Makalah Fermentor

Fermentor

Bab I. Pendahuluan

A. 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

B. Rumusan Masalah

1. Apa itu Fermentor?
2. Apa fungsi dari Fermentor?
3. Apa saja jenis-jenis Fermentor?
4. Apa saja bagian-bagian dari Fermentor?

C. 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. Pembahasan

A. 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.

B. 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 :

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.

C. 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.

D. 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.

E. 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. 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. 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/ FermentorUntuk 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 2.4 Fermentor skala industriPada 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 FermentorBerdasarkan pemasukan nutrisinya kedalam bioreaktor , ada tiga jenis bioreaktor, yaitu bioreaktor kontinu , semikontinu, dan diskontinu.1. Bioreaktor KontinuPada 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 DiskontinuPada 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 semikontinuBioreaktor 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 udara3.      Fermentor vogel buschFungsi pengaduk :1.      Menggerakkan media2.      Menyebarkan gas di dalam media3.      Mencampur seluruh komponen mediaFaktor yg mempengaruhi fungsi pengadukan1.      Jumlah dan pengaturan letak daun pengaduk2.      Bentuk dan ukuran daun pengaduk3.      Kecepatan putar pengadukanMenurut 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 PUSTAKAAnonim. 2011.  Jenis – Jenis Bioreaktor. http://elangbiru3004.blogspot.com/2010/11/jenis-jenis-bioreaktor.htmlAnonim. 2011. Bioreaktor. http://dokumen.tips/documents/bioreaktor-55a7561df26c6.htmlAnonim. Bioreaktor. https://id.wikipedia.org/wiki/BioreaktorBonbon. 2012. Bioreaktor. http://bonbonznotes.blogspot.co.id/2012/05/bioreaktor.htmlDanar. 2013. Bioteknologi. http://danaranizar.blogspot.co.id/2013/03/bioteknologi-biotekno logi_15.htmlElisa. 2010. Fermentor. http://elisa.ugm.ac.id/user/archive/download/32521/3887b54ef 4b44fb56cd7a63ca7bdf8d4Hana. 2012. Fermentor. http://hana-snowdrop.blogspot.co.id/2012/06/fermentor.htmlIlmy. 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.htmlMisna. 2010. Fermentor. http://misnanidulhadi.blogspot.co.id/2010/10/v-behaviorurl defaultvmlo_14.htmlPutu. 2013. Fermentor. http://sputumutia.blogspot.co.id/2013/05/fermentor_31.htmlRoilbilad. 2011. Konfigurasi Bioreaktor Membran. http://roilbilad.wordpress.com/2011/01/ 12/konfigurasi-bioreaktor-membran/