PENGGANDAAN SKALA

10
  • Upload

    -
  • Category

    Documents

  • view

    819
  • download

    55

Transcript of PENGGANDAAN SKALA

MAKALAH TEKNOLOGI FERMENTASI PENGGANDAAN SKALA

OLEH

AINUL AMANI (1011121007) FAUZIAH FIARDILLA (1011121015) ANDINI PRASTICA (1011121019)

RINDI MONICA (1011122043)

JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2012 PENGGANDAAN SKALA

Penggandaan skala merupakan Suatu proses perallihan dari suatu kegiatan produksi skala laboratorium ke skala industry.

Tahapan Pelaksanaan : 1. Skala Laboratorium (tahap penyeleksian mikroba) - ukuran : dari tabung reaksi ke tabung kocok 500 ml - fungsi : seleksi dan pengembangan strain mikroba

2. Skala Pilot Plan (kondisi-kondisioperasi optimummulai diterapkan) - ukuran : 5 40 - 200 liter - fungsi : optimasi faktor-faktor lingkungan

3. Skala Industri (pelaksanaan proses-proses denganmempertimbangkan perhitungan ekonomi industrifermentasi tersebut)

- ukuran : 5.000 - 100.000 liter - fungsi : membawa proses ke arah keuntungan perusahaan

Se le ksi

Pilot Plan

Industri

Ukuran :

(-) Tab. re aksi/ kocok 500 ml

(-) 5 - 40 - 200 lite r

(-) 5000 - 100.000 lite r

Fungsi :

(-) Se leksi kultur pe nge mbangan

(-) Optimasi faktorfaktor lingkungan

(-) me mbawa prose s ke arah ke untungan pe rusahaan

Fungsi penggandaan skala dalam pengembangan mikrobiologik : 1. Untuk menerapkan penemuan proses-proses baru kedalam skala industri 2. Untuk memperbaiki kultur mikroorganisme yang tersedia dengan mengembangkan strain-strain yang lebih baik, medium yang lebih efisien dan peralatan yang lebih sempurna .

Kondisi Lingkungan Optimal dalam Penggandana Skala 1. Faktor kimia : konsentrasi subtrat , konsentrasiprecursor, dll. 2. Faktor fisik : Kemampuan pindah panas dan pencampuran ,disipasi tenaga, gayagunting, dll.

PENDEKATAN LINGKUNGAN UNTUK PENGGANDAAN SKALA

Penentuan jalannya reaksi, kinetika, termodinamikapembentukan produk hubungannya denganmetabolismesel, konsumsi oksigen.

Menentukan hub. fisiologik mikroorganisme denganlingkungan eksternal (contoh : kebutuhan oksigend e n g a n d i s t r i b u s i g a ya g u n t i n g ) Menentukan hubungan antara variabel operasi danperalatan (skala produksi, kecepatan impeller, aliranudara, suhu dll) dan kontrol proses terhadap variabel lingkungan

Dasar-Dasar Metode Penggandaan Skala 1. Konstanta gaya gunting Fermentasi pada media yang mengandung miselia yang padat (fermentasi kapang), dipengaruhi olehgaya gunting atau nilai mutlak kecepatan pengadukannya.

2. Konstanta waktu pencampuran Apabila fermentor berukuran kecil (5000 liter) kurang tercampur dengan baik. 3. Bilangan Reynolds Hubungan antara hasil proses dari penggandaan skala fermentasi (misalnya hasil antibiotic dengan bilangan reynold) 4. Faktor momentumImpeller dapat juga berfungsi sebagai sebuah pompa,maka penggandaan skala dapat didasarkan pada laju p e m o m p a a n , atau transfer momentum impeller. F a k t o r momentum

impeller

5. Efek Pengadukan Pengadukan mekanis di bawah kecepatan ND tertentu ternyata mempunyai pengaruh yang kecil terhadap nilai ka di bawah nilai kritis ka terutama ditentukan oleh efek aerasi, gelembung udara.

Permasalahan dalam penggandaan Penanggulangan masalah penggandaan skala dapatdilakukan dengan penataan kondisi lingkungan yangdiperlukan untuk mikroorganisme tertentu pula. Fermentoryang sering digunakan yaitu fermentor aerobik berpengaduk. Dalam hal ini, agitatorm e m i l i k i 2 f u n g s i : o Mencampurkan seluruh isi fermentor o Penyempurnaan dalam transfer panas dan massa Proses pengadukan ini bertujuan untuk memperolehhomogenitas produk yang baik. Homogenitas yang sempurna akan sulit dicapai dalamskala industri, sedangkan dalam skala laboratoriumdapat mendekati kondisi optimal denganmempertimbangkan jumlah pengadukan atau lamapengadukan Waktu pencampuran : waktu yang diperlukan untuk meminimalkan perbedaan konsentrasi dalam seluruh volume cairan dan dapat diukur dengan memberikanpenambahan sensor oksigen pada cairan fermentasi. Waktu pencampuran dipengaruhi oleh 2 faktor, yaitu : o Faktor reologis kultur o Sistem serta konfigurasi agitasi Tangki pencampuran skala besar memerlukan inputtenaga per unit volume yang lebih kecil sekaligusmemerlukan kapasitas pemompaan yang

lebihrendah per unit volume tangki pencampur skalakecil. Hal ini menyebabkan perlunya waktupencampuran lebih lama

PENGEMBANGAN BIOPROSES Bioreaktor dapat digunakan sebagai bejana reaksi dalam berbagai ukuran yang digunakan untuk kuantifikasi fenomena bioproses, mulai dari skala laboratorium sampai skala pilot plant dan skala industri. Pengalihan data proses dari skala laboratorium sampai ke skala produksi komersial umumnya berlangsung dalam 3 tahapan.

