TUGAS KULIAH KULTUR SEL URAIAN JENIS-JENIS BIOREAKTOR DOSEN PENGAMPU : Dr. Dianursanti S.T., M.T. dan Dr. Sat!"! Ju#a$i Parda$
NAMA : MUH. A. H. %IN&I KURNIA NPM : '()*+)(() JURUSAN : TEKNOLOGI TEKNOLOGI BIOPROSES BIOPROSES
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA AKULT AKULTAS AS TEKNIK UNI%ERSITAS IND INDONESIA ONESIA DEPOK, )'/ A. P0nd P0nda1 a1u$ u$ua uan n
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. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan organisme atau komponen biokimia aktif (enzim) yang berasal dari organisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik . Sementara itu, agensia biologis yang digunakan dapat berada dalam keadaan tersuspensi atau terimobilisasi. Contoh reaktor yang menggunakan agensia terimobilisasi adalah bioreactor dengan unggun atau bioreaktor 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. !mumnya klasifikasi Bioreaktor dibedakan berdasarkan pemasukan nutrisi ke dalam bioreactor. Bioreaktor dibagi menjadi tiga jenis $ • • •
Bioreaktro curah (batch%bulk ) Bioreaktor Sinambung (continuous) Bioreaktor Semi&sinambung ( fed batch)
Ga#2ar '. 'enis bioreactor berdasarkan pemasukan nutrisi ke dalam bioreactor
(Sumber$ https$%%lms.ipb.ac.id%pluginfile.php%*+%modresource%content%-%/01.12 34!5!6/364!5/10re7isi.ppt )
B. Bi!r0a3t!r Batch
a. 8engertian enurut 1man (9--:), Batch Process merupakan fermentasi dengan cara memasukan media dan inokulum secara bersamaan ke dalam bioreactor dan pengambilan produk dilakukan pada akhir fermentasi. 8ada system batch, bahan media dan inokulum dalam ;aktu yang hampir bersamaan di masukan ke dalam bioreactor, dan pada saat proses berlangsung akan terjadi terjadi perubahan kondisi di dalam bioreactor (nutrient akan berkurang dan produk serta limbah).
Ga#2ar . Bioreaktor
jenis curah (batch) (a), serta desainnya (b). (Sumber$ https$%%upload.;ikimedia. org (a) dan a.
b.
;;;.slideshare.net (b)
b. 4arakteristik •
Resiko kontaminasi rendah
•
4ultur curah merupakan cara yang paling sederhana, sehingga menjadi titik a;al untuk studi kinetika
•
/idak perlu mikroba dengan kestabilan tinggi
•
apat untuk fase fermentasi yang berbeda pada bioreaktor yang sama (Contoh produksi metabolit sekunder e.g antibiotik
pertumbuhan sel pada fase
eksponensial < pembentukan produk pada fase stasioner) •
ari aspek rekayasa proses, kultur curah lebih fleksibel dalam perencanaan produksi, terutama untuk memproduksi beragam produk dengan pasar kecil
•
4elemahan $ produk yang menghambat pertumbuhan terakumulasi, sehingga metabolisme sel terganggu
c. Cara 4erja Sebagai contoh, cara reaktor batch yang sering digunakan adalah cara batch anaerob dari penelitian Soe;ondo (9--). Reaktor yang digunakan dalam dalam hal ini adalah reaktor batch anaerob dengan 7olume operasional sebesar = 5. 8ada penutup reaktor, terdapat 9 buah selang silikon untuk sampling gas dan penambahan substansi (penetralan p# dengan basa), termometer , serta pengaduk. !ntuk reaktor cair, digunakan magnetic stirrer sebagai pengaduk. Substrat yang telah dicampurkan dengan inokulum dimasukkan ke dalam reaktor . Setelah reaktor ditutup dengan rapat, nitrogen dialirkan untuk mengusir oksigen yang berada dalam reaktor supaya tercipta suasana anaerob. Reaktor dioperasikan selama *> hari. d. Contoh 8roduk ?dapun contoh produk yang dapat menggunakan system Batch Process, diantaranya $ yang mungkin dilakukan untuk skala kecil adalah fermentasi batch. untuk pembuatan Bioetanol $ Food Grade dan 1ndustrial ( 4osmetika , kesehatan dsb). /idak direkomendasikan menambahkan !R6?,284 dan Bahan 4imia lainya kecuali $ Ragi ( ikroba etanol ) (Bambang, 9--).
Ga#2ar (. Sequential Batch
Reactor , reactor yang sering digunakan dalam industi pangan (Sumber$ ;;;.dirkse& milieutechniek.com)
&. Bi!r0a3t!r Continuous a. 8engertian
8ada
cara
Sinambung
(Continues
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, 9--:). alam hal ini subtrat dan inokulum dapat ditambahkan bersama&sama secara terus menerus sehingga fase eksonensial dapat diperpanjang.
Ga#2ar +. Bioreaktor jenis CS/R (continuous stirred tank reactor ) (a) dengan
agitator dan permukaan heat transfer internal, (b) dengan pompa di sekitar tempat mi!ing and permukaan heat transfer eksternal (Sumber$ http$%%;;;.metal.ntua.gr) b. 4arakteristik 4arakteristik khas dari bioreactor sinambung (continuous) yaitu kondisi lingkungan (suhu, p#, aerasi, dan konsentrasi nutrient) dapat dipertahankan tetap ( steady& state) sehingga konsentrasi biomassa atau @ (laju pertumbuhan spesifik) dapat diatur < konstan dipertahankan selama kulti7asi (dg mengatur kons. substrat umpan). 4arakteristik lainnya yaitu •
emerlukan
mikroba
dengan kestabilan
genetik
tinggi (mikroba
rekombinan kadang tidak stabil sifat genetiknya) •
8rodukti7itas lebih tinggi
•
apat dijalankan pada ;aktu yang lama
•
#arus ada pasar%konsumen ang tetap terhadap produk
•
Cocok untuk proses yang resiko kontaminasinya rendah (contohnya penanganan limbah cair) < produk yang berasosiasi dengan pertumbuhan
•
8emantauan dan pengendalian proses lebih sederhana
•
/idak ada akumulasi produk yang menghambat
c. Cara 4erja Biasanya, bioreaktor yang dibuat adalah jenis one stage kontinyu, yang terdiri dari tiga komponen utama (penampung sementara, reaktor dan gas kolektor ) (4atherin, 9--). 8ada tipe aliran kontinyu bahan dimasukkan ke dalam digester secara teratur pada satu ujung dan setelah melalui jarak tertentu, keluar di ujung yang lain. /ipe ini mengatasi masalah pada proses pemasukan dan pengosongan pada tie batch. enurut ?prilianto (9--), terdapat dua jenis dari tipe aliran kontinyu$ •
0ertikal, dikembangkan oleh Aobar Aas 1nstitute, 1ndia
•
#orisontal, dikembangkan oleh ry di ?frika Selatan dan California, selain itu dikembangkan oleh Biogas 8lant 5td. dengan bioreaktor yang terbuat dari karet Butyl (butyl rubber bag ). alam penelitian /onto;i (9--), yang telah terapkan pada proses fermentasi
kontinyu dilakukan dalam mi!ed flo" reactor yang ber7olume 5 dengan kecepatan putar -- rpm. 8roses fermentasi ini dia;ali dengan melakukan fermentasi semibatch selama * jam. Sebelum fermentasi dimulai, reaktor terlebih dahulu diisi dengan bead sampai 7olume mencapai %> 7olume reaktor . Setelah * jam, proses fermentasi kontinyu mulai dilakukan dengan mengalirkan feed dalam fermentor menggunakan pompa peristaltik. 5aju alir feed (media molasses) disesuaikan dengan 7ariabel dilution rate yang dipakai. d. Contoh 8roduk ?dapun contoh produk
yang dapat menggunakan system sinambung
(Continues Process) diantaranya $ protein sel tunggal, antibiotic, pelarut organic, kultur starter, dekomposisi selulosa, pengolahan limbah cair, beer, glukosa isomerase, etanol (Rusmana, 9--:).
