bab i ii iii amobilisasi sel

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Salah satu masalah dalam proses fermentasi yang menggunakan sel bebas sebagai

biokatalis adalah pemisahan sel dari kaldu fermentasi yang mengandung produk. Biaya

recovery dan recycle sel dapat dikurangi dengan menerapkan metoda untuk menahan sel

agar tetap berada dalam reaktor yaitu dengan cara immobilisasi sel. Sel immobilisasi

adalah sel yang dibatasi ruang gerak/mobilitasnya di dalam matriks tertentu sehingga tidak

terbawa dalam aliran produk dan dapat digunakan kembali.

Immobilisasi sel mikroba telah banyak digunakan dalam industri fermentasi.

Keuntungan dari teknologi immobilisasi sel ini adalah penggunaan yang berkelanjutan,

stimulasi produksi metabolit, dan perlindungan sel terhadap lingkungan yang tidak

menguntungkan. Immobilisasi sel ini mengarah pada peningkatan kepadatan sel secara

optimal dan efisiensi proses. Dengan sel terimmobilisasi pemakaian sel dapat dipakai

berulang dan mudah dipisahkan. Dengan cara tersebut keuntungan yang didapat lebih

besar. Oleh karena itu, pada praktikum ini praktikan mencoba memproduksi alkohol

dengan proses immobilisasi sel secara batch dengan menggunakan mikroorganisme

Saccharomyces cerivisiae

I.2 Tujuan Percobaan

1. Memahami dan menguasai prosedur pembuatan sel terimmobilisasi.

2. Memahami karakteristik matriks pendukung sel terimmobilisasi.

3. Memahami dan menguasai prosedur penggunaan sel terimmobilisasi dalam proses

fermentasi.

4. Memahami tipe reaktor yang tepat untuk sel terimmobilisasi.

5. Memahami karakteristik reaktor batch dan kontinu yang menggunakan sel

terimmobilisasi.

6. Mengevaluasi kinerja reaktor “packed column”.

1 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Immobilisasi Sel

Immobilisasi dalam bidang bioteknologi didefinisikan sebagai suatu cara yang

digunakan untuk menempatkan secara fisika atau kimia suatu sel, organel, atau enzim atau

protein lainnya ke dalam suatu penyangga berupa bahan padat, matrik, atau membran.

Immobilisasi dilakukan dengan maksud untuk meningkatkan stabilitas dan membuat sel,

organel atau enzim dapat digunakan secara terus menerus (Brodelius, 1987).

Sel atau enzim terimmobilisasi adalah suatu sel yang secara fisik terlokalisasi/terjerat

pada suatu daerah tertentu. Sel/enzim tersebut tetap mempunyai aktivitasnya sebagai

biokatalisator/katalis, serta sel/enzim tersebut dapat dipergunakan secara terus menerus dan

sangat penting untuk proses berkesinambungan.

Sel terimmobilisasi adalah suatu sel yang dilekatkan pada suatu bahan inert dan tidak

larut dalam bahan tersebut, misal dalam sodium alginat atau kalsium alginat. Dengan

sistem ini, sel dapat lebih tahan terhadap perubahan kondisi seperti pH, juga temperatur.

Sistem ini juga membantu sel berada di tempat tertentu selama berlangsungnya reaksi

sehingga memudahkan proses pemisahan dan memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi

lain (Sumo dkk., 1993).

Immobilisasi sel mikroba dibedakan atas 3 macam yakni:

1. Sel mati: untuk reaksi konversi sederhana (1 tahap)

2. Sel hidup: untuk reaksi konversi yang melibatkan biokatalis heterogen (multi

enzim)/memerlukan ATP atau biokoenzim seperti NADP atau koenzim A.

3. Sel dalam fase pertumbuhan: keadaan dimana terdapat aktivitas enzim untuk

pertumbuhan.

Immobilisasi dapat dilakukan terhadap sel maupun terhadap enzim. Immobilisasi

enzim dapat dianggap sebagai metode yang merubah enzim dari bentuk larut dalam air

“bergerak” menjadi keadaan “tak begerak” yang tidak larut. Immobilisasi mencegah difusi

enzim ke dalam campuran reaksi dan mempermudah memperoleh kembali enzim tersebut

dari aliran produk dengan teknik pemisahan padat/cair yang sederhana. Immobilisasi dapat

dilakukan dengan berbagai cara, antara lain melalui pengikatan kimiawi molekul enzim

pada bahan pendukung, pengikatan silang intermolekuler sesama enzim, atau dengan cara

menjebak enzim di dalam gel atau membran polimer (Palmer, 1991).


