Kelompok 2ac Biotek - Proses Hilir [PDF]

Citation preview

MAKALAH BIOTEKNOLOGI FARMASI PROSES HILIR PRODUK FARMASI



Dosen Pembimbing : Prof. Atiek Soemiati, M.Si., Apt.



Kelompok 2 AC 1. Batari Wulanning Dyah S



1113102000001



2. Pidia Awalia Nisbah



1113102000002



3. Fitrahtunnisah



1113102000014



4. Nasyidah Hanum H



1113102000020



5. Marrisa



1113102000027



6. Vishilpy Dimalia



1113102000040



7. Ghifaril Aziz



1113102000046



8. Isra Maulida Arifa



1113102000061



9. Primo Bittaqwa



1113102000063



10. Badriyatun Ni’mah



1113102000075



PROGRAM STUDI FARMASI FAKULTAS KEDOKTERAN DAN ILMU KESEHATAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA OKTOBER 2016



PROSES HILIR PRODUK FARMASI A. Definisi Proses Hilir Bioteknologi hulu dan bioteknologi hilir merupakan suatu proses industri bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme untuk menghasilkan suatu produk. Pada dasarnya terdiri dari tiga tahapan utama, yaitu: 1) Proses hulu: melibatkan serangkaian perlakuan pada bahan mentah sehingga dapat digunakan sebagai sumber makanan bagi mikroorganisme sasaran. 2) Fermentasi dan transformasi: penumbuhan mikroorganisme sasaran dalam bioreaktor besar (biasanya lebih dari 100 liter) yang diikuti dengan produksi (hasil biotransformasi) bahan yang diinginkan, misalnya: antibiotik, asam amino, enzim, atau asam-asam organik. 3) Proses hilir: pemurnian senyawa atau bahan yang diinginkan dari medium fermentasi atau dari massa sel.



B. Tujuan Mempelajari Proses Hilir Adapun tujuan mempelajari proses hilir adalah : -



Mengerti penerapan satuan-satuan operasi untuk merancang proses hilir yang efektif dan efisien



-



Mengetahui pertimbangan-pertimbangan yang perlu untuk memproses molekulmolekul/bahan biologis



Tujuan Proses Hilir untuk mendapatkan produk dengan hasil/rendemen/yield tertinggi, mutu/kualitas yang dapat diterima dan biaya terendah



C. Alur Proses Hilir Langkah pertama dalam proses ini adalah pemisahan biomassa dari campuran fermentasi bakteri rekombinan.Pemisahan biomassa kadang-kadang dilakukan dengan sentrifugasi preparatif, tetapi metode yang disukai saat ini adalah dengan cara sistem filtrasi tangensial-aliran menggunakan membran mikro diameter pori yang sesuai.



1) Release of Intracellular Product Beberapa produk bioteknologi (vitamin, enzim) yang terletak di dalam sel. Senyawa tersebut harus pertama kali dirilis (maksimal dan dalam bentuk aktif) untuk diproses lebih lanjut dan isolasi final. Mikroorganisme atau sel lainnya dapat hancur atau terganggu oleh fisik, kimia atau metode enzimatik. Garis besar teknik yang berbeda digunakan untuk kerusakan sel diberikan pada gambar



Pemilihan metode tertentu tergantung pada sifat dari sel. Misalnya, bakteri Gram-negatif dan jamur berfilamen dapat lebih mudah rusak dibandingkan dengan bakteri Gram-positif ragi kering. Strategi ini adalah untuk melemahkan dinding sel bakteri dengan menyerang elemen struktural yang memberikan kekuatan untuk sel dinding.



2) Pemisahan Solid Liquid Pemisahan solid-liquid berguna untuk pemisahan sel dari medium kultur. Beberapa metode yang digunakan untuk pemisahan padat-cair. Ini termasuk flotasi, flokulasi, filtrasi dan sentrifugasi. 



