TPPB 8 Review, INSTRUMENTASI BIOPROSES
TPPB 8
REVIEW,
INSTRUMENTASI BIOPROSES
Dimas Firmanda Al Riza,
ST, M.Sc
MATERI SEBELUM UTS
1. Pengantar
2. Karakteristik Berbagai Parameter Proses
3. Sistem Pengukuran Ofine
4. Sistem Pengukuran Online, Non Destructive Test
MATERI SETELAH UTS
1. Review, Instrumentasi Bioproses
2. Pengolahan dan penggunaan data hasil pengukuran
3. Pemodelan Bioproses
4. Dasar Pengendalian Bioproses
5. Alternatif algoritma pengendalian untuk bioproses: Fuzzy Logic
Control
REFERENSI
1. Chen, Haisong. 2005. Methods and Algorithms for Optimal
Control of Fed Batch Fermentation Processes. Cape
Peninsula University of Technology.
2. Michael L. Shuler and Fikret Kargi. Bioprocess Engineering,
Basic Concepts, 2nd edition
3. Mandenius, CF, Hooker, NJT, 2013, Measurement, Monitoring.
Modelling and Control of Bioprocesses, Springer
4. Kuswadi, S, 2007, Kontrol Cerdas: Teori dan Aplikasi
Praktisnya, Penerbit Andi
5. Vogel HC, Todaro CL,1997, Fermentation and Biochemical
Engineering Handbook: Principles, Process Design, and
Equipment, 2nd Ed, Noyes Publication
PROPORSI NILAI
UTS
(30%)
Tugas
UTS
(10%)
Praktik
um
(20%)
Nila
i
Akh
ir
Tugas
UAS
(10%)
UAS
(30%)
REVIEW
Proses - “Konversi dari bahan menjadi produk menggunakan
operasi fsika atau kimia (bisa dimaksudkan untuk proses operasi
ataupun peralatan proses)”
Jenis-jenis proses kontinyu
REVIEW
Jenis-jenis proses batch dan semi batch
PARAMETER2 BIOPROSES
FERMENTASI
Fermentasi adalah kemampuan intrinsik dari mikroorganisme untuk
melakukan transformasi kimiawi kompleks pada senyawa kimia
dalam arti suatu aktivitas metabolik dan aksi dari enzim.
Fermentasi adalah proses metabolik yang mengkonversi gula
menjadi asam, gas dan/atau alkohol
PADA APAKAH FERMENTASI
TERJADI
Saccharomyces cerevisia
Fermentasi dapat terjadi pada:
1. Yeast (Mikroorganisme sel tunggal,
eukariot, termasuk kingdom fungi)
2. Bacteria (Mikroorganisme sel tunggal,
prokariot, kelompok organisme yang tidak
memiliki membran inti sel)
3. Otot yang kekurangan oksigen (fermentasi
asam laktat)
Lactobacillus sp.
Fermentasi di otot
JENIS FERMENTASI
Jenis fermentasi antara lain adalah sebagai berikut:
1. Fermentasi Alkohol
2. Fermentasi Asam Laktat
3. Fermentasi Asam Cuka
FERMENTASI ALKOHOL
Fermentasi alkohol merupakan suatu
reaksi pengubahan glukosa menjadi
etanol (etil alkohol) dan karbon
dioksida. Organisme yang berperan
yaitu
Saccharomyces
cerevisiae
(ragi) untuk pembuatan tape, roti
atau minuman keras. Reaksi Kimia:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2
ATP
FERMENTASI ASAM LAKTAT
Fermentasi
asam
laktat
adalah
respirasi yang terjadi pada sel hewan
atau manusia, ketika kebutuhan
oksigen tidak tercukupi akibat bekerja
terlalu berat. Di dalam sel otot asam
laktat dapat menyebabkan gejala
kram dan kelelahan. Laktat yang
terakumulasi sebagai produk limbah
dapat menyebabkan otot letih dan
nyeri,
namun
secara
perlahan
diangkut oleh darah ke hati untuk
diubah kembali menjadi piruvat.
Glukosa dipecah manjadi 2 molekul
asam piruvat melalui glikolisis ,
membentuk 2 ATP dan 2 NADH.
