pemodelan reaktor pencernaan

8/19/2019 Pemodelan Reaktor Pencernaan

http://slidepdf.com/reader/full/pemodelan-reaktor-pencernaan 1/4

Beberapa hewan bergantung kepada sumber

makanan yang mudah untuk didapatkan,

seperti makanan yang memberikan suplai

energi yang rendah seperti rumput dan

dedaunan. Hewan semacam ini umumnya

membutuhkan bantuan mikroba untuk

memecah sumber makanan tersebut menjadi

senyawa-senyawa organik yang dapat

memberikan asupan energi.

Untuk hewan-hewan monogastrik (sebagai

contoh kuda, badak, koala, kelinci, dan

gajah) fermentasi mikrobial bertempat di

dalam sekum setelah pencernaan katalitik di

kolon. istem pencernaan ini beda dengan hewan-hewan ruminansia (sebagai contoh kuda nil,

sapi, domba, kambing, rusa, kanguru, paus, dan sapi laut) yang mana fermentasi mikrobialnyaterjadi di dalam rumen dan sebelum terjadinya pencernaan katalitik di kolon.

Untuk analisis ini, diasumsikan bahwa reaksi pencernaan tersebut merupakan reaksi homogen

dan dikontrol secara kinetik oleh en!im di mana komponen makanan " terikat secara re#ersibel

kepada en!im $ dan terdisosiasi secara irre#ersibel ke dalam bentuk produk % dan en!im bebas&

A+ E ⇌ EA→P+ E

'ebih lanjut, diasumsikan bahwa seluruh reaksi pencernaan dapat dikelompokkan ke dalam dua

kategori. eaksi pencernaan yang dikatalisasi oleh en!im hewan itu sendiri diasumsikan

mengikuti kinetika ichaelis-enton dan memiliki laju reaksi

−r A= v

max

C A

K M +C A

*i mana

C A adalah konsentrasi "

vmax=k

2C

E

K M =¿

k +1+k +2

k 1

edangkan, reaksi pencernaan yang bergantung kepada fermentasi mikrobial merupakan reaksi

autokatalitik. ikroba diproduksi saat dimulainya pemecahan komponen makanan "&

A+ M ⇌ MA→P+ M + M

eaksi tersebut memiliki ketergantungan tambahan dengan konsentrasi mikroba, C M &

−r A=vmaxC

AC M

K M +C A



eaktor yang akan digunakan untuk mengonstruksikan model matematis dari sistem pencernaan

pada kasus ini& batch reactor , plug flow reactor (%+), dan continuously stirred tank reactor

(). aktu dalam batch reactor atau ruang waktu (τ =V

v ) dalam continuous flow reactor

yang dibutuhkan untuk pencernaan mencapai derajat kon#ersi tertentu, X , didapatkan dengan

persamaan-persamaan

Batch

t = N A0 ∫0

X Final

dX

−r A

%+

τ =V

v =C A0∫

X ¿

X out

dX

−r A

τ =V

v =

C A 0 ( X out − X ¿)

(−r A )out

*i mana

−r A adalah laju reaksi

N A0 adalah mol reaktan " sebelum reaksi

C A 0 adalah konsentrasi feed "

V adalah #olume reaktor

v adalah laju alir #olumetrik dari feed

/ambar di samping (atas) menampilkan grafik untuk

menentukan ruang waktu dari organ pencernaan sebuah hewan

yang melakukan pencernaan katalitik setelah kinetika ichaelis-

enton. Untuk meminimalisir ruang waktu, pencernaan katalitik

ichaelis-enton dioptimasi dengan menggunakan desain %+.

edangkan, plot di samping (bawah) menampilkan laju reaksi

versus kon#ersi untuk proses fermentasi mikrobial secaraautokatalitik. eaksi autokatalitik dioptimasi dengan

menggunakan yang beroperasi pada laju reaksi maksimal,

diikuti oleh %+.

ebagian besar dari hewan-hewan yang ada membutuhkan serangkaian reaktor untuk mencerna

makanannya. ergantung terhadap jenis hewannya, model desain reaktornya akan membutuhkan

modifikasi untuk memperhitungkan beberapa faktor 0 seperti #ariabel laju alir, #ariabel #olume



organ pencernaan, pencampuran non-ideal, daur ulang komponen

makanan melalui proses koprofagi (pencernaan kembali terhadap

feses), dan caecotrophy (pencernaan kembali terhadap feses yang

telah disaring, seperti pada sistem pencernaan kelinci) 0 dan

distribusi waktu komponen dalam tiap reaktor. odifikasi

terhadap kinetika reaksi yang terjadi dilakukan untuk

memperhitungkan bentuk kinetika en!im yang berbeda,

keterbatasan dalam perpindahan massa, proses katalisis yang

heterogen, dan kondisi non-isotermal.

odel daripada sistem pencernaan kuda nil merupakan rangkaian dari reaktor -%+.

edangkan, untuk hewan yang memiliki sistem pencernaan monogastrik, model daripada sistem

pencernaannya dikelompokkan ke dalam dua kategori& -%+-eparator--%+

(contohnya, sistem pencernaan koala) dan -%+--%+ (contohnya, sistem

pencernaan sapi laut).

akanan koala hanya terdiri dari lima dari seratus spesies daun eukaliptus yang dikenal. 1lehkarena itu, sistem pencernaan koala telah bere#olusi ke dalam bentuk yang dapat memisahkan

partikulat yang dapat terlarut ( fine particles) agar dialirkan ke dalam sekum dan partikulat

lainnya (coarse particles) agar dialirkan ke luar tubuhnya. odel daripada sistem pencernaan

koala dapat dilihat dalam gambar di bawah

eperti kuda dan gajah, sapi laut menggunakan sekum dan kolomnya sebagai situs fermentasi

utama, sedangkan lambung dan usus kecilnya digunakan untuk pencernaan katalitik. 2arena

kedua kolon dan usus kecil memiliki bentuk yang panjang dan sempit, kedua-keduanya

dimodelkan dalam bentuk reaktor %+. edangkan, jalur masuk, jalur keluar, dan bentuk

daripada lambung dan sekum membuatnya lebih cocok untuk dimodelkan berdasarkan reaktor

. "lasan lain mengapa model ini digunakan adalah karena tidak mungkin sistem

pencernaan ini merupakan rangkaian %+- dikarenakan& derajat kon#ersi dalam sistem



pencernaan sapi laut umumnya tinggi, dan derajat kon#ersi yang tinggi yang beroperasi pada laju

alir autokalatitik yang maksimal tidak efisien untuk dilaksanakan di dalam dan bentuk

kolon yang panjang dan berliku-liku ditambah dengan hasil pencernaan sapi laut yang viscous

membuat pencampuran ideal tidak mungkin.

pemodelan reaktor pencernaan

Documents