bioteknologi lingkungan minggu 3-4

5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 1/30

16/03/

RE 092310

BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN

Prof. Joni Hermana

Lecture Notes

2011

fakultas teknik sipil dan perencanaan – ITS surabayahttp://www.ftsp.its.ac.id

Minggu ke: 3-4


Intervensi Mikroorganisma

Sumber: Evans, Gareth M and Judith C. Furlong (2003)

Environmental Biotechnology: Theory and Application. LohnWilley & Sons, England



16/03/

Intervensi Mikroorganisma

Terjadi dalam :

• Proses Manufaktur

• Pengendalian Polusi

• Pembuangan Limbah

Sistem Biologikal

Pengendalian dilakukan dengan:

• Mengontrol Temperatur Q 10 = (2-3) Q o• Keberadaan Nutrien

• Keberadaan Oksigen

Ini semua bergantung pada:

• Karakteristik bahan yang akan diolah ataudihilangkan (terutama yg larut dalam air)

• Kondisi lingkungan yang ada (suhu 20 – 300Cmaks 500C , pH 6.5 – 7.5 maks 9,0)

• Jenis tanah (berpasir / lempung / tanah liat)



16/03/

Extremophiles

Beberapa organisma mampu berada dalamkondisi yang ekstrim, misalnya: salinitas, suhumaupun temperatur yang tinggi. Contohnya: GrupArchea mampu hidup dalam suhu dan salinitas yang tinggi

Ada juga yang toleran terhadap ionisasi radiasi,tekanan atau pH tinggi. Contohnya “Black smokers”

Fungsi mempelajari alur metabolisme organismeini akan membantu dalam memberi routealternatif terhadap berbahagai bahan kimia yangkonvensional dan kadang lebih baik dari prosestradisional

“Green Chemistry”

Upaya mendesain sistem produksi yang ramah

lingkungan, efisien energi dan penggunaan

karbon yang rendah.

Hal ini memerlukan pemahaman tentang

inovasi dan rekayasa biologis.Rekayasa ini banyak dimanfaatkan dalam

proses Produksi Bersih (clean production).



16/03/

“Extremoenzyme”

Adalah enzim yang membuat organisma dapat

berfungsi dalam kondisi lingkungan yang

diperlukan.

Perdagangan enzim jenis ini mencapai 3 milyar

USD/tahun ! (utk kebutuhan medis dan industri)

Enzim ini dapat meningkatkan efisiensi produksi

dan pengurangan biaya.

Enzim ini dapat digunakansebagai dasar untuk

proses pembentukan enzim yang baru.

“Extremoenzyme”

Kelemahan dalam proses memanfaatkan enzimini dibandingkan sistem yang konvensional

Proses katalitik konvensional dapatmemanipulasi pengadukan, pH, suhu, tekananmaupun konfigurasi reaktor utk memperolehhasil yang diinginkan, sementara hal ini tidakdapat dilakukan pada sel mikroba karenaterlalu sensitif sehingga dpt merusak aktivitasenzim.



16/03/

“Thermophiles”

Untuk mikroba yang masih dapat bekerja > 450C

(jika > 850C disebut hyperthermophiles,

kebanyakan diperoleh dr aktivitas merapi), mis:• Thermus aquaticus, yang menyebabkan berkembangnya PCR

(polymerase chain reaction)

• Sulfolobus acidocaldarius, hyperthermophiles, di bawah laut

• Pyrolobus fumarii, dapat hidup > 100 0C -> oceanic smokers

(tidak ada organisma multiselular yg dapat hidup > 50 0C, atau

tidak ada eukaryote yng dapat hidup > 50 0C)

“Thermophiles”

No Mikroorganisme Lingkungan Keterangan

1. ThermophilesThermus Aquaticus

Temperatur > 45°CMampu hidup padatemperatur 70 C

2.Hyper ThermophilesSulfolobusacidocaldarius

Temperatur >85°CMampu hidup pada suhu85 °C dan lingkungan asam

Pyrolobus fumarii Temperatur 100°C

Mampu pada suhu

berkisar pada 105°C -113°C

3. Psychrophiles Temperatur 1-3°C Hidup pada suhu 4oC

4. Halophiles Kadar garam tinggiDpt hidup pada salinitastinggi

5. Acidofilik Kondisi pH < 5Dpt hidup pada kondisiasam

6. Alkaliphiles Kondisi pH > 9Dpt hidup pada kondisilingk basa



16/03/

Senyawa Xenobiotics

No Senyawa Permasalahan Peranan Mikroorganisme

1 EsterogenSintetis (EE2)

Dapat menimbulkanreproduksi(feminisasi) padabebrapa jenis ikan.

Mikroorganisme masih belummampu mendegradasi senyawatersebut tetapi masalahmengaktifkan kembali hormoneestrogen tsb dengan enzim P-glucuronidase

2DDT(Dichlorodiphenyl trichloroethane )

Persisten Lingkungan Mikroorganisme belum mampumendegradasi DDT

3PAHs(Polyaromatic

Hydrocarbons)

Bersifat karsinogenikdan teratogenik

Beberapa genus bakteri dapatmendegradasi PAH misalnyaVybrio Cyclotro[hycus dapat

mendegradasi naphthalene danphenanthrene.

4PCBs(Polychlorinatedbyphenyl )

Bersifat karsinogenikdan mutagenic

Pseudomonas putida mampumemdegradasinya.

Endocrine Disrupters

• Pergerakan DNA di dalam sel, sedangkan DNA

diluar inti sel diwakili oleh RNA karena DNA

hanya terdapat di inti sel.

• Begitu juga pergerakan DNA antar sel hanya

dapat diwakili oleh RNA. Dalam hal ini makaDNA akan membentuk RNA yang mewakilinya

dalam aktivitas pergerakan tersebut.



