Bioreaktor: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
20Lukianto (bicara | kontrib) Tidak ada ringkasan suntingan |
Nonatimur02 (bicara | kontrib) Fitur saranan suntingan: 2 pranala ditambahkan. |
||
| (54 revisi perantara oleh 23 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
▲[[Image:Pg166 bioreactor.jpg|thumb|right|250px|Bioreaktor]]
'''Bioreaktor''' adalah sebuah peralatan atau sistem yang mampu menyediakan sebuah lingkungan biologis yang dapat menunjang terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan yang dikehendaki. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan organisme atau komponen biokimia aktif (enzim) yang berasal dari organisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik. Oleh karena itu, bioreaktor biasanya terbuat dari bahan stainless steel karena bahan tersebut tidak bereaksi dengan bahan-bahan yang berada dalam bioreaktor sehingga tidak menggangu proses biokimia yang terjadi. Selain itu, bahan tersebut juga anti karat dan tahan panas.<ref name=ratledge> Ratledge C, Kristiansen B. 2001. Basic Biotechnology. Cambridge: Cambridge University Pr.</ref> Selain itu, bioreaktor juga harus dapat menciptakan lingkungan yang optimum bagi mikroorganisme ataupun reaksi yang diinginkan maka diperlukan pengontrolan. Parameter yang biasa dikontrol pada bioreaktor adalah suhu, pH, substrat (sumber karbon dan nitrogen), aerasi, dan agitasi.<ref name=william> Williams JA. 2002. Keys to bioreactor selection. Chemical Eng Progress 98(3):34-41.</ref>▼
'''Bioreaktor''' atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah [[peralatan]] atau [[sistem]] yang mampu menyediakan sebuah [[lingkungan]] biologis yang dapat [[menunjang]] terjadinya [[reaksi]] [[biokimia]] dari bahan [[mentah]] menjadi bahan yang dikehendaki.<ref name=ratledge>{{en}} Ratledge C, Kristiansen B. 2001. Basic Biotechnology. Cambridge: Cambridge University Pr. Hal. 5-17.</ref><ref name="a"/> Reaksi [[biokimia]] yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan organisme atau komponen biokimia aktif ([[enzim]]) yang berasal dari [[organisme]] tertentu, baik secara [[aerobik]] maupun [[anaerobik]].<ref name=ratledge/><ref name="a"/> Sementara itu, agensia biologis yang digunakan dapat berada dalam keadaan [[suspensi|tersuspensi]] atau [[Enzim terimobilisasi|terimobilisasi]].<ref name="a"/> 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>
Komponen utama bioreaktor terdiri atas tanki, sparger, impeller, saringan halus atau baffle dan sensor untuk mengontrol parameter. Tanki berfungsi untuk menampung campuran substrat, sel mikroorganisme, serta produk. Volume tanki skala laboratorium berkisar antara 1 – 30 L, sedangkan untuk skala industri dapat mencapai lebih dari 1 000 L. Sparger terletak di bagian bawah bioreaktor dan berperan untuk memompa udara, dan mencegah pembentukan gelembung oksigen. Impeller berperan dalam agitasi dengan mengaduk campuran substrat dan sel. Impeller digerakkan oleh rotor. Baffle juga berperan untuk mencegah terjadinya efek pusaran air akibat agitasi yang dapat mengganggu agitasi yang seharusnya. Sensor berperan untuk mengontrol lingkungan dalam bioreaktor. Kontrol fisika meliputi sensor suhu, tekanan, agitasi, foam, dan kecepatan aliran. Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor pH, kadar oksigen, dan perubahan komposisi medium.<ref name=william/><ref name=vill> Villadsen J, Lidén G. 2003. Bioreactor Engineering Principles. New York : Plenum Press.</ref>▼
== Komponen ==
Untuk melakukan produksi skala besar menggunakan bioreaktor dibutuhkan proses peningkatan skala (scale up). Parameter kinetik merupakan acuan dalam peningkatan skala bioreaktor. Parameter kinetik dalam bioreaktor ialah pengaturan suhu, pH, aerasi, agitasi, dan agen antifoam. Pengaturan suhu dalam bioreaktor dilakukan dengan cara pemompaan air dingin ke bagian jaket bioreaktor. Pengaturan pH dilakukan dengan cara pemberian asam seperti HCl dan basa seperti NaOH. Agitasi dalam bioreaktor dibutuhkan untuk homogenisasi isi bioreaktor dan aerasi dalam bioreaktor. Jika organisme dalam bioreaktor bersifat aerob maka udara (oksigen) harus dimasukkan ke dalam bioreaktor. Udara dalam bioreaktor dimasukkan melalui sparger yang berada di bawah. Dalam proses aerasi dan agitasi terkadang dihasilkan foam yang dapat mengganggu reaksi biokimia dalam bioreaktor. Oleh karena itu, dibutuhkan agen antifoam untuk mencegah terjadinya foam. Agen antifoam yang umunya dipakai dapat berupa minyak sawit ataupun tween.<ref name=ratledge/>▼
▲Komponen utama bioreaktor terdiri atas
== Perancangan ==
Berdasarkan tingkat aseptis maka sistem bioreaktor terbagi menjadi 2, yaitu bioreaktor sistem non aseptis (untuk pengolahan limbah) dan bioreasktor sistem aseptis (untuk produksi sel dan produksi metabolit). Untuk bioreaktor sistem aseptis diperlukan sterilisasi bioreaktor pada suhu dan tekanan yang tinggi.<ref name=ratledge/> Sedangkan, berdasarkan pemberian substrat maka sistem fermentasi dalam bioreaktor terbagi menjadi tiga, yaitu batch fermentation, continous batch fermentation, dan fed batch fermentation. Pada batch fermentation, makanan hanya diberikan satu kali saja kemudian produk dipanen. Pada continous batch fermentation, makanan diberikan terus menerus. Pada fed batch fermentation, makanan diberikan kemudian produk dipanen, makanan yang baru diberikan sebelum makanan pertama yang diberikan habis.<ref> Shetty K, Paliyath G, Pometto A, Levin RE. 2006. Food Biotechnology. Boca Raton: CRC Pr.</ref> Lalu, bila kita melihat sistem aerasinya, bioreaktor dibagi menjadi bioreaktor stirred tank, bubble column, dan loop airlift. Prinsip stirred tank bioreactor adalah menghasilkan aerasi dengan menggunakan agitasi mekanis, yaitu dengan impeller. Pada bubble column bioreactor, udara dalam bentuk gelembung dimasukkan ke media melalui sparger untuk aerasi. Sedangkan, pada loop airlift bioreactor, udara dan media disirkulasi bersamaan melalui kolom yang dimasukkan ke dalam kolom lain.<ref name=vill/><ref>Christael L, Kawase Y, Znad H. 2007. Hydrodynamic modelling of internal loop airlift reactor applying drift-flux model in bubbly flow regime. Canadian J Chem Eng 1(7):1-8.</ref>▼
[[Berkas:Bioreactor principle svgedit.png|jmpl|300px|ka|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 memengaruhi 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.
