11

CONTINUOUS CONTINUOUS CULTURECULTURE

Oleh :Oleh :

A.A.M. Dewi Anggreni, S.TP.,M.SiA.A.M. Dewi Anggreni, S.TP.,M.Si

TIP FTP UNUDTIP FTP UNUD

22

Fase log dalam batch culture dapat diperpanjang Fase log dalam batch culture dapat diperpanjang dengan menambahkan medium segar/ baru ke dalam dengan menambahkan medium segar/ baru ke dalam erlenmeyer / fermentorerlenmeyer / fermentor

Aliran medium ke dalam fermentor berhubungan Aliran medium ke dalam fermentor berhubungan dengan volume fermentor; yang diistilahkan dengan dengan volume fermentor; yang diistilahkan dengan kecepatan dilusi (D)kecepatan dilusi (D)

F = kecepatan aliranF = kecepatan aliranV = volume fermentorV = volume fermentorD = Kecepatan pegenceran / delution rate (unit hD = Kecepatan pegenceran / delution rate (unit h-1-1) )

D = F / V

33

Perubahan konsentrasi sel pada / Perubahan konsentrasi sel pada / selama waktu tertentu :selama waktu tertentu :

Dx/dt = growth – out putDx/dt = growth – out put

Dx/dt = Dx/dt = x - Dxx - Dx

44

Pada saat steady state, konsentrasi sel yang tersisa Pada saat steady state, konsentrasi sel yang tersisa adalah konstant (dx/dt = 0)adalah konstant (dx/dt = 0)

Sehingga :Sehingga :x = Dxx = Dx = D= D

= = max S / (Ks +S)max S / (Ks +S)

Dx/dt = x (Dx/dt = x (max S / (Ks +S) –D)max S / (Ks +S) –D)

55

Perubahan konsentrasi substratPerubahan konsentrasi substrat

ds/dt = substrat awal – substrat keluar – substrat yang dikonsumsi mikrobiads/dt = substrat awal – substrat keluar – substrat yang dikonsumsi mikrobia

Atau Atau

ds/dt = Dds/dt = DsRsR – D – Dss – – max max x x (S / Ks +S) (S / Ks +S)

y y

66

Pada saat steady state, ds/dt = 0 dan dx/dt = 0Pada saat steady state, ds/dt = 0 dan dx/dt = 0

x = Y (SR –S)x = Y (SR –S)

s = s = Ks DKs Dmax –Dmax –D

x = konsentrasi sel steady statex = konsentrasi sel steady state s = konsentrasi substrat sisa saat steady states = konsentrasi substrat sisa saat steady state y, Ks, y, Ks, max = konstanta kinetik yang spesifik untuk suatu m.omax = konstanta kinetik yang spesifik untuk suatu m.o SRdan D = merupakan variabel yang merupakan faktor SRdan D = merupakan variabel yang merupakan faktor

pengontrolpengontrol

77

Y mempengaruhi xY mempengaruhi x Ks mempengaruhi sKs mempengaruhi s max mempengaruhi D yang dibolehkanmax mempengaruhi D yang dibolehkan

!!! Nilai D dicari agar substrat dan sel yang !!! Nilai D dicari agar substrat dan sel yang terbuang rendahterbuang rendah

>> D >> D x <<; s>>; D mendekati D kritis x <<; s>>; D mendekati D kritis

88

D crit = D crit = max Smax SRR/ Ks + S/ Ks + SRR

Jadi D crit dipengaruhi oleh : Jadi D crit dipengaruhi oleh : max, Smax, SR, R, dandan Ks. Ks.

99

Dalam sistem kontinyu, sering disebut Dalam sistem kontinyu, sering disebut chemostatchemostat karena : kecepatan pertumbuhan karena : kecepatan pertumbuhan kultur dikontrol oleh lingkungan kimianya kultur dikontrol oleh lingkungan kimianya (lingkungan kimia yang merupakan komponen (lingkungan kimia yang merupakan komponen pembatas dalam medium)pembatas dalam medium)

1010

Dalam sistem kontinyu, sering disebut Dalam sistem kontinyu, sering disebut Turbidostat Turbidostat : dimana konsentrasi sel : dimana konsentrasi sel dipertahankan konstan dengan mengontrol dipertahankan konstan dengan mengontrol aliran medium sehingga turbiditas kultur aliran medium sehingga turbiditas kultur dipertahankan mendekati batasan tertentu.dipertahankan mendekati batasan tertentu.

