proses fermentasi - · pdf fileindustri/bioteknologi . æ. sel & syw metabolit...
TRANSCRIPT
![Page 1: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/1.jpg)
PROSES FERMENTASI
Iman rusmanaDepartemen Biologi FMIPA IPB
![Page 2: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/2.jpg)
Industri/Bioteknologi Sel & syw metabolit mikrob
2 proses penting :1. Produksi Fermentasi2. Hilir ekstraksi & purifikasi
Pd fermentasi :Mikrob jadi objek utama
Produk yg diinginkan
![Page 3: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/3.jpg)
Produksi optimal optimasi mediakontrol : - O2
- kondisi lainnyaKontrol terbaik:online control
Kinetika pertumbuhan mikrobPerlu dimengerti
Tergantung tipe proses fermentasinya !
![Page 4: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/4.jpg)
3 Tipe Proses Fermentasi BatchFed-BatchKontinu
Kinetika & Kondisi berbeda
![Page 5: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/5.jpg)
1. Fermentasi BatchSistem tertutuptidak ada penambahan media baruada + : - O2 aerasi
- antifoam- asam/basa kontrol pH
-Komposisi media-[biomasa]-[metabolit]
Berbeda
Kondisi fisiologi/metabolisme
sel
![Page 6: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/6.jpg)
4 Fase Pertumbuhan Fase LagFase LogFase StasionerFase Kematian
Kondisi fisiologi/metabolisme sel
Beda
![Page 7: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/7.jpg)
☺Fase Lag:Mikrob beradaftasi ling. Baru
-pH berubah-Nutrien meningkat-[inhibitor] turun
Lamanya Tergantung kondisi fisiologi inokulum
- Inokulum fase log cepat/tidak ada- inokulum fase stasiner lebih lama
*kinetika pembentukan produk tidak tergantung lamanya fase lag
![Page 8: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/8.jpg)
☺Fase Log:Mikrob telah beradaftasisel tumbuh: jumlah sel/biomasalaju pertumbuhan konstan:
- tidak tergantung [substrat]berlebih
- tergantung: laju pertumbuhan spesifik(μ)[biomasa] (X)
Plot semilogaritmik biomasa dg waktu garis lurus
dX/dt = μ X atau dN/dt = μ N
Disebut Fase Log
![Page 9: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/9.jpg)
Laju pertumbuhan spesifik (μ ):fungsi 3 parameter:
-[substrat] pembatas (S)-Laju pertumbuhan maksimum (μm)-Konstanta spesifik substrat (Ks)
Lamanya Tergantung kondisi fisiologi inokulum
Sμ = μm
________
Ks + S
*persamaan Monod Jacques Monod
![Page 10: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/10.jpg)
Pada kondisi μ = ½ μm
Ks = S*Ks = Konstanta Michaelis-Menten kinetika enzim
Pada kondisi substrat tidak terbatasFase log
Ks <<< S
μ = μmS
μ = μm ________
Ks + S
![Page 11: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/11.jpg)
μm penting di industri produksi
Tergantung: - jenis mikrob- kondisi fermentasi- jenis substrat:
C sederhanaC komplek
*Bila substrat 1 habis, substrat 2 tersedia fase log 2μm 2
Pd substrat komplek (2):2 fase logdipisah fase lag 2 DIAUXY
![Page 12: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/12.jpg)
☺Fase Stasioner :substrat banyak digunakansyw toksik terakumulasi
Laju pertumbuhan melambat/terhenti
Beberapa metabolit penting disintesis padaFase stasioner
Biomasa konstan
![Page 13: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/13.jpg)
☺Fase Kematian :sel kehabisan energilamanya waktu dari stasioner ke kematiantergantung mikrob & prosesnya
Aplikasi di industri tidak sampai fase ini
Proses dihentikanSetelah fase log
Sebelum fase kematian
Tgt produk diproduksi di fase mana ?