Immobilisasi sel berkembang setelah immobilisasi enzim. Dalam teknologi

immobilisasi enzim terdapat hambatan pada regenerasi koenzim dan keterbatasan metode

yang dapat diterapkan untuk menyusun molekul enzim dalam rangkaian tertentu, sehingga

dapat melakukan tahapan reaksi katalitis enzim yang berkesinambungan. Untuk mencegah

hambatan tersebut dilakukan penelitian-penelitian, sehingga terjadi pengembangan pada

immobilisasi sel, yang dapat digunakan sebagai biokatalis. Hal ini memungkinkan untuk

melakukan immobilisasi seluruh sel dan menjaga sel tetap hidup. Dewasa ini, teknologi

immobilisasi memegang peranan penting dalam perkembangan proses biokimia dalam

suatu bioreaktor. Sel yang mengalami immobilisasi (immoblized microbial cells) telah

banyak diterapkan dalam fermentasi misalnya produksi alkohol, asam amino, antibiotik

atau pada degradasi polutan limbah cair.

2.2 Jenis-Jenis Immobilisasi sel

1. Immobilisasi Aktif

Immobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan metoda

pengikatan. Metoda penjeratan dilakukan secara fisik dalam matriks pendukung.

Matriks pendukung yang bisa digunakan yaitu polimer porous (agar, alginate,

carragenan, polyacrylamide, chitosan, gelatin, collagen), porous metal screen,

polyurethane, silicagel, polystyrene, dan selulosa triasetat. Polymeric beads harus

cukup porous untuk keluar masuknya substrat dan produk. Polymeric beads biasanya

dibentuk dengan menggunakan sel hidup di dalamnya.

2. Immobilisasi Pasif

Berbentuk biological films yang berbentuk lapisan-lapisan koloni sel yang tumbuh dan

melekat pada permukaan pendukung yang padat. Material pendukung dapat bersifat

inert atau aktif secara biologis. Biological films digunakan pada pengolahan limbah

atau fermentasi mikroba dengan jamur.

2.3 Metoda Immobilisasi Sel

Immobilisasi sel dapat dilakukan dengan beberapa metoda yang dapat digunakan yaitu:

1. Metoda ikatan antar polimer (cross-linking)

Dinding sel mikroba yang mengandung gugus amin bebas dan gugus karboksil dapat

berikatan silang dengan senyawa seperti glutaraldehid atau toluen diisosianat. Sel

mikroba juga dapat diimmobilisasi melalui ikatan ion dengan senyawa polielektrolit.

Metoda immobilisasi dengan cara ini jarang dilakukan untuk sel. Dalam penggunaan 3 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM

untuk immobilisasi sel, metoda ini biasanya dikombinasikan dengan metoda

penjerapan (entrapment) untuk stabilitas proses immobilisasi.

2. Metoda kopolimerisasi (copolymerization)

Metoda ini merupakan metoda pengembangan dari metoda ikatan antar polimer (cross-

linking). Pada saat proses immobilisasi biasanya ditambahkan senyawa yang berfungsi

sebagai “spacer” seperti gelatin, albumin, polietilenimin ke dalam suspensi sel yang

akan diimmobilisasi. Selanjutnya suspensi sel ini diimmobilisasi dengan metoda ikatan

antar polimer. Prosedur ini akan membuat sel terperangkap pada suatu jaring kovalen.

Metoda ini banyak menyebabkan kematian sel, akan tetapi pada beberapa aplikasi

metoda ini dapat digunakan ( Brodelius, 1987).

3. Metoda ikatan kovalen

Metoda ini dilakukan dengan cara menggunakan sistem dimana sel dapat terikat secara

kovalen dengan gugus reaktif dari suatu matrik, atau sel terikat pada suatu senyawa

perantara yang menghubungkan sel dengan matriknya. Contohnya matrik selulosa

dapat dikombinasi dengan glutaraldehid sebagai senyawa perantara. Senyawa

perantara ini sebagian besar bersifat toksik sehingga dapat merusak sel (Brodelius,

1987).

4. Metoda adsorpsi

Metoda ini didasarkan kepada afinitas mikroba terhadap suatu permukaan padat.

Fenomena ini dapat terjadi secara alami. Misalnya, mikroba yang terikat pada butiran

pasir, partikel tanah, permukaan gigi, permukaan logam dan permukaan senyawa

polivinilklorida. Kekuatan afinitas mikroba terhadap suatu permukaan padat

tergantung pada jenis mikroba. Reaksi yang terjadi antara permukaan padat dengan sel

adalah interaksi elektrostatik. Beberapa jenis bahan yang telah digunakan untuk

immobilisasi sel dengan cara ini adalah selulosa, lektin, polivinilklorida (Brodelius,

1987).

5. Metoda penjerapan (entrapment)

Metoda ini adalah metoda yang paling banyak dikembangkan untuk immobilisasi sel.

Metoda ini dilakukan dengan membuat sel mikroba terperangkap di dalam matrik

polimer. Metoda didasarkan pada terjadinya inklusi sel-sel di dalam suatu jaringan atau

matrik yang kaku yang mencegah sel berdifusi ke lingkungan atau medium

disekitarnya, akan tetapi masih dapat berinteraksi dengan substrat. Matrik yang umum

digunakan adalah agar, alginat, karagen, selulosa dan turunannya, kolagen, gelatin,

resin epoksi, poliakrilamid.4 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM

Metoda ini lebih banyak digunakan untuk immobilisasi sel karena tingkat

keberhasilannya tinggi dan lebih kuat dalam menahan sel tetap berada di dalam matrik

apabila dibandingkan dengan metoda adsorpsi atau secara kimia (Brodelius, 1987).

