KINETIKA STERILISASI (STR)

Transkripsi

1 MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA KINETIKA STERILISASI (STR) Disusun oleh: Kevin Yonathan Prof. Dr. Tjandra Setiadi Dr. Ardiyan Harimawan PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

2 DAFTAR ISI DAFTAR ISI... 2 DAFTAR GAMBAR... 3 DAFTAR TABEL... 4 BAB I PENDAHULUAN... 5 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN Tujuan Sasaran... 6 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN Alat dan Bahan Skema Alat Percobaan... 7 BAB IV PROSEDUR KERJA Prosedur Kerja Sterilisasi Batch Prosedur Kerja Kalibrasi Pompa Peristaltik Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Laju Alir) Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Temperatur) DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A. Tabel Data Mentah B. Prosedur Perhitungan STR 2

3 DAFTAR GAMBAR Gambar 3. 1 Peralatan percobaan... 7 Gambar 4. 1 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi batch... 8 Gambar 4. 2 Diagram alir prosedur kerja kalibrasi pompa peristaltik... 9 Gambar 4. 3 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi laju alir Gambar 4. 4 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi temperatur Gambar B. 1 Contoh grafik hubungan ln(n 0 /N) terhadap waktu Gambar B. 2 Contoh grafik hubungan k d terhadap 1/T Gambar B. 3 Contoh kurva kalibrasi pompa peristaltik Gambar B. 4 Contoh grafik hubungan ln k d terhadap 1/T pada sterilisasi kontinu STR 3

4 DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Daftar alat dan bahan... 7 Tabel A. 1 Data pengamatan sterilisasi batch Tabel A. 2 Data kalibrasi pompa peristaltik Tabel A. 3 Data sterilisasi kontinu STR 4

5 BAB I PENDAHULUAN Mikroorganisme merupakan komponen yang memiliki peranan penting dalam industri bioproses. Proses yang ada di dalam industri bioproses, seperti fermentasi misalnya, memanfaatkan bantuan mikroorganisme. Ada kalanya suatu alat atau medium fermentasi mengandung mikroorganisme yang tidak dikehendaki yanng biasa disebut kontaminan. Proses sterilisasi merupakan cara untuk menghilangkan kontaminan. Pada prinsipnya, sterilisasi adalah metode pemusnahan atau penghilangan mikroorganisme dari suatu alat atau lingkungan tertentu. Proses ini akan memusnahkan semua jenis mikroorganisme yang terdapat pada suatu lingkungan. Proses sterilisasi merupakan proses yang harus ada dalam industri bioproses untuk mencegah adanya aktivitas mikroorganisme yang tidak dikehendaki pada suatu proses, mempertahankan kelangsungan proses dan mempertahankan kualitas produk yang diinginkan. Metode sterilisasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah dengan pemanasan. Sterilisasi dengan pemanasan secara batch dan kontinu dilakukan untuk memahami kinetika kematian sel ragi. Kinetika kematian mikroorganisme dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain waktu pemanasan, temperatur, serta laju alir pada sterilisasi kontinu. STR 5

6 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN 2.1 Tujuan Praktikum ini bertujuan agar: 1. Praktikan mempelajari kinetika kematian mikroorganisme dalam sistem batch dan kontinu. 2. Praktikan mengevaluasi efisiensi dari sistem sterilisasi kontinu. 2.2 Sasaran Sasaran yang hendak dicapai pada praktikum ini yaitu: 1. Menentukan parameter-parameter kinetika sterilisasi, yaitu konstanta kematian spesifik (k d ), energi aktivasi (E a ), dan faktor frekuensi (A) untuk sistem sterilisasi batch dengan variasi temperatur. 2. Menentukan parameter-parameter kinetika sterilisasi, yaitu konstanta kematian spesifik (k d ), energi aktivasi (E a ), dan faktor frekuensi (A) untuk sistem sterilisasi kontinu dengan variasi temperatur dan laju alir. 3. Menghitung fraksi kematian suatu mikroorganisme dengan model reaktor tertentu. 4. Menentukan efisiensi sistem sterilisasi kontinu. STR 6

7 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan Tabel 3. 1 Daftar alat dan bahan Alat Bahan 1. Tabung reaksi 1. Biakan ragi 2. Pompa peristaltik 2. Glukosa 3. Termometer 3. Bahan-bahan nutrien medium 4. Coil sterilizer 4. Air 5. Mikroskop 5. Es batu 6. Counting chamber 6. Metilen biru 7. Labu erlenmeyer 8. Autoklaf 9. Water bath 10. Pemanas 11. Counter 3.2 Peralatan Percobaan Sterilisasi Gambar 3. 1 Peralatan percobaan STR 7

8 BAB IV PROSEDUR KERJA 4.1 Prosedur Kerja Sterilisasi Batch Gambar 4. 1 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi batch STR 8

9 4.2 Prosedur Kerja Kalibrasi Pompa Peristaltik Gambar 4. 2 Diagram alir prosedur kerja kalibrasi pompa peristaltik STR 9

10 4.3 Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Laju Alir) Gambar 4. 3 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi laju alir STR 10

11 4.4 Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Temperatur) Gambar 4. 4 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi temperatur STR 11

12 DAFTAR PUSTAKA Aiba, dkk. Biochemical Engineering. University of Tokyo Press. Tokyo. Chapter 9. Shuler, M.L., Kargi, F. Bioprocess Engineering. 2 nd ed. Prentice Hall p Stanburi, P.F., Whitaker, A. Principles of Fermentation Technology. John Wiley and Sons. New York. Chapter 8. Way, D.I.C. dkk. Fermentation and Enzyme Technology. John Wiley and Sons. New York. Chapter 8. STR 12

