KUIS TEKNOLOGI BIOPROSES

Nama : Dina Mustika RiniKelas : THP-BNIM : 111710101002

1. Prinsip sterilisasi adalah menghilangkan mikrobia yang tidak dikehendaki

(kontaminan) dari komponen sistem bioproses, termasuk dari medium, udara

dan peralatan.

a. Akibat terjadinya kontaminasi:

Media harus mendukung untuk pertumbuhan mikroba produksi dan

kontaminan, sehingga produktivitas menurun

Kontaminan dapat mengacaukan fermentasi (sistem kontinyu)

Kontaminsai dapat mencemari produk fermentasi

Kontaminan dapat menghasilkan senyawa mengakibatkan ekstraksi

produk sulit dilakukan

Kontaminan dapat mendegradasi produk

Kontaminan yang berupa bakteriophage dapat menyebabkan lisis sel

mikroba produksi

b. Upaya untuk menghindari kontaminasi:

Penggunaan inokulum murni

Sterilisasi media

Sterilisasi bioreactor dan alat pendukung

Sterilisasi semua bahan yang ditambahkan selama fermentasi

Pemeliharaan kondisi aseptis selama fermentasi

2. Sterilisasi batch

Sterilisasi sistem batch dilakukan dengan pemanasan volume media dalam

fermentor berikut perlengkapannya pada suhu dan waktu tertentu. Dalam

prosesnya, perlengkapan dan alat lainnya harus dalam kondidi steril untuk

mencegah adanya kontaminan. Ada dua cara sistem sterilisasi batch, yaitu:

a. Langsung : dilakukan injeksi uap panas langsung ke dalam cairan

medium

b. Tidak langsung: Injeksi uap panas ke dalam mantel fermentor atau coil

dalam fermentor

Dalam sistem batch ini dalam pelaksanaannya perlu mengetahui:

Jumlah mikroba inisial dalam medium

Karakteristik kurva destruksi mikroba oleh panas

Profil kenaikan dan penurunan suhu dalam medium

Tingkat kontaminasi yang masih dapat ditoleransi setelah sterilisasi

Kelemahan sistembatch:

Perlu uap panas yang murni. Jika uap yang digunakan adalam campuran,

maka akan terjadi perubahan dalam medium.

Terjadi kenaikan volume medium

Prosesnya lama

Perlu energy yang banyak karena sistem batch ini diperlukan tenaga

manusia untuk berulang kali memasukkan dan mengeluarkan berbagai

bahan , berbeda dengan sistem kontinyu yang menggunakan conveyor belt.

Terjadi perubahan pH, warna, kadar vitamin.

3. Faktor keberhasilan sterilisasi medium:

a. Jumlah dan jenis mikroba dalam medium.

Semakin banyak mikroba dalam medium maka waktu sterilisasi semakin

lama. Sedangkan jenis mikroba tertentu dapat mempengaruhi titik didih

spesifik sehingga perlu diketahui sebelumnya jenis mikroba apa yang akan

dibunuh.

b. Sifat morfologi dan fisiologi mikroba

Mikroba dengan bentuk batang lebih cepat mendidih daripada yang

berbentuk bulat. Sehingga perlu disesuaikan waktu sterilisasi terhadap

bentuk mikrobanya.

c. Komposisi medium.

Komposisi medium yang kompleks terkadang membutuhkan waktu yang

lebih lama daripada media dengan komponen sederhana. Selain itu perlu

diperhatikan komposisinya, apakah medium tersebut mengandung nutrisi

yang peka panas atau tidak, karena perlakuan yang tidak sesuai akan

mendenaturasi nutrisi yang ada dalam medium.

d. pH

Mikroba tumbuh pada pH yang spesifik, agar lebih berhasil proses

sterilisasinya maka diperlukan modifikasi pH dimana mikroba tersebut

terhambat pertumbuhannya atau bahkan mati.

