Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

TIN 321 / 2 (2-0) m.k. SATUAN PROSES DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR Proses Konversi Yang.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "TIN 321 / 2 (2-0) m.k. SATUAN PROSES DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR Proses Konversi Yang."— Transcript presentasi:

1 TIN 321 / 2 (2-0) m.k. SATUAN PROSES DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR Proses Konversi Yang Memanfaatkan Teknologi Fermentasi XV. TEKNOLOGI FERMENTASI II

2 Kelebihan Pemanfaatan Mikroba pada Industri : a. Ukuran sangat kecil, nisbah permukaan thd volume tinggi, sehingga difusi nutrien lbh cepat  reaksi metabolisme lebih cepat b. Keragaman kemampuan konsumsi substrat tinggi  industri fermentasi tidak tergantung pada suatu jenis substrat c. Pada kondisi proses fermentasi optimal, mikroba mampu mempertahankan sifat fisiologisnya dan memproduksi enzim dgn segera

3 1. Biomassa sel mikroba sbg produk (ragi roti, PST, Lactobacillus ) 2. Enzim mikrobial (katalase, amilase, protease, pektinase, glukosa isomerase, sellulase, hemisellulase, lipase, laktase, )atalaseamilaseprotease pektinaseglukosa isomeraseellulase hemisellulaselipaselaktase 3. Metabolit (primer & sekunder) 4. Senyawa kimia hasil biotransformasi (asam asetat, sorbosa, antibiotika, steroid dll) 5. Recombinant products: insulin, HBV, interferon, GCSF, streptokinaseinsulinHBVinterferonGCSF streptokinase

4 Merupakan senyawa yang diproduksi pada fase logaritmik (tropophase)  penting untuk hidup & reproduksi sel Senyawa antara pada jalur biosintesis produk akhir, yaitu asam amino (asam glutamat, lisin dll), nukleotida (I+G = Ribotide), vitamin, polisakarida, etanol Senyawa antara pada jalur Embden-Meyerhof, Pentosa- Fosfat dan Siklus Krebs, contoh asam-asam organik (asam sitrat, asam fumarat dll). Metabolit Primer

5 Molekul yang disintesis oleh mikroba pada saat akhir hidupnya (pada fase stasioner/idiophase) Tidak diperlukan untuk pertumbuhannya dapat sebagai nutrient darurat untuk bertahan hidup atau sbg pertahanan diri thd lingkungan yang buruk Ciri-ciri : 1. Spesifik untuk satu/beberapa spesies m.o 2. Produksinya dipengaruhi faktor lingkungan 3. Beberapa diiproduksi sebagai kelompok produk dengan struktur mirip, contoh : 3 neomisin 10 polimisin 10 basitrasin 20 penisilin 6 tirosidin 20 aktinomisin 8 aflatoksin 5 mitomisin Metabolit sekunder penting : antibiotika, mikotoksin, pigmen Metabolit Sekunder

6 Komponen Proses Fermentasi 1.Formulasi media untuk penyiapan inokulum dan medium produksi 2. Sterilisasi media & fermentor/bioreaktor + perlengkapannya 3. Produksi inokulum yang aktif, murni dengan jumlah yang mencukupi 4. Pertumbuhan mikroba dalam fermentor pada kondisi optimum untuk pembentukan produk 5. Ekstraksi produk dan pemurniannya (Proses Hilir) 6. Pembuangan buangan/limbah yang dihasilkan selama proses

7 Kultur Stok Labu Kocok Fermentor Bibit Fermentor Produksi Sterilisasi Media Formulasi Media Bahan-bahan Media Pengembangan Inokulum SKEMA PROSES FERMENTASI Cairan Fermentasi Biomassa Pemisahan Sel Supernatan Bebas Sel Ekstraksi Produk Purifikasi Produk Penanganan Limbah Pengemasan Produk

8 Metode fermentasi berdasarkan cara operasi bioreaktor : - curah (batch) - sinambung (continuous) - semi sinambung (fed- batch) METODE FERMENTASI/KULTIVASI Continuous

9 * Kurva Pertumbuhan Bakteri Kultivasi Curah Log jumlah bakteri hidup A = fase lamban (lag phase) B = fase cepat (log phase/eksponensial) C = fase statis (stationary phase) D = fase kematian / penurunan (death phase, decline phase)  X, P & S berubah thd waktu A B C D Waktu Kultivasi (jam)