2.4 Teknik Pembuatan Sel Immobil

Ada beberapa teknik dalam pembuatan butiran sel immobil diantaranya dengan

membuat desintegrasi sel ke dalam blok-blok polimer secara mekanik. Cara ini

menghasilkan keseragaman partikel yang rendah. Cara lain adalah dengan membekukan sel

bersama-sama dengan matriknya, setelah itu diperkecil ukurannya dengan pemotongan.

Cara ini kurang efisien untuk pembuatan dalam jumlah besar. Cara ketiga dengan membuat

sel menjadi manik-manik atau butiran (beads) bersama-sama dengan matriknya (Brodelius,

1987).

2.5 Matrik Immobilisasi

Matrik yang digunakan dalam proses immobilisasi ditentukan oleh metoda yang akan

dipilih untuk immobilisasi. Diantara matrik yang umum digunakan untuk immobilisasi sel

dapat adalah:

1. Polimer sintetis

Polimer sintetis biasanya dipilih karena ingin mendapatkan sifat fisika kimia tertentu

dari matrik tersebut. Porositas dan sifat hidrofob/hidrofil dari matrik jenis ini dapat

diatur lebih mudah. Contoh polimer sintetis yang banyak digunakan untuk

immobilisasi sel adalah, gel poliakrilamid, metakrilat, poliurethan, resin epoksi.

2. Polimer alam

Polimer alam mempunyai keunggulan yang tidak dimiliki oleh polimer sintetis yaitu,

polimer alam dapat diterima oleh hampir semua jenis sel. Sel umumnya dapat

mempertahankan availabilitasnya yang tinggi apabila diimmobilisasi dengan polimer

alam. Polimer alam dapat dibedakan berdasarkan perbedaan mekanisme pembentukan

gelnya, yaitu polimer alam yang membentuk gel dengan perubahan temperatur

(thermal gel) contohnya, kolagen, gelatin, agar, karagen. Polimer alam yang

membentuk gel dengan reaksi pengionan, contohnya alginat, kitosan.

Alginat merupakan polimer alam atau polisakarida yang diekstraksi dari alga coklat

(Phaeophyta). Monomer alginat terdiri dari asam β-D-manuronat dan asam α-L-

guluronat. Alginat tidak memiliki unit berulang yang teratur. Alginat berada di dalam

sel alga dalam bentuk gel mengandung ion natrium, kalsium, magnesium, stronsium 5 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM

dan barium. Alginat ini berfungsi memberikan kekuatan dan fleksibilitas pada

jaringan. Alginat mempunyai kemampuan dalam mengikat air dan membentuk gel,

viskositasnya tinggi serta memiliki stabilitas yang baik. Alginat adalah matrik

immobilisasi sel yang paling banyak digunakan, karena ramah terhadap sel, mudah

teknik pembuatannya terutama untuk pembuatan dalam jumlah besar, dan murah

harga. Keuntungannya ini masih dapat mengimbangi kekurangannya yang juga

dimiliki oleh senyawa polimer alam lain yaitu kemampuannya menahan sel di dalam

matrik lebih rendah dari pada polimer sintetis (Brodelius, 1987).

2.6 Kelebihan dan Kekurangan Sel Immobilisasi

Kelebihan penggunaan sel immobilisasi dibandingkan dengan sel bebas antara lain

sebagai berikut:

1. Immobilasi menyediakan konsentrasi sel yang tinggi.

2. Immobilisasi memungkinkan penggunaan sel kembali dan mengurangi biaya

recovery sel dan recycle sel.

3. Immobilisasi mengurangi masalah wash out sel pada laju alir yang tinggi.

4. Kombinasi konsentrasi sel yang tinggi dan laju alir yang tinggi (tanpa batasan wash

out) menghasilkan produktivitas volumetric yang tinggi.

5. Immobilisasi menyediakan kondisi micro environmental yang menguntungkan

seperti kontak antar sel, gradient nutrient-produk, gradient pH untuk sel sehingga

menghasilkan kinerja biokatalis yang lebih baik (kecepatan pembentukan dan yield

produk yang lebih tinggi).

6. Immobilisasi menyebabkan kestabilan genetik.

7. Immobilisasi menyediakan perlindungan terhadap kerusakan sel.

Kekurangan penggunaan sel terimmobilisasi adalah hambatan pada proses difusi baik

substrat maupun produk yang terbentuk. Untuk sel yang hidup, pertumbuhan dan evaluasi

gas sering merusak matriks pendukung sel terimmobilisasi.

2.7 Reaktor Kolom

Beberapa konfigurasi reaktor dapat digunakan untuk system sel terimmobilisasi.

