STOIKIOMETRI PERTUMBUHAN MIKROBA
-
Upload
muhlisaaprilia -
Category
Documents
-
view
142 -
download
15
description
Transcript of STOIKIOMETRI PERTUMBUHAN MIKROBA
STOIKIOMETRI PERTUMBUHAN MIKROBA
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 2
Pendahuluan
• Proses pertumbuhan sel sebenarnya merupakan proses kompleks melibatkan ratusan spesies kimiawi dan reaksi yang kompleks Structured dan segregated model
• Dapat disederhanakan Unstructed and unsegregated model
• Sistem pertumbuhan mikroba dapat didefinisikan secara umum
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 3
Sistem pertumbuhan
• Biomassa/sel: massa zat hidup di dalam populasi mikroorganisme tertentu pada area tertentu
• Biomassa secara umum tersusun atas elemen C, H, O, dan N CH1,8O0,5N0,2
• Dapat juga mengandung unsur S dan P• Medium pertumbuhan: medium/llingkungan
yang berisi zat-zat (nutrien) yang diperlukan untuk pertumbuhan
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 4
• Sejumlah sel ditammbahkan ke dalam medium pada kondisi tertentu sel tumbuh respon terhadap lingkungan (fisik dan kimiawi)
• Pertumbuhan sel penambahan jumlah sel + perubahan ukuran sel
• Sel memerlukan substrat untuk pertumbuhan sumber C, sumber N, HCO3-, H+, dan H2O
• Sumber N NH4+, NO3-, N2
• Sumber C organik atau CO2
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 5
Pasangan elektron donor
Glukosa/CO2
Asam laktat/CO2
Asam asetat/CO2
Etanol/CO2
Gliserol/CO2
HS-/SO42-
NH4+/NO2
-
H2/H2OFe2+/Fe3+
Pasangan elektron akseptor
Fumarat/suksinatPiruvat/Laktat
O2/H2ON2O/N2NO3-/N2
HCO3-/asetatHCO3-/etanolHCO3-/CH4
Sumber karbon
Organik : GlukosaEtanol
Asam laktatAsam asetat
Anorganik :CO2
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 6
Tinjauan ‘black box’ sistem pertumbuhan
Donorelektron
Sumber C
Akseptorelektron
Sumber N
Substrat
Produk
Pertumbuhan (biomassa)
Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
HCO3- H2O H+ Panas
Energi Dissipasi Gibbs
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 7
Tinjauan ‘black box’ sistem pertumbuhan
Donorelektron
Sumber C
Akseptorelektron
Sumber N Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
HCO3- H2O H+ Panas
Energi Dissipasi Gibbs
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 8
Pertumbuhan secara aerobik pada glukosa dan NH4
+
HCO3- H2O H+ Panas
Donor elektron
Sumber N
Sumber C
Akseptorelektron
Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
Energi Dissipasi Gibbs
Glukosa
NH4+
Glukosa
O2
CO2
H2O
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 9
Pertumbuhan secara aerobik pada glukosa dan NH4+ menghasilkan
asam laktat
HCO3- H2O H+ Panas
Donor elektron
Sumber N
Sumber C
Akseptorelektron
Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
Energi Dissipasi Gibbs
Glukosa
NH4+
Glukosa
HCO3
CO2
Asam laktat
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 10
Pertumbuhan secara aerobik pada asetat dan NH4
+
HCO3- H2O H+ Panas
Donor elektron
Sumber N
Sumber C
Akseptorelektron
Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
Energi Dissipasi Gibbs
Asam asetat
NH4+
Asam asetat
O2
CO2
H2O
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 11
Pertumbuhan secara aerobik pada asetat dan NH4
+ menghasilkan metan
HCO3- H2O H+ Panas
Donor elektron
Sumber N
Sumber C
Akseptorelektron
Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
Energi Dissipasi Gibbs
Asam asetat
NH4+
Asam asetat
HCO3
CO2
CH4
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 12
Persamaan stoikiometri pertumbuhan
+ a sumber C + b donor + c akseptor
+ d sumber N + e H2O + f HCO3- + g H+
+ h biomassa + i donor teroksidasi
+ j akseptor tereduksi = 0
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 13
Derajat kebebasan/Degree of Freedom (DOF)
• d = degree of freedom• n = jumlah koefisien stoikiometri• k = jumlah persamaan
d = n - k
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 14
Konsep yield
-1/Ys/x sumber C + b donor + c akseptor
+ d sumber N + e H2O + f HCO3- + g H+
+ 1 CH1,8O0,5N0,2 + i donor teroksidasi
+ j akseptor tereduksi = 0
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 15
Pertumbuhan secara aerobik pada asetat dan NH4
+ pH = 3
HCO3- H2O H+ Panas
Donor elektron
Sumber N
Sumber C
Akseptorelektron
Donor teroksidasi
Akseptor tereduksi
BIomassa
Energi Dissipasi Gibbs
Asam asetat
NH4+
Asam asetat
O2
CO2
H2O
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 16
Pertumbuhan secara aerobik pada asetat dan NH4
+ pH = 3
• Sumber C : asam asetat• Sumber N : NH4
+
• Donor elektron: asam asetat/CO2
• Akseptor elektron: O2/H2O
+ a CH3COOH + b O2 + c NH4+ + d H2O
+ e HCO3- + g CH1,8O0,5N0,2 = 0
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 17
Pertumbuhan secara aerobik pada asetat dan NH4
+ pH = 3
+ a CH3COOH + b O2 + c NH4+ + d H2O
+ e HCO3- + g CH1,8O0,5N0,2 = 0
n = 7 variabel ( a, b, c, d, e, f, g)
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 18
Pertumbuhan secara aerobik pada asetat dan NH4
+ pH = 3
+ a CH3COOH + b O2 + c NH4+ + d H2O
+ e HCO3- + g CH1,8O0,5N0,2 = 0
• Neraca C : 2a + e + g = 0• Neraca H : 4a + 4c + 2d + e + f + 1,8g = 0• Neraca O : 2a + 2b +d + 3e + 0,5g = 0• Neraca N : c + 0,2g = 0• Neraca muatan : c + -e +f = 0
• k = 5 persamaan d = n – k = 2
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 19
• Jika diketahui Ys/x = 0,05 maka
• g = 1 a = -1/Ys/x = -20
• Sehingga:• a = -20• b = -38,95• c = -0,2• d = 0,4• e = 39• f = 39,2• g = 1
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 20
Degree of reduction (ϒ)
Adalah jumlah elektron yang dilepas per jumlah atom C nya
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 21
Degree of reduction (ϒ)
• C = 4• H = 1• N = -3• O = -2• P= 5• S = 6
Stoikiometri Pertumbuhan Mikroba 22
Pertumbuhan aerobik pada glukosa
• C6H12O6 + a O2 + b NH3 c (C4,4H7,3N0,86O1,2) + d H2O + e CO2
• Tentukan Yx/s (g dw sel/ substrat), Yx/O2 (g dw sel/ g O2)??