Upload
dahliana-alami
View
242
Download
11
Embed Size (px)
DESCRIPTION
BJ
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Salah satu masalah dalam proses fermentasi yang menggunakan sel bebas sebagai
biokatalis adalah pemisahan sel dari kaldu fermentasi yang mengandung produk. Biaya
recovery dan recycle sel dapat dikurangi dengan menerapkan metoda untuk menahan sel
agar tetap berada dalam reaktor yaitu dengan cara immobilisasi sel. Sel immobilisasi
adalah sel yang dibatasi ruang gerak/mobilitasnya di dalam matriks tertentu sehingga tidak
terbawa dalam aliran produk dan dapat digunakan kembali.
Immobilisasi sel mikroba telah banyak digunakan dalam industri fermentasi.
Keuntungan dari teknologi immobilisasi sel ini adalah penggunaan yang berkelanjutan,
stimulasi produksi metabolit, dan perlindungan sel terhadap lingkungan yang tidak
menguntungkan. Immobilisasi sel ini mengarah pada peningkatan kepadatan sel secara
optimal dan efisiensi proses. Dengan sel terimmobilisasi pemakaian sel dapat dipakai
berulang dan mudah dipisahkan. Dengan cara tersebut keuntungan yang didapat lebih
besar. Oleh karena itu, pada praktikum ini praktikan mencoba memproduksi alkohol
dengan proses immobilisasi sel secara batch dengan menggunakan mikroorganisme
Saccharomyces cerivisiae
I.2 Tujuan Percobaan
1. Memahami dan menguasai prosedur pembuatan sel terimmobilisasi.
2. Memahami karakteristik matriks pendukung sel terimmobilisasi.
3. Memahami dan menguasai prosedur penggunaan sel terimmobilisasi dalam proses
fermentasi.
4. Memahami tipe reaktor yang tepat untuk sel terimmobilisasi.
5. Memahami karakteristik reaktor batch dan kontinu yang menggunakan sel
terimmobilisasi.
6. Mengevaluasi kinerja reaktor “packed column”.
1 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Immobilisasi Sel
Immobilisasi dalam bidang bioteknologi didefinisikan sebagai suatu cara yang
digunakan untuk menempatkan secara fisika atau kimia suatu sel, organel, atau enzim atau
protein lainnya ke dalam suatu penyangga berupa bahan padat, matrik, atau membran.
Immobilisasi dilakukan dengan maksud untuk meningkatkan stabilitas dan membuat sel,
organel atau enzim dapat digunakan secara terus menerus (Brodelius, 1987).
Sel atau enzim terimmobilisasi adalah suatu sel yang secara fisik terlokalisasi/terjerat
pada suatu daerah tertentu. Sel/enzim tersebut tetap mempunyai aktivitasnya sebagai
biokatalisator/katalis, serta sel/enzim tersebut dapat dipergunakan secara terus menerus dan
sangat penting untuk proses berkesinambungan.
Sel terimmobilisasi adalah suatu sel yang dilekatkan pada suatu bahan inert dan tidak
larut dalam bahan tersebut, misal dalam sodium alginat atau kalsium alginat. Dengan
sistem ini, sel dapat lebih tahan terhadap perubahan kondisi seperti pH, juga temperatur.
Sistem ini juga membantu sel berada di tempat tertentu selama berlangsungnya reaksi
sehingga memudahkan proses pemisahan dan memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi
lain (Sumo dkk., 1993).
Immobilisasi sel mikroba dibedakan atas 3 macam yakni:
1. Sel mati: untuk reaksi konversi sederhana (1 tahap)
2. Sel hidup: untuk reaksi konversi yang melibatkan biokatalis heterogen (multi
enzim)/memerlukan ATP atau biokoenzim seperti NADP atau koenzim A.
3. Sel dalam fase pertumbuhan: keadaan dimana terdapat aktivitas enzim untuk
pertumbuhan.
Immobilisasi dapat dilakukan terhadap sel maupun terhadap enzim. Immobilisasi
enzim dapat dianggap sebagai metode yang merubah enzim dari bentuk larut dalam air
“bergerak” menjadi keadaan “tak begerak” yang tidak larut. Immobilisasi mencegah difusi
enzim ke dalam campuran reaksi dan mempermudah memperoleh kembali enzim tersebut
dari aliran produk dengan teknik pemisahan padat/cair yang sederhana. Immobilisasi dapat
dilakukan dengan berbagai cara, antara lain melalui pengikatan kimiawi molekul enzim
pada bahan pendukung, pengikatan silang intermolekuler sesama enzim, atau dengan cara
menjebak enzim di dalam gel atau membran polimer (Palmer, 1991).
