Proses Hilir - Ipb

Proses Hilir - Ipb

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

Persiapan bahan broth Fermentasi Sterilisasi Penanganan/pembuangan Residu filtrat Pemisahan Isolasi produk biomassa Penanganan/ pembuangan biomassa Pembuangan/daur ulang (recycle) Pemanfaatan/pembuangan

Downstream after the fermentation process DIAGRAM ALIR BIOPROSES Substrat Pengaturan pH Penambahan garam mineral, Sumber C dan N dll Energi Aerasi Pengukuran & pengontrolan Persiapan media fermentasi

Sterilisasi Fermentasi Analisis Pendahuluan H2O Teknologi Pencampuran Inokulum CO2 dan gas lain Panas Pemisahan Biomassa dan cairan kultur Biomassa

Isolasi Produk Residu Fermentasi Purifikasi Produk & Formulasi Residu Fermentasi Produk Akhir Pembuangan Residu 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 KRITERIA PEMILIHAN METODE PROSES HILIR

Lokasi produk (intra/ekstraseluler) Konsentrasi produk dalam cairan kultivasi (broth) Sifat-sifat kimia dan fisik produk (ukuran partikel, kelarutan, densitas, difusifitas, muatan dll) Penggunaan produk pangan, farmasi dll Standar tingkat kemurnian minimal yang ditentukan Adanya senyawa pengotor (mis. pigmen) dalam cairan kultivasi Harga jual produk KARAKTERISTIK BIO-PRODUK 1.Konsentrasi rendah dan campuran kompleks (sel, komponen medium & produk metabolik) Konsentrasi (g/l) - PST 30-50 - Etanol 70-120

- Camp.aseton/butil alkohol/etanol 18-20 - Asam organik 40-100 - Antibiotika (Penisilin G) 10-30 - Enzim 2 -5 - Vitamin B-12 0.02 - Riboflavin 10-15 2. Lokasi Produk (intraseluler/ekstraseluler) 3. Labil/sensitif thd pH, suhu, kekuatan ion dll 4. Tidak stabil pH, suhu, kekuatan ion, jenis pelarut yang digunakan, dirusak mikroba kontaminan dll

dapat dihindari dengan pendinginan 5oC tapi biayanya tinggi 5. Gravitas Spesifik partikel hampir sama / kental menyulitkan sentrifugasi / presipitasi 6. Sel m.o compressible (dapat dimampatkan & lengket) menyulitkan filtrasi karena terbentuk kerak TAHAPAN UMUM PROSES HILIR Cairan Kultivasi/Fermentasi 1. 2. 3. 4. Pemisahan sel m.o/ partikel tidak larut (filtrasi, sentrifugasi, sedimentasi)

Isolasi primer isolasi produk dari cairan kultivasi pemekatan ( belum murni) (ekstraksi dengan pelarut, presipitasi, ultrafiltrasi) Purifikasi penghilangan, kontaminan (fractional presipitation, khromatografi) Isolasi produk tahap akhir sesuai formulasi/ aplikasi akhir atau distribusi/transportasi = Polishing drum/spray drying, pengeringan beku (freeze drying), kristalisasi PROSES HILIR IDEAL Diperoleh

produk berkualitas tinggi Proses cepat & efisien Investasi peralatan tidak mahal Biaya operasi rendah Pemilihan proses hilir harus tepat KLASIFIKASI METODE PEMISAHAN Prinsip pemisahan Metode pemisahan Ukuran partikel (m)m) Ukuran partikel

- Fiberfiltrasi - Mikrofiltrasi > 200 10 20 0.5 Ukuran molekul - Ultrafiltrasi Hiperfiltrasi Gel Khromatografi - Dialisis 2 0.005 0.008 0.00025 2 0.0003

- Kristalisasi < 0.0002 Suhu 0.002 0.00025 KLASIFIKASI METODE PEMISAHAN Prinsip pemisahan Metode pemisahan Ukuran partikel (m)m)m)

Kelarutan -Adsorbsi -Ekstraksi < 0.002 Muatan listrik -Elektroforesis -Elektrodialisis -Pertukaran ion 2 0.02 0.02 0.00025 0.02 0.00025

