1 / 39

Bioreaktor

Bioreaktor. Materi Kuliah X BIOINDUSTRI. TIP-FTP-UB. BIOREAKTOR. Komponen penting : Biokatalis ( enzim atau sel hayati ) Kondisi lingkungan. Kebutuhan : Penyediaan lingkungan optimal Lingkungan optimal memerlukan WAHANA Wahana untuk proses biologis = bioreaktor. BIOREAKTOR.

kay
Download Presentation

Bioreaktor

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Bioreaktor MateriKuliahX BIOINDUSTRI TIP-FTP-UB

  2. BIOREAKTOR Komponenpenting: Biokatalis (enzimatauselhayati) Kondisilingkungan • Kebutuhan: • Penyediaanlingkungan optimal • Lingkungan optimal memerlukan WAHANA • Wahanauntukprosesbiologis = bioreaktor

  3. BIOREAKTOR Definisi : Bioreaktormerupakanperalatanatauwadahdimanadidalamnyaterjaditransformasibiokimiadenganadanyaaktivitasselmikrobaatauenzim FungsiDasar : Memberikanlingkungan yang terkontrol (suhu, pH, O2terlarut, dll) untukpertumbuhanmikrobadalammenghasilkanproduk yang diinginkan

  4. BIOREAKTOR Optimasipetumbuhanbiokatalis/pembentukanprodukdapatdicapaidenganmemasok: Sumberenergi Nutrisi (hara) pentinguntukmemenuhisemuakebutuhanmikroba Inokulum Penghilangankomponenpenghambatdari media Kondisifisikokimiawi yang optimal

  5. PersyaratanKonstruksidanRancangBangunBioreaktor: • Bejanaharusdapatdioperasikansecaraaseptik • Aerasidanagitasimemadaiuntukpertumbuhanmikrobaaerob • Konsumsitenagadandayalistriksekecilmungkin • Mempunyaisistempengontrolsuhudan pH • Mempunyaisaranauntukpengambilancontoh • Evaporasitidakberlebihan • Peralatanharuspraktisdanmembutuhkantenagakerjasedikit • Permukaanbagiandalambioreaktorlicin • Geometribioreaktorskalakecil, pilot plant danskalabesarsebaiknyasamauntukmemudahkanpenggandaanskala

  6. TipeBioreaktor : • BerdasarkanKebutuhanProses : • Aerobik : • terendam • Permukaan • anaerobik • BerdasarkanTipeAgenBiologis : • Bioreaktormikrobial • Bioreaktorenzim • BerdasarkanMetodeAerasi : • Kulturdiam • Labukocok • Bioreaktorberpengaduk (STR) • Bioreaktorkolomgelembung/bubble column • Air lift • Fluidized-bed

  7. 1. ReaktorKulturDiam • Tidakadatanaga yang digunakanuntukaerasi aerasitergantungpada transfer oksigenmelaluipermukaankultur • Biasanyadigunakandalamskalakecil, dimanasuplaioksigentidakterlalupenting • Jenisnya : • T-Flasks • Fernback flasks • KulturPermukaan

  8. a. T-Flasks • Digunakanpadakulturselhewanskalakecil • Inkubasidilakukansecara horizontal untukmemperluaspermukaan b. FernbackFlasks • Contoh : tehKombucha (teh yang diinokulasidengankhamirdanbekteriasamlaktat)

  9. c. KulturPermukaan • Penggunaannyatidakterbatasdilaboratorium • Contoh : pembuatanasamsitratolehAspergillusniger denganmenggunakan tray (baki)

  10. 2. LabuKocok • Biasanyadigunakanpadakultivasiselskalakecil • OTR (oxygen transfer rate) lebihtinggidibandingpadakulturdiam • Keterbatasan transfer oksigenmasihtidakdapatdihindariapabilamenginginkandensitassel yang tinggi  Baffle meningkatkan efisiensi transfer O2 (Orbital Shaker)

  11. 3. BioreaktorTangkiBerpengaduk Skema bioreaktor tangki teraduk (Stirred Tank Reactor = STR) yang digunakan untuk kultivasi mikrobial adalah sebagai berikut.

  12. BahanKonstruksiBioreaktor • Bioreaktor skala laboratorium dengan volume kurang dari 10 L terbuat dari gelas Pyrex • Bioreaktor yang lebih besar terbuat dari stainless stell

  13. Geometri Standar Bioreaktor Tangki Teraduk • Bentuk geometri hampir silindris atau mempunyai bentuk dasar melengkung untuk membantu pencampuran (mixing) isi bioreaktor. • Mempunyai konstruksi berukuran (dimensi) standar (e.g. International Standards Organization dan British Standards Institution) yang memperhitungkan keefektifan pencampuran dan konsiderasi struktur.

