TEKNOLOGI PROSES HILIR (DOWNSTREAM PROCESSING TECHNOLOGY)

Transkripsi

1 TEKNOLOGI PROSES HILIR (DOWNSTREAM PROCESSING TECHNOLOGY)

2 Tujuan mempelajar proses hilir: Mengerti penerapan satuan-satuan operasi untuk merancang proses hilir yang efektif dan efisien Mengetahui pertimbangan-pertimbangan yang perlu untuk memproses molekul-molekul/bahan biologis Tujuan Proses Hilir: Mendapatkan produk dengan hasil/rendemen/yield tertinggi, mutu/kualitas yang dapat diterima dan biaya terendah

3 Tipe Produk Biologis: 1. Sel PST, ekstrak khamir, vaksin, inokulum, pupuk hayati, biokontrol, dsb. 2. Protein Enzim : Amilase, Lipase, Protease Hormon Hormon) : Insulin, HGH (Human Growth Lain-lain factor VIII : tpa (tissue plasminogen Activator), 3. Polisakarida Xantan, Hyaluronic acid 4. Molekul-Molekul Organik Antibiotik : Penisilin, Tetrasiklin Pelarut Organik : Aseton, Butanol, Etanol Asam Organik : Asam Sitrat

4 Karakteristik Produk Biologis Sensitif suhu : < 60 o C ph Oksidasi Tegangan geser (shear) Campuran Heterogen Mengandung kontaminan dengan sifat fisikokimia mirip dengan produk : toksin, pyrogen, lipopolisakarida Produk terkadang toksik Sel Aspergillus niger, Clostridium Debu protein/protease Konsentrasi produk rendah Tidak stabil Enzim yang dihasilkan dapat mendegradasi produk lain Penambahan anti foam mempersulit proses hilir Diperlukan kemurnian yang tinggi untuk beberapa pemakaian

5 Pertanyaan dalam pengambilan keputusan Proses Hilir yang akan dipilih Nilai ekonomi produk? Kualitas produk yang dapat diterima? Lokasi produk dalam campuran komplek? Lokasi kontaminan? Sifat-sifat fisik dan kimia produk dan kontaminan? Biaya macam-macam pilihan proses hilir? Biaya Proses Hilir % Total Biaya

6 Urutan Proses Hilir untuk Produk Biologis 1. Perlakuan pendahuluan pemecahan sel, stabilisasi, sterilisasi, pasteurisasi, flokulasi 2. Pemisahan cairan-padatan sedimentasi, filtrasi, sentrifugasi 3. Pemekatan membran, presipitasi, evaporasi, ekstraksi, pemekatan beku 4. Pemurnian presipitasi, ekstraksi, diafiltrasi. Adsorbsi, kromatografi 5. Formulasi pengeringan, granulasi, tableting, ekstruksi, prilling

7 Tiga Sektor Pasar Produk Bioteknologi: 1. Protein terapeutik seperti factor VIII dan urokinase Harga jual produk bisa s/d 10 9 US$/kg Tapi volume pasarnya rendah Factor VIII diperlukan di dunia hanya kg/tahun. Bandingkan dengan penisilin yang diperlukan 1.5 x 10 7 kg/th. 2. Enzim diagnostik dan antibody monoclonal. Insulin, luciferase, glycerophosphate dehydrogenase 3. Produk-produk curah industri Ex.: Antobiotik, protease, amilase, asam-asam organik, etanol

8 Karakteristik Bioproses Karakteristik Sektor 1 Sektor 2 Sektor 3 Volume kg/th kg/th kg/th Mikroorganisme Rekombinan Sebagian rekombinan Tipe liar/alami Kemurnian produk Sangat tinggi Tinggi Relatif rendah Rendemen Harga/ongkos Kurang penting Dipengaruhi oleh proses hilir Penting 20 50% Dipengaruhi bahan baku Sangat penting % dipengaruhi bahan baku Teknologi Affinity kromatografi, elektroforesis Kromatografi, adsorbsi, membran Filtrasi, ekstraksi, adsorbsi, presipitasi, evaporasi, membran

9 Faktor yang dimanfaatkan untuk pemisahan: 1. Ukuran Ex.: filtrasi, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dan kromatografi gel 2. Difusifitas Ex.: reverse osmosis, dialysis 3. Muatan ion Ex.: pertukaran ion 4. Kelarutan/solubility Ex.: ekstraksi menggunakan pelarut 5. densitas/massa jenis ex.: sedimentasi, sentrifugasi, untrasentrifugasi

