Bioreaktor Pengertian Bioreaktor Biorea Bioreaktor ktor adalah adalah sebuah sebuah wadah wadah untuk untuk melakuk melakukan an proses proses kimia kimia yang yang meliba melibatkan tkan organisme atau substansi biokimia aktif yang diambil dari makhluk hidup. Biasanya bioreaktor berb berben entu tuk k sili silind nder er,, berk berkis isar ar dari dari bebe bebera rapa pa lite literr samp sampai ai mete meterr kubi kubik, k, dan dan dibu dibuat at dari dari bahan stainless steel . Merancang bioreaktor adalah perkara rekayasa yang lumayan rumit. Mikroba atau sel hanya mau bereproduksi dengan baik bila kondisi lingkungan optimal. Untuk mencapainya, gas dalam bioreaktor, seperti oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida; aliran; temperatur; pH; serta kecepatan adukan harus terkendali. Jenis-Jenis Bioreaktor Berdasarkan pemasukan nutrisinya kedalam bioreaktor, ada tiga jenis bioreaktor, yaitu bioreaktor kontinu, semikontinu, dan diskontinu. 1. Bioreaktor Kontinu Pada Pada bioreak bioreaktor tor kontinu kontinu,, pemberi pemberian an nutrisi nutrisi dan pengelua pengeluaran ran sejuml sejumlah ah fraksi fraksi dari dari volume volume kultur kultur total total terjad terjadii secara secara terus terus meneru menerus. s. Dengan Dengan metode metode kontin kontinu u memungk memungkinan inan organisme tumbuh pada kondisi setimbang (steady state), dimana pertumbuhan terjadi pada laju konstan dan lingkungan stabil. Faktor seperti pH dan konsentrasi konsentrasi nutrisi dan produk metabolit yang tidak terelakkan berubah selama siklus pertumbuhan pada suatu diskontinu dapat dijaga konstan dalam kultur kontinu. Dalam suatu bioreaktor kontinu, medium steril dimasukkan kedalam biorekator dengan laju aliran yang konstan, dan kultur yang keluar dari bioreaktor terjadi dengan laju yang sama, sehingga sehingga volume kultur di dalam reaktor konstan. Dengan pencampuran pencampuran yang efisien, medium yang masuk tersebut menyebar secara cepat dan merata pada seluruh bagian rekator. Contoh dari biorektor kontinu yaitu Reaktor Tangki diaduk Kontinu (RTDK). Udara steril dimasukkan dimasukkan pada dasar reaktor melalui pipa terbuka terbuka atau penyemprot penyemprot udara. udara. Suattu Suattu batang batang vertic vertical al dilengka dilengkapi pi dengan dengan pengara pengarah h dengan dengan satu satu atau lebih lebih impeler impeler.. Impeler Impeler biasan biasanya ya dipasan dipasang g di sepanjan sepanjang g batang batang pada pada interv interval al jarak jarak sama sama dengan dengan diamete diameter r reakt reaktor or untu untuk k mengh menghin inda dari ri tipe tipe perg pergera erakan kan melin melingka gkar. r. Pera Peranan nan impel impeler er adalah adalah untu untuk k menimbulkan agitasi dalam bioreaktor untuk mempermudah aerasi. Fungsi utama agitasi adalah untuk mensuspensikan mensuspensikan dan meratakan meratakan nutrisi dalam medium, untuk memberikan memberikan hara termasuk termasuk oksigen- bagi sel, dan untuk memindahkan panas. 2. Bioreaktor Diskontinu Pada Pada bior biorea eakto ktorr diskon diskontin tinu, u, inoku inokulen len dan dan nutr nutris isii yang yang akan akan dipe diperlu rlukan kan bagi bagi pertumbuhan dicampur dalam suatu bejana tertutup pada kondisi suhu, pH, dan pencampuran optimum. Sistem ini adalah tertutup, kecuali untuk organism aerobik dimana suplai udara kontinu dialirkan kedalam bioreaktor. Pada bioreaktor diskontinu, laju pertumbuhan dan laju pertumbuhan spesifik jarang konstan. Hal ini menunjukkan adanya perubahan karakteristik nutrisi