2 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Immobilisasi sel berkembang setelah immobilisasi enzim. Dalam teknologi
immobilisasi enzim terdapat hambatan pada regenerasi koenzim dan keterbatasan metode
yang dapat diterapkan untuk menyusun molekul enzim dalam rangkaian tertentu, sehingga
dapat melakukan tahapan reaksi katalitis enzim yang berkesinambungan. Untuk mencegah
hambatan tersebut dilakukan penelitian-penelitian, sehingga terjadi pengembangan pada
immobilisasi sel, yang dapat digunakan sebagai biokatalis. Hal ini memungkinkan untuk
melakukan immobilisasi seluruh sel dan menjaga sel tetap hidup. Dewasa ini, teknologi
immobilisasi memegang peranan penting dalam perkembangan proses biokimia dalam
suatu bioreaktor. Sel yang mengalami immobilisasi (immoblized microbial cells) telah
banyak diterapkan dalam fermentasi misalnya produksi alkohol, asam amino, antibiotik
atau pada degradasi polutan limbah cair.
2.2 Jenis-Jenis Immobilisasi sel
1. Immobilisasi Aktif
Immobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan metoda
pengikatan. Metoda penjeratan dilakukan secara fisik dalam matriks pendukung.
Matriks pendukung yang bisa digunakan yaitu polimer porous (agar, alginate,
carragenan, polyacrylamide, chitosan, gelatin, collagen), porous metal screen,
polyurethane, silicagel, polystyrene, dan selulosa triasetat. Polymeric beads harus
cukup porous untuk keluar masuknya substrat dan produk. Polymeric beads biasanya
dibentuk dengan menggunakan sel hidup di dalamnya.
2. Immobilisasi Pasif
Berbentuk biological films yang berbentuk lapisan-lapisan koloni sel yang tumbuh dan
melekat pada permukaan pendukung yang padat. Material pendukung dapat bersifat
inert atau aktif secara biologis. Biological films digunakan pada pengolahan limbah
atau fermentasi mikroba dengan jamur.
2.3 Metoda Immobilisasi Sel
Immobilisasi sel dapat dilakukan dengan beberapa metoda yang dapat digunakan yaitu:
1. Metoda ikatan antar polimer (cross-linking)
Dinding sel mikroba yang mengandung gugus amin bebas dan gugus karboksil dapat
berikatan silang dengan senyawa seperti glutaraldehid atau toluen diisosianat. Sel
mikroba juga dapat diimmobilisasi melalui ikatan ion dengan senyawa polielektrolit.
Metoda immobilisasi dengan cara ini jarang dilakukan untuk sel. Dalam penggunaan 3 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
untuk immobilisasi sel, metoda ini biasanya dikombinasikan dengan metoda
penjerapan (entrapment) untuk stabilitas proses immobilisasi.
2. Metoda kopolimerisasi (copolymerization)
Metoda ini merupakan metoda pengembangan dari metoda ikatan antar polimer (cross-
linking). Pada saat proses immobilisasi biasanya ditambahkan senyawa yang berfungsi
sebagai “spacer” seperti gelatin, albumin, polietilenimin ke dalam suspensi sel yang
akan diimmobilisasi. Selanjutnya suspensi sel ini diimmobilisasi dengan metoda ikatan
antar polimer. Prosedur ini akan membuat sel terperangkap pada suatu jaring kovalen.
Metoda ini banyak menyebabkan kematian sel, akan tetapi pada beberapa aplikasi
metoda ini dapat digunakan ( Brodelius, 1987).
3. Metoda ikatan kovalen
Metoda ini dilakukan dengan cara menggunakan sistem dimana sel dapat terikat secara
kovalen dengan gugus reaktif dari suatu matrik, atau sel terikat pada suatu senyawa
perantara yang menghubungkan sel dengan matriknya. Contohnya matrik selulosa
dapat dikombinasi dengan glutaraldehid sebagai senyawa perantara. Senyawa
perantara ini sebagian besar bersifat toksik sehingga dapat merusak sel (Brodelius,
1987).
4. Metoda adsorpsi
Metoda ini didasarkan kepada afinitas mikroba terhadap suatu permukaan padat.
Fenomena ini dapat terjadi secara alami. Misalnya, mikroba yang terikat pada butiran
pasir, partikel tanah, permukaan gigi, permukaan logam dan permukaan senyawa
polivinilklorida. Kekuatan afinitas mikroba terhadap suatu permukaan padat
tergantung pada jenis mikroba. Reaksi yang terjadi antara permukaan padat dengan sel
adalah interaksi elektrostatik. Beberapa jenis bahan yang telah digunakan untuk
immobilisasi sel dengan cara ini adalah selulosa, lektin, polivinilklorida (Brodelius,
1987).
5. Metoda penjerapan (entrapment)
Metoda ini adalah metoda yang paling banyak dikembangkan untuk immobilisasi sel.
Metoda ini dilakukan dengan membuat sel mikroba terperangkap di dalam matrik
polimer. Metoda didasarkan pada terjadinya inklusi sel-sel di dalam suatu jaringan atau
matrik yang kaku yang mencegah sel berdifusi ke lingkungan atau medium
disekitarnya, akan tetapi masih dapat berinteraksi dengan substrat. Matrik yang umum
digunakan adalah agar, alginat, karagen, selulosa dan turunannya, kolagen, gelatin,
resin epoksi, poliakrilamid.4 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Metoda ini lebih banyak digunakan untuk immobilisasi sel karena tingkat
keberhasilannya tinggi dan lebih kuat dalam menahan sel tetap berada di dalam matrik
apabila dibandingkan dengan metoda adsorpsi atau secara kimia (Brodelius, 1987).