FERMENTASI ASAM CUKA
Merupakan suatu contoh fermentasi
yang berlangsung dalam keadaan
aerob. fermentasi ini dilakukan oleh
bakteri asam cuka (acetobacter aceti)
dengan substrat etanol. Energi yang
dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi
yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol
secara anaerob.
REAKSI
Persamaan Reaksi Kimia
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ
per mol)
Dijabarkan sebagai
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon
dioksida + Energi (ATP)Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya
bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya
melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari tahap awal
respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan
bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
CELL INPUT DAN CELL
OUTPUT
SUBSTRATE(S) INPUT AND
OUTPUT
Oxygen
Carbon dioxide
Carbon and
Energy
Sources
Biomass
Nitrogen
Source
CELL
Metabolite(s)
Water
Other
requirements
(P,
S,Na,K,Mg,etc…)
Heat
PARAMETER2 UNTUK
PROSES KULTIVASI
Physical
Chemical
Biological
- Temperature
- Bioreactor Pressure
(St. St. Bioreactors)
- Agitation Speed
- Gas Flow rate
- Total volume
- Feeding rate
- Power Input
- Foam
- pH
- Dissolved oxygen
- Cell Morphology
- Cell viability
- Optical Density
- Cell Dry weight
- Cellular composition
- Specifc growth rate
- Specifc substrate(s)
consumption rates.
- Specifc production rate
- Dissolved carbon dioxide
- Redox potential
- Out gas analysis (O2, CO2,
N 2)
- Substrate(s)
- Product(s)
- Enzyme activities
- Volatile compounds
- Conductivity
- Biomass composition
(C,H,O,N,P,S)
-
-
Reactor weight
Feeding tank weight
Culture Viscosity
Gas Hold up
Gas Mixing pattern
Oxygen uptake rate
Carbon dioxide production rate
RQ
Growth inhibitors
Protein
DNA / RNA
ATP / ADP / AMP
PROSES FERMENTASI
Proses ini dapat dilakukan dalam tangki yang disebut bioreaktor
atau fermentor dan digunakan untuk produksi makanan,
minuman, obat-obatan, produk kimia dan sebagainya.
FERMENTASI PADA
PENGOLAHAN PANGAN
Pada pengolahan pangan proses fermentasi
terkadang diartikan sebagai konversi dari
karbohidrat menjadi alkohol dan karbon dioksida
atau asam organik menggunakan yeast, bakteri
atau kombinasinya pada kondisi anaerob.
Terkadang pula diartikan spesifk pada konversi
kimiawi gula menjadi ethanol, proses yang
digunakan
untuk
memproduksi
minuman
beralkohol seperti wine, beer, dan cider.
Fermentasi juga diaplikasikan pada proses
pengembangan roti (CO2 yang dihasilkan oleh
aktivitas yeast).
Selain itu digunakan pula pada teknik
pengawetan untuk menghasilkan asam laktat
pada makanan asam seperti kimchi, yogurt,
natto dll.
FERMENTASI PADA
PENGOLAHAN PANGAN
Produk pangan lain yang memanfaatkan
proses fermentasi antara lain:
Berbahan kacang-kacangan: Kecap, Natto,
Miso, Tempe, dll.
Berbahan susu: Yogurt, kefr, keju, dll.
Berbahan sayuran: Kimchi, Sauerkraut, dll
Berbahan Buah:
Asinan, dll
Nata
de
coco,
Wine,
Dan masih banyak yang lainnya…
Ada yang bisa anda sebutkan selain yang
diatas?
PERMASALAHAN PADA
PROSES FERMENTASI
Meskipun fermentasi memiliki sistem Quality Control tersendiri, perubahan
mendadak yang tak dapat dijelaskan terjadi dari waktu ke waktu pada
karakteristik proses. Perubahan-perubahan itu meliputi (Michael and Friket,
1992):
• Waktu Fermentasi
• Atenuasi
• Kontaminasi
• pH
• Temperatur
• DO
• Flow Rate
KEBUTUHAN UNTUK
MENGAMATI PROSES
Monitoring proses diperlukan antara lain untuk:
1. Evaluasi Performansi Proses
2. Quality Control
3. Process Control
Integrated of Mathematical Methods for Advanced Process Control
Ref. (Clementschitsch and Bayer. Microbial Cell Factories 5:19 (2006)
Input and Output of Bioreactor system (General overview)
TERIMAKASIH
dimasfrmanda.lecture.ub
.ac.id
REVIEW,
INSTRUMENTASI BIOPROSES
Dimas Firmanda Al Riza,
ST, M.Sc
MATERI SEBELUM UTS
1. Pengantar
2. Karakteristik Berbagai Parameter Proses
3. Sistem Pengukuran Ofine
4. Sistem Pengukuran Online, Non Destructive Test
MATERI SETELAH UTS
1. Review, Instrumentasi Bioproses
2. Pengolahan dan penggunaan data hasil pengukuran
3. Pemodelan Bioproses
4. Dasar Pengendalian Bioproses
5. Alternatif algoritma pengendalian untuk bioproses: Fuzzy Logic
Control
REFERENSI
1. Chen, Haisong. 2005. Methods and Algorithms for Optimal
Control of Fed Batch Fermentation Processes. Cape
Peninsula University of Technology.
