Praktikum immobilisasi
Click here to load reader
-
Upload
putra-rajawali -
Category
Documents
-
view
1.023 -
download
3
Transcript of Praktikum immobilisasi
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. (Wikipedia Indonesia)
Fermentasi dilakukan untuk menghasilkan suatu produk bermanfaat baru memiliki
bermacam – macam metode dan bermacam – macam bakteri serta jamur dalam penggunaannya.
Salah satu dari metode fermentasi ialah immobiliasi sel. Metode immobilisasi sel meliputi
berbagai cara, yaitu: cara fisik meliputi penjebakan atau pembungkusan dengan gel alginat, cara
kimia meliputi teknik pengikatan pada bahan pendukung melalui ikatan-ikatan ionik, kovalen,
dan ikatan silang (cross linking). Metode yang dipakai dalam praktikum kali ini ialah
immobilisasi sel secara fisik dengan menggunakan bakteri Acetobacter aceti. Adapun kelebihan
dari metode ini yaitu melindungi sel dari kondisi buruk lingkungan sekitar, proses separasi
menjadi lebih mudah dan cepat, meningkatkan produktifitas sel karena dapat digunakan berulang
kali, serta memudahkan pemisahan sel dengan produknya.
I.2 Tujuan Praktikum
Memahami dan menguasai prosedur penggunaan sel terimmobilisasi dalam proses
fermentasi
Memahami tipe reactor yang tepat untuk sel terimmobilisasi
Memahami karakteristik reaktor batch dan kontinyu yang menggunakan sel
terimmobilisasi
Mengevaluasi kinerja reaktor “Packed Column”
Memahami dan menguasai prosedur pembuatan sel terimmobilisasi
Memahami karakteristik matriks pendukung sel terimmobilisasi
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 1
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
BAB II
DASAR TEORI
II.1 Sel Immobilisasi
Teknologi immobilisasi memegang peranan penting dalam perkembangan proses biokimia
dalam suatu boreaktor. Sel yang mengalami immobilisasi (immoblized mivrobial cells) telah
banyak diterapkan dalam fermentasi misalnya produksi alkohol, asam amino, antibiotik atau
pada degradasi polutan limbah cair. Immobilisasi sel adalah suatu proses untuk menghentikan
pergerakan dari molekul sel atau enzim dengan menahannya pada suatu matriks.
Kelebihan immobilisasi sel dibandingkan dengan sel bebas (free cells) adalah
1. Melindungi sel dari kondisi buruk lingkungan sekitar (suhu, pH, pelarut organik, racun).
2. Proses separasi menjadi lebih mudah dan cepat.
3. Meningkatkan produktifitas sel karena dapat digunakan berulang kali
4. Memudahkan pemisahan antara sel dengan produk.
Mempertahankan stabilitas sel. Teknik immobilisasi sel dapat digambarkan sebagai
pembatasan gerak fisik atau lokalisasi dari sel pada suatu wilayah ruang dengan preservasi
aktivitas katalis yang diinginkan. Keunggulan Teknik immobilisasi sel yaitu dapat meningkatkan
produktivitas volumetrik, meningkatkan konsentrasi produk dalam aliran keluaran, mampu
menurunkan konsentrasi substrat dalam aliran keluaran, dan mencegah terjadinya wash out pada
aliran keluar produk. Terdapat empat macam teknik immobilisasi yaitu pengikatan pada
permukaan, penjebakan dalam dalam matriks berpori, penahanan di belakang penghalang dan
agregasi sel
Dalam penelitian ini digunakan metode immobilisasi penjebakan dalam matriks berpori
(entrapment in porous matrix) yang dilakukan dengan menggunakan K-Karaginan, sebagai
supporting matrice karena Indonesia kaya akan hasil laut yaitu alga merah sebagai bahan dasar
dari ê-Karaginan, sehingga bernilai ekonomis. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian tentang
“Produktivitas Etanol dari Molases dengan proses fermentasi kontiyu menggunakan Bakteri
Zymomonas Mobilis Dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Packed
Bed”.
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 2
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
Teknik immobilisasi sel meliputi penempelan (attachment), penggumpalan (aggregration),
panangkapan (entrapment) dan peyalutan/enkapsulasi (encapsulation).
