PENGERTIAN CENTRIFUGE
Sentrifus merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan organel berdasarkan massa jenisnya melalui proses pengendapan. Dalam prosesnya, sentrifus menggunakan prinsip rotasi atau perputaran tabung yang berisi larutan agar dapat dipisahkan berdasarkan massa jenisnya. Larutan akan terbagi menjadi dua fase yaitu supernatant yang berupa cairan dan pellet atau organel yang mengendap. Peralatan sentrifus terdiri dari sebuah rotor atau tempat untuk meletakan larutan yang akan dipisahkan. Rotor ini nantinya akan berputar dengan cepat yang akan mengakibatkan larutan akan terpisah menjadi dua fase. Semakin cepat perputaran yang dilakukan, semakin banyak pula organel sel yang dapat diendapkan begitu juga sebaliknya.
Sebelum sentrifus dioperasikan, ada beberapa hal penting yang perlu diperhatikan operator seperti rotor dalam sentrifus harus diseimbangkan, alat harus benar – benar siap diperiksa apakah ada kerusakan, dan lain – lain. Pada saat sentrifus sedang berputar tutup mesin tidak boleh dibuka. Sebagian besar dari mesin – mesin ini mempunyai alat pengaman yang mencegah tutup mesin ini terbuka. Akan tetapi, ada beberapa sentrifus yang tidak mempunyai alat tersebut. dalam pengoperasian sentrifus ini juga memerlukan kehati-hatian dari operator jangan sampai rambut atau jas lab tersangkut pada rotor yang sedang berputar karena akan sangat membahayakan. Setelah sampel selesai disentrifus sampel kemudian dipindahkan dari rotor. Sentrifus kemudian dingin setelah digunakan dan tutupnya harus dibiarkan terbuka agar semua air yang mengembun dapat menguap.
2.2 SEJARAH PENEMUAN CENTRIFUGE
English militer insinyur Benjamin Robins (1707-1751) menciptakan aparatur lengan berputar untuk menentukan tarik . Pada tahun 1864, Antonin Prandtl menemukan centrifuge susu pertama untuk memisahkan krim dari susu. Dalam pemisah sentrifugal kontinyu yang pertama kali, membuat aplikasi komersial layak.
2.3 JENIS – JENIS CENTRIFUGE
a. General Purpose Centrifuge
Model biasanya adalah tabletop (bisa diletakkan di atas meja) yang dirancang untuk pemisahan sampel urine, serum atau cairan lain dari bahan padat yang tidak larut. Centrifuge ini biasanya berkecepatan 0-3000 rpm, dan bisa menampung sampel dari 5-100 ml.
b. Micro Centrifuge
Atau disebut juga microfuges, memutar microtubes khusus pada kecepatan tinggi. Volume micotubes berkisar 0.5-2.0 ml.
c. Speciality Centrifuge
Yaitu centrifuge yang dipakai untuk keperluan yang lebih spesifik. Seperti microhematocrit centrifuges dan blood bank centrifuges, yang dirancang untuk pemakaian spesifik di laboratorium klinik. Microhematocrit centrifuge adalah merupakan variasi dari microcentrifuge yang dapat menampung sampel kapiler untuk pengukuran volume hematocrit pack cell, sedangkan Blood Bank Centrifuge adalah centrifuge yang dipakai di bank darah dan serologi yang dirancang untuk memisahkan sampel serologis dalam tabung.
Jenis lain adalah centrifuge berkecepatan tinggi, yaitu ultracentrifuges dan refrigerated centrifuges. Centrifuge berkecepatan tinggi berputar pada kecepatan 0-20.000 rpm dan ultracentrifuge berputar pada kecepatan di atas 50.000 rpm. Kebanyakan centrifuge ini dilengkapi dengan sistem pendinginan untuk menjaga sampel tetap dingin selama sentrifugasi. Centrifuge ini lazim dipakai di laboratorium penelitian.