Matriks pendukung sel terimmobilisasi umumnya bersifat rapuh, karena itu dipilih

bioreaktor yang memiliki gesekan hidronamik yang rendah seperti packed-column,

fluidized-bed, atau airlift reactor. Reaktor yang menggunakan produk mekanik dapat


digunakan untuk matriks pendukung yang kuat dan liat. Reaktor tersebut dioperasikan

dengan cara mengalirkan larutan nutrient melewati sel immobilisasi.

Gambar 2.1 Skema Penggunaan Sel Immobilisasi sel untuk reaktor packed-column dan

fluidized-bed secara batch dan kontinu

2.7.1 Fluidized Bed

Dalam sistem reaktor ini, enzim/sel immobil mengalir dari bawah ke atas dengan

kecepatan aliran yang cukup tinggi untuk partikel dapat bergerak bebas. Sistem ini

bersifat semi kontinyu sebab substrat dapat dikembalikan lagi ke dalam reaktor beberapa

kali untuk mendapatkan produk yang diinginkan

Gambar 2.2 Fluidized Bed Reactor


BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

Alat Bahan

Erlenmeyer 250 mL Satu tabung biakan Saccharomyces

cerivisiae

Spuit (perangkat suntik) steril Air garam steril

Pembakar spirtus Media aktivasi dengan komposisi :

Pompa peristaltik - Bacto pepton 2%

Pembakar spirtus - Ekstrak ragi 0,5%

Refraktometer - Glukosa 10%

Reaktor packed column - Aquadest

Pipet tetes Larutan CaCl 2%

Pipet ukur 10 mL Natrium Alginat

Gelas kimia 500 ml media produksi asam asetat

steril dengan komposisi :

Spatula - Glukosa 10%

Stopwatch - (NH4)2SO4 2%

Corong - KH2PO4 0,1%

- MgSO4.7H2O 0,02%

3.2 Langkah Kerja


3.2.1 Imobilisasi Sel

1. Penanaman bakteri pada media aktivasi

Diagram 3.1 Cara penanaman bakteri pada media aktivasi

2. Pembuatan Natrium Alginat

Diagram 3.2 Pembuatan natrium alginat

3. Pembuatan Larutan CaCl2


5 mL air garam steril dipipet

dimasukkan ke dalam biakan murni

Saccharomyces cerivisiae kemudian dikocok

air garam berisi bakteri

dalam dituankan ke dalam 50 mL media aktivasi

diinkubasi 3 jam pada suhu 30oC

natrium alginat sebanyak 8 gram ditimbang

dicampurkan dengan aquadest sebanyak 100 mL

diaduk hingga mengental

dipasteurisasi pada suhu 70-80oC selama 10 menit

Diagram 3.3 Pembuatan Larutan CaCl2

4. Pembuatan Beads

Diagram 3.4 Pembuatan beads

3.2.2 Evaluasi Sel Immobilisasi dalam Reaktor Kolom


media aktivasi dan larutan natrium alginat dicampurkan

campuran disuntikkan kedalam larutanCaCl2 untuk membentuk beads

beads yang terbentuk didiamkan selama satu jam, kemudian dibilas dengan aquadest, lalu disimpan dalam larutan CaCl2 2% pada suhu

4oC

CaCl2 sebanyak 7 gram ditimbang

dicampurkan dengan aquadest sebanyak 350 mL

diaduk hingga homogen

disterilisasi

1. Pembuatan Media Produksi

Diagram 3.5 Pembuatan media produksi

2. Evaluasi Kinerja Sel Imobilisasi dalam Reaktor Kolom

Diagram 3.6 Evaluasi kinerja sel imobilisasi dalam reaktor kolom

BAB IV11 | EVALUASI KINERJA SEL IMMOBILISASI DALAM REAKTOR KOLOM

50 gr glukosa, 10 gr (NH4)2SO4, 0,5 gr KH2PO4, dan 0,1 gr MgSO4.7H2O ditimbang

ditambahkan 500 mL aquadest, aduk hingga homogen

disterilisasi

reaktor kolom dirangkai

sel terimmobilisasi dimasukkan ke dalam reaktor

pompa peristaltik dikalibrasi menggunakan aquadest

media dialirkan kedalam reaktor

sampel dari atas reaktor diambil setiap lima menit sebanyak tiga kali

indeks bias dan brix sampel dicatat

dilakukan pada berbagai variasi laju alir

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengamatan

4.1.1 Laju Alir 10 mL/menitTabel 4.1 Data % Brix, % Alkohol, dan Indeks Bias Sampel Pada Laju Alir 10

mL/menit

Waktu (menit) Brix (%) Alkohol (%) Indeks Bias

0 2,0 7,0 1,3360

3 2,1 7,5 1,3366

6 4,1 13 1,3398


Grafik 4.1 Kadar Alkohol Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 10 mL/menit

Grafik 4.2 % Brix Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 10 mL/menit

Grafik 4.3 Indeks Bias Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 10 mL/menit