e. Ukuran partikel tersuspensi dalam medium

4. Soal hitung:

Diketahui: No = 6,5 × 1012

Nt = 10-3

T = 1210C

k = 2,54 per menit

V = 12,54

Ditanya: a. Vtotal

b. tsterilisasi ; jika Vpemanasan= 8,9 dan Vpendinginan= 11,0

c. ttotal ; jika T100-121 selama 25 menit dan T121-100 selama 18 menit

Jawaba. Vtotal = ln

N oN t

= ln6 ,5× 10

10 = 36,41

b. Vsterilisasi = Vtotal - Vpemanasan - Vpendinginan

= 36,41-8,9-11,0

= 16,51

tsterilisasi = Vk

=36,412,54

=6,5 menit

c. Vpemanasan = 12,54 ×25

21=14,93

Vpendinginan = 12,54 ×18

21=10,75

Vsterilisasi = Vtotal - Vpemanasan - Vpendinginan

= 36,41 – 14,93 – 10,75

= 10,73

tsterilisasi = Vk

=10,732,54

=4,22 menit

ttotal = tpemanasan + tsterilisasi + tpendinginan

= 25 + 4,22 + 18

= 47,22 menit

5. Aktivitas proses yang meningkatkan efisiensi pengunduhan

Penggunaan strain mikroba bersifat flokulan

Modifikasi kondisi fermentasi yang mampu menurunkan produk metabolit

kontaminan

Akurasi waktu pengunduhan

Kontrol pH dan suhu pasca pengunduhan

Penggunaan agen flokulan (immobile)

Penggunaan enzim perusak dinding sel

6. Cara pengunduhan produk intraseluler:

Pengunduhan dan pemurnian produk intraseluler dimulai dengan

dilakukannya disrupsi karena produk itraseluler ada di dalam sel maka produk

tersebut harus dikeluarkan terlebih dahulu dari sel mikroba dengan cara

disrupsi. Pelaksanaan disrupsi harus menjamin tidak terjadi kerusakan produk

seperti denaturasi protein ataupun hidrolisis, dll. Ada banyak metode disrupsi,

yaitu:

a. Fisik-mekanis:

Liquid shear

Prinsip kerjanya adalah homogenizer bertekanan tinggi mampu

menghancurkan sel mikroba secara efektif. Bila suspense dalam alat

diberi tekanan tinggi, lalu diturunkan secara mendadak maka akan

terjadi penghancuran sel.

Solid shear

Prinsip kerjanya adalah ekstruksi sel mikroba beku (-250C) bertekanan.

Penghancuran sel terjadi sebagai akibat dari kombinasi liquid shear

dan adanya Kristal es.

Abrassive agitation

Prinsip kerjanya adalah penghancuran mekanis dengan disintegrator.

Suhu disintegrator dapat mencapai 350C, tapi untuk jenis enzim

tertentu masih tak berbeda dengan teknik yang lain.

Freeze-thawing

Pembekuan dan pencairan pasta sel mengakibatkan cairan sel

membeku lalu mencair lagi dapat menghancurkan sel. Proses ini

berjalan lambat dan hanya terbatas pada substansi seluler saja, dan

biasanya dikombinasi dengan cara lain.

b. Khemis:

Deterjen

Prinsipnya adalah merusak lipoprotein sel membrane mikroba dan

membebaskan komponen intraseluler. Namaun metode ini mengakibatkan

beberapa protein rusak sehingga perlu pemisahan terlebih dulu.

Osmotik shock

Prinsipnya adalah perubahan mendadak konsentrasi garam dapat

menghancurkan sel tipe tertentu. Misalnya ekstraksi lusiferase dari

Photobacterium fischeri.

Perlakuan alkali

Beberapa senyawa alkali mampu digunakan untuk menghidrolisis dinding

sel. Contohnya isolasi enzim asparaginase.

Perlakuan enzimatis

Lisosim dan ekstrak enzim leukosit dari Streptomyces, Penicillium,

Trichoderma, bias menghidrolisis sel.

