Home >Documents >Immobilisasi Sel Dan Evaluasi Kinerja Immobilisasi Sel Pada Reaktor Kolom

Immobilisasi Sel Dan Evaluasi Kinerja Immobilisasi Sel Pada Reaktor Kolom

Date post:19-Feb-2016
Category:
View:206 times
Download:38 times
Share this document with a friend
Transcript:

LAPORAN PRAKTIKUM BIOPROSESIMMOBILISASI SEL DAN EVALUASI KINERJA IMMOBILISASI SEL DALAM REAKTOR KOLOMSEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014

MODUL: IMMOBILISASI SEL DAN EVALUASI KINERJA IMMOBILISASI SEL DALAM REAKTOR KOLOMPEMBIMBING: Ir.Unung Leoanggraini, MT

PEMBUATAN: 8 Oktober 2014PENYERAHAN: 16 Oktober 2014

Oleh :Irma Nurfitriani131411013Nenden Kurniasih Anggraeni 131411017Rima Agustin Merdekawati 1314061 2 A- D3 Teknik KimiaKelompok 5

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA

Modul Praktikum: IMMOBILISASI SEL DAN EVALUASI KINERJA REAKTOR IMMOBILISASI SEL Nama Pembimbing: Ir.Unung Leoanggraini, MT Tanggal Praktek: 15 Oktober 2014 Tanggal Penyerahan: 22 Oktober 2014

I. PENDAHULUAN1.1 Tujuan PercobaanTujuan percobaan ini adalah mahasiswa diharapkan mampu : Memahami dan menguasai prosedur pembuatan sel terimmobilisasi Memahami karakteristik matriks pendukung sel terimmobilisasi Memahami dan menguasai prosedur penggunaan sel terimmobilisasi dalam proses fermentasi Memahami tipe reaktor yang tepat untuk sel immobilisasi Memahami karakteristik reaktor batch dan kontinu yang menggunakan sel terimmobilisasi Mengevaluasi kinerja Reaktor Packed Column