Jenis-jenis rotor pada centrifuge :
a. Swing Out / Horizontal Rotor Keuntungan
Menghasilkan butiran endapan yang terdistribusi merata
Dapat disesuaikan dengan berbagai tabung. Bisa untuk volume tunggal yang besar Kerugian
Kecepatannya terbatas. Menimbulkan gesekan yang tinggi (bunyi,panas, kecepatannya lambat) Ada bagian bergerak yang lebih banyak
b. Fixed Angle Rotor Keuntungan
Bisa berkecepatan tinggi Memberikan jalur pemisahan yang lebih pendek Memberikan dukungan tube yang lebih maksimum. Menghasilkan gesekan dan panas yang lebih sedikit Kerugian
Menghasilkan butiran endapan yang tidak rata Memiliki kapasitas yang lebih terbatas Membuat tube menerima tekanan yang tinggi Tips tube, tube tanpa tutup tidak bisa diisi penuh.
c. Drum Rotor Keuntungan
Menghasilkan butiran endapan yang terdistribusi merata
Memiliki kapasitas besar. Kerugian
Terbatas pada micro-volume tube Tidak dapat menghasilkan tenaga yang sama dengan angle rotor
d. Winshield Rotor Keuntungan
Mengurangi tingkat gesekan dan panas. Meningkatkan kecepatan potensial dari swing-out rotor
Kerugian
Meningkatkan cost rotor Meningkatkan berat rotor. Memerlukan tempatyang lebih besar untuk menampung winshield
2.4 PRINSIP KERJA ALAT CENTRIFUGE
Prinsip sentrifugasi didasarkan pada pemisahan molekular dari sel atau organel subselular. Pemisahan tersebut berdasarkan konsep bahwa partikel yang tersuspensi di sebuah wadah akan mengendap (bersedimentasi) ke dasar wadah karena adanya gaya gravitasi. Sehingga laju pengendapan suatu partikel yang tersuspensi tersebut dapat diatur dengan meningkatkan atau menurunkan pengaruh gravitasional terhadap partikel. Pengaturan laju pengendapan tersebut dapat dilakukan dengan cara menempatkan wadah yang berisi suspensi
partikel kemesin sentrifugasi tepatnya pada bagian rotor yang kemudian akan berputar dengan kecepatan tertentu.
Hal tersebut tergantung pada ukuran dan bobot jenis dari suspensi. Teknik ini dapat digunakan untuk mengisolasi dan mengkarakterisasi molekul biologi dan komponen selular. Hasil sentrifugasi terbagi menjadi dua, yaitu supernatan dan pelet. Supernatan adalah substansi hasil sentrifugasi yang memiliki bobot jenis yang lebih rendah. Posisi dari substansi ini berada pada lapisan atas dan warnanya lebih jernih. Sementara pelet adalah substansi hasil sentrifugasi yang memiliki bobot jenis yang lebih tinggi.
Sentrifugasi adalah suatu teknik pemisahan yang digunakan untuk menisahkan suspensi yang jumlahnya Sentrifugasi yang cepat menghasilakan gaya sentrifugal lebih besar sehingga partikel tersusupensi mengendap di dasar tabung reaksi kemudian didekantasi (dipipet). Gaya sentifugal adalah gaya yang terjadi akibat adanya putaran, arah gayanya adalah dari titik pusat putaran keluar menuju jari-jari luar. Pemisahan menggaunakan gaya ini pada penerapannya biasanya dikenakan pada pemisahan fasa padat dengan fasa cair yang tercampur. Pemisahan menggunakan gaya ini dilakukan apabila perbedaan densitas antara kedua fasa tidak terlalu besar, bisa dalam bentuk campuran suspensi, sehingga pemisahan dengan grafitasi sukar dilakukan.
Pemisahan antara dua fasa cair yang membentuk emulsi juga dapat dilakukan dengan cara pemberian gaya sentrifugal. Gaya ini berfungsi ganda, yaitu sebagai perusak sistem emulsi dan memisahkan kedua fasa cairnya. Peralatan sentrifugasi untuk memisahkan dua fasa cair dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu turbular centifuge dan disk bowl centrifuge.
