Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

PROSES HILIR (Downstream Process) m. k. DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL TIN 232/1 (2-0) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FATETA IPB 2011 Dosen : Liesbetini.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "PROSES HILIR (Downstream Process) m. k. DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL TIN 232/1 (2-0) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FATETA IPB 2011 Dosen : Liesbetini."— Transcript presentasi:

1 PROSES HILIR (Downstream Process) m. k. DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL TIN 232/1 (2-0) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FATETA IPB 2011 Dosen : Liesbetini Hartoto

2 RANAH PROSES HILIR PROSES HULU Bahan baku Persiapan bahan Fermentasi Sterilisasi PROSES HILIR Penanganan/pembuangan Residu residu ‘broth’ Pemisahan filtrat Isolasi produk biomassa Penanganan/ pembuangan biomassa Pembuangan/daur ulang (recycle) Pemanfaatan/pembuangan Downstream – ‘after the fermentation process’

3 DIAGRAM ALIR BIOPROSES Substrat Persiapan media fermentasi Sterilisasi Inokulum Fermentasi Analisis Pendahuluan H 2 O Teknologi Pencampuran Pengaturan pH Penambahan garam mineral, Sumber C dan N dll Energi Aerasi Pengukuran & pengontrolan CO 2 dan gas lain Panas

4 Pemisahan Biomassa dan cairan kultur Isolasi Produk Purifikasi Produk & Formulasi Produk Akhir Pembuangan Residu Biomassa Residu Fermentasi

5 Proses hilir : sulit perlu teknik yang tepat dan biaya tinggi 20 – 60 % total biaya produksi : Cara menurunkan biaya : 1. Meningkatkan konsentrasi produk yg dihasilkan - teknologi kultivasi - rekayasa genetika 2. Proses hilir dibuat lebih efisien

6 KRITERIA PEMILIHAN METODE PROSES HILIR Lokasi produk (intra/ekstraseluler) Lokasi produk (intra/ekstraseluler) Konsentrasi produk dalam cairan kultivasi (‘broth’) Konsentrasi produk dalam cairan kultivasi (‘broth’) Sifat-sifat kimia dan fisik produk (ukuran partikel, kelarutan, densitas, difusifitas, muatan dll) Sifat-sifat kimia dan fisik produk (ukuran partikel, kelarutan, densitas, difusifitas, muatan dll) Penggunaan produk  pangan, farmasi dll Penggunaan produk  pangan, farmasi dll Standar tingkat kemurnian minimal yang ditentukan Standar tingkat kemurnian minimal yang ditentukan Adanya senyawa pengotor (mis. pigmen) dalam cairan kultivasi Adanya senyawa pengotor (mis. pigmen) dalam cairan kultivasi Harga jual produk Harga jual produk

7 KARAKTERISTIK BIO-PRODUK 1.Konsentrasi rendah dan campuran kompleks (sel, komponen medium & produk metabolik) (sel, komponen medium & produk metabolik) Konsentrasi (g/l) Konsentrasi (g/l) - PST Etanol Camp.aseton/butil alkohol/etanol Asam organik Antibiotika (Penisilin G) Antibiotika (Penisilin G) Enzim Vitamin B Riboflavin Lokasi Produk (intraseluler/ekstraseluler) 3. Labil/sensitif thd pH, suhu, kekuatan ion dll

8 4. Tidak stabil  pH, suhu, kekuatan ion, jenis pelarut yang digunakan, dirusak mikroba kontaminan dll dirusak mikroba kontaminan dll dapat dihindari dengan pendinginan ±5 o C tapi biayanya tinggi 5. Gravitas Spesifik partikel hampir sama / kental  menyulitkan sentrifugasi / presipitasi  menyulitkan sentrifugasi / presipitasi 6. Sel m.o ‘compressible’ (dapat dimampatkan & lengket)  menyulitkan filtrasi karena terbentuk kerak  menyulitkan filtrasi karena terbentuk kerak