10 FILTRASI Medium filter yang umum: Canvas, wool, tenunan sintetis, logam atau serat gelas Pretreatment yang sering dilakukan: pemanasan koagulasi/flokulasi dengan asam/basa, polielektrolit sintetis (polyamin, polyacrylamide), garam (FeCL3, Borat) - Filter aids (diatomae, perlit, bentonit

11 FILTRASI

12 ROTARY DRUM VACUM FILTER

13 SENTRIFUGASI Keuntungan/Kelebihan: Lebih efektif bila partikel padatan lebih kecil dan sulit disaring/tidak mungkin disaring Kelemahan: lebih mahal Prinsip kerja : memanfaatkan perbedaan densitas antara padatan dan cairan, dan gaya sentrifugal

14 SKEMA SENTRIFUGE

15

16 INDUSTRIAL CENTRIFUGE

17 PEMECAHAN SEL untuk penglepasan komponen intraseluler Pemecahan Sel: Mekanis homogeniser bead mill Non-mekanis fisik (rejatan panas) kimia (deterjen, pelarut, EDTA) enzimatis

18 Bead Mill Grinding silinder dengan impeller Terbuat dari baja atau gelas berisi manik-manik (±80 %) terbuat dari: zirconium oxida zirconium silicat titanium carbid kaca alumina keramik

19 INDUSTRIAL BEAD MILL

20 Homogenizer pompa bertekanan tinggi ( bar) yang menekan suspensi sel melalui lubang berkatup

21 HOMOGENIZER

22 ULTRASONIKASI Ultrasonikator membangkitkan gelombang suara diatas 16 khz yg menyebabkan gelombang shock. Umum digunakan pd skala lab tapi tidak praktis dan mahal utk skala besar.

23 Pemecahan Sel Secara Non- Mekanik Rejatan panas (heat shock) thermolysis mudah dan murah hanya untuk produk yang tahan panas efektifitas tergantung kepada ph, kekuatan ion, keberadaan bahan pemisah seperti EDTA, bahan pengkelat yang mengikat ion tertentu seperti Mg2+ Rendemen s/d 90 % (biasanya 60 80%)

24 Cara kimia (Chemical Cell Lysis) * penambahan surfaktant/deterjen seperti Triton X-100, SDS, sodium sulfonat * penambahan pelarut organik seperti octanol, aseton, toluen utk merusak dinding sel * Penambahan alkali utk menyabunkan dinding sel Kelemahan cara kimia ini: mempengaruhi/mengkontaminasi produk mempengaruhi proses hilir dan rendemen

25 Biologis/Enzimatis penambahan lysozim untuk menghancurkan dinding sel Enzim lain yang digunakan: Glucanase, Mannase, Protease untuk yeast Pektinase dan Selulase untuk sel tanaman Konsumsi energi rendah, reaksi spesifik, resiko produk rusak kecil, ramah lingkungan, tapi mahal.

26 EKSTRAKSI Proses pemisahan bahan terlarut dalam larutan umpan dengan cara kontak dengan cairan pelarut lain. Setelah ekstraksi, fase kaya pelarut disebut ekstrak, sedangkan cairan residu yang bahan terlarutnya telah diekstraksi raffinat

27 EKSTRAKSI

28 PURIFIKASI Setelah produk dipanen dan diisolasi, selanjutnya produk dapat dimurnikan. Pemurnian dapat dilakukan dengan presipitasi, kromatografi, elektroforesis dan ultrafiltrasi Presipitasi Presipitasi yg umum dilakukan untuk pemurnian protein dan antibiotik, dapat dilakukan dengan penambahan garam, pelarut organik atau panas.

29 KROMATOGRAFI Larutan yg mengandung beberapa bahan terlarut diinjeksikan pada satu ujung kolom, dan eluent membawa larutan melewati fase diam ke ujung kolom. Tiap bahan terlarut bergerak pada laju yg proporsional dg afinitas relatifnya thd fase diam dan keluar pada ujung kolom sebagai band yg terpisah Tergantung pd tipe adsorben atau interaksi bahan terlarut dengan adsorben, kromatografi dipisahkan atas kromatografi adsorpsi, pertukaran ion, affinitas, dan filtrasi gel.

30 Gel Filtration Chromatografi

31 Ion Exchange Chromatography

32 Affinity Chromatography

33 INDUSTRIAL CHROMATOGRAPHY