2.4 Teknik Pembuatan Sel Immobil
Ada beberapa teknik dalam pembuatan butiran sel immobil diantaranya dengan
membuat desintegrasi sel ke dalam blok-blok polimer secara mekanik. Cara ini
menghasilkan keseragaman partikel yang rendah. Cara lain adalah dengan membekukan sel
bersama-sama dengan matriknya, setelah itu diperkecil ukurannya dengan pemotongan.
Cara ini kurang efisien untuk pembuatan dalam jumlah besar. Cara ketiga dengan membuat
sel menjadi manik-manik atau butiran (beads) bersama-sama dengan matriknya (Brodelius,
1987).
2.5 Matrik Immobilisasi
Matrik yang digunakan dalam proses immobilisasi ditentukan oleh metoda yang akan
dipilih untuk immobilisasi. Diantara matrik yang umum digunakan untuk immobilisasi sel
dapat adalah:
1. Polimer sintetis
Polimer sintetis biasanya dipilih karena ingin mendapatkan sifat fisika kimia tertentu
dari matrik tersebut. Porositas dan sifat hidrofob/hidrofil dari matrik jenis ini dapat
diatur lebih mudah. Contoh polimer sintetis yang banyak digunakan untuk
immobilisasi sel adalah, gel poliakrilamid, metakrilat, poliurethan, resin epoksi.
2. Polimer alam
Polimer alam mempunyai keunggulan yang tidak dimiliki oleh polimer sintetis yaitu,
polimer alam dapat diterima oleh hampir semua jenis sel. Sel umumnya dapat
mempertahankan availabilitasnya yang tinggi apabila diimmobilisasi dengan polimer
alam. Polimer alam dapat dibedakan berdasarkan perbedaan mekanisme pembentukan
gelnya, yaitu polimer alam yang membentuk gel dengan perubahan temperatur
(thermal gel) contohnya, kolagen, gelatin, agar, karagen. Polimer alam yang
membentuk gel dengan reaksi pengionan, contohnya alginat, kitosan.
Alginat merupakan polimer alam atau polisakarida yang diekstraksi dari alga coklat
(Phaeophyta). Monomer alginat terdiri dari asam β-D-manuronat dan asam α-L-
guluronat. Alginat tidak memiliki unit berulang yang teratur. Alginat berada di dalam
sel alga dalam bentuk gel mengandung ion natrium, kalsium, magnesium, stronsium 5 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
dan barium. Alginat ini berfungsi memberikan kekuatan dan fleksibilitas pada
jaringan. Alginat mempunyai kemampuan dalam mengikat air dan membentuk gel,
viskositasnya tinggi serta memiliki stabilitas yang baik. Alginat adalah matrik
immobilisasi sel yang paling banyak digunakan, karena ramah terhadap sel, mudah
teknik pembuatannya terutama untuk pembuatan dalam jumlah besar, dan murah
harga. Keuntungannya ini masih dapat mengimbangi kekurangannya yang juga
dimiliki oleh senyawa polimer alam lain yaitu kemampuannya menahan sel di dalam
matrik lebih rendah dari pada polimer sintetis (Brodelius, 1987).
2.6 Kelebihan dan Kekurangan Sel Immobilisasi
Kelebihan penggunaan sel immobilisasi dibandingkan dengan sel bebas antara lain
sebagai berikut:
1. Immobilasi menyediakan konsentrasi sel yang tinggi.
2. Immobilisasi memungkinkan penggunaan sel kembali dan mengurangi biaya
recovery sel dan recycle sel.
3. Immobilisasi mengurangi masalah wash out sel pada laju alir yang tinggi.
4. Kombinasi konsentrasi sel yang tinggi dan laju alir yang tinggi (tanpa batasan wash
out) menghasilkan produktivitas volumetric yang tinggi.
5. Immobilisasi menyediakan kondisi micro environmental yang menguntungkan
seperti kontak antar sel, gradient nutrient-produk, gradient pH untuk sel sehingga
menghasilkan kinerja biokatalis yang lebih baik (kecepatan pembentukan dan yield
produk yang lebih tinggi).
6. Immobilisasi menyebabkan kestabilan genetik.
7. Immobilisasi menyediakan perlindungan terhadap kerusakan sel.
Kekurangan penggunaan sel terimmobilisasi adalah hambatan pada proses difusi baik
substrat maupun produk yang terbentuk. Untuk sel yang hidup, pertumbuhan dan evaluasi
gas sering merusak matriks pendukung sel terimmobilisasi.
2.7 Reaktor Kolom
Beberapa konfigurasi reaktor dapat digunakan untuk system sel terimmobilisasi.
