BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Latar Belakan Belakang g
Bioreaktor Bioreaktor atau dikenal juga dengan dengan nama fermentor fermentor adalah sebuah peralatan sebuah peralatan atau atau sistem yang yang mampu mampu menyed menyediak iakan an sebuah sebuah lingkungan lingkungan biologis yang dapat menunjang terjad menunjang terjadiny inyaa reaksi biokimia biokimia dari dari bahan bahan mentah mentah menjadi bahan yang dike dikehe hend ndak aki. i. Reak Reaksi si biokimia yang yang terjadi terjadi di dalam dalam bioreak bioreaktor tor meliba melibatka tkan n organisme atau komponen biokimia aktif (enzim ( enzim)) yang yang berasa berasall dari dari organisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik . Sementara itu, agensia biologis yang yang digu diguna naka kan n dapa dapatt bera berada da dalam dalam kead keadaan aan tersuspensi atau terimobilisasi terimobilisasi.. Contoh Contoh reakto reaktorr yang yang menggu menggunak nakan an agensi agensiaa terimob terimobilis ilisasi asi adalah adalah biorea bioreacto ctor r dengan unggun atau bioreaktor membran membran.. erancang bioreaktor adalah perkara rekayasa yang lumayan rumit. ikroba atau sel hanya mau bereproduksi dengan baik bila kondisi lingkungan optimal. !ntuk mencapainya, gas dalam bioreaktor, seperti oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida" aliran" temperatur" p#" serta kecepatan adukan harus terkendali. 1.2 1.2 Rumu Rumusa san n Masal Masalah ah Berdasarkan latar belakang di atas adapun rumusan masalah yang yang dibahas
pada makalah adalah sebagai berikut. 1. $pa pengertian bireaktor% 2. $pa saja jenis&jenis bioreaktor% 3. Bagaimana peran mikroorganisme dalam bioreaktor% 4. $pa saja jenis&jenis metode pertumbuhan % 5. Baga Bagaim iman anaa
pros proses es yang yang terj terjad adii
pada pada bior biorea eakt ktor or deng dengan an meto metode de
pertumbuhan tersuspensi dan terlekat ? 1.3 1.3 Tujua ujuan n Berdasarkan rumusan masalah di atas adapun tujuan pada makalah ini adalah
sebagai berikut. 1. engetahui definisi bioreaktor. bioreaktor. 2. engetahui jenis&jenis bioreaktor. bioreaktor. 3. engetahui peran mikroorganisme dalam bioreaktor. bioreaktor. 4. engetahui jenis&jenis metode pertumbuhan. 5. eng enget etah ahui ui pros proses es yang yang terj terjad adii pada pada bior biorea eakt ktor or deng dengan an meto metode de pertumbuhan tersuspensi dan terlekat. 1. Man!aa n!aatt Berdas Berdasark arkan an tujuan tujuan di atas atas adapun adapun manfaat manfaat pada pada penuli penuliss makalah makalah ini
adalah adalah untuk untuk menamb menambah ah penget pengetahu ahuan an mengen mengenai ai bioreac bioreactor tor secara secara umum, umum,
1
jenis&jenis nya, peran mikroba dalam bioreactor, dan metode pertumbuhan tersuspensi dan terlekat yang terjadi di dalam bioreaktor
BAB II PEMBAHA"AN
'. PEN#ERTIAN "I"TEM BI$REA%T$R 2
Suatu unit alat yang digunakan untuk melangsungkan proses biokimia (fermentasi) dari suatu bahan mentah menjadi produk yang diinginkan, dimana prosesnya dikatalisis oleh enzim&enzim pada mikroorganisme. '.' PEMILIHAN BI$REA%T$R emilihan bioreaktor sangat ditentukan oleh jenis makhluk hidup yang digunakan, sifat media tumbuh makhluk hidup tersebut, parameter bioproses yang akan dicapai, dan faktor&faktor produksi. *ptimasi bioproses dalam bioreaktor dapat dicapai dengan memasok+