Setelah proses disrupsi dilakukan separasi sistem kesetimbangan. Ada dua

cara separasi ini, yatu:

a. Ekstraksi liquid-liquid

Prinsip ekstraksi adalah memisahkan komponen dari campurannya dengan

pelarutnya. Syarat ideal agar bias dihasilkan produk sebanyak-banyaknya

dalam volume pelarut sekecil-kecilnya. Pemilihan solvent dipengaruhi oleh

koefisien distribusi partisi (K).

b. Distilasi

Prinsip kerjanya adalah pemisahan menurut perbedaan titik didih. Tahapan

distilasi terdiri dari:

Evaporasi campuran

Pemisahan vapor-liquid dalam kolom (senyawa TD rendah terpisah

dengan senyawa TD tinggi)

Kondensasi uap untuk mendapatkan distilat

Selanjutnya setelah dilakukan separasi maka dilakukan pemurnian. Teknik

yang banyak digunakan adalah teknik kromatografi yang dikelompokkan

menjadi:

a. Kromatografi edsorpsi

Prinsipnya adalah pengikatan solute pada fase solid oleh gaya Van der

Walls

b. Ion-exchange

Prinsipnya adalah terjadinya perubahan ion yang reversible antara fase cair

dengan fase padat yang tidak diikuti dengan perubahan radikal dalam struktur

padat

c. Filtrasi gel

Pemisahan bahan berdasarkan perbedaan besar atau ukuran molekul dengan

prinsip difusi pada pori-pori.

d. Afinitas

Prinsipnya adalah pemurnian berdasarkan fungsi dan struktur khemis suatu

senyawa biologis.

7. Pengunduhan dan pemurnian dengan cara filtrasi:

Di dalam sterilisai secara mekanik (filtrasi), menggunakan suatu saringan

yang berpori sangat kecil (0.22 mikron atau 0.45 mikron) sehingga mikroba

tertahan pada saringan tersebut. Proses ini ditujukan untuk sterilisasi bahan

yang peka panas, misal nya larutan enzim dan antibiotik.

Jika terdapat beberapa bahan yang akibat pemanasan tinggi atau tekanan

tinggi akan mengalami perubahan atau penguraian, maka sterlisasi yang

digunakan adalah dengan cara mekanik, misalnya dengan saringan. Didalam

mikrobiologi penyaringan secara fisik paling banyak digunakan adalah dalam

penggunaan filter khusus misalntya filter berkefeld, filter chamberland, dan

filter seitz. Jenis filter yang dipakai tergantung pada tujuan penyaringan dan

benda yang akan disaring.

Penyaringan dapat dilakukan dengan mengalirkan gas atau cairan melalui

suatu bahan penyaring yang memilki pori-pori cukup kecil untuk menahan

mikroorganisme dengan ukuran tertentu. Saringan akan tercemar sedangkan

cairan atau gas yang melaluinya akan steril. Alat saring tertentu juga

mempergunakan bahan yang dapat mengabsorbsi mikroorganisme. Saringan

yang umum dipakai tidak dapat menahan virus. Oleh karena itu, sehabis

penyaringan medium masih harus dipanasi dalam otoklaf. Penyaringan

dilakukan untuk mensterilkan substansi yang peka tehadap panas seperti

serum,enzim,toksin kuman,ekstrak sel,dsb.

8. Separasi sistem kesetimbangan:

a. Ekstraksi liquid-liquid

Prinsip ekstraksi adalah memisahkan komponen dari campurannya dengan

pelarutnya. Syarat ideal agar bias dihasilkan produk sebanyak-banyaknya

dalam volume pelarut sekecil-kecilnya. Pemilihan solvent dipengaruhi oleh

koefisien distribusi partisi (K).

b. Distilasi

Prinsip kerjanya adalah pemisahan menurut perbedaan titik didih. Tahapan

distilasi terdiri dari:

Evaporasi campuran

Pemisahan vapor-liquid dalam kolom (senyawa TD rendah terpisah

dengan senyawa TD tinggi)

Kondensasi uap untuk mendapatkan distilat