Matriks pendukung sel terimmobilisasi umumnya bersifat rapuh, karena itu dipilih
bioreaktor yang memiliki gesekan hidronamik yang rendah seperti packed-column,
fluidized-bed, atau airlift reactor. Reaktor yang menggunakan produk mekanik dapat
6 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
digunakan untuk matriks pendukung yang kuat dan liat. Reaktor tersebut dioperasikan
dengan cara mengalirkan larutan nutrient melewati sel immobilisasi.
Gambar 2.1 Skema Penggunaan Sel Immobilisasi sel untuk reaktor packed-column dan
fluidized-bed secara batch dan kontinu
2.7.1 Fluidized Bed
Dalam sistem reaktor ini, enzim/sel immobil mengalir dari bawah ke atas dengan
kecepatan aliran yang cukup tinggi untuk partikel dapat bergerak bebas. Sistem ini
bersifat semi kontinyu sebab substrat dapat dikembalikan lagi ke dalam reaktor beberapa
kali untuk mendapatkan produk yang diinginkan
Gambar 2.2 Fluidized Bed Reactor
7 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat Bahan
Erlenmeyer 250 mL Satu tabung biakan Saccharomyces
cerivisiae
Spuit (perangkat suntik) steril Air garam steril
Pembakar spirtus Media aktivasi dengan komposisi :
Pompa peristaltik - Bacto pepton 2%
Pembakar spirtus - Ekstrak ragi 0,5%
Refraktometer - Glukosa 10%
Reaktor packed column - Aquadest
Pipet tetes Larutan CaCl 2%
Pipet ukur 10 mL Natrium Alginat
Gelas kimia 500 ml media produksi asam asetat
steril dengan komposisi :
Spatula - Glukosa 10%
Stopwatch - (NH4)2SO4 2%
Corong - KH2PO4 0,1%
- MgSO4.7H2O 0,02%
3.2 Langkah Kerja
8 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
3.2.1 Imobilisasi Sel
1. Penanaman bakteri pada media aktivasi
Diagram 3.1 Cara penanaman bakteri pada media aktivasi
2. Pembuatan Natrium Alginat
Diagram 3.2 Pembuatan natrium alginat
3. Pembuatan Larutan CaCl2
9 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
5 mL air garam steril dipipet
dimasukkan ke dalam biakan murni
Saccharomyces cerivisiae kemudian dikocok
air garam berisi bakteri
dalam dituankan ke dalam 50 mL media aktivasi
diinkubasi 3 jam pada suhu 30oC
natrium alginat sebanyak 8 gram ditimbang
dicampurkan dengan aquadest sebanyak 100 mL
diaduk hingga mengental
dipasteurisasi pada suhu 70-80oC selama 10 menit
Diagram 3.3 Pembuatan Larutan CaCl2
4. Pembuatan Beads
Diagram 3.4 Pembuatan beads
3.2.2 Evaluasi Sel Immobilisasi dalam Reaktor Kolom
10 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
media aktivasi dan larutan natrium alginat dicampurkan
campuran disuntikkan kedalam larutanCaCl2 untuk membentuk beads
beads yang terbentuk didiamkan selama satu jam, kemudian dibilas dengan aquadest, lalu disimpan dalam larutan CaCl2 2% pada suhu
4oC
CaCl2 sebanyak 7 gram ditimbang
dicampurkan dengan aquadest sebanyak 350 mL
diaduk hingga homogen
disterilisasi
1. Pembuatan Media Produksi
Diagram 3.5 Pembuatan media produksi
2. Evaluasi Kinerja Sel Imobilisasi dalam Reaktor Kolom
Diagram 3.6 Evaluasi kinerja sel imobilisasi dalam reaktor kolom
BAB IV11 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
50 gr glukosa, 10 gr (NH4)2SO4, 0,5 gr KH2PO4, dan 0,1 gr MgSO4.7H2O ditimbang
ditambahkan 500 mL aquadest, aduk hingga homogen
disterilisasi
reaktor kolom dirangkai
sel terimmobilisasi dimasukkan ke dalam reaktor
pompa peristaltik dikalibrasi menggunakan aquadest
media dialirkan kedalam reaktor
sampel dari atas reaktor diambil setiap lima menit sebanyak tiga kali
indeks bias dan brix sampel dicatat
dilakukan pada berbagai variasi laju alir
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Pengamatan
4.1.1 Laju Alir 10 mL/menitTabel 4.1 Data % Brix, % Alkohol, dan Indeks Bias Sampel Pada Laju Alir 10
mL/menit
Waktu (menit) Brix (%) Alkohol (%) Indeks Bias
0 2,0 7,0 1,3360
3 2,1 7,5 1,3366
6 4,1 13 1,3398
12 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Grafik 4.1 Kadar Alkohol Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 10 mL/menit
Grafik 4.2 % Brix Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 10 mL/menit
Grafik 4.3 Indeks Bias Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 10 mL/menit
4.1.2 Laju Alir 12 mL/menitTabel 4.2 Data % Brix, % Alkohol, dan Indeks Bias Sampel Pada Laju Alir 12
mL/menit
Waktu (menit) Brix(%) Alkohol (%) Indeks Bias
0 3,5 10 1,338
