Archive for Januari 2016
Makalah Bioreaktor atau Fermentor
4
Pekanbaru, 06 Januari 2016
MAKALAH DASAR DASAR BIOPROSES
(Fermentor)
DISUSUN OLEH
MAGGIE DARLENE LAUTAMA
1407113363
TEKNIK KIMIA S1 – C
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya
panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan
rahmat serta karunia-Nya kepada saya sehingga saya
berhasil menyelesaikan makalah dasar dasaar
bioproses
ini dengan judul “Fermentor”.
Saya
menyadari bahwa Makalah ini masih jauh dari
sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat
membangun selalu saya harapkan demi
kesempurnaan makalah ini.
Akhir kata, saya
sampaikan terima kasih kepada semua sumber yang telah menjadi panduan saya dalam penyusunan makalah
ini dari awal sampai akhir. Semoga makalah
ini selalu bermanfaat bagi semua pihak.
Pekanbaru, 06 Januari 2016
Penyusun,
Maggie
Darlene Lautama
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR................................................................................................. i
DAFTAR ISI...............................................................................................................
ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah .................................................................................... 1
1.3
Tujuan ...................................................................................................... 1
BAB II ISI
2.1 Fermentor.................................................................................................. 2
2.2 Fungsi Fermentor...................................................................................... 2
2.3 Syarat Fermentor...................................................................................... 3
2.4 Komponen Fermentor............................................................................... 3
2.5 Perancangan Fermentor........................................................................... 3
2.6 Jenis-jenis Fermentor ............................................................................... 6
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 10
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Instrumentasi
merupakan suatu alat yang sangat penting dalam suatu sistem pengukuran yang
salah satunya pengukuran besarnya tinggi permukaan cairan, alat ini harus dapat
berfungsi dengan baik sesuai dengan kebutuhan instrumentasi di pabrik. Alat instrumentasi ini merupakan salah
satu faktor yang menentukan hasil produksi, dimana alat instrumentasi yang
mengukur, mengontrol, mendeteksi, menganalisa, baik secara manual maupun secara
otomatis.
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
1.2 Rumusan
Masalah
1. Apa
itu Fermentor?
2. Apa
fungsi dari Fermentor?
3. Apa
saja jenis-jenis Fermentor?
4. Apa saja bagian-bagian dari Fermentor?
1.3 Tujuan
1. Mengetahui
apa itu Fermentor
2. Mengetahui
fungsi dari Fermentor
3. Mengetahui
jenis-jenis dari Fermentor
4. Mengetahui
bagian-bagian dari Fermentor
BAB II
ISI
2.1 Fermentor
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 bioreaktor dengan unggun
atau bioreaktor membran.
2.2
Fungsi Fermentor
Fungsi bioreaktor
adalah untuk menghasilkan produk oleh mikrobia baik kultur murni atau campuran,
yang dikendalikan menggunakan sistem komputer dalam mengatur faktor lingkungan
dan pertumbuhan serta kebutuhan nutriennya.
Fungsi dasar fermentor/ bioreactor yaitu menyediakan kondisi lingkungan yang cocok bagi mikrobia didalamnya untuk :
Fungsi dasar fermentor/ bioreactor yaitu menyediakan kondisi lingkungan yang cocok bagi mikrobia didalamnya untuk :
1. Menghasilkan
biomassa
2. Menghasilkan
enzim
3. Menghasilkan
metabolit dsb.
Fungsi utama bioreaktor adalah memberikan
lingkungan terkontrol bagi pertumbuhan mikroorganisme atau campuran tertentu
mikroorganisme untuk memperoleh produk yang diinginkan. Bioreaktor hendaknya
mencegah kontaminasi produksi dr lingkungan pd kultur sambil mencegah pelepasan
kultur ke lingkungan.
Bioreaktor sebaiknya memiliki instrumentasi untuk pemeriksaan agar terjadi pengawasan proses optimum.
Bioreaktor sebaiknya memiliki instrumentasi untuk pemeriksaan agar terjadi pengawasan proses optimum.
2.3 Syarat Fermentor
1.
