Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Large Scale Production and Commercialization of Proteins from Recombinant Microorganisms Linawati Hardjito, PhD.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Large Scale Production and Commercialization of Proteins from Recombinant Microorganisms Linawati Hardjito, PhD."— Transcript presentasi:

1 Large Scale Production and Commercialization of Proteins from Recombinant Microorganisms Linawati Hardjito, PhD

2 Biology Chemistry Genetics Engineering Statistics Economics Biotechnology Biodiversity Process & Products Development Natural Products Pharmaceuticals Biomedical probes Nutraceuticals Cosmetics Food/Feed Industrial Chemicals Pollution Control Bioremediation Biofiltration Bioleaching Bioabsorption Aquaculture related product

3 Bioprocess Engineering

4 Bioreactor 2000 L

5 Bioproses proses yang memanfaatkan organisme (khususnya mikroorganisme) untuk mengasilkan produk & proses yang bermanfaat untuk kemidupan manusia dan lingkungannya Sub-disiplin bioteknologi yang berperan merubah penemuan bioteknologi menjadi produk/proses Contoh: Produksi rekombinan enzim amilase dengan Saccharomyces cerevisiae dan Pichia pastoris Produksi rekombinan enzim amilase dengan Saccharomyces cerevisiae dan Pichia pastoris Produksi rekombinan selulase, lipase dengan Escherichia coli Produksi rekombinan selulase, lipase dengan Escherichia coli Produksi penisilin dengan Penicillium sp Produksi penisilin dengan Penicillium sp Bioremeidasi tanah terkontaminasi minyak bumi Bioremeidasi tanah terkontaminasi minyak bumi Produksi biopigmen pycoerythrin dengan mikroalga Porphyrodium cruentum Produksi biopigmen pycoerythrin dengan mikroalga Porphyrodium cruentum

6 Biology Chemistry Genetics Engineering Statistics Economics Biotechnology Marine Biodiversity Process & Products Development Natural Products Pharmaceuticals Biomedical probes Nutraceuticals Cosmetics Food/Feed Industrial Chemicals Pollution Control Bioremediation Biofiltration Bioleaching Bioabsorption Aquaculture related product

7 Oganisme/ekstrak terpilih Pengembangan & Optimasi bioproses Pemilihan media (C,N, mineral,dll) Pemilihan kondisi lingungan fisik & kimia (t,pH,salinas,cahaya,oksigen) Proses terpilih Perbaikan genetik Mutasi Rekayasa genetika Down stream processing Pemanenan pemurnian Formulasi produk product Pengembangan budidaya Fraksinasi Pemurnian Karakterisasi Struktur elucidasi

8 Basic research Molecular biology High value added product Bioprocess Engineering Bioprocess engineering is the discipline that puts biotechnology to work

9

10 Sifat Unggul Bioprocess Kondisi reaksi yang ringan/ramah lingkungan Temperatur & tekanan ruang Temperatur & tekanan ruang Reaksi bersifat sangat spesifik dan efektif Enzim/mikroorganisme mengkatalisis reaksi tertentu Enzim/mikroorganisme mengkatalisis reaksi tertentu Reaksi yang kompleks dapat diupayakan menjadi satu kesatuan Beberapa enzim/mikroorganisme bekerja bersama- sama Beberapa enzim/mikroorganisme bekerja bersama- sama Menggunakan sumberdaya terbarukan Penerapan rekayasa genetika menungkinan untuk meningkatan produktiftas

11 Sifat lemah bioproses Campuran produk yang kompleks : mikroba, produk, sisa nutrien Mudah terjadi kontaminasi Mudah terjadi kontaminasi Perlu sterilisasi dan penjagaan kondisi aseptik Perlu sterilisasi dan penjagaan kondisi aseptik Variabilitas dan ketidakstabilan Mutasi alami Mutasi alami Mikroorganisme (enzim) tidak bisa bekerja pada kondisi yang sangat bervariatif Mikroorganisme (enzim) tidak bisa bekerja pada kondisi yang sangat bervariatif

12 Produk bioproses Berdasarkan volume produksi dan nilai jual Volume besar nilai rendah Volume besar nilai rendah Volume besar nilai menengah Volume besar nilai menengah Volume kecil nilai tinggi Volume kecil nilai tinggi Berdasarkan letak produk Intraselular Intraselular Ekstraselular Ekstraselular Berdasarkan peran dalam metabolisme Metabolit primer Metabolit primer Metabolit sekunder Metabolit sekunder Berdasarkan waktu produksi Growth associated Growth associated Non-growth associated Non-growth associated

