PROSES FERMENTASI (BATCH, FED BATTCH DAN CONTINUES PROCESS) Oleh : Anto Susanto P2AA11054 Proses fermentasi jika ditinjau berdasarkan cara operasiny operasinya, a, maka dapat dibedakan menjadi 2 (Iman, 2008), diantaranya : A. Fermentasi cara cair onto! produk : etanol , protein se" tun##a", antibiotic , pe"arut organic , kultur starter , dekomposisi selulosa selulosa,, pen#o"a!an "imba! cair, beer , glukosa isomerase, isomerase , dan "ain seba#ainya. $. Fermentasi padat (solid (solid state fermentation) fermentation ) onto! produk : tape, oncom, koji dan "ain seba#ainya. Pada proses fermentasi cair dapat dibedakan menjadi 2 ($amban#, 20%0), diantaranya : %. Fermentasi ba&a! permukaan (submerged ( submerged fermentation) fermentation ) onto! produk : etano", dan "ain seba#ainy seba#ainya. a. 2. Fermentasi Fermentasi permukaan (surface ( surface fermentation) fermentation) onto! produk : nata de coco, coco, dan "ain seba#ainya. Pada system system fermentasi fermentasi ba&a! permukaan (submerged ( submerged fermentation) fermentation ) dapat di#o"on#ka di#o"on#kan n "a#i menjadi beberapa cara, diantaranya : 1. Batch Process a). Pengertian Batch Process 'enurut Iman, 2008 (2008) Batch Process merupakan Process merupakan fermentasi den#an cara memasukan media dan inoku"um secara bersamaan ke da"am bioreactor dan pen#ambi"an produk di"akukan pada ak!ir fermentasi. Pada system batch, batch, ba!an media dan inoku"um da"am &aktu yan# !ampir bersamaan di masukan ke da"am bioreactor, dan pada saat proses ber"an#sun# akan terjadi terjadi peruba!an kondisi di da"am bioreactor (nutrient (nutrient akan berkuran# dan produk serta "imba!). b). Contoh produk Sistem Batch Process Adapun conto! produk yan# dapat men##unakan men##unakan system Batch Process, Process, diantaranya : yan# mun#kin di"akukan untuk ska"a keci" ada"a! fermentasi batch. batch. untuk pembuatan $ioetano" : Food Grade dan Grade dan Industria" ( osmetika , kese!atan dsb). idak direkomendasikan direkomenda sikan menamba!kan *+A,-P dan $a!an imia "ainya kecua"i : +a#i ( 'ikroba etano" ) ($amban#, 20%0).
Pada pene"itian yan# di"akukan ri upriyanto (20%0), tentan# / Fermentasi Etanol dari Molases dengan Zymomonas mobilis A3 yang iamobilisasi !ada "#"aragenan ju#a dapat di"akukan den#an cara Batch. +a#i yan# dapat di#unakan da"am proses fermentasi etano" ada"a! $accharomyces ceri%isiae, $accharomyces u%arum (tadinya $accharomyces carlsbergensis), &andida utilis, $accharomyces anamensis' $chi(osccharomyces !ombe. 1asi" pene"itian "ainnya ju#a di"akukan o"e! ay"ak dan ardar (%338), da"am 4idjaja (20%0), Pene"itian ini membandin#kan produksi etano" den#an berba#ai proses fermentasi yaitu, batch' kontinyu' fed#batch, dan semi#kontinyu men##unakan #"ukosa seba#ai substrat den#an konsentrasi substrat 220 #56 dan bakteri $accharomyces cere%isiae baik yan# freecells maupun immobilisasi sel . c). Alasan menggunakan System Batch Process Pada system fermentasi Batch, pada pasarnya prinsipnya merupakan sistem tertutup, tidak ada penamba!an media baru, ada penamba!an oksi#en (72) dan aerasi , antifoam dan asam5basa den#an cara kontro" p1 (Iman, 2008). $atc! Fermentation banyak diterapkan da"am dunia industri, karena kemuda!an da"am proses steri"isasi dan pen#ontro"an a"at ('inier and 9oma, %382) da"am etiyo 9una&an (20%0). e"ain itu ju#a, pada cara batch menurut pene"itian yan# di"akukan 1ana i"iana (20%0), men#atakan ba!