  14. Geometri Standar Bioreaktor Tangki Teraduk Keterangan : Da : Diameter impeller (agitator); Dt: diameter tangki; Db : Diameter baffle HL : Tinggicairandalambioreaktor; Ht : Tinggibioreaktor L : Lebar bilah Impeller; W : Tinggi bilah Impeller E : Jarak antara pertengahan bilah impeller

  15. Volume Headspace • Suatubioreaktorterbagimenjadi : volume kerja (working volume) dan volume head-space . • Volume kerja : fraksi volume total yang dipakai media, mikrobadangelembung gas  volume ygtersisa = “head-space”.

  16. Volume Headspace • Umumnya volume kerja : 70-80 % volume bioreaktor, tergantungbusa yang terbentuk • Bilabanyakbusaygterbentuk, makadibutuhkan headspace lebihbesardan volume kerja yang lebihkecil

  17. Perlengkapan Dasar Bioreaktor Tangki Teraduk Sistemagitasi Sistempemasokanoksigen SistemPengendalianBusa SistemPengendalianSuhu SistemPengendalian pH Lubang (port) pengambilansampel SistemPembersihandanSterilisasi Saluran untuk mengumpulkan dan mengeluarkan isi bioreaktor

  18. 1. SistemAgitasi • Fungsi sistem agitasi : • Agar pencampuranmeratameningkatkanlajuperpindahanmassamenembus film pembatascairandangelembungudara • Memberikankondisi "shear" yang dibutuhkanuntukmemecahgelembungudara luaspermukaanpindahmassalebihbesar • Sistem agitasi terdiri dari : agitator dan baffle.

  19. 1. SistemAgitasi • Baffle digunakan untuk memecah aliran cairan dalam rangka meningkatkan turbulensi dan efisiensi pencampuran. • Jumlah impeller tergantung dari tinggi cairan dalam bioreaktor • Tiap impeller terdiri dari 2 - 6 bilah (blade). • Kebanyakan kultivasi mikroba menggunakan Rushton turbine impeller.

  20. 2. SistemPemasokanOksigen : • Terdiri dari : • Kompressor yang menekan udara masuk ke dalam bioreaktor • Sistem sterilisasi udara masuk (inlet) • Spargerudara • Sistemsterilisasiudarakeluar

  21. >> SistemSterilisasiUdara • Sterilisasiudaramaukmencegahkontaminasimikrobadariudara yang masukkedalambioreaktor • Sterilisasi pada udara keluar  mencegah kontaminasi udara terhadap mikroba dari dalam bioreaktor • Metodeumumuntuksterilisasiadalahfiltrasi : • Bioreaktorkecil (volume kurangdari 5 L) menggunakanmembran Teflonberbentukcakram (disk). • Bioreaktorlaboratoriumskalabesar (sampai 1000 L), digunakan "pleated membrane filter" yang dilekatkanpada “polypropylene cartridges” luaspermukaanuntukfiltrasiudaralebihbesar, sehinggamenurunkantekanan yang dibutuhkanuntukmelewatkanudaramelalui filter

  22. Pada bioreaktor skala kecil , sistem pengeluaran udara dilengkapi dengan condenser : • Condensormerupakanalatpenukarpanassederhana yang dilaluioleh air dingin. • Bahan volatil dan uap air mengembun di bagian dalam permukaan condenser  meminimumkan evaporasi air dan kehilangan bahan volatile. • Pengeringan udara juga mencegah penyumbatan filter udara keluar oleh air.

  23. 3. SistemSterilisasiUdara Tekanan Positif Selama sterilisasi, digunakan konsep mempertahankan tekanan positif  selama sterilisasi, pendinginan dan pengisian dan proses kultivasi udara harus dipompa (aerasi) ke dalam bioreaktor untuk mencegah kontaminan dari udara tidak akan tersedot ke dalam bioreaktor.

  24. Sparger Berfungsiuntukmemecahudara yang masukmenjadigelembung-gelembungkeciltipe yang seringdigunakansparger ring (terdiridaritabungberlubangberlubangkecil, mudahdibersihkan & tidakmudahtersumbat)

  25. LajuAlirUdara : Dinyatakandalam volume udara per volume media per menit

  26. 3. SistemPengendalianBusa • Pada bioreaktor yang menggunakan sparger, diperlukan pengendali busa • Busa yangberlebihan akan menyebabkan penyumbatan pada filter udara keluar dan terbentuk tekanan di dalam bioreaktor menyebabkan kehilangan media dankerusakan bioreaktor • Busadikendalikandenganpenambahansenyawa anti busa (silikonatauminyaknabati) • Penambahansenyawa anti busa yang berlebihandapatmemperkecillajuperpindahanoksigen.

