3-isi Pemicu 3

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kultur sel saat ini merupakan hal yang penting dalam dunia industri seiring berkembangnya teknologi enzim, rekombinasi protein, fermentasi, dan lain-lain yang dalam produksinya tidak bisa lepas daripada kultur sel. Ketika kita mencoba mengkultur suatu sel, maka adalah hal yang sangat penting untuk kita mengetahui jenis sel yang ingin kita kultur, lingkungan tumbuhnya dan ketahanan akan beberapa faktor lingkungan. Apabila kita sudah mulai berbicara mengarah kepada industri, maka kita tidak dapat lepas dari kata pengoptimalan, dan pengoptimalan berhubungan erat dengan ketepatan produk yang dihasilkan dan keuntungan yang diterima perusahaan. Ketepatan bukan melulu tentang bagaimana menghasilkan prosuk yang terbaik, melainkan produk yang tepat pada kebutuhan masyarakat dan produk yang dapat dibeli oleh masyarakat. Untuk meraih produk yang tepat sasaran dan keuntungan yang besar, maka industri yang memakai sel sebagai bahan baku produksinya harus mengerti bagaimana menangani sel yang akan dikultur. Pemilihan reaktor dan pemilihan faktor operasi dalam bioreaktor harus tepat karena berkaitan erat dengan kualitas produk dan keuntungan suatu perusahaan. Semakin baik pemilihan bioreaktor serta pengoprasian reaktor maka semakin baik juga kualitas produk dan untung yang diterima perusahaan. Maka dari itu, sebagai calon insinyur, penulis pada makalah ini berusaha untuk membukakan menganai berbagai jenis bioreaktor dan faktor-faktor operasinya serta neraca massa dan energi pada masing masing bioreaktor. Hal ini bertujuan agar penulis dan pembaca dapat mengerti dan megaplikasikan jenis bioreaktor yang tepat untuk sel yang ingin dikultur. 1.2. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini dapat diuraikan sebagai berikut. 

Mempelajari bioreaktor aseptis dan non aseptis serta aplikasinya



Mempelajari aspek perancangan bioreaktor



Mempelajari jenis-jenis bioreaktor



Mempelajari keunggulan, kekurangan dan cara kerja bioreaktor



Mempelajari neraca massa sel pada setiap jenis bioreaktor



Mempelajari faktor operasi bioreaktor berupa aerasi, temperatur, dan pencahayaan dalam pertumbuhan sel di dalam bioreaktor Mempelajari aspek desain bioreaktor terkait pencahayaan, aerasi, dan suhu

1

The world's largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.









BAB II PEMBAHASAN 1.

Dalam prakteknya pada proses biologi dikenal dua sistem reaktor, yaitu aseptis dan non asept aseptii s. B agaim agai mana A nda menje nj elaskan laskan te tentang ke k eduanya duanya dan dan jug juga a pe per untuka untukanny nnya a dar i ma masing-ma sing-masing rea reaktor ktor te terseb rsebut? ut? Jawab : Bioreaktor dapat juga disebut sebagai fermenter. Selama proses, suasana reaksi harus dapat dipantau dan dikendalikan. Bioreaktor memfasilitasi lingkungan fisik, sehingga biokatalis dapat melakukan interaksi dengan lingkungan dan bahan nutrisi (hara) yang dimasukkan ke dalamnya. Bioreaktor dapat berupa bejana sederhana yang dilengkapi dengan berbagai alat pengendalian sistemnya.Terdapat dua sis tem bioreaktor, yaitu sistem aseptis dan sistem non aseptis. (Fardiaz, 1987). a. Aseptis Teknik aseptik adalah usaha mempertahankan objek agar bebas dari mikroorganisme. Dalam prosesnya mencapai kondisi aseptis, diperlukan faktor operasional seperti berikut (Syamsu dkk, 2003) : 







Sterilisasi fermentor, dengan uap bertekanan. Medium fermentasi dapat disterilkan bersama di dalam fermentor atau secara terpisah. terilisasi penyediaan udara, dilakukan dengan menggunakan penyaring berserat atau penyaring absolut. Aerasi dan agitasi, berkaitan dengan jenis bahan, struktur geometrik dan posisi pemasangannya serta penggunaan “seal”. Penambahan inokulum, nutrien dan bahan-bahan lain, harus dalam keadaan tekanan positif dan lubang pemasukan dilengkapi dilengkapi sistem pemberian uap.