Sumber energi
utrisi
-nokulum sel atau makhluk hidup yang unggul
ondisi fisikokimia/i yang optimal
0idak ada komponen penghambat dari media
1alam merancang suatu bioreaktor maka perlu dipertimbangkan beberapa hal berikut+
2.3
Bejana atau bentukan lain harus mampu dioperasikan pada suasana aseptik dalam beberapa hari dan berlangsung untuk /aktu yang sama. $erasi dan agitasi harus dapat diatur sehingga dapat mencukupi kebutuhan biokatalis untuk melakukan metabolisme secara optimal . roses pencampuran ini tidak boleh mengganggu atau merusak sel. onsumsi energi untuk pengoperasian bioreaktor harus dapat dibuat seminimal mungkin. Suatu sistem yang dapat mengendalikan suhu dan harus merupakan bagian dari perlengkapan bioreaktor. Bioreaktor harus dilengkapi dengan fasilitas pengambilan contoh. roses penguapan (atau e2aporasi) perlu diupayakan agar tidak berlebihan Bejana perlu dirancang agar dapat dioperasikan dengan jumlah kerja minimal, baik untuk pengoperasian, pengambilan produk, pembersihan, dan pemeliharaan. Bejana atau bentukan lain harus sesuai dengan berbagai jenis proses. Bejana harus dibuat sedemikian rupa sehingga permukaan bagian dalamnya halus. !ntuk memudahkan peningkatan skala (scale up) atau peningkatan ukuran, bioreaktor harus mempunyai bentuk geometri serupa antara yang berukuran kecil dengan yang besar. &ENI"'&ENI" BI$REA%T$R
3
A.
B()reakt)r Batch a. engertian
enurut -man ('334), Batch Process merupakan fermentasi dengan cara memasukan media dan inokulum secara bersamaan ke dalam bioreactor dan pengambilan produk dilakukan pada akhir fermentasi. ada system batch, bahan media dan inokulum dalam /aktu yang hampir bersamaan di masukan ke dalam bioreactor, dan pada saat proses berlangsung akan terjadi terjadi perubahan kondisi di dalam bioreactor (nutrient akan berkurang dan produk serta limbah).
#am*ar 2. Bioreaktor jenis curah (batch) (a), serta desainnya (b).
a.
b.
(Sumber+ https+55upload./ikimedia.org (a) dan ///.slideshare.net (b)
b. arakteristik
Resiko kontaminasi rendah
ultur curah merupakan cara yang paling sederhana, sehingga menjadi titik a/al untuk studi kinetika
0idak perlu mikroba dengan kestabilan tinggi
1apat untuk fase fermentasi yang berbeda pada bioreaktor yang sama (Contoh produksi metabolit sekunder e.g antibiotik
pertumbuhan sel pada fase
eksponensial 6 pembentukan produk pada fase stasioner)
1ari aspek rekayasa proses, kultur curah lebih fleksibel dalam perencanaan produksi, terutama untuk memproduksi beragam produk dengan pasar kecil
elemahan + produk yang menghambat pertumbuhan terakumulasi, sehingga metabolisme sel terganggu
B.
B()reakt)r a. engertian
Continuous
4
ada cara Sinambung (ontinues Process!" pengaliran subtrat dan pengambilan produk dilakukan secara terus menerus (sinambung) setiap saat setelah diperoleh konsentrasi produk maksimal atau subtract pembatasnya mencapai konsentrasi yang hampir tetap (Rusmana, '334). 1alam hal ini subtrat dan inokulum dapat ditambahkan bersama&sama secara terus menerus sehingga #ase eksponensial dapat diperpanjang.
