84910141 ion exchange recovery of protein (2)
TRANSCRIPT
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 1/12
ION EXCHANGE RECOVERY OF PROTEIN
( PERTUKARAN ION PEMULIHAN PROTEIN )
I. PENDAHULUAN
Pertukaran ion diartikan sebagai pertukaran ion-ion yang bermuatan sama
antara larutan dengan suatu bahan yang padat serta tak dapat larut. Penukar ion dapat
berupa suatu zat dan penukar itu sendiri adalah zat padat tertentu yang dapat
membebaskan ionnya ke dalam larutan ataupun menggantikan ion lain dari ion
larutan. Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi sampai tingkat yang tinggi
yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang (cross-linking) serta gugusan yang
mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Penggunaannya dalam analisis kimia
misalnya untuk menghilangkan ion-ion pengganggu, memperbesar konsentrasi
jumlah ion-ion renik, proses deionisasi air atau demineralisasi air, memisahkan ion-
ion logam dalam campuran dengan kromatografi penukar ion. Berdasarkan gugus
fungsionalnya, resin penukar ion terbagi menjadi dua yaitu resin penukar kation dan
resin penukar anion. Resin penukar kation mengandung kation yang dapat
dipertukarkan, sedang resin penukar anion mengandung anion yang dapat yang dapat
dipertukarkan. Secara umum rumus struktur resin penukar ion yang dapat merupakan
resin penukar kation (Gambar 1) dan resin penukar anion (Gambar 2).
Gambar 1. Resin Penukar Kation
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 2/12
Gambar 2. Resin Penukar Anion
Pertukaran ion sebagai teknologi untuk pemulihan bahan seperti logam dikenal
dan telah digunakan pada industri selama bertahun-tahun. Penukar ion ini didasarkan
pada bahan sintetis dan penggunaannya terbatas pada pemulihan ion-ion
kecil meskipun banyak upaya telah dilakukan untuk pemulihan makromolekul.
Salah satu kelemahan utama dari exchanger ini bila digunakan untuk
pemulihan makromolekul organik adalah struktur halus dari molekul akan terganggu.
Misalnya pada protein, yang tidak dapat diperoleh kembali tanpa
mengalami denaturasi. Selain itu kapasitas adsorpsi umumnya kecil.
Produksi penukar ion yang sesuai untuk pemulihan protein dan makromolekul
lainnya yang serupa dari larutan hanya terbatas pada penukar hidrofilik berdasarkan
selulosa alami. Namun untuk waktu yang lama teknologi ini terbatas pada
penggunaan laboratorium karena terbukti sangat penting untuk analisis protein dan
isolasi pada skala laboratorium.
Generasi kedua penukar ion hidrofilik juga didasarkan pada selulosa, tetapi
pada selulosa regenerasi. Penukar ion ini telah dikembangkan di Negara Selandia
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 3/12
Baru dan Inggris. Pada penukar ion generasi kedua, memiliki beberapa keunggulan
seperti memiliki kapasitas yang sangat baik untuk protein, memiliki struktur granular
yang memberikan sifat hidrolik yang lebih baik dan dapat digunakan pada skala yang
lebih besar. Karakteristik penukar ion dengan resin sintetik dan penukar ion
makromolekular ( hirofilik) dapat dilihat pada table di bawah ini :
Tabel 1. Karakteristik Penukar Ion
Penukar Ion Kecil Menggunakan Resin Sintetik
Kegunaan De-ionisasi, water treatment, pemulihan
logam
Pembatasan Resin tidak dapat menyerap makromolekul
dengan baik. Contohnya protein, tidak dapat
diserap tanpa merusak molekul protein
Penukar Ion Makromolekular ( Hidrofilik)
Generasi Pertama Berdasar pada selulosa alami
Kapasitas baik, protein tidak mengalami
denaturasi, tetapi serat menghalangi
penggunaan pada skala besar
Generasi Kedua Berdasar pada selulosa regenerasi
Kapasitas yang sangat baik untuk protein,
struktur granular memberikan sifat hidraulik
yang lebih baik dan dapat digunakan pada
skala besar
Generasi Ketiga Berdasar pada modifikasi,
menggunakan selulosa regenerasi
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 4/12
II. PEMBAHASAN
A. TIPE PENUKAR ION HIDROFILIK
Pertukaran ion merupakan proses pertukaran kimia yaitu zat yang tak
dapat larut, memisahkan ion bermuatan positif atau negatif dari larutan elektrolit
dan melepaskan ion bermuatan sejenis ke dalam larutan yang secara kimiawi
jumlahnya sama. Proses pertukaran ion ini tidak menyebabkan perubahan struktur
fisik dari resin penukar ion. Penukar ion selulosa regenerasi tersedia dalam bentuk
asam atau basa kuat dan lemah tergantung dengan jenis utama dari resin
pertukaran ion konvensional. Jenis utama yang dikembangkan adalah
karboksimetil diehylaminoethyl, sulfopropyl, dan turunan dasar kuaterner.
Gugusan fungsional asam (atau basa) suatu resin penukar ditempati oleh ion-iondengan muatan berlawanan. Ion yang labil adalah H
+pada penukar kation. Resin
dengan gugusan sulfonat atau amina kuartener adalah terionisasi kuat, tidak larut
dan sangat reaktif. Resin-resin demikian disebut resin penukar kuat, sedangkan
gugusan ion yang terionisasi secara parsial seperti > COOH, -OH, dan NH2
dikenal sebagai resin penukar yang lemah Karakteristik ionisasi untuk resin
tersebut ditentukan dengan titrasi menggunakan glass electrode dan ditandai
dengan adanya garam. Rentang PH yang bekerja secara efektif adalah sekitar 2-
12.
B. ADSORSI DAN DESORPSI PROTEIN MURNI
Dalam pertukaran ion, suatu larutan resin dibiarkan mengalir melewati
suatu susunan bahan yang terbuat dari butiran zeolit atau suatu resin pertukaran
ion. Ion-ion dalam larutan menjadi terikat pada bahan itu dan kemudian menggeser
ion yang sama tandanya. Pada proses pertukaran ion , larutan yang melalui kolom
disebut influent , sedangkan larutan yang keluar kolom disebut effluent . Proses
pertukarannya adalah serapan (adsorpsi) dan proses pengeluaran ion adalah
desorpsi atau elusi sedangkan regenerasi merupakan proses mengembalikan resin
yang sudah terpakai kebentuk semula. Kapasitas penerobosan (break through
capacity) didefinisikan sebagai banyaknya ion yang dapat diambil oleh kolom
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 5/12
pada kondisi pemisahan; dapat juga dikatakan sebagai banyaknya miliekivalen ion
yang dapat ditahan dalam kolom tanpa ada kebocoran yang dapat teramati.
Gambar 3. Kurva Adsorpsi Protein
Gambar 3 menunjukan tipikal siklus adsorpsi-desorpsi untuk pertukaran
resin regenerasi selulose anion DEAE (Diethylaminoethyl) dan 0,1% larutan
bovine serum albumin encer. Konsentrasi protein dipantau dalam kolom efluen
dengan pengukuran adsorpsi sinar UV pada panjang gelombang 280 nm. Garis
yang benar-benar datar menunjukkan penyerapan protein total sampai ke titik
terobosan (breakthrough point ). Hal ini ditandai dengan tidak adanya kekeruhan
ketika asam phosphotungstic ditambahkan ke kolom efluen. Kurva serapan dapat
dibandingkan dengan kurva serupa yang diperoleh dengan kolom identik dari
resin tipe kondensasi berpori. Dapat dilihat bahwa dalam kasus ini penerobosan
terjadi sangat cepat setelah larutan tersebut diterapkan pada kolom Absorbansi UV
diukur pada 280 nm adalah berbanding lurus dengan konsentrasi protein untuk larutan protein murni.
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 6/12
Gambar 4. Kurva Adsorpsi Protein
Pada gambar 3 dan 4 baseline pada awalnya disesuaikan dengan
menggunakan air suling, dan tinggi puncak pertama dalam setiap kasus
menunjukkan adsorpsi yang disebabkan oleh tes larutan bovine serum albumin.
Volume selama penyerapan UV turun ke tingkat (H2O) kosong menunjukkan
volume di mana penyerapan protein lengkap diperoleh dalam setiap kasus.
Setelah terobosan kolom resin selulosa dicuci dengan air sampai
absorbansi UV menjadi nol. Kemudian larutan regenerant yang terdiri dari 0,5 M
natrium hyroxide ditambahkan. Biasanya regenerasi lengkap dicapai dengan satu
bed volume regenerant diikuti oleh pembilasan dengan 2 bed volume air.
Sebaliknya, puncak regenerasi untuk kondensasi berpori tipe resin adalah kecil dan
asimetris menunjukkan serapan protein minimal.