Bobot jenis (m)densitas) -Sedimentasi -Dekantasi -Sentrifugasi -Ultra sentrifugasi > 1000 1000 5 1000 0.5 2 0.02 FILTRASI 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 . slurry . Filter cake -- - - - - - - filtrat filter PERALATAN FILTRASI 1. Rotary Vacuum Drum Filter - drum bersekat yang dilapisi filter kain/logam -

dimasukkan tangki cairan kultivasi (bagian yg terendam 35%) - filter dilapisi filter aid (contoh : tanah diatomeae) - kecepatan berputar 0.1-10 rotasi/menit Umpan - vakum dijalankan melalui pipa drainasi filtrat terkumpul melalui pipa di bag dalam drum Produk Filtrat PERALATAN FILTRASI 1.

Rotary Vacuum Drum Filter - filter cake (kerak) dipotong dengan pisau produk - penggunaan : * enzim ekstraseluler * sel khamir & kapang dll untuk volume besar & proses sinambung 2. Leaf Filter - dapat dioperasikan seperti vacuum/presure filter - selama filtrasi tidak diputar akhir filtrasi diputar untuk pembuangan padatan - Filter aid (tanah diatomeae dll) ditambah pada umpan - dapat digunakan secara tertutup Leaf Filter

3. Filter Press - plate & frame berseri tiap plate dilapisi filter sederhana dan murah - Broth ditekan dg tekanan ( 20 bar) padatan tertahan di bag dlm bejana & filtrat dikeluarkan melalui saluran pada permukaan plate - digunakan untuk suspensi yang sulit di-filter (kental) - tidak memerlukan filter aid - operasi batch (curah) - waktu penghilangan cake pembersihan & pemasangan alat lebih lama Filter Plate Filter Press 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 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 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 Industrial centrifuges bowls, motor drives, cooling jackets

& sludge collection vessels Tubular bowl Chamber Disc Faktor akselerasi Tubular centrifuge 13000 17000 g Chamber centrifuge 6000 11000 g Disc-stack centrifuge 5000 15000 g 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 ISOLASI PRODUK ekstraseluler langsung diekstraksi Produk intraseluler pemecahan sel 1. Metode fisika-mekanika - liquid shear (high-pressure homogenizer) - solid shear (ekstrusi dg tekanan pd sel mo beku (-25 0C) - 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 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

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) K= Konsentrasi solut dalam ekstrak 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)

Peralatan Ekstraksi dgn Pelarut : Skala Kecil (Lab) : separating funnel Skala Industri : centrifugal contactors, spray columns, pulsed columns dan mixer-settlers. Mixer-settler ISOLASI PRODUK 2. Destilasi

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 3. Khromatografi Isolasi & pemurnian metabolit dengan konsentrasi rendah a. Khromatografi Adsorbsi contoh : untuk antibiotika streptomisin

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 Contoh absorban : karbon aktif, Mg oksida, Al oksida, Al (OH)3, silikat gel b. Khromatografi Penukar Ion contoh : untuk antibiotika Pertukaran antara ion pada fase cair dan fase padat yang reversible tanpa mengubah strukturnya Fase padat resin penukar ion Contoh : R-COONa+ + streptomycin R-COOstreptomicin+ + NaOH (resin) (resin) R-COOstreptomicin+ + HCl R-COOH + streptomicin+Cl

(resin) (resin) Regenerasi Resin : R-COOH + NaOH R-COONa+ + H2O c. Khromatografi Filtrasi Gel 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 - Pemisahan berdasarkan struktur kimia atau fungsinya interaksi spesifik antara pasangan molekul-molekul biologis : a. enzim - substrat b. enzim - inhibitor c. antigen - antibodi

POLISHING (Penyelesaian) KRISTALISASI pemisahan padatan dari larutan (teknik pemurnian senyawa padatan) - Prinsip : pembentukan padatan kristal dari larutan lewat jenuh (supersaturated) Contoh : Produksi asam sitrat Produksi asam amino ( asam glutamat, lisin) Produksi asam MSG Widely used crystallizer type (Swenson Draft tube) http://www.tkk.fi/Units/ChemEng/research/Crystallization/SwenDTB.gif 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 Spray drying Cara pengeringan cairan menggunakan udara panas cairan dipompa melalui atomizer, sehingga dihasilkan tetesan halus ke dalam bejana pengering powder Spray drying :http://class.fst.ohio-state.edu/.../14Spraydrying.htm Contoh : Proses Hilir Ragi Roti Cairan kultivasi S. cerevisiase Centrifugasi Pasta Ragi