Dapat dioperasikan secara aseptik
2. Aerasi dan pengadukan memenuhi kebutuhan m.o dan tidak
membunuh atau merusak produk
3.
Suhu, pH dan kecepatan pengadukan dapat diatur
4. Memiliki sistem pengambilan contoh yang aseptik
5. Permukaan bagian
dalam harus rata atau tanpa lubang – lubang ukuran mikro.
2.4 Komponen Fermentor
Komponen utama bioreaktor terdiri atas tangki, sparger, impeller, saringan halus atau baffle dan sensor untuk mengontrol
parameter. Tangki 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.
2.5 Perancangan
Fermentor
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.[4] Parameter yang biasa dikontrol pada bioreaktor
adalah suhu, pH, substrat (sumber karbon dan nitrogen), aerasi, dan agitasi.[4]
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.
 |
Gambar 2.1
Struktur Bioreaktor/ Fermentor
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. 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% nikel.
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. Untuk meratakan media di
dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang disebut agitator atau impeler. Sementara
itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem aerasi yang berupa sparger. Untuk bioreaktor aerob,
biasanya digunakan kombinasi sparger-agitator sehingga pertumbuhan
mikrooganisme dapat berlangsung dengan baik.
 |
 |
||
Gambar
2.2 Fermentor skala laboratium Gambar
2.3 Fermentor skala Pilot
 |
Gambar 2.4 Fermentor skala industri
Pada
bagian dalam bioreaktor, dipasang suatu sekat yang disebut baffle
untuk mecegah vorteks dan meningkatkan efisiensi aerasi. Baffle ini
merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara
radial di dindingnya. 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. 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. Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor agar
tetap terkontrol, digunakan sensor pH, suhu,
anti-buih, dan oksigen terlarut (DO). Apabila kondisi di dalam sel
mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilakukan perlakuan
tertentu untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor. Misalkan terjadi
perubahan pH maka harus ditambahkan larutan asam atau basa untuk
menjaga kestabilan pH. Penambahan zat ini dapat dilakukan secara manual namun
juga dapat dilakukan secara otomatis menggunakan bantuan pompa peristaltik. Selain asam dan basa, pompa peristaltik juga membantu penambahan anti-buih dan substrat ke dalam bioreaktor.
2.6 Jenis-jenis
Fermentor
Berdasarkan
pemasukan nutrisinya kedalam bioreaktor , ada tiga jenis bioreaktor, yaitu
bioreaktor kontinu , semikontinu, dan diskontinu.
1. Bioreaktor
Kontinu
Pada bioreaktor kontinu, pemberian nutrisi dan
pengeluaran sejumlah fraksi dari volume kultur total terjadi secara terus
menerus. Dengan metode kontinu memungkinan organisme tumbuh pada kondisi
setimbang (steady state), dimana pertumbuhan terjadi pada laju konstan dan
lingkungan stabil. Faktor seperti pH dan 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 volume kultur di dalam
reaktor konstan. Dengan 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 pada dasar reaktor melalui pipa
terbuka atau penyemprot udara. Suattu batang vertical dilengkapi dengan
pengarah dengan satu atau lebih impeler. Impeler biasanya dipasang di sepanjang
batang pada interval jarak sama dengan diameter reaktor untuk menghindari tipe
pergerakan melingkar. Peranan impeler adalah untuk menimbulkan agitasi dalam
bioreaktor untuk mempermudah aerasi. Fungsi utama agitasi adalah untuk
mensuspensikan dan meratakan nutrisi dalam medium, untuk memberikan hara
termasuk oksigen- bagi sel, dan untuk memindahkan panas.
2. Bioreaktor
Diskontinu
Pada bioreaktor diskontinu, inokulen dan nutrisi yang
akan diperlukan bagi pertumbuhan dicampur dalam suatu bejana tertutup
pada kondisi suhu, pH, dan pencampuran optimum. System 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 satu contoh dari bioreaktor diskontinu adalah
Bioreaktor Lumpur Buangan Teraktivasi. Bioreaktor ini digunakan secara luas
untuk pengolahan secara oksidasi air buangan dan sampah industri lain.
