Downstream Process

KELOMPOK 7Albert Novian Silaen (14-002) Warren Kristoper Sinaga (14-003) Oktavianna Winda (14-004)Boy Andika Sinaga (14008) Surya Dana Sembirng (14-009) Jesica Mentari Hasibuan (14-015) Yessi Fradika Pakpahan (14-021) Herianto Silalahi (14-025) Karla Betmi (14-032) Andri Sianturi (14-033) Febri Tuahman Saragi (14-036)Downstream ProcessProses Hilir

2Downstream ProcessDefinisi proses hilir (recovery)Prinsip teknologi proses hilirTeknologi pemisahan media, biomassa dan produk.Teknologi isolasi dan purifikasi produkStabilisasi produk.Teknologi formulasi

3Alir Proses Fermentasi4Definisi Proses HilirDownstream Process adalah suatu proses yang berhubungan dengan pemisahan dan pemurnian suatu produk dari suatu proses fermentasiDisain dan operasi proses harus efisien dengan menghasilkan rendemen tinggi. Recovery merupakan aspek bioteknologi yang cukup penting, sebagian besar dari biaya produksi bioteknologi merupakan biaya untuk proses hilir ( 40%).5Prinsip Proses HilirEfisiensi proses fermentasi dapat ditingkatkan dengan pemilihan strain unggul, medium yang tepat dan disain bioreaktor yang baik.Nilai tambah dari proses recovery menjadi tinggi, bila dapat meningkatkan efisiensi penanganan dan teknik yang mudah dan murah.Pada dasarnya keberhasilan proses hilir untuk mengisolasi produk dengan konsentrasi rendah dari sejumlah besar volume cairan akan meliputi:penangananan massa cair agar pemisahan fase cair dan padat tercapaipemekatan dan pemurnian produk dari fase cair6Prinsip Proses HilirSeluruh proses harus bertujuan untuk memperoleh produk yang diinginkan secara maksimal dan produk samping minimalPeralatan yang digunakan harus mudah dan tahan lamaBanyaknya tahapan proses harus dibuat seminimum mungkinProses yang digunakan harus mampu menurunkan volume antara massa cair fermentasi dan cairan tahapan akhir dari proses daur ulangProses harus bertujuan agar effluen mudah ditangani, baik untuk didaur ulang maupun diolah secara konvensionalProses harus segera dilakukan segera setelah massa cair fermentasi dikeluarkan dari bioreaktorProses harus hemat energi dan biaya7Produk fermentasi berupa:Biomassa, maka penanganannya dengan segera memisahkannya dari larutan medium, mengeringkannya dan memformulasikannya.Metabolit ekstra seluler, maka penanganannya dengan segera memisahkan biomassa dari campuran mediumMetabolit intraseluler, maka penanganannya dengan melakukan pelisisan dinding sel untuk memperoleh metabolit yang terdapat di dalam sel, serta segera mengimobilisasikannya.Antibiotika, maka penanganannya dengan segera memisahkannya dari medium dan biomassa, karena bila tidak maka dapat terjadi kerusakan pada sifat senyawa antibiotik.8Tahapan Proses HilirPenanganan Massa CairPemisahan Fasa Cair & PadatEkstraksi, Isolasi & Purifikasi Produk91. Penanganan Massa CairBertujuan:memperbaiki sifat penanganan massa cair lebih lanjutmempermudah tahap pemisahan padat-cairmengontrol seluruh perilaku ekstraksi massa cairmengurangi pencemaranTeknik:1. Flokulasi2. Koagulasi10FlokulasiPenuaan sel menginduksi flokulasiPenambahan flokulan kimiawi (CaCl2 atau polielektrolit)Perlakuan panasPerlakuan pHKoagulasiPenambahan koagulan kimiawi112. Pemisahan Fasa Cair & PadatFiltrasiFlotasiPengendapanSentrifugasiSerat BerlubangPemisahan elektrokinetis12FiltrasiTeknik penyaringan dengan menggunakan filter sederhana, filter bertekanan dan ultra filtrasiPrinsipnya adalah partikel padat tetap tertinggal, sedangkan filtrat dapat melewati saringanBila padatan banyak menumpuk pada piringan filter, maka tekanan pompa harus ditingkatkan untuk mengimbangi menurunnya laju filtrasiKelemahan : kompresibilitas padatan biologis yang menjadi penghalang filter13

Ultra-filtration Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Reverse OsmosisFiltrasi14Teknologi Filtrasi MikrofiltrasiProses aliran melewati membran dengan suatu tekanan rendah. Biasanya utk memisahkan partikel koloidal atau tersuspensi (0.05-10 m) Mikrofiltrasi digunakan pada fermentasi, penjernihan broth, penjernihan biomassa & recovery. UltrafiltrasiProses fraksionasi selektif menggunakan tekanan > 145 psi (10 bar). Banyak digunakan pada fraksionasi susu & whey and pemisahan protein Dapat mengkonsentrasikan SS & solutes dgn BM > 1,000 NanofiltrasiNano-filtration dipilih saat RO & Ultrafiltrasi bukan pilihan tepat.Separasi demineralisasi, penghilangan warna & desalinasi.Pada pemisahan alkohol dari organic solutes, padatan tersuspensi, bhn organik BM rendah Reverse OsmosisTeknik dgn efisiensi tinggi untuk proses pemisahan air, mengkonsentrasikan bahan dgn BM rendah dalam larutan atau mengolah air limbahDapat mengkonsentrasikan semua bahan terlarut maupun SS. RO banyak digunakan utk desalinasi air laut15 Mikrofiltrasi Utrafiltrasi Nanofiltrasi Reverse Osmosis