dari sistem. Salah Salah satu satu contoh contoh dari dari biorea bioreaktor ktor diskont diskontinu inu adalah adalah Biorea Bioreaktor ktor Lumpur Lumpur Buanga Buangan n Teraktivasi. Teraktivasi. Bioreaktor Bioreaktor ini digunakan digunakan secara luas untuk pengolahan pengolahan secara oksidasi air buangan dan sampah sampah industr industrii lain. lain. Proses Prosesnya nya difung difungsika sikan n untuk untuk meningk meningkatka atkan n pemasu pemasukan kan udara, udara, sehingga bahan organic massa dapat didegradasi secara optimum. Bioreaktor ini sangat besar,
sehingga untuk mempermudah pencampuran dan penyebaran oksigen diperlukan sejumlah besar agitator pada kebanyakan pabrik pengolahan air buangan skala kota. 3. Bioreaktor semikontinu Bioreaktor semikontinu adalah suatu bentuk kultivasi dimana medium atau substratnya ditambahkan secara kontinu atau berurutan ke dalam tumpukan diskontinu awal tanpa mengeluarkan sesuatu dari sistem. Produk yang dihasilkan dari sistem seperti ini dapat melebihi produk yang dihasilkan dari kultur diskontinu. Pendekatan ini secara luas diterapkan dalam industry misalanya dalam produksi ragi yang dibutuhkan untuk pembuatan roti. Contoh bioreaktor semikontinu yaitu digestor atau bioreaktor anaerobik, tetapi bioreaktor ini dapat pula dioperasikan secara kontinu. Pengunaan sistem ini pada pengolahan air buangan padat, misalnya lumpur buangan (sludge) yang diperoleh dari pengolahan buangan perkotaan, akan memberikan stabilisasi air buangan yang efisien dan produksi metan yang tinggi. Dalam sistem ini Lumpur buangan dicampur dengan mikroorganisme anaerobic pada suhu 30° C dan waktu retensi hidrolik. Untuk air buangan berkekuatan sedang dari industri makanan dan fermentasi, teknik operasi yang dapat menahan biomassa mikroba lebih lama dalam sistem operasi kontinu sudah ditemukan. Maka waktu retensi zat padat tidak dapat digabung dengan waktu retensi cairan sehingga konsentrasi mikroba yang tinggi dapat terjadi pada digester (atau pada bioreaktor tersebut), yang memberikan laju degradasi yang tinggi. Bagi air buangan yang sangat encer, misalnya buangan kota, waktu retensi zat padat yang sangat panjang diperlukan. Teknik diskontinu merupakan teknik yang paling dominan digunakan dalam industri, dominasi sistem bioreaktor semikontinu dan diskontinu dalam industri disebabkan oleh beberapa alasan berikut. 1. 2.
Pada waktu tertentu, produk bioteknologi mungkin dibutuhkan dalam jumlah yang relatif sedikit. Kebutuhan pasar mungkin bersifat musiman.
3. 4.
Masa berlaku produk tertentu pendek (tidak tahan lama). Konsentrasi produk yang tinggi.
5. 6.
Beberapa produk tertentu hanya dihasilkan pada fase setimbang dari siklus pertumbuhan. Ketidakstabilan beberapa galur produksi memerlukan pembaharuan secara teratur.
7.
Proses kontinu, secara teknis masih menunjukkan berbagai kesulitan. Desain Bioreaktor dan Proses Pengendalian Bioreaktor Bioreaktor adalah sistem tertutup dari sistem biologis untuk suatu proses bioteknologi. Bioreaktor memberikan lingkungan yang tetap bagi optimasi pertumbuhan organisme dan aktivitas metabolisme. Bioreaktor ini hendaknya mencegah kontaminasi produksi dari lingkungan pada kultur sambil mencegah pelepasan kultur ke lingkungan. Selain itu, bioreaktor tersebut sebaiknya memiliki instrumentasi untuk pemeriksaan agar pengawasan proses yang optimum. Kriteria dasar desain bioreaktor yaitu sebagai berikut:
1. 2.
Karakterisrtik mikrobiologi dan biokimia dari sistem sel (mikroba, mamalia, tumbuhan) Karakteristik hidrodinamik bioreaktor
3. 4.
Karakteristik massa dan panas bioreaktor Kinetika pertumbuhan sel dan pembentukan produk
5. 6.
Karakteristik stabilitas genetic dari sistem sel Desain peralatan yang aseptis
7. 8.
Pengawasan lingkungan bioreaktor Implikasi desain bioreaktor pada pemisahan produk menghilir
9.
Modal dan biaya operasi bioreaktor
10. Potensi dan pengembangan desain bioreaktor Bahan konstruksi bioreaktor hendaknya tidak beracun, mampu menahan tekanan uap dan tahan terhadap korosi kimia dan elektrolitik. Bioreaktor industri biasanya dibuat dari bahan yang dilapisi dengan baja tahan karat. Bioreaktor ada dalam berbagai bentuk dan ukuran. Perbandingan tingginya terhadap diameter atau rasio aspek merupakan parameter yang penting. Produk-produk yang dihasilkan berdasarkan ukuran dari bioreaktor tersebut dapat dilihat pada table dibawah ini.
No 1. 2. 3.
Ukuran fermentor 1-20.000 40-80.000 100-150.000
4.
Lebih dari 450.000
Produk Enzim diagnostic, substansi biologi molekuler Enzim dan antibiotic Penisilin, antibiotic aminoglikosida, protease, amylase, transformasi steroid, asam amino Asam amino, asam glutamat
Strategi Perancangan Bioreaktor: Kinerja bioreaktor ditentukan: 1. Kinetika reaksi biokimiawi 2. Fenomena perpindahan massa Analisis kinerja bioreaktor: a.
Pengaruh ukuran atau skala bioreaktor terhadap pola pencampuran, pengaliran, perpindahan massa dan panas b. Pengaruh laju alir massa yang berbeda dan perpindahan yang berinteraksi dengan kinetika biokatalisis Deskripsi Bioreaktor
a. b. c.
Skala waktu nisbi Skala panjang nisbi Kunci analisis bioreaktor: Identifikasi skala waktu dan panjang: dapat dianalisis dalam skala lebih kecil atau lebih besar daripada ciri proses itu sendiri, pembandingan skala digunakan secara berulang Metode untuk menciri suatu proses reaksi dan perpindahan Kemampuan menyelesaikan suatu model matematik berdasar deskripsi suatu bioreaktor Fenomena Perpindahan Penentu Rancang Bangun Bioreaktor
a. b. c.
Kinetika bioproses tergantung pengubahan yang dilakukan oleh enzim/sel makhluk hidup. Waktu reaksi atau volume bioreaktor tergantung pada laju reaksi. Laju reaksi dan volume serta rancangan dasar bioreaktor ditentukan oleh perpindahan momentum dan massa. Spektrum Skala Waktu
Spektrum Skala Panjang
Perpindahan Momentum a. Adanya perubahan viskositas media selama bioproses b. Adanya perubahan konsentrasi media selama bioproses c. Adanya pertumbuhan makhluk hidup
Media Air Sakarosa 40% Minyak kedelai Gliserol Tetes tebu
Viskositas pada suhu 200C 1 6 62 1500 6500
Sifat Reologi Media Fermentasi
Faktor yang mempengaruhi Reologi Media
Perpindahan Massa a. b.
Sebagian besar bioproses terjadi dalam fasa cair, migrasi molekul dalam cairan relatif lamban. Perpindahan massa penting apabila bioproses melibatkan beberapa fasa (cair-gas-padat), dan apabila suatu molekul melewati membran alami/sintetik. Perpindahan massa pada antar muka:
a.
Terjadi pada sistem heterogen terdiri atas beberapa fasa (padatan, cairan, gas atau dua cairan tidak saling melarut) Perpindahan terjadi dari fasa pertama menuju antar muka, kemudian dari antar muka menuju fasa kedua Perpindahan Antar Fasa Perpindahan gas-cairan: Difusi dari gas ke antar muka gas-cairan Pergerakan melalui antar muka gas-cairan Difusi zat terlarut melalui daerah cairan yang tidak tercampur dengan gelembung ke dalam daerah cairan yang tercampur baik Perpindahan zat terlarut melalui daerah cairan ke daerah cairan kedua yang tidak tercampur di sekeliling sel Perpindahan melalui daerah cairan kedua yang tidak tercampur yang berhubungan dengan sel makhluk hidup
b.
a. b. c. d. e.
f.