13 Waktu (jam,hari) Konsentrasi sel (g/L, OD600nm, jumlah sel/mL) sel Growth associated (metabolit primer Non Growth associated (metabolit sekunder)

14 Kebutuhan pengembangan bioproses mikroorganisme nutrien ( sumber karbon, nitrogen, mineral, vitamin, oksigen, dll) nutrien ( sumber karbon, nitrogen, mineral, vitamin, oksigen, dll) Makronutrien Makronutrien Mikronutrien Mikronutrien Kondisi lingkungan yang sesuai (pH, salinitas, temperatur, tekanan) Bioreaktor (tempat kultivasi )

15 Penggolongan bioproses Berdasarkan kebutuhan oksigen Aerobik & anaerobik Aerobik & anaerobik Berdasarkan kandungan air dalam campuran substrat : padat & cair Berdasarkan moda operasi : batch, fed- batch, continuous Berdasarkan letak pertumbuhan sel : tersuspensi & tertambat

16 Bioreaktor dan moda operasi bioreaktor : bejana, tabung, reaktor yang digunakan untuk menumbuhkan mikroorganisme bioreaktor : bejana, tabung, reaktor yang digunakan untuk menumbuhkan mikroorganisme Jenis bioreaktor & metode kultivasi Batch (curah) : tidak ada penambahan nutrien dan pemanenan produk atau pembuangan limbah selama proses kecuali udara (oksigen) untuk proses aerobik Batch (curah) : tidak ada penambahan nutrien dan pemanenan produk atau pembuangan limbah selama proses kecuali udara (oksigen) untuk proses aerobik Fed-batch (curah umpan) : ada penambahan nutrien selama proses tapi tidak ada pemanenan sampai /pembuangan limbah selesai Fed-batch (curah umpan) : ada penambahan nutrien selama proses tapi tidak ada pemanenan sampai /pembuangan limbah selesai Continuous (sinambung) : ada penambahan nutrien dan pemanenan /pembuangan limbah selama proses Continuous (sinambung) : ada penambahan nutrien dan pemanenan /pembuangan limbah selama proses

17 Bioreaktor

18 Batch proses

19 Fin =0 Fout =0 F = kecepatan penambahan nutrien (medium) (ml/jam, L/jam) In = masuk, out =keluar Fin= Fout = 0

20 Keuntungan Sederhana Sederhana Relatif murah dibandingkan proses lainnya Relatif murah dibandingkan proses lainnya Proses cepat Proses cepatKelemahan Produk inhibisi Produk inhibisi Substrat inhibisi Substrat inhibisi

21 Fed-batch (curah umpan) Fin = F ml/jam Fout =0 Vo Vtwaktu Sel & substrat Substrat (S) Sel (X)

22 Keuntungan Produksi sel pada konsentrasi yang tinggi (high cell density) Produksi sel pada konsentrasi yang tinggi (high cell density) Mengurangi substrat inhibisi Mengurangi substrat inhibisiKelemahan Produk inhibisi Produk inhibisi

23 Continuous (sinambung) Fin = F ml/jam Fout =F Vt =vowaktu Sel & substrat Substrat (S) Sel (X) Produk (P)

24 Keuntungan Mengurangi inhibisi produk Mengurangi inhibisi produk Mengurangi inhibisi substrat Mengurangi inhibisi substrat Sistem pada kondisi steady state : bagus untuk menentukan parameter kinetik Sistem pada kondisi steady state : bagus untuk menentukan parameter kinetikKelemahan  Waktu operasi lama  Kemungkinan kontaminasi  kompleks

25 Monitoring pertumbuhan dan pembentukan produk Pertumbuhan sel Berat kering (g/L, mg/mL) Berat kering (g/L, mg/mL) Kekeruhan ( optical density) : spektrofotometer Kekeruhan ( optical density) : spektrofotometer Jumlah sel (hemositometer & mikroskop) Jumlah sel (hemositometer & mikroskop) Sisa substrat (nutrisi) : g/L, mg/mL Pembentukan produk : g/L, unit/mL Kondisi lingkungan : pH, T, salinitas, Dissolved Oxygen

26 Kinetika Pertumbuhan dan pembentukan produk Specific growth rate (µ): perrcepatan pertumbuhan µ mengikuti persamaan Monod atau Michaelis Menten Untuk proses batch (curah) Nutrisi tersedia berlebih (diberikan pada saat awal proses) Nutrisi tersedia berlebih (diberikan pada saat awal proses) Nilai Ks kecil Nilai Ks kecil µ mendekati µ max µ mendekati µ max

