PEMURNIAN PRODUK FERMENTASI

Agro-industrial Departement

Brawijaya University2014

Nimas Mayang Sabrina S., STP MScSakunda Anggarini, STP, MSc

Outline

- Pendahuluan- Macam metode

pemisahan produkfermentasi

Proses Fermentasi

Bahan Baku

Limbah

Mikroorganimse

Fermentasi

Pemurnianproduk

Produk

Upstream processing

Downstramprocessing

PERMURNIAN (PURIFIKASI)

• Proses pemisahan hasil fermentasidengan mediumnya, sehinggamenghasilkan produk murni hasilfermentasi

Tahapan Pemurnian

Penghilangan kotoran yang tidak

dapat terlarut

Ekstraksi Konsentrasi

Produk Murni

Purifikasi

Kultur

Fermentasi

fraksi

terlarutproduk

cairprodukberbentuk konsentrat

Sel dan pengotor

lain

Pengotor

Metode-metode purifikasi

1. Secara GravitasionalTerdiri dari dua metode yaitu sentrifugasi dan flokulasi.

2. Secara MekanisMetode secara mekanis dicontohkan dengan filtrasi dandianalisis.

3. Penggunaan sifat permukaan Metode ini terdiri dari adsorpsi, ion-exchange, dan flotasi.

4. Secara ElektrikMetode secara elektrik ini menggunakan elektrofresis,elektrodialisis dan elektro-osmosis.

SENTRIFUGASI

• Sentrifugasi meliputi pemisahan cairan danpartikel berdasar densitas.

• Sentrifugasi dapat digunakan untukpemisahan sel dari cairan kultur, sel pecah daricairan, dan kelompok endapan

• Ada beberapa tipe, yaitu : tubular bowlcentrifuge, disc bowl centrifuge, perforatebowl basket centrifuge, zonal ultracentrifuge

• Tubular Bowl Centrifuge• Paling umum digunakan untuk pemisahan padat-cair,

isolasi enzim.

• Dapat dicapai pemisahan yang baik untuk sel mikrobiadalam larutan.

• Disc Bowl Centrifuge• Secara luas digunakan untuk memisahkan sel.

• Dapat untuk memisahkan sel mikrobia yang dipecahdan endapan protein

• Perforate Bowl Basket Centrifuge• Pengecualian pada pemisahan adsorpbent, seperti

selulosa dan agarosa

• Zonal Ultracentrifuge• Digunakan dalam industri vaksin karena dapat secara

mudah memisahkan sel yang dipecah dari virus.

• Dapat untukmengendapkan protein dengan baik.

• Secara eksperimental digunakan untuk pemurnian RNApolymerase dan berbagai enzim.

KOAGULASI & FLOKULASI

• Koagulasi ditetapkan untuk proses-prosesbiologikal jika partikel kecil secara langsungmelekat satu dengan lainnya.

• Flokulasi adalah agensia yang bekerja untukmenggabungkan partikel

• Teknik koagulasi dan flokulasi biasanyadigunakan untuk sel utuh, sel pecah atauprotein terlarut.

• Sel Utuh

• Banyak agensia flokulasi digunakan untuk pemisahanproduk, seperti : polielektrolit anionik dan kationik,alumina, dan polimer sintetik.

• Sedikit informasi yang diketahui tentang koagula, tetapibeberapa koagulan anorganik aluminium, garambesidan garamkalsium telah banyak dipelajari

• Sel hancur dan protein

• Koagulasi dan flokulasi banyak digunakan dengandilakukan agitasi

• Koagulasi dan flokulasi dapat digunakan sebagai alternatifmetode presipitasi pada pemisahan enzim

• Agensia yang digunakan untuk sel utuh adalah samadengan untuk sel hancur maupun protein

FILTRASI

• Filter menggunakan kain saring atau beberapabahan porus dengan menggunakan tekananuntuk mendorong partikel melewati filter

• Elemen-elemen dipisahkan berdasarkanukuran.

• Filtrasi untuk meterial biologi umumnyamenggunakan batch filtration, rotary drumfiltration, atau ultrafiltration methods.