9 TAHAPAN UMUM PROSES HILIR 1. Pemisahan sel m.o/ partikel tidak larut (filtrasi, sentrifugasi, sedimentasi) (filtrasi, sentrifugasi, sedimentasi) 2. Isolasi primer isolasi produk dari cairan kultivasi  pemekatan (  belum murni) (ekstraksi dengan pelarut, presipitasi, ultrafiltrasi) (ekstraksi dengan pelarut, presipitasi, ultrafiltrasi) 3. Purifikasi penghilangan, kontaminan (‘fractional presipitation’, khromatografi) 4. Isolasi produk tahap akhir sesuai formulasi/ aplikasi akhir atau distribusi/transportasi = ‘Polishing’  ‘drum/spray drying, pengeringan = ‘Polishing’  ‘drum/spray drying, pengeringan beku (freeze drying), kristalisasi beku (freeze drying), kristalisasi Cairan Kultivasi/Fermentasi

10 MODIFIKASI PENANGANAN CAIRAN KULTIVASI (‘broth’)  Pretreatment 1. Seleksi m.o yang tidak memproduksi pigmen atau metabolit yang tak diinginkan 2. Modifikasi kondisi kultivasi untuk mengurangi produksi metabolit yang tidak diinginkan 3. Waktu pemanenan yang tepat 4. Pengontrolan pH setelah pemanenan (bufer) 5. Pengaturan suhu setelah pemanenan (pendinginan) 6. Penambahan ‘flocculating agent’ (flokulan) u/ koloid (polisakarida) 7. Produk intraseluler  penggunaan enzim yang dapat menghidrolisis dinding sel m.o  penanganan lebih cepat Hasil : Peralatan proses hilir lebih sederhana Hasil : Peralatan proses hilir lebih sederhana

11 PROSES HILIR IDEAL Diperoleh produk berkualitas tinggi Diperoleh produk berkualitas tinggi Proses cepat & efisien Proses cepat & efisien Investasi peralatan tidak mahal Investasi peralatan tidak mahal Biaya operasi rendah Biaya operasi rendah Pemilihan proses hilir harus tepat

12 KLASIFIKASI METODE PEMISAHAN Prinsip pemisahan Metode pemisahan Ukuran partikel (μm) Ukuran partikel -Fiberfiltrasi -Mikrofiltrasi > 200 – – – 0.5 Ukuran molekul - Ultrafiltrasi - Hiperfiltrasi - Gel Khroma- tografi - Dialisis 2 – – – – – – Suhu - Kristalisasi <

13 KLASIFIKASI METODE PEMISAHAN Prinsip pemisahanMetode pemisahanUkuran partikel (μm) Kelarutan - Adsorbsi - Ekstraksi < Muatan listrik - Elektroforesis - Elektrodialisis - Pertukaran ion 2 – – Bobot jenis (densitas) - Sedimentasi - Dekantasi - Sentrifugasi - Ultra sentrifugasi > – – – 0.02

14  Pemisahan partikel tersuspensi dari cairan/gas Menggunakan medium filter berpori yang menahan partikel (=retentat), tetapi melewatkan cairan/gas (=filtrat) Proses umum untuk semua skala operasi filter slurry ‘Filter cake’ …………… filtrat FILTRASI

15 PERALATAN FILTRASI 1. Rotary Vacuum Drum Filter - drum bersekat yang dilapisi filter kain/logam  dimasukkan tangki cairan kultivasi (bagian yg dimasukkan tangki cairan kultivasi (bagian yg terendam ± 35%) terendam ± 35%) - filter dilapisi ‘filter aid’ - filter dilapisi ‘filter aid’ (contoh : tanah diatomeae) (contoh : tanah diatomeae) - kecepatan berputar - kecepatan berputar rotasi/menit rotasi/menit - vakum dijalankan melalui pipa drainasi melalui pipa drainasi - filtrat terkumpul melalui pipa - filtrat terkumpul melalui pipa di bag dalam drum di bag dalam drum Umpan Filtrat Produk

16 PERALATAN FILTRASI 1. Rotary Vacuum Drum Filter - ‘filter cake’ (kerak) dipotong dengan pisau  produk - penggunaan : * enzim ekstraseluler * enzim ekstraseluler * sel khamir & kapang dll * sel khamir & kapang dll  untuk volume besar &  untuk volume besar & proses sinambung proses sinambung

