KINETIKA STERILISASI (STR)

MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

KINETIKA STERILISASI (STR)

Disusun oleh: Kevin Yonathan Prof. Dr. Tjandra Setiadi Dr. Ardiyan Harimawan

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia

Kinetika Sterilisasi

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI.............................................................................................................................. 2 DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 3 DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 4 BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 5 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN.................................................................6 2.1 Tujuan .............................................................................................................................. 6 2.2 Sasaran ............................................................................................................................. 6 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN...................................................................................7 3.1 Alat dan Bahan ................................................................................................................. 7 3.2 Skema Alat Percobaan ..................................................................................................... 7 BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................... 8 4.1 Prosedur Kerja Sterilisasi Batch ...................................................................................... 8 4.2 Prosedur Kerja Kalibrasi Pompa Peristaltik .................................................................... 9 4.3 Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Laju Alir).................................................. 10 4.4 Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Temperatur) .............................................. 11 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 12 LAMPIRAN ............................................................................................................................. 13 A. Tabel Data Mentah .......................................................................................................... 13 B. Prosedur Perhitungan ...................................................................................................... 13

STR

2



DAFTAR GAMBAR Gambar 3. 1 Peralatan percobaan .............................................................................................. 7

Gambar 4. 1 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi batch ........................................................ 8 Gambar 4. 2 Diagram alir prosedur kerja kalibrasi pompa peristaltik ....................................... 9 Gambar 4. 3 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi laju alir ............. 10 Gambar 4. 4 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi temperatur ........ 11

Gambar B. 1 Contoh grafik hubungan ln(N0/N) terhadap waktu ............................................ 14 Gambar B. 2 Contoh grafik hubungan kd terhadap 1/T ........................................................... 15 Gambar B. 3 Contoh kurva kalibrasi pompa peristaltik .......................................................... 16 Gambar B. 4 Contoh grafik hubungan ln kd terhadap 1/T pada sterilisasi kontinu ................. 17

STR

3



DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Daftar alat dan bahan ................................................................................................ 7

Tabel A. 1 Data pengamatan sterilisasi batch .......................................................................... 13 Tabel A. 2 Data kalibrasi pompa peristaltik ............................................................................ 13 Tabel A. 3 Data sterilisasi kontinu........................................................................................... 13

STR

4



BAB I PENDAHULUAN Mikroorganisme merupakan komponen yang memiliki peranan penting dalam industri bioproses. Proses yang ada di dalam industri bioproses, seperti fermentasi misalnya, memanfaatkan bantuan mikroorganisme. Ada kalanya suatu alat atau medium fermentasi mengandung mikroorganisme yang tidak dikehendaki yanng biasa disebut kontaminan. Proses sterilisasi merupakan cara untuk menghilangkan kontaminan.

Pada prinsipnya, sterilisasi adalah metode pemusnahan atau penghilangan mikroorganisme dari suatu alat atau lingkungan tertentu. Proses ini akan memusnahkan semua jenis mikroorganisme yang terdapat pada suatu lingkungan. Proses sterilisasi merupakan proses yang harus ada dalam industri bioproses untuk mencegah adanya aktivitas mikroorganisme yang tidak dikehendaki pada suatu proses, mempertahankan kelangsungan proses dan mempertahankan kualitas produk yang diinginkan.

Metode sterilisasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah dengan pemanasan. Sterilisasi dengan pemanasan secara batch dan kontinu dilakukan untuk memahami kinetika kematian sel ragi. Kinetika kematian mikroorganisme dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain waktu pemanasan, temperatur, serta laju alir pada sterilisasi kontinu.

STR

5



BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN 2.1 Tujuan Praktikum “Kinetika Sterilisasi” ini bertujuan agar: 1. Praktikan mempelajari kinetika kematian mikroorganisme dalam sistem batch dan kontinu. 2. Praktikan mengevaluasi efisiensi dari sistem sterilisasi kontinu.