Jenis matrik yang dugunakan ada yang bersifat sintetis seperti poliakrilamid dan poliuretan.
Matrik sintesis ini mudah dan cepat serta tahan lama tetapi bersifat karsinogenik sehingga jarang
digunakan untuk produksi metabolit pangan. Jenis matrik alami seperti alginat, karaginan dan
agar lebih aman dan murah.
Salah satu contoh dari penerapan immobilisasi sel adalah produksi etanol dari
Saccharomeyes cereviseae menggunakan matriks kalsium alginat. Alginat merupakan
heteroplisakarida dengan rantai linier dari asam D-manurat dan asam L-guluronat,Bila larutan
natrium alginat dicampur dengan CaCl2 maka segera terbentuk gel yang tidak larut dalam air.
Reaksi antara natrium alginat dengan CaCl2 dapat dimanfaatkan dalam imobilisasi sel-sel ragi
yag merupakan biokatalis dalam upaya memproduksi etanol dari molase secara fermentasi.
Fermentasi etanol dengan immobilisasi sel memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan
dengan cara konvensional.
Contoh lain adalah immobilisasi enzim kitin deasetilase. Enzim kitin deasetilase
ditambahkan ke dalam larutan natrium alginat 3% dengan perbandingan 1 : 2 lalu diaduk merata.
Untuk membuat beads, larutan (campuran enzim-alginat) diambil dengan menggunakan jarum
suntik (syringe) lalu diteteskan pelan-pelan ke dalam larutan CaCl2 0,2 M. Setelah selesai,
pwngadukan diteruskan dalam shaker bath selama 4 jam, beads yang terbentuk kemudian
disaring dan dicuci dengan larutan CaCl2 0,03 M sebanyak 3 kali lalu disimpan di lemari
pendingin, siap untuk digunakan. Immobilisasi enzim dengan Ca-alginat kitosan dilakukan
dengan cara melapisi enzim yang terjerat dengan Ca-alginat (komposisi terpilih) dengna
menggunakan larutan kitosan 0,5% pada pH 7.
Immobilisasi sel merupakan perkembangan bioteknologi yang dapat digunakan sebagai
salah satu langkah dalam mengatasi masalah pangan di dunia. Immobilisasi sel menunjukkan
efisiensi yang bagus dalam bidang fermentasi hingga harapannya nanti dapat memenuhi
kebutuhan pangan dunia dengan cepat.
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 3
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
II.2 Reaktor Kolom
Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung,
baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu
bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan alias
terjadi dengan sendirinya atau bisa juga butuh bantuan energi seperti panas (contoh energi yang
paling umum). Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan
bukan fasa misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.
II.3 Asam Asetat
Gugus asetil yang terdapat pada asam asetat merupakan gugus yang penting bagi
biokimia pada hampir seluruh makhluk hidup, seperti gugus asetil yang berikat pada koenzim A
menjadi senyawa yang disebut Asetil-KoA, merupakan enzim utama bagi metabolisme
karbohidrat dan lemak. Namun demikian, asam asetat bebas memiliki konsentrasi yang kecil
dalam sel, karena asam asetat bebas dapat menyebabkan gangguan pada mekanisme pengaturan
pH sel. Berbeda dengan asam karboksilat berantai panjang, asam asetat tidak ditemukan pada
trigliserida dalam tubuh makhluk hidup. Sekalipun demikian, trigliserida buatan yang memiliki
gugus asetat, triasetin (trigliserin asetat), adalah zat aditif yang umum pada makanan, dan juga
digunakan dalam kosmetika dan obat-obatan. Asam asetat diproduksi dan diekskresikan oleh
bakteri-bakteri tertentu, misalnya dari genus Acetobacter dan spesies Clostridium
acetobutylicum. Bakteri-bakteri ini terdapat pada makanan, air, dan juga tanah, sehingga asam
asetat secara alami diproduksi pada buah-buahan/makanan yang telah basi.
Asam asetat merupakan produk katabolisme aerob dalam jalur glikolisis atau perombakan
glukosa. Asam piruvat sebagai produk oksidasi glukosa dioksidasi oleh NAD + terion lalu segera
diikat oleh Koenzim-A. Pada prokariota proses ini terjadi di sitoplasma sementara pada eukariota
berlangsung pada mitokondria.
