Pengembangan Bioreaktor Hollow Fiber untuk Produksi Gula Cair Fruktosa

Abstract

Sirup fruktosa mempunyai potensi pasar yang sangat potensial di Indonesia mengingat jumlah impor produk ini masih tinggi. Seperti dimuat dalam harian Kompas (7 Juni 1999) bahwa pada tahun 1997, jumlah impor gula mencapai 1,5 juta ton. Sirup fruktosa banyak digunakan sebagai pengganti gula sukrosa dan gula inversi 'ndustri makanan dan minuman untuk memberikan rasa manis, aroma, dan menurunkan kandungan kalod. Keterbatasan teknik yang digunakan untuk memproduksi sirup fruktosa saat im adalah tingkat konversi dan selektivitas yang dapat dicapai masih relatif rendah (42%). Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan skema proses produksi fruktosa berbasis pada bioreaktor hollow fiber. Kebaruan dari bioreaktor ini adalah reaksi enzimatik dan proses pemisahan tedadi di dalam satu unit operasi. Dengan care demikian, produktivitas dan selektivitas yang tinggi bisa dicapai. Aplikasi enzim teramobilisasi pada struktur pori asimetrik membran hollow fiber untuk produksi fruktosa, ada tiga faktor utama yang pedu diperhatikan, yaitu (i) jumlah unit aktivitas katalitik enzim per satuan luas membran yang optimal (tingkat pembebanan dan distribusi enzim), (ii) kemudahan kontak substrat dengan enzim, dan (iii) kemudahan pemisahan produk dan campuran reaksi. Untuk mendapatkan pemahaman yang fundamental tentang kinerja bioreaktor membran hollow fiber dalam aplikasi ini, secara umum cakupan peneritian ini dibagi menjadi empat tahapan, yaitu: (a) karakterisasl membran dan enzim yang digunakan, (b) amobilisasi enzim pada struktur asimetrik membran, (c) reaksi enzimatik menggunakan enzim teramobilisasi, (d) pengembangan model matematik yang menggambarkan mekanisme amobilisasi enzim dan kinetics reaksi bioreaktor membran hollow fiber. Penelitian tahun pertama di fokuskan pada kajian desain dan pabrikasi modul membran jenis hollow fiber dan plate- and frame tipe aliran cross-flow telah di lakukan. Pada tahap ini juga empat jenis membran (dua membran hollow fiber dan dua membran dater) yang terbuat dart material polimer di pelajari karakteristiknya khususnya tentang ukuran pori dan permeabilitasnya. Studi selanjutnya adalah mengkaji stabllitas membran pada kisaran temperatur 30 - 80 °C dan pH pada kisaran 4 - 11 sesuai dengan rentang temperatur kondisi reaksi. Pengembangan model transfer uap dan optimasi proses juga di kaji pada tahap ini. Dad hasil-hasil tahun pertama ini dapat disimpulkan bahwa: • Data permeabilitas suatu membran dapat mencerminkan besarnya tahanan perpindahan massa dad membran tersebut. • Besamya permeabilitas membran sangat bergantung pada karakteristik membran, seperti hidrofilisitas, ukuran pori, distribusi ukuran pori, porositas, ketebalan, dan tortuositas pod. • Konfigurasi hollow fiber mempunyai kestabilan mekanik yang lebih baik dibandingkan dengan konfigurasi plate-and-frame. • Hasil studi distribusi waktu tinggal menunjukkan bahwa BME yang digunakan dapat dimodelkan sebagai reaktor tangki ideal kontinu (CSTR).