2. Michael L. Shuler and Fikret Kargi. Bioprocess Engineering,
Basic Concepts, 2nd edition
3. Mandenius, CF, Hooker, NJT, 2013, Measurement, Monitoring.
Modelling and Control of Bioprocesses, Springer
4. Kuswadi, S, 2007, Kontrol Cerdas: Teori dan Aplikasi
Praktisnya, Penerbit Andi
5. Vogel HC, Todaro CL,1997, Fermentation and Biochemical
Engineering Handbook: Principles, Process Design, and
Equipment, 2nd Ed, Noyes Publication
PROPORSI NILAI
UTS
(30%)
Tugas
UTS
(10%)
Praktik
um
(20%)
Nila
i
Akh
ir
Tugas
UAS
(10%)
UAS
(30%)
REVIEW
Proses - “Konversi dari bahan menjadi produk menggunakan
operasi fsika atau kimia (bisa dimaksudkan untuk proses operasi
ataupun peralatan proses)”
Jenis-jenis proses kontinyu
REVIEW
Jenis-jenis proses batch dan semi batch
PARAMETER2 BIOPROSES
FERMENTASI
Fermentasi adalah kemampuan intrinsik dari mikroorganisme untuk
melakukan transformasi kimiawi kompleks pada senyawa kimia
dalam arti suatu aktivitas metabolik dan aksi dari enzim.
Fermentasi adalah proses metabolik yang mengkonversi gula
menjadi asam, gas dan/atau alkohol
PADA APAKAH FERMENTASI
TERJADI
Saccharomyces cerevisia
Fermentasi dapat terjadi pada:
1. Yeast (Mikroorganisme sel tunggal,
eukariot, termasuk kingdom fungi)
2. Bacteria (Mikroorganisme sel tunggal,
prokariot, kelompok organisme yang tidak
memiliki membran inti sel)
3. Otot yang kekurangan oksigen (fermentasi
asam laktat)
Lactobacillus sp.
Fermentasi di otot
JENIS FERMENTASI
Jenis fermentasi antara lain adalah sebagai berikut:
1. Fermentasi Alkohol
2. Fermentasi Asam Laktat
3. Fermentasi Asam Cuka
FERMENTASI ALKOHOL
Fermentasi alkohol merupakan suatu
reaksi pengubahan glukosa menjadi
etanol (etil alkohol) dan karbon
dioksida. Organisme yang berperan
yaitu
Saccharomyces
cerevisiae
(ragi) untuk pembuatan tape, roti
atau minuman keras. Reaksi Kimia:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2
ATP
FERMENTASI ASAM LAKTAT
Fermentasi
asam
laktat
adalah
respirasi yang terjadi pada sel hewan
atau manusia, ketika kebutuhan
oksigen tidak tercukupi akibat bekerja
terlalu berat. Di dalam sel otot asam
laktat dapat menyebabkan gejala
kram dan kelelahan. Laktat yang
terakumulasi sebagai produk limbah
dapat menyebabkan otot letih dan
nyeri,
namun
secara
perlahan
diangkut oleh darah ke hati untuk
diubah kembali menjadi piruvat.
Glukosa dipecah manjadi 2 molekul
asam piruvat melalui glikolisis ,
membentuk 2 ATP dan 2 NADH.
FERMENTASI ASAM CUKA
Merupakan suatu contoh fermentasi
yang berlangsung dalam keadaan
aerob. fermentasi ini dilakukan oleh
bakteri asam cuka (acetobacter aceti)
dengan substrat etanol. Energi yang
dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi
yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol
secara anaerob.
