Senin, 02 Mei 2011

Sintesis Protein dari Metanol

Membongkar tugas-tugas kuliah terdahulu... dan mengingat tujuan semula dari blog: mengabadikan tugas-tugas kuliah.

So... here it is.


Tugas 2 TK3204 – Proses Industri Kimia
Proses ICI Pruteen : Sintesis Protein dari Metanol
Adri Kristian – 13006033
Dosen: Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja
Tanggal Pengumpulan: Kamis, 25 Februari 2010


Metanol


Metanol (CH3OH) merupakan salah satu senyawa kimia yang memiliki banyak kegunaan. Senyawa alkohol yang berwujud cairan tak berwarna pada kondisi kamar ini dalam dunia industri kimia merupakan senyawa antara untuk memproduksi berbagai bahan siap pakai antara lain bahan bakar (etanol, hidrogen, DME, DMFC, bensin, bahan bakar diesel, dan jet fuel), formaldehid (yang kemudian menjadi bahan peledak, tekstil, cat, dan lain-lain), asam asetat, monomer (dimetil tereftalat untuk poliester, metal metakrilat untuk Plexiglass), dan lain-lain. Kegunaan yang beragam dan luas ini mengakibatkan inovasi-inovasi baru dalam cara-cara sintesis metanol memiliki potensi tinggi untuk dikembangkan karena berpeluang sangat menguntungkan.

Saat ini ada beberapa cara yang digunakan untuk sintesis metanol. Cara paling umum adalah sintesis dari syngas (H¬2, CO, dan CO2) namun gas-gas tersebut bersumber kebanyakan dari reformasi kukus sumber daya tak terbarukan (gas bumi dan gas kilang) yang mahal, meskipun dapat juga diperoleh dari biogas. Distilasi kering (pirolisis) kayu merupakan cara produksi pertama metanol yang saat ini mulai ditilik lagi karena kayu merupakan sumber daya terbarukan. Oksidasi parsial metana juga dinilai menjanjikan karena memberikan keuntungan dengan mengkonversi metana (gas) menjadi cairan yang lebih compact dan bahan bakunya dapat diperoleh juga dari biogas.

Dengan demikian, sintesis metanol dari bahan-bahan terbarukan merupakan salah satu rute potensial pemanfaatan sumber daya Indonesia yang melimpah dan dengan demikian meningkatkan daya saing bangsa ini di era modern. Ditambah lagi, ada satu kegunaan metanol yang jika dieksploitasi lebih lanjut dapat menjadi sesuatu yang cukup fundamental bagi perkembangan kehidupan umat manusia, yaitu sebagai bahan baku salah satu kebutuhan pokok manusia: protein.


Single-Cell Protein (SCP)


Istilah SCP umumnya digunakan untuk menyebut protein yang diekstrak dari sel mikroorganisme dengan konsentrasi tinggi, dan dapat digunakan manusia sebagai bahan makanan pengganti protein konvensional (dari hewan atau tumbuhan). Prinsip pembuatan SCP adalah melalui teknologi bioproses, yaitu dengan konversi biologis substrat (dapat berupa limbah industri dan lain-lain yang mengandung sumber karbon dan nutrien lainnya) dengan biokatalis mikroorganisme khusus (ragi, jamur, bakteri, alga) menghasilkan protein sebagai produk intraseluler. Protein intraseluler ini kemudian diekstrak keluar sel dengan berbagai cara, menghasilkan produk konsentrat berupa protein. Senyawa protein berkonsentrasi tinggi ini dapat dijadikan substituen praktis protein konvensional untuk nutrisi bagi manusia.

Protein adalah salah satu senyawa yang merupakan kebutuhan primer manusia. Saat ini manusia memperoleh protein dari hewan (berburu dan beternak) serta tumbuhan (berkebun). Jumlah manusia yang semakin banyak di planet ini , disertai dengan fakta bahwa luas lahan di planet ini tidak mungkin bertambah, mengakibatkan kekhawatiran akan habisnya lahan untuk peternakan dan perkebunan dalam rangka pemenuhan kebutuhan pangan manusia. SCP menjadi potensial karena akan mengurangi lahan yang dibutuhkan manusia untuk perkebunan dan peternakan, serta mereduksi semua itu menjadi skala kecil (mikroorganisme) namun dengan jumlah produksi protein yang sama dengan cara konvensional tetapi waktu produksinya jauh lebih cepat dan cukup untuk memenuhi kebutuhan pangan seluruh umat manusia.

SCP mula-mula diproduksi secara tidak sengaja dari substrat minyak bumi mentah ketika diberikan mikroorganisme untuk menghilangkan lilin dan sulfur pada tahun 1950an. Diamati bahwa mikroorganisme tertentu dapat mencerna hidrokarbon menjadi protein. Sejak saat itu secara intensif produksi SCP secara bioproses dari minyak bumi dipelajari. Namun, naiknya harga minyak secara gila-gilaan di periode 1970an mengakibatkan pemikiran tentang SCP sebagai solusi krisis pangan menghilang dengan cepat. Pengembangan SCP selanjutnya hanya berkisar pada SCP sebagai bahan pakan ternak alternatif di negara-negara maju.

