4._BIOREAKTOR_2008

m. k. TEKNOLOGI BIOINDUSTRI

TIN 330 (2-3)DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN2010

PENDAHULUAN Bioreaktor :

peralatan dimana bahan diproses sehingga terjadi transformasi biokimia yang dilakukan oleh sel hidup atau komponen selular in vitro (seperti enzim) fungsi dasar : Memberikan lingkungan yang terkontrol (suhu, pH, O2 terlarut, dll) untuk pertumbuhan mikroba dalam menghasilkan produk yang diinginkan Proses pada industri fermentasi :Bahan BakuPerlakuanPendahuluanBioreaktorPemanenanHidrolisisPencacahanSterilisasiPerpind. MassaPerpind. PanasBioaktivitasFiltrasiPurifikasiPengeringan, dll.Hampir semua bioreaktor dengan sistem heterogen melibatkan dua fase atau lebih membutuhkan perubahan biokimia, pindah massa, pindah panas dan pindah momentum untuk mencapai kondisi optimal

Berdasarkan Tipe Agen Biologis :Bioreaktor mikrobialBioreaktor enzimBerdasarkan Kebutuhan Proses :Aerobik : terendamPermukaananaerobikBerdasarkan Metode Aerasi :Kultur diamLabu kocokBioreaktor berpengaduk (STR)Bioreaktor kolom gelembung/bubble columnAir liftFluidized-bed

Tidak ada tenaga yang digunakan untuk aerasi aerasi tergantung pada transfer oksigen melalui permukaan kultur

Biasanya digunakan dalam skala kecil, dimana pasokan oksigen tidak terlalu penting

Jenisnya :- T-Flasks : untuk kultur sel hewan skala kecil - Fernback flasks : Contoh teh Kombucha (teh yang diinokulasi dengan khamir dan bakteri asam laktat) - Kultur Permukaan : Contoh pembuatan asam sitrat oleh Aspergillus niger dgn menggunakan tray (baki)

Biasanya digunakan pada kultivasi sel skala kecilShaker OTR (oxygen transfer rate) lebih tinggi dibanding pada kultur diamKeterbatasan transfer oksigen masih tidak dapat dihindari apabila densitas sel yang tinggi Baffle meningkatkan efisiensi transfer O2 (Orbital Shaker) Baffle

(stirred tank bioreactor = STR)

CondensorAeratorPenangas airBioreaktorTangki Teraduk

Pengadukan dengan pergerakan Udara (Bubble Driven Bioreactor) Bubble Column dan Airlift Bioreactor

Biasanya digunakan untuk mikroba yang sensitif terhadap shear (contoh : kapang & sel tanaman)Produktivitas yang dihasilkan lebih tinggi dari STR

Bioreaktor airlift : - memiliki draft tube peningkatan efisiensi pindah panas dan pindah massa konstruksi bioreaktor airlift lebih mahal - memberikan kondisi shear yang lebih merata

membutuhkan energi yang lebih besarpembentukan busa lebih banyakterjadinya kerusakan sel, khususnya untuk kultur sel hewanKerugian penggunaan bioreaktor bubble column atau airlift

Contoh Aplikasi : Gum Xanthan PST dgn substrat Metanol BiosurfaktanDraft Tube

GAS - LIFT BIOREACTOR

Fluidized Bed ReactorsUntuk memelihara konsentrasi sel yang tinggi dan laju transfer massa yang lebih baik Digunakan sel imobil atau enzim imobil Pencampuran dibantu dengan pompa pada bagian dasar tangki, sehingga katalis yang telah diimobilisasi bergerak bersama cairanBiasanya digunakan dalam pengolahan limbah cair

Contoh STR untuk proses enzimatis secara sinambung (CSTR) dikombinasikan dengan Ultra Filtrasi

Bioreaktor Etanol(Batch)

Fermentasi Etanol Sinambung menggunakan Sel Khamir Imobil 5

Bioreaktor Rak BerputarBentuk silinder tinggi 60 cm dan diameter 40 cm, dibuat dari stainless steel dan fiberglass.

FlowmeterSterilisasi ruangRuang HumidifikasiSpargerRefrigratorPemanasLevel ProbePelunak AirSterilisasi AirPemanas UdaraSensor suhu dan RHPengatur suhuPengatur RH

Produksi Enzim Selulase Kapang Neurospora sitophila Substrat : serbuk tandan kosong dan sabut kelapa sawit

Persiapan bahan baku dan inokulumSterilisasi bioreaktorPengaturan kondisi (suhu, RH, aerasi)Inokulasi (BRB)pemanenanPengukuran parameter proses Ekstraksi enzim selulase

Kinetika Curah (Batch)Produksi Etanol oleh bakteri Zymomonas mobilis

Waktu(jam)Biomassa(g/l)Glukosa (g/l)Etanol (g/l)ln biomassa50,052471,5-2,9957390,152405-1,89712140,4522512-0,79851181,2195220,182322222,8130471,029619243,4100631,223775263,875741,335001304,1540901,423108354,2251001,435085