17 2. Leaf Filter - dapat dioperasikan seperti “vacuum/presure filter” - selama filtrasi tidak diputar  akhir filtrasi diputar untuk pembuangan padatan untuk pembuangan padatan - ‘Filter aid’ (tanah diatomeae dll) ditambah pada umpan - dapat digunakan secara tertutup

18 Leaf Filter

19 3. Filter Press - ‘plate’ & ‘frame’ berseri  tiap ‘plate’ dilapisi filter  sederhana dan murah  sederhana dan murah - ‘Broth’ ditekan dg tekanan (± 20 bar)  padatan tertahan di bag dlm bejana & filtrat dikeluarkan melalui tertahan di bag dlm bejana & filtrat dikeluarkan melalui saluran pada permukaan ‘plate’ saluran pada permukaan ‘plate’ - digunakan untuk suspensi yang sulit di-filter (kental) - digunakan untuk suspensi yang sulit di-filter (kental) - tidak memerlukan ‘filter aid’ - tidak memerlukan ‘filter aid’ - operasi batch (curah) - waktu penghilangan ‘cake’ pembersihan & pemasangan alat lebih lama alat lebih lama

20 Filter Plate Filter Press

21 SENTRIFUGASI Diperlukan bila : 1) Pemisahan dgn filtrasi sulit (perbedaan densitas sel & produk kecil) dan mahal 2) Sel dan bahan tersuspensi lain harus bebas dari ‘filter aid’ 3) Diperlukan pemisahan dgn standar higiene tinggi : Dasar pemikiran : Pemisahan berdasarkan perbedaan densitas antara padatan dan cairan & ukuran partikel dan viskositas cairan medium yang dipercepat dgn gaya sentrifugal Partikel padatan mengalami akselerasi (percepatan) yang berbeda

22 Centrifus : peralatan yang digerakkan dengan motor  contoh berotasi sekitar sumbu, menggunakan gaya yang tegak lurus thd sumbu. -Prinsip kerja alat : sedimentasi (Hukum Stokes)  pemisahan partikel bahan berdasarkan perbedaan densitas - Faktor yg mempengaruhi laju sedimentasi : * perbedaan densitas antara sel dgn cairan * diameter sel * viskositas cairan - Sentrifus “batch” kapasitasnya terbatas  tidak cocok untuk skala besar - Sentrifus yg digunakan untuk pemisahan sel biasanya dioperasikan secara sinambung atau semi sinambung

23 Centrifugation properties of different cell types Bacteria Small cell size Resilient Yeast cells Large cells Resilient Filamentous fungi Mycelial Resilient Cultured animal cells Large cells Very fragile High speed required Low cell damage Lower speed required Low cell damage Lower speed required High water retention in pellet Very susceptible to damage

24 Cara mempercepat sendimentasi (pembentukan flokulan) : Pendinginan  khamir bir Pendinginan  khamir bir Perubahan pH  netralisasi muatan anion sel Perubahan pH  netralisasi muatan anion sel Penambahan bahan kimia : Penambahan bahan kimia :  garam Al, Ca, Fe, tannic acid, TiCl 4,  garam Al, Ca, Fe, tannic acid, TiCl 4, senyawa kationik (senyawa amonium) senyawa kationik (senyawa amonium)

25 Industrial centrifuges Tubular bowl Chamber Disc Faktor akselerasi Tubular centrifuge13000 – g Chamber centrifuge 6000 – g Disc-stack centrifuge 5000 – g bowls, motor drives, cooling jackets & sludge collection vessels

26 Properties of industrial centrifuges Tubular - High centrifugal force Good dewatering Easy to clean Chamber Large solids capacity Good dewatering Bowl cooling possible Disc type Solids discharge No foaming Bowl cooling possible Limited solids capacity Foams Difficult to recover protein No solids discharge Cleaning difficult Solids recovery difficult Poor dewatering Difficult to clean