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. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi senyawa metal pada saat fermentasi terjadi di dalamnya. 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. Untuk bioreaktor sistem aseptis, diperlukan sterilisasi bioreaktor pada suhu dan tekanan yang tinggi. Aplikasinya adalah dalam produksi antibiotik, asam amino, polisakarida, dll. (Yulianto, 2001) Apabila menginginkan nilai produk yang tinggi dengan produk dalam volume yang sedikit maka membutuhkan sistem operasi yang lebih kompleks dan kondisi yang aseptik. (Bagus, 2008). b. Non Aseptis Pada teknik non aseptis, bioreaktor dibiarkan terbuka terhadap lingkungan.









(Bagus, 2008) karena risiko kontaminasi pada produksi dengan pH dan suhu ekstrem relatif rendah.

G ambar 1. Bioreaktor Aseptik (kiri) dan Bioreaktor Non Aseptik (kanan) (sumber : Bioprocess International dan novopackepivo.cz)

2.

Dikatakan bahwa reaktor sangat berperan dalam menopang kehidupan sel dan juga kultur jaringan. Menurut anda hal apa sajakah yang harus dipertimbangkan dalam upaya perancangannya? Jawab : Bioreaktor merupakan ruang yang dirancang sebagai tempat berlangsungnya reaksireaksi biologis. Maka, perancangan bioreaktor adalah suatu tantangan untuk insinyur bioproses, dikarenakan perancangannya merupakan suatu pekerjaan teknik yang cukup kompleks. Bioreaktor harus dapat menyediakan lingkungan yang ideal dan keadaan optimum, dimana mikroorganisme dapat melakukan aktivitasnya dengan sangat baik. Parameter yang biasa dikontrol pada bioreaktor adalah suhu, pH, substrat (sumber karbon dan nitrogen), aerasi, dan agitasi. Untuk bioreaktor dengan menggunakan mikroorganisme, kebutuhan untuk hidup seperti oksigen, nitrogen, fosfat, dan mineral lainnya perlu diperhatikan. diperhatikan. Untuk mencapai keadaan tersebut, insinyur bioproses harus mempertimbangkan berbagai aspek untuk sistem biologi, kimia, dan fisika (makrokinetik). Sistem makrokinetik mencakup pertumbuhan mikroorganisme seperti sel-sel bakteri, ragi, jamur, tanaman dan hewan, serta produksi metabolit.









G amba ambarr 2. Desain Bioreaktor (sumber : https://application.wiley-vch.de/books/sample/3527337687 https://application.wiley-vch.de/books/sample/3527337687_c01.pdf) _c01.pdf) 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 juga anti karat dan tahan panas. Secara rinci, dalam merancang suatu bioreaktor, perlu dipertimbangkan beberapa hal berikut: (Fardiaz, 1987) 







Bejana atau bentukan lain harus mampu dioperasikan pada suasana aseptik dalam beberapa hari dan berlangsung untuk waktu yang sama. Aerasi dan agitasi harus dapat diatur sehingga dapat mencukupi kebutuhan biokatalis untuk melakukan metabolisme secara se cara optimal o ptimal . Proses pencampuran ini tidak boleh mengganggu atau merusak sel. Konsumsi energi untuk pengoperasian bioreaktor harus dapat dibuat seminimal mungkin. Suatu sistem yang dapat mengendalikan suhu dan harus merupakan bagian dari perlengkapan bioreaktor.



Bioreaktor harus dilengkapi dengan fasilitas fasilit as pengambilan contoh.



Proses penguapan (atau evaporasi) perlu diupayakan agar tidak berlebihan.



Bejana perlu dirancang agar dapat dioperasikan dengan jumlah kerja minimal, baik untuk pengoperasian, pengambilan produk, pembersihan, dan pemeliharaan.



Bejana atau bentukan lain harus sesuai dengan berbagai jenis proses.



Bejana harus dibuat sedemikian rupa sehingga permukaan bagian dalamnya halus.

Untuk memudahkan peningkatan skala ( scale up) up) atau peningkatan ukuran, bioreaktor harus mempunyai bentuk geometri serupa antara yang berukuran kecil dengan yang besar. Dalam merancang suatu bioreaktor, juga perlu mempertimbangkan aspek biologis: (Yulianti, 2001) 











Konsentrasi dari substrat dan produk dalam campuran reaksi adalah relatif rendah, karena baik substrat maupun produk dapat menghambat proses (sebagai inhibisi). Pertumbuhan sel, struktur dari enzim intraseluler, dan formasi produk bergantung pada kebutuhan nutrisi dari sel (garam, oksigen) dan pada pengaturan kondisi biologis optimum (suhu, konsentrasi konsentrasi reaktan, dan pH) pada pembatasan tertentu. Zat-zat tertentu, inhibitor, efektor, prekursor, produk metabolisme mempengaruhi laju dan mekanisme reaksi dan regulasi intraseluler. Mikroorganisme dapat memetabolisme bahan konvensional atau bahkan bahan baku terkontaminasi (selulosa, molase, minyak mineral, pati, bijih, air limbah, pembuangan udara, limbah biogenik), sebuah proses yang sering dilakukan di media yang sangat kental. Berbeda

dengan

enzim

terisolasi

atau

katalis

kimia,

mikroorganisme









 

Massa mikroba dapat meningkat karena konversi biokimia yang berlangsung. Efek seperti pertumbuhan pada dinding reaktor, flokulasi, atau autolisis mikroorganisme dapat terjadi selama reaksi. Hal lain yang perlu dipertimbangkan saat memilih bioreaktor adalah: (Bagus, 2008)







3.

Jenis mikroba yang digunakan Pengoperasian bioreaktor sangat tergantung pada kemantapan galur mikroba dan sifatnya (aerobik atau anaerobik). Jenis dan ukuran sel berpengaruh terhadap bioreaktor dan pengoperasiannya. Sel-sel bulat umumnya lebih kecil dan kurang tahan terhadap gaya geser dibanding organisme berfilamen. Oleh karena itu, dalam kasus ini perlu digunakan bioreaktor permukaan seperti reaktor unggun dan reaktor berbentuk tray. Sifat Media Sifat fisik substrat yang digunakan beragam dapat berupa berupa gas, cair dan padatan. Setiap sifat fisik berpengaruh terhadap bioreaktor yang dipilih. Contohnya substrat metana dan udara yang eksplosif tentunya tidak tepat bila menggunakan reaktor yang mempunyai bagian volume untuk udara. Efek biokinetik substrat adalah substrat yang menunjukkan penghambatan pertumbuhan, lebih tepat dilakukan dalam reaktor operasi semi kontinu dengan pengumpanan substrat secara kontinu. Faktor produksi Faktor produksi meliputi biaya dan penyediaan bahan mentah (gula dalam bentuk pati , tetes, sirup gula), fasilitas perdagangan untuk produk dan bahan mentah, ketersediaan dan mutu tenaga kerja, keadaan pasar (penjualan stabil, pabrik tunggal, penjualan berubah, pabrik fleksibel), bia ya dan ketersediaan energi dan air pendingin, aturan kerja dan keselamatan, undang-undang tentang pembatasan polusi lingkungan, dan kemungkinan penggunaan secara ekonomis hasil samping produk. Parameter proses proses biokimia Parameter proses proses biokimia meliputi laju perpindahan oksigen (OTR) terutama untuk mikroba aerobik, laju pertumbuhan dan pembentukan produk, produk, dan pH pertumbuhan pertumbuhan sel.

Me M etode pembiakan iakan se sel/kult l/kultiva ivasi si juga dapat dibed ibedakan kan be berdasa rdasarr kan kan ca cara ker ker ja syst syste em bioreaktornya seperti curah (bulk), kontinu, dan semi kontinu (fed batch). B agaim agaimana anda anda menje nj elaskan laskan ketig ketig a system system r eaktor terseb tersebut? ut? B agaim agai mana keuntunga untung an dan dan kelema lemahan ke k etig tig anya? nya? Jawab : A. Bioreaktor Curah (Bulk) Dalam proses batch, batch, semua komponen medium yang dibutuhkan dan inokulum ditambahkan hanya pada awal proses fermentasi. Oleh karenanya, konsentrasi tidak dikontrol namun dibiarkan bervariasi karena sel hidup mengambilnya untuk dikonsumsi dan pengambilan produk dilakukan pada akhir fermentasi. Kontrol dasar seperti pH,









Prinsip Kerja Bioreaktor Curah (Bulk) Pada jenis bioreaktor ini, substrat diberikan atau dicampurkan satu kali sebelum kultur berlangsung kemudian bejana atau bioreaktor tersebut ditutup dengan kondisi suhu, pH, tekanan dan faktor lainnya telah disesuaikan dengan kebutuhan dari kultur itu sendiri. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, salah satu faktor yang berpengaruh pada proses ini ialah aliran gas atau udara keluar masuk reaktor atau bejana, sehingga walaupun sistem dari proses ini tertutup, suplai udara secara kontinu tetap diberikan (apabila organisme tersebut aerobik) dan produk samping yang bersifat toksik juga dikeluarkan (apabila dihasilkan). Pada perangkat bioreaktor, terdapat komponen-komponen penting yang harus dimilikinya. Pertama ialah badan reaktor atau tangki reaktor tempat media diproses. Badan reaktor berupa tangki berjaket untuk operasi pendinginan jika diperlukan. Di bagian bawah ditempatkan filament pemanas untuk sterilisasi dan pemanasan saat proses jika diperlukan. Kedua ialah agigator, a gigator, agigator berfungsi seba gai penggerak atau pengaduk media dalam bioreaktor. Corong input berfungsi untuk memuat bahan/media yang akan diproses dalam reaktor secara perlahan-lahan. Corong input dapat juga disambungkan dengan menggunakan selang untuk input menggunakan pompa. Valve output berfungsi untuk memanen hasil proses dalam reaktor. Pemanenan dilakukan dengan cara membuka valve output tersebut. Kontrol asam basa berfungsi untuk mengendalikan pH pada kondisi yang sesuai saat terjadi perubahan selama proses berlangsung, (naik atau turun), setelah menerima sinyal-sinyal dari sensor pH. Komponen terakhir ialah sumber udara atau selang suplai udara apabila sel yang dikultur merupakan sel yang bersifat aerobik.

G ambar 3. Perangkat Bioreaktor Batch (sumber : shariarbd.com)











Keuntungan

Kerugian

Kultur curah merupakan cara yang paling sederhana, sehingga menjadi titik awal untuk studi kinetika kultivasi.

Terdapat inhibitor substrat yang dapat menghambat produksi sel dan produk.

Tidak perlu mikroba dengan kestabilan tinggi karena waktu kultivasinya singkat Dapat digunakan untuk fase fermentasi yang berbeda pada bioreaktor yang sama.

Kecepatan produksi semakin lama semakin menurun karena tidak ada substrat baru yang diumpankan dalam reactor.

Kultur curah lebih fleksibel dalam perencanaan produksi, terutama untuk memproduksi beragam produk dengan pasar kecil.

Membutuhkan waktu fermentasi yang lama dengan konsentrasi produk yang dihasilkan cukup rendah, misalnya konsentrasi produk etanol.

Resiko kontaminasi rendah. Konsentrasi produk akhir lebih tinggi.

B. Bioreaktor Kontinu Bioreaktor kontinyu adalah pengumpanan secara terus menerus dengan aliran konstan dan volume kultur bioreaktor konstan; umpan masuk sama dengan umpan keluar. Medium kultur yang steril maupun yang terdiri dari mikroorganisme diumpankan secara kontinyu ke dalam bioreaktor untuk menjaga kondisi tunak dan produknya juga diambil secara kontinyu kontin yu dari reaktor. Variabel reaksi dan parameter kontrolnya tetap konstan, menetapkan keadaan waktu konstan di dalam reaktor.









a gitator untuk pencampuran G ambar 4. Bioreaktor pengaduk dengan baffles dan agitator optimal, dan recycle biomassa. (sumber : Norton. : Norton. G Mcduffie. Bioreactors Mcduffie. Bioreactors Design Fundamentals. Fundamentals. ) )