1.2 Teori DasarIMMOBILISASI SEL1. Sel Immobilisasi Sel terimobilisasi adalah suatu sel yang dilekatkan pada suatu bahan inert dan tidak larut dalam bahan tersebut, misal dalam sodium alginat atau kalsium alginat. Dengan sistem ini, sel dapat lebih tahan terhadap perubahan kondisi seperti pH, juga temperatur. Sistem ini juga membantu sel berada di tempat tertentu selama berlangsungnya reaksi sehingga memudahkan proses pemisahan dan memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi lain (Sumo dkk., 1993). Sel/enzim tersebut tetap mempunyai aktivitasnya sebagai biokatalisator/katalis, serta sel/enzim tersebut dapat dipergunakan secara terus menerus dan sangat penting untuk proses berkesinambungan. Immobilisasi sel mikroba dibedakan atas 3 macam yakni:1. Sel mati: untuk reaksi konversi sederhana (1 tahap)2. Sel hidup: untuk reaksi konversi yang melibatkan biokatalis heterogen (multi enzim)/memerlukan ATP atau biokoenzim seperti NADP atau koenzim A.3. Sel dalam fase pertumbuhan: keadaan dimana terdapat aktivitas enzim untuk pertumbuhan.Imobilisasi dapat dilakukan terhadap sel maupun terhadap enzim. Imobilisasi enzim dapat dianggap sebagai metode yang merubah enzim dari bentuk larut dalam air bergerak menjadi keadaan tak begerak yang tidak larut. Imobilisasi mencegah difusi enzim ke dalam campuran reaksi dan mempermudah memperoleh kembali enzim tersebut dari aliran produk dengan teknik pemisahan padat/cair yang sederhana. Imobilisasi dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain melalui pengikatan kimiawi molekul enzim pada bahan pendukung, pengikatan silang intermolekuler sesama enzim, atau dengan cara menjebak enzim di dalam gel atau membran polimer (Palmer, 1991).Imobilisasi sel berkembang setelah imobilisasi enzim. Dalam teknologi imobilisasi enzim terdapat hambatan pada regenerasi koenzim dan keterbatasan metode yang dapat diterapkan untuk menyusun molekul enzim dalam rangkaian tertentu, sehingga dapat melakukan tahapan reaksi katalitis enzim yang berkesinambungan. Untuk mencegah hambatan tersebut dilakukan penelitian-penelitian, sehingga terjadi pengembangan pada imobilisasi sel, yang dapat digunakan sebagai biokatalis. Hal ini memungkinkan untuk melakukan imobilisasi seluruh sel dan menjaga sel tetap hidup (viabel). Dalam praktiknya, metode yang digunakan adalah menjebak sel dalam gel dengan adsorpsi. Selain itu, pengontrolan perlu dilakukan untuk mencegah inaktivasi dari aktivitas metabolisme yang penting, sehingga pemisahan biokatalis dari produk lebih mudah dan membuat biokatalis lebih stabil (Sumo dkk., 1993).Dewasa ini, teknologi immobilisasi memegang peranan penting dalam perkembangan proses biokimia dalam suatu boreaktor. Sel yang mengalami immobilisasi (immoblized mivrobial cells) telah banyak diterapkan dalam fermentasi misalnya produksi alkohol, asam amino, antibiotik atau pada degradasi polutan limbah cair.2. Kelebihan Sel ImmobilisasiKelebihan penggunaan sel immobilisasi dibandingkan dengan sel bebas antara lain sebagai berikut:1. Immobilasi menyediakan konsentrasi sel yang tinggi.2. Immobilisasi memungkinkan penggunaan sel kembali dan mengurangi biaya recovery sel dan recycle sel.3. Immobilisasi mengurangi masalah wash out sel pada laju alir yang tinggi.4. Kombinasi konsentrasi sel yang tinggi dan laju alir yang tinggi (tanpa batasan wash out) menghasilkan produktivitas volumetric yang tinggi.5. Immobilisasi menyediakan kondisi micro environmental yang menguntungkan seperti kontak antar sel, gradient nutrient-produk, gradient pH untuk sel sehingga menghasilkan kinerja biokatalis yang lebih baik (kecepatan pembentukan dan yield produk yang lebih tinggi).6. Immobilisasi menyebabkan kestabilan genetik.7. Immobilisasi menyediakan perlindungan terhadap kerusakan sel.

3. Kekurangan Sel Immobilisasi1. Hambatan pada proses difusi baik substrat maupun produk yang terbentuk. 2. Untuk sel yang hidup, pertumbuhan dan evolusi gas sering merusak matriks pendukung sel terimmobilisasi.3. Kontrol terhadap lingkungan mikro cukup sulit, sehingga menghasilkan heterogenitas dalam sistem.4. Substrat yang memiliki berat molekul besar sukar berdifusi ke dalam sel yang diimmobilisasi.5. pH optimum akan bergeser karena adanya perubahan elektron/muatan listrik pada matriks.

4. Jenis-Jenis Immobilisasi selSecara umum, ada dua jenis sel immobilisasi yakni:1. Immobilisasi AktifImmobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan metoda pengikatan. Metoda penjeratan dilakukan secara fisik dalam matriks pendukung. Matriks pendukung yang bisa digunakan yaitu polimer porous (agar, alginate, carragenan, polyacrylamide, chitosan, gelatin, collagen), porous metal screen, polyurethane, silicagel, polystyrene, dan selulosa triacetate. Polymeric beads harus cukup porous untuk keluar masuknya substrat dan produk. Polymeric beads biasanya dibentuk dengan menggunakan sel hidup di dalamnya.

