat khas

masing-masing molekul, yaitu perubahan

dalam tingkat loncatan energetik elektron,

pergerakan getaran dari atom, dan rotasi suatu

molekul (Hendrayana et al. 1994; Balaz

2008).

Sumber radiasi (Z) pada FTIR berupa laser

inframerah. Cahaya inframerah memiliki

energi yang lebih rendah bila dibandingkan

dengan ultraviolet dan sinar tampak. Hal

tersebut menentukan tebal sampel (S) yang

dipakai, tebal Sampel yang dipakai pada FTIR

lebih tipis daripada spektrofotometer lainnya,

yaitu sekitar 0.02 mm. Sampel (S) berupa

padatan digerus dalam mortar bersama KBr

kering dalam jumlah sedikit (0.5-2 mg sampel

dengan 100 mg KBr kering). Campuran

tersebut dipres diantara dua sekrup memakai

kunci, kemudian terbentuk tablet sampel tipis

yang diletakkan di tempat sel FTIR dengan

lubang mengarah ke sumber radiasi (Z).

Sampel dibiarkan terkena radiasi IR didalam

FTIR. Radiasi dari sumber (Z) pergi melalui

contoh (S) dan lewat melalui prisma (P).

Prisma (P) merupakan tempat terjadi

pemisahan komponen cahaya monokromatik

(Gambar 8). Rotasi perlahan prisma

menghasilkan suatu radiasi dengan frekuensi

yang berbeda-beda, kemudian radiasi tersebut

jatuh pada detektor. Detektor (D) dapat

merekam frekuensi dan aliran radiasi (R).

Spektrum (peaks) yang tergambar bergantung

kepada absorpsi dan frekuensi radiasi. Alat

berupa Analaog Digital Converter digunakan

9

untuk menghubungkan antara instrumen

dengan komputer. Hasil peaks terlihat didalam

monitor sesuai dengan gugus fungsi yang khas

untuk masing-masing molekul (Hendrayana et

al. 1994; Balaz 2008).

Gambar 8 Skema kerja FTIR.

XRD (X-Ray Diffraction)

Sinar X merupakan radiasi

elektromagnetik dengan panjang gelombang

10-10

m. Sinar ini terbentuk akibat pembagian

spektrum elektromagnetik antara sinar γ dan

ultraviolet. Sinar X mampu menyelidiki

struktur kristal dari suatu padatan pada tingkat

atomik. Bagian dalam suatu atom yang

merupakan suatu padatan berada di daerah

yang sama dengan panjang gelombang sinar

X, kemudian sinar X dapat melewati padatan.

Hal tersebut merupakan alasan mengapa sinar

X dipantulkan dari atom kedalam kristal

(Balaz 2008).

Difraksi sinar X membutuhkan sumber

cahaya, contoh yang belum diketahui, dan

sebuah detektor sebagai pengumpul sinar X

(Gambar 9). Hasil dari pengukuran difraksi

sinar X adalah pola yang digambarkan sebagai

sebagai garis (peaks) dengan intensitas yang

berbeda-beda. Posisi garis (peaks)

menjelaskan karakteristik contoh yang diamati

(Balaz 2008).

Gambar 9 Skema kerja XRD

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang dipergunakan dalam

penelitian ini adalah isolat fungi Fusarium

oxysporum (koleksi LIPI Biologi), sekam,

akuades steril, sejumlah fenol-kloroform dan

silika gel. Media yang dipergunakan adalah

media agar dekstrosa kentang (Potato

Dextrose Agar) yang terdiri atas 1000 mg/L

ekstrak kentang dengan 200 g/L kentang, 15

g/L agar kentang, dan 20 g/L dekstrosa dan

media agar dekstrosa cair (Potato Dextrose

Liquid) yang terdiri atas ekstrak kentang

dengan 200 g/L kentang, 20 g/L dekstrosa

dalam akuades steril. Beserta bahan tambahan

lain, seperti HCL dan NaOH.

Alat-alat yang digunakan, meliputi neraca

analitik OHAUS GA 200 Laminar Air Flow,

inkubator, inkubator bergoyang,

spektrofotometer Genesys 10UV, Beckman

High Speed Centrifuge, otoklaf TOMY High

Pressure Steam Sterilzer ES-315, serta

peralatan laboartorium yang biasa

dipergunakan di laboratorium mikrobiologi.

Selain itu, instrumen seperti Scanning

Electron Microscope (SEM), Transmission

Electron Microscope (TEM), serta X-Ray

Diffraction (XRD) juga digunakan untuk

katakterisasi nanopartikel.

Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dalam empat tahap

pengerjaan, yaitu meliputi: pembuatan media

pertumbuhan, peremajaan dan pembuatan

isolat cair Fusarium oxysporum, pembuatan

kurva pertumbuhan dan pemanenan isolat

Fusarium oxysporum, serta sintesis

nanopartikel silika. Penelitian dilakukan di

Laboratorium Biokimia FMIPA IPB,

Labortaorium Pusat Antar Universitas (PAU)

IPB, Laborartorium Fisika Program Material

Sains UI untuk analisis dengan SEM dan

XRD, serta Laboratorium Pengujian Balai

Besar Riset Pengolahan Produk dan

Bioteknologi Kelautan dan Perikanan, Badan

Riset Kelautan dan Perikanan-Kementarian

Kelautan dan Perikanan untuk FTIR.

Pembuatan media pertumbuhan

Media pertumbuhan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah media Potato Dekstrose

Agar (PDA) dan Potato Dekstrose Liquid

(PDL). Komposisi media PDA, yaitu 1000

ml/l air suling dengan 200 g/L kentang, 15

g/L agar kentang, dan 20 g/L dekstrosa.

Komposisi media PDL, yaitu 1000 ml/L air

suling dengan 200 g/L kentang, dan 20 g/L

dekstrosa. Antibiotik kloramfenikol

ditambahkan kedalam media sebanyak 250

mg/l (Dharmaputra et al. 1989).

Pembuatan PDA diawali dengan cara,

sejumlah kentang yang telah dibersihkan dari

kulitnya diiris sebesar dadu, kemudian

kentang direbus dengan air suling sampai

melunak. Air rebusan kentang yang disebut

sebagai ekstrak kentang disaring dengan

kertas saring, serta ditambahkan dekstrosa dan

agar. Pembuatan PDL dilakukan dengan cara

yang sama tanpa penambahan agar. pH media

diatur dengan penambahan NaOH dan HCl

sehingga didapatkan media PDA dengan pH 6

10

dan PDL dengan pH 4 (Sari 2006). Media

disterilisasi dengan autoklaf pada suhu 121oC

dan tekanan 1 atm selama 15 menit.