2.2 Sasaran Sasaran yang hendak dicapai pada praktikum ini yaitu: 1. Menentukan parameter-parameter kinetika sterilisasi, yaitu konstanta kematian spesifik (kd), energi aktivasi (Ea), dan faktor frekuensi (A) untuk sistem sterilisasi batch dengan variasi temperatur. 2. Menentukan parameter-parameter kinetika sterilisasi, yaitu konstanta kematian spesifik (kd), energi aktivasi (Ea), dan faktor frekuensi (A) untuk sistem sterilisasi kontinu dengan variasi temperatur dan laju alir. 3. Menghitung fraksi kematian suatu mikroorganisme dengan model reaktor tertentu. 4. Menentukan efisiensi sistem sterilisasi kontinu.

STR

6



BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan

Tabel 3. 1 Daftar alat dan bahan

Alat

Bahan

1.

Tabung reaksi

1.

Biakan ragi

2.

Pompa peristaltik

2.

Glukosa

3.

Termometer

3.

Bahan-bahan nutrien medium

4.

Coil sterilizer

4.

Air

5.

Mikroskop

5.

Es batu

6.

Counting chamber

6.

Metilen biru

7.

Labu erlenmeyer

8.

Autoklaf

9.

Water bath

10.

Pemanas

11.

Counter

3.2 Peralatan Percobaan Sterilisasi

Gambar 3. 1 Peralatan percobaan STR

7



BAB IV PROSEDUR KERJA 4.1 Prosedur Kerja Sterilisasi Batch

Gambar 4. 1 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi batch

STR

8



4.2 Prosedur Kerja Kalibrasi Pompa Peristaltik

Gambar 4. 2 Diagram alir prosedur kerja kalibrasi pompa peristaltik

STR

9



4.3 Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Laju Alir)

Gambar 4. 3 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi laju alir

STR

10



4.4 Prosedur Kerja Sterilisasi Kontinu (Variasi Temperatur)

Gambar 4. 4 Diagram alir prosedur kerja sterilisasi kontinu dengan variasi temperatur

STR

11



DAFTAR PUSTAKA Aiba, dkk. Biochemical Engineering. University of Tokyo Press. Tokyo. Chapter 9. Shuler, M.L., Kargi, F. Bioprocess Engineering. 2nd ed. Prentice Hall. 2002. p. 314-320. Stanburi, P.F., Whitaker, A. Principles of Fermentation Technology. John Wiley and Sons. New York. Chapter 8. Way, D.I.C. dkk. Fermentation and Enzyme Technology. John Wiley and Sons. New York. Chapter 8.

STR

12



LAMPIRAN A. Tabel Data Mentah A.1 Data Sterilisasi Batch

Tabel A. 1 Data pengamatan sterilisasi batch

Temperatur (oC)

t (min)

N1 (sel)

N2 (sel)

A.2 Data Kalibrasi Pompa Peristaltik

Tabel A. 2 Data kalibrasi pompa peristaltik

Skala

Volume (mL)

t1 (s)

t2 (s)

A.3 Data Sterilisasi Kontinu Panjang coil : ... m. Diameter coil : ... cm. Skala pompa : ...

Tabel A. 3 Data sterilisasi kontinu

T (oC)

N0,1(sel)

N0,2 (sel)

Nt,1 (sel)

Nt,2 (sel)

B. Prosedur Perhitungan B.1 Penentuan Nilai Konstanta Kematian Spesifik (kd) pada Sterilisasi Batch Persamaan model laju kematian sel merupakan PDB linear orde 1 : 𝑑𝑁 = −𝑘𝑑 . 𝑁 𝑑𝑡

STR

13


dimana :


t = waktu ; N = jumlah atau konsentrasi sel ; kd = konstanta kematian spesifik.