Gambar.1. Mekanisme Penjeratan Immobilisasi Sel2. Immobilisasi PasifBerbentuk biological films yang berbentuk lapisan-lapisan koloni sel yang tumbuh dan melekat pada permukaan pendukung yang padat. Material pendukung dapat bersifat inert atau aktif secara biologis. Biological films digunakan pada pengolahan limbah atau fermentasi mikroba dengan jamur.5. Metode ImmobilisasiBeberapa ahli menggolongkan metode imobilisasi dengan tiga kelompok, yaitu: metode carrier binding, metode cross linking, dan metode entrapping (Said, 1987). Pada metode carrier binding, enzim diikatkan pada suatu matriks yang bersifat tidak larut adalam air. Sebagai matriks dapat digunakan bahan organik maupun anorganik. Bila menggunakan metode ini, hal yang perlu diperhatikan adalah pemilihan matriks dan pengikatan enzim pada matriks tersebut. Teknik pengikatan enzim pada matriks dapat dilakukan berdasarkan adsorpsi fisik, gaya elektrostatik atau ikatan kovalen (Chibata, 1978).Metode cross linking didasarkan pada pembentukan ikatan intermolekuler antara molekul-molekul enzim. Gugus fungsional dalam molekul enzim yang biasa digunakan untuk pembentukan ikatan intermolekmuler adalah gugus amino pada asam amino terminal, gugus amino dari lisin, gugus fenolik dari tirosin, gugus sulhidril dari sistein dan gugus imidazole dari histidin.Pada metode entrapping, imobilisasi, enzim/sel didasarkan pada penempatan enzim di dalam kisi dari suatu polimer atau di dalam membran yang bersifat semi permiabel. Bila enzim ditempatkan dalam kisi, maka metode yang digolongkan adalah jenis kisi, sedang bila ditempatkan dalam membran yang bersifat semipermiabel, maka metodenya digolongkan ke dalam jenis mikrokapsul (Chibata, 1978). Selain itu metode imobilisasi dapat digolongkan sebagai berikut : Adsorpsi Penjeratan dalam matriks polimer Penjeratan dalam membranTeknik imobilisasi yang paling baik adalah yang memenuhi kriteria utama tidak terjadi perubahan konformasi enzim dan tidak mengganggu gugus fungsi di pusat aktif enzim sehingga enzim tetap dapat berfungsi. Metode penjebakan enzim lebih banyak digunakan karena enzim ada dalam keadaan bebas dan tidak terikat pada bahan pendukung sehinga secara relatif fungsi katalitik dan struktur alami molekul enzim tidak mengalami gangguan goncangan (Wirahadikusumah, 1988).6. Penjerat Atau Pembawa Immobilisasi SelKarakteristik yang harus dimiliki oleh penjerat/pembawa immobilisai sel, antara lain :a. Mudah digunakan serta ukuran dan porositas media penjerat dapat dikontrol, terutama pada skala industri.b. Media penjerat berbentuk matrik stabil pada kondisi fermentasi (temperature dan pH optimum).c. Harga murah dan mudah didapat.d. Mempunyai sifat mekanik yang stabil, sehingga dapat tahan dalam waktu yanglama dalam reaktor yang digunakan.e. Penjerat harus inert terhadap mikrorganisme yang akan dijerat.f. Substrat, produk, dan metabolisme lain harus dapat berdiffusi secara bebas dengan media penjerat.Natrium alginat merupakan bahan yang digunakan sebagai penjerat sel, spesifikasi sebagai berikut : Alginat merupakan koloid ganggang (fikokoloid) yang dapat diekstrak dari ganggang coklat (phasophyceae), terutama anggota laminariates, berbentuk asam alginat atau natrium alginat. Asam alginat adalah suatu getah selaput membran (membrane mucilage). Garam alginat dapat larut dalam air, seperti natrium alginat, potassium alginat, dan ammonium alginat, sedikit larut dalam air, sedang kalsium alginat tidak larut dalam air. Umumnya alginat berbentuk serbuk putih kekuningan dan kadang-kadang dalam bentuk pasta yang merupakan senyawa organik kompleks dengan selulosa atau polisakarida. Senyawa alginat dapat dimurnikan sebgai garam natrium alginat dengan alginat atau garam alginat yang lain.

Karakteristik natrium alginat : Berben

Embed Size (px)
Recommended