PEMODELAN TRANSFER MASSA GLUKOSA PADA PRODUKSI ETANOL MENGGUNAKAN YEAST TERENKAPSULASI

RIANI AYU LESTARI, Ir. Imam Prasetyo, M.Eng, Ph.D,

2012 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Dalam teknologi produksi etanol dari biomassa, upaya yang dilakukan untuk menurunkan pengaruh inhibitor adalah dengan menggunakan yeast terenkapsulasi. Yeast terenkapsulasi adalah sel yeast yang dilapisi kalsium-alginat sehingga memiliki 3 bagian di dalamnya, yaitu membran kalsium-alginat, sel yeast (tidak terdistribusi merata di dalam kapsul) dan cairan yang berfungsi sebagai ruang bagi sel untuk pertumbuhannya. Sistem yeast terenkapasulasi melibatkan proses perpindahan massa substrat (glukosa) ke dalam kapsul, produk ke luar kapsul dan reaksi antara glukosa dan sel yeast. Pemodelan transfer massa glukosa dan simulasi kapsul dikembangkan untuk mengetahui kinerja kapsul dalam proses fermentasi. Hal ini disebabkan karena penelitian labroratorium dinilai cukup mahal dan membutuhkan waktu yang relatif panjang, khususnya terkait dengan sifat hidup sel. Model matematis dikembangkan untuk menggambarkan transfer massa glukosa dan reaksi pertumbuhan sel dalam sistem yeast terenkapsulasi. Perubahan konsentrasi glukosa internal merupakan fungsi posisi x, y (koordinat kartesian) dan waktu. Geometri kapsul disajikan dalam bentuk 2 dimensi aksialsimetris dan model matematis diselesaikan secara numeris menggunakan software Comsol Multiphysics 3.5a. Fitting parameter konsentrasi glukosa eksternal digunakan untuk menghitung koefisien transfer massa eksternal dan memprediksi profil konsentrasi glukosa internal. Nilai koefisien transfer massa eksternal (kco) sebesar 2.10 -4 m/s. Hasil simulasi tebal membran menunjukkan bahwa pada kapsul dengan ketebalan > 0,1 mm akan dikontrol oleh transfer massa.

In ethanol production technology from biomass, the efforts were performed to decrease inhibitor effect is by using encapsulated yeast. Yeast encapsulation is a method to enclose yeast as bioactive materials within semipermeable membrane (calcium-alginate) which allows the entry of cell nutrition and inhibits toxic compunds. The capsule has 3 main parts, i.e. capsule membrane, cell pellet (attached to wall) and liquid core (space for cell growth). o Encapsulated yeast system involves glucose mass transfer into capsule, product mass tranfer and fermentation between glucose and yeast. Due to the fact that high cost in laborat ry work and living cell behavior, modeling glucose mass transfer is developed to analyze encapsulated yeast performance during fermentation. glucose A mathematical model was developed to describe mass transfer and cell growth reaction in encapsulated yeast system. The change in internal glucose concentration is function of the x, y position (Cartesian coordinate) and time. Capsule geometry was set in 2 dimensian axisymmetry and mathematical model was solved by using Comsol Multiphysics 3.5a. Parameter fitting of external glucose concentration were used to calculate external mass transfer coefficient and predict internal glucose concentration profile. External mass transfer coefficient is 2.10 -4 m/s. Thickness membran simulation shows that capsule with tc > 0,1 mm was controlled by mass transfer.

Kata Kunci : Pemodelan, simulasi, Yeast S.cerevis Terenkapsulasi, Transfer Massa, Reaksi Pertumbuhan Sel, Comsol Multiphysics