Peremajaan dan pembuatan isolat cair

Fusarium oxysporum.

Isolat Fusarium oxysporum yang akan

diremajakan diambil dengan menggunakan

coreborer dan dipindahkan kedalam cawan

petri berisi media PDA. Cawan ditutup dan

disegel menggunakan plastik wrap. Proses ini

dilakukan di dalam laminar air flow.

Fusarium oxysporum yang telah ditumbuhkan

pada media PDA, kemudian diinkubasi pada

suhu 27ºC selama 96 jam sampai fungi

memenuhi cawan petri.

Isolat stok Fusarium oxysporum yang

ditumbuhkan dalam PDA diinokulasikan

menggunakan coreborer pada labu

Erlenmeyer berisi 10 mL PDL yang

merupakan suatu inoculum starter. Hasil

inokulasi ditutup dengan kapas dan

alumunium foil steril. Inoculum starter

selanjutnya diinkubasi dengan inkubator

bergoyang dengan kecepatan 200 rpm pada

suhu 27ºC selama 12-18 jam.

Sebanyak 1% atau sebanyak 500 μL

inoculum starter diinokulasikan kedalam 50

mL media PDL. Hasil inokulasi ditutup

dengan kapas dan alumunium foil steril. Isolat

selanjutnya diinkubasi dengan inkubator

bergoyang dengan kecepatan 200 rpm pada

suhu 27ºC.

Pembuatan kurva pertumbuhan dan

pemanenan isolat Fusarium oxysporum

Fusarium oxysporum diukur biomassa

pertumbuhannya yang tumbuh dalam media

cair dekstrosa kentang (PDL) pada pembuatan

kurva pertumbuhan. Isolat Fusarium

oxysporum cair dalam PDL diukur optical

density (OD) dengan spektrofotometer pada

panjang gelombang 600 nm dan interval

waktu 12 jam, yaitu jam ke-0, 12, 24, 36, 48,

60, 72, 84, dan 96.

Isolat Fusarium oxysporum yang dipanen

adalah isolat yang telah ditumbuhkan pada

medium PDL dan diinkubasi dalam inkubasi

bergoyang dalam waktu sesuai informasi yang

didapatkan berdasarkan kurva pertumbuhan.

Setelah diinkubasi dilakukan pemanenan

fungi dengan menggunakan teknik

sentrifugasi pada kecepatan 6000 rpm selama

30 menit. Tahap selanjutnya adalah dilakukan

pencucian pelet menggunakan air destilata

untuk menghilangkan sisa media dan

kemudian dilakukan proses sentrifugasi pada

kecepatan 6000 rpm selama 30 menit.

Sintesis nanopartikel silika

Perlakuan pertama dilakukan dengan 50

mL air destilata yang mengandung 5 gram

sekam diautoklaf dalam labu Erlenmeyer 250

mL. Perlakuan kedua dilakukan dengan 50

mL air destilata yang mengandung 2.5 gram

sekam diautoklaf dalam labu Erlenmeyer 250

mL. Kemudian, biomassa Fusarium

oxysporum yang telah dipanen sebanyak 10

gram diresuspensikan dalam air destilata yang

mengandung sekam. Reaksi antara biomassa

fungi dilaksanakan di inkubator bergoyang

pada 200 rpm pada 27ºC selama 24 jam.

Suspensi difiltrasi sehingga dapat

dipisahkan antara miselia fungi dan sekam

dari komponen air (filtrat produk). Filtrat

yang didapat diberi perlakuan fenol-kloroform

(1:1) dan disentrifugasi pada 6000 rpm selama

10 menit untuk menghilangkan protein

ekstraseluler fungi dari pelarut cair.

Tahap selanjutnya adalah kristalisasi

nanopartikel silika, yaitu filtrat nanopartikel

silika dibuat dalam bentuk kristal dengan

teknik spray dry, sehingga diperoleh dalam

bentuk serbuk. Bubuk tersebut dikarakterisasi

dengan SEM, FTIR, dan XRD.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Peremajaan dan Penumbuhan Isolat

Cair Fusarium oxysporum

Peremajaan F.oxysporum merupakan

proses berkelanjutan yang dilakukan dengan

tujuan menjaga agar kondisi isolat kapang

yang dipergunakan masih dalam kondisi yang

baik. Kondisi tersebut diperoleh jika isolat

kapang tumbuh tanpa kontaminasi dan

tercukupi nutrisi pertumbuhannya. Fungi

Fusarium oxysporum membutuhkan media

tumbuh yang mengandung senyawa organik

sebagai sumber karbon, seperti karbohidrat,

asam organik, dan karbon dioksida (Gandjar

et al. 2006). Unsur karbon tersebut diperoleh

dari media PDA (Potato Dekstrose Agar).

Spora isolat F.oxysporum akan tertanam

dalam cawan petri berisi media PDA pada

proses peremajaan. Benang-benang hifa akan

terbentuk dalam 1-2 hari. Benang-benang hifa

terbentuk semakin banyak membentuk miselia

pada hari ke-4. Miselia berwarna putih dan

sedikit keunguan dengan diameter 3-5 cm di

hari ke-4 (Gambar 10).

Pemeriksaan mikroskopis akan

membuktikan bahwa benang yang tumbuh

adalah isolat F.oxysporum. Gambar 11

menunjukkan bahwa miselia merupakan

kumpulan dari benang-benang hifa dan

memiliki struktur berupa jaringan yang

11

terjalin. cabang-cabang hifa tumbuh dalam

jumlah yang tidak sedikit menjauhi hifa yang

pertama tumbuh. Gandjar et al. (2006)

mengatakan bahwa pada titik percabangan

hifa dapat terjadi lisis dinding sel

(anastomosis) sehingga protoplasma akan

mengalir ke semua sel hifa. Dalam kondisi

tersebut, miselia akan terbentuk dalam jumlah

yang banyak.