3 6,3 15 1,3424
6 6,5 17 1,3428
Grafik 4.4
Kadar
Alkohol
Sampel
Terhadap
Waktu Pada
Laju Alir 12
mL/menit
13 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Grafik 4.5 % Brix Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 12 mL/menit
14 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Grafik 4.6 Indeks Bias Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 12 mL/menit
4.1.3 Alir 14 mL/menitTabel 4.3 Data % Brix, % Alkohol, dan Indeks Bias Sampel Pada Laju Alir 14
mL/menit
Waktu (menit) Brix (%) Alkohol (%) Indeks Bias
0 3,9 10,8 1,3386
3 5,3 14,0 1,3407
6 6,3 16,5 1,3421
Grafik 4.7 Kadar Alkohol Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 14 mL/menit
15 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Grafik 4.8 % Brix Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 14 mL/menit
Grafik 4.9 Indeks Bias Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 14 mL/menit
4.2 Pembahasan
16 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Nama : Annisa Aulia
NIM : 141424005
Pada praktikum ini kami melakukan percobaan Immobilisasi sel dengan melakukan
Imobilisasi dengan media pengikat menggunakan natrium alginat yang dapat dianggap
sebagai metode yang merubah bakteri dari bentuk larut dalam air “bergerak” menjadi
keadaan “tak begerak” yang tidak larut dan bakteri yang digunakan adalah
Saccharomyces cerivisiae. Imobilisasi mencegah difusi bakteri ke dalam campuran
reaksi dan mempermudah memperoleh kembali bakteri tersebut dari aliran produk
dengan teknik pemisahan padat/cair yang sederhana. Imobilisasi dilakukan dengan cara
pengikatan silang intermolekuler sesama bakteri, atau dengan cara menjebak bakteri di
dalam gel atau membran polimer.
Immobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan
metoda pengikatan. Metoda penjeratan dilakukan secara fisik dalam matriks pendukung.
Matriks pendukung yang digunakan yaitu polimer porous yaitu natrium
alginate.Polymeric beads harus cukup porous untuk keluar masuknya substrat dan
produk. Polymeric beads dibentuk dengan menggunakan sel hidup di dalamnya.
Alginate yang telah mengikat bakteri sebagai media aktivasi diteteskan kedalam larutan
CaCl2 hingga terbentuk beads bulir-bulir berbentuk bulat dimana disanalah tempat sel
hidup terimmobilisasi pergerakannya.Kemudian beads yang telah terbentuk diberiskan
dengan dibilas menggunakan aquadest.
Namun pada praktikum yang kami lakukan beadsnya tak dapat terbentuk karena
campuran alginate dan bakteri yang akan kami teteskan kedalam CaCl2 sangat cair dan
tidak mampu membentuk beads melainkan tercampur dengan larutan CaCl2 sehinggga
kami menggunakan beads hasil praktikum dari kelompok lain yang telah terpakai
sebelumnya sehinggga dapat dipastikan hasil dari praktikum immobilisasi tidak akan
sebaik bila menggunakan fresh beads.
Selanjutnya setelah tersedinya beads kami melakukan tahapan selanjutnya pada
minggu kedua dengan melakukan evaluasi teknik immobilisasi menggunakan reaktor
fluidized –bed . Beberapa konfigurasi reaktor dapat digunakan untuk system sel
terimmobilisasi.Matriks pendukung sel terimmobilisasi umumnya bersifat rapuh, karena
itu dipilih bioreaktor yang memiliki gesekan hidronamik yang rendah seperti fluidized-
17 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
bed.Reaktor yang menggunakan produk mekanik dapat digunakan untuk matriks
pendukung yang kuat dan liat. Reaktor tersebut dioperasikan dengan cara mengalirkan
larutan nutrient melewati sel immobilisasi. Dalam sistem reaktor ini, sel immobil
mengalir dari bawah ke atas dengan kecepatan aliran untuk partikel dapat bergerak
bebas dan dengan bantuan vaccum. Sistem ini bersifat semi kontinyu sebab substrat
dapat dikembalikan lagi ke dalam reaktor beberapa kali untuk mendapatkan produk yang
diinginkan.Kemudian tiap 5 menit sekali dilakukan sempling pada cairan dibagian atas
permukaan beads dalam reaktor dan berdasarkan data yang kami amati dengan
melakukan analisis indeks bias diketahui bahwa semakin lama percobaan akan semakin
kecil hasil indeks biasnya dan semakin besar vacuucm yang diberikan maka akan
semakin cepat laju alirnya sehingga hasil indeks bias dan brix nya pada laju alir yang
tinggi maka akan lebih besar indeks bias dan brix pada laju yang tinggi.