C. SISTEM PERTUKARAN ION
Agar pertukaran ion dapat berjalan dengan baik maka diperlukan cara
yang efektif yang untuk memisahkan padatan dari cairan. Hal ini dapat dicapaidengan menggunakan kolom, fixed-bed , fluidized bed ,agitated column, atau stirred
tank . Pemilihan sistem tergantung pada sifat dari penukar atau sifat dari material
yang akan diperlakukan. Misalnya, sistem stirred tank lebih berhasil digunakan
daripada fixed bed column untuk bahan dengan padatan bersuspensi tinggi. Ketika
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 7/12
lemak hadir, kolom agitasi atau stirred tank lebih cocok digunakan untuk
membantu dalam menghilangkan lemak. Eluates dengan konsentrasi lebih tinggi
dapat diperoleh ketika kolom yang digunakan.
D. APLIKASI PERTUKARAN ION HIDROFILIK
1. ABATTOIR EFFLUENT TREATMENT
a. Teknik Column
Kolom atau bed yang digunakan adalah dari jenis konvensional,
dilengkapi dengan sarana untuk fluidisasi dan pencucian (backwashing).
Abattoir effluent sangat mencemari karena nilai BOD (Biological Oxygen
Demand) yang tinggi dan kontaminan utama lemak sedang dan protein. Padaumumnya, effluent mengandung sejumlah besar bahan yang tidak dapat larut
seperti lemak, dan jika diterapkan secara langsung pada bed resin akan
menyebabkan penyumbatan sehingga terjadi pengurangan laju aliran. Oleh karena
itu, pada effluent harus dikenakan pretreatment yang terdiri dari flokulasi dan
flotasi udara untuk menghilangkan partikulat dan lemak. Kombinasi perlakuan
jenis ini menggunakan penukar anion selulosa DEAE yang telah memberikan
penurunan BOD lebih dari 95%. Bentuk umum dari kurva adsorpsi dan terobosan
dapat dilihat pada kurva di bawah ini.
Gambar 5. Kurva Column Breakthrough
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 8/12
Gambar 6. Kurva Column Breakthrough
Kolom resin diregenerasi dengan larutan NaOH dari 15% NaCl 3,5
kemudian diikuti dengan bilasan air. Karena resin DEAE merupakan fungsi basa
kuat dan efluen mengandung garam maka dapat dilihat pada kurva, pH awal
sangat tinggi yaitu berkisar di angka 10-11 pada 10-15 bed volume pertama.
Kemudia lama-kelamaan pH tersebut menurun menjadi 9 pada 30-50 bed volume
selanjutnya. Sehingga semakin banyak bed volume efluen maka pH akan semakin
menurun. Dalam kondisi normal baik warna maupun konsentrasi protein pada
efluen minimal sampai terobosan terjadi biasanya pada angaka 40-100 BV
tergantung pada kekuatan efluen.
Penggukuran permintaan oksigen kimia (COD) menghasilkan kurva di
mana nilai sisa yang cukup konstan sebesar 5-20% dari nilai COD awal
dipertahankan sampai titik terobosan. Hal ini disebabkan oleh adanya effluent
senyawa organik tidak bermuatan, seperti karbohidrat, urea, dll, yang tidak
teradsorpsi oleh resin. dan juga komponen protein MW rendah yang telah hancur
yang dihasilkan oleh bakteri dalam effluent. Dari kurva dapat dilihat bahwa setelah
terobosan kurva protein cenderung tertinggal di belakang kurva kepadatan optik
dan COD tertinggal dari kurva protein. Siklus adsorpsi diakhiri pada titik
terobosan dan resin bed diregenerasi dengan larutan garam alkali 1 BV.
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 9/12
Regenerant yang dihabiskan dalam bed pertukaran ion terdiri dari larutan
protein terkonsentasi maka harus dilakukan treatment untuk menghilangkan
bahan-bahan organik dan mengurangi tingkat BOD.
b. Metode Continuous
Pada metode ini, efluen bersama dengan aliran media selulosa, dimasukkan
ke dalam tangki diaduk (stirred tank ) kemudian protein diserap dan suspensi
dibiarkan mengalir ke kerucut menetap pertama ( first settling cone) di mana
media, dengan protein terserap ditransfer ke kerucut kedua kemudian protein di
desorbed dengan penambahan garam. Medium diperbolehkan untuk menetap dan
larutan protein meluap. Medium ditransfer ke kerucut ketiga untuk dicuci dandiregenerasi, dan siap untuk didaur ulang.