Batas integrasi : t = 0 → N = N0 dan t = t → N = N. Jika persamaan tersebut diintegrasikan: 𝑁

𝑡 𝑑𝑁 = −𝑘𝑑 . ∫ 𝑑𝑡 𝑁𝑜 𝑁 0

∫

𝑙𝑛

𝑁𝑜 = 𝑘𝑑 . 𝑡 𝑁

Contoh data percobaan:

Tabel B. 1 Contoh pengolahan data untuk penentuan kd pada sterilisasi batch t (min) 0 1 2 3 4 5

Hubungan 𝑙𝑛

𝑁𝑜 𝑁

N1 99 92 80 77 62 53

N2 102 98 89 70 66 47

N rata2 100.5 95 84.5 73.5 64 50

ln(No/N) 0 0.056281 0.173406 0.312872 0.451275 0.698135

terhadap t diperoleh sebagai berikut: 0.8 0.7 y = 0.1207x R² = 0.9387

ln (No/N)

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

1

2

3

4

5

6

t (min)

Gambar B. 1 Contoh grafik hubungan ln(N0/N) terhadap waktu

Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa pada kondisi percobaan, nilai kd adalah sebesar 0,9387.

STR

14



B.2 Penentuan Nilai Energi Aktivasi (Ea) dan Faktor Frekuensi (A) Pada sterilisasi batch dan kontinu, harga Ea dan A dapat diperoleh melalui persamaan Arrhenius : −𝐸𝑎 𝑘𝑑 = 𝐴. exp ( ) 𝑅𝑇 Dengan R = 1,987 kal/mol.K Persamaan tersebut dapat dilinearkan menjadi: ln 𝑘𝑑 = −

𝐸𝑎 1 𝑥 + ln 𝐴 𝑅 𝑇

Contoh data pengamatan:

Tabel B. 2 Contoh pengolahan data untuk penentuan Ea dan A T(oC)

T(K) 50 60 70 75 80

1/T (1/K) kd ln kd 0.003096 0.1453 -1.92895 0.003003 0.1266 -2.06672 0.002915 0.2367 -1.44096 0.002874 0.215 -1.53712 0.002833 0.237 -1.4397

323 333 343 348 353

1

Hubungan ln kd terhadap 𝑇 diperoleh sebagai berikut: 0 0.0028 0.00285 0.0029 0.00295

0.003

0.00305 0.0031 0.00315

ln kd

-0.5 -1

-1.5

y = -2331.8x + 5.1826 R² = 0.7009

-2 -2.5 1/T (1/K)

Gambar B. 2 Contoh grafik hubungan kd terhadap 1/T

Dari grafik di atas diperoleh gradien (−

𝐸𝑎 𝑅

)= -2331,8 sehingga Ea = -4633,28 kal. Intersep

diperoleh sebesar = 5,1826 (ln A) sehingga A = 178,14/min.

STR

15



B.3 Kalibrasi Pompa Peristaltik Contoh data kalibrasi pompa peristaltik:

Tabel B. 3 Contoh data kalibrasi pompa peristaltik Skala 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

V (mL) t1 (s) t2 (s) t rata2 (s) Q (mL/s) 10 47.3 47.25 47.275 0.211528 10 46.2 46.4 46.3 0.215983 10 44.8 44.9 44.85 0.222965 10 43.7 43.6 43.65 0.229095 10 43 42.9 42.95 0.232829 10 42 42.05 42.025 0.237954 10 41.3 41.3 41.3 0.242131 10 40.5 40.5 40.5 0.246914 10 39.2 39.2 39.2 0.255102 10 38.4 38.4 38.4 0.260417

Dari data di atas dibuat kurva kalibrasi sebagai berikut: 0.27 0.26

Q (mL/s)

0.25 0.24

y = 0.0005x + 0.2062 R² = 0.9952

0.23 0.22 0.21 0.2 0

20

40

60

80

100

120

Skala

Gambar B. 3 Contoh kurva kalibrasi pompa peristaltik

Maka persamaan kalibrasi pompa peristaltik adalah: Q = 0,0005*skala pompa + 0,2062

