Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya

Transkripsi

1 SELF-PROPAGATING ENTREPRENEURIAL EDUCATION DEVELOPMENT BIOINDUSTRI: PEMURNIAN PRODUK FERMENTASI Nimas Mayang Sabrina S, STP, MP Lab. Bioindustri, Jur Teknologi Industri Pertanian Universitas Brawijaya nimas.sunyoto@ub.ac.id 1. PENDAHULUAN - Pengantar - Tujuan - Definisi 1. PENDAHULUAN 1.1 Pengantar 2. MACAM METODE PEMURNIAN PRODUK FERMENTASI MODUL 11 Minggu 11 Dalam proses bioindustri, dikenal dua macam tahapan yaitu proses up-stream dan downstream. Proses up-stream adalah proses di mana terjadi transformasi dari bahan baku menjadi bahan jadi dalam bentuk yang belum murni. Banyak proses-proses biologi membutuhkan pemurnian untuk mengurangi larutan fermentasi dalam produk akhir. Sebagai contoh, asam sitrat dibuat dalam fermentor produksi yang bercampur dengan medium. Oleh karena itu diperlukan tahapan berikutnya yaitu tahapan pemurnian atau purifikasi. Tahapan inilah yang dimaksud dengan proses down-stream. Ada banyak tipe pemurnian sebagai contoh adalah proses ekstraksi, filtrasi, dan koagulasi. Dalam kuliah ini akan dipelajari berbagai teknik pemurnian produk fermentasi. 1.2 Tujuan Penguasaan materi dalam modul ini, yang dirancang sebagai landasan dasar Bioindustri, akan dapat Mengetahui dan mengenal metode pemurnian produk fermentasi

2 1.3 Definisi Proses pemurnian produk fermentasi adalah proses di mana hasil fermentasi dipisahkan dengan mediumnya sehingga menghasilkan produk murni hasil fermentasi yang kemudian dapat digunakan. Proses ini dikenal pula dengan proses down-stream dalam tahapan fermentasi. Contoh : Sebagai contoh, asam sitrat dibuat dalam fermentor produksi yang bercampur dengan medium 2. MACAM METODE PEMURNIAN PRODUK FERMENTASI Secara umum, metode pemurnian produk fermentasi terdiri dari empat tahapan utama yaitu penghilangan kotoran, ekstraksi, konsentrasi dan purifikasi. Secara sistematis, tahapan tersebut dapat dilihat pada gambar berikut: Kultur Fermentasi Penghilangan kotoran yang tidak dapat terlarut fraksi terlarut Ekstraksi produk cair Konsentrasi produk berbentuk konsentrat Sel dan pengotor lain Pengotor Purifikasi Produk Murni Terdapat berbagai metode purifikasi antara lain adalah: 1. Secara Gravitasional Terdiri dari dua metode yaitu sentrifugasi dan flokulasi. 2. Secara Mekanis Metode secara mekanis dicontohkan dengan filtrasi dan dialisis. 3. Penggunaan sifat permukaan Metode ini terdiri dari adsorpsi, ion-exchange, dan flotasi. 4. Secara Elektrik Metode secara elektrik ini menggunakan elektrofresis, elektrodialisis dan elektroosmosis. Page 2 of 8

3 Beberapa teknik pemurnian produk fermentasi antara lain: Sentrifugasi Sentrifugasi meliputi pemisahan cairan dan partikel berdasar densitas. Sentrifugasi dapat digunakan untuk pemisahan sel dari cairan kultur, sel pecah dari cairan, dan kelompok endapan Ada sejumlah tipe sentrifus, beberapa diantaranya: Tubular Bowl Centrifuge Paling umum digunakan untuk pemisahan padat-cair, isolasi enzim. Dapat dicapai pemisahan yang baik untuk sel mikrobia dalam larutan. Disc Bowl Centrifuge Secara luas digunakan untuk memisahkan sel. Dapat untuk memisahkan sel mikrobia yang dipecah dan endapan protein Perforate Bowl Basket Centrifuge Pengecualian pada pemisahan adsorpbent, seperti selulosa dan agarosa. Zonal Ultracentrifuge Digunakan dalam industri vaksin karena dapat secara mudah memisahkan sel yang dipecah dari virus. Dapat untukmengendapkan protein dengan baik. Secara eksperimental digunakan untuk pemurnian RNA polymerase dan berbagai enzim. Page 3 of 8

4 Koagulasi dan Flokulasi Koagulasi ditetapkan untuk proses-proses biologikal jika partikel kecil secara langsung melekat satu dengan lainnya. Flokulasi adalah agensia yang bekerja untuk menggabungkan partikel Teknik koagulasi dan flokulasi biasanya digunakan untuk sel utuh, sel pecah atau protein terlarut. Sel Utuh Sel hancur dan protein Resin penukar ion Banyak agensia flokulasi digunakan untuk pemisahan produk, seperti : polielektrolit anionik dan kationik, alumina, dan polimer sintetik. Sedikit informasi yang dikethui tentang koagula, tetapi beberapa koagulan anorganik aluminium, garam besidan garamkalsium telah banyak dipelajari Koagulasi dan flokulasi banyak digunakan dengan dilakukan agitasi Koagulasi dan flokulasi dapat digunakan sebagai alternatif metode presipitasi pada pemisahan enzim Agensia yang digunakan untuk sel utuh adalah sama dengan untuk sel hancurmaupun protein Page 4 of 8