Prinsip Kerja Bioreaktor Kontinu

Dalam suatu bioreaktor kontinu, umpan dimasukkan ke dalam bioreaktor dengan laju aliran yang konstan, dan kultur yang keluar dari bioreaktor terjadi dengan laju yang sama, sehingga volume kultur di dalam reaktor konstan. Udara steril juga dimasukkan sebagai umpan pada dasar reaktor melalui pipa terbuka atau penyemprot udara. Suatu gagang vertikal dilengkapi dengan pengarah dengan satu atau lebih impeler. Peranan impeler adalah untuk menimbulkan agitasi dalam bioreaktor untuk mempermudah aerasi. Fungsi utama agitasi sendiri ialah untuk mensuspensikan dan meratakan nutrisi dalam medium, untuk memberikan hara termasuk oksigen bagi sel, dan untuk memindahkan panas. Dengan pencampuran yang efisien, medium yang masuk tersebut menyebar secara cepat dan merata pada seluruh bagian reaktor. Produk yang keluar sama dengan umpan yang masuk. Variabel reaksi dan parameter control konsisten sepanjang proses, sehingga terjadi sebuah keadaan dimana komposisi dalam reaktor juga









dan dapat ditambahkan secara kontinyu untuk menjaga konsentrasi katalis. Bila enzim yang digunakan mahal, maka sebaiknya enzim tersebut merupakan enzim yang tertahan dan terimobilisasi di dalam bejana. Keuntungan

Meningkatkan potensi automating (proses (proses otomatis)

Kerugian

proses

Fleksibilitas minimum karena hanya terdapat sedikit variasi yang mungkin di dalam reactor (masukan komposisi medium, konsentrasi oksigen, dan suhu).

Mengurangi ongkos pekerja karena automation. automation.

Keseragaman kualitas bahan mentah wajib diperlukan untuk memastikan proses tetap kontinyu.

Mengurangi waktu tidak produktif karena pengosongn, pengisian dan sterilisasi reaktor.

Investasi yang lebih tinggi dalam kontrol dan peralatan automation, automation, serta peningkatan biaya untuk sterilisasi kontinyu medium.

Kualitas produk konsisten karena Biaya proses tinggi karena terjadi parameter operasi yang tidak berubah; penambahan substrat padat tak larut ke komposisi masukan dan keluaran dalam bioreaktor. sama. Mengurangi resiko toksisitas pada pekerja karena automation. automation.

Resiko yang lebih tinggi terhadap kontaminasi dan mutasi sel karena periode kultivasi yang relatif singkat.

C. Bioreaktor Semi Kontinu Reactor batch yang ideal adalah kasus special dari CSTR yang mana aliran umpan dan produk adalah nol yang kemudian dikenal dengan reactor fed-batch. Sistem fedbatch merupakan batch merupakan gabungan sistem batch dan kontinyu.









