1. rekayasa bidang bioteknology

LOGO

REKAYASA BIDANG BIOTEKNOLOGY

Arie Febrianto MulyadiJur TIP-FTP-Univ. Brawijaya

arie_febrianto@ub.ac.idariefm.lecture.ub.ac.id

LINGKUP PERKEMBANGAN BIOTEK

ISOLASI SELEKSI STRAIN IMPROVEMENT

↓ MUTAN DG SIFAT SCREENING

*) Efisien dlm proses

*) Dpt menggunakan substrat variatif

*) Stabil selama proses dan dalam penyimpanan

REKAYASA GENETIKA

ISOLASI WILDTYPE

MUTA GENESIS

SELEKSIMUTAN

PERAN STRAIN IMPROVEMENT

REKAYASANYA DIMANA ???

PROSES EFISIEN & EKONOMIS

INOVASI BIOLOGI

WORKING PROCESS

SKALA LAB. ERLENMEYER

500 CC

SKALA PILOT PLANFERMENTOR: 5 – 200 L

SKALA INDUSTRIBIOREAKTOR

5.000 – 100.000 L

SELEKSI STRAIN MIKROBA

OPTIMASI FAKTOR LINGKUNGAN

PERTIMBANGAN EKONOMI

TELAAH PRINSIP

OPERASI ASEPTIS Menghindari kontaminasi RANCANG BANGUN REAKTOR Bioreaktor

tempat berlangsungnya fermentasi/transformasi menjadi produk yang diinginkan oleh sistem enzim dalam mikroba atau enzim yang diisolasi

BIOREAKTOR/FERMENTOR Agitasi, Oksigen transfer dan Heat remover

REAKTOR UNTUK BIOKATALIS YANG TERIMOBILISASI Enzim/Sel

TELAAH (Lanjutan)

KINETIKA BIOPROSES INSTRUMENTASI DAN PENGENDALIAN

PROSES Suhu, pH, DO, Konsumsi Oksigen, Produksi CO2

PRODUCT RECOVERY – DOWNSTREAM PROCESSES ATAU PROSES HILIR :

- Pemanenan

- Pemisahan

- PurifikasiProduk

REKAYASA PROSES FERMENTASI

INOKULUM, MIKROORGANISME PENGHASIL PRODUK DIKULTUR DALAM SATU SERI FERMENTOR

DENGAN VOLUME/UKURAN YANG DITINGKATKAN

TEKNOLOGI ENZIM

ISOLASI DAN PEMURNIAN ENZIM

BERDASAR FUNGSI ADA 2 JENIS ENZIM INTRASELLULER

ENZIM EKSTRASELLULER LEBIH MUDAH DIISOLASI

ISOLASI ENZIM INTRASELLULER

• Merupakan proses pelepasan enzim dari sel

• Sumber : mikroba, hewan, tumbuhan dari tumbuhan paling sulit karena :

- dinding sel keras

- cenderung timbul racun (fenol)

• Diatasi dengan :

- Ditambah zat pereduksi (askorbut, tioglikolat dan β-merkaptoetanol

- Dari jaringan tumbuhan yang muda

• Pemecahan dinding sel dilakukan cara fisik/kimia

EKSTRAKSI CARA FISIK

1. DENGAN ALAT HOMOGENIZER WARNING BLENDER ATAU HAMMER MILL Kurang baik

2. PEMBEKUAN DAN PENCAIRAN Pasta sel didinginkan suhu -20oC mengalami perusakan dinding sel akibat anomali air (volume membesar ketika air membeku)

3. KEJUTAN OSMOSA Bakteri diletakkan dalam larutan dengan tekanan osmosa tinggi (sukrosa 20%) sampai terjadi kesetimbangan, kemudian dipindahkan ke dalam air akan timbul aliran air dari media ke dalam sel dinding sel pecah

4. SONIKASI sel dalam media cair diberi getaran di atas getaran frekuensi pendengan manusia ( > 20 kHz atau ultrasonik)

Getaran menimbulkan perapatan dan perenggangan yang akan menimbulkan perubahan periodik tekanan dalam cairan medium dan plasma sel

5. AGITASI DENGAN ABRASI Pasta ditempatkan pada wadah yang mengandung butir-butir gelas dan digetarkan dg cepat/keras. Timbul gaya gesek akibat gradien kecepatan oleh tumbukan antar butiran dan antara butiran dg mikroorganisme berakibat sel pecah

EKSTRASI CARA KIMIA

• TEKNIK LEBIH HALUS

• AGITASI DITERAPKAN HANYA SESEKALI

MACAM :

1. DENGAN DETERGENT

2. ENZIMLITIK

3. ALKALI

DETERGENT

Detergen an-ionik, kationik dan non-ionik efektif dalam merusak dinding sel mikroorganisme

Sering dipakai untuk proses isolasi enzim, seperti jenis detergen :