Fase eksponensial = 5 22 jam

Chart1

-2.9957322736

-1.8971199849

-0.7985076962

0.1823215568

1.0296194172

1.2237754316

1.3350010667

1.4231083342

1.4350845253

Waktu (jam)

ln X (g/L)

kurva pertumbuhan

LABU KOCOK

waktubiomassaglukosaEtanolln biomassaLABU KOCOK

50.052471.5-2.9957322736

90.152405-1.8971199849fase Eks 5-22 jam

140.4522512-0.7985076962

181.2195220.1823215568

222.8130471.0296194172

243.4100631.2237754316

263.875741.3350010667

304.1540901.4231083342

354.2251001.4350845253

waktuX-XoSo-S(P-Po)

50.100

90.473.5

141.152210.5

182.755220.5

223.3511745.5

243.7514761.5

264.117272.5

304.1520788.5

35-0.0522298.5

LABU KOCOK

Waktu (jam)

ln X (g/L)

kurva pertumbuhan

BIOREAKTOR

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik Maks

Sheet3

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

(So-S) g/l

(P-Po) g/l

Yp/s

(X-Xo) g/l

(P-Po) g/l

Yp/x

waktubiomassaglukosaln biomassaBIOREAKTOR

00.810-0.2231435513

120.999.17-0.0100503359

242.125.910.7514160887

363.035.261.1085626195

483.620.761.2864740258

605.040.161.6174060821

726.820.091.9198594719

846.80.031.9169226122

966.780.021.913977102

waktuX-XoSo-S(So-S)/So

00.1900

121.320.830.083

242.234.090.409

362.824.740.474

484.249.240.924

606.029.840.984

7269.910.991

845.989.970.997

96-0.89.980.998

0

0

0

0

0

0

0

0

0

jam ke-

biomassa (g/L)

kurva pertumbuhan

0

0

0

0

0

0

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik Maks

0

0

0

0

0

0

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

BiomassaPengaruh Konsentrasi Substrat Pembatas

WaktuS1S2S3S4

00.450.480.520.42

61.341.682.051.45

92.523.423.873.12

122.87

18

24

30

36

42

48

Laju Pertumb. Spesifik maks (maks) = 0,24 Jam-1

Chart3

-2.9957322736

-1.8971199849

-0.7985076962

0.1823215568

1.0296194172

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertumb. Spesifik

LABU KOCOK

waktubiomassaglukosaEtanolln biomassaLABU KOCOK

50.052471.5-2.9957322736

90.152405-1.8971199849fase Eks 5-22 jam

140.4522512-0.7985076962

181.2195220.1823215568

222.8130471.0296194172

243.4100631.2237754316

263.875741.3350010667

304.1540901.4231083342

354.2251001.4350845253

waktuX-XoSo-S(P-Po)

50.100

90.473.5

141.152210.5

182.755220.5

223.3511745.5

243.7514761.5

264.117272.5

304.1520788.5

35-0.0522298.5

LABU KOCOK

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Waktu (jam)

ln X (g/L)

kurva pertumbuhan

BIOREAKTOR

0

0

0

0

0

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik

Sheet3

0

0

0

0

0

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

0

0

0

0

0

(So-S) g/l

(P-Po) g/l

Yp/s

0

0

0

0

0

(X-Xo) g/l

(P-Po) g/l

Yp/x

waktubiomassaglukosaln biomassaBIOREAKTOR

00.810-0.2231435513

120.999.17-0.0100503359

242.125.910.7514160887

363.035.261.1085626195

483.620.761.2864740258

605.040.161.6174060821

726.820.091.9198594719

846.80.031.9169226122

966.780.021.913977102

waktuX-XoSo-S(So-S)/So

00.1900

121.320.830.083

242.234.090.409

362.824.740.474

484.249.240.924

606.029.840.984

7269.910.991

845.989.970.997

96-0.89.980.998

0

0

0

0

0

0

0

0

0

jam ke-

biomassa (g/L)

kurva pertumbuhan

0

0

0

0

0

0

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik Maks

0

0

0

0

0

0

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

BiomassaPengaruh Konsentrasi Substrat Pembatas

WaktuS1S2S3S4

00.450.480.520.42

61.341.682.051.45

92.523.423.873.12

122.87

18

24

30

36

42

48

Waktu(jam)(X-Xo)(So-S)(P-Po)500090,173,5140,42210,5181,155220,5222,7511745,5243,2514761,5263,7517272,5304,120788,5354,1522298,5

Yp/s = 0,383 g etanol/g substrat

Chart4

0

3.5

10.5

20.5

45.5

(So-S) g/l

(P-Po) g/l

Yp/s

LABU KOCOK

waktubiomassaglukosaEtanolln biomassaLABU KOCOK

50.052471.5-2.9957322736

90.152405-1.8971199849fase Eks 5-22 jam

140.4522512-0.7985076962

181.2195220.1823215568

222.8130471.0296194172

243.4100631.2237754316

263.875741.3350010667

304.1540901.4231083342

354.2251001.4350845253

waktuX-XoSo-S(P-Po)