5 Filtrasi Filter menggunakan kain saring atau beberapa bahan porusdengan menggunakan tekananuntuk mendorong partikel melewati filter Elemen-elemen dipisahkan berdasarkan ukuran. Filtrasi untuk meterial biologi umumnya menggunakan batch filtration, rotary drum filtration, atau ultrafiltration methods. Batch Filtration Rotary Drum Filtration Ultrafiltration Presipitasi Biasanya dengan tekanan konstan dari pompa mendorong cairan melewati filter Filter cake akan terbentuk sebagai akibat proses filtrasi dan menahan laju filtrasi Filter press adalah yang umum digunakan dalam industri Dapat digunakan untuk memisahkan sel tetapi tidakdapat bekerja dengan baik untuk sel hewan dan tumbuhan Solution is vacuumed upward where it crosses a filter septum removed by a positive displacement pump Filter cake is removed after each rotation to give a fresh surface for filtration Rotary vacuum filters can be used to efficiently remove mycelia, cells, proteins, and enzymes, though a filter aid or precoat of the septum may be necessary Utilizes a membrane to separate particles that are much larger than the solvent used Successful removal occurs in the partical size range of 10 solvent molecular diameters to 0.5 μ Presipitasi adalah prosedur penambahan larutan ionik untuk membuat larutan fermentasi menjadi bentuk partikel yang tidak larut. Presipitasi biasanya untuk memisahkan enzim atau protein Cara yang sederhana biasanya dengan mengubah ph dan suhu Presipitasi dapat dilakukan secara batch atau kontinyu. Page 5 of 8

6 Variasi suhu dan ph Umumnya kebanyakan protein dan enzim meningkat kelarutannya dengan meningkatnya suhu Dengan mengatur ph, polaritas enzim dapat diturunkan sehingga tidak bermuatan, poliratas yang paling rendah menjadikan enzim sedikit larut dan cairan. Presipitasi oleh Solven Organik Dengan penambahan solven organik ke cairan fermentasi, konstanta dielektrik akan turun menyebabkan kelaturan berkurang. Sering digunakan secara industri karena murah dan sederhana Presipitasi oleh Ion Logam Garam metal dengan solubilitas lebih rendah dapat dibentuk oleh enzim dan protein. Garam Mangan dapat digunakan untuk pengendapan asam nukleat. Pemurnian Asam sitrat Metode yang digunakan dalam pemurnian asam sitrat dari cairan fermentasi terdiri dari dua teknik yaitu presipitasi dan filtrasi. Cairan asam sitrat dari fermentor produksi sangat terkontaminasi oleh biomass, garam, sukrosa, dan air. Pertama, asam sitrat harus direaksikan dengan kalsium karbonat untuk menatralisasi larutan dan membentuk presipitat tidak larut kalsium sitrat Kalsium sitrat mengandung asam sitrat 74%. Reaksi Kimianya adalah: CaCO 3 + Citric Acid CO 2 + Calcium Citrate Kalsium sitrat kemudian dicuci, dipanaskan dan disaring untuk menghilangkan kontaminan Tergantung rancangan skema pemurnian, filter dapat ditempatkan sebelum reaksi pertama dengan kalsium karbonat. Secara sederhana filter dapat memisahkan sebagian besar kontaminan tergantunng ukurannya dilanjutkan untuk kontaminan yang lebih kecil pada filter berikutnya Kalsium sitrat kemudian ditambah asam sulfat. Suhu reaksi ini di bawah 60ºC. Reaksi akan menghasilkan asam sitrat bebas dan presipitat baru kalsiumsulfat, yang akan dibutuhkan nantinya. Page 6 of 8

7 Dalam filter ini,kalsium sulfat dicuci dari asam sitrat dan meninggalkan biomass Kontaminan dapat dipisahkandengan filter yang lebih baik seperti mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi Pemurnian lanjut Pemurnian lanjut: Asam sitrat dapat dihasilkan dalam dua bentuk: - monohidrat dan anhidrat Bentuk-bentuk ini membutuhkan tambahan tahap pemurnian untuk mencapai kemurnian yang diinginkan 1. Monohydrate Mengandung satu molekul air unt tiap asam sitrat Membutuhkan kristalisasi berulang sampai kandungan air sekitar % 2. Anhydrous Memisahkan semua air dari produk akhir Dibuat dengan dehidrasi produk asam sitrat monohidrat pada suhu di atas 36.6ºC REFERENSI Suharto, Ign Bioteknologi dalam Dunia Industri. Andi offset, Yogyakarta. PROPAGASI A. Latihan dan Diskusi (Propagasi vertical dan Horizontal) 1. Dari beberapa teknik pemurnian hasil fermentasi, teknik manakah yang dapat digunakan untuk produk: a. Enzim b. Monosodium glutamat c. Bioethanol Page 7 of 8

8 B. Pertanyaan (Evaluasi mandiri) 1. Apakah yang dimaksud dengan sentrifugasi? 2. Mengapa produk fermentasi harus dimurnikan? 3. Bagaimana cara penggunaan metode presipitasi? 4. Apakah yang dimaksud dengan proses downstram? 5. Apa sajakah macam metode sentrifugasi? Page 8 of 8