Teknologi Filtrasi16FlotasiPengapungan adalah salah satu cara tradisional yang digunakan dalam industri minuman beralkohol & pengolahan air limbahFlotasi dibantu oleh daya apung sel dan menghasilkan buih yang kaya akan padatan (termasuk debris sel dan sel), sehingga produk alkohol menjadi beningPenambahan surfaktan17Pengendapan Merupakan cara tradisional dalam industri fermentasi alkohol dan pengolahan air limbah Dalam proses pengendapan, partikel dan sel mengendap ke bagian bawah fermentor akibat gaya gravitasi18SentrifugasiMerupakan pemisahan dengan menerapkan prinsip gaya sentrifugal Menggunakan alat sentrifus atau pemusing (umumnya dengan kapasitas rendah, skala laboratorium)Faktor yang menentukan adalah: kecepatan putar (rpm), besarnya gaya sentrifugal (G), waktu, perbedaan densitas yang besar antara partikel dan cairannya19Serat BerlubangMerupakan konsep baru yang cepat dan ekonomis menggunakan hollow fibre untuk memisahkan sel (bakteri, virus dan bahan organik) dari cairan fermentasiStruktur membran yang khas memungkinkan proses pemisahan berjalan efisien tanpa terjadi penyumbatan pori-pori, karena adanya membran yang bersifat anisotropis dengan pori-pori terkecil pada permukaan yang sangat permeabel. Karena penempelan padatan terjadi di permukaan membran, pembungkus filter tidak mamper, sehingga laju aliran terjaga Sistem membran menerapkan aliran silang (tangensial) yang mampu mensirkulasi dan membuang endapan secara kontinuCatridge filter dapat dibersihkan dengan mudah dan dapat dipakai berulang-ulang20Pemisahan Elektrokinetis Metode pemisahan ini dapat menghasilkan endapan dengan kandungan bahan padat dalam jumlah besar yang menempel pada elektroda213. Ekstraksi, Isolasi & Purifikasi ProdukPenentuan Teknik isolasi produk ditentukan oleh:tingkat stabilitas bahan yang akan diisolasikualitas / mutu produk yang diinginkan (crude atau pure) atau (teknis atau analitis)waktu yang tersediaketersediaan alat dan sarana

22Proses Isolasi dan Purifikasi dibedakan Isolasi Enzim intraselulerIsolasi Enzim ekstraselulerIsolasi Asam OrganikIsolasi Asam AminoIsolasi Antibiotik Isolasi Vitamin23Isolasi Enzim IntraselulerPemecahan sel (untuk melepas produk intraseluler)Tujuan: mengekstraksi atau membebaskan produk intraselulerPemecahan sel dilakukan secara: mekanis, kimiawi, fisika-kimia, atau pemecahan dinding sel atau membran sitoplasma.Pemecahan sel scr mekanis: Teknik peremukan cair (liquid shear), yaitu menggunakan homogenisasi bertekanan tinggi Teknik peremukan padat (solid shear)Penumbukan (Grinding)Penggilingan (Milling)Pemecahan sel secara kimiawi (alkali kuat) Pemecahan sel secara enzimatis (lysosim) 24

Sonicator25

26

27

28

29

30Proses Hilir SSF Hasil akhir fermentasi padat berupa cake yang mengandung air (40%)Perlu dilakukan dewatering sampai sekitar 5% untuk menghindari pembusukan atau perusakan oleh mikroba kontaminanPengeringan merupakan fungsi waktu dan suhu:i. Waktu lama suhu rendahii. Waktu cepat suhu tinggiTeknik pengeringan: Pengeringan lapisan permukaan, Spray drier , Flash drier 31Ekstraksi Produk Presipitasicara isolasi dan pemurnian produk dengan menggunakan garam organik, pelarut organik atau polimer dengan BM tinggimelalui presipitasi diferensial, produk dapat dipertahankan dalam larutan atau dikumpulkan sebagai presipitat Filtrasi membranmerupakan proses yang dapat mengkonsentrasikan zat terlarut dan memisahkan air tanpa melalui penguapanPemberian tekanan melebihi perbedaan tekanan osmosis diperlukan untuk memaksa air melewati membran semipermeabelMembran semipermeabel terbuat dari selulosa asetat atau poliamida (dapat digunakan untuk desalinasi)Membran komposit film tipis, bekerja pada suhu tinggi, selang pH yang lebar, pori sangat halus, kekuatan mekanis sangat besarKelemahan: usia membran sangat dipengaruhi oleh tingkat pencemaran Kromatografi32Kromatografi Kromatografi afinitasTermasuk kromatografi adsorpsi dengan matriks kolom yang mengandung ligand dengan tingkat pengikatan spesifik sangat tinggi terhadap bahan yang akan diisolasiPengikatan bersifat dapat balik (reversibel) Kromatografi pertukaran ionKromatografi menggunakan resin atau selulosa sebagai bahan pertukaran ion Pemisahan ini tergantung pada muatan neto, kerapatan muatan dan ukuran molekul protein ybs, pH dan kekuatan ion larutan Kromatografi Filtrasi membranKromatografi yang didasarkan pada kemampuan untuk menghasilkan gel yang mempunyai pori dengan ukuran yang dapat diaturPori yang dapat diatur tsb dapat dibuat dari bahan: dekstran, agarosa, gelas berpori, atau poliakrilamida33

34

35Stabilisasi ProdukProduk fermentasi harus mempunyai stabilitas produk yang tinggi dalam hal:Kadar air cukup rendah (< 5%) sehingga mempunyai daya simpan yang lamaTingkat kerusakan yang rendah dalam waktu simpan lamaMutu yang tetap setelah penyimpanan lama

36Formulasi Formulasi Padat Formulasi semi Padat Formulasi cair37

38

39

40

41