10 Karakteristik Kultur Curah : 1.Selama kultivasi S,P dan X berubah selama kultivasi)  kondisi “unsteady-state” 2.Kultur curah merupakan cara yang paling sederhana, sehingga menjadi titik awal untuk studi kinetika 2.Kultur curah merupakan cara yang paling sederhana, sehingga menjadi titik awal untuk studi kinetika 3.Tidak perlu mikroba dengan kestabilan tinggi (mikroba rekombinan kadang tidak stabil sifat genetiknya) 4. Dari aspek rekayasa proses, kultur curah lebih fleksibel dalam perencanaan produksi, terutama untuk memproduksi beragam produk dengan pasar kecil 5. Kelemahan : produk yang menghambat pertumbuhan terakumulasi

11 Karakteristik Kultur Sinambung Media segar secara kontinyu ditumpankan ke dalam bioreaktor, dan pada saat yang bersamaan cairan kultivasi dikeluarkan (Sistem Terbuka) Sel mikroba secara kontinyu berpropagasi & mensintesis produk menggunakan media segar yang diumpankan, dan pada saat yang bersamaan produk, dan sel dikeluarkan dari bioreaktor (laju alir sama, shg V sama)  X, P & S tetap thd waktu (steady-state) Bioreaktor kultur sinambung membutuhkan lebih sedikit pembersihan dibandingkan sistem curah. Sel mikroba/enzim diimobilisasi untuk meningkatkan kestabilannya & dapat digunakan berulang-ulang

12 Kultur ini merupakan kultur curah yang diberi umpan secara sinambung atau sekuensial, tanpa pengeluaran isi bioreaktor, sehingga volume bervariasi selama kultivasi  konsentrasi nutrien bervariasi Keuntungan : dapat menekan efek represif sumber karbon dan mempertahankan kapasitas aerasi dalam bioreaktor Fermentasi Semi Sinambung (Fed-Batch) Meskipun total biomassa meningkat terhadap waktu, namun konsentrasi sel tetap mengingat volume juga meningkat, akibat ada penambahan media/umpan dX/dt = 0  μ ~ D (quasy-steady state)

13

14 FERMENTASI ASAM LAKTAT  Produksi secara Curah -Asidulan yang paling efektif, rasanya enak dan pengawet kuat pangan - Aplikasi : obat-obatan, minuman, makanan (acar, sauekraut, fermented cereals, yogurt, sour dough bread & susu fermentasi), bioplastik PLA dan penyamakan kulit - Kelebihan sisi kesehatan : tidak menciptakan unsur asing di pangan, dapat digunakan pada produk berkalsium, mudah larut dan digunakan pada minuman olahraga/sport serta dapat untuk mengatur pH.

15 Bakteri Asam Laktat (BAL)  ada 2 gol yaitu : a.Homofermentatif (memproduksi hanya asam laktat) b.Heterofermentatif (memproduksi asam laktat, asetat, etanol & CO 2 )  tidak cook untuk industri Perbedaan pola fermentasi: -BAL Homofermentatif : hanya menggunakan lintasan EMP  genus beberapa Lactobacillus, Streptococcus, Pediococcus dan Lactococcus dll -BAL Heterofermentif : melalui lintasan Fosfoketolase  genus Leuconostoc dan beberapa Lactobacillus dll Jenis Mikroba : - L delbrueckii : substrat glukosa - L. bulgaricus : whey - L. pentosus : sulfite waste liquor

16 BAL Homofermentatif Homolactic acid bacteria (Lactobacillus, Lactococcus and most streptococci)  used to ferment milk and milk products in the manufacture of yogurt, buttermilk, sour cream, cottage cheese, cheddar cheese, and most fermented dairy

17 BAL Heterofermentatif Glucose > Lactic acid + ethanol + CO ATP (net).  Lintasan Pentosa Fosfat

18 The broth containing calcium lactate is filtered to remove cells, carbon treated, evaporated and acidified with sulphuric acid to get lactic acid and calcium sulphate. The insoluble calcium sulphate is removed by filtration; lactic acid is obtained by hydrolysis, esterification, distillation and hydrolysis a) Fermentasi dan Netralisasi C 6 H 12 O 6 Karbohidrat + Ca (OH) 2 Kalsium hidroksida (2CH 3 CHOHCOO- ) Ca 2+ kalsium laktat 2H 2 O+ (b) Hidrolisis oleh H 2 SO 4 (2CH 3 CHOHCOO- ) Ca 2+ Kalsium laktat + H 2 SO 4 Asam sulfat 2 CH 3 CHOHCOOH Asam laktat Ca SO 4 Kalsium sulfat + Reaksi pada Fermentasi & Pemanenan Asam Laktat fermentasi