1. setil trimetil amonium bromida (kationik)

2. natrium lauril sulfat (anionik)

3. tweens, triton (non-ionik) Pada kondisi pH dan kekuatan ion sesuai

detergen berinteraksi dg lipoprotein MISEL

Detergen (lanjutan)

Akibat yang timbul lipoprotein sebagai konstituen membran sel akan luruh/larut sehingga enzim keluar

Penggunaan detergen harus selektif krn dapat menginaktifasi beberapa enzim akibat terjadinya denaturasi atau pengendapan protein

Detergen harus segera dipisahkan dari enzim sebelum digunakan

ENZIM LITIK

• Paling efektif digunakan pemisahan enzim dengan cara memecah dinding sel

• Umumnya menggunakan lizozim yang berasal dari putih telur

• Enzim memecah ikatan β 1.4 glikosida dari polisakarida penyususn dinding sel (asam muramat)

PENGGUNAAN ALKALI (BASA)

Penempatan sel pada medium dengan nilai pH atara 11 – 12,5 selama kurang lebih 20 menit akan mampu memecah dinding sel

Hanya digunakan untuk enzim yang tahan (stabil) terhadap kondisi pH tinggi (basa)

PROSES PEMURNIAN (REKAYASA)

Setelah dinding sel pecah, enzim intra selluler berada dalam larutan bersama dengan enzim lain, protein, asam nukleat, metabolit, senyawa lain dalam media dan lain-lain

Untuk enzim ekstra selluler, enzim harus dipisahkan dari sel penghasil dan senyawa lain dalam medium

Teknik pemisahan dilakukan beberapa tahap : sentrifugasi, filtrasi, flokulasi atau koagulasi

SENTRIFUGASI

Teknik sentrifugasi dipilih untuk memisahkan larutan dengan molekul yang lebih besar (berat jenis) pada skala kecil (laboratorium)

Untuk kapasitas besar kurang efektif karena perlu kecepatan tinggi (ultrasentrifugasi)

Persamaan :

d2 ρp - ρl ω2 rv

Φ = ------------- x --------

18η Sg

Φ = The troughput for complite removal d2 = diameter partikel ρp = masa jenis partikel ρl = masa jenis larutan ω2 = kecepatan sudut r = radius putaran v = volume cairan dlm tabung sentrifuse S = tebal lapisan cairan dlm tabung g = tetapan grafitasi

Pemisahan mudah terjadi apabila :

• Diameter partikel “d” besar

• Perbedaan masa jenis partikel dan larutan besar

• Viscositas larutan rendah

• Kecepatan sudut tinggi

• Radius putaran besar

• Lapisan cairan tipis

• Partikel materi biologis selalu kecil dan memiliki masa jenis yang rendah, hasilfermentasi memiliki viscositas dan masa jenis yang tinggi

• Pada skala lab. Diatasi dengan kecepatan sudut tinggi pada industri ???

FILTRASI

• Kecepatan alir cairan yang melalui filter tergantung pada perbedaan tekanan, hambatan materi, kekentalan cairan dan hambatan lapisan yang sudah terbentuk

• Efektifitas penyaringan yang semula tinggi, menurun dengan semakin terakumulasinya materi yang tersaring

• Cara mengatasi penambahan tanah diatome untuk membantu menahan partikel-2 halus

• Contoh filter filter press atau rotary drum filter

FLOKULASI DAN KOAGULASI

Baik diaplikasikan sebelum proses filtrasi atau sentrifugasi

Cairan encer flokulasi terjadi dengan penambahan reagensia

Koagulasi merupakan adesi spontan antar partikel apabila muatan partikel satu dapat dinetralkan oleh muatan partikel lain

Dapat dipakai untuk pengendapan sel utuh, pecahan sel atau larutan protein

PEMEKATAN

Dapat dilakukan dengan beberapa cara :

a. pengendapan

b. adsorbsi

c. ultra filtrasi (reverse osmose)

d. penguapan

e. pembekuan

KROMATOGRAFI

• Merupakan teknik pemisahan berdasarkan perbedaan interaksi antara komponen-komponen yang akan dipisahkan antara fasa diam dan fasa bergerak

• Macam:

1. Kromatografi partisi Kertas

2. Kromatografi adsorbsi TLC

3. Kromatografi penukar ion Resin penukar ion

4. Kromatografi penyaring molekul Gel filtrasi

5. Kromatografi afinitas

ELEKTROFORESIS

• Mempelajari pergerakan molekul yang bermuatan dalam medan listrik

• Dapat digunakan untuk identifikasi dan analisis polimer biologi yang bermuatan

• Teknik ini relatif murah dan mudah untuk menganalisis dan memurnikan berbagai macam biomolekul, khusunya protein dan asam nukleat

• Migrasi molekul dalam medan listrik dipegaruhi oleh : ukuran, bentuk, muatan dan komposisi kimia molekul

LOGO

www.themegallery.com