Prosesnya difungsikan untuk meningkatkan pemasukan 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 system. Produk yang dihasilkan dari system 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 bioreactor ini dapat pula dioperasikan
secara kontinu.Pengunaan system 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 system 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 system 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 bdegradasi yang tinggi. Bagi air
buangan yang sangat encer, misalnya buangan kota, waktu retensi zat padat yang
sangat panjang diperlukan.
Berdasarkan pemasukan udara ada 3 jenis fermentor:
1.
Fermentor silinder berpengaduk (Jenis fermentor yang
paling sering digunakan).
2.
Fermentor angkat udara
3.
Fermentor vogel
busch
Fungsi pengaduk :
1.
Menggerakkan media
2.
Menyebarkan gas di dalam media
3.
Mencampur seluruh komponen media
Faktor yg mempengaruhi fungsi pengadukan
1.
Jumlah dan pengaturan letak daun pengaduk
2.
Bentuk dan ukuran daun pengaduk
3. Kecepatan putar pengadukan
Menurut Pujaningsih (2005), macam-macam reactor adalah
sebagai berikut :
1. Bioreaktor
tanki adukan (stirres tank bioreactor)
udara disirkulasikan melalui medium yang diaduk dengan impeller.
2. Biorekator kolum gelembung (Bubble column bioreactor) udara dialirkan melalui sparger di dasar
bejana.
3. Bioreaktor dengan pancaran udara (Airlift bioreactor) terdiri dari dua kolum yang dimasukkan ke dalam
kolum yang lain. Udara
dipaksa masuk melewati pipa sehingga udara dapat terpancar keatas dan medium
ikut terbawa.
4. Bioreaktor
terkemas padat diisi dengan bahan padatan yang dapat menjaring mikrobia masuk
kedalamnya.
Menurut
Andhiko (2008), Berdasarkan proses penyebaran organisme dan media dalam bejana
mengelompokkan jenis fermentor ke dalam 3 grup :
1. Reaktor dengan agitasi internal.
Merupakan biorekator yang paling lazim digunakan di
berbagai industri fermentasi. Grup
ini termasuk stirred tank reactor.
2. Bubble
column bioreactor.
Merupakan
bioreaktor paling sederhana. Terdiri dari tabung panjang dengan beberapa
sparger di bagian dasarnya.
3. Loop
reactor.
Merupakan
column reactor dimana percampuran dan
sirkulasi diinduksi dengan alat-alat tertentu.
Berdasarkan penggunaan alat tersebut,
fermentor Loop reactor dikelompokkan
atas tiga jenis:
1.
Air lift loop reactor .
2. Pro
peller’loop reactor.
3.
Jet loop reactor .
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Jenis – Jenis Bioreaktor. http://elangbiru3004.blogspot.com/2010/11/jenis-jenis-bioreaktor.html
Anonim. 2011.
Bioreaktor. http://dokumen.tips/documents/bioreaktor-55a7561df26c6.html
Bonbon. 2012.
Bioreaktor. http://bonbonznotes.blogspot.co.id/2012/05/bioreaktor.html
Danar. 2013. Bioteknologi. http://danaranizar.blogspot.co.id/2013/03/bioteknologi-biotekno logi_15.html
Elisa. 2010. Fermentor. http://elisa.ugm.ac.id/user/archive/download/32521/3887b54ef 4b44fb56cd7a63ca7bdf8d4
Hana. 2012. Fermentor. http://hana-snowdrop.blogspot.co.id/2012/06/fermentor.html
Ilmy. 2010. Fermentor. http://ilmy.blog.com/2010/01/23/fermentor/
Lulu. 2014. Bioreaktor dan Fermentor. http://lulu-igaalamsyah.blogspot.co.id/2014/04/ bioreaktor-fermentor-bioreaktor-adalah.html
Misna. 2010. Fermentor. http://misnanidulhadi.blogspot.co.id/2010/10/v-behaviorurl defaultvmlo_14.html
Putu. 2013. Fermentor. http://sputumutia.blogspot.co.id/2013/05/fermentor_31.html
Roilbilad.
2011. Konfigurasi Bioreaktor Membran.
http://roilbilad.wordpress.com/2011/01/ 12/konfigurasi-bioreaktor-membran/