Masing-masing hifa memiliki lebar 5-10

μm (Pelczar & Chan 2008). Hal tersebut

dijadikan dasar untuk membedakan dengan

sel bakteri yang pada umumnya memiliki

diameter 1 μm. Karakteristik khas dari suatu

F.oxysporum bila dibandingkan dengan fungi

jenis lain ditunjukkan dalam Gambar 11

bahwa miselia terdiri dari hifa bersekat dan

terdapat nukleus. Pelczar & Chan (2008)

mengatakan bahwa sekat membagi hifa

menjadi sel berisi nukleus tunggal.

Hasil peremajaan yang tumbuh dengan

baik tanpa kontaminan berdasarkan

pemeriksaan mikroskopis dijadikan sebagai

inokulum. Inokulum merupakan sumber

bahan yang mengandung spora sel kapang dan

dengan sengaja ditambahkan pada substrat

(Gandjar et al. 2006). Sumber substrat yang

dipergunakan dalam pembuatan isolat cair

berasal dari media cair PDL (Potato

Dekstrose Liquid) dengan pH 4.

Gambar 10 F.oxysporum berumur 4 hari

dalam media PDA

Gambar 11 Pengamatan mikroskopis F.

oxysporum perbesaran 10x10.

Suatu inocoloum starter dipersiapkan

terlebih dahulu dalam pembuatan isolat cair.

Inocoloum starter berfungsi dalam

mengaktifkan isolat F.oxysporum didalam

media PDL, sehingga diharapkan

F.oxysporum sudah siap untuk tumbuh. 4/5

bagian ruang kosong labu Erlenmeyer

dipersiapkan dalam pembuatan suatu

inocoloum starter. 4/5 bagian ruang kosong

labu Erlenmeyer merupakan salah satu usaha

untuk memaksimalkan sistem aerasi dalam

penumbuhan F.oxysporum di media cair PDL.

Aerasi dilakukan karena F.oxysporum

merupakan organisme aerob, sehingga

persediaan oksigen yang cukup diperlukan

bagi pertumbuhan. Oksigen dibutuhkan untuk

melakukan reaksi enzimatis dan proses

respirasi (Sari 2006). Inocoloum starter

ditumbuhkan dalam kondisi suhu 27ºC dan di

aerasi dengan shaker orbital dengan

kecepatan 200 rpm selama 12-18 jam.

Inocoloum starter yang berumur 18 jam

akan terlihat keruh berwarna putih. Kekeruhan

dalam inocoloum starter mengindikasikan

bahwa terdapat miselia F.oxysporum yang

sudah siap untuk tumbuh. Inocoloum starter

diinoukulasikan sebanyak 1% dari jumlah

volume PDL, kemudian diinkubasi pada suhu

27ºC dan di aerasi dengan shaker orbital

dengan kecepatan 200 rpm.

Miselia akan terbentuk berupa suatu

benang-benang putih yang semakin lama

semakin menebal dan berwarna keunguan

dalam beberapa hari. Gandjar et al. (2006)

mengatakan hifa vegetatif tumbuh kedalam

medium cair seperti akar-akar yang

bercabang. Miselia tumbuh di dalam media

seperti benang tebal, berwarna keunguan, dan

menyebabkan warna media yang semula

bening berubah menjadi keruh serta berwarna

keunguan (Gambar 12).

Gambar 12 F. oxysporum dalam PDL

(a)biomassa miselia (b) isolat

cair

a b

12

Kurva Pertumbuhan dan Hasil Pemanenan

Isolat Fusarium oxysporum

Kurva pertumbuhan memberikan informasi

mengenai pertumbuhan jumlah isolat kapang

F.oxysporum yang tumbuh pada waktu-waktu

tertentu sesuai dengan fase-fase yang

dilewatinya. Kurva pertumbuhan dapat

menentukan fase pertumbuhan optimum bagi

Fusarium oxysporum dalam menghasilkan

enzim ekstraseluler yanga mampu mereduksi

substrat tertentu. Kurva pertumbuhan

F.oxysporum dibuat dengan menghubungkan

Optical Density (OD) dengan berbagai

interval waktu pengamatan.

Optical Density (OD) ditentukan

berdasarkan kekeruhan media yang diukur

dengan instrumen berupa spektrofotometer

pada panjang gelombang 600 nm.

Spektrofotometer bekerja berdasarkan hukum

Lambert-Beer yaitu menghitung banyaknya

energi radiasi gelombang cahaya yang tidak

diteruskan atau yang diserap oleh kekeruhan

media. Cahaya yang diserap media

berbanding lurus dengan pertumbuhan sel

kapang.

Kurva pertumbuhan F.oxysporum dibuat

dengan interval waktu 12 jam (Gambar 13).

Warna media yang semula bening mulai

berubah menjadi keruh pada jam ke-12,

sehingga mengindikasikan bahwa pada jam

ke-12 terjadi fase lag dan akselerasi. Fase lag

adalah fase penyesuaian sel-sel dengan

lingkungannya, sedangkan fase akselerasi

adalah fase saat sel bersiap untuk aktif

membelah (Gandjar et al. 2006). Peningkatan

OD sangat pesat terjadi pada jam ke-24 dan

ke-36. Fase eksponensial terjadi pada jam ke-

12 sampai ke-36. Fase eksponensial

merupakan fase perbanyakan jumlah sel yang

sangat banyak dan aktivitas sel meningkat

(Gandjar et al. 2006). Titik deselarasi terjadi

pada jam ke-48, dimulai dari titik ini biomassa

F.oxysporum dapat dipanen (Gandjar et al.

2006).

Gambar 13 Kurva pertumbuhan F.oxysporum.

Pemanenan biomassa F.oxysporum

dilakukan pada jam ke-72, yaitu saat sel

memasuki fase stasioner berdasarkan kurva

pertumbuhan yang diperoleh. Fase stasioner

ditentukan sebagai waktu panen bagi

F.oxysporum karena diharapkan pada fase

tersebut jumlah sel yang tumbuh relatif

seimbang, sehingga jumlah miselia yang

tumbuh relatif banyak (Gandjar 2006). Hal

tersebut juga sesuai dengan penelitian yang

dilakukan Bansal et al. (2002) dan Bansal et

al (2005), F.oxysporum ditumbuhkan selama

72 jam dalam kondisi aerasi pada kecepatan

shaker 200 rpm dan diinkubasi pada suhu

27ºC. (Mukherjee 2002) mengatakan bahwa

F.oxysporum yang ditumbuhkan pada jam ke-

72 telah terdapat keberadaan protein,

ditunjukkan dengan pita yang terbentuk dalam

elektroforesis. Pita elektroforesis dalam

penelitian tersebut mengindikasikan sejumlah

protein yang berasal dari biomassa

F.oxysporum.