4.1.2 Laju Alir 12 mL/menitTabel 4.2 Data % Brix, % Alkohol, dan Indeks Bias Sampel Pada Laju Alir 12

mL/menit

Waktu (menit) Brix(%) Alkohol (%) Indeks Bias

0 3,5 10 1,338

3 6,3 15 1,3424

6 6,5 17 1,3428

Grafik 4.4

Kadar

Alkohol

Sampel

Terhadap

Waktu Pada

Laju Alir 12

mL/menit



4.1.3 Alir 14 mL/menitTabel 4.3 Data % Brix, % Alkohol, dan Indeks Bias Sampel Pada Laju Alir 14

mL/menit

Waktu (menit) Brix (%) Alkohol (%) Indeks Bias

0 3,9 10,8 1,3386

3 5,3 14,0 1,3407

6 6,3 16,5 1,3421

Grafik 4.7 Kadar Alkohol Sampel Terhadap Waktu Pada Laju Alir 14 mL/menit




4.2 Pembahasan


Nama : Annisa Aulia

NIM : 141424005

Pada praktikum ini kami melakukan percobaan Immobilisasi sel dengan melakukan

Imobilisasi dengan media pengikat menggunakan natrium alginat yang dapat dianggap

sebagai metode yang merubah bakteri dari bentuk larut dalam air “bergerak” menjadi

keadaan “tak begerak” yang tidak larut dan bakteri yang digunakan adalah

Saccharomyces cerivisiae. Imobilisasi mencegah difusi bakteri ke dalam campuran

reaksi dan mempermudah memperoleh kembali bakteri tersebut dari aliran produk

dengan teknik pemisahan padat/cair yang sederhana. Imobilisasi dilakukan dengan cara

pengikatan silang intermolekuler sesama bakteri, atau dengan cara menjebak bakteri di

dalam gel atau membran polimer.

Immobilisasi ini dilakukan dengan dua metoda yaitu metoda penjeratan dan

metoda pengikatan. Metoda penjeratan dilakukan secara fisik dalam matriks pendukung.

Matriks pendukung yang digunakan yaitu polimer porous yaitu natrium

alginate.Polymeric beads harus cukup porous untuk keluar masuknya substrat dan

produk. Polymeric beads dibentuk dengan menggunakan sel hidup di dalamnya.

Alginate yang telah mengikat bakteri sebagai media aktivasi diteteskan kedalam larutan

CaCl2 hingga terbentuk beads bulir-bulir berbentuk bulat dimana disanalah tempat sel

hidup terimmobilisasi pergerakannya.Kemudian beads yang telah terbentuk diberiskan

dengan dibilas menggunakan aquadest.

Namun pada praktikum yang kami lakukan beadsnya tak dapat terbentuk karena

campuran alginate dan bakteri yang akan kami teteskan kedalam CaCl2 sangat cair dan

tidak mampu membentuk beads melainkan tercampur dengan larutan CaCl2 sehinggga

kami menggunakan beads hasil praktikum dari kelompok lain yang telah terpakai

sebelumnya sehinggga dapat dipastikan hasil dari praktikum immobilisasi tidak akan

sebaik bila menggunakan fresh beads.

Selanjutnya setelah tersedinya beads kami melakukan tahapan selanjutnya pada

minggu kedua dengan melakukan evaluasi teknik immobilisasi menggunakan reaktor

fluidized –bed . Beberapa konfigurasi reaktor dapat digunakan untuk system sel

terimmobilisasi.Matriks pendukung sel terimmobilisasi umumnya bersifat rapuh, karena

itu dipilih bioreaktor yang memiliki gesekan hidronamik yang rendah seperti fluidized-


bed.Reaktor yang menggunakan produk mekanik dapat digunakan untuk matriks

pendukung yang kuat dan liat. Reaktor tersebut dioperasikan dengan cara mengalirkan

larutan nutrient melewati sel immobilisasi. Dalam sistem reaktor ini, sel immobil

mengalir dari bawah ke atas dengan kecepatan aliran untuk partikel dapat bergerak

bebas dan dengan bantuan vaccum. Sistem ini bersifat semi kontinyu sebab substrat

dapat dikembalikan lagi ke dalam reaktor beberapa kali untuk mendapatkan produk yang

diinginkan.Kemudian tiap 5 menit sekali dilakukan sempling pada cairan dibagian atas

permukaan beads dalam reaktor dan berdasarkan data yang kami amati dengan

melakukan analisis indeks bias diketahui bahwa semakin lama percobaan akan semakin

kecil hasil indeks biasnya dan semakin besar vacuucm yang diberikan maka akan

semakin cepat laju alirnya sehingga hasil indeks bias dan brix nya pada laju alir yang

tinggi maka akan lebih besar indeks bias dan brix pada laju yang tinggi.