Filtrasi Filtrasi adalah metode yang sering digunakan untuk emisahan biomasa. Efesiensi fltrasi bergantung pada banyak faktor seeperti ukuran organism, adanya organisme lain, viskositas medium dn tempratur. Contoh Beberapa filter seperti depth fillter, absolute filter dan rotary drum vacum fiter dan membran filter Terdapat 3 tipe filtrasi berdasarkan ukuran partikel dan karakteristikna. Yaitu :







Flotation (Pengapungan) Saat gas dimasukkan kedalam medium cair, sel dan partikel padat ter-adsorbsi pada gelembung gas yang terbentuk. Kemudian gelembung gas tersebut naik kepermukaan sehingga sel dan partikel padat yang teradsobrsi dapat dikumpulkan.







Floculatiion (Flokulasi) Pada flokulasi, sel dari agregat besar di endapkan agar mudah dihilangkan. Proses flokulasi bergantung pada sifat alami dari sel dan komponen ionik dari



medium. Penambahan floculating agent ( garam anorgani, organik polielektrolite, mineral hidrokoloid) dibutuhkan untuk mencapain flokulasi



3) Pemekatan Filtrat yang berasal dari suspensi partikel (sel dan debris)



biasanya



mengadung 80-90% air. Biasanya pemekatan digunakan adalah evaporasi, eksraksi liquid-liquid , presipitasi dan adsorbsi. Pemekatan bergantung pada sifat produk yang diinginkan (kualitas dan kuantitas dijaga sebaik mungkin) dan biaya yang dikeluarkan. Pemekatan berfungsi untuk mendapat produk yang sesuai dengan kelas mutu yang ada.



4) Pemurnian 4.1. Presipitasi Presipitasi adalah teknik atau cara untuk pemurnian dari suatu produk. Presipitasi yg umum dilakukan untuk pemurnian protein dan antibiotik, dapat dilakukan dengan penambahan garam, pelarut organik atau panas. Melalui presipitasi diferensial, produk dapat dipertahankan dalam larutan atau dikumpulkan sebagai presipitat. 4.2. Kromatografi Suatu teknik pemisahan molekul berdasarkan perbedaan pola pergerakan antara fase gerak dan fase diam untuk memisahkan komponen (berupa molekul) yang berada pada larutan. Molekul yang terlarut dalam fase gerak, akan melewati kolom yang merupakan fase diam. Molekul yang memiliki ikatan yang kuat dengan kolom akan cenderung bergerak lebih lambat dibanding molekul yang berikatan lemah. Dengan ini, berbagai macam tipe molekul dapat dipisahkan berdasarkan pergerakan pada kolom. Setelah komponen terelusi dari kolom, komponen tersebut dapat dianalisis dengan menggunakan detektor atau dapat dikumpulkan untuk analisis lebih lanjut.



5. Formulasi 5.1. Pengeringan Pengeringan merupakan proses untuk mengeliminasi keadaan lembab yang dapat merusak kestabilan sediaan ( Sampel ) dimana transfer panas dan massa terlibat pada proses ini. Tujuan pengeringan adalah untuk mengurangi kadar air sampai batas



perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lama. Kemampuan udara membawa uap air keluar dipengaruhi oleh kelembapan relatif . 5.2.Granulasi Tujuan utama granulasi ialah untuk menghasilkan massa dalam bentuk granul yang dapat mengalir dengan baik (sehingga nantinya penyimpangan bobot tablet dihasikan tidak begitu besar) dan mudah dicetak (kompresibilitas yang baik).



D. Tipe Produk Biologis 1. Sel •



PST, Ekstrak Khamir, Vaksin



2. Protein •



Enzim



: Amilase, Lipase, Protease



•



Hormon



: Insulin, HGH (Human Growth Hormon)



•



Lain lain



: tpA (tissue plasminogen Activator)



3. Polisakarida •



Xantan gum, Asam Hialuronat



4. Molekul-molekul organik •



Antibiotik



: Penisilin



•



Pelarut organik



: Aseton, Etanol



•



Asam organik



: Asam Sitrat



 Karakteristik Bio-Produk 1. Konsentrasi produk rendah dan campuran kompleks Dapat mengandung kontaminan dengan sifat fisikokimia mirip dengan produk : toksin, pyrogen, lipopolisakarida. 2. Sensitif •



Suhu : < 60°C



•



pH



•



Oksidasi



•



Tegangan geser (shear)



3. Tidak stabil •



Enzim yang dihasilkan dapat mendegradasi produk lain



•



Penambahan anti foam dapat mempersulit proses hilir.