proses fermentasi selanjutnya. Prinsip Kerja Bioreaktor Semi Kontinu Pada sistem fed-batch, nutrisi yang diperlukan untuk perkembangan sel dan pembentukan produk diumpankan ke bioreaktor secara terus-menerus ataupun berkala melalui satu atau lebih aliran feed. Media segar terus menerus diumpankan ke dalam bioreaktor secara kontinyu tanpa pengosongan secara kontinyu. Oleh karena itu, volume bioreaktor akan meningkat selama proses fermentasi sampai volumenya penuh. Proses ini dilakukan berulang-ulang jika sel-sel yang dikultur masih hidup dan produktif. Sistem ini juga dapat dibalik, dimana tidak ada umpan yang terjadi secara terus-menerus akan tetapi terdapat aliran keluar secara berkala seperti sistem kontinyu. Bioreaktor fed-batch seperti gabungan dari bioreaktor batch dan kontinyu, namun perbedaannya ialah ia tidak memiliki selang yang langsung menghubungkan tangki dengan sumber bahan, bilapun ada tidak secara otomatis berpindah karena pada dasarnya proses dari operasi ini berlangsung berdasarkan waktu yang diinginkan. Penambahan akan terjadi pada waktu tertentu, dan tangki harus selalu memiliki tempat untuk penambahan sehingga biasanya terdapat dua atau lebih tangki yang digunakan pada operasi ini. Contoh produk yang dapat diperoleh pada sistem Fed-Batch Process adalah Dekstranase, hal ini juga telah dilakukan penelitian oleh Satia Wihardja (2010) yang berjudul “Proses Fermentasi Fed-Batch Fed-Batch untuk Produksi Dekstranase dengan Streptococcus sp. B7 Fed-Batch Fermentation Processes to Produce Dextranase from of Streptococcus sp. B7”. Dekstranase merupakan enzim yang menghidrolisis ikatan α-1,6 α -1,6 yang berada pada struktur dekstran dan sering digunakan dalam pabrik gula untuk menghilangkan dekstran dari jus yang mengandung kontaminan. Penelitian yang serupa tentang etanol menggunakan Fed-Batch Process juga dilakukan oleh Caylak dan Vardar (1998) dalam Tri Widjaja (2010), penelitian ini membandingkan produksi etanol dengan berbagai proses fermentasi yaitu, batch, kontinyu, fed-batch, dan semi-kontinyu menggunakan glukosa sebagai substrat dengan konsentrasi substrat 220 g/L dan bakteri Saccharomyces cerevisiae baik yang freecells maupun immobilisasi sel.









Kondisi lingkungan mikroorganisme dapat dioptimalkan sesuai dengan

Otomatisasi

tidak

mudah

untuk

kebutuhan dilakukan.

agar sesuai dengan kurva pertumbuhannya serta periode

kultivasinya.

Operasi bersifat hampir stasioner, penting untuk mikroorganisme yang agak

mudah bermutasi atau memiliki

Pengeluaran biaya lebih banyak untuk tenaga kerja atau pengendalian proses dinamis untuk reaktor ini.

risiko kontaminasi.

4.

B agaim agaimana anda anda me menentukan nentukan ner ner aca massa sel dar darii ketig ti g a siste sistem m r eaktor di atas? atas? Jawab : a. Neraca Massa Bioreaktor Batch [Laju akumulasi sel] = [Laju sel masuk] – [Laju sel keluar] + [laju pembentukan sel hidup]

Pada kebanyakan system, konsentrasi mikroorganisme yang masuk ( ) adalah nol. Untuk system bulk, v =  =  dan neraca massanya menjadi Sel

Pembagian dengan volume reactor, V

Substrat Laju hilangnya substrat, − , terjadi karena penggunaan substrat untuk pertumbuhan sel











b. Neraca Massa Bioreaktor Kontinyu Neraca massa bioreactor kontinyu sama dengan neraca massa umum, namun tanpa akumulasi karena kondisinya tunak. Neraca massa kondisi tunak untuk biomassa adalah {    } + { } = {   }  } + { ℎ   }  } Atau  −  +  −   = 0 ................ (1) Keterangan : ̂ = Laju alir sel masuk Fxi = 

̂ = Laju alir sel keluar Fx =   =  = Total laju generasi oleh reaksi   =  = Total laju konsumsi oleh reaksi Berdasarkan Fogler (2005), neraca massa untuk sel, substrat, dan produk pada bioreaktor continous dapat dirumuskan dalam: Neraca massa sel

 +    =  + (10)

Neraca massa substrat () 

 −    =  + (11)

Neraca massa produk

()

   =  +



(12)

() 









Neraca Substrat

()

 −  =

 −

1 



 = 

( − ) =

  1

/

= 



Debit Pemasokan

=

̅    

 / ( − )

Konsentrasi Konsentrasi Biomassa

 =  = 1 +

X o Vo eμt V

=

  ( − )

X o eμt Xo (  − 1)



5.

Jik J ika a aspe spek penca ncahay hayaan menjad njadi fakto faktorr penti nti ng dalam lam menop nopang hidup hidup sel, sel, bag bagaim aimana anda mendesai ndesain n r eaktor anda anda ter ter k ait ait pencahaya pencahayaan an yang opti optim mal? D an bagaimana agaimana pula pula jij i k a di di i ngi ng i nkan nk an seb sebalik aliknya (tanpa (tanpa cahay cahaya)? a)? Jawab :









mikroalga tidak dapat tumbuh dengan baik dalam keadaan pencahayaan yang konstan, karena membutuhkan waktu instirahat untuk menyimpan makanan. Terkadang dilakukan manipulasi durasi pencahayaan light dark (L/D) waktu pencahayaan.

