soal dan jawaban biotek

TUGAS BIOTEKNOLOGI PANGAN

Oleh:

Rebecca Putri Limbardo 2015871001

Illona Nathania 2015871002

Lukito Hadisaputra 2015871003

Annete Azalia 2015871004

MAGISTER TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

BANDUNG

2015

1. Pada fermentasi aerobic maka S.cereviae ditumbuhkan pada substrat ethanol dengan

persamaan reaksi kimia sebagai berikut:

C2H5OH + a O2 + b NH3 c CH1,704N0,149O0,408 + d CO2 + e H2O

a. Hitunglah koefisien a, b, c, d, e jika koefisien respirasi (CO2/O2) = 0,66

b. Hitunglah koefisien biomassan per substrat (Yxs

)!

Solusi untuk nomor 1:

a. Neraca massa:

C: 2 = c + d c + d = 2

H: 6 + 3b = 1,704c + 2e 3b – 1,704c – 2e = -6

O: 2a + 1 = 0,408c + 2d +e 2a – 0,408c -2d – e = -1

N: b = 0,149c b – 0,149c = 0

d = 0,66a d – 0,66a = 0

5 persamaan diatas diubah ke dalam bentuk matriks kemudian diselesaikan menggunakan solver

[0 0 1 1 00 3 −1,704 0 −22 0 −0,408 −2 −10 1 −0,149 0 0

−0,66 0 0 1 0] [

abcde] = [

2−6−100

]Dari solver didapatkan hasil sebagai berikut:

a = 2,9169

b = 0,0111

c = 0,0748

d = 1,9251

e = 2,9529

b. Yxs

= koefisien biomassakoefisien substrat

= 0,0748

1 = 0,0748

2. Nilai dCxdt

untuk pertumbuhan mikroba dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

dCxdt

= μmaks .Cs . CxKs+Cs

Jika nilai μmaks = 0,7 jam -1, nilai Ks = 5 g/L

Perolehan sel Yxs

= 0,65 berat sel kering/substrat

Reaksi kimia berlangsung pada Continuous Stirred Tank Fermentator (CSTF) dengan

bioreactor seri dengan volume V1 dan V2. Laju alir sebesar 500 L/jam dan konsentrasi

substrat adalah 85 g/L sedangkan konsentrasi seubstrat keluar bioreactor adalah 5 g/L

1. Jika digunakan single steady state CSTF dengan umpan substrat steril, maka hitunglah

dilution rate!

2. Hitunglah konsentrasi mikroba yang keluar reaktor!

3. Gambar bioreactor kontinyu secara lengkap dengan lambing-lambangnya!

4. Hitunglah volume bioreactor V1 dan bioreactor V2!

Solusi untuk nomor 2:

Berikut merupakan gambar bioreactor yang diperoleh:

Nilai dilution rate diperoleh menggunakan persamaan:

D= FV

= μmax .CsKs+Cs

D=0,7 jam−1× 5 g / L5 g/ L+5g / L

=0,35

Laju alir masukan yang diketahui sebesar 500 L/Jam sehingga volume tangki 1:

D=FV

=500

Ljam

V 1

volume tangki 1=500 L/ jam0,35

=1428,571 L

Untuk perhitungan jumlah mikroba yang keluar adalah

perubahansubstrat dalam bioreaktor=substrat yang terkonsumsi olehmikroba=substrat awal−substrat akhir=85gL−5

gL=80 gsubstrat / L

jumlah konsentrasi mikroba (Cx )=Yxs

× perubahanCs=0,65g sel keringg substrat

×80g substrat

L=54,4 g sel kering /L

3. Pada percobaan fermentasi dengan yeast digunakan fermentor. Laju alir media divariasi dan

pada keadaan tunak (steady state) konsentrasi mikroba dan konsentrasi glukosa diukur dan

dicatat. Input konsentrasi glukosa dibuat 100 g/L dan volume fermentor sebesar 500 mL.

Data diperoleh ditabulasikan sebagai berikut:

Laju alir, F, mL/jam Konsentrasi sel, Cx, g/L Konsentrasi substrat, Cs, g/L

31 5,97 0,5

50 5,94 1,0

71 5,88 2,0

91 5,76 4,0

200 0 100

1. Hitunglah laju persaman reaksi pertumbuhan sel mikroba! rx = f (Cs dan Cx)

2. Plot 1D

sebagai sumbu y dan 1

Cs sebagai sumbu x, maka hitunglah nilai Ks dan μmaks

Solusi untuk nomor 3:

Lakukan perhitungan nilai 1/D dan 1/Cs terhadap data tabel yang telah diberikan. Untuk

menentukan nilai D, digunakan persamaan sebagai berikut:

D= FV

= μmax .CsKs+Cs

Sehingga diperoleh hasil perhitungan dalam tabel :

F (mL/jam)F(L/jam) Cs (g/L) D 1/D 1/Cs Cx (g/L) r

31 0.031 0.50.00006

2 16129.0323 2 5.97 6.10527E-05

50 0.05 1 0.0001 10000.0000 1 5.940.00010150

3

71 0.071 20.00014

2 7042.2535 0.5 5.880.00015178

7

91 0.091 40.00018

2 5494.5055 0.25 5.760.00020176

1

200 0.2 100 0.0004 2500.0000 0.01 00.00029500

5

Plot data 1/D sebagai sumbu y dan 1/Cs sebagai sumbu x pada grafik sehingga dihasilkan :

0 0.5 1 1.5 2 2.50.0000

2000.0000

4000.0000

6000.0000

8000.0000

10000.0000

12000.0000

14000.0000

16000.0000

18000.0000

f(x) = 6527.41264365686 x + 3324.54394670939R² = 0.987207567561909

Kurva 1/D vs 1/Cs

Series2Linear (Series2)

1/Cs

!/D

Dari hasil grafik diperoleh persamaan garis linear y=6527.4x+3324.5 , di mana nilai gradien garis adalah nilai ks/µmax dan intercept adalah nilai 1/µmax. Sehingga diperoleh hasil sebagai berikut:

volume 500 mL = 0.5 Lintercept 3324.5

umax0.00030

1slope 6527.4

ks1.96342

3

Setelah nilai ks dan µmaks diperoleh lakukan perhitungan nnilai laju reaksi untuk masing-masing konsentrasi menggunakan persamaan:

r=Cs . μmax(Ks+Cs)

4. Jika mikroba tumbuh mengikuti hokum michaelis menten dengan nilai dCx/ dt = 1/Cx.

dCx/dt , µmaks= 0,5 jam -1 dan nilai Ks = 2 g/L dengan nilai F =100L/jam, Cs = 50 g/L dan

nilai Yxs

= 0,5, maka hitunglah ukuran fermentor agar mampu memberikan total laju

pembentukan sel maksimum!

Solusi:

Cari D = F/V = µ Cs/(ks + Cs) = 0,5 * 50 / (2 + 50) = 0,48

V = F/D = 100/0,48 = 208,33 L