Rotary Vacuum Filter (pengeringan) Tepung Ragi Roti Filtrat Proses Hilir Asam Sitrat Cairan kultivasi A. niger Rotary Filter A Evaporasi miselium mo Filtrat + Ca(OH)2 Kristalisasi

Sentrifugasi Rotary Filter Kalsium sitrat Pengeringan (+) H2SO4 Rotary Filter Asam sitrat A CaSO4 Asam Sitrat Proses Hilir Penisilin Cairan kultivasi

Rotary vacuum Filter Miselia mo Ekstraksi dg centrifugal extractor (pelarut : amil asetat/butil asetat) Evaporasi & Kristalisasi Re-ekstraksi dg air (+buffer) Pengeringan (vacuum Drier) Penisilin 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 ) Proses Enkapsulasi Protease Cairan fermentasi (broth) filtrasi presipitasi enzim filtrasi pengeringan disaring powder

Formulasi : enzim powder dicampur aditif penstabil etoxylated-C18-fatty alcohol terbentuk bola lalu dilapis (minyak parafin atau PEG) agar tidak berdebu selama penanganan

Recently Viewed Presentations

  • Adults Learning Mathematics: Transcending Boundaries and ...

    Adults Learning Mathematics: Transcending Boundaries and ...

    , and communicate mathematical ideas and techniques in a diversity of ways with others who have differing expertise, experience, and interests, including in mathematics itself. Problems requiring mathematical reasoning and calculations are usually . embedded in physical and/or intellectual tasks,...
  • Location and Apprehension of Missing Sex Offenders ...

    Location and Apprehension of Missing Sex Offenders ...

    Organized Crime and Gambling. Organized crime and illegal gambling: since it was possible to make bets without paying upfront, this led to loansharking.. Organized crime and brick and mortar gambling: In The U.S., it appears that OC involvement in the...
  • From Diaspora to Multi-Locality: Writing British-Asian Cities

    From Diaspora to Multi-Locality: Writing British-Asian Cities

    From Diaspora to Multi-Locality: Writing British-Asian Cities Drs Seán McLoughlin, William Gould Ananya Kabir & Emma Tomalin Religious Studies, History & English Literature
  • Classroom management and communication

    Classroom management and communication

    meetings create a context for developing empathy and group membership. Group discussions provide the teacher with an opportunity to help the children understand themselves, and to change their concept of themselves and others which will eventually change their motivations from...
  • Powerpoint template for scientific posters (Swarthmore College)

    Powerpoint template for scientific posters (Swarthmore College)

    Trials were made for various free stream velocities using bedload thicknesses of 0.1, 0.3. 0.6, 1.0 and 2.0 cm. When "measuring" combined bedload and suspended load transport, the comparisons show excellent agreement as shown by the blue symbols in Figure...
  • Lets Practice Tell if the object is living

    Lets Practice Tell if the object is living

    Let's Practice Tell if the object is living or nonliving. Nonliving Living Living Nonliving Living Living Living 1) ALL LIVING THINGS ARE MADE OF CELLS A CELL IS THE SMALLEST LIVING UNIT THAT CAN CARRY OUT LIFE PROCESSES Responding to...
  • ABOUT POETRY By: Heather Sit back, Relax, and

    ABOUT POETRY By: Heather Sit back, Relax, and

    (My Grandma) Mosquitoes and june bugs and fire flies, all come out at night. It's fun to catch the fire flies, But the mosquitoes like to bite. ... .it will feel good. COUPLETS A couplet is a two line poem...
  • UNSW Asia Joint Planning Day

    UNSW Asia Joint Planning Day

    Customer service delivered within an appropriate cultural framework Requirements of students with disabilities taken into account to ensure access to the physical, virtual and teaching environment Accommodation options for available for all students including other UNSW students undertaking a semester...