Nama : Asri Ambarwati


NIM : 141424006

Pada praktikum ini dilakukan immobilisasi sel Acetobacter aceti menggunakan

penjerap alginat. Alginat akan membentuk gel dengan ion-ion divalent pada konsentrasi

tinggi. Tidak semua ion dapat digunakan untuk immobilisasi sel. Ion Ca2+ karena

toksisitasnya paling rendah adalah ion yang paling umum digunakan untuk tujuan

amobilisasi sel. Kemampuan alginat membentuk gel juga ditentukan oleh kadar asam

guluronat yang menyusun struktur alginat. Tingginya kandungan asam guluronat

didalam alginat akan menyebabkan alginat dapat mengikat ion divalent tadi lebih baik

dibandingkan dengan alginat yang lebih sedikit mengandung asam guluronat sehingga

akan menghasilkan gel yang lebih kuat dan lebih stabil. Beads dapat dibuat dalam

jumlah banyak dalam waktu singkat dan dengan menggunakan peralatan yang

sederhana. Campuran media aktivasi (berisi Acetobactec aceti + natrium alginat) dalam

siring diteteskan tetes demi tetes pada larutan CaCl2 2% untuk proses gelatinisasi

natrium alginat yang ditunjukkan dengan pemadatan tetesan campuran tersebut menjadi

bentuk beads. Proses gelatinisasi natrium alginat ini terjadi karena adanya penukaran

kation monovalen natrium dengan kation divalen kalsium yang bereaksi dengan anion

monovalen karboksilat dari alginat. Beads yang terbentuk disimpan dalam larutan CaCl2

dalam lemari pendingin. Kekuatan gel akan meningkat seiring dengan meningkatnya

waktu perendaman alginat dalam CaCl2. Ketika ion kalsium dan alginat bereaksi,

gelatinisasi akan terjadi pada permukaan matriks alginat. Matriks kalsium alginat yang

terbentuk tersebut memiliki sifat yang tahan terhadap tekanan dan dorongan dari dalam.

Akan tetapi, bahan ini kurang stabil terhadap sitrat dan fosfat karena keduanya dapat

membuka ikatan kalsium alginat.

Variable lain yang menentukan proses pembentukan gel dengan alginat adalah

jenis dan viskositas alginat yang digunakan, pH, temperatur, adanya senyawa seperti

EDTA atau sitrat dan konsentrasi ion kalsium ( Orive, dkk 2006), seperti yang praktikan

alami saat praktikum, beads tidak terbentuk sebab alginat yang terbentuk terlalu

encer/viskositasnya rendah. Sehingga pada saat praktikum praktikan menggunakan

beads yang telah digunakan sebelumnya.

Setelah beads terbentuk dilakukan evaluasi kinerja sel terimmobilisasi dalam

reaktor kolom. Dengan variasi laju alir dapat dilihat bahwa semakin besar laju alir,

konsentrasi alkohol yang terbentuk semakin tinggi, indeks biasnyapun semakin besar.

Namun alkohol yang terbentuk ini belum dapat ditentukan jenisnya, harus dilakukan


pengujian lebih lanjut menggunakan GC-MS. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah

%brix, konsentrasi gula awal di media fermentasi adalah 11%, memang setelah masuk

kolom %brix menurun, artinya terjadi pemanfaatan substrat/pemanfaatan glukosa dan

pembentukan produk, namun pada menit ketiga dan keenam konstrasi gula meningkat

kembali padahal seharusnya konsentrasi gula semakin menurun. Hal-hal yang tidak

sesuai secara teoritis dapat disebabkan karena pengerjaan yang kurang aseptis.


Nama : Asri Nurdiana

NIM : 141424007

Pada praktikum ini dilakukan evaluasi kinerja sel immobilisasi dalam Tipe reaktor

yang tepat untuk sel terimmobilisasi adalah Packed Column. Karakteristik matriks pendukung

sel terimmobilisasi bersifat rapuh oleh karena itu dipilih bioreaktor dengan gesekan

hidrodinamik yang rendah yaitu “Packed Column”.Sel dibatasi ruang geraknya di dalam

matriks tertentu sehingga tidak terbawa dalam aliran produk dan dapat digunakan kembali.

Bakteri yang digunakan adalah Saccharomyces cerivisiae yang memiliki kemampuan

untuk mengkonversi alkohol menjadi asam asetat. Jenis immobilisasi yang dilakukan ialah

immobilisasi aktif yaitu dengan metoda penjeratan dan pengikatan oleh matriks pendukung

yaitu alginat.

Dibuat media aktivasi dengan komposisi sebagai berikut.Bacto pepton 2%; Yeast

ekstract 0,5%; Glukosa 10%; dan aquadest. Media aktivasi dari erlenmeyer yang sudah di

sterilisasi diambil secukupnya lalu dimasukan ke media kultur murni agar miring yang berisi

bakteri Saccharomyces cerivisiae, setelah itu bakteri Saccharomyces cerivisiae diambil

dengan cara menggesekkan jarum ose di permukaan agar bakteri Saccharomyces cerivisiae

dapat larut dengan media aktivasi, lalu tuangkan ke erlenmeyer. Setelah dimasukkan ke dalam

media aktivasi, bakteri diinkubasi dalam inkubator selama 2-3 jam pada suhu 30oC. Saat

pembuatan inokulum, setiap proses dilakukan secara aseptis agar tidak ada mikroorganisme

yang mengkontaminasi media.