1111

Untuk memonitor konsentrasi Untuk memonitor konsentrasi biomassa dapat dipakai :biomassa dapat dipakai :

Konsentrasi COKonsentrasi CO22

Chemostat (umum dipakai karena tidak perlu Chemostat (umum dipakai karena tidak perlu sistem kontrol yang kompleks)sistem kontrol yang kompleks)

TurbidostatTurbidostat

1212

Aplikasi sistem kontinyu :Aplikasi sistem kontinyu :

Minuman beralkoholMinuman beralkohol Produksi biomassaProduksi biomassa

Isolasi strain dan seleksi kulturIsolasi strain dan seleksi kultur

1313

Contoh SoalContoh Soal

1.1. Berapa kecepatan pengenceran yang terjadi Berapa kecepatan pengenceran yang terjadi di dalam kemostat jika secara kontinyu ke di dalam kemostat jika secara kontinyu ke dalam kemostat (Volume 3,250 L) medium dalam kemostat (Volume 3,250 L) medium segar dialirkan dengan kecepatan 15 ml per segar dialirkan dengan kecepatan 15 ml per menit.menit.

1414

JawabanJawaban

Diketahui :Diketahui :V = 3,250 LV = 3,250 LF = 15 ml / menitF = 15 ml / menitD = ???D = ???

Rumus : D = F/VRumus : D = F/VJawaban :Jawaban :

D = 0,015 x 60 / 3,250D = 0,015 x 60 / 3,250D = 0,28 unit / jamD = 0,28 unit / jam

15

FED BATCH CULTURE

Oleh :

A.A.M. Dewi Anggreni., S.TP., M.Si

TIP FTP UNUD

16

Pertumbuhan biomassa

xt = xo + Y (SR – S)

xt = konsentrasi biomassa setelah waktu t

xo= konsentrasi inokulum awal

Y = konstanta produksi biomassa

SR = konsentrasi substrat awal

S = konsentrasi substrat residual

17

Bila dilakukan feeding pada saat x = x max, saat D < max maka substrat input langsung dipakai oleh mikrobia dan input substrat = konsumsi sel

FSR ~ X/Y

FSR = kecepatan feedingX = total biomassa = x. VDimana V = v olume saat waktu t

18

Karena input substrat = konsumsi sel maka : ds/dt = 0 Dx/dt = 0 Meskipun total biomassa (X) meningkat pada

waktu t tetapi konsumsi sel (x) yang ada relatif konstan.

D kondisi quasi-steady state (seolah-olah steady state)

19

Dengan bertambahnya waktu maka D akan semakin kecil karena meningkatnya volume (V) Maka hubungan volume, kecepatan feeding

dan dilution rate akan mengikuti persamaan :

D = F

Vo + Ft

Vo = volume awal

20

Syarat quasi - ss

D < max SR >>> Ks

21

APLIKASI FED BATCH CULTURE PRODUKSI METABOLIT SEKUNDER

(MISAL PENISILIN)

22

Produk fermentasi

Biomassa Produk /metabolit :

Intraseluler Ekstraseluler

23

Intraseluler

Diambil dari biomassa Metabolit dapat diekstraksi langsung dengan

etanol 70% tanpa pemecahan sel Untuk enzim, sulit diperoleh karena sel harus

dipecah dahulu pada suhu rendah (0 – 4 oC) dengan sonikasi

Etanol yang digunakan max 80%, bila lebih maka sel akan mengkerut, sulit untuk diekstraksi.

24

Ekstraseluler

Cell-free supernatan Umumnya metabolit sekunder, kecuali ada

rekayasa genetik