16/03/


• Dalam DNA telah tersimpan informasi apakah

mikroba tersebut dapat menguraikan suatu

zat, dan informasi genetik ini dapat berasal

dari selnya sendiri atau transfer dari mikroba

lain. Bila informasi ginetik ini berasal dari

selnya sendiri masih dapat dibedakan apakah

orisinal atau hasil modifikasi (mutasi) karena

mikroba terpapar di lingkungan yang

terkontaminasi satu zat.




16/03/



Polusi dan Pengendaliannya

Sumber: Evans, Gareth M and Judith C. Furlong (2003)

Environmental Biotechnology: Theory and Application. LohnWilley & Sons, England



16/03/

Klasifikasi Pencemar

• Sangat bergantung pada tujuan yang

dikehendaki. Jika dilihat dari dampaknya:

– Toksisitas

– Persistensi

– Mobilitas

– Kemudahan dalam pengendalian

–

Bioakumulasi – Sifat kimiawi

Klasifikasi Fisika dan Kimiawi



16/03/

Klasifikasi Media Lingkungan

• Menentukan besaran dampak yang akan terjadi.

Apabila media lingkungan stabil maka kerusakan

yang akan terjadi lebih kecil dibandingkan dengan

lingkungan yang tidak stabil. Perilaku polutan:

– Dilusi dan Dispersi Polutan:

• Udara

• Air

•

Tanah – Konsentrasi dan Kontenmen Polusi

Toksisitas Polutan

Ada 2 mekanisme:

• Langsung

– Dampak polutan muncul saat bergabungnya

kontaminan dengan sel atau enzim sehingga tidak

dapat berfungsi semestinya• Tidak langsung

– Dampaknya akan timbul sebagai hasil dari reaksi

keberadaan kontaminan tersebut, misalnya reaksi

histamin dalam merespon alergik.



16/03/

Toksisitas Polutan

Toksisitas Polutan

• Terutama berlangsung dalam kondisi releaseberlebihan yang diakibatkan aktivitas manusiasehingga mengganggu siklus yang alamiah

• Dampak toksisitas juga ditentukan oleh jenislogam (type A dan type B)

• Akibat aplikasi dalam pemanfaat bioteknologiuntuk berbagai aplikasi, misalnya untukpengolahan limbah

• Juga dipengaruhi bentuknya saat uptake



16/03/

Toksisitas Kation dalam Berbagai Aplikasi Biologis

Aplikasi Pengendali Polutan

• Contoh dalam bidang pengendalian polusi

udara dan bau:

– Bgmn mengendalikan polusi udara padahal

bakteri berada dalam air?

–

Dimulai sejak 1920 untuk H2S, kemudianberkembang pada xenobiotic compounds 1960an

– Variabelnya suhu 15-30 ⁰C, kelembaban, pH 6 – 9,

oksigen dan nutrien cukup

– Debit 1000 – 100.000 m3/jam



16/03/

Biofilter

Medium:

•Serpihan kayu

•Humus

•Gergajian kayu

•dsb

Variabel:

•Ratio A/V

•Porositas

•Nutrien

•Kelembaban

Menghilangkan bau > 95%

Biotrickling Filters

Medium:

•Klinker

•Slag

Variabel:

•Ratio A/V

•Porositas

•Kompaksi

media

•Kelembaban

Kontrol Proses:

•Kualitas air

yang

diresirkulasi



16/03/

Bioscrubbers

•Tidak murni

proses biologis

karena ada

pengenceran

•Cocok untuk

senyawa

hydrophylic, mis

acetone,

methanol

Opsi Proses yang Lain

• Absorpsi

• Adsorpsi

• Insinerasi

• Ozonasi



16/03/

Aplikasi Teknologi Bersih

• Perubahan Proses

• Pengendalian Biologis

• Bio-substitusi

Perubahan Proses

• Penggantian proses kimiawi dalam produksi

yang melibatkan peran enzim atau mikroba,

termasuk organisma hasil rekayasa genetik

• Studi Kasus:

– Industri Tekstil

– Industri Kulit

– Desulfurisasi Batubara dan Minyak



16/03/

Pengendalian Biologis

• Pendekatan pada seluruh organisma

– Ada 3 metoda dalam pengendalian organisma

(pest)

– Bagaimana aplikasinya dalam bidang

bioteknologi?

• Penggunaan agen semikimiawi

Bio-substitusi

• Barier untuk uptake

• Substitusi Sederhana



16/03/

KONVERSI ALIRAN CARBON

ALIRAN MASSA DAN ENERGI PADA PROSESRESPIRASI GLUKOSA



16/03/

ALIRAN MASSA DAN ENERGI PADA PROSES

FERMENTASI GLUKOSA

PROSES DEGRADASI ANAEROBIK SELULOSA



16/03/

PROSES DEGRADASI ANAEROBIK STARCH

PROSES DEGRADASI ANAEROBIK PROTEIN



16/03/

PROSES DEGRADASI ANAEROBIK LEMAK

KANDUNGAN BIOGAS DAN ENERGI PADAPROSES ANAEROBIK



16/03/

KEBUTUHAN ELEKTRON DAN YIELDS

KEBUTUHAN ELEKTRON DAN YIELDS



16/03/

PERBANDINGAN ELEKTRON AKSEPTOR

DAN ELEKTRON DONOR



16/03/

MENGESTIMASI RUMUS BIOMASSA



16/03/

CONTOH:

KESETIMBANGAN REAKSI GLYCOLYSIS



16/03/

RUMUS YIELDS:



16/03/



16/03/

TERIMA KASIH

bioteknologi lingkungan minggu 3-4

Documents