#am*ar . Bioreaktor jenis CS0R (continuous stirred tank reactor ) (a) dengan agitator dan permukaan heat trans#er internal, (b) dengan pompa di sekitar tempat mi$ing and permukaan heat trans#er eksternal
(Sumber+ http+55///.metal.ntua.gr) b. arakteristik arakteristik khas dari bioreactor sinambung (continuous) yaitu kondisi lingkungan (suhu, p#, aerasi, dan konsentrasi nutrient) dapat dipertahankan tetap ( steady& state) sehingga konsentrasi biomassa atau 7 (laju pertumbuhan spesifik) dapat diatur 6 konstan dipertahankan selama kulti2asi (dg mengatur kons. substrat umpan). arakteristik lainnya yaitu
emerlukan mikroba
dengan kestabilan
genetik
tinggi (mikroba
rekombinan kadang tidak stabil sifat genetiknya)
rodukti2itas lebih tinggi
1apat dijalankan pada /aktu yang lama
#arus ada pasar5konsumen ang tetap terhadap produk
Cocok untuk proses yang resiko kontaminasinya rendah (contohnya penanganan limbah cair) 6 produk yang berasosiasi dengan pertumbuhan
emantauan dan pengendalian proses lebih sederhana
0idak ada akumulasi produk yang menghambat
5
C.
B()reakt)r a. engertian
Fed-Batch
Sistem #ed%batch adalah suatu sistem yang rnenambahkan media baru secara teratur pada kultur tertutup, tanpa mengetuarkan cairan kultur yang ada di dalam #ermentor sehingga 2olume kultur makin lama makin bertambah 0ri 8idjaja ('33. enurut Rusmana ('334), pada cara #ed%batch yaitu memasukan sebagian sumber nutrisi (sumber C, dan lain&lain) ke dalam bioreactor dengan volume tertentu hingga diperoleh produk yang mendeka maksimal, akan tetapi konsentrasi sumber nutrisi dibuat konstan.
#am*ar +. ultur jenis #ed%
batch (Sumber+ http+55///.coleparmer.com)
b. arakteristik
edia segar ditambahkan ke dalam bioreaktor secara kontinyu5sekuensial tanpa pengeluaran isi bioreaktor
ada saat isi bioreaktor penuh, bioreaktor dikosongkan, baik sebagian atau seluruhnya dan proses dimulai kembali.
#arus disediakan ruang dalam bioreaktor (head space) untuk penambahan media
eskipun total biomassa meningkat terhadap /aktu, namun konsentrasi sel tetap
mengingat
2olume
juga
meningkat,
akibat
ada
penambahan
media5umpan
2. MET$DE PERTUMBUHAN
6
Berdasarkan metode pertumbuhunan mikroorganisme, dapat dibedakan menjadi ' (dua) metode yaitu +
1.
Met),e Pertum*uhan Tersus-ens(
ada metode ini mikroorganisme hidup tersuspensi (tercampur secara merata) di dalam air limbah. ada metode ini dibutuhkan clarifier yang berfungsi
untuk
memisahkan
mikroorganisme
setelah
proses,
dan
mikroorganisme yang terpisah sebagian besar dipergunakan kembali (recycle) kedalam proses dan sebagian kecil dibuang. embuangan mkroorganisme dilakukan untuk mengendalikan jumlah mikroorganisme dalam proses sehingga jumlah mikroorganisme dalam proses tidak berlebih maupun kurang karena hal ini akan mempengaruhi kinerja pengolahan air limbah. ada
pengolahan
tersuspensi,
proses
pengolahan
dilakukan
oleh
mikroorganisme yang tersuspensi di dalam limbah cair. Beberapa proses pengolahan tersuspensi adalah sebagai berikut. a. &cti'ated Sludge (engolahan 9umpur $ktif) roses ini memanfaatkan mikroorganisme untuk menguraikan polutan, baik dalam suasana aerobik (dengan aerasi) maupun anaerobik (tanpa aerasi). &cti'ated Sludge diaplikasikan pada pengolahan limbah cair domestik dan limbah cair industri yang memiliki kandungan zat organik yang tinggi. $ir limbah dialirkan ke tangki aerasi. 1i tangki ini air limbah dicampur lumpur yang telah diberi udara sehingga bakteri aerobik menjadi aktif. Bakteri ini akan mendekomposisi bahan organik dalam air limbah dan menggumpal. :umpalan ini akan tertinggal di dasar tangki sehingga air lapisan atas menjadi jenuh. Bakteri memiliki peranan penting pada pengolahan dengan metode ini karena mikroorganisme bertanggung ja/ab untuk melakukan proses dekomposisi material organik dalam air limbah. ekurangan dari metode ini adalah diperlukan areal instalasi pengolahan limbah yang luas, mengingat proses lumpur aktif berlangsung dalam /aktu yang lama, bisa berhari&hari. 0imbulnya limbah baru, dimana terjadi kelebihan endapan lumpur dari pertumbuhan mikroorganisme yang kemudian menjadi limbah baru yang memerlukan proses lanjutan. b. Seuential Batch )eactor (SB)!