Proses pemanenan biomassa F.oxysporum

dilakukan dengan mempergunakan teknik

sentrifugasi. Sentrifugasi merupakan suatu

teknik untuk memisahkan substansi

berdasarkan berat jenis molekul. Substansi

yang lebih berat akan berada di dasar,

sedangkan substansi yang lebih ringan akan

terletak di atas dalam teknik sentrifugasi. Hal

tersebut dapat terjadi karena adanya gaya

sentrifugal (Harjadi 2006).

Berat jenis biomassa F.oxysporum lebih

besar bila dibandingkan dengan media,

sehingga biomassa F.oxysporum menjadi

pelet yang terletak dibawah dan media

menjadi supernatan pada saat diberi gaya

sentrifugal dengan kecepatan 6000 rpm

selama 15 menit. Supernatan berupa media

PDA kemudian dipisahkan dari peletnya.

Pencucian pelet dengan akuades steril

dilakukan sebanyak dua kali. Hal tersebut

dilakukan agar biomassa F.oxysporum berupa

pelet bebas dari media PDL. F.oxysporum

yang telah dipanen dan bebas dari media PDL

kemudian siap diberikan substrat dalam

proses biosintesis.

Biomassa F.oxysporum sudah dapat diukur

bobotnya dalam 72 jam (3 hari), sebab sudah

terlihat jelas miselia yang menebal. Rata-rata

biomassa F.oxysporum yang terbentuk dalam

50 mL PDL adalah 9.834 gram bobot basah.

Bobot basah yang tumbuh berbeda-beda untuk

setiap ulangannya (Tabel 2). Inocoloum

starter F.oxysporum yang diinokulasikan

kedalam 50 mL PDL mengandung jumlah

benang-benang miselia yang relatif tidak sama

pada saat dipipet, hal tersebut yang

13

mempengaruhi perbedaan jumlah biomassa

yang tumbuh dalam isolat cair.

Sebanyak 9.834 gram bobot basah

biomassa dapat menghasilkan 0.361 gram

bobot kering. Penyusutan biomassa

F.oxysporum disebabkan karena komponen

utama sel adalah air (Gandjar et al. 2006). Air

yang terkandung di dalam sel akan teruapkan

ke udara pada proses pengeringan.

Tabel 2 Biomassa F. oxysporum dalam PDL.

Volume PDB

(mL)

Bobot basah

(g)

Bobot kering

(g)

50 13.780 0.221

50 10.632 0.371

50 5.091 0.491

Rata-rata 9.834 0.361

Nanopartikel Silika sebagai Hasil

Biosintesis oleh F.oxysporum

Biosintesis nanopartikel silika dilakukan

dengan menumbuhkan F.oxysporum dalam

media yang mengandung sekam padi sebagai

sumber silika sekaligus sebagai substrat bagi

pertumbuhan F.oxysporum. Sekam yang

mengandung 16.98% silika (Balai Penelitian

Pasca Panen Pertanian 2001) dapat diubah

menjadi nanopartikel silika secara biosintesis

dengan menggunakan F.oxysporum.

Komponen yang terkandung dalam sekam,

yaitu selulosa dapat dimanfaatkan oleh

F.oxysporum sebagai substrat dalam siklus

hidupnya (Soepardi et al. 1982). Selulosa

merupakan polisakarida dari monomer berupa

D-glukosa dengan subunit monomer berupa

selobiosa yang banyak ditemukan di hampir

semua jaringan tumbuhan sebagai komponen

penyusun dinding sel tumbuhan dan dikenal

sebagai serat di dalam suatu tumbuhan.

Sebanyak 34.34-43.80 % selulosa terkandung

dalam sekam (Hawab 2004).

Penelitian ini mempergunakan dua jenis

perlakuan jumlah substrat sekam untuk

menentukan jumlah substrat optimum yang

mampu dimanfaatkan F.oxysporum dan dapat

disintesis menjadi nanopartikel silika.

Perlakuan pertama mempergunakan 5 gram

sekam dan 10 gram biomassa F.oxysporum

berumur 72 jam. Perlakuan kedua

mempergunakan 2.5 gram sekam dan 10 gram

biomassa F.oxysporum berumur 72 jam.

Sekam ditambah dengan 50 mL akuades,

kemudian di autoklaf. Proses sterilisasi ini

perlu dilakukan untuk menghilangkan

kontaminan dari substrat yang akan

dimanfaatkan F.oxysporum. Kultur diinkubasi

27ºC dan diaerasi 200 rpm selama 24 jam.

Warna kultur berubah menjadi cokelat

kehitaman setelah F.oxysporum diberi

perlakuan dengan substrat berupa sekam.

Produk hasil kultur berupa filtrat

dipisahkan dari substrat berupa sekam dan sel

kapang F.oxysporum dalam proses filtrasi.

Produk biosintesis akan berada di filtrat

karena enzim spesifik F.oxysporum yang

berperan dalam biosintesis dikeluarkan secara

ekstraseluler (Duran et al. 2005). Filtrat,

sekam, dan biomassa F.oxysporum dapat

dipisahkan dengan mudah satu dengan

lainnya, karena ukuran partikel yang berbeda-

beda. Filtrat yang merupakan produk

biosintesis akan lolos melalui penyaring,

sedangkan sekam dan biomassa tertahan pada

penyaring. Sekam dan biomassa juga dengan

mudah dapat dipisahkan, karena ukuran

miselia biomassa F.oxysporum lebih besar

dari partikel sekam.

Filtrat hasil biosintesis perlu dilakukan

pemurnian dengan fenol:kloroform 1:1.

Pelarut organik ini dapat memurnikan filtrat

hasil biosintesis dari protein melalui

mekanisme denaturasi protein (Lestari 2008).

Hal tersebut dilakukan karena nanopartikel

sebagai produk biosintesis yang terbentuk

lebih baik bila dibandingkan dengan produk

biosintesis tanpa perlakuan ekstraksi fenol-

kloroform, yaitu tanpa pengotor (Bansal et al.

2005). Pelarut organik akan berada di lapisan

paling bawah pada saat proses sentrifugasi.

Lapisan tengah merupakan lapisan gumpalan

protein dan lapisan air atas adalah filtrat hasil

proses biosintesis (Gambar 14).