B.4 Penentuan Nilai Konstanta Kematian Spesifik (kd) pada Sterilisasi Kontinu Persamaan nerasa massa sel pada aliran sumbat dalam keadaan tunak merupakan PD orde 2: 𝐷𝑧. STR

𝑑2 𝑁 𝑑𝑁 − 𝑢. − 𝑘𝑑 . 𝑁 = 0 2 𝑑𝑥 𝑑𝑥 16



Untuk percobaan sterilisasi kontinu, diasumsikan sterilizer coil merupakan PFR ideal sehingga dispersi ke arah aksial diabaikan, serta kondisi di sepanjang coil isotermal sehingga kd tetap. Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi: 𝑑𝑁 − 𝑘𝑑 . 𝑁 = 0 𝑑𝑥 𝑑𝑁 ∫ = −𝑘𝑑 . 𝑉 ∫ 𝑑𝑥 𝑁 𝑢.

Batas integrasi: x=0 →N=N0 dan x=x → N=N. Maka, 𝑘𝑑 = ln

𝑁𝑜 𝑄 1 . . 𝑁 𝐴 𝑥

Contoh data percobaan: Tabel B. 4 Contoh pengolahan data untuk penentuan kd pada sterilisasi kontinu T(K) 323 333 343 348 353

1/T(1/K) 0.003096 0.003003 0.002915 0.002874 0.002833

No

No,1

No,2

137 139 150 155 166

136 136.5 139 139 147 148.5 160 157.5 174 170

rata2

Nt,1

Nt,2

19 43 69 72 87

27 41 65 76 80

Nt

ln(No/Nt)

kd

ln kd

1.78083 1.196804 0.795892 0.75536 0.710952

7.218607 4.851254 3.226155 3.061858 2.881848

1.976662 1.579237 1.171291 1.119022 1.058432

rata2

23 42 67 74 83.5

Alur ln kd terhadap 1/T: 2.2 2

ln kd

1.8 1.6 y = 3635.1x - 9.3215 R² = 0.9672

1.4 1.2 1 0.8 0.0028

0.00285

0.0029

0.00295

0.003

0.00305

0.0031

0.00315

1/T (1/K)

Gambar B. 4 Contoh grafik hubungan ln kd terhadap 1/T pada sterilisasi kontinu

Dari linearisasi grafik di atas diperoleh persamaan: 1 ln 𝑘𝑑 = 3635,1 ( ) − 9,3215 𝑇 Maka diperoleh Ea = -30222,221 J/mol dan A = 8,95 x 10-5 STR

17



B.5 Penentuan Fraksi Sel Hidup Teoretis. Persamaan kinetika laju kematian sel pada sterilisasi kontinu: 𝑑𝑁 − 𝑘𝑑 . 𝑁 = 0 𝑑𝑥 𝑑𝑁 ∫ = −𝑘𝑑 . 𝑉 ∫ 𝑑𝑥 𝑁 𝑢.

ln

𝑁 = − 𝑘𝑑 . 𝑉. 𝑥 𝑁𝑜

Maka secara teoretis fraksi sel hidup pada panjang coil sterilizer tertentu adalah: 𝑁 𝐴 = exp (−𝑘𝑑 . . 𝑥) 𝑁𝑜 𝑄

B.6 Penentuan Fraksi Sel Hidup Nyata Fraksi sel hidup nyata diperoleh dari data percobaan dengan membagi jumlah sel hidup terhitung setelah sterilisasi selama waktu tertentu (Nt) dengan jumlah sel mula-mula sebelum sterilisasi yang terhitung (N0).

B.7 Penentuan Efisiensi Sterilisasi Kontinu 𝑁

Fraksi kematian = 1 − 𝑁𝑜 𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑘𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑎𝑛 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎

Efisiensi sterilisasi = 𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑘𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠 . 100% =

STR

𝑁𝑡 ) ) 𝑁𝑜 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 𝑁𝑡 (1−( ) ) 𝑁𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠

(1−(

. 100%

18

KINETIKA STERILISASI (STR)

Recommend Documents