Nama : Asri Ambarwati
18 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
NIM : 141424006
Pada praktikum ini dilakukan immobilisasi sel Acetobacter aceti menggunakan
penjerap alginat. Alginat akan membentuk gel dengan ion-ion divalent pada konsentrasi
tinggi. Tidak semua ion dapat digunakan untuk immobilisasi sel. Ion Ca2+ karena
toksisitasnya paling rendah adalah ion yang paling umum digunakan untuk tujuan
amobilisasi sel. Kemampuan alginat membentuk gel juga ditentukan oleh kadar asam
guluronat yang menyusun struktur alginat. Tingginya kandungan asam guluronat
didalam alginat akan menyebabkan alginat dapat mengikat ion divalent tadi lebih baik
dibandingkan dengan alginat yang lebih sedikit mengandung asam guluronat sehingga
akan menghasilkan gel yang lebih kuat dan lebih stabil. Beads dapat dibuat dalam
jumlah banyak dalam waktu singkat dan dengan menggunakan peralatan yang
sederhana. Campuran media aktivasi (berisi Acetobactec aceti + natrium alginat) dalam
siring diteteskan tetes demi tetes pada larutan CaCl2 2% untuk proses gelatinisasi
natrium alginat yang ditunjukkan dengan pemadatan tetesan campuran tersebut menjadi
bentuk beads. Proses gelatinisasi natrium alginat ini terjadi karena adanya penukaran
kation monovalen natrium dengan kation divalen kalsium yang bereaksi dengan anion
monovalen karboksilat dari alginat. Beads yang terbentuk disimpan dalam larutan CaCl2
dalam lemari pendingin. Kekuatan gel akan meningkat seiring dengan meningkatnya
waktu perendaman alginat dalam CaCl2. Ketika ion kalsium dan alginat bereaksi,
gelatinisasi akan terjadi pada permukaan matriks alginat. Matriks kalsium alginat yang
terbentuk tersebut memiliki sifat yang tahan terhadap tekanan dan dorongan dari dalam.
Akan tetapi, bahan ini kurang stabil terhadap sitrat dan fosfat karena keduanya dapat
membuka ikatan kalsium alginat.
Variable lain yang menentukan proses pembentukan gel dengan alginat adalah
jenis dan viskositas alginat yang digunakan, pH, temperatur, adanya senyawa seperti
EDTA atau sitrat dan konsentrasi ion kalsium ( Orive, dkk 2006), seperti yang praktikan
alami saat praktikum, beads tidak terbentuk sebab alginat yang terbentuk terlalu
encer/viskositasnya rendah. Sehingga pada saat praktikum praktikan menggunakan
beads yang telah digunakan sebelumnya.
Setelah beads terbentuk dilakukan evaluasi kinerja sel terimmobilisasi dalam
reaktor kolom. Dengan variasi laju alir dapat dilihat bahwa semakin besar laju alir,
konsentrasi alkohol yang terbentuk semakin tinggi, indeks biasnyapun semakin besar.
Namun alkohol yang terbentuk ini belum dapat ditentukan jenisnya, harus dilakukan
19 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
pengujian lebih lanjut menggunakan GC-MS. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah
%brix, konsentrasi gula awal di media fermentasi adalah 11%, memang setelah masuk
kolom %brix menurun, artinya terjadi pemanfaatan substrat/pemanfaatan glukosa dan
pembentukan produk, namun pada menit ketiga dan keenam konstrasi gula meningkat
kembali padahal seharusnya konsentrasi gula semakin menurun. Hal-hal yang tidak
sesuai secara teoritis dapat disebabkan karena pengerjaan yang kurang aseptis.
20 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Nama : Asri Nurdiana
NIM : 141424007
Pada praktikum ini dilakukan evaluasi kinerja sel immobilisasi dalam Tipe reaktor
yang tepat untuk sel terimmobilisasi adalah Packed Column. Karakteristik matriks pendukung
sel terimmobilisasi bersifat rapuh oleh karena itu dipilih bioreaktor dengan gesekan
hidrodinamik yang rendah yaitu “Packed Column”.Sel dibatasi ruang geraknya di dalam
matriks tertentu sehingga tidak terbawa dalam aliran produk dan dapat digunakan kembali.
Bakteri yang digunakan adalah Saccharomyces cerivisiae yang memiliki kemampuan
untuk mengkonversi alkohol menjadi asam asetat. Jenis immobilisasi yang dilakukan ialah
immobilisasi aktif yaitu dengan metoda penjeratan dan pengikatan oleh matriks pendukung
yaitu alginat.
Dibuat media aktivasi dengan komposisi sebagai berikut.Bacto pepton 2%; Yeast
ekstract 0,5%; Glukosa 10%; dan aquadest. Media aktivasi dari erlenmeyer yang sudah di
sterilisasi diambil secukupnya lalu dimasukan ke media kultur murni agar miring yang berisi
bakteri Saccharomyces cerivisiae, setelah itu bakteri Saccharomyces cerivisiae diambil
dengan cara menggesekkan jarum ose di permukaan agar bakteri Saccharomyces cerivisiae
dapat larut dengan media aktivasi, lalu tuangkan ke erlenmeyer. Setelah dimasukkan ke dalam
media aktivasi, bakteri diinkubasi dalam inkubator selama 2-3 jam pada suhu 30oC. Saat
pembuatan inokulum, setiap proses dilakukan secara aseptis agar tidak ada mikroorganisme
yang mengkontaminasi media.
