PERTEMUAN KE-3 BIOREAKTOR DEFINISI BIOREAKTOR : Suatu unit alat yang digunakan untuk melangsungkan proses biokimia dari suatu bahan baku menjadi produk yang diinginkan, dimana prosesnya dikatalisis oleh enzim-enzim mikrobial atau isolat enzim murni. PARAMETER YANG DIKONTROL PADA BIOREAKTOR : - suhu - pH - oksigen terlarut - bahan baku dan nutrisi MACAM BIOREAKTOR BERDASARKAN KAPASITAS : 1. Skala laboratorium : - Dalam botol erlenmeyer (volume 50-2000 ml dengan pengisian maksimum 20 %). - Kelebihan : dapat mengukur komposisi larutan nutrisi, suhu dan suplementasi substrat - Kelemahan : tidak dapat mengukur pH dan konsentrasi oksigen. 2. Skala pilot 3. Skala industri. Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 BEBERAPA INFORMASI YANG DIPERLUKAN : 1. Pemilihan sistem fermentasi (kontinyu, semi kontinyu atau tertutup/batch). 2. Tipe bioreaktor dan cara operasinya. 3. Sifat-sifat mikroba yang digunakan 4. Melakukan kondisi penelitian optimum pendahuluan suatu galur untuk mikroba menentukan pada skala laboratorium, lalu di-scale up hingga layak untuk diproduksi skala industri. ATURAN DASAR 1. Tidak boleh ada hubungan antara bagian sistem yang steril dengan non-steril. 2. Hindari kelep-kelep / penghubung bentuk gelangan, karena bentuk demikian dapat mengendur akibat dari gerakan/fibrasi alat dan kenaikan suhu, dan memungkinkan kontaminasi. 3. Bila mungkin seluruh konstruksi alat dilas. 4. Hindari ruang-ruang perangkap serta bentuk leher, karena ruangan seperti itu sulit untuk dibersihkan. 5. Semua bagian sistem harus dapat disterilisasi secara tersendiri. 6. Setiap hubungan/kelep ke bejana harus dapat disterilkan dengan uap. Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 7. Gunakan katup-katup yang mudah dibersihkan maupun disterilkan, misalnya katup bola atau diafragma. 8. Tekanan dalam fermentor harus tetap positif sehingga kalau ada kebocoran akan mengarah ke luar. ATURAN OPERASIONAL AGAR KONDISI STERIL : 1. Sterilisasi fermentor, dengan uap bertekanan. Medium fermentasi dapat disterilkan bersama di dalam fermentor atau secara terpisah. 2. Sterilisasi penyediaan udara, dilakukan dengan menggunakan penyaring berserat atau penyaring absolut. 3. Aerasi dan agitasi, berkaitan dengan jenis bahan, struktur geometrik dan posisi pemasangannya serta penggunaan “seal”. 4. Penambahan inokulum, nutrien dan bahan-bahan lain, harus dalam keadaan tekanan positif dan lubang pemasukan dilengkapi sistem pemberian uap. 5. Pengambilan contoh (sampling). 6. Pengontrolan buih. 7. Monitoring dan pengontrolan berbagai parameter TIPE-TIPE BIOREAKTOR / FERMENTOR - Skala laboratorium : ukuran 1-15 liter - Skala industri besar : 5.000-100.000 gallon Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 Setiap fermentor harus mempunyai “head space” sekitar ¼ atau 1/5 dari volume total, yang berguna untuk menyediakan ruangan pada waktu aerasi dan pembentukan buih. KARAKTERISTIK BAHAN PEMBENTUK FERMENTOR : • Fermentor kapasitas 1-30 liter biasanya terbuat dari gelas atau stainless steel, permukaannya halus, tidak menimbulkan efek toksik dan tahan karat. • Fermentor kapasitas > 30 liter biasanya terbuat dari stainless steel atau mild-steel. Struktur fermentor (satu impeller multi-blade) : 2 1 3 F 5 4 4 6 H 8 7 9 L Keterangan : 1 = pipa inokulasi 2 = seal stirrer sahft 3 = tinggi cairan kultur (=L) 4 = baffle 5 = pipa sambung 6 = impeller 7 = pipa udara steril 8 = sparger udara 9 = pipa pengeluaran H = tinggi fermentor D = diameter fermentor D Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 KOMPONEN SISTEM AERASI & AGITASI FERMENTOR : 1. Impeller Fungsi : - memperkecil ukuran gelembung udara sehingga area interface untuk transfer oksigen menjadi besar dan menurunkan jarak difusi. - mempertahankan keseragaman kultur di seluruh bagian fermentor. Tipe Impeller : a. a. Piringan terbuka b. Piringan van c. Turbin terbuka d. Propeller Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 2. Baffle Fungsi : meningkatkan efisiensi aerasi dan mencegah aliran atau sirkulasi cairan kultur yang terlalu cepat. 3. Sparger Fungsi : memasukkan udara ke dalam cairan kultur dalam fermentor Tipe : - Sparger berpori (untuk fermentor skala laboratorium, tanpa agitator) - Sparger orifice (pipa berlobang-lobang, mudah tertutup mikroba) - Sparger nozel (pipa terbuka atau tertutup di bawah impeller) JENIS-JENIS FERMENTOR (DENBIGH&TURNER (1971) : 1. Fermentor Batch (FB) Substrat Konsentrasi awal Substrat Waktu Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 2. Fermentor Teraduk Kontinyu (FTK) substrat pasok pasok pasok substrat substrat substrat (1) (2) (3) produk (1) (2) 3. Fermentor Tubular (FT) produk konsentrasi inlet substrat Jarak aksial 4. Fermentor Tercair Berbutiran (FTB) produk konsentrasi inlet substrat substrat Jarak aksial Bahan Ajar Teknologi Fermentasi - Revisi 1- Update 24 September 2010 (3)