27 ISOLASI PRODUK ekstraseluler  langsung diekstraksi ekstraseluler  langsung diekstraksiProduk intraseluler  pemecahan sel intraseluler  pemecahan sel 1. Metode fisika-mekanika - liquid shear (high-pressure homogenizer) - solid shear (ekstrusi dg tekanan pd sel mo beku (-25 0 C) - pengadukan dg ‘abrasives’ (glass ballotini) - pembekuan & pencairan (kristal es merusak sel) 2. Metode Kimia - Deterjen (e.g. sodium lauril sufat, Tween, Triton X-100) - Kejutan osmotik (perubahan mendadak kons. garam) - Perlakuan dengan alkali (untuk enzim yg tahan alkali) - Perlakuan dengan enzim (e.g lysozime)  kondisi ‘lunak’ tapi mahal & purifikasi kompleks tapi mahal & purifikasi kompleks

28 Cell disruption (for intracellular enzymes) Sonication Use of high frequency sound waves to disrupt cell walls and membranes Can be used as continuous lysis method Better suited to small (lab-scale) operations Can damage sensitive proteins Pressure cells Apply high pressure to cells; cells fracture as pressure is abruptly released Readily adapted to large-scale and continuous operations Industry standard (Manton-Gaulin cell disruptor) Enzymic lysis Certain enzymes lyse cell walls Lysozyme for bacteria; chitinase for fungi Only useful on small laboratory scale

29 ISOLASI PRODUK 1. Ekstraksi Cairan-cairan Pemisahan komponen suatu cairan dengan penggunaan pelarut yang dapat melarutkan komponen tersebut Penentuan jenis pelarut  nilai koefisien partisi atau distribusi (K) Penentuan jenis pelarut  nilai koefisien partisi atau distribusi (K) K = K = Konsentrasi solut dalam rafinat K > 0.5  pemisahan lebih mudah  ekstraksi 1 tahap K < 0.1  Ekstraksi bertahap : - ‘Concurrent’ (aliran searah) - ‘Counter Current’ (aliran berlawanan arah)  lebih efisien Konsentrasi solut dalam ekstrak

30 Peralatan Ekstraksi dgn Pelarut : Skala Kecil (Lab) :  separating funnel separating funnel Skala Industri :  centrifugal contactors, centrifugal contactors  spray columns, spray columns  pulsed columns pulsed columns dan mixer-settlers.mixer-settlers Mixer-settler

31 2. Destilasi Untuk pengambilan cairan/pelarut (produk kultivasi, e.g etanol, aseton, butanol dll ) Untuk pengambilan cairan/pelarut (produk kultivasi, e.g etanol, aseton, butanol dll ) Tahapan : a. Evaporasi  pemisahan pelarut dari cairan kultivasi b. Pemisahan uap cairan untuk memisahkan pelarut yang lebih volatil dan kurang volatil c. Kondensasi uap untuk mendapatkan pelarut kembali ISOLASI PRODUK

32 3. Khromatografi  Isolasi & pemurnian metabolit dengan konsentrasi  Isolasi & pemurnian metabolit dengan konsentrasi rendah rendah a. Khromatografi Adsorbsi a. Khromatografi Adsorbsi  contoh : untuk antibiotika streptomisin  contoh : untuk antibiotika streptomisin Adsorbsi senyawa oleh fase padat (absorban). Pemisahan terjadi karena setiap senyawa diadsorbsi dengan kekuatan berbeda-beda Adsorbsi senyawa oleh fase padat (absorban). Pemisahan terjadi karena setiap senyawa diadsorbsi dengan kekuatan berbeda-beda  senyawa yang diikat paling kuat akan dielusi paling akhir akhir Contoh absorban : karbon aktif, Mg oksida, Al oksida, Al (OH) 3, silikat gel Al (OH) 3, silikat gel ISOLASI PRODUK

33 b. Khromatografi Penukar Ion  contoh : untuk antibiotika  contoh : untuk antibiotika Pertukaran antara ion pada fase cair dan fase padat yang reversible tanpa mengubah strukturnya Pertukaran antara ion pada fase cair dan fase padat yang reversible tanpa mengubah strukturnya Fase padat  resin penukar ion Contoh : Contoh : R-COO’Na + + streptomycin  R-COO’streptomicin + + NaOH R-COO’Na + + streptomycin  R-COO’streptomicin + + NaOH (resin) (resin) (resin) (resin) R-COO’streptomicin + + HCl  R-COOH + streptomicin + Cl’ R-COO’streptomicin + + HCl  R-COOH + streptomicin + Cl’ (resin) (resin) (resin) (resin) Regenerasi Resin : R-COOH + NaOH  R-COO’Na + + H 2 O Regenerasi Resin : R-COOH + NaOH  R-COO’Na + + H 2 O