5000

90.173.5

140.42210.5

181.155220.5

222.7511745.5

243.2514761.5

263.7517272.5

304.120788.5

354.1522298.5

LABU KOCOK

Waktu (jam)

ln X (g/L)

kurva pertumbuhan

BIOREAKTOR

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik

Sheet3

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

(So-S) g/l

(P-Po) g/l

Yp/s

(X-Xo) g/l

(P-Po) g/l

Yp/x

waktubiomassaglukosaln biomassaBIOREAKTOR

00.810-0.2231435513

120.999.17-0.0100503359

242.125.910.7514160887

363.035.261.1085626195

483.620.761.2864740258

605.040.161.6174060821

726.820.091.9198594719

846.80.031.9169226122

966.780.021.913977102

waktuX-XoSo-S(So-S)/So

00.1900

121.320.830.083

242.234.090.409

362.824.740.474

484.249.240.924

606.029.840.984

7269.910.991

845.989.970.997

96-0.89.980.998

5

9

14

18

22

24

26

30

35

jam ke-

biomassa (g/L)

kurva pertumbuhan

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik Maks

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

BiomassaPengaruh Konsentrasi Substrat Pembatas

WaktuS1S2S3S4

00.450.480.520.42

61.341.682.051.45

92.523.423.873.12

122.87

18

24

30

36

42

48

Yx/s = 0,027 g etanol/g substrat

Chart5

0.1

0.4

1.15

2.75

3.25

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

LABU KOCOK

waktubiomassaglukosaEtanolln biomassaLABU KOCOK

50.052471.5-2.9957322736

90.152405-1.8971199849fase Eks 5-22 jam

140.4522512-0.7985076962

181.2195220.1823215568

222.8130471.0296194172

243.4100631.2237754316

263.875741.3350010667

304.1540901.4231083342

354.2251001.4350845253

waktuX-XoSo-S(P-Po)

5000

90.173.5

140.42210.5

181.155220.5

222.7511745.5

243.2514761.5

263.7517272.5

304.120788.5

354.1522298.5

LABU KOCOK

Waktu (jam)

ln X (g/L)

kurva pertumbuhan

BIOREAKTOR

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik

Sheet3

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

(So-S) g/l

(P-Po) g/l

Yp/s

(X-Xo) g/l

(P-Po) g/l

Yp/x

waktubiomassaglukosaln biomassaBIOREAKTOR

00.810-0.2231435513

120.999.17-0.0100503359

242.125.910.7514160887

363.035.261.1085626195

483.620.761.2864740258

605.040.161.6174060821

726.820.091.9198594719

846.80.031.9169226122

966.780.021.913977102

waktuX-XoSo-S(So-S)/So

00.1900

121.320.830.083

242.234.090.409

362.824.740.474

484.249.240.924

606.029.840.984

7269.910.991

845.989.970.997

96-0.89.980.998

5

9

14

18

22

24

26

30

35

jam ke-

biomassa (g/L)

kurva pertumbuhan

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik Maks

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

BiomassaPengaruh Konsentrasi Substrat Pembatas

WaktuS1S2S3S4

00.450.480.520.42

61.341.682.051.45

92.523.423.873.12

122.87

18

24

30

36

42

48

Yp/x = 12,047 g etanol/g biomassa

Chart6

0

3.5

10.5

20.5

45.5

(X-Xo) g/l

(P-Po) g/l

Yp/x

LABU KOCOK

waktubiomassaglukosaEtanolln biomassaLABU KOCOK

50.052471.5-2.9957322736

90.152405-1.8971199849fase Eks 5-22 jam

140.4522512-0.7985076962

181.2195220.1823215568

222.8130471.0296194172

243.4100631.2237754316

263.875741.3350010667

304.1540901.4231083342

354.2251001.4350845253

waktuX-XoSo-S(P-Po)

5000

90.173.5

140.42210.5

181.155220.5

222.7511745.5

243.2514761.5

263.7517272.5

304.120788.5

354.1522298.5

LABU KOCOK

Waktu (jam)

ln X (g/L)

kurva pertumbuhan

BIOREAKTOR

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik

Sheet3

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

(So-S) g/l

(P-Po) g/l

Yp/s

(X-Xo) g/l

(P-Po) g/l

Yp/x

waktubiomassaglukosaln biomassaBIOREAKTOR

00.810-0.2231435513

120.999.17-0.0100503359

242.125.910.7514160887

363.035.261.1085626195

483.620.761.2864740258

605.040.161.6174060821

726.820.091.9198594719

846.80.031.9169226122

966.780.021.913977102

waktuX-XoSo-S(So-S)/So

00.1900

121.320.830.083

242.234.090.409

362.824.740.474

484.249.240.924

606.029.840.984

7269.910.991

845.989.970.997

96-0.89.980.998

5

9

14

18

22

24

26

30

35

jam ke-

biomassa (g/L)

kurva pertumbuhan

Waktu (jam)

Ln Biomassa (g/l)

Penent Laju Pertmb Spesifik Maks

(So-S) g/l

(X-Xo) g/l

Yx/s

BiomassaPengaruh Konsentrasi Substrat Pembatas

WaktuS1S2S3S4

00.450.480.520.42

61.341.682.051.45

92.523.423.873.12

122.87

18

24

30

36

42

48

**