REAKSI
Persamaan Reaksi Kimia
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ
per mol)
Dijabarkan sebagai
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon
dioksida + Energi (ATP)Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya
bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya
melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari tahap awal
respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan
bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
CELL INPUT DAN CELL
OUTPUT
SUBSTRATE(S) INPUT AND
OUTPUT
Oxygen
Carbon dioxide
Carbon and
Energy
Sources
Biomass
Nitrogen
Source
CELL
Metabolite(s)
Water
Other
requirements
(P,
S,Na,K,Mg,etc…)
Heat
PARAMETER2 UNTUK
PROSES KULTIVASI
Physical
Chemical
Biological
- Temperature
- Bioreactor Pressure
(St. St. Bioreactors)
- Agitation Speed
- Gas Flow rate
- Total volume
- Feeding rate
- Power Input
- Foam
- pH
- Dissolved oxygen
- Cell Morphology
- Cell viability
- Optical Density
- Cell Dry weight
- Cellular composition
- Specifc growth rate
- Specifc substrate(s)
consumption rates.
- Specifc production rate
- Dissolved carbon dioxide
- Redox potential
- Out gas analysis (O2, CO2,
N 2)
- Substrate(s)
- Product(s)
- Enzyme activities
- Volatile compounds
- Conductivity
- Biomass composition
(C,H,O,N,P,S)
-
-
Reactor weight
Feeding tank weight
Culture Viscosity
Gas Hold up
Gas Mixing pattern
Oxygen uptake rate
Carbon dioxide production rate
RQ
Growth inhibitors
Protein
DNA / RNA
ATP / ADP / AMP
PROSES FERMENTASI
Proses ini dapat dilakukan dalam tangki yang disebut bioreaktor
atau fermentor dan digunakan untuk produksi makanan,
minuman, obat-obatan, produk kimia dan sebagainya.
FERMENTASI PADA
PENGOLAHAN PANGAN
Pada pengolahan pangan proses fermentasi
terkadang diartikan sebagai konversi dari
karbohidrat menjadi alkohol dan karbon dioksida
atau asam organik menggunakan yeast, bakteri
atau kombinasinya pada kondisi anaerob.
Terkadang pula diartikan spesifk pada konversi
kimiawi gula menjadi ethanol, proses yang
digunakan
untuk
memproduksi
minuman
beralkohol seperti wine, beer, dan cider.
Fermentasi juga diaplikasikan pada proses
pengembangan roti (CO2 yang dihasilkan oleh
aktivitas yeast).
Selain itu digunakan pula pada teknik
pengawetan untuk menghasilkan asam laktat
pada makanan asam seperti kimchi, yogurt,
natto dll.
FERMENTASI PADA
PENGOLAHAN PANGAN
Produk pangan lain yang memanfaatkan
proses fermentasi antara lain:
Berbahan kacang-kacangan: Kecap, Natto,
Miso, Tempe, dll.
Berbahan susu: Yogurt, kefr, keju, dll.
Berbahan sayuran: Kimchi, Sauerkraut, dll
Berbahan Buah:
Asinan, dll
Nata
de
coco,
Wine,
Dan masih banyak yang lainnya…
Ada yang bisa anda sebutkan selain yang
diatas?
PERMASALAHAN PADA
PROSES FERMENTASI
Meskipun fermentasi memiliki sistem Quality Control tersendiri, perubahan
mendadak yang tak dapat dijelaskan terjadi dari waktu ke waktu pada
karakteristik proses. Perubahan-perubahan itu meliputi (Michael and Friket,
1992):
• Waktu Fermentasi
• Atenuasi
• Kontaminasi
• pH
• Temperatur
• DO
• Flow Rate
KEBUTUHAN UNTUK
MENGAMATI PROSES
Monitoring proses diperlukan antara lain untuk:
1. Evaluasi Performansi Proses
2. Quality Control
3. Process Control
Integrated of Mathematical Methods for Advanced Process Control
Ref. (Clementschitsch and Bayer. Microbial Cell Factories 5:19 (2006)
Input and Output of Bioreactor system (General overview)
TERIMAKASIH
dimasfrmanda.lecture.ub
.ac.id