Bowl centrifuge
Turbular centrifuge
Centrifuse yang digunakan dalam percobaan ini adalah disc bowl yang beroperasi secara batch. Alat ini terdiri dari piringan – piringan berbentuk mangkok tersusun membentuk satu kesatuan. Tiap piringan terdapat lubang kecil ditengah untuk jalannya umpan, sedangkan piringan mangkok membentuk celah sebagai jalan keluar untuk masing-masing cairan yang mengandung berat jenis berbeda, setelah dikenai gaya sentrifugal. Perolehan dari masing-masing celah akan terkumpul dan keluar dari dua jalan yang berbeda. . Gaya sentrifugal, Fc dalam N dapat dirumuskan sebagai berikut :
2 m ar m r Fc ... (SI) dimana, r V
; V = kecepatan tangensial (m/det)
r V m r V r m Fc 2 2
Kecepatan rotasi dinyatakan sebagai N, dimana N = rev/mnt, sehingga
60 2 N ; r V V N 2 60 2 60
substitusi ke Fc, menjadi 2 r m Fc 2 60 2 mr N 2 60 2 r N V m V Fc 2 60 2 r N V Fc
Secara umum sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force. Pemisahan dapat dilakukan terhadap fasa padat cair tersuspensi maupun campuran berfasa cair-cair. Pada pemisahan dua fasa cair dapat dilakukan apabila kedua cairan mempunyai perbedaan rapat massa. Semakin besar perbedaan rapat massa dari kedua cairan semakin mudah dipisahkan dengan cara sentrifugasi. Semakin mudah dipisahkan yang dimaksud adalah semakin kecil energi yang diperlukan untuk proses pemisahannya.
Dua cairan yang dipisahkan dengan metode sentrifugasi biasanya berbentuk dua fasa cair yang teremulsi. Pemisahan paling sering kita jumpai dalam industri adalah pemisahan lemak yang terdapat dalam susu full cream. Dengan sentrifugasi dipisahkan lemaknya sehingga diperoleh susu skim, susu dengan kadar lemak yang rendah, yaitu berkisar ±3% berat. Dalam keperluan lain operasi sentrifugasi juga dapat berfungsi ganda, yaitu sebagai pemisah untuk campuran maupun sebagai operasi yang membantu proses pengeringan bahan. Fungsi pengeringan utamanya biasanya adalah adanya tarikan udara vakum atau suhu yang agak tinggi.
Salah satu teknik yang dapat dipergunakan untuk memisahkan campuran ini adalah teknik sentrifugasi, yaitu metode yang digunakan dalam untuk mempercepat proses pengendapan dengan memberikan gaya sentrifugal pada partikel-partikelnya.
Gaya sentifugal adalah gaya yang terjadi akibat adanya putaran, arah gayanya adalah dari titik pusat putaran keluar menuju jari-jari luar. Pemisahan menggunakan gaya ini pada penerapannya biasanya dikenakan pada pemisahan fasa padat dengan fasa cair yang tercampur. Pemisahan menggunakan gaya ini dilakukan apabila perbedaan densitas antara kedua fasa tidak terlalu besar, bisa dalam bentuk campuran suspensi, sehingga pemisahan dengan gravitasi sukar dilakukan.
Pemisahan sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada jarak tertentu. Apabila objek berotasi di dalam tabung atau silinder yang berisi campuran cairan dan partikel, maka campuran tersebut dapat bergerak menuju pusat rotasi, namun hal tersebut tidak terjadi karena adanya gaya yang berlawanan yang menuju ke arah dinding luar silinder atau tabung, gaya tersebut adalah gaya sentrifugasi. Gaya inilah yang menyebabkan partikel-partikel menuju dinding tabung dan terakumulasi membentuk endapan.