&a cara batch banyak diap"ikasikan di industri etano" karena dapat men#!asi"kan kadar etano" yan# tin##i. Kendala menggunakan System Batch Process: Pada fermentasi secara batch untuk fermentasi etano" terjadi kenda"a yaitu produktiitas etano" renda!. +enda!nya produktiitas etano" karena pada kondisi tertentu etano" yan# di!asi"kan akan menjadi inhibitor , yan# akan meracuni mikroor#anisme se!in##a men#uran#i aktiitas en;im, !a" ini sesuai den#an !asi" pene"itian yan# di"akukan +ekso&ardojo (200<) tentan# produksi etano" men##unakan cara batch. 1a" ini ju#a diperkuat den#an pene"itian yan# di"akukan o"e! 'inier dan 9oma (%382) da"am 1akim (20%0), ba!&a fermentasi cara ini mempunyai kenda"a ba!&a konsentrasi etano" yan# di!asi"kan san#at renda! karena produksi etano" yan# terakumu"asi akan meracuni mikroor#anisme pada proses fermentasi. Akumu"asi dari produk ter"arut yan# bersifat racun akan menurunkan secara per"a!an7"a!an dan ba!kan dapat men#!entikan pertumbu!an serta produksi dari mikroor#anisme. enda"a "ain yan# terjadi pada cara batch ada"a! pada proses batch !anya satu sik"us dimana pertumbu!an bakteri dan produksi #as metan semakin "ama semakin menurun karena tidak ada substrat baru yan# diumpankan da"am reactor (Apri"ianto, 20%0). 1a" ini ju#a diperkuat den#an adanya pene"itian yan# di"akukan o"e! -ata"ia 1ariani (20%0), proses batch mempunyai kenda"a, membutu!kan &aktu fermentasi yan# "ama, konsentrasi etano" yan# di!asi"kan renda! akibat akumu"asi produk etano" yan# dapat meracuni mikroor#anisme pada proses fermentasi. Akumu"asi dari produk ter"arut yan# bersifat racun akan menurunkan secara per"a!an7"a!an dan se"anjutnya men#!entikan pertumbu!an mikroor#anisme serta produksi etano".
Pada system batch, jum"a! bakteri akan terus bertamba! sedan#kan tidak ada substrat yan# ditamba!kan da"am reaktor se!in##a #"ukosa yan# terkonersi menjadi etano" akan semakin besar (1ana, 20%0). Keuntungan menggunakan System Batch Process : 'enurut +ommy (20%0), Bioreaktor ti!e batch )i!e batch memi"iki keuntun#an "ain yaitu dapat di#unakan ketika ba!an tersedia pada &aktu = &aktu tertentu dan bi"a memi"iki kandun#an padatan tin##i (2>?). $i"a ba!an berserat5 su"it untuk diproses, ti!e batch akan "ebi! cocok dibandin# ti!e a"iran kontinyu (continuos flo* ), karena "ama proses dapat ditin#katkan den#an muda!. $i"a proses terjadi kesa"a!an, misa"nya karena ba!an beracun, proses dapat di!entikan dan dimu"ai den#an yan# baru. d). Prinsip (prosedur/SP) System Batch Process eba#ai conto!, merupakan cara batch yan# di#unakan ada"a! cara batch anaerob dari pene"itian oe&ondo (20%0). +eaktor yan# di#unakan da"am da"am !a" ini ada"a! reaktor batch anaerob den#an o"ume operasiona" sebesar @ 6. Pada penutup reaktor, terdapat 2 bua! se"an# si"ikon untuk samp"in# #as dan penamba!an substansi (penetra"an p1 den#an basa), termometer , serta pen#aduk. *ntuk reaktor