•



Dapat dirusak oleh mikroba kontaminan  dihindari dengan pendinginan ±5°C



4. Gravitas spesifik Bila partikel didalam produk hampir sama atau kental, ha ini dapat menyulitkan pada proses sentrifugasi sehingga perlu adanya perhatian khusus mengenai distribusi ukuran partikel dan kekentalannya. 5. Diperlukan kemurnian yang tinggi untuk beberapa pemakaian 6. Sel mikroorganisme bersifat “compressible” Sel mikroorganisme dapat dimampatkan sehingga dapat mengganggu proses filtrasi karena dapat membentuk kerak



E. Contoh Produk Farmasi Proses Hilir o Proses Hilir Pembuatan Etanol. Pada proses pembuatan etanol digunakan bahan utama dari jagung, jagung sendiri pada literatul ini berasal dari indian. Dimana untuk menghasilkan etanol, jagung yang diolah dengan beberapa tahap. Tahap pertama dikenal dengan tahap hulu, Pada produksi etanol proses ini dimulai dari proses penggilingna. Penggilingan dilakukan 2 tahap, pertama penggilingan basah untuk mempermudah fraksinasi pati, serat dan kuman yang terdapat dalam jagung. Dan hasil dari fraksinasi, dilakukan penggilingan tahap kedua dengan penggilingan kering (menggunakan hammer mill) untuk mendapatkan tepung jagung. Tepung jagung ditambahkan air dan dilakukan penambahan enzim amilase (tahan panas) dan dicairkan pada suhuu 100 derajat celcius dan didinginkan hingga 80-90 derajat celcius. sebelum pada tahap fermentasi, jagung yang telah menjadi bubur ditambahkan enzim glukoamilase untuk memecah pati menjadi gula sederhana. Memasuki proses fermentasi, gula sederhana akan dirubah menjadi etanol dengan bantuan ragi. Pada proses fermentasi dihasilkan juga CO yang akan dikeluarkan melalui fermentor ke atmosfer Tahap kedua pada produksi etanol adalah proses hilir (downstream) pada tahap ini dimulai dari tahap destilasi hasil dari fermentasi hingga proses pemurnian. Pada tahap destilasi, etanol dipisahkan dari air, sehingga etanol yang didapatkan memiliki tingkat kemurnina 92-95%. Setelah dilakukan destilasi sisa air yang masih terkandung dalam etanol disaring menggunakan saringan molekul yang bekerja selektif dalam memisahkan air dan etanol, sehingga didapatkan etanol dengan kemurnian 99%. o Proses Hilir Produksi Penisilin 1. Fermentasi Produksi Fermentasi produksi dilakukan dalam tangki berkapasitas 2.500 sampai 20.000 gallon. Tangki diisi sekitar 75% dari media, dimana dapat dilakukan sterilisasi dalam fermentor. Sebuah tangki yang berisi 4.000 gallon media memerlukan sekitar 4 jam siklus sterilisasi dimana tekanan uap sebesar 100 psi digunakan dalam coilnya. Sekitar 90 menit 0



dibutuhkan untuk meningkatkan suhu dari media sampai 120 C, lalu dijaga selama 30 menit. Tambahan waktu selama 120 menit dibutuhkan untuk mendinginkan media agar dapat dilanjutkan inokulasi.



2. Pemanenan Media Fermentasi Pada saat pemanenan, kultur yang telah difermentasi dipompa ke reservoir tank dimana umpan secara kontinyu masuk ke dalam rotary vacuum filter. Mycelium dipisahkan dari campuran, dicuci dengan filter, dan dikeluarkan sebagai blanket yang tebal. Beer yang mengandung penicillin dipompa dari filter melalui sebuah heat 0



