PRAKTIKUM

UNIT OPERASI BIOPROSES I

1. Bioreaktor Kultur Sel

2. Sirkuit Fluida

3. Fluidisasi

4. Non Newtonian Mixing Bioproses

5. Filtrasi

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVESITAS INDONSIA

MODULBIOREAKTOR KULTUR SEL

I. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Memahami metode yang digunakan untuk mengkultur sel

2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kultur sel

3. Mengetahui pola pertumbuhan bakteri

4. Menghitung kinetika pertumbuhan dari Bacillus subtilispada kondisi aerobik

5. Mengetahui hubungan antara nutrisi dan pertumbuhan Bacillus subtilis

II. Teori

Kultur Sel Bakteri

Media kultur bakteri adalah suatu bahan yang terdiri atas campuran nutrisi atau zat

zat hara (nutrisi) yang digunakan untuk menumbuhkan mikroorganisme diatas atau

didalamnya. Selain itu, media kultur mikroba dapat dipergunakan pula untuk isolasi,

perbanyakan, pengujian sifat sifat fisiologis, dan perhitungan jumlah mikroorganisme.

(Sumarsih, 2003)Didalam laboratorium, pembiakan bakteri memerlukan media kultur yang

komposisinya terdiri dari C, H, O, N, S. P, K, Mg, Fe, Ca, Mn, dan sedikit Zn, Co, Cu, dan

Mo. Unsur unsur ini ditemukan dalam bentuk air, ion anorganik, molekul kecil, dan

makromolekul.

Media kultur yang digunakan untuk menumbuhkan mikroorganisme dalam bentuk

padat, semi padat, dan cair. Media kultur padat diperoleh dari dengan menambahkan agar

agar. Agar agar berasal dari ekstrak ganggang merah. Kandungan galaktan pada agar

sebagai pemadat adalah 1.5 2.0% dan membeku pada suhu 45 C. Agar - agar susah

diuraikan oleh bakteri. (Utami, 2004)Saat ini, berbagai macam media kultur bakteri telah

banyak dibuat dengan bahan dasar agar agar sebagai pemadat.

Laju Pertumbuhan Bakteri

Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan jumlah atau volume serta

ukuran sel. Pada organisme prokariot seperti bakteri, pertumbuhan merupakan pertambahan

volume dan ukuran sel dan juga sebagai pertambahan jumlah sel. Pertumbuhan sel bakteri

biasanya mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu berupa kurva pertumbuhan sigmoid.

Gambar 2.1Kurva Pertumbuhan Bakteri

Perubahan kemiringan pada kurva sigmoid tersebut menunjukkan transisi dari satu fase

perkembangan ke fase lainnya. Nilai logaritmik jumlah sel biasanya lebih sering dipetakan

daripada nilai aritmatik. Logaritma dengan dasar 2 sering digunakan, karena setiap unit pada

ordinat menampilkan suatu kelipatan-dua dari populasi. Kurva pertumbuhan bakteri dapat

dipisahkan menjadi empat fase utama :

Fase lag

Setelah inokulasi, terjadi peningkatan ukuran sel, mulai pada waktu sel tidak atau sedikit

mengalami pembelahan. Fase ini, ditandai dengan peningkatan komponen makromolekul,

aktivitas metabolik, dan kerentanan terhadap zat kimia dan faktor fisik. Fase lag merupakan

suatu periode penyesuaian yang sangat penting untuk penambahan metabolit pada kelompok

sel, menuju tingkat yang setaraf dengan sintesis sel maksimum.

Fase eksponensial

Pada fase ini sel berada dalam keadaan pertumbuhan yang seimbang. Selama fase ini, masa

dan volume sel meningkat oleh faktor yang sama dalam arti rata-rata komposisi sel dan

konsentrasi relatif metabolit tetap konstan. Selama periode ini pertumbuhan seimbang,

kecepatan peningkatan dapat diekspresikan dengan fungsi eksponensial alami. Sel

membelah dengan kecepatan konstan yang ditentukan oleh sifat intrinsik bakteri dan kondisi

lingkungan. Dalam hal ini terdapat keragaman kecepatan pertumban berbagai

mikroorganisme. Waktu lipat dua untuk E. coli dalam kultur kaldu pada suhu 37oC, sekitar

20 menit, sedangkan waktu lipat dua minimal sel mamalia sekitar 10 jam pada temperatur

yang sama.

Fase Stasioner.

Pada saat digunakan kondisi biakan rutin, akumulasi produk limbah, kekurangan nutrien,

perubahan pH, dan faktor lain yang tidak diketahui akan mendesak dan mengganggu biakan,

mengakibatkan penurunan kecepatan pertumbuhan. Selama fase ini, jumlah sel yang hidup

tetap konstan untuk periode yang berbeda, bergantung pada bakteri, tetapi akhirnya menuju

periode penurunan populasi. Dalam beberapa kasus, sel yang terdapat dalam suatu biakan

yang populasi selnya tidak tumbuh dapat memanjang, membengkak secara abnormal, atau

mengalami penyimpangan, suatu manifestasi pertumbuhan yang tidak seimbang.

Fase Kematian.

Pada saat medium kehabisan nutrien maka populasi bakteri akan menurun jumlahnya, Pada

saat ini jumlah sel yang mati lebih banyak daripada sel yang hidup

Fase-fase tersebut mencerminkan keadaan bakteri dalam kultur pada waktu tertentu. Di

antara setiap fase terdapat suatu periode peralihan dimana waktu dapat berlalu sebelum

semua sel memasuki fase yang baru.

Kurva Pertumbuhan Klasik

Kurva pertumbuhan adalah grafik dari jumlah organisme biologis sebagai fungsi

waktu. Organisme biologis ini biasanya dihitung dalam konsentrasi berat kering atau

konsentrasi jumlah sel. Dalam percobaan ini, digunakan perhitungan berat kering.

Pertumbuhan kurva klasik untuk reaktor batch digambarkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.2 Bentuk kualitatif dari kurva pertumbuhan klasik

Model Tidak Terstruktur (unstructured models)

Model sederhana dari kurva pertumbuhan adalah model yang tidak terstruktur, yang

berarti biofase dimana dapat di modelkan dalam sebuah variabel tunggal (konsentrasi massa

sel). Model struktur yang lebih kompleks menggunakan beberapa variabel biofase yang

utamanya konsentrasi adalah metabolit kunci dari sel seperti protein, karbohidrat, DNA,

RNA, dan lain sebagainya.

Laju pembentukan biomasa dengan pertumbuhan adalah (unit biomassa per waktu per

volume). X adalah konsentrasi biomassa, adalah laju pertumbuhan spesifik yang memiliki

satuan inversi waktu. Asumsi untuk simplifikasi digunakan untuk memodelkan asumsi dari

batas substrat pertumbuhan. Dengan asumsi ini, pertumbuhan dapat diubah menjadi reaksi S

YX yang disebut yield. Bagaimanapun, dari hasil percobaan menunjukkan Y bersifat

konstan. Maka, apabila dikaitkan dengan laju konsumsi substrat (-Rs) dan laju dari produksi

biomassa, Rx maka

Bila dikaitkan dengan hubungan konsentrasi karbon dari massa sel dalam satuan waktu,

maka dapat dituliskan,

Dimana S mengindikasikan konsentrasi substrat.

Model Monod

Model monod yang sering digunakan untuk adalah model monod (5)

Dimana,

= laju spesifik maksimum pertumbuhan dari E. coli

= monod konstan jenuh

Untuk proses semi-batch,

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)