13 LAMPIRAN A. Tabel Data Mentah A.1 Data Sterilisasi Batch Tabel A. 1 Data pengamatan sterilisasi batch Temperatur ( o C) t (min) N 1 (sel) N 2 (sel) A.2 Data Kalibrasi Pompa Peristaltik Tabel A. 2 Data kalibrasi pompa peristaltik Skala Volume (ml) t 1 (s) t 2 (s) A.3 Data Sterilisasi Kontinu Panjang coil :... m. Diameter coil :... cm. Skala pompa :... Tabel A. 3 Data sterilisasi kontinu T ( o C) N 0,1 (sel) N 0,2 (sel) N t,1 (sel) N t,2 (sel) B. Prosedur Perhitungan B.1 Penentuan Nilai Konstanta Kematian Spesifik (k d ) pada Sterilisasi Batch Persamaan model laju kematian sel merupakan PDB linear orde 1 : dn dt = k d. N STR 13

14 ln (No/N) Laboratorium Instruksional Teknik Kimia dimana : t = waktu ; N = jumlah atau konsentrasi sel ; k d = konstanta kematian spesifik. Batas integrasi : t = 0 N = N 0 dan t = t N = N. Jika persamaan tersebut diintegrasikan: Contoh data percobaan: N No dn t N = k d. dt 0 ln No N = k d. t Tabel B. 1 Contoh pengolahan data untuk penentuan k d pada sterilisasi batch t (min) N 1 N 2 N rata2 ln(no/n) Hubungan ln No N terhadap t diperoleh sebagai berikut: y = x R² = t (min) Gambar B. 1 Contoh grafik hubungan ln(n 0 /N) terhadap waktu Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa pada kondisi percobaan, nilai k d adalah sebesar 0,9387. STR 14

15 ln kd Laboratorium Instruksional Teknik Kimia B.2 Penentuan Nilai Energi Aktivasi (E a ) dan Faktor Frekuensi (A) Pada sterilisasi batch dan kontinu, harga E a dan A dapat diperoleh melalui persamaan Arrhenius : Dengan R = 1,987 kal/mol.k Persamaan tersebut dapat dilinearkan menjadi: k d = A. exp ( E a RT ) Contoh data pengamatan: ln k d = E a R x 1 + ln A T Tabel B. 2 Contoh pengolahan data untuk penentuan E a dan A T( o C) T(K) 1/T (1/K) k d ln k d Hubungan ln k d terhadap 1 diperoleh sebagai berikut: T y = x R² = /T (1/K) Gambar B. 2 Contoh grafik hubungan k d terhadap 1/T Dari grafik di atas diperoleh gradien ( E a R )= -2331,8 sehingga E a = -4633,28 kal. Intersep diperoleh sebesar = 5,1826 (ln A) sehingga A = 178,14/min. STR 15

16 Q (ml/s) Laboratorium Instruksional Teknik Kimia B.3 Kalibrasi Pompa Peristaltik Contoh data kalibrasi pompa peristaltik: Tabel B. 3 Contoh data kalibrasi pompa peristaltik Skala V (ml) t 1 (s) t 2 (s) t rata2 (s) Q (ml/s) Dari data di atas dibuat kurva kalibrasi sebagai berikut: y = x R² = Skala Gambar B. 3 Contoh kurva kalibrasi pompa peristaltik Maka persamaan kalibrasi pompa peristaltik adalah: Q = 0,0005*skala pompa + 0,2062 B.4 Penentuan Nilai Konstanta Kematian Spesifik (k d ) pada Sterilisasi Kontinu Persamaan nerasa massa sel pada aliran sumbat dalam keadaan tunak merupakan PD orde 2: Dz. d2 N dn u. dx2 dx k d. N = 0 STR 16

17 ln kd Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Untuk percobaan sterilisasi kontinu, diasumsikan sterilizer coil merupakan PFR ideal sehingga dispersi ke arah aksial diabaikan, serta kondisi di sepanjang coil isotermal sehingga k d tetap. Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi: u. dn dx k d. N = 0 dn N = k d. V dx Batas integrasi: x=0 N=N 0 dan x=x N=N. Maka, Contoh data percobaan: k d = ln No N. Q A. 1 x Tabel B. 4 Contoh pengolahan data untuk penentuan k d pada sterilisasi kontinu T(K) 1/T(1/K) N o,1 N o,2 N o rata2 N t,1 N t,2 N t rata2 ln(no/nt) k d ln k d Alur ln k d terhadap 1/T: y = x R² = /T (1/K) Gambar B. 4 Contoh grafik hubungan ln k d terhadap 1/T pada sterilisasi kontinu Dari linearisasi grafik di atas diperoleh persamaan: ln k d = 3635,1 ( 1 T ) 9,3215 Maka diperoleh E a = ,221 J/mol dan A = 8,95 x 10-5 STR 17

18 B.5 Penentuan Fraksi Sel Hidup Teoretis. Persamaan kinetika laju kematian sel pada sterilisasi kontinu: u. dn dx k d. N = 0 dn N = k d. V dx ln N No = k d. V. x Maka secara teoretis fraksi sel hidup pada panjang coil sterilizer tertentu adalah: N No = exp ( k d. A Q. x) B.6 Penentuan Fraksi Sel Hidup Nyata Fraksi sel hidup nyata diperoleh dari data percobaan dengan membagi jumlah sel hidup terhitung setelah sterilisasi selama waktu tertentu (N t ) dengan jumlah sel mula-mula sebelum sterilisasi yang terhitung (N 0 ). B.7 Penentuan Efisiensi Sterilisasi Kontinu Fraksi kematian = 1 N No (1 ( Fraksi kematian nyata Efisiensi sterilisasi =. 100% = Fraksi kematian teoretis Nt No ) nyata ) (1 ( Nt No ) teoretis ). 100% STR 18