Pemisahan antara dua fasa cair yang membentuk emulsi juga dapat dilakukan dengan cara pemberian gaya sentrifugal. Gaya ini berfungsi ganda, yaitu sebagai perusak sistem emulsi dan memisahkan kedua fasa cairnya.
Peralatan sentrifugasi untuk memisahkan dua fasa cair dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu turbular centifuge dan disk bowl centrifuge.
Centrifuge yang digunakan dalam percobaan ini adalah disc bowl yang beroperasi secara batch. Alat ini terdiri dari piringan – piringan berbentuk mangkok tersusun membentuk satu kesatuan. Tiap piringan terdapat lubang kecil ditengah untuk jalannya umpan, sedangkan piringan mangkok membentuk celah sebagai jalan keluar untuk masing-masing cairan yang mengandung berat jenis berbeda, setelah dikenai gaya sentrifugal. Perolehan dari masing-masing celah akan terkumpul dan keluar dari dua jalan yang berbeda.
Gambar 1. Disk Bowl Centrifuge
Gambar 2. Prinsip Kerja Disk Bowl Centrifuge
Sentrifugasi digunakan dalam pemisahan krim susu untuk menghasilkan dan skim susu. Disc bowl centrifuge biasanya digunakan untuk tugas ini. Mereka mungkin kedap disegel dan dilengkapi dengan pompa sentripetal. Biasanya susu dipanaskan sampai antara 40°C dan 50°C sebelum pemisahan, untuk mengurangi kekentalan dan mengoptimalkan perbedaan densitas antara fasa lemak dan berair. Isi lemak yang susu skim dapat dikurangi hingga kurang dari 0,05%. Meskipun proses kontinu, padatan larut hadir dalam susu (partikel kotoran, kasein micelles, mikroorganisme) membangun seperti lumpur dalam mangkuk sentrifugal. Mangkuk harus membersihkan pada interval. Alternatifnya, nozzle atau membuka diri sentrifugal dapat digunakan, tetapi dengan outlet untuk krim dan susu skim serta lumpur. Lemak dapat pulih oleh sentrifugasi.
Ada banyak aplikasi lain untuk sentrifugasi dalam pengolahan makanan, misalnya mangkuk berbentuk tabung mesin untuk mengklarifikasi sari dan gula sirup memisahkan hewan darah ke dalam plasma dan hemoglobin, nozzle dan mesin membuka diri untuk dewatering pati dan sentrifuge untuk memulihkan decanting hewan dan tumbuhan protein, memisahkan lemak dari daging dan memisahkan comminuted kopi dan teh slurries.
Begitu pula dalam proses pembuatan minyak kelapa, dimana teknik pemisahan sentrifugasi cukup berperan. Buah kelapa dihancurkan, dan diperas sehingga didapat bagian santan. Didalam santan terdapat campuran minyak dengan air. Dengan melakukan sentrifugasi dengan kecepatan antara 3000-3500 rpm, maka terjadi pemisahan dan terdapat dua bagian yaitu fraksi kaya minyak (krim) dan fraksi miskin minyak (skim). Selanjutnya krim diasamkan, kemudian diberi perlakuan sentrifugasi sekali lagi untuk memisahkan minyak dari bagian bukan minyak.
Dalam pengolahan minyak kelapa, sering juga dilakukan modifikasi khususnya dalam pemisahan krim untuk mendapatkan bagian minyak. Modifikasi tersebut dilakukan dengan cara pemanasan krim, dan akan dihasilkan padatan dan minyak, selanjutnya dengan penyaringan kita dapatkan minyak kelapa yang bersih dan jernih.
Perhitungan Gaya Sentrifugal (F’c)
Gaya sentrifugal dapat dirumuskan sebagai berikut : dimana,
Fc : gaya sentrifugal (Newton)
F’c : gaya sentrifugal tiap satuan massa (Newton/kg)
: kecepatan sudut (rad)
N : kecepatan putar (rotasi/detik) r : jari-jari (m) m : massa (kg)