(Wikipedia Indonesia)
II.4 Acetobacter aceti
Acetobacter adalah sebuah genus bakteri penghasil asam asetat, ditandai dengan
kemampuannya mengubah etanol (alkohol) menjadi asam asetat (asam cuka) dengan bantuan
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 4
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
udara. Ada beberapa bakteri dari golongan lain yang mampu menghasilkan asam asetat dalam
kondisi tertentu, namun semua anggota genus Acetobacter dikenal memiliki kemampuan ini.
Bakteri-bakteri Acetobacter dikenal penting secara komersial, antara lain karena
dapat digunakan dalam produksi cuka (dengan sengaja mengubah etanol pada anggur
menjadi asam asetat
namun dapat juga merusak anggur, dengan menghasilkan asam asetat atau etil asetat,
yang merusak rasa anggur tersebut.
Pertumbuhan Acetobacter pada anggur dapat dicegah dengan sanitasi yang efektif,
pemisahan udara dari anggur secara sempurna, maupun penggunaan secukupnya sulfur dioksida
sebagai pengawet pada anggur.
Di laboratorium, Acetobacter dikenali dengan mudah dengan pertumbuhan koloninya di
medium yang mengandung 7% etanol, dan ditambahi kalsium karbonat secukupnya untuk
memburamkan medium sebagian. Ketika koloni tersebut membentuk asam asetat yang cukup,
kalsium karbonat kemudian melarut sehingga terbentuk daerah bening yang jelas pada medium.
Referensi : Madigan M; Martinko J (editors). (2005). Brock Biology of Microorganisms (edisi ke-11th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-144329-1. Dalam Wikipedia Indonesia
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 5
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
BAB III
METODOLOGI
III.1 Alat dan Bahan
A. Imobilisasi Sel
1. Bahan
a. Satu tabung biaka murni Acetobactrer aceti berumur 2-4 hari.
b. Air garam steril 500 mL
c. Media aktivasi / starter dengan komposisi:
Bacto pepto 2%
Ekstrak ragi 0,5%
Glukosa 2%
Aquadest
d. Natrium alginate 8% 150 mL
e. Larutan CaCl2 2% dalam 4 labu Erlenmeyer 250 mL
2. Alat
a. Erlenmeyer 250 mL
b. Spuit (perangkat suntik) steril
c. Pembakar spirtus
B. Evaluasi Kinerja Sel Imobilisasi Dalam Reaktor Kolom
1. Bahan
a. Imobilisasi sel Acetobacter aceti.
b. 500 mL media produksi asam asetat steril untuk uji mikroba Acetobacter aceti dengan
komposisi :
Ethanol 7-10%
Glukosa 2 %
NH4NO3 2 %
KH2PO4 0,1 %
MgSO4.7H2O 0,02 %
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 6
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
2. Alat
a. Satu perangkat reaktor packed
column
b. Pompa peristatik
c. Pembakar spirtus
d. pH meter dan ethanol sensor
III.2 Rancangan Kerja
A. Imobilisasi Sel
1. Penanaman bakteri pada media aktifasi
Pipet 5 mL air garam steril
Masukkan dan kocok dalam biakan murni
Acetobacter aceti
Tuang air garam berisi bakateri dalam
50 mL media aktifasi
Inkubasi selama 4-6 jam pada suhu 30oC
2. Pembuatan Natrium Alginat
Timbang natrium alginate sebanyak 12 gram
Campurkan denganaquadest sebanyak 150 mL
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 7
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
Aduk hingga mengental
Pasteurisasi pada suhu 80oC selama 10 menit
3. Pembuatan Beads
Campurkan media aktivasi dan larutan natrium alginate
Suntikkan campuran kedalam larutan
CaCl2 untuk membentuk beads
Biarkan selama 1 jam lalu bilas
dengan aquadest
Stabilkan pada larutan CaCl2 2% pada suhu 4oC
selama 12 jam
B. Evaluasi Kinerja Sel Imobilisasi Dalam Reaktor Kolom
Sterilkan semua peralatan dengan alcohol 96%
Rangkai reaktor
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 8
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
Masukkan sel terimobilisasi dalam kolom reaktor
Tuang media produksi asam asetat kedalam reactor hingga
tanda batas pada kolom
Atur laju alir media produksi sesuai dengan kehendak kita
Ukur pH per 25 mL produk yang dihasilkan
Catat pH dan indeks biasnya
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 9
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
BAB IV
DATA DAN PENGAMATAN
Berdasarkan percobaan kami mendapatkan data pengamatan sebagai berikut :
No.Periode
SamplingpH Indeks Bias Laju Alir
1 t0 5.6 1.627
2 mL / menit
2 t1 6.4 1.620
3 t2 6.4 1.552
4 t3 6.1 1.544
5 t4 6.0 1.687
6 t5 5.9 1.688
7 t6 6.1 1.689
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 10
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
Grafik hubungan t dengan pH
Grafik t vs Indeks Bias
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 11
0 1 2 3 4 5 6 7 85.5
5.7
5.9
6.1
6.3
6.5
f(x) = 0.00357142857142856 x + 6.06071428571429R² = 0.000753012048192558
t ( waktu )
pH
0 1 2 3 4 5 6 71.45
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
f(x) = 0.0163214285714286 x + 1.58060714285714R² = 0.314964227975772
t (waktu)
Inde
ks B
ias
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
BAB V
PEMBAHASAN
Immobilisasi sel adalah suatu proses untuk menghentikan pergerakan dari molekul
enzim atau sel yang ditahan pada tempat tertentu dalam suatu ruang reaksi yang
digunakan sebagai katalis. Bakteri yang digunakan adalah Acetobacter aceti yang
memiliki kemampuan untuk mengkonversi alkohol menjadi asam asetat.
Immobilisasi yang kami lakukan ialah immobilisasi fisik, yaitu dengan membungkus
bakteri dengan alginate.
Proses pembuatan bed calsium alginat terkait
dengan proses immobilisasi sel telah disajikan pada
Gambar 1. Dimana awalnya larutan diberi biakan
sel selanjutnya larutan tersebut diteteskan kedalam
larutan CaCl2 2% dan mengalami gellation selama
15 menit, setelah bed terbentuk dan terisi sel yang
telah terjebak di dalam gel tersebut kemudian dicuci
dengan menggunakan air selama 30 menit. Setelah
pencucian dilanjutkan dengan merendam didalam
larutan Al2(SO4)3 selama 30 menit guna
menghilangkan sisa kelebihan Ca (James et al.,
1986).
Kelebihan dari immobilisasi secara fisik ini yaitu terlindunginya sel dari kondisi
lingkungan yang tidak menguntungkan (suhu,
pH, pelarut organik, racun), proses separasi
menjadi lebih mudah dan cepat, tingkat
stabilitas operasional lebih tinggi, serta
memungkinkan dilaksanakannya proses secara
kontinyu dengan tingkat densitas sel dan
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 12
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
kecepatan dilusi yang tinggi, yang pada akhimya dapat meningkatkan produktifitas
bioreactor dan koutinuitas produksi.
Namun, salah satu kendala produksi etanol proses fermentasi konvensional adalah
dikarenakan energi yang dibutuhkan dalam proses pemisahan (destilasi) sangat besar
terutama jika feed mempunyai konsentrasi yang rendah. Pada produk dengan konsentrasi
tinggi umumnya proses pemisahan dilakukan degan destilasi azeotrop merupakan
masalah utama karena dalam proses ini dibutuhkan tambahan proses azeotropic atau
extractive distilasi untuk menghasilkan produk etanol yang tinggi. Guna mengatasi
masalah tersebut digunakan suatu alternatif proses yaitu fermentasi yang dilanjutkan
dengan ekstraksi.