Proses analisis produk hasil biosintesis

dilakukan dengan menggunakan tiga

instrumen Scanning Electron Microscope

(SEM), Fourier Transformer InfraRed

Spectroscopy (FTIR), dan Xray Difraction

(XRD). Gambar 15 menunjukkan hasil

(SEM) produk biosintesis hasil reaksi

F.oxysporum dengan 5 gram sekam selama 24

jam pada perbesaran 2000 kali. Partikel

terlihat beragregat satu dengan lainnya.

Gambar 16 dan Gambar 17 merupakan

sekam tanpa perlakuan F.oxysporum dan

silika gel. Keduanya diperlakukan sebagai

pembanding atau kontrol negatif, untuk

membuktikan bahwa produk biosintesis telah

mengindikasikan berukuran nano. Partikel

hasil biosintesis terlihat memiliki berbagai

variasi ukuran antara 200-1000 nm (Gambar

15). Ukuran partikel sekam tanpa perlakuan

F.oxysporum dalam gambar 16 adalah 50 μm.

Hasil tersebut membuktikan bahwa ukuran

partikel sekam sebelum dan sesudah diberi

perlakuan F.oxysporum semakin mengecil.

Hal tersebut menandakan bahwa enzim-enzim

14

ekstraseluler yang dikeluarkan F.oxysporum

telah bekerja dalam mereduksi sekam

sehingga terbentuk produk biosintesis dengan

ukuran 200-1000 nm.

Produk hasil biosintesis yang merupakan

suatu nanopartikel silika kemudian

dibandingkan dengan silika gel sebagai

kontrol negatif. Ukuran silika gel standar

berdasarkan analisis SEM pada Gambar 17

adalah 15-5000 μm. Ukuran silika gel standar

tersebut jauh lebih besar bila dibandingkan

produk hasil biosintesis yang memiliki ukuran

200-1000 nm. Hasil tersebut mengindikasikan

bahwa dalam produk hasil biosintesis,

sebagian partikel telah berada dalam ukuran

nano.

Gambar 14 Proses pemurnian (a)pelarut

organik dan pelet (b) filtrat.

Gambar 15 Hasil analisis SEM nanopartikel

silika dengan 5 gram sekam

perbesaran 2000 x.

Gambar 16 Hasil analisis SEM sekam tanpa

perlakuan F.oxysporum perbesaran

500 x (Ahmad et al. 2009).

Gambar 17 Hasil analisis SEM silika gel

perbesaran 1000 x.

Hasil analisis SEM dapat didukung dengan

analisis FTIR. Analisis FTIR dilakukan untuk

memperdalam analisis produk biosintesis

bahwa produk yang terbentuk adalah silika.

Analisis ini didasarkan kepada spektrum

inframerah pada setiap gugus fungsional suatu

molekul yang bersifat spesifik. Nilai spektrum

absorbsi inframerah setiap gugus fungsi dapat

dilihat pada Lampiran 7. Menurut Balaz

(2008) setiap gugus fungsi memiliki nilai

spektrum absorbsi yang khas, yaitu gugus

fungsi MOH memiliki nilai spektrum absorbsi

3700-2900 cm-1

, gugus H2O memiliki nilai

spektrum absorbsi 3700-2900 cm-1

, gugus

CO32-

memiliki nilai spektrum absorbsi 1600-

1300 cm-1

, NO32-

memiliki nilai spektrum

absorbsi 1500-1250 cm-1

, BO32-

memiliki nilai


, SO42-

memiliki nilai spektrum absorbsi 1200-1050

cm-1

, PO43-

memiliki nilai spektrum absorbsi

1100-950cm-1

, SixOy2-

memiliki nilai spektrum


, ASO43-

memiliki nilai


, VO42-

memiliki nilai spektrum absorbsi900-750cm-1

,

dan WO42-

memiliki nilai spketrum absorbsi

850-750 cm-1

. Spektrum absorbsi yang

diinginkan sebagai hasil biosintesis adalah

spektrum absorbsi untuk gugus fungsi SixOy2-

.

Spektrum absorbsi untuk gugus fungsi SixOy2-

berada pada rentang 1200-900 cm-1

(Balaz

2008) dan menurut (Handayani 2009) gugus

Si-O-Si berada pada rentang spektrum


.

Spektrum FTIR bagi silika gel berada pada

spektrum absorbsi 1105.2 cm-1

(Gambar 18 a).

Spektrum silika gel digunakan sebagai

pembanding atau kontrol positif. Kontrol

positif dapat membuktikan bahwa produk

hasil biosintesis adalah silka secara kimiawi.

Hasil FTIR produk biosintesis pada

penambahan substrat sekam sebanyak 5 gram

ditunjukkan dalam Gambar 18 b. Sebanyak 12

puncak ditemukan dalam spektrum absorbsi

FTIR, yaitu 3408.18 cm-1

, 2924.29 cm-1

,

a

b

15

2852.59 cm-1

, 1639,04 cm-1

, 1415.77 cm-1

,

1324.49 cm-1

, 1078 cm-1

, 1046.95 cm-1

,

793.12 cm-1

, 616.55 cm-1

, 531.49 cm-1

, dan

468.33 cm-1

. Namun demikian, setidaknya

terdapat tiga puncak yang memiliki puncak

tertinggi, yaitu berada pada spektrum absorbsi

3408.18 cm-1

, 1639.04 cm-1

, dan 1078.71cm-1

.

Hasil spektrum FTIR bagi produk

biosintesis dengan penambahan 5 gram

substrat sudah mengindikasikan silika. Puncak

dengan spektrum absorbsi 1078.71 cm-1

diindikasikan sebagai silika karena spektrum

absorbsi untuk gugus SixOy2-

berada pada

rentang 1200-900 cm-1

(Balaz 2008). Hal

tersebut juga diperkuat dengan bukti bahwa

nilai serapan absorbsi produk biosintesis tidak

berbeda jauh dengan nilai spektrum silika gel

standar, yaitu 1105.2 cm-1

.

Gugus fungsi lain selain SixOy2

ditemukan

dalam analisis FTIR produk biosintesis, yaitu

gugus fungsi CO32-

yang berada pada

spektrum absorbsi 1639.04 cm-1

dan H2O

yang berada pada spektrum absorbsi 3408.18

cm-1

. Keberadaan gugus fungsi yang

mengandung karbon dan air, menandakan

bahwa masih terdapat selulosa yang belum

dimanfaatkan oleh F.oxysporum. Selulosa

merupakan komponen yang berasal dari

sekam.