cair, di#unakan magnetic stirrer seba#ai pen#aduk. ubstrat yan# te"a! dicampurkan den#an inokulum dimasukkan ke da"am reaktor . ete"a! reaktor ditutup den#an rapat, nitro#en dia"irkan untuk men#usir oksi#en yan# berada da"am reaktor supaya tercipta suasana anaerob. +eaktor dioperasikan se"ama > !ari. 2. Proses sinambung (Continues Process) a). Pengertian Sinambung (Continues Process) Pada cara $inambung ,&ontinues Process-' pen#a"iran subtrat dan pen#ambi"an produk di"akukan secara terus menerus (sinambun#) setiap saat sete"a! dipero"e! konsentrasi produk maksima" atau subtract pembatasnya mencapai konsentrasi yan# !ampir tetap (+usmana, 2008). Ba"am !a" ini subtrat dan inoku"um dapat ditamba!kan bersama7sama secara terus menerus se!in##a fase eks!onensial dapat diperpanjan#. Ada 2 tipe siste, yaitu : !omo#enous"y miCed bioreactor dan P"u# f"o& reactor. Pada tipe 1omo#enous"y miCed bioreactor dapat diba#i menjadi 2 macam diantaranya !emostat dan urbidostat (+usmana, 2008). b). Contoh produk System Sinambung (Continues Process) Adapun conto! produk yan# dapat men##unakan system sinambung ,&ontinues Process- diantaranya : protein se" tun##a", antibiotic, pe"arut or#anic, ku"tur starter, dekomposisi se"u"osa, pen#o"a!an "imba! cair, beer, #"ukosa isomerase, etano" (+usmana, 2008). e"ain itu ju#a pembuatan etano" dapat di#unakan cara $ystem $inambung ,&ontinues Process-' !a" ini ju#a diperkuat den#an pene"itian yan# di"akukan o"e! oe!adi +ekso&ardojo (20%0) Produksi etano" dari mo"ases secara fermentasi men##unakan yeast $accharomyces cere%iceae da"am fermentor kontinyu. Proses fermentasi
secara kontinyu men##unakan yeast $accharomyces cere%iceae dengan .mmobili(ed &ell da"am &a#Alginate di da"am Bioreactor Packed#bed . Pene"iti at!erin (20%0), ju#a te"a! me"akukan fermentasi den#an bioreactor $ystem $inambung ,&ontinues Process- pada fermentasi "imba! cair ta!u, bioreaktor ini di#unakan untuk men#o"a! "imba! cair ta!u yan# dikondisikan ter"ebi! da!u"u derajat keasamannya dan dicampur den#an bakteri starter '@ den#an rasio 0.02?. c). Alasan menggunakan System Sinambung (Continues Process) Pada $ystem $inambung ,&ontinues Process-, pada pasarnya prinsipnya merupakan fermentasi kontinyu dimana pada fermentor sistem terbuka, ada penamba!an media baru, ada ku"tur y# ke"uar, o"ume tetap dan fase fisio"o#i se" konstan (Iman, 2008). 1a" yan# sama ju#a dikemukakan o"e! +ekso&ardojo (200<), ba!&a pada sistem kontinyu den#an dilution rate yan# "ebi! keci" (&aktu tin##a" yan# "ebi! besar) memberikan !asi" konsentrasi etano" yan# "ebi! mendekati sistem batch se!in##a apabi"a &aktu tin##a" da"am reaktor diperpanjan#, memun#kinkan konsentrasi etanol yan# di!asi"kan "ebi! mendekati sistem batch/ Ba"am !asi" pene"itian yan# sama, menurut +ekso&ardjo (200<), dikatakan ba!&a proses fermentasi kontinyu den#an mmobi"isasi se" akan memberikan !asi" yan# "ebi! baik dibandin#kan fermentasi batch. Pada fermentasi secara batch untuk fermentasi etano" terjadi kenda"a yaitu produktiitas etano" renda!. +enda!nya produktiitas etano" karena pada kondisi tertentu etano" yan# di!asi"kan akan menjadi in!ibitor, yan# akan meracuni mikroor#anisme se!in##a men#uran#i aktiitas en;im. *ntuk mencari so"usi ter!adap ke"ema!an tersebut dari !asi" pene"itian Abdu" 1akim (20%0), maka pada produksi etano" dari molases ini di"akukan proses fermentasi secara kontinyu da"am bioreaktor !acked bed men##unakan teknik immobili(ed cell dengan "#"araginan seba#ai su!!orting matrice. 1a" ini ju#a dapat kita "i!at secara je"as da"am pene"itian yan# di"akukan Barma&an (20%0), yaitu den#an me"akukan proses fermentasi secara kontinyu da"am bioreaktor !acked bed secara immobilisasi sel den#an Zymomonas mobilis termutasi men##unakan &a# Alginat yan# bertujuan untuk men#eta!ui pen#aru! peruba!an konsentrasi #"ukosa ter!adap konsentrasi, yield , dan produktiitas etano". 1asi" pene"itian 1ana i"iana (20%0), ju#a memperkuat !asi" pene"itian sebe"umnya. Pada pene"itian yan# di"akukan, fermentasi den#an sistem kontinyu memberikan konsentrasi etano" yan# "ebi! keci" dari pada sistem batch yaitu >8,82 #56 untuk sistem kontinyu pada dilution rate 0,%85jam dan >3,@@ #56 untuk sistem batch. 1a" ini dapat terjadi karena &aktu tin##a" pada sistem kontinyu "ebi! pendek yaitu >,>> jam dan D,DD jam dari pada sistem batch yaitu @8 jam. 1a" ini dapat terjadi karena pada sistem batch, jum"a! bakteri akan terus bertamba! sedan#kan tidak ada substrat yan# ditamba!kan da"am reaktor se!in##a #"ukosa yan# terkonersi menjadi etano" akan semakin besar. Pada sistem kontinyu den#an dilution rate yan# "ebi! keci" (&aktu tin##a" yan# "ebi! besar) memberikan !asi" konsentrasi etano" yan# "ebi! mendekati sistem batch se!in##a apabi"a &aktu tin##a" da"am reaktor diperpanjan#, memun#kinkan konsentrasi etano" yan# di!asi"kan "ebi! mendekati sistem batch. d). Prinsip (prosedur/SP) System Sinambung (Continues Process)
$ioreaktor yan# dibuat ada"a! jenis one sta#e kontinyu, yan# terdiri dari ti#a komponen utama (penampun# sementara, reaktor dan #as kolektor ) (at!erin, 20%0). Pada tipe a"iran kontinyu ba!an dimasukkan ke da"am di#ester secara teratur pada satu ujun# dan sete"a! me"a"ui jarak tertentu, ke"uar di ujun# yan# "ain. ipe ini men#atasi masa"a! pada proses pemasukan dan pen#oson#an pada ti!e batch. 'enurut Apri"ianto (20%0), terdapat dua jenis dari tipe a"iran kontinyu: ertika", dikemban#kan o"e! 9obar 9as Institute, India 1orisonta", dikemban#kan o"e! Fry di Afrika e"atan dan a"ifornia, se"ain itu dikemban#kan o"e! $io#as P"ant 6td. den#an bioreaktor yan# terbuat dari karet $uty" (buty" ruber ba#). Ba"am pene"itian onto&i (20%0), yan# te"a! terapkan pada proses fermentasi kontinyu di"akukan da"am mi0ed flo* reactor yan# bero"ume % 6 den#an kecepatan putar %00 rpm. Proses fermentasi ini dia&a"i den#an me"akukan fermentasi semibatch se"ama % jam. ebe"um fermentasi dimu"ai, reaktor ter"ebi! da!u"u diisi den#an bead sampai o"ume mencapai %5> o"ume reaktor . ete"a! % jam, proses fermentasi kontinyu mu"ai di"akukan den#an men#a"irkan feed da"am fermentor men##unakan pompa perista"tik. 6aju a"ir feed (media molasses) disesuaikan den#an ariabe" dilution rate yan# dipakai. 