==Referensi==▼
Untuk bioreaktor skala [[laboratorium]] yang berukuran 1,5-2,5 L umumnya terbuat dari bahan kaca atau [[borosilikat]], namun untuk skala industri, umunya digunakan bahan baja tahan karat (''[[stainless steel]]'') yang tahan karat.<ref name="b">{{en}} {{cite journal
| author = D. P. Middaugh, S. E. Lantz, C. S. Heard, J. G. Mueller
| year = 2004
| month = November
| title = Field-scale testing of a two-stage Bioreactor for removal of creosote and pentachlorophenol from ground water: Chemical and biological assessment
| journal = Archives of Environmental Contamination and Toxicology
| volume = 26
| issue =
| pages = 320-328
| doi = 10.1007/BF00203558
| id =
| url =
| format =
| accessdate =
}}</ref> Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi senyawa [[metal]] pada saat fermentasi terjadi di dalamnya.<ref name="b" /> 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" /> Bahan yang dipilih harus bersifat non-toksik dan tahan terhadap sterilisasi berulang-ulang menggunakan uap tekanan tinggi.<ref name="b" /> 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" /> Untuk meratakan media di dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang disebut agitator atau [[impeler]].<ref name="c" /> Sementara itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem [[aerasi]] yang berupa sparger.<ref name="c" /> 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"/> ''Baffle'' ini merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara radial di dindingnya.<ref name="d"/> 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
| author = J. A. Scott, K. L. Smith
| year = 1997
| month = January
| title = A bioreactor coupled to a membrane to provide aeration and filtration in ice-cream factory wastewater remediation
| journal = Water Research
| volume = 31
| issue = 2
| pages = 69-74
| 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" /> Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor agar tetap terkontrol, digunakan [[sensor]] [[pH]], [[suhu]], anti-buih, dan [[oksigen]] terlarut (DO).<ref name="e" /> Apabila kondisi di dalam sel mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilakukan perlakuan tertentu untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor.<ref name="e" /> Misalkan terjadi perubahan pH maka harus ditambahkan larutan [[asam]] atau [[basa]] untuk menjaga kestabilan pH.<ref name="e" /> Penambahan zat ini dapat dilakukan secara manual namun juga dapat dilakukan secara otomatis menggunakan bantuan pompa peristaltik.<ref name="e" /> 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 }}
</ref>
== Jenis-jenis ==
▲Berdasarkan tingkat [[aseptis]] maka sistem bioreaktor terbagi menjadi 2, yaitu bioreaktor sistem [[non aseptis]] (untuk pengolahan [[limbah]]) dan
== Produksi skala besar ==
▲Untuk melakukan [[produksi]] [[skala]] besar menggunakan bioreaktor dibutuhkan proses peningkatan skala (''scale up'').<ref name=vill/> [[Parameter]] [[kinetik]] merupakan acuan dalam peningkatan skala bioreaktor.<ref name=vill/> Parameter kinetik dalam bioreaktor ialah pengaturan [[suhu]], [[pH]], [[aerasi]], [[agitasi]], dan [[agen]] [[antifoam]].<ref name=vill/> Pengaturan suhu dalam bioreaktor dilakukan dengan cara pemompaan air dingin ke bagian jaket bioreaktor.<ref name=vill/> Pengaturan pH dilakukan dengan cara pemberian [[asam]] seperti HCl dan [[basa]] seperti NaOH.<ref name=vill/> Agitasi dalam bioreaktor dibutuhkan untuk [[homogenisasi]] isi bioreaktor dan [[aerasi
== Aplikasi ==
Awalnya bioreaktor hanya digunakan untuk memproduksi [[ragi]], ekstrak [[khamir]], [[cuka]], dan [[alkohol]].<ref name="f"/> 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"/> 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>
▲== Referensi ==
{{reflist}}
[[Kategori:Bioteknologi]]
| |||