Media produksi mempunyai komposisi yang terdiri dari glukosa, NH4NO3, KH2PO4,
dan MgSO4.7H2O, dan kemudian disterilkan.. Dibuat pula air garam steril, larutan CaCl2, dan
natrium alginat 8%. Air garam steril berfungsi untuk mencuci beads yang akan dimasukkan ke
dalam reaktor kolom. Larutan CaCl2 berfungsi untuk menstabilkan beads yang dibuat dan
memperkuat dinding bead. Natrium alginat 8% ini dipasteurisasi pada suhu 70-80 oC.
Pasterurisasi merupakan suatu bentuk sterilisasi yang bertujuan untuk membunuh
mikroorganisme yang tidak diinginkan tanpa merusak komponen komponen yang terdapat
dalam natrium alginat.
Beads dibuat dengan cara mencampurkan natirum alginat dengan media aktivasi berisi
bakteri kemudian dimasukkan CaCl2 dengan cara disuntikkan tetes demi tetes. Beads yang
baik akan berbentuk bulat sempurna, berwarna coklat, dan dinding beads akan mengeras
21 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
dalam larutan CaCl2. Proses ini dilakukan secara aseptis. Beads kemudian
seharusnyaterbentuk dengan sendirinya namun terdapat kesalahan penggunaan bahan.
Sehingga kelompok kami menggunakan beads bekas.
Beads diuji dalam media produksi dalam packed column dengan laju alir yang
berbeda. Laju alir yang digunakan adalah 10 ml/menit, 12ml/menit dan14 ml/menit.
Kemudian tiap 3 menit sekali produk diuji nilai brix (%), alkohol(%) dan indeks bias.
Semakin lama waktu proses fermentasi maka semakin tinggi nilai alkohol(%) dan indeks
biasnya. Kemudian, semakin tinggi nilai laju alir, semakin tinggi pula nilai alkohol(%) dan
indeks biasnya. Namun pada praktikum ini nilai brix semakin tiinggi pada pertambahan laju
alir dan pertambahan waktu. Hal tersebut tidak sesuai dengan teori, seharusnya nilai brix
berbanding terbalik dengan pertambahan alkohol(%). Ketidaksesuaian dengan teori terebut
karena prosedur yang kurang aseptis dan teliti.
22 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Nama : Dahliana Alami
Nim : 1414124008
Pada praktikum ini dilakukan pembuatan alkohol dengan menggunakan metoda
immobilisasi sel. Metoda ini dipilih karena untuk menghasilkan suatu produk terkadang
terjadi berbagai kesulitan yang akan membuat produksi produk tehambat atau
berkurang.
Pembuatan Media
Bakteri yang digunakan adalah Saccharomyces cerivisiae yang kemudian
dimasukkan ke dalam media aktivasi yang sudah disterilisasi. Ketika bakteri
dimasukkan, lingkungan sekitar harus aseptis. Setelah itu, tumbuhkan bakteri dengan
memasukkan media tersebut ke dalam inkubator selama 2-3 jam pada suhu 30oC. Media
aktivasi yang digunakan mengandung nutrisi-nutrisi yang dibutuhkan selama
pertumbuhan bakteri seperti bacto pepton, ekstrak ragi, dan glukosa.
Media inokulasi harus dibuat secara aseptis, mulai dari mengambil biakan dalam
kultur murni hingga memasukkannya ke dalam media aktivasi. Hal ini harus dilakukan
dengan tujuan agar tidak ada mikroorganisme dari luar yang masuk ke dalam media
aktivasi yang dapat mengakibatkan media terkontaminasi. Secara umum media aktivasi
berfungsi untuk menumbuhkan Saccharomyces cerivisiae yang akan dibuat matriksnya
(dalam bentuk beads) sebagai sumber pembuatan alkohol.
Selain media aktivasi, media lain yang dibuat adalah media produksi, air garam
steril, dan larutan CaCl2. Media produksi ini berfungsi sebagai laju alir dalam reaktor
kolom. Larutan CaCl2 berfungsi untuk menstabilkan beads yang dibuat dan memperkuat
dinding beads. Sedangkan air garam steril berfungsi untuk mencuci beads yang akan
dimasukkan ke dalam reaktor kolom.
Ketika membuat media produksi, glukosa dimasukkan terakhir sebelum
memasukkan etanol. Hal ini dilakukan untuk mencegah terbentuknya karamel dari gula.
Etanol dimasukkan paling terakhir untuk mencegah penguapan. Setalah etanol
dimasukkan, media produksi yang telah dibuat harus disterilisasi. Pembuatan air garam
steril dan larutan CaCl2 tidak perlu menggunakan teknik khusus. Pembuatan air steril
hanya membutuhkan aquadest yang kemudian disterilisasi. Sedangkan larutan CaCl2
merupakan larutan yang terdiri dari serbuk garam CaCl2 yang dilarutkan dalam aquadest
kemudian disterilkan.