Seuential Batch )eactor (SB)! merupakan modifikasi dari proses acti'ated sludge dengan mengubah aliran (inflo/) dan aerasi kontinu menjadi batch (diskrit). SBR menggabungkan tangki ekualisasi, tangki aerasi, dan tangki sedimentasi sekunder menjadi satu reaktor. elebihan metode ini adalah, dapat mengatasi perbedaan konsentrasi dari in#luet tangki dengan mengatur /aktu pengaliran limbah cair, luas area yang dibutuhkan lebih kecil dari acti'ated sludge kon2ensional, /aktu operasi yang dapat diatur dengan fleksibel, mudah dikembangkan, serta mengurangi lumpur. c. <ernate *ntermittent yclic &eration )eactor ($-C$R) $-C$R merupakan modifikasi dari proses acti'ated sludge dengan membagi aliran menjadi dua reaktor paralel. asing&masing reaktor terbagi menjadi bagian muka ( #ront compartment! dan bagian belakang (rear compartment!. euntungan yang didapat dari teknologi ini adalah menghambat pertumbuhan #ilamentous microorganism yang tidak mengendap pada proses sedimentasi, didapatkan konsentrasi +i$ed ,iuor Suspended Solid ( 9SS) yang mencukupi untuk mengontrol rasio substrat terhadap mikroorganisme. etode ini diterapkan untuk pengolahan limbah dari industri makanan dan tekstil. d. -p#lo &naerobic Sludge Bed (-&SB! -p#lo &naerobic Sludge Bed (-&SB! merupakan teknologi pengolahan yang umum digunakan dalam pengolahan limbah cair secara anaerobik. ada teknologi ini, limbah cair dialirkan dari ba/ah ke atas melalui sludge bed. 1ari proses ini didapatkan air jernih dan gas hasil proses anaerobik yang dapat dimanfaatkan. euntungan dari metode ini adalah dapat mengolah limbah dalam jumlah besar, menekan jumlah lumpur yang dihasilkan, tidak membutuhkan oksigen sehingga menekan penggunaan energi untuk aerasi. !$SB digunakan untuk pengolahan limbah cair industri pengolahan makanan, minuman, pulp dan kertas, tekstil, kimia, dan petrokimia. 2.
Met),e Pertum*uhan Melekat
ada metode ini mikroorganisme hidup dengan melekat pada suatu media, mikroorganisme dilekatkan pada suatu media. edia yang dipergunakan untuk melekatkan mikroorganisme merupakan media padat yang porous (permukaan agak kasar) sehingga mikroorganisme dapat melekat dengan kuat. ada proses !