Media produksi mempunyai komposisi yang terdiri dari glukosa, NH4NO3, KH2PO4,

dan MgSO4.7H2O, dan kemudian disterilkan.. Dibuat pula air garam steril, larutan CaCl2, dan

natrium alginat 8%. Air garam steril berfungsi untuk mencuci beads yang akan dimasukkan ke

dalam reaktor kolom. Larutan CaCl2 berfungsi untuk menstabilkan beads yang dibuat dan

memperkuat dinding bead. Natrium alginat 8% ini dipasteurisasi pada suhu 70-80 oC.

Pasterurisasi merupakan suatu bentuk sterilisasi yang bertujuan untuk membunuh

mikroorganisme yang tidak diinginkan tanpa merusak komponen komponen yang terdapat

dalam natrium alginat.

Beads dibuat dengan cara mencampurkan natirum alginat dengan media aktivasi berisi

bakteri kemudian dimasukkan CaCl2 dengan cara disuntikkan tetes demi tetes. Beads yang

baik akan berbentuk bulat sempurna, berwarna coklat, dan dinding beads akan mengeras


dalam larutan CaCl2. Proses ini dilakukan secara aseptis. Beads kemudian

seharusnyaterbentuk dengan sendirinya namun terdapat kesalahan penggunaan bahan.

Sehingga kelompok kami menggunakan beads bekas.

Beads diuji dalam media produksi dalam packed column dengan laju alir yang

berbeda. Laju alir yang digunakan adalah 10 ml/menit, 12ml/menit dan14 ml/menit.

Kemudian tiap 3 menit sekali produk diuji nilai brix (%), alkohol(%) dan indeks bias.

Semakin lama waktu proses fermentasi maka semakin tinggi nilai alkohol(%) dan indeks

biasnya. Kemudian, semakin tinggi nilai laju alir, semakin tinggi pula nilai alkohol(%) dan

indeks biasnya. Namun pada praktikum ini nilai brix semakin tiinggi pada pertambahan laju

alir dan pertambahan waktu. Hal tersebut tidak sesuai dengan teori, seharusnya nilai brix

berbanding terbalik dengan pertambahan alkohol(%). Ketidaksesuaian dengan teori terebut

karena prosedur yang kurang aseptis dan teliti.


Nama : Dahliana Alami

Nim : 1414124008

Pada praktikum ini dilakukan pembuatan alkohol dengan menggunakan metoda

immobilisasi sel. Metoda ini dipilih karena untuk menghasilkan suatu produk terkadang

terjadi berbagai kesulitan yang akan membuat produksi produk tehambat atau

berkurang.

Pembuatan Media

Bakteri yang digunakan adalah Saccharomyces cerivisiae yang kemudian

dimasukkan ke dalam media aktivasi yang sudah disterilisasi. Ketika bakteri

dimasukkan, lingkungan sekitar harus aseptis. Setelah itu, tumbuhkan bakteri dengan

memasukkan media tersebut ke dalam inkubator selama 2-3 jam pada suhu 30oC. Media

aktivasi yang digunakan mengandung nutrisi-nutrisi yang dibutuhkan selama

pertumbuhan bakteri seperti bacto pepton, ekstrak ragi, dan glukosa.

Media inokulasi harus dibuat secara aseptis, mulai dari mengambil biakan dalam

kultur murni hingga memasukkannya ke dalam media aktivasi. Hal ini harus dilakukan

dengan tujuan agar tidak ada mikroorganisme dari luar yang masuk ke dalam media

aktivasi yang dapat mengakibatkan media terkontaminasi. Secara umum media aktivasi

berfungsi untuk menumbuhkan Saccharomyces cerivisiae yang akan dibuat matriksnya

(dalam bentuk beads) sebagai sumber pembuatan alkohol.

Selain media aktivasi, media lain yang dibuat adalah media produksi, air garam

steril, dan larutan CaCl2. Media produksi ini berfungsi sebagai laju alir dalam reaktor

kolom. Larutan CaCl2 berfungsi untuk menstabilkan beads yang dibuat dan memperkuat

dinding beads. Sedangkan air garam steril berfungsi untuk mencuci beads yang akan

dimasukkan ke dalam reaktor kolom.

Ketika membuat media produksi, glukosa dimasukkan terakhir sebelum

memasukkan etanol. Hal ini dilakukan untuk mencegah terbentuknya karamel dari gula.

Etanol dimasukkan paling terakhir untuk mencegah penguapan. Setalah etanol

dimasukkan, media produksi yang telah dibuat harus disterilisasi. Pembuatan air garam

steril dan larutan CaCl2 tidak perlu menggunakan teknik khusus. Pembuatan air steril

hanya membutuhkan aquadest yang kemudian disterilisasi. Sedangkan larutan CaCl2

merupakan larutan yang terdiri dari serbuk garam CaCl2 yang dilarutkan dalam aquadest

kemudian disterilkan.