Saat ini, ide tentang SCP telah dikembangkan dengan mengganti bahan baku (minyak bumi) dengan bahan-bahan terbarukan seperti limbah industri. Salah satu proses komersial, yaitu ICI Pruteen (pembuatan SCP, terutama metionin dan lisin, berbahan baku metanol) yang sempat mati karena metanol yang digunakan berasal dari sumber tak terbarukan, dapat mengalami kebangkitan karena metanol, seperti yang telah kita bahas, dapat dikembangkan pula dari sumber terbarukan.


ICI Pruteen


Produksi SCP dengan substrat utama metanol telah dikembangan oleh Imperial Chemical Industries (ICI), sebuah perusahaan kimia skala dunia yang beroperasi di Inggris. Pada tahun 1960an ICI telah mendirikan pabrik SCP berbahan baku metanol di Billingham dengan kapasitas produksi 60000 ton/tahun dan merk dagang Pruteen. Setelah difermentasi, protein yang dihasilkan diekstrak melalui serangkaian pemisahan dan pada akhirnya menghasilkan perolehan sekitar 56% berat protein/metanol dengan konsentrasi 72-80%.

Banyak hambatan yang dijumpai dalam pengaplikasian teknologi ini yang sebagian besar berkisar pada mahalnya biaya operasi. Titik-titik pengeluaran terbesar pada pabrik ICI Pruteen adalah:
- Densitas supernatant yang mengandung bakteri hampir menyamai air sehingga untuk memisahkan bakteri dibutuhkan sentrifugasi skala besar dan membutuhkan banyak energi.
- Fermentasi mengalami penurunan efisiensi seiring peningkatan skala sehingga dibutuhkan banyak fermentor (dan mahal).
- Aerasi, pengadukan, dan pendinginan membutuhkan banyak energi.
- Harga metanol (dari minyak bumi) yang mahal (protein konvensional lebih murah 2-5 kali).

Teknologi ini akhirnya harus kalah bersaing dengan sumber-sumber protein lainnya sehingga saat ini ICI (perusahaan yang sudah hampir gulung tikar) berniat untuk menjual teknologi ini kepada pihak lain yang berminat mengembangkannya lebih lanjut, terutama kepada negara-negara Arab, di mana harga metanol dari minyak bumi lebih murah daripada harga sumber protein nabati dan hewani.


Diagram Proses ICI Pruteen

Pembuatan SCP oleh ICI memiliki bahan baku metanol sebagai substrat utama dan ammonia sebagai sumber nitrogen. Mikroorganisme pencerna metanol yang digunakan adalah Methylophylus methylotrophus. Nutrien lainnya yang digunakan memiliki komposisi sebagai berikut (per 1 L air murni): H3PO4 2,75 gr, Na2HPO4 2,5 gr, (NH4)2SO4 4 gr, MgSO4.7H2O 0,5 gr, Ca(NO3)2.4H2O 0,025 gr, FeSO4.7H2O 0,005 gr, dan ZnSO4.H2O 0,005 gr.


Metanol, ammonia (gas), dan nutrien-nutrien lainnya disterilisasi dengan steam sebelum dimasukkan ke dalam fermentor. Proses fermentasi dijalankan pada kondisi aerobik dalam sebuah alat khusus yang bernama pressure cycle fermenter. Kondisi operasi yang dijalankan adalah temperatur 20-45oC, pH 4,5-9, dan laju aerasi 0,15% v/v per menit.

Secara kontinu, produk dikeluarkan dari fermentor. Pemisahan dilakukan dengan flokulasi dan separasi gravitasional. Fasa cair dikembalikan ke fermentor sementara sel mikroorganisme dipisahkan melalui proses-proses lebih lanjut, yaitu pertama-tama dengan flash drying untuk menghilangkan kandungan air dan membunuh sel. Fasa teruapkan akan di-scrub untuk menghilangkan gas dan kemudian menjadi air limbah yang ditangani dalam pengolahan limbah. Fasa padat berupa bulk mikroorganisme diproses dengan penggilingan untuk memecah dinding sel sekaligus mengkonsentrasikan produk.

Hasil penggilingan adalah produk Pruteen dengan komposisi 72-80% protein (terutama metionin dan lisin) dan sisanya asam nukleat (sebagian besar), abu, dan lemak.

Diagram proses yang lebih spesifik dapat dilihat pada gambar berikut.

Daftar Pustaka


http://books.google.co.id/books?id=rPBhvch_zG0C&pg=PA306&lpg=PA306&dq=SCP+from+methanol&source=bl&ots=altKAXvmZ1&sig=wLqQY01RDqqmzdrE1RJ_vk5zSFQ&hl=id&ei=0k19S_WKCY3CrAfonJ31BA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=10&ved=0CD8Q6AEwCQ#v=onepage&q=SCP%20from%20methanol&f=false
http://en.wikipedia.org
http://www.cheric.org/research/process/view.php?seq=67&keyword=
http://www.docstoc.com/docs/15415266/SINGLE-CELL-PROTEIN-SCP
http://www.ied.edu.hk/biotech/eng/classrm/class_food3.html
http://www.scienceandsociety.co.uk/results.asp?image=10320664&wwwflag=2&imagepos=1

Tidak ada komentar: