Fermentor: Pengertian, sejarah, fungsi, jenis

Fermentor adalah perangkat yang menyelesaikan proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme tertentu, dan itulah alasan mengapa ia juga disebut sebagai “Biofermentor atau Bioreaktor”. Fermentor dilengkapi dengan semua elemen yang diperlukan untuk melakukan produksi komersial zat seperti antibiotik, enzim, minuman dll di banyak industri.

Fermentor dirancang sedemikian rupa sehingga nilai produk yang lebih tinggi dapat terbentuk oleh mikroorganisme dengan memanfaatkan sejumlah kecil media. Ini menunjukkan penerapan luas dalam industri makanan, pengolahan air limbah, dll.

Pengertian Fermentor

Fermentor adalah didefinisikan sebagai wadah silinder tertutup yang mendukung aktivitas biokimia dan kimia oleh mikroorganisme untuk membawa konversi bahan mentah menjadi produk yang bermanfaat.

Sejarah Fermentor

Tujuan Fermentor

Tujuannya dari fermentor meliputi produksi metabolit, enzim, biomassa mikroba, dan produk rekombinan.

Sifat Ideal dari fermentor

• Fermentor harus dibuat dari bahan berkualitas baik yang dapat menahan semua kondisi di dalam pembuluh.
• Seharusnya memberi produktivitas tinggi.
• Itu harus mampu menangani tekanan sterilisasi aliran.
• Seharusnya ada semua parameter kontrol yang memantau proses fermentasi seperti pH elektroda, pemeriksaan suhu, dll.
• Bahan yang digunakan dalam fermentor harus murah yang bisa memberikan hasil yang memuaskan.

Desain Fermentor

Desain dasar fermentor meliputi:

Elemen dasar

Komponen dasar diperlukan untuk pembangunan fermentor, yang melibatkan:

• Top-plate: Ini adalah penutup yang umumnya terbuat dari stainless steel.
• Pipa inokulasi: Membantu port inokulum di dalam fermentor.
• Drive motor: Ini menggerakkan poros pendorong.
• Impeller shaft: Memegang agitator secara terpusat.
• Impeller: Bertindak sebagai alat agitasi untuk mencampur nutrisi dan mikroorganisme secara seragam.
• Stirrer: Campurkan gelembung gas di seluruh media kultur cair.
• Baffle: Mencegah aliran balik atau pembentukan pusaran dengan memecah gelembung gas untuk meningkatkan efisiensi aerasi.
• Sparger: Ini memasok oksigen ke media kultur melalui tabung berlubang.
• Tiriskan titik: Penarikan sel atau media untuk fermentasi berkelanjutan.
• Jaket pendingin: Ini dipasang secara eksternal ke pembuluh fermentasi yang memungkinkan aliran uap atau air dingin untuk menyeimbangkan panas yang dihasilkan selama proses.
• Pengontrol Elemen

Elemen pengontrol berisi elemen yang memantau parameter yang diperlukan untuk pembentukan produk seperti (suhu, pH, asam, basa, suplai oksigen, tekanan, dll.) Yang meliputi:

• Pt-100: Memantau suhu di bejana biakan.
• Probe busa: Merasakan pembentukan busa.
• pH elektroda: Memantau pH dalam bejana biakan.
• Sensor oksigen: Mempertahankan tingkat kandungan oksigen terlarut.
• Panel pemanas: Memberikan panas ke medium.
• Jari dingin: Ini adalah pipa yang mengalirkan air dingin ke dalam pembuluh untuk mendinginkan isinya.
• Rotameter: Menyediakan aliran udara variabel ke bejana biakan.
• Katup tekanan: Mempertahankan tekanan.
• Pompa udara: Persediaan udara ke seluruh media.
• Pompa peristaltik: Ini memompa asam, basa, dan antifoam ke dalam media.

Fungsi fermentor

• Itu harus dapat diandalkan untuk operasi jangka panjang.
• Fermentor harus mampu dioperasikan secara aseptik atau harus menyediakan kondisi steril.
• Bioreaktor menyediakan aerasi dan agitasi yang memadai untuk pencampuran konten yang seragam dalam pembuluh.
• Seharusnya mengkonsumsi lebih sedikit daya.
• Fermentor yang dilengkapi dengan probe pengontrol yang menjaga suhu, pH, level oksigen, dll.
• Ini memfasilitasi jalannya inokulum dan media ke dalam pembuluh.
• Bioreaktor tidak memungkinkan hilangnya penguapan yang berlebihan.
• Ini meminimalkan input tenaga kerja untuk operasi, panen, pembersihan dan pemeliharaan.

Jenis Fermentor

Fermentor terutama terdiri dari 5 jenis, yang meliputi:

• Fermentor tangki berpengaduk
• Fermentor Airlift
• Fermentor unggun terfluidisasi
• Fermentor tempat tidur dikemas
• Fermentor foto

Fermentor Tangki Pengaduk

Terdiri dari:

• Driveshaft motor
• Sejumlah variabel impeler (lebih dari satu): Impeler memiliki diameter 1/3 dari pembuluh.

Rasio tinggi dan diameter bioreaktor ini adalah antara 3: 5. Udara masuk ke media kultur melalui lubang tunggal dari tabung yang terpasang secara eksternal. Ini memungkinkan distribusi konten yang lebih baik ke seluruh pembuluh. Fungsi dasarnya meliputi:

• Homogenisasi
• Suspensi bahan padat
• Aerasi ke medium
• Pertukaran panas

Dalam fermentor tangki berpengaduk, pengaduk berputar dan penyekat ditemukan di bagian atas atau bawah. Ini terutama menggunakan proses batch atau fermentasi.

Keuntungan:

• Mudah dioperasikan
• Ada kontrol suhu yang baik
• Konstruksinya cukup sederhana
• Ada biaya operasi yang rendah
• Mudah untuk dibersihkan
• Jangan menyebabkan kerusakan pada sel.

Kekurangan:

• Tidak dapat digunakan untuk sel atau enzim yang tidak bergerak.
• Ini memiliki produktivitas volumetrik yang rendah.

Airlift Fermentor

Ini terdiri dari satu wadah di dalam di mana tabung hampa hadir. Tabung hampa ini mengacu pada “Draft tube”. Ada saluran masuk aliran gas yang ada di bagian bawah fermentor memungkinkan lewatnya oksigen. Saluran masuk aliran gas terpasang dengan cakram berlubang atau tabung yang memungkinkan distribusi udara terus menerus.

Jenis bioreaktor ini tidak memiliki pengaturan pengadukan mekanis untuk pengadukan. Dari nama Airlift, jelas bahwa airlift medium ke atas. Dalam hal ini, ada saluran sirkulasi cairan internal yang memungkinkan gerakan sirkulasi media yang berkelanjutan. Dalam fermentasi ini terjadi pada tingkat volume dan sirkulasi yang tetap.

Keuntungan:

• Ini memastikan pencampuran yang memadai.
• Mengonsumsi lebih sedikit energi.
• Ini mendukung pertumbuhan budaya aerobik.
• Konstruksi sederhana.
• Ini dapat menggunakan sel dan enzim yang bebas dan tidak bergerak.
• Banyak digunakan dalam produksi SCP.
• Menghindari pembangkitan panas yang berlebihan.

Kekurangan:

Pengaturan pengadukan mekanis tidak ada.

Fermentor Bed Terfluidisasi

Bagian atas bioreaktor ini lebih diperluas. Ekspansi ini mengurangi kecepatan fluida. Bagian bawahnya agak sempit.

Ini dirancang sedemikian rupa di mana:

• Penahan solid di dalam pembuluh
• Dan, cairan mengalir keluar.

Sejumlah gas yang cukup dimasukkan ke dalam medium untuk membentuk unggun terfluidisasi gas-cair-padatan yang sesuai. Dengan menggunakan bioferment semacam ini atau orang harus memperhatikan bahwa partikel yang tersuspensi tidak boleh terlalu ringan atau terlalu berat dan yang kedua, harus ada daur ulang terus menerus dari medium untuk bioproses yang baik.

Keuntungan:

• Campuran isinya seragam
• Mempertahankan gradien suhu yang seragam
• Itu dapat digunakan untuk operasi terus menerus
• Menghasilkan produktivitas volumetrik yang lebih tinggi.
• Ada sedikit atau tidak ada penyumbatan partikel.

Packed Bed Fermentor

Terdiri dari:

• Pembuluh silinder
• Bed of solid matrix dikemas dengan biokatalis

Matriks padat yang digunakan untuk bed fermentor umumnya:

• Berpori atau tidak berpori
• Sangat kompresibel
• Kaku

Dalam biofermentor semacam ini, kaldu nutrisi terus mengalir di atas biokatalis yang terimobilisasi. Setelah itu, suatu produk melepaskan ke dalam cairan di bagian bawah wadah biakan dan akhirnya dikeluarkan. Dalam bioreaktor ini, aliran cairan dapat naik dan turun.

Keuntungan:

• Biaya operasi rendah
• Dapat dioperasikan terus menerus
• Pemisahan biokatalis itu mudah
• Ini banyak digunakan dalam rekayasa air limbah.

Kekurangan:

• Ada gradien panas yang tidak diinginkan
• Kontrol suhu buruk
• Ada pergantian di porositas tempat tidur
• Melibatkan risiko penyumbatan partikel yang lebih tinggi.

Foto Fermentor

Fermentor ini bekerja berdasarkan prinsip energi cahaya yang melibatkan paparan langsung ke sinar matahari atau melalui beberapa pencahayaan buatan. Ini digunakan secara luas untuk produksi p-Karoten, astaxanthin dll.

Jenis bioreaktor ini pada dasarnya terbuat dari kaca atau plastik. Foto fermentor terdiri dari:

• Satu wadah
• Jumlah tabung atau panel

Tabung bertindak sebagai “Penerima atau penjebak cahaya matahari”. Dalam hal ini, kultur ditransfer melalui penjebak matahari dengan bantuan pompa sentrifugal. Di dalam foto fermentor, penetrasi sinar matahari yang cukup dipertahankan dan setelah itu, didinginkan ketika ada kenaikan suhu. Dalam jenis biofermentor ini, mikroorganisme yang digunakan adalah mikroalga dan cyanobacteria. Mikroorganisme ini tumbuh di hadapan cahaya matahari dan kemudian terbentuk pada malam hari.

Keuntungan:

• Memberikan produktivitas yang lebih tinggi
• Memberikan rasio permukaan dan volume yang besar
• Ada kontrol transfer gas yang lebih baik
• Memberikan gradien suhu yang seragam.

Kekurangan:

• Metode mahal untuk dilakukan
• Ada kesulitan teknis dalam proses sterilisasi.

Bioreaktor atau fermentor berarti bio: organisme dan reaktor hidup: yang memberi energi. Oleh karena itu ia hanya merujuk pada wadah kultur di mana mikroorganisme memanfaatkan semua nutrisi dalam kondisi optimal di dalam bioreaktor. Ini melakukan biokonversi atau modifikasi senyawa menjadi senyawa biologis dan biokimia seperti antibiotik, enzim, SCPs dll.