Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Aplikasi Bioteknologi dalam Industri Kimia

Bioteknologi didefinisikan sebagai penerapan ilmu hayati untuk sintesis kimia. Unit ini membahas perannya yang semakin penting dalam produksi langsung bahan kimia khusus melalui fermentasi, seperti asam sitrat, asam laktat, propana-1,3-diol dan beberapa asam amino.

Kegunaan bioteknologi lainnya dibahas di tempat lain, misalnya produksi biofuel (bioetanol dan biodiesel), produksi bahan baku dasar seperti sintesis gas (karbon monoksida dan hidrogen) dari biomassa dan produksi polimer biodegradable seperti poli (hidroksialkanoat).


Banyak reaksi biokimia di industri dilakukan dalam reaktor batch. Reaktor ini berada dalam unit produksi bioetanol dan digunakan untuk mengolah produk limbah, karbon dioksida, daur ulang panas dan air untuk memproduksi secara massal ganggang. Alga dari fasilitas ini digunakan untuk pakan ternak, farmasi dan produk kecantikan.

Industri bioteknologi memiliki sejarah panjang di Inggris. Selama tahun 1916, dalam Perang Dunia Pertama, bakteri Clostridium acetobutylicum diberi makan dengan kentang tumbuk dan jagung (keduanya mengandung pati) untuk menghasilkan campuran propanon (aseton), butanol dan etanol (dikenal sebagai proses ABE). Propanon diminta untuk menghasilkan cordite untuk amunisi. Pada suatu waktu ABE berada di urutan kedua setelah produksi etanol sebagai proses fermentasi industri terbesar. Namun, kebangkitan industri petrokimia di tahun 1950an menyediakan bahan baku yang jauh lebih murah untuk membuat bahan kimia, sehingga industri ABE menjadi menurun di seluruh dunia.

Petrokimia adalah sumber terbatas yang akan menjadi lebih mahal karena minyak menjadi langka, dan penggunaannya dikaitkan dengan pelepasan gas rumah kaca yang menyebabkan pemanasan global. Memproduksi lebih banyak bahan kimia menggunakan bioteknologi dapat mengurangi ketergantungan kita pada gas alam dan minyak dan mengurangi dampak lingkungan dari industri kimia. Beberapa bahan kimia, seperti asam 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic (asam sitrat), telah bertahun-tahun diproduksi secara rutin pada skala jutaan ton menggunakan bioteknologi, karena jalur sintetis kimiawi rumit dan mahal. Contoh penting lainnya dijelaskan dalam unit ini namun masih banyak proses lain yang masih dalam tahap perkembangan, dengan bahan kimia diproduksi di reaktor kecil dengan skala beberapa ton. Sejumlah besar penelitian dilakukan oleh ahli kimia, pakar bioteknologi dan insinyur untuk membuat reaksi ini lebih efisien dan hemat biaya.Bahan kimia yang paling penting yang dihasilkan langsung oleh fermentasi meliputi asam 2-hidroksipropana-1,2,3-tricarboxylic (asam sitrat), asam 2-hidroksipropanoat (asam laktat), propana-1,3-diol dan asam amino, dan masing-masing dibahas dalam unit ini.

Asam Sitrat (Asam 3-Carboxy-3-hydroxypentanoat)

Produksi asam sitrat global tahunan sekitar 1,4 juta ton.

Kegunaan
Penggunaan utama asam sitrat adalah di industri makanan sebagai pemberi rasa asam dalam minuman ringan, sebagai penyedap rasa dan sebagai pengawet. Hal ini sering terdaftar sebagai nomor E330.

Asam sitrat juga digunakan dengan natrium hidrogencarbonat dalam produk effervescent, baik untuk konsumsi (aspirin atau antasida) dan untuk perawatan pribadi (garam mandi). Selain itu asam sitrat juga digunakan dalam deterjen dan sabun untuk mengendalikan pH dan untuk mengkelat ion logam dalam air sadah, yang memungkinkan deterjen menghasilkan lebih banyak busa.

Pembuatan
Cara produksi utama pembuatan asam sitrat adalah dengan menggunakan jamur Aspergillus niger, yang tumbuh dalam larutan sukrosa atau glukosa. Asam sitrat yang dihasilkan diendapkan dengan larutan kalsium hidroksida untuk membentuk kalsium sitrat. Garam ini disaring dan asam diregenerasi dengan asam sulfat.

Asam Laktat (Asam 2-Hydroxypropanoat)

Setiap tahun, sekitar 275.000 ton asam laktat diproduksi secara global

Penggunaan
Penggunaan penting Asam laktat adalah pembuatan polimer biodegradable, poli (asam laktat), PLA.
Penggunaan utama lain dari asam laktat adalah pada makanan dan minuman, sebagai pengawet (anti oksidan) dan untuk mengatur pH.