19 (c) Esterifikasi CH 3 OH Metanol 2 CH 3 CHOHCOOH Asam laktat + CH 3 CHOHCOOCH 3 Metil laktat 2H 2 O+ (d) Hidrolisis oleh H 2 O CH 3 CHOHCOOCH 3 Metil laktat + 2 CH3CHOHCOOH Asam laktat + CH3OH Metanol 2H 2 O  distilasi

20 Penentuan kondisi terbaik Fermentasi Asam Laktat - Menggunakan mikroba Lactobacillus casei FNCC 266 & Rhizopus oryzae - Variasi konsentrasi total gula (hidrolisat pati) - Variasi jenis sumber nitrogen : (NH 4 ) 2 SO 4 dan urea - Waktu fermentasi s.d 72 jam (Lactobacillus casei FNCC 266 ) dan s.d 6 hari (Rhizopus oryzae)

21 Diagram Alir Fermentasi Asam Laktat Propagasi dalam media hidrolisat pati 2% (20 – 24 jam, 37 0 C, 150 rpm) Kultur Murni L. casei FNCC266 Kultur inokulum Fermentasi dalam Waterbath Shaker (150 rpm, 37 0 C, 72 jam) Asam Laktat Parameter : pH, Bobot Sel Kering, Total Asam/Asam Laktat, Gula Sisa

22 Komposisi Media Fermentasi L. casei FNCC266 No.MediaKomposisi Sumber CSumber N 1C1N1Hidrolisat pati sagu 1%Amonium sulfat 1,519% 2C2N1Hidrolisat pati sagu 2%Amonium sulfat 1,519% 3C3N1Hidrolisat pati sagu 3%Amonium sulfat 1,519% 4C1N2Hidrolisat pati sagu 1%Urea 0,584 % 5C2N2Hidrolisat pati sagu 2%Urea 0,584 % 6C3N2Hidrolisat pati sagu 3%Urea 0,584 %

23 a. pH cairan fermentasi b. Bobot Kering Biomassa d. Total Asamc. Gula Sisa Fermentasi Asam Laktat Oleh B. casei FNCC266

24 Fermentasi Asam Laktat Oleh L. casei FNCC266 Parameter KinetikaNilai  maks (/jam) 0,284 Y x/s (g biomassa/g substrat)0,074 Y p/s (g produk substrat)0,418 Laju konsumsi substrat (g/l.jam)0,191 Bioreaktor 2 L Asam laktat tertinggi : 12,48 g/l

25 Poli (3-hidroksialkanoat) = PHA dengan Fermentasi Fed-Batch Fungsi PHA : sebagai cadangan karbon dan energi mikroba bila kondisi lingkungan buruk /tidak seimbang (nutrien menipis) Struktur kimia PHA Aplikasi : bioplatik yang biodegradabel Contoh Produksi

26 Ralstonia eutropha  Bakteri Gram negatif, suhu pertumbuhan o C, digunakan dalam produksi PHA karena dapat mengakumulasi PHA hingga 90% dari bobot kering selnya.  Akumulasi PHA dalam sel R. eutropha dipicu oleh kondisi pertumbuhan tidak seimbang (C berlebih, nutrisi lain terbatas)  Nutrisi pembatas pemicu akumulasi PHA dalam R. eutropha : N (amonia/amonium), oksigen, P (fosfat), Mg atau sulfat (Klem 1999, Lefebvre et al. 1997)

27 Mengapa fed-batch ? PHA produk intraseluler  tergantung konsentrasi sel Akumulasi PHA oleh R. eutropha dipicu oleh kondisi tak seimbang, [C]>>, nutrisi lain terbatas :  Tahap 1 (batch) : nutrisi seimbang ~ laju pertumbuhan spesifik tinggi => pembentukan biomassa  Tahap 2 (fed-batch) : nutrisi tidak seimbang ~ induksi akumulasi PHA