• Batch Filtration

• Biasanya dengan tekanan konstan dari pompamendorong cairan melewati filter

• Filter cake akan terbentuk sebagai akibat proses filtrasidan menahan laju filtrasi

• Filter press adalah yang umum digunakan dalamindustri

• Dapat digunakan untuk memisahkan sel tetapitidakdapat bekerja dengan baik untuk sel hewan dantumbuhan

• Rotary Drum Filtration

• Solution is vacuumed upward where it crosses a filterseptum removed by a positive displacement pump

• Filter cake is removed after each rotation to give a freshsurface for filtration

• Rotary vacuum filters can be used to efficiently removemycelia, cells, proteins, and enzymes, though a filter aidor precoat of the septum may be necessary

• Ultrafiltration

• Utilizes a membrane to separate particles that aremuch larger than the solvent used

• Successful removal occurs in the partical size range of 10 solvent molecular diameters to 0.5 μ

PRESIPITASI

• Presipitasi adalah prosedur penambahan larutanionik untuk membuat larutan fermentasi menjadibentuk partikel yang tidak larut.

• Presipitasi biasanya untuk memisahkan enzimatau protein

• Cara yang sederhana biasanya dengan mengubahpH dan suhu

• Presipitasi dapat dilakukan secara batch ataukontinyu.

• Variasi suhu dan pH

• Umumnya kebanyakan protein dan enzim meningkatkelarutannya dengan meningkatnya suhu

• Dengan mengatur pH, polaritas enzim dapat diturunkansehingga tidak bermuatan, poliratas yang paling rendahmenjadikan enzim sedikit larut dan cairan.

• Presipitasi oleh Solven Organik• Dengan penambahan solven organik ke cairan

fermentasi, konstanta dielektrik akan turunmenyebabkan kelaturan berkurang.

• Sering digunakan secara industri karena murah dansederhana

• Presipitasi oleh Ion Logam• Garam metal dengan solubilitas lebih rendah dapat

dibentuk oleh enzim dan protein.

• Garam Mangan dapat digunakan untuk pengendapanasam nukleat.

Pemurnian Asam sitrat

• Metode yang digunakan terdiri dari dua teknik yaitupresipitasi dan filtrasi.

• Langkah-langkahnya yaitu : - Cairan asam sitrat dari fermentor produksi sangat

terkontaminasi oleh biomass, garam, sukrosa, danair.

Pertama, asam sitrat harus direaksikan dengankalsium karbonat untuk menatralisasi larutan danmembentuk presipitat tidak larut kalsium sitrat

Kalsium sitrat mengandung asam sitrat 74%.

- Reaksi Kimianya adalah:

CaCO3 + Citric Acid → CO2+ Calcium Citrate

Pemurnian Asam sitrat

Kalsium sitrat kemudian dicuci, dipanaskan dan disaringuntuk menghilangkan kontaminan

Tergantung rancangan skema pemurnian, filter dapatditempatkan sebelum reaksi pertama dengan kalsiumkarbonat.

Secara sederhana filter dapat memisahkan sebagianbesar kontaminan tergantunng ukurannya dilanjutkanuntuk kontaminan yang lebih kecil pada filter berikutnya

Kalsium sitrat kemudian ditambah asam sulfat.

Pemurnian Asam sitrat

Suhu reaksi ini di bawah 60ºC.

Reaksi akan menghasilkan asam sitrat bebas danpresipitat baru kalsiumsulfat, yang akan dibutuhkannantinya.

Dalam filter ini,kalsium sulfat dicuci dari asam sitrat danmeninggalkan biomass

Kontaminan dapat dipisahkandengan filter yang lebihbaik seperti mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi

Pemurnian Lanjut Asam Asetat

• Asam sitrat dapat dihasilkan dalam dua bentukmonohidrat dan anhidrat

• Bentuk-bentuk ini membutuhkan tambahantahap pemurnian untuk mencapai kemurnianyang diinginkan

• 1. Monohydrate • Mengandung satu molekul air unt tiap asam sitrat• Membutuhkan kristalisasi berulang sampai kandungan

air sekitar 7.5-8.8%

• 2. Anhydrous• Memisahkan semua air dari produk akhir• Dibuat dengan dehidrasi produk asam sitrat monohidrat

pada suhu di atas 36.6ºC

Reference

• Suharto, Ign. 1995. Bioteknologi dalam DuniaIndustri. Andi offset, Yogyakarta.

• THANK YOU