Tahap pertama merupakan pencarian atau pemilihan jenis-jenis sel makhluk hidup yang mempunyai sifat unggul. Tahap ke dua diuji pada kondisi media atau lingkungan untuk menyesuaikan dengan kondisi produksi. Pada tahap ini diperoleh perilaku secara kuantitatif maupun semi kuantitatif dalam sistem bioproses yang digunakan. Pada skala pilot plant sudah diuji dengan kondisi teknis yang diterapkan pada skala industri.

Peningkatan proses dari skala laboratorium ke pilot-plant dan selanjutnya ke skala industri umumnya sangat bersifat empirik, dapat dibantu dengan model. Berdasar hasil penelitian yang diperoleh di laboratorium, dapat diprediksi suatu strategi optimal untuk mengoperasikan bioreaktor pada skala industri berdasarkan model yang berkaitan dengan fisiologi sel makhluk hidup, pengaliran, atau perpindahan massa

Pengembangan proses berdasar pendekatan empiris-pragmatis

Pada pengembangan proses menggunakan pendekatan empiris pragmatis, dilakukan setelah evaluasi ekonomis untuk suatu proses produksi. Kajian bioreactor skala pilot plant dilakukan untuk memperoleh hasil yang secara ekonomis menentukan mutu produk. Biasanya kriteria yang digunakan adalah konsumsi tenaga (P/V), serta kemampuan perpindahan massa dan panas. Sebagai contoh perpindahan oksigen. dinyatakan dalam OTR. Pada waktu yang sama dipilih kriteria yang secara pragmatis dapat digunakan untuk meningkatkan unit produksi ke skala industri. Misalnya pada kondisi P/V tetap dan OTR tetap. Skema pengembangan proses berdasar pendekatan empiris-pragmatis dapat digambarkan sebagai berikut:

Pengembangan proses berdasar pendekatan empiris-sistematis (pemodelan matematik) Bioreaktor yang mempunyai proses kompleks, tidak dapat menggunakan pendekatan sederhana seperti pendekatan empiris-pragmatis. Pendekatan yang lebih sistematis dapat menggunakan model matematik. Dengan pendekatan matematik, maka hasil uji dalam setiap tahap merupakan masukan bagi tahap berikutnya. Pada tahap pertama hasil penelitian laboratorium dianalisis untuk memperoleh kinetika bioproses yang terjadi. Besaran kuantitatif bioreaktor dikaji berdasarkan ciri perpindahan fisik, seperti OTR dan waktu pencampuran. Analisis kinetika bioproses dikerjakan menggunakan bantuan model matematik. Berdasar pendekatan ini, pada skala pilot plant mempunyai arti lebih penting daripada model bioproses yang diperoleh dari skala laboratorium. Pilot Plant digunakan untuk memverifikasi kinerja model bioreaktor dan bioreaktor ideal. Skema pendekatan ini dapat dilihat pada gambar berikut:

Fenomena Rancangbangun Bioreaktor Dalam rancangbangun bioreaktor, terdapat tiga fenomena penting yang diperhatikan dalam perancangan, yaitu: Fenomena termodinamik (tidak tergantung pada skala) Fenomena mikrokinetik (tidak tergantung pada skala) Fenomena perpindahan (tergantung pada skala)

Fenomena termodinamik, misalnya kelarutan oksigen tidak tergantung pada ukuran bioreaktor. Fenomena mikrokinetik, misal perilaku intrinsik makhluk hidup yang mekanisme pengaturannya ada di dalam sel makhluk hidup tersebut. Sedangkan fenomena perpindahan, misal unsur hara atau nutrien atau substrat yang dikonsumsi makhluk hidup dipasok melalui perpindahan massa, makhluk hidup juga merupakan subyek fenomena geser yg merupakan perpindahan momentum. Proses perpindahan sangat tergantung pada skala. Perpindahan massa dapat terjadi dari media ke dalam sel makhluk hidup. Proses perpindahan dalam bioreaktor terjadi menurut dua mekanisme perpindahan, yaitu pengaliran (konveksi) dan difusi (konduksi). Proses perpindahan yang sangat tergantung pada ukuran atau skala, dapatditulis sebagai:

Tetapan waktu perpindahan untuk pengaliran : tr = L/V Untuk bejana berpengaduk: V = NxL maka kebutuhan tenaga per satuan volume (P/V) pada peningkatan skala: tr = L2/3 Tetapan waktu perpindahan secara difusi :

tD = L2/D Waktu perpindahan (tr dan tD ) dapat meningkat selama peningkatan skala, sedang waktu konversi (tc) relatif tetap .

Fenomena yang berkaitan erat dengan pengaliran dan difusi adalah: Gaya geser Pencampuran Perpindahan massa Perpindahan panas Kinetika makro (perpaduan kinetika mikro dengan difusi)

Metoda untuk meningkatkan skala (scale-up) bioreaktor, yaitu: Metoda dasar Metoda semi dasar Analisis dimensional Kaidah ibu jari (rules of thumb) Coba-coba (trial and error)

Cara lain untuk memperkecil perbedaan skala lab dan lapangan adalah dengan teknik pengecilan ukuran (Scale down) pada kondisi sama (OTR, waktu pencampuran, gaya geser, dan substratatau nutrien) dengan kondisi dalam skala penuh.