27 Yield (Y) Y x/s : sel yang dihasilkan per substrat yang dikonsumsi (g sel/ g substrat), Δx/ Δs Y x/s : sel yang dihasilkan per substrat yang dikonsumsi (g sel/ g substrat), Δx/ Δs Y p/s : produk yang dihasilkan per substrat yang dikonsumsi (g produk/ g substrat), Δp/Δs Y p/s : produk yang dihasilkan per substrat yang dikonsumsi (g produk/ g substrat), Δp/Δs =Y p/x : produk yang dihasilkan per sel yang tersedia (g produk/ g sel), Δp/ ΔX =Y p/x : produk yang dihasilkan per sel yang tersedia (g produk/ g sel), Δp/ ΔX

28 Kinetika pada proses batch

29 µ T =waktu Ln Xt Ln Xo

30 Contoh penentuan µ Waktu kultivasi (jam) Sumber karbon laktat (1 g/L) Sumber karbon laktat (3g/L) Konsentrasi sel (g/L)

31

32

33 Kinetika pada proses continuous (sinambung) F= feed rate (kecepatan umpan, ml/Jam, l/jam V= volume bioreaktor (ml, L, m3) F/V = D : dilutaion rate, nilai konstan D= µ X: Sel (g/L) T ; waktu kultivasi (jam, hari) S: Substrat (g/L) P : produk (g/L)

34 waktu Sel & substrat Substrat (S) Sel (X) dx/dt= 0 ds/dt=0 Pada kondisi steady state

35 Sel & substrat Substrat (S) Sel (X) dx/dt= 0 Pada kondisi steady state

36 Sel & substrat Substrat (S) Sel (X) dx/dt= 0 Pada kondisi steady state

37 waktu Sel & substrat Substrat (S) Sel (X) Produk (P)

38 Produktifitas bioreaktor sinambung Sel (X) = X. D (g/L.jam) Sisa substrat (S) = S.D (g/L.jam) Produk (P) = P.D (g/L.jam)

39 Penentuan nilai Ks D (1/jam) S (g/L) µmax ½ µmax Ks

40 Contoh kasus Suatu bioproses yang memanfaatkan mikroalga ( Chlorella sp) digunakan untuk mengolah limbah industri pupuk yang mengnadung ammonium 200 mg/L dengan volume limbah yang dihasilkan adalah 75 m3/jam. Peraturan pemerintah mengharuskan kadar ammonium dalam air buangan maksimum 5 mg/L. Bila dari hasil percobaan di laboraorium diperoleh data kinetika sebagai berikut : Yx/s =0.1 g sel/g NH4 + dan µmax = 0.5/hari Tentukan : Berapa ukuran kolam (biorekator) yang harus dibuat supaya tidak terjadi kematian mikroalga (wash out) Berapa konsentrasi mikroalga yang dihasilkan dalam bioreaktor Berapa produktifitas mikroalga yang diperoleh Bila mikroalga mengnadung vitamin B1 dengan kadar 0.1 ug/gram sel, berapa produktifitas vitamin B1 yang dihasilkan

41 Berikut adalah data hasil percobaan di laboratorium untuk pertumbuhan mikroalga Chlorella sp. Bila mikroalga tersebut akan digunakan untuk mengolah air dari kolam budidaya yang mengandung kadar ammonium 15 mg/L. Bila air tersebut akan diresirkulasi ke kolam dengan persyaratan bahwa kadar ammonium tidak boleh lebih dari 0.1 mg/L dengan kolam pengolah air yang tersedia memilki kapasitas 1000 m3. 1.Tentukan berapa flow rate yang diperbolehkan agar air yang dihasilkan dari unit pengolah memenuhi persyaratan yang diinginkan 2. Hasil percobaan laboratorium menunjukkan bahwa dari 1 gram ammonium dihasilkan 0.3 g biomasa 3. Berapa maksimum specific growth rate yang dimiliki mikroalga ? Waktu (hari) Kepadatan sel Sel/mL 12.5 x x x x x x x x 10 6

42 Komersialisasi Demand oriented Technologically feasible Economically feasible Investment, Payback Period, IRR, B/C Social and environmentally feasible


Download ppt "Large Scale Production and Commercialization of Proteins from Recombinant Microorganisms Linawati Hardjito, PhD."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google