28 Waktu (jam) X (g/l) (X-Xo) (g/l) Ln X (g.l) µ (1/jam) S (g/l) (So-S) (g/l) 00,290,00-1,22824,340,00 121, ,0830,10921,862,48 242,191,890,7820,05819,185,16 363,543,241,2630,0409,1715,17 484,324,031,4620,0171,4122,93 604,213,921,437-0,0020,4823,86 724,464,171,4950,0050,3923,95 844,213,921,437-0,0050,3124,03 964,414,121,4840,0040,3124,03 Data Kinetika Kultivasi R eutropha secara Curah pada Bioreaktor 2 L (Konsentrasi Total Gula 30 g/l)

29 Pertumbuhan sel R. eutropha vs konsumsi gula (curah, bioreaktor 2 liter) PARAMETERNILAI µ maks 0,109/jam Y x/s 0,15 g sel/g gula Y p/s 0,06 g PHA/g gula Y p/x 0,38 g PHA/ g sel ΔS/So0,99 Fase stasioner ketika residu gula ~ 1 g/L : mulai jam ke-48 Pola pembentukan PHA : mixed growth associated

30 Konsentrasi dan rendemen PHA dalam sel pada kultivasi batch Vs fed-batch ( dengan perlakuan jenis media pengumpan) F1 : Umpan media lengkap seperti media awal batch F2 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu  rendemen tertinggi F3 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu + MgSO 4 F4 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu + (NH 4 ) 2 HPO 4 + MgSO 4

31 Interpretasi Hasil Perolehan PHA F2 > F3 > F4 Terdapat indikasi bahwa N, P, MgSO 4 merupakan nutrisi pembatas yang dapat meningkatkan akumulasi PHA. Pengumpanan hidrolisat pati sagu menyebabkan kultur kelebihan karbon, sedangkan N, P, MgSO 4 menjadi terbatas sehingga rangkaian karbon mengalir ke jalur sintesis PHA, bukan ke siklus TCA (Babel et al 2001).jalur sintesis PHA Substrat pengumpan terpilih : Hidrolisat pati sagu (f2)

32 Rekapitulasi konsentrasi sel dan PHA pada akhir kultivasi batch dan fed-batch PERLAKUAN[sel] dalam media (g/L) [PHA] dalam media (g/L) Kadar PHA dalam sel (%b/b) Batch (kontrol ) 4,41 ± 0,321,44 ± 0,2732,65 ± 6,56 Pengumpanan F1 F2 F3 F4 3,34 ± 0,11 4,86 ± 0,14 3,67 ± 0,28 4,58 ± 0,24 2,15 ± 0,03 3,72 ± 0,24 2,12 ± 0,05 1,85 ± 0,06 64,37 ± 2,30 76,54 ± 5,41 57,77 ± 4,61 40,39 ± 2,49 Pembatasan aerasi Ao F5 3,39 ± 0,21 4,13 ± 0,52 1,65 ± 0,14 2,68 ± 0,08 48,67 ± 5,11 64,89 ± 8,40 F1 : Umpan media lengkap seperti media awal batch F2 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu F3 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu + MgSO 4 F4 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu + (NH 4 ) 2 HPO 4 + MgSO 4 F5 : Media pengumpan hidrolisat pati sagu + aerasi dihentikan mulai jam ke-48 Ao: Tanpa pengumpanan, aerasi dihentikan mulai jam ke-48

33 Perbandingan Kultivasi batch Vs fed-batch F2 Konsentrasi dan rendemen PHA F2 cenderung meningkat setelah diumpan

34 Lembaran PHA Serbuk PHA FOTO PRODUK PHA

35 Produksi Vitamin C

36 Reichstein process (mixed fermentation & chemical synthesis method.) *Sorbitol is made by hydrogenation glucose at high temperature. & pressure Sorbose + aceton  diaceton sorbose Diacetone sorbose, then oxidized using chlorine and sodium hydroxide to produce diacetoneketogulonic acid (DAKS). Purified by recrystallization Glucose Sorbitol* Fermentation by Acetobacter Sorbose Diaceton L-sorbose DAKS Raw vitamin C Methods of producing vitamin C Raw vitamin C

37 Two-step Fermentation Process Sorbitol fermentation Sorbose fermentation KGA Raw vitamin C Purified vitamin C KGA (keto gulonic acid) then undergo ring-closing lactonization via dehydration  Ascorbic acid (Vit C) The two-stage fermentation process makes less use of toxic solvents and reagents  reduction in the cost of processing waste products. This method is used predominantly in ascorbic acid industry in China, which supplies 80% of world's ascorbic acid

38


Download ppt "TIN 321 / 2 (2-0) m.k. SATUAN PROSES DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR Proses Konversi Yang."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google