Teknik bioproses

Pengolahan limbah secara biologis merupakan salah satu aplikasi teknik bioproses.

Teknik bioproses atau teknik biokimia (Bahasa Inggris: biochemical engineering) adalah cabang ilmu dari teknik kimia yang mengadakan komunikasi dengan perancangan dan konstruksi ronde produksi yang melibatkan perwakilan biologi. Agensia biologis mampu berupa mikroorganisme atau enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme.^[1] Mikroorganisme yang digunakan pada umumnya berupa bakteri, khamir, atau kapang.^[1] Teknik bioproses pada umumnya diajarkan sebagai suplemen teknik kimia sebab persamaan mendasar yang dimiliki keduanya.^[2] Kesamaan ini meliputi ilmu dasar keduanya dan teknik pemberesan masalah yang digunakan kedua jurusan. Aplikasi dari teknik bioproses dijumpai pada industri obat-obatan, bioteknologi, dan industri pengolahan cairan.^[2]

Bioreaktor

Sebuah bioreaktor adalah suatu alat atau sistem yang mendukung programa agensia biologis. Dengan akap lain, sebuah bioreaktor adalah tempat berlanjutnya ronde kimia yang melibatkan mikroorganisme atau enzim yang diproduksi oleh suatu mikroorganisme. Bioreaktor dikenal juga dengan nama fermentor.^[3] Ronde reaksi kimia yang berlanjut mampu bersifat aerobik ataupun anaerobik.^[3] Sementara itu, agensia biologis yang digunakan mampu tidak kekurangan dalam keadaan tersuspensi atau terimobilisasi.^[3] Contoh reaktor yang memakai agensia terimobilisasi adalah bioreaktor dengan unggun atau bioreaktor membran.^[3]

Perancangan bioreaktor

Susunan suatu bioreaktor.

Perancangan bioreaktor adalah suatu pekerjaan teknik yang cukup kompleks. Pada keadaan optimum, mikroorganisme atau enzim mampu melakukan programanya dengan sangat baik. Keadaan yang memengaruhi kinerja agensia biologis terutama temperatur dan pH. Untuk bioreaktor dengan memakai mikroorganisme, kebutuhan untuk hidup seperti oksigen, nitrogen, fosfat, dan mineral lainnya butuh diperhatikan. Pada bioreaktor yang agensia biologisnya tidak kekurangan dalam keadaan tersuspensi, sistem pengadukan butuh diperhatikan supaya cairan di dalam bioreaktor tercampur merata (homogen). Seluruh parameter ini harus dimonitor dan dijaga supaya kinerja agensia biologis tetap optimum.

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.^[4] Hal ini dimaksudkan untuk menjadikan berkurang kontaminasi senyawa metal pada saat fermentasi terjadi di dalamnya.^[4] Bahan baja yang mengandung < 4% kromium dikata juga baja ringan, sedangkan bila kadar kromium di dalamnya >4% maka dikata stainless steel. Bioreaktor yang umum digunakan terbuat dari bahan baja 316 yang mengandung 18% kromium, 2-2,5% molibdenum, dan 10% nikel.^[4] Bahan yang dipilih harus bersifat non-toksik dan tahan terhadap sterilisasi berulang-ulang memakai uap tekanan tinggi.^[4] Untuk mencegah kontaminasi, anggota atas biorektor mampu ditambahkan dengan segel aseptis (aseptic seal) yang terbuat dari campuran metal-kaca atau metal-metal, seperti O-ring dan gasket.^[5] Untuk meratakan media di dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang dikata agitator atau impeler.^[5] Sementara itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem aerasi yang berupa sparger.^[5] Untuk bioreaktor aerob, pada umumnya digunakan kombinasi sparger-agitator sehingga pertumbuhan mikrooganisme mampu berlanjut dengan baik.^[5]

Pada anggota dalam bioreaktor, dipasang suatu sekat yang dikata baffle untuk mecegah vorteks dan meningkatkan efisiensi aerasi.^[6] Baffle ini merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara radial di dindingnya.^[6] Anggota 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.^[6] Untuk ronde inokulasi kultur, pengambilan sampel, dan pemanenan, diperlukan tidak kekurangannya saluran khusus dan pengambilannya harus dilanjutkan dengan ingat-ingat dan aseptis supaya tanpa terjadi kontaminasi.^[1] Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor supaya tetap terkontrol, digunakan sensor pH, suhu, anti-buih, dan oksigen terlarut (DO).^[1] Apabila kondisi di dalam sel mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilanjutkan perlakuan terbatas untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor.^[1] Misalkan terjadi perubahan pH maka harus ditambahkan larutan asam atau basa untuk menjaga kestabilan pH.^[1] Penambahan zat ini mampu dilanjutkan secara manual namun juga mampu dilanjutkan secara otomatis memakai bantuan pompa peristaltik.^[1] Selain asam dan basa, pompa peristaltik juga menolong penambahan anti-buih dan substrat ke dalam bioreaktor.^[1]

Aplikasi bioreaktor

Awalnya bioreaktor hanya digunakan untuk memproduksi ragi, ekstrak khamir, cuka, dan alkohol.^[2] Namun, alat ini telah digunakan secara lebar untuk menghasilkan berbagai jenis produk dari makhluk hidup seperti antibiotik, berbagai jenis enzim, protein sel tunggal, asam amino, dan senyawa metabolit sekunder lainnya.^[2] Selain itu, suatu senyawa juga mampu dimodifikasi dengan bantuan mikroorganisme sehingga menghasilkan senyawa hasil transformasi yang bermanfaat bagi manusia.^[2] Pengolahan limbah buangan industri ataupun rumah tangga pun sudah mampu memakai bioreaktor untuk mendapat hasil buangan yang lebih ramah lingkungan.^[7]

Referensi