![Page 14: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/14.jpg)
2. Fermentasi Fed-Batchpengembangan sistem batchada penambahan media barutidak ada kultur yg keluarYield lebih tinggi dari batch
-Memperpanjang fase log or stasioner-Menghindari represi krn [substrat] tinggi
Kapan penambahan [substrat]
Monitor proses
![Page 15: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/15.jpg)
3. Fermentasi Kontinusistem terbukaada penambahan media baruada kultur yg keluarvolume tetapfase fisiologi sel konstan
-Ada 2 tipe sistem:
1. Homogenously mixed bioreactor2. Plug flow reactor
![Page 16: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/16.jpg)
Homogenously mixed bioreactor
Ada 2 macam:
a. Chemostat: Steady statefaktor pembatas salah satu nutrienpertumbuhan sel terkontrol
b. Turbidostat: Steady statemonitor turbiditas biomasa
![Page 17: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/17.jpg)
Plug flow reactor
Kultur dialirkan dlm reaktor berbentuk tabungTanpa percampuran balikSel harus ditambahkan dg subtrat baru
-komposisi nutrien-Jumlah sel-[O2]-produktivitas
Beda-beda
Tiap lokasi reaktor
![Page 18: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/18.jpg)
Kondisi steady state :Sel tercuci/hilang = pertumbuhan sel
D = μD= dilution rate
μ = (1/X) (dX/dt) Laju pertumbuhan[sel] di bioreaktor
Dg persamaan Monod & konstanta Yield (Ys):
biomasa D KsYs = ------------------------- S = ------------
konsumsi substrat μm D
![Page 19: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/19.jpg)
Pd flow rate rendah substrat hampir terpakai semua:S ~ 0
D KsX = Ys (So - -------------- )
μm D
So = [substrat] awal
X = Ys .So
Jika D meningkat X turun perlahan sampai pd D = μm
Pencucian tercapai Dm X ~ 0
μm SoDm = --------------
Ks + So
So----------- ~ 1 Ks + So
Dm = μm
![Page 20: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/20.jpg)
•Jika D > Dm kondisi steady state tidak akan tercapaisel akan tercuci !!!!
• Jika D sedikit lebih rendah dari Dm sistem sensitifthd pengaruh luar
Pengembangan fermentasi kontinu untuk produksi:protein sel tunggalantibiotikpelarut organikkultur starterdekomposisi selulosapengolahan limbah cairbeerglukosa isomeraseetanol
![Page 21: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/21.jpg)
Kendala aplikasi di skala industri:
Harus stabil untuk paling tidak 500 – 1000 jamskala lab: 20 – 200 jam
Sulit menjaga sterilitas dalam jangka waktu lamaKomposisi media harus selalu samaTimbulnya mutan yg produktivitasnya rendah dg pertumbuhan lebih cepat
![Page 22: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/22.jpg)
Kelebihan fermentasi kontinu:
1. Bioreaktor lebih kecil utk produksi jumlah sama2. Batch perlu peralatan besar, juga utk proses selanjutnya3. Tidak ada waktu istirahat dalam produksi4. Taraf fisiologi MO sama
![Page 23: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/24.jpg)
Fermentasi Batch vs Fed-Batch
E. Coli rekombinan produksi protein asing:1. Pd fase stasioner produk
didegradasi segera2. Fed-batch: ada perpanjangan
fase log
Kembali
![Page 25: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/25.jpg)
μm beberapa fungi dg substrat glukosaOrganisme T (oC) μm(h-1) Waktu
doubling (h)
Aspergilus nigerAspergilus nidulans
Penicillium chrysogenumMucor hiemalisFusarium avanaceumFusarium graminearumVerticillium agaricinumGeotricum candidum
3020253037252525302525
0.200.0900.1480.2150.3600.1230.170.180.280.240.41
3.467.724.683.231.965.654.13.82.482.91.7
kembali
![Page 26: PROSES FERMENTASI - · PDF fileIndustri/Bioteknologi . Æ. Sel & syw metabolit mikrob. 2 proses penting : 1. Produksi . ÆFermentasi. 2. Hilir Æekstraksi & purifikasi. Pd fermentasi](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042511/5a791c967f8b9a523d8d27a6/html5/thumbnails/26.jpg)
μm Fusarium graminearum (glukosa, 30 C)
Substrat Jumlah glukosa
(unit)
μm(h-1) Waktu doubling
(h)
GlukosaMaltosaMaltotriosa
123
0.280.220.18
2.483.153.85
kembali