Teknik bioproses: Perbedaan antara revisi

[[Berkas:Pengolahan_limbah_tekstil_secara_biologis.jpg|thumbjmpl|Pengolahan [[limbah]] secara biologis merupakan salah satu aplikasi teknik bioproses.]]

'''Teknik bioproses''' atau '''teknik biokimia''' ([[Bahasa Inggris]]: ''biochemical engineering'') adalah cabang ilmu dari [[teknik kimia]] atau [[teknik biosistem]] yang berhubungan dengan perancangan dan konstruksi proses produksi yang melibatkan [[agen biologi]]. Agensia biologis dapat berupa [[mikroorganisme]] atau [[enzim]] yang dihasilkan oleh mikroorganisme.<ref name="e"></ref> Mikroorganisme yang digunakan pada umumnya berupa [[bakteri]], [[khamir]], atau [[kapang]].<ref name="e"></ref> Teknik bioproses biasanya diajarkan sebagai [[suplemen]] teknik kimia karena persamaan mendasar yang dimiliki keduanya.<ref name="f"></ref> Kesamaan ini meliputi ilmu dasar keduanya dan teknik penyelesaian masalah yang digunakan kedua jurusan. Aplikasi dari teknik bioproses dijumpai pada industri [[obat]]-obatan, [[bioteknologi]], dan industri pengolahan air.<ref name="f"></ref>

Sebuah bioreaktor adalah suatu alat atau sistem yang mendukung aktivitas [[agensia biologis]]. Dengan kata lain, sebuah bioreaktor adalah tempat berlangsungnya proses [[kimia]] yang melibatkan mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme. Bioreaktor dikenal juga dengan nama fermentor.<ref name="a"></ref> Proses reaksi kimia yang berlangsung dapat bersifat [[aerobik]] ataupun [[anaerobik]].<ref name="a"></ref> Sementara itu, agensia biologis yang digunakan dapat berada dalam keadaan [[suspensi|tersuspensi]] atau [[Enzim terimobilisasi|terimobilisasi]].<ref name="a"></ref> Contoh reaktor yang menggunakan agensia terimobilisasi adalah bioreaktor dengan unggun atau bioreaktor [[membran sintetis|membran]].<ref name="a">{{en}} {{cite book |last= John Tampion, M. D. Tampion|first= |authorlink= |coauthors= |title= Immobilized cells: principles and applications|year= 1987|publisher= Cambridge University Press|location= |id= ISBN 978-0-521-25556-1 }}</ref>

[[Berkas:Bioreactor principle.svg |thumbjmpl|300px|rightka|Struktur suatu bioreaktor.]]

Perancangan bioreaktor adalah suatu pekerjaan [[insinyur|teknik]] yang cukup kompleks. Pada keadaan optimum, mikroorganisme atau enzim dapat melakukan aktivitasnya dengan sangat baik. Keadaan yang mempengaruhimemengaruhi kinerja agensia biologis terutama [[temperatur]] dan [[pH]]. Untuk bioreaktor dengan menggunakan mikroorganisme, kebutuhan untuk hidup seperti [[oksigen]], [[nitrogen]], [[fosfat]], dan [[mineral]] lainnya perlu diperhatikan. Pada bioreaktor yang agensia biologisnya berada dalam keadaan tersuspensi, sistem pengadukan perlu diperhatikan agar cairan di dalam bioreaktor tercampur merata (homogen). Seluruh parameter ini harus dimonitor dan dijaga agar kinerja agensia biologis tetap optimum.

Untuk bioreaktor skala laboratorium yang berukuran 1,5-2,5 L umumnya terbuat dari bahan kaca atau [[borosilikat]], namuntetapi untuk skala industri, umunya digunakan bahan baja tahan karat (''[[stainless steel]]'') yang tahan karat.<ref name="b">{{en}} {{cite journal

}}</ref> Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi senyawa [[metal]] pada saat fermentasi terjadi di dalamnya.<ref name="b"></ref> Bahan baja yang mengandung < 4% kromium disebut juga baja ringan, sedangkan bila kadar kromium di dalamnya >4% maka disebut ''[[stainless steel]]''. Bioreaktor yang umum digunakan terbuat dari bahan [[baja]] 316 yang mengandung 18% [[kromium]], 2-2,5% [[molibdenum]], dan 10% [[nikel]].<ref name="b"></ref> Bahan yang dipilih harus bersifat non-toksik dan tahan terhadap sterilisasi berulang-ulang menggunakan uap tekanan tinggi.<ref name="b"></ref> Untuk mencegah kontaminasi, bagian atas biorektor dapat ditambahkan dengan [[segel]] aseptis (''aseptic seal'') yang terbuat dari campuran [[metal]]-kaca atau metal-metal, seperti ''O-ring'' dan gasket.<ref name="c"></ref> Untuk meratakan media di dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang disebut agitator atau [[impeler]].<ref name="c"></ref> Sementara itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem [[aerasi]] yang berupa sparger.<ref name="c"></ref> Untuk bioreaktor [[aerob]], biasanya digunakan kombinasi sparger-agitator sehingga pertumbuhan mikrooganisme dapat berlangsung dengan baik.<ref name="c">{{en}} {{cite book