Proses sintesis kedua dilakukan dengan

mempergunakan sebanyak setengah dari

jumlah sintesis pertama, yaitu dengan jumlah

substrat sebanyak 2.5 gram. Sintesis kedua

mendapatkan perlakuan yang sama seperti

pada sintesis pertama. Substrat yang telah

steril kemudian diberikan 10 gram biomassa

F.oxysporum. Kultur diinkubasi 27ºC dan

diaerasi 200 rpm selama 24 jam. Hasil SEM

pada 1000 kali perbesaran dapat diamati pada

Gambar 19.

Gambar 18 Hasil analisis FTIR (a) standar silika gel (b) produk biosintesis pada penambahan

substrat sekam sebanyak 5 gram.

16

Gambar 19 Hasil analisis SEM nanopartikel

silika dengan 2.5 gram sekam

perbesaran 1000 x

Hasil pengamatan dengan SEM pada

produk biosintesis mempergunakan 2.5 gram

sekam, memperlihatkan bahwa partikel berada

dalam berbagai variasi ukuran partikel dan

beragregasi. Ukuran partikel relatif tidak

berbeda jauh dengan perlakuan 1 yang

mempergunakan 5 gram sekam, yaitu

memiliki ukuran 200-1000 nm. Hal yang

sama terjadi pada perlakuan 2 bahwa

nanopartikel yang terbentuk masih

mengandung selulosa yang belum

dimanfaatkan oleh F.oxysporum. Faktor

waktu inkubasi pada saat F.oxysporum

memanfaatkan substrat berupa sekam

merupakan faktor diluar faktor eksperimental

yang juga mempengaruhi hasil produk

biosintesis nanopartikel silika.

Karakteristik struktur produk biosintesis

dianalisis dengan menggunakan XRD. Hasil

analisis dengan XRD berupa puncak-puncak

difraksi. Gambar 20 merupakan puncak

difraksi khas untuk nanopartikel silika dengan

struktur kristalin (crystoballite). Gambar 21

merupakan puncak difraksi untuk sekam tanpa

perlakuan F.oxysporum dan diperlakukan

sebagai kontrol negatif. Material anorganik

silika yang terkandung dalam sekam, berada

dalam struktur dasar (amorphous silica)

(Bansal 2006). Gambar 22 merupakan puncak

difraksi produk biosintesis yang merupakan

sekam dengan perlakuan F.oxysporum.

Puncak difraksi produk biosintesis berbeda

dengan puncak difraksi sekam dan mendekati

struktur puncak difraksi khas nanopartikel

kristalin. Berdasarkan hasil tersebut dapat

dikatakan bahwa sekam dengan perlakuan

F.oxysporum mengalami perubahan struktur

dari bentuk dasar (amorphous) dan

mengindikasikan berbentuk nanopartikel

silika kristalin (crystoballite).

Gambar 20 Puncak difraksi nanopartikel

silika kristalin (crystoballite).

Gambar 21 Puncak difraksi sekam tanpa

perlakuan F.oxysporum.

Gambar 22 Puncak difraksi produk biosintesis

Biosintesis nanopartikel merupakan

pengembangan metode baru dengan

menghasilkan nanopartikel logam dari sel

mikrob serta melibatkan reaksi enzimatis.

F.oxysporum dimanfaatkan dalam biosintesis

nanopartikel silika, karena penanganan yang

mudah dan mampu menciptakan mekanisme

enzimatis dalam biosintesis nanopartikel

17

silika. Produk biosintesis diharapkan

berukuran nano, berstruktur kimiawi silika,

dan berbentuk nanopartikel silika.

Produk biosintesis berstruktur kimiawi

silika dan berbentuk nanopartikel silika dapat

terbentuk melalui beberapa tahapan dan

beberapa aspek parametrik. Tahapan

perlakuan pendahuluan bagi isolat F.

oxysporum penting dilakukan, karena enzim

yang berperan dalam mensintesis nanopartikel

silika terdapat dalam isolat. Perlakuan

pendahuluan yang dilakukan, yaitu

penumbuhan F. oxysporum dalam media PDA

dan PDL. Fusarium oxysporum dikulturkan

dari suatu inokulum yang baik dan bebas dari

kontaminan berdasarkan pemeriksaan fisik

dan mikroskopis. Fusarium oxysporum

dikulturkan dalam media yang mengandung

substrat berupa kentang dan dekstrosa sebagai

sumber karbon. Tempat penumbuhan

Fusarium oxysporum dilakukan dalam 4/5

ruang kosong labu Erlenmeyer untuk

mencukupi sistem aerasi. Fusarium

oxysporum ditumbuhkan dalam kondisi pH

media 4-6, suhu inkubasi 27ºC, dan aerasi

dengan shaker orbital 200 rpm untuk

penumbuhan isolat dalam media cair.

Aspek parametrik yang dilakukan adalah

optimasi fase pertumbuhan F. oxysporum

dalam menghasilkan enzim dan jumlah

substrat berupa sekam. Pemanenan biomassa

F. oxysporum dilakukan pada jam ke-72, yaitu

saat sel memasuki fase stasioner berdasarkan

kurva pertumbuhan yang diperoleh. Hal

tersebut didasari bahwa pada fase stasioner F.

oxysporum yang ditumbuhkan pada jam ke-72

telah mengindikasikan sejumlah protein yang

berasal dari biomassa. Keberadaan enzim

ekstraseluler tersebut dilihat berdasarkan

kemampuannya dalam mereduksi silika yang

terkandung dalam substrat berupa sekam

menjadi nanopartikel silika. Sekam yang

dipergunakan terdiri dari dua perlakuan, yaitu

5 gram dan 2.5 gram. Produk biosintesis

menunjukkan hasil sudah mengindikasikan

terbentuknya nanopartikel silika berdasarkan

ukuran untuk kedua perlakuan jumlah substrat

dalam analisis SEM, komposisi kimiawi

berupa gugus silika dalam analisis FTIR, dan

struktur nanopartikel silika kristalin dalam

analisis XRD. Namun demikian, produk

biosintesis yang terbentuk belum optimum

karena nanopartikel yang terbentuk

beragregasi dan masih terdapat komponen

sekam yang belum dimanfaatkan F.

oxysporum. Faktor waktu inkubasi pada saat

F.oxysporum memanfaatkan substrat berupa

sekam merupakan faktor diluar faktor

eksperimental yang juga mempengaruhi hasil

produk biosintesis nanopartikel silika.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Nanopartikel silika yang terbentuk pada

jam ke-72 kurva pertumbuhan F.oxysporum

dalam penambahan substrat sekam sebanyak 5

gram dan 2.5 gram relatif tidak memiliki hasil

yang berbeda. Hasil SEM menunjukkan

bahwa kedua perlakuan menghasilkan partikel

dengan ukuran bervariasi antara 200-1000 nm

dan beragregasi. Hasil FTIR sudah

mengindikasikan keberadaan gugus Si-O-Si.