34 c. Khromatografi Filtrasi Gel  contoh : untuk vaksin  contoh : untuk vaksin Pemisahan berdasarkan atas ukuran molekul. Mol kecil berdifusi ke dalam gel lebih cepat, sehingga dielusi paling akhir d. Khromatografi Afinitas  contoh : untuk enzim  contoh : untuk enzim - Pemisahan berdasarkan struktur kimia atau fungsinya  interaksi spesifik antara pasangan molekul-molekul  interaksi spesifik antara pasangan molekul-molekul biologis : biologis : a. enzim - substrat a. enzim - substrat b. enzim - inhibitor b. enzim - inhibitor c. antigen - antibodi c. antigen - antibodi

35 POLISHING (Penyelesaian) KRISTALISASI  pemisahan padatan dari larutan (teknik pemurnian  pemisahan padatan dari larutan (teknik pemurnian senyawa padatan) senyawa padatan) - Prinsip : pembentukan padatan kristal dari larutan lewat - Prinsip : pembentukan padatan kristal dari larutan lewat jenuh (supersaturated) jenuh (supersaturated) Contoh : Produksi asam sitrat Contoh : Produksi asam sitrat Produksi asam amino ( asam glutamat, lisin) Produksi asam amino ( asam glutamat, lisin) Produksi asam MSG Produksi asam MSG

36 Widely used crystallizer type (Swenson Draft tube)

37 PENGERINGAN Agar memudahkan penanganan dan pengangkutan  harus dijaga viabilitas, aktivitas & nilai gizi produk Sebelum pengeringan  dapat disentrifugasi/filtrasi  kadar air produk berkurang, sehingga pengeringan lebih cepat cepat “Spray drying”  Cara pengeringan cairan menggunakan udara panas  cairan dipompa melalui ‘atomizer’, sehingga  dihasilkan cairan dipompa melalui ‘atomizer’, sehingga  dihasilkan tetesan halus ke dalam bejana pengering  powder tetesan halus ke dalam bejana pengering  powder

38 Spray drying :http://class.fst.ohio-state.edu/.../14Spraydrying.htmclass.fst.ohio-state.edu/.../14Spraydrying.htm

39 Contoh : Proses Hilir Ragi Roti Cairan kultivasi S. cerevisiase Centrifugasi Filtrat Rotary Vacuum Filter (pengeringan) Tepung Ragi Roti Pasta Ragi

40 Proses Hilir Asam Sitrat Cairan kultivasi A. niger Rotary Filter miselium mo Filtrat + Ca(OH) 2 Kalsium sitrat (+) H 2 SO 4 CaSO 4 Kristalisasi Sentrifugasi Pengeringan Asam Sitrat Evaporasi A A Asam sitrat Rotary Filter

41 Proses Hilir Penisilin Cairan kultivasi Rotary vacuum FilterMiselia mo Ekstraksi dg centrifugal extractor (pelarut : amil asetat/butil asetat) Evaporasi & Kristalisasi Pengeringan (vacuum Drier) Penisilin Re-ekstraksi dg air (+buffer)

42 Contoh : Formulasi Enzim Deterjen Protease alkalin dari Bacillus sp Bentuk awal : dry powder  pekerja alergi & gangguan kulit Formulasi :  enkapsulasi : - debu tak beterbangan - partikel larut cepat - tak menghasilkan bau & warna - daya simpan lebih baik, melindungi thd komponen lain contoh pemutih (bleaching agent )

43 Proses Enkapsulasi Protease Cairan fermentasi (broth)  filtrasi  presipitasi enzim  filtrasi  pengeringan  disaring  powder Formulasi : enzim powder dicampur aditif penstabil etoxylated-C 18 -fatty alcohol  terbentuk bola lalu dilapis (minyak parafin atau PEG) agar tidak berdebu selama penanganan


Download ppt "PROSES HILIR (Downstream Process) m. k. DASAR TEKNOLOGI MIKROBIAL TIN 232/1 (2-0) DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FATETA IPB 2011 Dosen : Liesbetini."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google