ini tidak membutuhkan clarifier untuk pemisahan mikroorganismenya karena dari proses pengolahan tidak ada mikroorganisme yang keluar. ;ika dioperasikan secara kontinyu akan dibutuhkan clarifier dengan ukuran tidak sebesar pada metode partumbuhan tersuspensi. Beberapa proses pengolahan terlekat adalah sebagai berikut. a. /rickling 0ilter /rickling 0ilter adalah proses pengolahan limbah cair secara biologis dengan memanfaatkan mikroorganisme yang melekat pada permukaan media filter. /rickling 0ilter digunakan untuk menyisihkan kandungan zat organik pada limbah cair serta nitrifikasi (kon2ersi itrogen dari amonia menjadi nitrat). ikroorganisme yang berperan dalam /rickling 0ilter adalah mikroorganisme fakultatif yang dapat hidup dengan maupun tanpa kehadiran oksigen. elebihan /rickling 0ilter yaitu efektif menghilangkan amonia dan bau, mudah dioperasikan dan dira/at, serta biaya operasi rendah, stabil terhadap perubahan konsentrasi zat organik, resisten terhadap kehadiran zat toksik (beracun) dalam limbah cair. ekurangan dari /rickling 0ilter yaitu sering terjadi penyumbatan dan periode istirahat yang panjang. /rickling 0ilter umumnya diaplikasikan pada pengolahan limbah cair domestik, namun dapat juga diaplikasikan pada pengolahan limbah cair industri yang memiliki kandungan zat organik yang tinggi. b. )otating Biological ontactors ()B! RBC terdiri dari atas serangkaian piringan (disk! dari bahan polystirene atau poli2inil klorida (
"
tangki. euntungan dari penggunaan reaktor &erobic 0luidied Bed yaitu carrier memberikan luas permukaan yang lebih besar dan /aktu retensi yang lebih lama untuk pertumbuhan mikroorganisme biofilm, menekan biaya baik pada pengolahan limbah cair maupun air bersih, carrier bersifat compressible sehingga dapat menyesuaikan diri pada kondisi reaktor dan mencegah terjadinya penyumbatan. d. &naerobic 0luidied Bed (&0B! Bioreaktor &naerobic 0luidied Bed ($=B) merupakan salah satu bentuk pengolahan anaerobik yang umum digunakan. $=B dapat digunakan untuk mereduksi senya/a organik toksik serta mendenitrifikasi nitrat dalam limbah cair. $=B saat ini diterapkan dalam pengolahan limbah cair indistri makanan, kertas, tekstil, dan petrokimia. e. 0luidiation Bed rystallitation (=BC) =BC merupakan alternatif teknologi pengolahan limbah anorganik dengan menambahkan carrier dan pereaksi pada reaktor sehingga komponen anorganik pada limbah cair bereaksi membentuk kristal. etode ini dapat diaplikasikan pada pengolahan limbah cair yang mengandung flour, ion loogam berat, fosfat, amonia, dan pelunakan air dalam pengolahan air bersih dan limbah cair. euntungan dari =BC yaitu carrier memberikan luas permukaan yang besar untuk deposisi pada reaktor yang terpadu sehingga mengurangi luas lahan yang dibutuhkan dan
tidak menghasilkan limbah
sampingan berupa lumpur. BAB III PENUTUP 3.1 "(m-ulan
. 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 '. emilihan bioreaktor sangat ditentukan oleh jenis makhluk hidup yang digunakan, sifat media tumbuh makhluk hidup tersebut, parameter bioproses yang akan dicapai, dan faktor&faktor produksi
1#
>. !mumnya klasifikasi Bioreaktor dibedakan berdasarkan pemasukan nutrisi ke dalam bioreactor. Bioreaktor dibagi menjadi tiga jenis yaitu +
Bioreaktor Batch
Bioreaktor Continious
Bioreaktor =i?ed Batch
@. Berdasarkan metode pertumbuhunan mikroorganisme, dapat dibedakan menjadi ' (dua) metode yaitu +
etode ertumbuhan 0ersuspensi
etode ertumbuhan 0erlekat
DAFTAR PUSTAKA
https+55upload./ikimedia.org ///.slideshare.net http+55///.metal.ntua.gr http+55///.coleparmer.com
11
12