Asam laktat dapat diesterifikasi dengan etanol untuk membentuk etil 2-hidroksipropanoat (etil laktat) yang merupakan pelarut yang tidak beracun dan dapat terurai. Pelarut ester laktat menggantikan zat beracun lebih banyak seperti halogenalkana sebagai pelarut dalam tinta, cat, pembersih dan penghancur.

Meskipun asam laktat dapat dipolimerisasi secara langsung dalam reaksi kondensasi, reaksinya dapat berbalik dan air yang dihasilkan cenderung menghidrolisis rantai polimer. Sebagai gantinya, asam laktat dimerisasi terlebih dahulu untuk membuat laktida siklik. Ini menghasilkan air yang dibuang.

Laktida kemudian dipolimerisasi menjadi PLA dengan reaksi polimerisasi pembukaan cincin, dengan menggunakan timah (II) oktanoat sebagai katalis:

Pembuatan
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat) diproduksi dengan fermentasi gula dari jagung (sirup jagung) dan gula tebu (tetes tebu) dengan menggunakan bakteri lactobacillus

Propana-1,3-diol

Penggunaan propana-1,3-diol (PDO) yang sangat penting adalah pembuatan poliester, polytrimethylene terephthalate (PTT). PTT dibentuk oleh reaksi kondensasi antara PDO dan asam benzena-1,4-dikarboksilat (sering disebut asam tereftalat). Katalis yang paling umum digunakan untuk reaksi adalah titanium alkoksilat seperti tetrabutil titinate (IV).

PTT sangat mirip dengan polietilena tereftalat (PET) polietilen yang terkenal, yang dihasilkan dari asam etana-1,2-diol dan benzena-1,4-dikarboksilat

Namun, kelompok metilena ekstra di PTT memberi polimer tersebut menjadi kaku dalam rantai dan karenanya berbeda dengan sifat PET. PTT memiliki sifat peregangan-pemulihan yang bagus untuk PET dan juga mudah dicat . Hal ini semakin sering digunakan dalam bentuk serat dalam tekstil, pakaian dan karpet, namun juga dapat digunakan sebagai termoplastik di bagian mobil, sistem listrik dan elektronik.
Karpet berisi 37% polytrimethylene terephthalat yang berasal dari jagung melalui propana-1,3-diol.
Propana-1,3-diol juga digunakan dalam pembuatan kosmetik, laminasi, perekat, cat dan tinta. Ini juga digunakan sebagai pengganti etana-1,2-diol sebagai pendingin mesin dan sebagai pelarut.
Pembuatan
Propane-1,3-diol dibuat dari jagung (jagung). Jagung dimasak, lalu digiling untuk melepaskan pati. Pati dihidrolisis untuk menghasilkan glukosa. Ini diumpankan ke Escherichia coli yang dimodifikasi secara genetik, yang memfermentasi glukosa.
Asam aminoAsam amino mengandung gugus fungsi amino dan karboksil. Rantai linier asam amino adalah blok bangunan protein. Secara industri, asam amino digunakan dalam tambahan makanan, pakan ternak dan obat-obatan.Dengan pengecualian asam aminoetanoat (glisin), asam amino yang diproduksi secara industri adalah kiral dan dua isomer (D dan L) memiliki sifat yang berbeda dalam reaksi yang disebabkan secara biologis. Namun, sintesis kimia menghasilkan jumlah ukuran D dan L yang ekuivalen dan langkah mahal tambahan diperlukan untuk menghasilkan stereoisomer murni. Namun, rute bioteknologi memiliki keuntungan besar menghasilkan asam amino aktif optik murni.Asam amino diproduksi dari fermentasi gula dimana sejumlah kecil senyawa yang mengandung nitrogen (misalnya amonia atau urea) telah ditambahkan. Mutan Corynebacterium glutamicum atau E. coli yang dimodifikasi secara genetik digunakan. Kedua asam yang dihasilkan pada skala terbesar adalah asam L-glutamat dan L-lisin
Asam L-Glutamat

Sekitar 1,7 juta ton asam L-glutamat diproduksi oleh fermentasi per tahun, mayoritas diproduksi di Asia, dengan satu perusahaan di China memproduksi 33% dari output dunia.
Sebagian besar digunakan dalam bentuk garam, monosodium glutamat (MSG) yang biasa digunakan sebagai penambah rasa, terutama pada makanan olahan. Garam natrium digunakan bukan asam karena ini adalah ion glutamat yang menghasilkan rasa dan garamnya lebih mudah larut dalam air daripada asam induknya.

L-Lysin

Produksi tahunan L-lysin sekitar 1 juta ton, dengan produksi China 35%. Ini adalah asam amino esensial, yang berarti bahwa kebanyakan vertebrata tidak dapat mensintesisnya. Seringkali kekurangan pakan ternak sehingga penggunaan L-lysin yang utama adalah pada pakan ternak.

No comments:

Post a Comment