Bioreaktor: Perbedaan antara revisi

[[Berkas:Pg166 bioreactor.jpg|thumbjmpl|rightka|250px|Bioreaktor]]

'''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"></ref> 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"></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>

Komponen utama bioreaktor terdiri atas [[tangki]], [[sparger]], [[impeller]], [[saringan]] halus atau [[baffle]] dan [[sensor]] untuk mengontrol parameter.<ref name=vill>{{en}} Villadsen J, Lidén G. 2003. Bioreactor Engineering Principles. New York : Plenum Press. Hal. 11-15.</ref> Tanki berfungsi untuk menampung campuran substrat, sel mikroorganisme, serta produk.<ref name=vill/> 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.<ref name=vill/> [[Impeller]] berperan dalam [[agitasi]] dengan mengaduk campuran substrat dan sel.<ref name=vill/> Impeller digerakkan oleh [[rotor]].<ref name=vill/> Baffle juga berperan untuk mencegah terjadinya efek [[pusaran]] air akibat agitasi yang dapat mengganggu agitasi yang seharusnya. [[Sensor]] berperan untuk mengontrol lingkungan dalam bioreaktor.<ref name=william/> Kontrol fisika meliputi sensor [[suhu]], [[tekanan]], agitasi, [[foam]], dan kecepatan aliran.<ref name=william/> Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor [[pH]], kadar oksigen, dan perubahan [[komposisi]] [[medium]].<ref name=williamvill/><ref name=villwilliam/>

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

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.<ref name=ratledge/> Selain itu, bahan tersebut juga anti [[karat]] dan tahan panas.<ref name=ratledge/> Selain itu, bioreaktor jugaBioreaktor harus dapat menciptakan lingkungan yang [[optimum]] bagi [[mikroorganisme]] ataupun reaksi yang diinginkan maka diperlukan pengontrolan.<ref name=william>{{en}} Williams JA. 2002. Keys to bioreactor selection. ''Chemical Eng Progress'' 98(3):34-41.</ref> Parameter yang biasa dikontrol pada bioreaktor adalah [[suhu]], [[pH]], [[substrat]] (sumber [[karbon]] dan [[nitrogen]]), [[aerasi]], dan [[agitasi]].<ref name=william/>

}}</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 }}

Berdasarkan tingkat [[aseptis]] maka sistem bioreaktor terbagi menjadi 2, yaitu bioreaktor sistem [[non aseptis]] (untuk pengolahan [[limbah]]) dan bioreasktorbioreaktor sistem aseptis (untuk [[produksi]] [[sel]] dan produksi [[metabolit]]).<ref name=ratledge/> 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'', ''continouscontinuous batch fermentation'', dan ''fed batch fermentation''.<ref name=she>{{en}} Shetty K, Paliyath G, Pometto A, Levin RE. 2006. Food Biotechnology. Boca Raton: CRC Pr. Hal. 61-63.</ref> Pada ''batch fermentation'', makanan hanya diberikan satu kali saja kemudian produk dipanen.<ref name=she/> Pada ''continous batch fermentation'', makanan diberikan terus menerus.<ref name=she/> Pada ''fed batch fermentation'', makanan diberikan kemudian produk dipanen, makanan yang baru diberikan sebelum makanan pertama yang diberikan habis.<ref name=she/> Lalu, bila kita melihat sistem aerasinya, bioreaktor dibagi menjadi bioreaktor ''stirred tank'', ''bubble column'', dan ''loop airlift''.<ref name=she/> 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>{{en}} 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>

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>