Gambar 7. Diagram alir sistem pertukaran ion continuous
2. WHEY TREATMENT
Whey merupakan hasil samping (by product ) dari pembuatan keju
sehingga tidak dapat dipisahkan dari industri keju. Pembuatan keju secara
tradisional ataupun modern menghasilkan whey dalam jumlah yang banyak yaitu
kurang lebih 83% dari volume yang digunakan. Sejak diketahui whey masih
mengandung nutrisi yang tinggi di antaranya protein, laktosa, dan mineral maka
whey masih bisa dimanfaatkan sebagai nutrisi bagi manusia. Whey merupakan
protein yang tidak mengalami presipitasi karena asam, dan mencerminkan sekitar
20% dari total kandungan protein.
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 10/12
Whey keju adalah sumber protein yang sangat jelas berkualitas dan dapat
diolah dengan metode pertukaran ion. Keju atau kasein wheys mengandung
albumin dan globulin susu yang bersama-sama berjumlah sekitar 20% dari protein
susu. Biasanya, whey mengandung protein 0,6%, mineral 0,6%, lemak 0,06% dan
laktosa 4,6%. Jumlah total padatan whey sebesar 60 g l-1 dimana 6 g protein
merupakan protein yang berguna.
Metode pemisahan yang digunakan untuk whey treatment yaitu dengan
dasar penyaringan bawah pada tangki reaktor yang diaduk ( filter bottom strirred
tank reactor ). Metode ini menggunakan tangki yang dilengkapi saringan bawah
dan reksi ini terjadi di atas saringan. Why ditarik menuju reaktor emudian pH
diatur dan protein diserap ke dalam medium. Deproteinized whey dihilangkanmelalui saringan kemudian pada proses pemurnian, media yang mengandung
protein dicuci agar terbebas dari kotoran. Setelah itu air ditambahkan dan pH
diatur untuk melepaskan protein ke dalam larutan. Setelah desorpsi selesai, larutan
protein dikonsentrasikan dan disemprot kering untuk menghasilkan bubuk protein
putih.
3. LIMBAH PROTEIN LAINNYA
Selain limbah keju, limbah lainnya yang telah berhasil diatasi dengan
metode pertukaran ion adalah efluen kentang dan efluen penyulingan. Penggunaan
metode ini untuk sangat efisien untuk pemulihan protein. Komposisi dari produk
protein yang dapat dipulihkan ( protein product recovered ) dari beberapa imbah
dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 2. Protein yang Dipulihkan dari Limbah Pembuatan Makanan dengan
Metode Pertukaran Ion
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 11/12
Waste StreamProtein N (g l
-1) Removal
of Protein Before After
Potato effluent 0.78 0.035 95.5
Distillery effluent 0.48 0 100.0
Animal by product 0.52 0.036 93.0
Tabel 3. Typical Analysis of Proteins Isolated by Ion Exchange from some Process
Effluents
Process effluent Protein (%) Ash (%)
Soy 92 4
Potato 94 1.5
Rapessed 95 3
III. KESIMPULAN
Pertukaran ion merupakan pertukaran ion-ion yang bermuatan sama antara
larutan dengan suatu bahan yang padat serta tak dapat larut, memisahkan ion
bermuatan positif atau negatif dari larutan elektrolit dan melepaskan ion bermuatan
sejenis ke dalam larutan yang secara kimiawi jumlahnya sama. Proses pertukaran ion
ini tidak menyebabkan perubahan struktur fisik dari resin penuar ion.
Penukar ion hidrofilik yang berdasar pada selulosa dapat digunakan untuk
pemulihan protein. Di dunia industri hal ini sangat penting untuk mengolah produk
samping (limbah) yang masih bernilai gizi tinggi misalnya pada whey yang masih
memiliki kandungan protein tinggi.
5/16/2018 84910141 Ion Exchange Recovery of Protein (2) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/84910141-ion-exchange-recovery-of-protein-2 12/12
RESUME MIKROBIOLOGI INDUSTRI
“ION EXCHANGE RECOVERY OF PROTEIN”
(PERTUKARAN ION PEMULIHAN PROTEIN)
Disusun oleh :
1. TrismitaWidyasari (09932)
2. Moh Hidayatullah (09934)
3. Fahrudin (09937)
4. Muhammad Agil Muharom (09938)
5. Erwin Dwi Rendrahadi (09946)
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2011