  27. Faktor yang Menyebabkan Pembentukan Busa : • Media fermentasikaya protein (e.g whey powder dan corn steep liquor) • Produk yang dihasilkanselamafermentasi (senyawamiripdeterjen : protein & lemak) • Lajualirudaradankecepatanagitasisemakinbesarkecepatanagitasi & lajuaerasimeningkatkanpembentukanbusa • Penggunaanalatpemecahbusamekanis dapatmengurangikebutuhansenyawaantibusa • Volume “head space”semakinbesar volume head-space, semakinbesarkecenderunganbusauntukpecahkarenabobotnyasendiri • Suhu condenser densitasbusameningkatsaatberpindahdari volume head-space bersuhuhangatkedaerah condenser yang lebihdingin, sehinggabusapecah

  28. 4. SistemPengendalianSuhu • Terdiridari : • temperature probes • heat transfer system  jacket atau coil (efisiensilebihbaiktapisulitdibersihandandisterilisasi)

  29. 5. SistemPengendalian pH • Terdiri dari : • pH probe • sistempemberianalkali • sistempemberianasam

  30. 5. SistemPengendalian pH • Basa/asam yang digunakanjangan yang korosifatautoksikterhadapselmikroba. • HCl sebaiknya tidak digunakan karena sangat korosif. • KOH lebihbaik, namunlebihmahaldibandingkanNaOH. • Pada bioreaktor skala kecil sering digunakan NaCO3. • Penggunaan asam sulfat jangan lebih besar dari konsentrasi 10 %.

  31. 6. Agitator • Agitator diklasifikasikan mempunyai karakteristik radial dan axial • Aliran radial •  aliran cairan mengikuti jari-jari tangki bioreaktor • Pada "sparged bioreactor" untuk kontak udara dan cairan kultivasi • Digunakanuntukkulturbakteriaerobik. • Gaya geser lebih besar yang efektif untuk memecah gelembung udara, tapi kurang efisien & membutuhkan input energi lebih besar. • Menggunakan dua atau lebih bilah impeller yang dipasang secara vertikal

  32. 6. Agitator

  33. Agitator yang paling seringdigunakanuntukkultivasimikrobialadalah"Rushton turbine" yang terdiridari 4-6 bilah.

  34. Aliran axial • alirancairan searah sumbu tangki bioreaktor • Lebihlemah, tapipencampuranefisiendandigunakanuntukselmikroba yang sensitifterhadapgayageser lebihefektifmengangkatpadatandaridasartangki. • Impeleraliran axial digunakanuntukproses yang sensitifterhadapgayageser, sepertikulturselhewan • Polaaliran :

  35. Contoh impeller : "marine impeller" dan "hydrofoil impeller". Impeller Intermig • Menggunakan 2 impeller. • Digunakan untuk agitasi dan aerasi kultivasi kapang.

  36. >> BIOREAKTOR TIPE LAIN • Bubble Driven Bioreactor (Bubble columndanairlift) • Biasanyadigunakanuntukmikroba yang sensitifterhadapshear (kapang & seltanaman) • Produktivitas yang dihasilkan lebih tinggri dari STR • Perbedaanbioreaktorbubble columndanairlift • bioreaktor airlift memilikidraft tube yang menyebabkanpeningkatan efisiensi pindah panas dan pindah massa • bioreaktor airlift mampu memberikan kondisi shearyang lebih merata • konstruksi bioreaktor airlift lebih mahal • Kerugianpenggunaanbioreaktorbubble column atauairlift • membutuhkanenergi yang lebihbesar • pembentukanbusalebihbanyak • terjadinyakerusakansel, khususnyauntukkulturselhewan

  37. ContohAplikasi : • Gum Xanthan • PST dgnsubstratMetanol • Biosurfaktan

  38. Fluidized Bed Reactors • Merupakansalahsatumetodauntukmemeliharakonsentrasisel yang tinggidanlaju transfer massa yang baik • Dalam reaktor ini, sel atau enzim imobil • Pencampurandibantudenganpompa, yang ditempatkanpadabagiandasartangkisehinggakatalis yang telahdiimobilisasibergerakbersamacairan • Padasistemkultivasiaerobik, aerasidiperlukanuntukmeningkatkan OTR (Oxygen Transfer Rate) • Biasanyadigunakandalampengolahanlimbah ContohAplikasi : ProduksiBirSecaraSinambung

  39. Bioreaktor Terima kasih TIP-FTP-UB

More Related