0



exchanger yang mendinginkannya pada suhu 2 sampai 4 C, masuk ke dalam tanki penyimpanan. Selama operasi, filter biasanya disterilisasi dengan steam atau larutan germisida. Adalah hal penting bahwa pertumbuhan bakteri tidak boleh dibiarkan ada dalam sisten filtrasi, karena hal ini dapat menghasilkan perusakan besar terhadap penicillin yaitu dengan aksi penicillinase bakteri. Kapasitas dari rotary vacuum filter bervariasi sesuai dengan ukuran drumnya, berkisar antara 2.000 sampai 3000 gph untuk suatu drun berukuran diameter 4 ft dan lebar 28 in. 3. Recovery Penicillin Dua proses untuk recovery penicillin telah digunakan dalam produksi komersial. Proses pertama berdasarkan adsorpsi penicillin dari beer dengan karbon, sedangkan proses kedua berdasarkan ekstraksi penicillin dari beer pada pH asam dengan pelarutpelarut yang tidak larut dengan air. Proses karbon digunakan secara luas selama periode awal produksi penicillin, tetapi kemudian secara besar digantikan dengan proses pelarut. Pada proses adsorpsi penicillin dengan karbon, jumlah karbon yang digunakan tergantung pada konsentrasi penicillin dalam beer dan akan bervariasi dari 2 sampai 5% bobot. Satu gram karbon akan mengabsorb kurang lebih 20.000 unit penicillin. Proses ektraksi penicillin dengan menggunakan pelarut berdasarkan fakta bahwa penicillin lebih suka larut dalam air atau pelarut-pelarut organik. Beberapa pelarut yang sering digunakan dalam skala besar yaitu amil asetat, metil isobutil keton, dan butil asetat. Pemilihan pelarut yang sesuai tergantung pada beberapa faktor seperti biaya, kelarutan dalam air, titik nyala, toksisitas terhadap manusia, penanganan yang mudah, dan sebagainya. 4. Tahapan Proses Polishing Penicillin Untuk menghasilkan garam penicillin sebagai produk akhir digunakan basa yang sesuai. Secara komersial, garam-garam yang dihasilkan yaitu sodium, potassium, dan kalsium. Jika bentuk garam yang amorp dari sodium, potassium, dan kalsium diinginkan, maka larutan yang diperoleh setelah proses ekstraksi lalu di keringkan beku (freeze drying) dan selesai tanpa proses lebih lanjut. Kebanyakan produk penicillin diproses hingga menjadi sodium kristal atau garam potassium.



Ada beberapa prosedur untuk menghasilkan kristal garam penicillin. Salah satu metode, dimana memberikan hasil yang memuaskan yaitu terdiri dairi larutan sodium atau potassium penicillin (100.000 sampai 200.000 unit per ml) yang sudah difiltrasi dimasukkan ke dalam crystallizer. Pelarut yang tidak bercampur dengan air, seperti butanol, juga difiltrasi, ditambahkan ke dalam crystallizer dan dilakukan distilasi vakum azeotropik. Selanjutnya air dihilangkan, garam penicillin membentuk kristal lalu dikumpulkan secara aseptis pada filter. Operasi kristalisasi harus dijalankan dalam kondisi aseptis untuk menghindari kontaminasi produk dari mikroorganisme. Garam kristal kemudian dikeluarkan dari filter lalu dikeringkan pada tekanan vakum 200 sampai 400 mikron. Garam yang telah kering kemudian dipisahkan menurut ukurannya lalu diselesaikan pada berbagai bentuk sediaan farmasi.



F. BIOPROSES Ruang Lingkup Pembahasan: sistem ekspresi yang umum digunakan dan struktur umum dari proses hilir yang diperlukan untuk mencapai kemurnian produk yang diinginkan. Penekanan khusus dalam hal ini adalah pada produksi protein rekombinan melalui fermentasi dan kultur sel, yang memainkan peran utama dalam industri bioteknologi.



