TIN 330 (2 3) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN 2010

Transkripsi

1 m. k. TEKNOLOGI BIOINDUSTRI TIN 330 (2 3) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN 2010

2 PENDAHULUAN Bioreaktor : peralatan dimana bahan diproses sehingga terjadi transformasi biokimia yang dilakukan oleh sel hidup atau komponen selular in vitro (seperti enzim) fungsi dasar : Memberikan lingkungan yang terkontrol (suhu, ph, O 2 terlarut, dll) untuk pertumbuhan mikroba dalam menghasilkan produk yang diinginkan Proses pada industri fermentasi : Bahan Baku Perlakuan Pendahuluan Hidrolisis Pencacahan Sterilisasi Bioreaktor Perpind. Massa Perpind. Panas Bioaktivitas Pemanenan Filtrasi Purifikasi Pengeringan, dll. Hampir semua bioreaktor dengan sistem heterogen melibatkan dua fase atau lebih membutuhkan perubahan biokimia, pindah massa, pindah panas dan pindah momentum untuk mencapai kondisi optimal

3 Berdasarkan Tipe Agen Biologis : Bioreaktor mikrobial Bioreaktor enzim Berdasarkan Kebutuhan Proses : Aerobik : terendam Permukaan anaerobik Berdasarkan Metode Aerasi : Kultur diam Labu kocok Bioreaktor berpengaduk (STR) Bioreaktor kolom gelembung/bubble column Air lift Fluidized-bed

4 Tidak ada tenaga yang digunakan untuk aerasi aerasi tergantung pada transfer oksigen melalui permukaan kultur Biasanya digunakan dalam skala kecil, dimana pasokan oksigen tidak terlalu penting Jenisnya : - T-Flasks : untuk kultur sel hewan skala kecil - Fernback flasks : Contoh teh Kombucha (teh yang diinokulasi dengan khamir dan bakteri asam laktat) - Kultur Permukaan : Contoh pembuatan asam sitrat oleh Aspergillus niger dgn menggunakan tray (baki)

5 Biasanya digunakan pada kultivasi sel skala kecil Shaker OTR (oxygen transfer rate) lebih tinggi dibanding pada kultur diam Keterbatasan transfer oksigen masih tidak dapat dihindari apabila densitas sel yang tinggi Baffle Baffle meningkatkan efisiensi transfer O2 (Orbital Shaker)

6 (stirred tank bioreactor = STR)

7 Condensor Aerator Bioreaktor Tangki Teraduk Penangas air

8 Pengadukan dengan pergerakan Udara (Bubble Driven Bioreactor) Bubble Column dan Airlift Bioreactor Biasanya digunakan untuk mikroba yang sensitif terhadap shear (contoh : kapang & sel tanaman) Produktivitas yang dihasilkan lebih tinggi dari STR Bioreaktor airlift : - memiliki draft tube peningkatan efisiensi pindah panas dan pindah massa konstruksi bioreaktor airlift lebih mahal - memberikan kondisi shear yang lebih merata Kerugian penggunaan bioreaktor bubble column atau airlift membutuhkan energi yang lebih besar pembentukan busa lebih banyak terjadinya kerusakan sel, khususnya untuk kultur sel hewan

9 Draft Tube Contoh Aplikasi : Gum Xanthan PST dgn substrat Metanol Biosurfaktan

10 GAS - LIFT BIOREACTOR

11 Fluidized Bed Reactors Untuk memelihara konsentrasi sel yang tinggi dan laju transfer massa yang lebih baik Digunakan sel imobil atau enzim imobil Pencampuran dibantu dengan pompa pada bagian dasar tangki, sehingga katalis yang telah diimobilisasi bergerak bersama cairan Biasanya digunakan dalam pengolahan limbah cair

12 Contoh STR untuk proses enzimatis secara sinambung (CSTR) dikombinasikan dengan Ultra Filtrasi

13 Bioreaktor Etanol (Batch)

14 Fermentasi Etanol Sinambung menggunakan Sel Khamir Imobil 5

15 Bioreaktor Rak Berputar Bentuk silinder tinggi 60 cm dan diameter 40 cm, dibuat dari stainless steel dan fiberglass. Flowmeter Sterilisasi ruang Ruang Humidifikasi Sparger Refrigrator Pemanas Level Probe Pelunak Air Sterilisasi Air Pemanas Udara Sensor suhu dan RH Pengatur suhu Pengatur RH

16 Produksi Enzim Selulase Kapang Neurospora sitophila Substrat : serbuk tandan kosong dan sabut kelapa sawit Persiapan bahan baku dan inokulum Sterilisasi bioreaktor Pengaturan kondisi (suhu, RH, aerasi) Inokulasi (BRB) pemanenan Pengukuran parameter proses Ekstraksi enzim selulase

17 Kinetika Curah (Batch) Produksi Etanol oleh bakteri Zymomonas mobilis Waktu (jam) Biomassa (g/l) Glukosa (g/l) Etanol (g/l) ln biomassa 5 0, ,5-2, , , , , , , , , , , , , , , , ,435085

18 kurva pertumbuhan ln X (g/l) Waktu (jam ) Fase eksponensial = 5 22 jam

19 Penent Laju Pertumb. Spesifik Ln Biomassa (g/l) y = 0,2355x - 4,0992 R 2 = 0, Waktu (jam ) Laju Pertumb. Spesifik maks (μ maks ) = 0,24 Jam -1

20 Waktu (jam) (X-Xo) (So-S) (P-Po) ,1 7 3,5 14 0, ,5 18 1, ,5 22 2, ,5 24 3, ,5 26 3, ,5 30 4, ,5 35 4, ,5

21 Yp/s (P-Po) g/l y = 0,3827x + 0,8447 R 2 = 0, (So-S) g/l Yp/s = 0,383 g etanol/g substrat

22 Yx/s (X-Xo) g/l y = 0,0273x + 0,4472 R 2 = 0, (So-S) g/l Yx/s = 0,027 g etanol/g substrat

23 Yp/x (P-Po) g/l y = 12,047x - 2,4313 R 2 = 0, (X-Xo) g/l Yp/x = 12,047 g etanol/g biomassa