Upload
vuongtuong
View
219
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
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