G amba ambarr 7. Nilai Iµmax,opt pada berbagai berat kering sel Chlorella vulgaris (X) (sumber : Dianursanti, 2012)

A. Bioreaktor dengan Cahaya (Foto-bioreaktor) (Foto-bioreaktor) Fotobioreaktor adalah sebuah sistem bioreaktor yang digunakan sebagai tempat budidaya mikroalga secara monokultur, dimana tersedianya cahaya dan nutrisi yang masuk ke dalam bioreaktor untuk mendorong pertumbuhan mikroalga yang ada di dalam fotobioreaktor. Fotobioreaktor dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu fotobioreaktor sistem tertutup dan fotobioreaktor sistem terbuka. Pada budidaya menggunakan sistem terbuka, budidaya dilakukan dengan menggunakan kolam-kolam budidaya. Sumber cahaya yang digunakan pada













Memilih metode kultivasi yang tepat sesuai kondisi lahan, jenis mikroalga yang digunakan, dan pertimbangan lainnya. Menentukan jenis lampu yang digunakan, dengan menyesuaikan intensitas cahaya yang dibutuhkan mikroalga tersebut dengan mencari literatur atau melakukan percobaan skala lab.









6.

Jik J ika a keb keberada radaan oksige ksig en menjad njadi fakto faktorr penti nti ng dalam lam menop nopang hidup hidup sel, sel, bagaimana anda mendesain reaktor anda terkait dengan sistem aerasi yang optimal? D an ba bagaimana aimana pula pula jiji ka di di i ngi ng i nka nk an seba sebalik li knya ( tanpa tanpa cahaya cahaya)) ? Jawab : A. Desain Bioreaktor Aerobik Bioreaktor aerobik didesain untuk memanfaatkan pendegradasian limbah dengan mengontrol kondisi dari bakteri aerob agar tumbuh dengan subur. Pengelolaan secara aerobik dapat mempercepat dekomposisi dari limbah dengan cara menambahkan udara dan air kedalam limbah yang akan diolah, keduanya dibutuhkan untuk aktivitas aerobik. Keuntungan utama dari bioreaktor aerobik adalah telah ditemukan bagaimana untuk mendapatkan stabilitas dari limbah yang lebih cepat dan hasilnya adalah air lindi dengan kualitaas tinggi dibandingkan dengan sistem anaerobik. Sebagai tambahan, jenis reaktor aerob dalam managemen limbah sangat cocok jika digunakan untuk tempat pembuangan limbah yang tidak bisa mengubah gas metana menjadi energi dengan kuantitas yang cukup. Pada gambar 8 di bawah ini menunjukkan alur dari lindi/ penambahan cairan dan injeksi udara dalam sistem bioreaktor aerob pada umumnya.











1. Sumur injeksi udara dan air lindi umumnya dipisahkan oleh kisi dengan variasi kedalaman sepanjang kumpulan limbah untuk meningkatkan distribusi penambahan air dan udara. 2. Sistem pengumpulan air lindi di desain untuk mengumpulkan dan menyimpan air lindi untuk resrikulasi. 3. Sistem injeksi udara termasuk blower dan sistem distribusi/kontrol untuk menginjeksi udara kedalam kumpulan limbah. 4. Sistem injeksi air lindi merupakan sistem distribusi dari air lindi yang tersebardari tangki penyimpanan ke kumpulan limbah. 5. Sumur Ventilasi di desain untuk ventilasi CO 2 dan produksi panas selama dekomposisi, umumnya terpisah 50 hingga 100 kaki dari t angki limbah. 6. Sistem monitoring temperatur dan aliran udara sebagai tempat/wadah diletakkannya limbah yang akan di olah. B. Desain Bioreaktor Anaerobik Bioreaktor anaerobik memiliki keunggulan dalam meningkatkan pembentukan metana dengan menguras oksigen di lingkungan, di dapatkan dengan menambkahkan air









4. Sistem ekstraksi gas mengumpulkan dan mengekstrak metana yang terbentuk dari limbah dekomposisi. 5. Flow Meters memonitor aliran LFG dan karakteristiknya. 6. Sistem monitoring ditempatkan sepanjang aliran limbah untuk memonitor temperatur, sistem dan operasi instrumen.