Sekam mengalami perubahan struktur dari

bentuk dasar (amorphous) dan

mengindikasikan berbentuk nanopartikel

silika kristalin (crystoballite) berdasarkan

analisis XRD.

Saran

Optimasi fase pertumbuhan di jam lain

kurva pertumbuhan dan waktu inkubasi

F.oxysporum dalam memanfaatkan sekam

sehingga dihasilkan produk biosintesis

berbentuk nanopartikel silika kristalin perlu

dilakukan dalam penelitian lanjutan. Selain

itu, aspek mekanistik biosintesis nanopartikel

silika dari sekam oleh F.oxysporum perlu

dikaji

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad I, Jamil MS, Abdullah I. 2009.

Pengisian sekam padi dan tanah liat

ke dalam matriks polietilena

berketumpatan tinggi getah asli dan

getah cecair. Sains Malaysia. 38(3):

381-386.

Balaz I. 2008. Mechanochemistry in

Nanoscience and Mineral

Enginering. Berlin: Springer.

Bansal et al. 2002. Fungus mediated

biosynthesis of silica and titania

particles. Journal of Material

Chemistry. 15:2583-2589.

Bansal et al. 2005. Bioleaching of sand by the

fungus F.oxysporum as ameans of

producing extracellular silica

nanoparticles. Advanced material.

17:889-892.

Bansal V, Ahmad A, Sastry M. 2006. Fungus-

mediated biotransformation of

amorphous silica un rice husk to

nanocrystalline silica. J Am Chem

Soc. 128: 14059-14066.

18

Basavaraja S et al. 2008 Extracellular

biosynthesis of silver nanoparticles

using the fungus Fusarium

semitectum. Materials Research

Bulletin 43(5): 1164-1170.

Benvenutti E & Yoshitaka G. 1998.

Comparative study of catalytic

oxidation of ethanol to acethaldehyde

using Fe (III) dispered on Sb2O5

grafted on SiO2 and on untreated

SiO2 surfaces. J.Braz.Chem.Soc.

9(5): 469-472.

Booth C. The Genus Fusarium. Bucks:

Commonwealth Mycological

Institute.

[BPPP Deptan] Balai Penelitian Pasca Panen

Departemen Pertanian. 2001.

Peluang Agribisnis Arang Sekam.

Terhubung berkala www.pustaka-

deptan.go.id/publikasi/ [1 Februari

2010].

Desjardins A. 2009. Fusarium Mycotoxins:

Chemistry,Genetics, and Biology.

Minnesota: The American

Phytopathological Society pr.

Dharmaputra OS, Gunawan AW, Nampiah.

1989. Penuntun Praktikum Mikologi

Dasar. Bogor: IPB Pr.

Duran et al. 2005. Mechanistic aspects of

biosynthesis of silver nanoparticles

by several Fusarium oxysporum

strains. Journal of

Nanobiotechnology 3:8.

Efendi et al. 2008. Pemanfaatan Rizobakteri

untuk meningkatkan mutu planlet

pisang dan toleransi terhadap

penyakit layu Fusarium [Laporan

Hasil Akhir Penelitian]. Bogor:

Lembaga Penelitian dan Pengabdian

kepada Masyarakat, Institut

Pertanian Bogor.

Fatmawati F. 2010. Sintesis silika berbasis

sekam padi dan uji kuat tarik

terhadap komposit ripoksi-SiO2

(R802-SiO2 [Skripsi]. Jakarta:

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut

Universitas Negeri Jakarta.

Gandjar I et al. 1999. Pengenalan Kapang

Tropik Umum. Jakarta: Yayasan

Obor Indonesia.

Gandjar I et al. 2006. Mikologi: Dasar dan

Terapan. Jakarta: Yayasan Obor

Indonesia.

Goodsell D. 2000. Bionanotechnology:

Lessons from Nature. California: A

john wiley and sons inc publication.

Hadiyawarman et al. 2008. Fabrikasi

nanomaterial komposit superkuat,

ringan, dan transparan menggunakan

metode simple mixing. Journal

Nanosains & Nanoteknologi. 1 (1):

14-21.

Handayani E. 2009. Sintesa membran

nanokomposit berbasis nanopartikel

biosilika dari sekam padi dan kitosan

sebagai matriks berpolimer [tesis].

Bogor: Pascasarjana, Institut

Pertanian Bogor.

Hart, Craine, Hart. 2003. Kimia

Organik:Suatu Kuliah Singkat.

Jakarta: Erlangga.

Hawab HM. 2004. Pengantar Biokimia.

Jakarta: Bayu media publishing.

Hendayana S et al. 1994. Kimia Analitik

Instrumrent. Semarang: IKIP

Semarang pr.

Ishak A et al. 2009. Pengisian sekam padi dan

tanah liat ke dalam matriks

polietilena berketumpatann tinggi

getah asli getah cecair. Sains

Malaysia. 38 (3): 381-386.

Ismunadji M. 1988. Padi Buku I. Bogor:

Badan Penelitian dan Pengembangan

Pertanian.

Jamarun N, Rahman, Kmail. 1997. pengaruh

pH pada pembentukan silika gel

melalui proses sol-gel. Jurnal Kimia

Andalas. 3(2): 122-130.

Kalapathy N, Proctor, Schultz 2000. A simple

method for production of pure silica

from rice hull ash. Bioes. Technol.

73: 257-262.

Karo-karo P. 2009. The effect of boron oxide

addition on structure and

microstructure of rice husk silica as

raw material of ceramic. Di dalam:

Seminar Hasil Penelitian dan

Pengabdian kepada Masyarakat.

Lampung: Universitas Lampung.