| last = Mukesh Doble, Anil Kurnar Kruthiventi, Vilas Gajanan Gaikar

| first =

| title = Biotransformations and Bioprocesses

| publisher = MARCEL DEKKER Inc.

| year = 2004

| doi =

| id = ISBN 0-8247-4775-5 }}</ref>

Pada bagian dalam bioreaktor, dipasang suatu [[sekat]] yang disebut'' baffle'' untuk mecegah [[vorteks]] dan meningkatkan efisiensi aerasi.<ref name="d"></ref> ''Baffle'' ini merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara radial di dindingnya.<ref name="d"></ref> Bagian lain yang harus dimiliki oleh suatu bioreaktor adalah [[kondensor]] untuk mengeluarkan hasil kondensasi saat terjadi [[sterilisasi]] dan [[filter]] (0,2 μm) untuk menyaring udara yang masuk dan keluar tangki.<ref name="d">{{en}} {{cite journal

| doi = doi:10.1016/S0043-1354(96)00234-5 }}</ref> Untuk proses [[inokulasi]] kultur, pengambilan sampel, dan pemanenan, diperlukan adanya saluran khusus dan pengambilannya harus dilakukan dengan hati-hati dan aseptis agar tidak terjadi kontaminasi.<ref name="e"></ref> Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor agar tetap terkontrol, digunakan [[sensor]] [[pH]], [[suhu]], anti-buih, dan [[oksigen]] terlarut (DO).<ref name="e"></ref> Apabila kondisi di dalam sel mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilakukan perlakuan tertentu untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor.<ref name="e"></ref> Misalkan terjadi perubahan pH maka harus ditambahkan larutan [[asam]] atau [[basa]] untuk menjaga kestabilan pH.<ref name="e"></ref> Penambahan zat ini dapat dilakukan secara manual namun juga dapat dilakukan secara otomatis menggunakan bantuan pompa peristaltik.<ref name="e"></ref> Selain asam dan basa, pompa [[peristaltik]] juga membantu penambahan [[anti-buih]] dan [[substrat]] ke dalam bioreaktor.<ref name="e">{{en}} {{cite book

| last = Peter M. Huck

| authorlink =

| title = Design of Biological Processes for Organics Control

| publisher = Amer Water Works Assn

| year = 1998

| doi =

| id = ISBN 978-0-89867-936-6 }}

Awalnya bioreaktor hanya digunakan untuk memproduksi [[ragi]], ekstrak [[khamir]], [[cuka]], dan [[alkohol]].<ref name="f"></ref> Namun, alat ini telah digunakan secara luas untuk menghasilkan berbagai macam produk dari makhluk hidup seperti antibiotik, berbagai jenis [[enzim]], [[protein sel tunggal]], [[asam amino]], dan senyawa [[metabolit sekunder]] lainnya.<ref name="f"></ref> Selain itu, suatu senyawa juga dapat dimodifikasi dengan bantuan [[mikroorganisme]] sehingga menghasilkan senyawa hasil [[transformasi]] yang berguna bagi manusia.<ref name="f">{{en}} {{cite book

| last = Jetsuya Tosa, Atsuo Tanaka, Takeshi Kobayashi, Tetsuya Tosa

| first =

| title = Industrial Application of Immobilized Biocatalysts (Biotechnology and Bioprocessing)

| publisher = CRC Press

| year = 1992

| doi =

| id = ISBN 978-0-8247-8744-8}}</ref> Pengolahan limbah buangan industri ataupun rumah tangga pun sudah dapat menggunakan bioreaktor untuk memperoleh hasil buangan yang lebih ramah lingkungan.<ref>{{en}} {{cite book

| last = Debra R. Reinhart, Timothy G. Townsend

| first =

| title = Landfill Bioreactor Design & Operation

| publisher = CRC Press

| year = 1997

| doi =

| id = ISBN 978-1-56670-259-1}}

</ref>