3. Gabungan system batch dan kontinyu (!ed"Batch Process) a). Pengertian !ed"Batch Process istem fed#batch ada"a! suatu sistem yan# rnenamba!kan media baru secara teratur pada ku"tur tertutup, tanpa men#etuarkan cairan ku"tur yan# ada di da"am fermentor se!in##a o"ume ku"tur makin "ama makin bertamba! ri 4idjaja (20%0. 'enurut +usmana (2008), pada cara fed#batch yaitu memasukan seba#ian sumber nutrisi (sumber , - dan "ain7"ain) ke da"am bioreactor den#an o"ume tertentu !in##a dipero"e! produk yan# mendekati maksima", akan tetapi konsentrasi sumber nutrisi dibuat konstan. Pada system fermentasi Fed#Batch Process, menurut $amban# (20%0), merupakan pen#emban#an sistem batc!, adanya penamba!an media baru, tidak ada ku"tur y# ke"uar dan yie"d "ebi! tin##i dari batc!. b). Contoh produk System !ed"Batch Process onto! produk yan# dapat dipero"e! pada system Fed#Batch Process ada"a! Bekstranase, !a" ini ju#a te"a! di"akukan pene"itian o"e! atia 4i!ardja (20%0) yan# berjudu" / Proses Fermentasi Fed#Batch untuk Produksi ekstranase dengan $tre!tococcus s!/ B1 Fed#Batch Fermentation Processes to Produce e0tranase from of $tre!tococcus s!/ B1 Pene"itian yan# serupa tentan# etano" men##unakan Fed#Batch Process ju#a di"akukan o"e! ay"ak dan ardar (%338) da"am ri 4idjaja (20%0), pene"itian ini membandin#kan produksi etano" den#an berba#ai proses fermentasi yaitu, batch' kontinyu' fed# batch' dan semi#kontinyu men##unakan #"ukosa seba#ai substrat den#an konsentrasi substrat 220 #56 dan bakteri $accharomyces cere%isiae baik yan# freecells maupun immobilisasi se".
c). Alasan menggunakan System !ed"Batch Process Proses fed#batch te"a! diterapkan secara "uas da"am berba#ai industni fermentasi dan re"atif "ebi! muda! di#unakan untuk perbaikan proses batch dibandin#kan den#an proses kontinyu. Apabi"a pada fermentasi kontinyu di!asi"kan ke"uaran secara terus7 menerus maka pada fed#batch dipero"e! ke"uaran tun##a" pada ak!ir inkubasi se!in##a dapat ditan#ani den#an cara yan# sama seperti pada proses batch inc"air E ristiansen (%38<) da"am $udiatman (2003). Kendala menggunakan System !ed"Batch Process : Pada fermentasi sistem batch 4inarni (%33>), profit produksi dekstranase sebandin# den#an biomassa. etapi pada proses batch produksi dektranase yan# dicapai "ebi! tin##i. Pada pene"itian yan# di"akukan $udiatman (2003) men##unakan sistem fed#batch ini produksi dekstnanase yan# tin##! sebandin# den#an ni"ai biomassa yan# renda! dan seba"iknya. Pada sistem fed#batch su"it untuk meii!at fase eks!onensial dan fase stasionei kecua"i fase eks!onensial pertama. Keuntungan menggunakan System !ed"Batch Process : euntun#an sistem fed#batch ini menurut pene"itian yan# di"akukan +ac!man (%383) da"am $udiatman (2003), ia"a! konsentrasi sisa substrat terbatas dan dapat diperta!ankan pada tin#kat yan# san#at renda! se!in##a dapat mence#a! fenomena represi katabo"it atau in!ibisi substrat. d). Prinsip (prosedur/SP) System !ed"Batch Process $ystem Fed#Batch Process merupakan pene"itian yan# di"akukan o"e! $udiatman (2003). Proses Fermentasi. u"tur inokulum yan# di#unakan untuk proses utama sejum"a! %00 m". u"tun inokulum tersebut diinoku"asikan ke da"am <00 m" media fermentasi da"am fermentor . Fermentasi ber"an#sun# se"ama ti#a ka"i 2@ jam, den#an