Laksmono JA. 2000. Pemanfaatan abu sekam

padi sebagai bahan baku silika.

http://www.pustaka-deptan.go.id/publikasi/

http://www.pustaka-deptan.go.id/publikasi/

19

Prosiding Seminar Tantangan

Penelitian Kimia. 298-307.

Lead J. 2007. Nanoparticle in the aquatic and

terrestrial environments. Issues in

Environmental Science and

Technology. 24:1-18.

Lestari P. Uji aktivitas pemotongan DNA

superkoil fraksi protein daun kucing-

kucingan (Acalipha indica L)

terhadap pUC 19 [skripsi]. Surakarta:

Fakultas Farmasi, Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Mark D. 2007. Occupational exposure to

nanoparticle and nanotubes. Issues in



Marlina L. 2008. Sintesis nanopartikel besi

sebagai pereduksi pewarna tekstil

cibacron yellow [skripsi]. Bogor:

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut

Pertanian Bogor.

Moghaddam KM. An introduction to

microbial metal nanoparticle

preparation method. The Journal of

Young Investigators 19:19.

Mukherjee P et al. 2002. Extracellular

synthesis of gold nanoparticles by the

fungus Fusarium oxysporum.

Chembiochem. 5: 461-463.

Park B. 2007. Current and future applications

of nanotechnology. Issues in



Pelczar MJ. 1986. Element of Microbiology.

Jakarta. Universitas Indonesia pr.

Sari EP. 2006. Pengaruh macam, pH, dan

penggoyangan media terhadap

pertmbuhan cendawan Fusarium

oxysporum [skripsi]. Bogor: Fakultas

Kehutanan, Institut Pertanian Bogor.

Soepardi G, Chaniago IA, Sudarsono. 1982.

Pemanfaatan Sekam, Terak, dan

Pasir kuarsa sebagai sumber silikat

bagi pertumbuhan tanaman padi.

[Laporan Hasil Akhir Penelitian].

Bogor: Lembaga Penelitian dan

Pengabdian kepada Masyarakat,

Institut Pertanian Bogor.

LAMPIRAN

21

Lampiran 1 Komposisi media agar dekstrosa kentang (PDA) dan media cair

dekstrosa kentang (PDL)

Media agar dekstrosa kentang:

Kentang (tanpa kulit, dipotong-potong) 200 g

Air suling 1000 mL

Dimasak selama setengah jam, lalu disaring untuk diambil ekstraknya, kemudian

ditambah air suling hingga mencapai volume 1000 mL.

Agar 15 g

Dekstrosa 20 g

Media cair dekstrosa kentang

Kentang (tanpa kulit, dipotong-potong) 200 g

Air suling 1000 mL

Dimasak selama setengah jam, lalu disaring untuk diambil ekstraknya, kemudian

ditambah air suling hingga mencapai volume 1000 mL

Dekstrosa 20 g

22

Lampiran 2 Bagan alur pembuatan media

23

Lampiran 3 Bagan alur proses

Perlakuan pendahuluan bagi

isolat F.oxysporum

Media PDA Media PDL

Peremajaan

F.oxysporum

Pembuatan

isolat cair

Pembuatan kuva pertumbuhan

pada interval waktu 12 jam

Isolat F.oxysporum

yang tumbuh pada

fase terpilih 3

Isolat F.oxysporum

yang tumbuh pada

fase terpilih 2

Isolat F.oxysporum

yang tumbuh pada

fase terpilih1

Pemanenan isolat

F.oxysporum

Biosintesis

nanopartikel

Analisis SEM, FTIR,

dan XRD

24

Lampiran 4 Biosintesis nanopartikel

10 g sekam dalam 100 ml

air destilata steril

resuspensi

20 g F.oxysporum yang

mengandung silica amorphous

Inkubasi dalam incubator

bergoyang 200 rpm 27ºC

Suspensi

jam ke 4

Suspensi

jam ke 8

Suspensi

jam ke 28

Suspensi

jam ke 16

Suspensi

jam ke 12

Suspensi

jam ke 20

Suspensi

jam ke 24

Sentrifugasi 6000 rpm 10 menit

Supernatan pelet

Perlakuan fenol-kloroform (1:1)

Sentrifugasi 6000 rpm 10 menit

Supernatan pelet

Spray dry

Nanopartikel silika kristalin

Suspensi

jam ke 32

25

Lampiran 5 Pertumbuhan F.oxysporum

waktu inkubasi selama 1 hari waktu inkubasi selama 2-3 hari

waktu inkubasi selama 4-7 hari dalam media PDA

waktu inkubasi selama 24 jam dalam PDB waktu inkubasi selama 72 jam

Biomassa F.oxysporum

26

Lampiran 6 Data kurva pertumbuhan

Waktu Jam ke- Apengukuran Aterkoreksi Keterangan)*

28-03-10/06.00 0 0.027 0.027 -

28-03-10/18.00 12 0.522 1.452 3 kali

29-03-10/06.00 24 0.940 2.706 3 kali

29-03-10/18.00 36 0.588 3.300 6 kali

30-03-10/06.00 48 0.599 5.049 9 kali

30-03-10/18.00 60 0.589 4.959 9 kali

31-03-10/06.00 72 0.589 4.959 9 kali

31-03-10/18.00 84 0.603 5.085 9 kali

01-04-10/06.00 96 0.596 5.022 9 kali

Keterangan)* : faktor pengenceran

Contoh perhitungan Aterkoreksi :

Diketahui, A media PDB= 0.038

Apengukuran = 0.522

Pengenceran = 3 kali

Aterkoreksi = (Apengukuran - A media PDB) x faktor pengenceran

Aterkoreksi = (0.522 – 0.038) x 3

Aterkoreksi = 1.452

0.027

1.452

2.706

3.3

5.049 5 4.959 5.0855.022

0

1

2

3

4

5

6

0 12 24 36 48 60 72 84 96

Waktu (jam)

Optica

l D

ensi

ty

(OD

)

27

Lampiran 7 Spektrum absorbsi inframerah

Gugus fungsi Serapan absorbsi (cm-1

)

MOH 3700-2900

H2O 3700-2900

CO32-

1600-1300

NO32-

1500-1250

BO32-

1300-1200

SO42-

1200-1050

PO43-

1100-950

SixOy2-

1200-900

AsO43-

900-750

VO42-

900-750

WO42-

850-750

Sumber : Balaz (2008).

biosintesis nanopartikel silika (sio2) dari sekam … · mikroba dengan melibatkan reaksi enzimatis...

Documents