Perpindahan secara difusi ke dalam flok selular, atau partikel tanah, dan perpindahan melewati dinding sel menuju sisi reaktif intraseluler Perpindahan Oksigen dari Gelembung Udara ke Bagian Dalam Sel
a. b. c.
Perpindahan Oksigen: Perpindahan dari gas ke antar muka gas-cairan Pelewatan daerah antar muka (interface) Perpindahan dari antar muka gascairan ke dalam fasa cairan Perpindahan massa antar fasa
Agitasi Dalam Bioreaktor Jenis agitator: impeler/turbin pisau pipih, pedal, heliks/baling-baling (propeler)
TENAGA
AGITASI: a. b.
Tidak beraerasi, zalir Newton/non-Newton Beraerasi, zalir Newton/non-Newton
Pertumbuhan Mikrobia Dalam Bioreaktor Pertumbuhan
mikrobia
adalah
peningkatan semua
komponen
sel,
sehingga
menghasilkan peningkatan ukuran sel dan jumlah sel (kecuali mikrobia yang berbentuk filamen) akan menyebabkan peningkatan jumlah individu di dalam populasi. Pertumbuhan mikrobia dalam bioreaktor terjadi secara pertumbuhan individu sel dan pertumbuhan populasi pertumbuhan individu sel meliputi peningkatan substansi dan komponen sel, peningkatan ukuran sel serta pembelahan sel. Sedang pertumbuhan populasi meliputi peningkatan jumlah akibat pembelahan sel dan peningkatan aktivitas sel yang melibatkan sintesa enzim. Dalam pertumbuhan mikrobia juga terlibat proses metabolik yaitu mulai dari transport nutrien dari medium ke dalam sel, konversi bahan nutrient menjadi energi dan konstituen sel, replikasi kromosom, peningkatan ukuran, dan massa sel serta pembelahan sel secara biner yang terjadi pula pewarisan genetik (genom turunan) ke sel anakan. Kinetika pertumbuhan mikrobia dalam sistem diskontinu, kontinu, dan semikontinu, studi kinetika pertumbuhan dan fermentasi diperlukan sebagai dasar untuk memahami setiap proses fermentasi. Kinetika pertumbuhan mikrobia terutama menguraikan tentang kecepatan produksi sel (biomassa) dan pengaruh lingkungan terhadap kecepatannya. Pengamatan pertumbuhan mikrobia tidak cukup untuk mengetahui apakah biakan tumbuh atau tidak (Pengamatan kuantitatif) tetapi juga diperlukan pengamatan yang bersifat kualitatif dari studi kinetika pertumbuhan. Pengukuran pertumbuhan secara kuantitatif disajikan dalam bentuk kurva yang menunjukkan hubungan antara waktu dan jumlah biomassa. Data pengamatan pertumbuhan mikrobia perlu diamati parameter-parameter seperti: 1. 2.
Kecepatan pertumbuhan (specific growth rate) Waktu mengganda (doubling time)
3. 4.
Hasil pertumbuhan (growth yield) Kemampuan metabolisme (metabolik quosient)
5. Affinitas substrat 6. Jumlah maksimum biomassa Kinetika untuk pertumbuhan mikrobia pembentuk koloni, filament maupun imobilisasi sel memiliki kinetika pertumbuhan yang lebih kompleks. Pertumbuhan untuk mikrobia yaitu peningkatan semua komponen di dalam sel sehingga menghasilkan suatu peningkatan ukuran sel dan pembelahan sel (kecuali mikrobia yang membentuk filamen) sehingga terjadi peningkatan jumlah individu di dalam populasi. Pertumbuhan mikrobia di dalam bioreaktor: 1. a.
Pertumbuhan individu sel; Peningkatan substansi dan komponen sel
b. c.
Peningkatan ukuran sel Pembelahan sel
2. a. b. 1.
Pertumbuhan populasi Peningkatan jumlah akibat pembelahan sel Peningkatan aktivitas sel yang melibatkan sintesis enzim Reproduksi sel bakteri: Pembelahan biner: proses pembelahan sel menjadi dua sel anakan yang mempunyai ukuran
2. a.
yang sama. Melibatkan 3 proses: Peningkatan ukuran sel (pemanjangan sel) : memerlukan pertumbuhan dinding sel, yaitu untuk menutup permukaan pada sisi tertentu.
b. c.
Replika DNA : indikasi pertumbuhan awal pada sel bakteri. Pembelahan sel : diawali dengan invaginasi lapisan di bagian tengah sel Hampir semua bakteri
1. 2.
menerima DNA. Proses metabolik yang terlibat dalam pertumbuhan yaitu: Transfortasi nutrient dari medium ke dalam sel Konversi bahan nutrient sehingga menjadi tenaga dan konstituen sel
3. 4. 5.
Replikasi sel kromosom Pengukuran ukuran dan massa Pembelahansel secara biner yang dibarengi dengan pewarisan genetic ke sel anakan
Bioreaktor
Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah peralatan atau sistem yang mampu
menyediakan
sebuah lingkungan
terjadinya reaksi biokimia dari [2]
biologis
bahan mentah menjadi
yang
bahan
dapat menunjang dikehendaki. [1]
yang
Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan organisme atau komponen biokimia
aktif
(enzim)
[2]
Sementara
yang berasal itu,
dari organisme tertentu,
agensia
biologis
yang
baik
secara aerobik maupun anaerobik.[1]
digunakan
dapat
berada
dalam
keadaan tersuspensi atau terimobilisasi.[2] Contoh reaktor yang menggunakan agensia terimobilisasi adalah bioreaktor dengan unggun atau bioreaktor membran.
Komponen Komponen
utama
bioreaktor
terdiri
atas tangki, 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 .
Perancangan
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. [1]
Selain itu, bahan tersebut juga anti karat dan tahan panas. [1] Bioreaktor 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. Perancangan bioreaktor adalah suatu pekerjaan 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. 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. [5] Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi senyawametal pada saat fermentasi terjadi di dalamnya.[5] 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% nikell. [5] Bahan yang dipilih harus bersifat non-toksik dan tahan terhadap sterilisasi berulang-ulang menggunakan uap tekanan tinggi.[5] 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.[6] Untuk meratakan media di dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang disebut agitator atau impeler .[6]Sementara itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem aerasi yang berupa sparger. [6]
Untuk bioreaktor aerob, biasanya digunakan kombinasi sparger-agitator sehingga pertumbuhan
mikrooganisme dapat berlangsung dengan baik. [6] Pada bagian dalam bioreaktor, dipasang suatu sekat yang disebut baffle untuk mecegah vorteks dan meningkatkan efisiensi aerasi.[7] Baffle ini merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara radial di dindingnya.[7] 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.[7] 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 .[8] Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor agar tetap terkontrol, digunakan sensor pH, suhu, anti-buih, dan oksigen terlarut (DO). [8] Apabila kondisi di dalam sel mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilakukan perlakuan tertentu untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor. [8] Misalkan terjadi perubahan pH maka harus ditambahkan larutan asam atau basa untuk menjaga kestabilan pH.[8] Penambahan zat ini dapat dilakukan secara manual namun juga dapat dilakukan secara otomatis menggunakan bantuan pompa peristaltik. [8] Selain asam dan basa, pompa peristaltik juga membantu penambahan anti-buih dan substrat ke dalam bioreaktor .[8]
Jenis-jenis Berdasarkan tingkat aseptis maka sistem bioreaktor terbagi menjadi 2, yaitu bioreaktor sistem non aseptis (untuk pengolahan limbah) dan bioreaktor sistem aseptis (untuk produksi sel dan produksimetabolit).[1] Untuk bioreaktor sistem aseptis diperlukan sterilisasi bioreaktor pada suhu dan tekanan yang tinggi.[1] Sedangkan, berdasarkan pemberian substrat maka sistem fermentasi dalam bioreaktor terbagi menjadi tiga, yaitu batch fermentation, continuous batch fermentation, dan fed batch fermentation.[9] Pada batch fermentation, makanan hanya diberikan satu kali saja kemudian produk dipanen.[9] Pada continous batch fermentation, makanan diberikan terus menerus. [9] Pada fed batch fermentation, makanan diberikan kemudian produk dipanen, makanan yang baru diberikan sebelum makanan pertama yang diberikan habis. [9] Lalu, bila kita melihat sistem aerasinya, bioreaktor dibagi menjadi bioreaktor stirred tank , bubble column, dan loop airlift .[9] 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 melaluisparger untuk aerasi. Sedangkan, pada loop airlift bioreactor , udara dan media disirkulasi bersamaan melalui kolom yang dimasukkan ke dalam kolom lain .[3][10
Produksi skala besar Untuk melakukan produksi skala besar menggunakan bioreaktor dibutuhkan proses peningkatan skala (scale up).[3] Parameter kinetik merupakan acuan dalam peningkatan skala bioreaktor. [3]
Parameter kinetik dalam bioreaktor ialah pengaturan suhu, pH, aerasi, agitasi, dan agen antifoam.