ti#a ka"i pen#ambi"an conto! setiap !ari. Pada 2@ jam pertama fermentasi ber"an#sun# secara batch sedan#kan 2 ka"i 2@ jam berikutnya ben"an#sun# secara fed#batch. A&a" penamba!an substrat di"akukan pada jam ke72@. o"ume substrat yan# ditamba!kan se"ama proses fed#batch sekitar 300 m" den#an "aju penamba!an %3 m65jam. Pada pene"itian mi fermentasi ber"an#sun# da"am fermentor kapasitas dua "iter den#an pen#aturan p1 pada p1 < dan 8 serta kecepatan putaran D00 dan >00 rpm. ecara kese"uru!an !asi" pene"itian produksi en;im den#an fermentasi sistem fed#batch pada pen"akuan kecepatan putaran >00 rpm mempunyai kecenderun#an yan# sama den#an fermentasi sistem batch. R!R"S# $ +usmana, Iman., 2008. $istem O!erasi Fermentasi , Bepartemen $io"o#i F'IPA IP$, $o#or a&a $arat. Purnomo, $amban#., 20%0. Asosiasi Pengusaha Bioetanol .ndonesia. 4idaja, ri., dan $ud!ikarjo, usno., 200<. Pengaruh +ecycle +ate dan "onsentrasi Alginat )erhda!at Produktifitas Etanol dengan Proses Fermentasi 2Ekstraksi , 6aboratorium Perpinda!an 'asa dan Panas urusan eknik imia, Faku"tas ekno"o#i Industri7Institut ekno"o#i urabaya a&a imur. eminar eknik imia oe!adi +ekso&ardojo I- 08>@7<<3 200<
'u"yanto., 4idjaja, ri., 1akim, Abdu"., dan Frastia&an, ko., 20%0. Produktifitas Etanol dari Molases dengan Proses Fermentasi "ontinyu Menggunakan Zymomonas mobilis dengan )eknik .mmobilisasi $el "#"araginan dalam Bioreaktor Paccked#Bed , 6aboratorium ekno"o#i $iokimia urusan eknik imia FI7I ampus I uko"i"o, urabaya a&a imur. 4a!yudin., 2003. Proses Produksi Etanol Oleh $accharomyces &ere%isiae engan O!erasi "ontinyu Pada "ondisi acum, urusan eknik imia, Faku"tas eknik, *niersitas Bipone#oro, emaran# a&a en#a!. !arifani, !inta., 20%0. egradasi Bio*aste Fase &air' $lurry dan Padat dalam +eaktor Batch Anaerob $ebagai Bagian dari Mechanical Biological )reatment ,egradation of Bio*aste in 4i5uid' $lurry' and $olid Phase in Anaerob Batch +eactor As Part of Mechanical Biological )reatmen-t , Pro#ram tudi eknik 6in#kun#an Faku"tas ipi" dan eknik 6in#kun#an, Institut ekno"o#i $andun#, $andun# a&a $arat. Indria&ati., dan Apri"ianto, +ommy., 2003. .dentifikasi Proses Pada Bioreaktor Anaerob 6ntuk Pengolahan 4imbah &air )ahu, urusan eknik Fisika, Faku"tas ekno"o#i Industri Institut ekno"o#i epu"u! -opember, urabaya a&a imur. 4idjaja, ri., 1ariani, -ata"ia., 9una&an, etio., dan Barma&an, +., 20%0. )eknologi .mmobilisasi $el &a#Alginat 6ntuk Mem!roduksi Etanol $ecara Fermentasi "ontinyu engan Zymomonas Mobilis )ermutasi , 6aboratorium ekno"o#i $iokimia urusan eknik imia, Faku"tas ekno"o#i Industri Institut ekno"o#i epu"u! -opember, urabaya a&a imur. Puspita, "ok., i"iana, 1ana., 20%0. Fermentasi Etanol ari Molasses Pada "#"araginan, urusan eknik imia, Fak. ekno"o#i Industri, Institut ekno"o#i epu"u! -opember, urabaya a&a imur. ati&i!ardja, $udiatman., 4ibisono, $eni., 'urdiyatmo, *ntun#., 20%0. Proses Fermentasi Fed#Batch untuk Produksi ekstranase dengan $tre!tococcus s!/ B1 ,Fed#Batch Fermentation Processes to Produce e0tranase from of $tre!tococcus s!/ B1-' urusan ekno"o#i Pan#an dan 9i;i Fo"eta, Institur Pertanian $o#or, ampus IP$ Barma#a, $o#or a&a $arat.