7.

Me M enjaga njaga kest kesta abilan ilan suhu suhu ser ser ing menjad njadi fakt fakto or uta utama dalam lam menjala njalanka nkan n pe pembi akan kan sel. sel. Up Upa aya-upa -upaya ap apa yang yang dapat dilakuka dilakukan n dalam lam me mende ndesai sai n rea reaktor ktor untuk menja nj aga kestab kestabi lan suhu suhu ter ter sebut sebut ? Jawab : Dalam mendesain reaktor dengan menstabilkan suhu kita harus memilih peralatan kontrol suhu yang benar untuk mengkompensasi reaksi eksotermik dan endotermik memiliki banyak pertimbangan. Untuk mulai dengan, kisaran suhu yang diperlukan perlu ditentukan : 

Bila menggunakan reaktor kecil 10 L atau kurang, dalam kombinasi dengan kisaran suhu 13°C di atas ambient (33°C set-point di ruang 20°C) dan reaksi adalah endotermik, statis, circulator bath dipanaskan harus cukup mengatur muatan.









BAB III PENUTUP

Simpulan yang didapat dari makalah ini adalah: 









Bioreaktor bioreaktor aseptis digunakan karena dalam pembentukan produk diperlukan kondisi aseptis, sementara non aseptis digunakan saat pengoperasian ketika tidak secara keseluruhan melibatkan kultur murni. Aspek yang perlu diperhatikan dalam mendesain bioreaktor mencakup laju alir gas (udara, oksigen, nitrogen, karbon dioksida), suhu, pH dan kadar oksigen terlarut, dan kecepatan agitasi / sirkulasi. Bioreaktor tipe batch merupakan sistem tertutup sehingga tidak ada penambahan media baru, namun penambahan oksigen (-O2) dan aerasi, a erasi, antifoam dan asam/basa as am/basa dengan cara kontrol pH dapat dilakukan. Bioreaktor kontinu merupakan sistem terbuka sehingga ada penambahan media baru, ada kultur yang keluar, volume tetap dan fase fisiologi sel konstan. Bioreaktor fed-batch (semi kontinu) merupakan sistem yang rnenambahkan media baru secara teratur pada kultur tertutup, tanpa mengeluarkan cairan kultur yang ada di dalam









DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2011. Bioreaktor. http://dokumen.tips/documents/bioreaktor-55a7561df2 http://dokumen.tips/documents/bioreaktor-55a7561df26c6.html 6c6.html [Accessed [Accessed 2017-04-24]. Anonim. 2012. Bioreactor. http://www.shiariarbd.com/_fpclass/fp_bio-re http://www.shiariarbd.com/_fpclass/fp_bio-reactors.htm actors.htmll . [Accessed 2017-04-24].

Bagus S, IN. 2008. Start Up dan Perancangan Bioreaktor Anaerobik untuk Pengolahan Limbah Cair dengan Konsentrasi Garam Tinggi. Bogor: IPB. Benz, Gregory T. Bioreactor Design for Chemical Engineers. Benz Technology International, Inc. Ebook. Doran, M Pauline. Bioprocess Pauline. Bioprocess Engineering Engineering Principles Principles.. New South Wales: University of New South Wales. Elsevier Science & Technology Books. 1995.

Fardiaz, Srikandi. 1987. Fisiologi Fermentasi. Bogor: Pusat Antar Universitas Institut Pertanian Bogor Fogler, H. Scott. 2006. Elements of Chemical Reaction Engineering. Massachusetts, USA: Pearson Education, Inc. Fogler, H. Scott. Elements Scott. Elements of Chemical Reaction Reaction Engineering Engineering . 5th ed. Michigan: University of Michigan. Pearson Education Inc. 2005. E-book.

Gibco. 2014. Cell Culture Basics Handbook . lifetechnologies.com/cellculturebasi.

3-isi Pemicu 3

Recommend Documents