Calon Promotor Program Padjadjaran Excellence Fastrack Scholarship Tahun 2026

 

Nama Lengkap Safri Ishmayana, Ph.D.

E-mail : [email protected]

Bidang Keahlian : Biokimia Fermentatif

Prodi S2 Calon Mahasiswa: Ilmu Kimia

Prodi S3 Calon Mahasiswa: Ilmu Kimia

Judul Penelitian yang Ditawarkan:

Rekayasa Sistem Imobilisasi Ragi Untuk Meningkatkan Efisiensi Fermentasi Bioetanol: Dari Matriks Alginat Hingga Biokapsul Berbasis Fungi

Engineering Yeast Immobilization Systems to Enhance Bioethanol Fermentation Efficiency: From Alginate Matrices to Fungal-Based Biocapsules

 

Abstrak:

Produksi bioetanol melalui fermentasi oleh Saccharomyces cerevisiae merupakan salah satu teknologi yang berpotensi mendukung pengembangan energi terbarukan. Namun, proses fermentasi konvensional dengan sel bebas sering menghadapi berbagai keterbatasan, seperti rendahnya stabilitas sel, kesulitan pemisahan biomassa, serta penurunan kinerja fermentasi akibat stres lingkungan. Teknologi imobilisasi sel ragi menjadi salah satu pendekatan yang menjanjikan untuk meningkatkan efisiensi fermentasi karena mampu meningkatkan stabilitas sel, memungkinkan penggunaan ulang biomassa, serta berpotensi meningkatkan produktivitas etanol. Penelitian ini bertujuan untuk merekayasa sistem imobilisasi ragi yang lebih efektif guna meningkatkan efisiensi fermentasi bioetanol. Penelitian akan dilakukan secara bertahap selama empat tahun dengan pendekatan yang mengintegrasikan rekayasa matriks polimer dan sistem imobilisasi biologis. Pada tahap awal, penelitian akan memanfaatkan sistem enkapsulasi alginat–kitosan yang telah memiliki kondisi optimum sebagai dasar untuk mengevaluasi kinerja fermentasi, stabilitas matriks, serta dinamika kebocoran sel (cell leakage) selama proses fermentasi dan fermentasi berulang. Kajian ini penting untuk memahami hubungan antara karakteristik matriks dengan performa fermentasi. Tahap berikutnya akan berfokus pada analisis ketahanan sel terimobilisasi terhadap berbagai kondisi stres fermentasi, seperti konsentrasi gula tinggi, akumulasi etanol, serta keberadaan inhibitor fermentasi. Selain itu, parameter proses fermentasi akan dioptimasi untuk meningkatkan produktivitas etanol dan meminimalkan kebocoran sel. Hasil dari tahap ini diharapkan memberikan pemahaman yang lebih mendalam mengenai mekanisme perlindungan sel oleh matriks imobilisasi serta pengaruhnya terhadap kinerja fermentasi. Pada tahap lanjutan, penelitian akan mengembangkan sistem imobilisasi alternatif berbasis biokapsul fungi melalui interaksi antara ragi dan kapang berfilamen. Sistem biokapsul ini akan dibandingkan dengan sistem enkapsulasi alginat–kitosan dalam hal stabilitas struktur, kinerja fermentasi, serta kemampuan mempertahankan sel selama fermentasi berulang. Tahap akhir penelitian akan mengevaluasi kinerja sistem imobilisasi terbaik pada kondisi fermentasi yang lebih intensif, termasuk fermentasi konsentrasi gula tinggi dan fermentasi berulang, serta mengkaji aspek mekanistik yang mempengaruhi difusi substrat dan kebocoran sel. Luaran yang ditargetkan dari penelitian ini adalah publikasi ilmiah pada jurnal internasional bereputasi, yaitu satu artikel pada World Journal of Microbiology and Biotechnology (Q2) pada tahun pertama, serta tiga artikel pada jurnal internasional bereputasi lainnya (Q1–Q2) pada tahun ke-2, ke-3, dan ke-4. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi ilmiah dalam pengembangan teknologi imobilisasi mikroorganisme serta meningkatkan efisiensi proses fermentasi bioetanol.

 

Abstract:

Bioethanol production through fermentation by Saccharomyces cerevisiae is a promising technology to support the development of renewable energy. However, conventional fermentation processes using free cells often face several limitations, such as low cell stability, difficulties in biomass separation, and reduced fermentation performance due to environmental stress. Yeast cell immobilization technology has emerged as a promising approach to improve fermentation efficiency, as it enhances cell stability, enables biomass reuse, and has the potential to increase ethanol productivity. This study aims to engineer a more effective yeast immobilization system to improve the efficiency of bioethanol fermentation. The research will be conducted over four years using a staged approach that integrates polymer matrix engineering and biological immobilization systems. In the initial stage, an alginate–chitosan encapsulation system with previously optimized conditions will be utilized as a baseline to evaluate fermentation performance, matrix stability, and cell leakage dynamics during both single and repeated fermentation processes. This stage is essential to understand the relationship between matrix characteristics and fermentation performance. The next stage will focus on analyzing the resistance of immobilized cells under various fermentation stress conditions, such as high sugar concentrations, ethanol accumulation, and the presence of fermentation inhibitors. In addition, fermentation process parameters will be optimized to enhance ethanol productivity and minimize cell leakage. The outcomes of this stage are expected to provide deeper insights into the mechanisms of cell protection by immobilization matrices and their influence on fermentation performance. In the subsequent stage, an alternative immobilization system based on fungal biocapsules will be developed through interactions between yeast and filamentous fungi. This biocapsule system will be compared with the alginate–chitosan encapsulation system in terms of structural stability, fermentation performance, and the ability to retain cells during repeated fermentation cycles. The final stage of the study will evaluate the performance of the best immobilization system under more intensive fermentation conditions, including high sugar concentration and repeated fermentation, while also investigating mechanistic aspects affecting substrate diffusion and cell leakage. The expected outputs of this research include scientific publications in reputable international journals: one article in the World Journal of Microbiology and Biotechnology (Q2) in the first year, followed by three additional articles in other reputable international journals (Q1–Q2) in the second, third, and fourth years. This research is expected to contribute scientifically to the development of microorganism immobilization technology and to enhance the efficiency of bioethanol fermentation processes.