Selain media-media tersebut, dibuat juga natrium alginat yang berbentuk seperti

gel atau gelatin,setelah itu dipasteurisasi. Pasterurisasi merupakan suatu bentuk

sterilisasi yang bertujuan untuk membunuh mikroorganisme yang tidak diinginkan tanpa

merusak komponen komponen yang terdapat dalam natrium alginat. Alginat merupakan

polimer porous alami yang digunakan sebagai matriks pendukung. Beads yang akan

dibentuk harus cukup porous untuk memudahkan keluar masuknya substrat dan produk.

Pembuatan Beads

Beads yang baik akan berbentuk bulat sempurna, berwarna coklat, dan dinding

beads akan mengeras dalam larutan CaCl2. Proses ini harus dilakukan secara aseptis dan

semua alat yang digunakan harus disterilisasi terlebih dahulu. Tetapi saat praktikum

beads yang akan dibuat tidak terbentuk karena kesalahan saat menimbang, dan pada

alhirnya menggunakan beads kelompok sebelumnya.

Evaluasi Kerja Reaktor Kolom

Beads dikeluarkan dari dalam kulkas dan biarkan beads sampai mencapai suhu

ruang. Setelah itu, cuci beads dengan menggunakan air steril dan harus aseptis. Setelah

beads dicuci bersih, beads dimasukkan ke dalam reaktor kolom. Media produksi

selanjutnya dialirkan dengan menggunakan pompa peristaltik. Pada percobaan ini

dilakukan tiga kali laju alir yang digunakan. Setiap putaran dilakukan selama 10 menit

dengan pengambilan sampel setiap 5 menit.

Seharusnya semakin lama produk etanol meningkat dan kandungan gula dalam

media berkurang karena bakteri terus mengolah glukosa menjadi etanol. Indeks bias

yang diukur seharusnya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi

etanol pada sampel dan nilai brix akan turun seiring dengan berkurangnya kandungan

gula dalam sampel. Tetapi, pada hasil percobaan kadar glukosa yang dihasilkan semakin

besar. Faktor yang mungkin terjadi yaitu saat memasukan beads kedalam kolom,serta

ada beads yang mengambang dan sering terjadi penyumbatan. Selain itu, beads yang

digunakan adalah beads sisa kelompok sebelumnya, jadi kandungan didalam beads

mulai tidak sebagus beads yang baru.

Kemudian dilihat dari kadar alcohol, didalam teori telah dijelaskan bahwa kadar

maksimal alcohol yang didapatkan melalui proses fermentasi adalah 20%. Saat

praktikum kadar alkohol sesuai dengan teori, yaitu kadar alkohol semakin besar dan

sekitar < 20% dan indeks bias yang diukur semakin meningkat, tapi pada nilai brix

bahwa hasil dari praktikum semakin meningkat.


BAB V

SIMPULAN DAN SARANa. SIMPULAN

1. Jadi prosedur pembuatan sel terimmobilisasi meliputi

Penanaman bakteri yang dicampurkan ke media aktivasi dan inkubasi

Pencampuran media aktivasi dengan larutan natrium alginat

Pembuatan Beads dalam larutan CaCl2.

2. Karakteristik matriks pendukung sel terimmobilisasi bersifat rapuh oleh karena itu

dipilih bioreaktor dengan gesekan hidrodinamik yang rendah yaitu “Packed

Column”.

3. Prosedur penggunaan sel terimmobilisasi dalam proses fermentasi meliputi

Sterilisasi alat

Perangkaian alat

Pengisian kolomreaktor dengan sel terimmobilisasi

Pengisian kolomreaktor dengan media produksi

Pengaturan laju alir

Uji produk meliputi brix(%), kadar alkohol dan indeks bias

4. Tipe reaktor yang tepat untuk sel terimmobilisasi adalah Packed Column.

5. Karakteristik reaktor batch dan kontinu yang menggunakan sel terimmobilisasi

adalah yaitu pada reaktor kontinu substrat dapat dikembalikan lagi ke dalam reaktor

beberapa kali untuk mendapatkan produk yang diinginkan

6. Mengevaluasi kinerja reaktor “Packed Column”.

5.2 SARAN


DAFTAR PUSTAKA

Ofa Suzanti Betha. 2009. Amobilisasi Sel. FMIPA UI.

Anonim. 2012. Sel Immobilisasi. http://putrarajawali76.blogspot.co.id/2012/11/sel-

imobilisasi.html (diakses tanggal 6 Desember 2015)

Mahbubillah, M. Ainul dan Maya Shovitri. Jurnal: Imobilisasi Sel Bacillus S1 dengan Matriks Alginat untuk Proses Reduksi Merkuri. Jurusan Biologi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS): Surabaya.

Anonim. http://a-research.upi.edu/operator/upload/s_bio_0708788_chapter4x.pdf (diakses

tanggal 6 Desember 2015)


http://a-research.upi.edu/operator/upload/s_bio_0708788_chapter4x.pdf

http://putrarajawali76.blogspot.co.id/2012/11/sel-imobilisasi.html

http://putrarajawali76.blogspot.co.id/2012/11/sel-imobilisasi.html

bab i ii iii amobilisasi sel

Documents