DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN 2010 · PDF fileperalatan dimana bahan diproses...

m. k. TEKNOLOGI BIOINDUSTRI

TIN 330 (2‐3)

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN2010

PENDAHULUAN

Bioreaktor :

peralatan dimana bahan diproses sehingga terjadi transformasibiokimia yang dilakukan oleh sel hidup atau komponen selular in vitro(seperti enzim) fungsi dasar : Memberikan lingkungan yangterkontrol (suhu, pH, O2 terlarut, dll) untuk pertumbuhan mikrobadalam menghasilkan produk yang diinginkan

Proses pada industri fermentasi :

Bahan Baku

PerlakuanPendahuluan

Bioreaktor Pemanenan

HidrolisisPencacahanSterilisasi

Perpind. MassaPerpind. PanasBioaktivitas

FiltrasiPurifikasiPengeringan, 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

Berdasarkan Tipe Agen Biologis :

Bioreaktor mikrobialBioreaktor enzim

Berdasarkan Kebutuhan Proses :

Aerobik : terendamPermukaananaerobik

Berdasarkan Metode Aerasi :

Kultur diamLabu kocokBioreaktor berpengaduk (STR)Bioreaktor kolom gelembung/bubble columnAir liftFluidized-bed

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 bakteriasam laktat)

- Kultur Permukaan : Contoh pembuatan asamsitrat oleh Aspergillus niger dgn menggunakantray (baki)

Biasanya digunakan pada kultivasi sel skala kecil“Shaker” OTR (oxygen transfer rate) lebih tinggi dibanding pada kultur diamKeterbatasan transfer oksigen masih tidak dapat dihindari apabila densitas sel yang tinggi

Baffle meningkatkan efisiensi transfer O2 (Orbital Shaker)

Baffle

(stirred tank bioreactor = STR)

Condensor

Aerator

Penangas air

BioreaktorTangki Teraduk

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

• membutuhkan energi yang lebih besar• pembentukan busa lebih banyak• terjadinya kerusakan sel, khususnya untuk kultur sel hewan

Kerugian penggunaan bioreaktor bubble column atau airlift

Contoh Aplikasi : Gum Xanthan PST dgn substrat Metanol Biosurfaktan

Draft Tube

GAS - LIFT BIOREACTOR

Fluidized Bed ReactorsUntuk memelihara konsentrasi sel yang tinggi dan laju transfer massa yang lebih baikDigunakan sel imobil atau enzim imobil Pencampuran dibantu dengan pompa pada bagian dasar tangki, sehingga katalis yang telah diimobilisasi bergerak bersama cairanBiasanya digunakan dalam pengolahan limbah cair

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

Bioreaktor Etanol(Batch)

Fermentasi Etanol Sinambung menggunakan Sel Khamir Imobil

5

Bioreaktor Rak BerputarBentuk 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

Produksi Enzim SelulaseKapang Neurospora sitophilaSubstrat : 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

Kinetika Curah (Batch)Produksi Etanol oleh bakteri Zymomonas mobilis

Waktu(jam)

Biomassa(g/l)

Glukosa (g/l)

Etanol (g/l)

ln biomassa

5 0,05 247 1,5 -2,995739 0,15 240 5 -1,8971214 0,45 225 12 -0,7985118 1,2 195 22 0,18232222 2,8 130 47 1,02961924 3,4 100 63 1,22377526 3,8 75 74 1,33500130 4,15 40 90 1,42310835 4,2 25 100 1,435085

Fase eksponensial = 5 – 22 jam

kurva pertumbuhan

-4-3-2-1012

5 9 14 18 22 24 26 30 35

Waktu (jam)

ln X

(g/L

)

Laju Pertumb. Spesifik maks (μmaks) = 0,24 Jam-1

Penent Laju Pertumb. Spesifik

y = 0,2355x - 4,0992R2 = 0,9984

-4

-3-2

-1

01

2

0 5 10 15 20 25

Waktu (jam)

Ln B

iom

assa

(g/l)

Waktu(jam) (X-Xo) (So-S) (P-Po)

5 0 0 0

9 0,1 7 3,5

14 0,4 22 10,5

18 1,15 52 20,5

22 2,75 117 45,5

24 3,25 147 61,5

26 3,75 172 72,5

30 4,1 207 88,5

35 4,15 222 98,5

Yp/s = 0,383 g etanol/g substrat

Yp/s

y = 0,3827x + 0,8447R2 = 0,9983

01020304050

0 50 100 150

(So-S) g/l

(P-P

o) g

/l

Yx/s = 0,027 g etanol/g substrat

Yx/s

y = 0,0273x + 0,4472R2 = 0,8583

0

12

3

4

0 50 100 150

(So-S) g/l

(X-X

o) g

/l

Yp/x = 12,047 g etanol/g biomassa

Yp/x

y = 12,047x - 2,4313R2 = 0,8615

-20

0

20

40

60

0 1 2 3 4

(X-Xo) g/l

(P-P

o) g

/l