23 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
Selain media-media tersebut, dibuat juga natrium alginat yang berbentuk seperti
gel atau gelatin,setelah itu dipasteurisasi. Pasterurisasi merupakan suatu bentuk
sterilisasi yang bertujuan untuk membunuh mikroorganisme yang tidak diinginkan tanpa
merusak komponen komponen yang terdapat dalam natrium alginat. Alginat merupakan
polimer porous alami yang digunakan sebagai matriks pendukung. Beads yang akan
dibentuk harus cukup porous untuk memudahkan keluar masuknya substrat dan produk.
Pembuatan Beads
Beads yang baik akan berbentuk bulat sempurna, berwarna coklat, dan dinding
beads akan mengeras dalam larutan CaCl2. Proses ini harus dilakukan secara aseptis dan
semua alat yang digunakan harus disterilisasi terlebih dahulu. Tetapi saat praktikum
beads yang akan dibuat tidak terbentuk karena kesalahan saat menimbang, dan pada
alhirnya menggunakan beads kelompok sebelumnya.
Evaluasi Kerja Reaktor Kolom
Beads dikeluarkan dari dalam kulkas dan biarkan beads sampai mencapai suhu
ruang. Setelah itu, cuci beads dengan menggunakan air steril dan harus aseptis. Setelah
beads dicuci bersih, beads dimasukkan ke dalam reaktor kolom. Media produksi
selanjutnya dialirkan dengan menggunakan pompa peristaltik. Pada percobaan ini
dilakukan tiga kali laju alir yang digunakan. Setiap putaran dilakukan selama 10 menit
dengan pengambilan sampel setiap 5 menit.
Seharusnya semakin lama produk etanol meningkat dan kandungan gula dalam
media berkurang karena bakteri terus mengolah glukosa menjadi etanol. Indeks bias
yang diukur seharusnya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi
etanol pada sampel dan nilai brix akan turun seiring dengan berkurangnya kandungan
gula dalam sampel. Tetapi, pada hasil percobaan kadar glukosa yang dihasilkan semakin
besar. Faktor yang mungkin terjadi yaitu saat memasukan beads kedalam kolom,serta
ada beads yang mengambang dan sering terjadi penyumbatan. Selain itu, beads yang
digunakan adalah beads sisa kelompok sebelumnya, jadi kandungan didalam beads
mulai tidak sebagus beads yang baru.
Kemudian dilihat dari kadar alcohol, didalam teori telah dijelaskan bahwa kadar
maksimal alcohol yang didapatkan melalui proses fermentasi adalah 20%. Saat
praktikum kadar alkohol sesuai dengan teori, yaitu kadar alkohol semakin besar dan
sekitar < 20% dan indeks bias yang diukur semakin meningkat, tapi pada nilai brix
bahwa hasil dari praktikum semakin meningkat.
24 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
BAB V
SIMPULAN DAN SARANa. SIMPULAN
1. Jadi prosedur pembuatan sel terimmobilisasi meliputi
Penanaman bakteri yang dicampurkan ke media aktivasi dan inkubasi
Pencampuran media aktivasi dengan larutan natrium alginat
Pembuatan Beads dalam larutan CaCl2.
2. Karakteristik matriks pendukung sel terimmobilisasi bersifat rapuh oleh karena itu
dipilih bioreaktor dengan gesekan hidrodinamik yang rendah yaitu “Packed
Column”.
3. Prosedur penggunaan sel terimmobilisasi dalam proses fermentasi meliputi
Sterilisasi alat
Perangkaian alat
Pengisian kolomreaktor dengan sel terimmobilisasi
Pengisian kolomreaktor dengan media produksi
Pengaturan laju alir
Uji produk meliputi brix(%), kadar alkohol dan indeks bias
4. Tipe reaktor yang tepat untuk sel terimmobilisasi adalah Packed Column.
5. Karakteristik reaktor batch dan kontinu yang menggunakan sel terimmobilisasi
adalah yaitu pada reaktor kontinu substrat dapat dikembalikan lagi ke dalam reaktor
beberapa kali untuk mendapatkan produk yang diinginkan
6. Mengevaluasi kinerja reaktor “Packed Column”.
5.2 SARAN
25 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM
DAFTAR PUSTAKA
Ofa Suzanti Betha. 2009. Amobilisasi Sel. FMIPA UI.
Anonim. 2012. Sel Immobilisasi. http://putrarajawali76.blogspot.co.id/2012/11/sel-
imobilisasi.html (diakses tanggal 6 Desember 2015)
Mahbubillah, M. Ainul dan Maya Shovitri. Jurnal: Imobilisasi Sel Bacillus S1 dengan Matriks Alginat untuk Proses Reduksi Merkuri. Jurusan Biologi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS): Surabaya.
Anonim. http://a-research.upi.edu/operator/upload/s_bio_0708788_chapter4x.pdf (diakses
tanggal 6 Desember 2015)
26 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM