Transcript 1. Alfonsina AAT, Afida K, Febrika L, S. Romlah

Presentasi Oleh:
1. Afida Khofsoh
:115061100111031
2. Alfonsina A.A.T
: 115061100111027
3. Febrika Larasati
: 115061101111001
4. S. Romlah Nurul B. : 115061101111002
TEKNOLOGI BIOPROSES
Dosen pengampu: Wa Ode Cakra N., ST., MT
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Apa itu bioreactor?
Bioreactor: merupakan alat yang biasanya berupa
vessel, digunakan sebagai tempat aktifitas biokatalis
untuk mencapai bentuk kimia yang diingikan.
Fermenter: jenis dari
bioreaktor dengan
biokatalis dalam bentu
living cell.
Pre-filtration
Input
Nutrients tank
Waste
Recycle
Product
Bioreactor
Product
separation & purification
Challenges in Bioreactor Design
1. Aerobic bioreactor: Need adequate mixing and aeration
2. Anaerobic bioreactor: no need for sparging or agitation
Bioreactor Configurations
1. Stirred Tank
2. Bubble column
3. Air lift reactor
4. Packed bed reactor
5. Trinkle bed reactor
6. Fluidized bed reactor
Sekilas tentang Bioreaktor
(a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon
Sumber: rahmat kurniawan , 2011 , pengadukan dan
pencampuran,
http://tekimku.blogspot.com/
Bioreactor Operation Modes
-1. Batch Operation
A batch bioreactor
is normally
equipped with an
agitator to mix the
reactant, and the
pH of the reactant
is maintained by
employing either
buffer solution or a
pH controller
Change of Cs
with time, t
•A foam breaker may be installed to disperse foam
dCs
rmaxCS
r

dt
K m  CS
Batch operation
with stirring
Cs 0
K m ln
 Cs 0  Cs   rmaxt
Cs
Bioreactor Operation Modes
-2. Plug-flow mode
In a plug-flow reactor,
the substrate enters
one end of a
cylindrical tube with is
packed with
immobilized enzyme
and the product
steam leaves at the
other end.
An ideal plug-flow reactor can
approximate the long tube,
packed-bed and hollow fiber or
multistaged reactor
F, Cs0
t=0
F, Cs
V
V

F
Residence
time
Continuous operation
without stirring
Cs 0
K m ln
 Cs 0  Cs   rmaxt
Cs
Eq:5 =
Apa ituCSTR?
Caout = Ca
Produkitivas
downtime
Neraca Komponen Subtrat
CSTR kondisi steady state
[S] konstan  dCs/dt = 0
Pers. Michaelis - Menten
D (dilution rate) = 1/ τ
Hubungan Linear
Menentukan KM
Menghitung r
Running series steady state
CSTR at different flow rate
INHIBISI REAKSI ENZIM
• Modulator atau effector
adalah suatu zat yang
dapat bergabung
dengan enzim untuk
mengubah aktivitas
katalitik.
• Inhibitor adalah
modulator yang
menurunkan aktivitas
enzim.
Jenis
Inhibitor
Inhibitor
irreversibel
Inhibitor
reversible
Inhibitor Irreversible
• Berikatan sangat kuat
dengan sisi aktif enzim
secara kovalen
• Mengakibatkan enzim
tidak berfungsi karena
ikatan inhibitor dengan
protein enzim bersifat
stabil dan tidak dapat
lepas
Inhibitor Reversible
Inhibitor kompetitif
Inhibitor non kompetitif
Inhibitor unkompetitif
Inhibitor Kompetitif
• memiliki struktur yang mirip
dengan substrat.
• Pembentukan kompleks enziminhibitor menurunkan laju
reaksi.
• Pengaruh inhibitor dapat
diminimalisir dengan
meningkatkan konsentrasi
substrat.
• Neraca enzim
CE0 = CE + CES + CEI
• Reaksi kesetimbangan
• Laju pembentukan produk
Kurva pengaruh inhibitor reversible pada
inhibitor kompetitif dan inhibitor non kompetitif
Inhibitor Non Kompetitif
• melekatkan diri pada bagian
bukan sisi aktif enzim.
• Inhibitor non kompetitif tidak
dapat dipengaruhi oleh
konsentrasi substrat
• Menurunkan kecepatan maksimal
tetapi tidak mempengaruhi Km
• Mekanisme inhibisi non kompetitif
Inhibitor Unkompetitif
• Berikatan hanya dengan
kompleks ES dan tidak dapat
berikatan dengan enzim
bebas.
• Kompleks ESI yang terbentuk
menjadi tidak aktif.
• Inhibitor tidak menghalangi
pembentukan kompleks ES,
tetapi menghalangi reaksi
pembentukan produk
• Persamaan Laju
• Mengakibatkan penurunan Vm dan Km
Pengaruh pH
Perubahan pH lingkungan
akan berpengaruh pada
efektivitas bagian aktif
enzim (active site)
1
• Muatan mempengaruhi
struktur enzim
• Selanjutnya akan
mempengaruhi reaksi
Lepasnya gugus -OH asam karboksilat dan -H amin
menyebabkan struktur asam amino atau protein tidak lagi
lengkap sebagai asam amino. Oleh karena itu, disebut
"residu asam amino".
Glutamic Acid pada pH rendah
Lingkungan dalam suasana basa-> kelebihan OH- dalam
lingkungan enzim -> enzim melepaskain ion H+ ->
enzim dalam keadaan anion (deprotonasi)
Enzim aktif sebagai
katalis
Jika pH lingkungan meningkat, asam glutamat akan terionisasi. Menjadi bermuatan.
Asam Glutamat akan
aktif ketika pH>4,5
Lysine pada pH tinggi
Lysine akan aktif ketika
pH<10
Jika pH lingkungan menurun , lysine akan terionisasi. Menjadi bermuatan.
Enzim adalah katalis
aktif ketika sisi aktif
masing-masing residu
asam amino memiliki
muatan tetentu.
Oleh karena itu fraksi
enzim katalis aktif
tergantung pada pH.
• Pada umumnya enzim
aktif pada pH 4,5 - 10
Pengaruh Temperatur
• Pers. “Arhenius”
• Jika suhu tinggi, laju
reaksi meningkat.
Ea
ln k  ln k 0 R
k = konstanta laju reaksi
k0= faktor frekuensi reaksi
1
 T 
Persamaan garis lurus (linier), dengan
1/T sebagai sumbu X dan ln k sebagai
sumbu Y. Dengan demikian, slope dari
kurva tersebut adalah – Ea / R.
Atom pada molekul enzim
mempunya energi lebih besar,
memiliki kecenderungan lebih tinggi
untuk bertumbukan
Untuk reaksi biological,
suhu tinggi dapat
merusak protein.
Kecuali enzim termophilic.
T Optimal Enzim 45-50°C
Effect of Shear
Enzim rentan terhadap kekuatan mekanik ->
merusak molekul enzim.
Gaya gesek yang dapat merusak enzim biasanya disebabkan
oleh fluida, baik oleh fluida yang mengalir, atau pengadukan
dengan agitator.
Pengaruh gesekan penting untuk pertimbangan desain
reaktor enzim, karena isi
reaktor perlu pengadukan untuk meminimalkan resistensi
transfer massa.
Charm dan Wong (1970) menunjukkan bahwa enzim
katalase, rennet, dan carboxypeptidase sebagian tidak
aktif ketika dikenai gesekan dalam silinder viscometer.
Thomas dan Dimnill (1979) mempelajari efek mekanik
pada katalase dan urease dengan menggunakan silinder
koaksial viskometer yang disegel untuk mencegah contact
dg udara, menemukan bahwa tidak ada perubahan yang
signifikan aktivitas enzim karena gaya geser pada laju
geser sampai 106/sec.