BIOPROSES DAN BIOINDUSTRI

Evaluasi dan Perhitungan Bioreaktor (1)

Dosen : Ir. Imran Muhtar, M.S

Email: immoch_3112@yahoo.co.id

Hubungan Aktivitas Biomassa dgn Prinsip Kerja Bioreaktor

Substrat (S) Biomassa (X) + Produk (P)

enzim

pH

Suhu (T)

O2

(aerob)

Pengadukan Sempurna (Homogen)

O2

(anaerob)

Aktivitas Biomassa dengan bantuan enzim (biokatalisator) akan memanfaatkan kondisi lingkungan yang optimum (pH, T, O2) dan substrat/nutrisi yang cukup untuk tumbuh dan memacu terbentuknya produk/metabolit yang diinginkan

Sistem Bioreaktor akan memberikan lingkungan fisik yang sesuai (pH, T, O2) dan homogen untuk perumbuhan biomassa/enzim secara maksimal

Perubahan konsentrasi substrat (S), produk (P) dan biomassa (X)

Laju Substrat Ditransformasi -rs = v dS/dt = v (S-S0)/t

Laju Produk Terbentuk rp = v dP/dt = v (P-P0)/t

Laju Biomassa Terbentuk rx = dX/dt = (X-X0)/t

Tipe sistem Bioreaktor

1. Batch (curah)

Tidak ada penambahan nutrien dan pemanenan produk atau pembuangan limbah selama proses kecuali udara (oksigen) untuk proses aerobik

2. Fed-batch (curah umpan)

Ada penambahan nutrien selama proses tapi tidak ada pemanenan sampai /pembuangan limbah sampai selesai

3. Continuous (sinambung) :

Ada penambahan nutrien dan pemanenan /pembuangan limbah selama proses

Fin =0

Fout =0

F = kecepatan penambahan nutrien (medium) (ml/jam, L/jam)In = masuk, out =keluarFin= Fout = 0

Batch (curah)

waktu

Substrat (S)

Sel & substrat

Produk (P)

Sel (X)

Fed-batch (curah umpan)

Fin = F

ml/jam

Fout =0

Vo

Vt

waktu

Sel & substrat

Substrat (S)

Sel (X)

Continuous (sinambung)

Fin = F

ml/jam

Fout =F

Vt =vo

waktu

Sel & substrat

Substrat (S)

Sel (X)

Produk (P)

Monitoring pertumbuhan dan pembentukan produk

Pertumbuhan sel (X)Berat kering (g/L, mg/mL)Kekeruhan ( optical density) : spektrofotometerJumlah sel (hemositometer & mikroskop)Sisa substrat (nutrisi) (S): g/L, mg/mLPembentukan produk (P) : g/L, unit/mLKondisi lingkungan : pH, T, salinitas, Dissolved Oxygen, Oxygen Transfer Rate (OTR)

Perubahan konsentrasi substrat (S), produk (P) dan biomassa (X)

Laju Substrat Ditransformasi -rs = v dS/dt = v (S-S0)/t

Laju Produk Terbentuk rp = v dP/dt = v (P-P0)/t

Laju Biomassa Terbentuk rx = dX/dt = (X-X0)/t

Yield (Y)

Yx/s : sel yang dihasilkan per substrat yang dikonsumsi

(g sel/ g substrat), dx/ ds

Yp/s : produk yang dihasilkan per substrat yang dikonsumsi

(g produk/ g substrat), dp/ds

Yp/x : produk yang dihasilkan per sel yang tersedia

(g produk/ g sel), dp/ dX

Hubungan S,X,P

Laju pertumbuhan biomassa berbanding proporsional dengan laju penggunaan substrat (Rendemen Biomassa):

Yx/s = rx / rs

(X-X0 )= Yx /s . (S0-S)

Laju pembentukan produk berbanding proporsional dengan pertumbuhan biomassa (Rendemen Produk):

Yp/x= rp / rx

(P-P0)= Yp/x . (X- X0)

Selamat Belajar

t

S

S

t

X

X

Y

s

x

/

)

(

/

)

(

0

0

/

-

-

=

t

X

X

t

P

P

Y

x

p

/

)

(

/

)

(

0

0

/

-

-

=