-



Sistem Ekspresi Strain bakteri yang paling populer adalah E.coli, BL21  mampu memproduksi protein dimana aktivitas biologis dari strain bakteri ini tidak terdapat modifikasi pasca translasi. Ekspresi protein dalam E. coli dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda. Protein dapat disekresi ke dalam periplasma yang merupakan ruang antara membran sel dan dinding sel; protein dapat diekspresikan dalam sitoplasma sebagai protein terlarut; atau dapat terakumulasi dalam sel sebagai badan inklusi. Sel ragi Saccharomyces cerevisae dan Pichia pastoris telah berhasil digunakan untuk mengekspresikan berbagai macam protein rekombinan termasuk insulin dan albumin. Saccharomyces cerevisiae juga digunakan untuk produksi antigen permukaan hepatitis. Pada tanaman, sistem ekspresi yang menarik adalah rhizo-secretion, dimana protein disekresi ke dalam cairan kultur akar berbulu. Sel tumbuhan, di sisi lain, menyajikan sedikit kesulitan dalam pengolahan hilir karena sel-sel tumbuh dalam media yang sangat sederhana. Sistem lain yang menarik adalah 'teknologi olesins'. Dalam kasus ini, lipid diakumulasikan dalam sel tanaman dalam bentuk tetesan minyak kecil (droplet).



-



Media Biofarmasi modern biasanya diproduksi bersama media dimana komponennya secara kimiawi terkarakterisasi. Selain untuk budidaya, penggunaan media dimaksudkan untuk menyederhanakan pengolahan hilir. Media untuk budidaya bakteri pada tingkat industri biasanya sangat sederhana dan menyediakan sumbersumber penting dari karbon, nitrogen dan fosfat.



-



Komposisi Kaldu dan Pengotor Sel Inang Komposisi kaldu mengandung komponen-komponen berikut: sel utuh, puingpuing dari sel lisis, komponen intraseluler sel inang, media komponen yang tidak digunakan, senyawa yang disekresikan oleh sel, dan secara enzimatik atau kimiawi dikonversikan oleh komponen media. Pengaturan gas O2 dan CO2  proses hilir. Komposisi sel inang memiliki efek penting pada pengolahan hilir ketika produk merupakan intrasel, karena dalam hal ini komponen seluler merupakan pengotor besar  karena lisis sel selalu terjadi sampai batas tertentu selama proses fermentasi. Dalam



beberapa kasus, budidaya yang menghasilkan titer tinggi, seperti yang digunakan untuk antibodi, merupakan hasil produksi lisis sebagian dari sel yang pada gilirannya menyebabkan kontaminasi dari produk dengan komponen sel inang.



-



Persyaratan Kualitas Produk Tiga kata kunci persyaratan kualitas produk utama: kemurnian, potensi, dan konsistensi. Secara industri, persyaratan ini harus dipenuhi melalui proses yang ekonomis dan dapat membawa produk ke pasar dengan cepat. Proses hilir harus dirancang untuk memperoleh kemurnian yang cukup tinggi dan tetap menjaga potensi atau aktivitas farmakologi secara konsisten. Kualitas produk biofarmasetik dan proses validasi harus tunduk pada peraturan oleh masing-masing pemerintah dan internasional secara global.



DAFTAR PUSTAKA



Antonius. 2002. Bioteknologi. Pusat Penerbit Universitas Terbuka: Jakarta Bernasconi, G., H. Grester, H. Hauser, H. Satuble dan E. Schneiter. 1995. Teknologi Kimia Bagian 2. Terjemahan L, Hadojo. Pradnya Paramita. Jakarta. Hari, Soesanto.2010. Proses Hilir Penicillin. Pusat Penerbit Media Pustaka: Jakarta Kurniawan, Dhadhang Wahyu, Sulaiman, T.N. Saifullah. 2009. Teknologi Sediaan Farmasi. Graha Ilmu. Yogyakarta. Rohanah, A. 2006.Teknik Pengeringan. Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Medan. Siregar, Charles J.P. 2010. Teknologi Farmasi Sediaan Tablet : Dasar-Dasar Praktis. Penerbit Buku Kedokteran EGC. Jakarta. Swarbrick, James et al. 2005. Handbook of Pharmaceutical Granulation Technology.Taylor & Francis Group. USA. Voigt, R. 1995. Buku Pelajaran Teknologi Farmasi (terjemahan). Gadjah Mada University Press.Yogyakarta. WaitesMichael J.;Industrial Microbiology: An Introduction . Taylor & Francis Group. USA. http://bio.unsoed.ac.id/en/node/697 http://www.nature.com/nbt/journal/v17/n5/fig_tab/nbt0599_427_F1.html#figure-title