Ga#2ar /. 8roduksi etanol secara Continuous dengan daur&ulang sel khamir
(Sumber$ http$%%collections.infocollections.org) D. Bi!r0a3t!r Fed-Batch a. 8engertian
Sistem fed#batch adalah suatu sistem yang rnenambahkan media baru secara teratur pada kultur tertutup, tanpa mengetuarkan cairan kultur yang ada di dalam fermentor sehingga 7olume kultur makin lama makin bertambah /ri idjaja (9--. enurut Rusmana (9--:), pada cara fed#batch yaitu memasukan sebagian sumber nutrisi (sumber C, 2 dan lain&lain) ke dalam bioreactor dengan 7olume tertentu hingga diperoleh produk yang mendekati maksimal, akan tetapi konsentrasi sumber nutrisi dibuat konstan.
Ga#2ar *. 4ultur jenis fed#
batch (Sumber$ http$%%;;;.coleparmer.com)
b. 4arakteristik •
edia segar ditambahkan ke dalam bioreaktor secara kontinyu%sekuensial tanpa pengeluaran isi bioreaktor
•
8ada 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
7olume
juga
meningkat,
akibat
ada
penambahan
media%umpan c. Cara 4erja 4ultur inokulum yang digunakan untuk proses utama sejumlah -- ml. 4ultun inokulum tersebut diinokulasikan ke dalam -- ml media fermentasi dalam fermentor . ermentasi berlangsung selama tiga kali 9= jam, dengan tiga kali pengambilan contoh setiap hari. 8ada 9= jam pertama fermentasi berlangsung secara batch sedangkan 9 kali 9= jam berikutnya benlangsung secara fed#batch. ?;al penambahan substrat dilakukan pada jam ke&9=. 0olume substrat yang ditambahkan selama proses fed#batch sekitar D-- ml dengan laju penambahan D m5%jam. 8ada penelitian mi fermentasi berlangsung dalam fermentor kapasitas dua liter dengan pengaturan p# pada p# dan : serta kecepatan putaran +-- dan >-- rpm. Secara keseluruhan hasil penelitian produksi enzim dengan fermentasi sistem fed#batch pada penlakuan kecepatan putaran >-- rpm mempunyai kecenderungan yang sama dengan fermentasi sistem batch. (Budiatman, 9--D) d. Contoh 8roduk Contoh produk yang dapat diperoleh pada system Fed#Batch Process adalah ekstranase, hal ini juga telah dilakukan penelitian oleh Satia ihardja (9--) yang berjudul E Proses Fermentasi Fed#Batch untuk Produksi $ekstranase dengan Stretococcus s% B& Fed#Batch Fermentation Processes to Produce $e!tranase from of Stretococcus s% B& F
Ragi roti (Saccharomyces cere'isae) dan metabolit sekunder penisilin juga merupakan salah satu produk industry dengan cara fed#batch. 8ada industry ragi roti dengan fed#batch, konsentrasi glukosa dipertahankan agar tetap rendah agar rendemen biomassa maksimum dan hasil samping etanol diminimalkan. 8ada penisilin produksi dilakukan dua tahap yaitu produksi glukosa per unit produksi biomassa dan produksi glukosa untuk produksi penisilin.
Ga#2ar 4. Bioreaktor fed#batch
yang digunakan dalam industry penisilin (Sumber$ https$%%upload.;ikimedia.org)
DATAR PUSTAKA
BuGlock, ' and . 4ristiansen, DD, Basic echnology% ?cademic 8ress 5imited 5ondon. ?/6/? 18B, 9-9. uliah *+ P-./+0P0. +.12324 5 4-1$- 23+*0S+ . iakses dari$ https$%%lms.ipb.ac.id%pluginfile.php%*+%modresource%content%-%/01. 1234!5!6/364!5/10re7isi.ppt pada D 2o7ember 9-> pukul =.+ajeed, ohammed ?bdul. 9--. Small Scale Cell Culture Performance of Recombinant Chinese 6amster 1'ary Cells% Biologics e7elopment Center$ #yderabad SaGid, A. DD. Bioindustri 8enerapan /eknologi ermentasi. 8/. eiyatama Sarana 8erkasa, 'akarta.