[3]
Pengaturan suhu dalam bioreaktor dilakukan dengan cara pemompaan air dingin ke bagian jaket
bioreaktor.[3] Pengaturan pH dilakukan dengan cara pemberian asam seperti HCl dan basa seperti NaOH.[3] Agitasi dalam bioreaktor dibutuhkan untuk homogenisasi isi bioreaktor dan aerasi dalam bioreaktor.[3] Jika organisme dalam bioreaktor bersifat aerob maka udara (oksigen) harus dimasukkan ke dalam bioreaktor .[3] Udara dalam bioreaktor dimasukkan melalui sparger yang berada di bawah. [3]
Dalam proses aerasi dan agitasi kadang-kadang dihasilkan foam yang dapat mengganggu reaksi
biokimia dalam bioreaktor. [1] Oleh karena itu, dibutuhkan agen antifoam untuk mencegah terjadinya foam.[1] Agen antifoam yang umunya dipakai dapat berupa minyak sawit ataupun tween.[1]
Aplikasi Awalnya bioreaktor hanya digunakan untuk memproduksi ragi, ekstrak khamir, cuka, dan alkohol. [11]
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.[11] Selain itu, suatu senyawa juga dapat dimodifikasi dengan bantuanmikroorganisme sehingga menghasilkan senyawa hasil transformasi yang berguna bagi manusia.[11] Pengolahan limbah buangan industri ataupun rumah tangga pun sudah dapat menggunakan bioreaktor untuk memperoleh hasil buangan yang lebih ramah lingkungan. [12]
Destilasi
Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan.
Dalam penyulingan,
campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Bahan yang akan didestilasikan pada drum pemasakan tidak boleh penuh, melainkan harus menyediakan sedikitnya 10% ruang kosong dari kapasitas penuh drum pemasakan pada drum pemasakan (Kister, 1992). Universitas Sumatera UtaraDestilator adalah alat yang digunakan dalam proses produksi bioetanol. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, alat ini bekerja berdasarkan perbedaan titik didih (air dan etanol). Macam-Macam Destilasi : 1. Distilasi Sederhana, prinsipnya memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda. 2. Distilasi Fraksionasi (Bertingkat), sama prinsipnya dengan distilasi sederhana, hanya distilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik, sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang berdekatan. 3. Distilasi Azeotrop : memisahkan campuran azeotrop (campuran dua atau lebih komponen yang sulit di pisahkan), biasanya dalam prosesnya digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tersebut, atau dengan menggunakan tekanan tinggi. 4. Distilasi Kering : memanaskan material padat untuk mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil cairan bahan bakar dari kayu atau batu bata. 5. Distilasi Vakum: memisahkan dua kompenen yang titik didihnya sangat tinggi, motede yang digunakan adalah dengan menurunkan tekanan permukaan lebih rendah dari 1 atm, sehingga titik didihnya juga menjadi rendah, dalam prosesnya suhu yang digunakan untuk mendistilasinya tidak perlu terlalu tinggi (Van Winkel, 1967).