Minier dan Goma (1981), meneliti etanol dengan proses ekstraksi-fermentasi dimaan dalam proses ekstraksi liquid-liquid inhibitor produk fermentasi diambil dengan menggunakan solvent berupa dodecanol. Fermentasi etanol dicapai pada suhu 35oC menggunakan Saccharomyce cereviceae. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa total produksi etanol sebesar 0,85 g/l.h, dibanding menggunakan konvensional fermentasi hasil yang terbentuk hanya sebesar 0,27 g/l.h.(Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 27)
Proses Ekstraksi Proses ekstraksi ini merupakan kelanjutan dari proses fermentasi dengan immobilisasi sel yang terjadi dalam fermentor packed bed, broth hasil fermentasi dialirkan ke dalam kolom ekstraksi kemudian dikontakkan dengan solvent Amyl Alkohol. Hasil Ekstrak dianalisa dengan refraktometer untuk mengetahui indeks bias dan setelah didapatkan kondisi steady, dianalisa dengan GC (Gas Chromatography) untuk mengetahui kadar etanolnya. (Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 27)
Akan tetapi dalam praktikum yang kami lakukan hanya mengambil data berupa
indeks bias dan pH dari hasil evaluasi kerja immobilisasi dari hasil proses penyaringan
dengan beads pada kolom immobilasi. Namun, seharusnya dilakukan tahap selanjutnya
untuk mengetahui kadar etanol juga kadar asam asetat yang dihasilkan, sehingga dengan
cara ini kita dapat menentukan tingakat produktivitas dari immobilisasinya seperti pada
kutipan di atas.
Data yang diharapkan dari praktikum kali ini yaitu pH semakin menurun, hal ini
dikarenakan fermentasi berjalan sesuai harapan dan terbentuk asam asetat. Begitu pun
dengan indeks biasnya.
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 13
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
Berdasarkan data hasil pengamatan t0 memiliki pH 5.6 dan indeks bias sebesar 1.627.
akan tetapi pada titik t1 dan t2 memiliki pH yang sama, akan tetapi harga indeks bias
turun. Padahal, harga pH yang diharapkan yaitu semakin menurun (lebih kecil), kami
memperkirakan beberapa kemungkinan penyebabnya. Menurut kami hal ini
dikarenakan,adanya pengaruh CaCl2 sehingga pH terpengaruh dan masih konstan.
Kemudian pH beranjak turun, hal ini dikarenakan telah terkonversinya etanol menjadi
asam asetat. Sehingga, suasana menjadi bertambah asam. Jadi, dapat kami simpulkan
bakteri sudah mengkonversi sebagian etanol menjadi asam asetat. Meskipun terdapat data
yang menurut kelompok kami kurang tepat yaitu grafik tidak turun secara linear, data
yang kami peroleh untuk praktikum kali ini yaitu untuk t (waktu pengambilan sampel)
terhadap pH maupun terhadap indeks bias tidak turun secara linear.
Dan menurut kami terdapat beberapa faktor yang memungkinkan menjadi penyebab
ketidak akuratan dalam percobaan, yaitu sebagai berikut :
Pada saat memasukkan beads (matriks) ke dalam kolom immobilisasi (packed column)
tersumbat, sehingga harus dilakukan pendorongan dengan menggunakan pipet secara
aseptis. Namun, tidak menutup kemungkinan saat melakukan pendorongan terjadi
kontaminasi pada kolom immobilisasi (packed column) dan beads. Selain itu,
memungkinkan terdapat beberapa beads (matriks) telah rusak dikarenakan pendorongan
dengan menggunakan pipet.
Terjadi kerusakan (patah) pada keran kolom immobilisasi, sehingga laju alir tidak
berjalan secara konstan.
Terjadi kontaminan saat memasukkan air garam steril pada labu infus. Menurut kami hal
ini terjadi karena beberapa kali lagu infuse bocor dan meneteskan air garam steril keluar
dan butuh di sumbat ulang.
Ketidaktelitian dalam menentukan indeks bias.
Kurang protektif pada cairan yang keluar dari packed column, sehingga memungkinkan
terjadi kontaminan yang merubah harga pH cairan.
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 14
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
BAB VI
KESIMPULAN
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 15
Bioproses | Immobilisasi Sel | Tgl Prktikum: Rabu, 20 dan 27 April 2011
1A TK 2011
Daftar Pustaka
http://blog.ub.ac.id/nittaaa/2011/04/09/immobilisasi-sel-peningkatan-produksi-fermentasi-untuk-
menanggulangi-masalah-pangan-dunia/ diakses pada tanggal 9 Mei 2011.
Bio Proses | Immobilisasi Sel Page 16