AERASI DAN AGITASI

Oksigen dalam fermentasi aerob dapat dipandang sebagai zat nutrisi yang penting seperti halnya zat-zat nutrisi yang lain. Zat-zat nutrisi lain seperti glukosa dapat dengan mudah dilarutkan sampai kadar yang cukup besar (misal : 10.000 mg/l); tetapi oksigen mempunyai kelarutan yang sangat kecil (kurang dari 10 mg/l) sehingga populasi oksigen yang kontinyu (aerasi) sangat diperlukan untuk mencukupi kebutuhan oksigen bagi mikrobia.

Proses aerasi tidak terlepas dari proses pengadukan (agitasi). Hembusan udara dari suatu kompresor ke dalam suatu larutan medium selain memberikan aerasi juga pengadukan. Pengadukan ini kadang-kadang ditambah dengan pengadukan mekanik untuk meningkatkan kecepatan pemindahan oksigen dari fase gas ke sel mikrobia. Dengan demikian aerasi dan agitasi tersebut selain untuk memenuhi kebutuhan oksigen juga untuk menjaga mikrobia tetap tersuspensi dan larutan medium tetap homogen.

Aerasi dan agitasi dalam skala laboratorium biasanya dilaksanakan dengan menggoyang-goyangkan labu berisi larutan (shaken flask culture). Dalam skala lebih besar, aerasi diberikan dengan cara menghembuskan udara bertekanan ke dalam cairan medium dan kadang-kadang dilaksanakan pengadukan mekanik. Aerasi dan agitasi dalam skala laboratorium mudah dilaksanakan, akan tetapi untuk skala industri perlu mendapat perhatian. Hal ini dikarenakan aerasi dan agitasi banyak menyerap biaya operasi.

Dalam uraian ini akan diberikan beberapa hal yang berkaitan dengan :

Kebutuhan oksigen dalam proses fermentasi (aerob) Kuantifikasi transfer oksigen Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan transfer oksigen ke dalam larutan medium

atau hubungan-hubungan antara koefisien transfer oksigen dan variabel-variabel operasional pada fermentor.

Pengaruh tingkat agitasi

Tingkat agitasi mempunyai pengaruh yang nyata terhadap efisiensi transfer oksigen di dalam fermentasi dengan pengadukan mekanik. Agitasi sangat membantu proses transfer oksigen di dalam fermentor dengan cara sebagai berikut:

Agitasi menyebabkan ukuran gelembung udara menjadi lebih kecil sehingga luas permukaan untuk terjadinya transfer oksigen menjadi lebih besar.

Agitasi menyebabkan waktu tinggal gelembung udara di medium menjadi lebih lama. Agitasi mencegah bergabungnya kembali gelembung-gelembung udara yang sudah ada. Agitasi memperkecil tebal lapisan film pada permukaan antar fase gas dan cairan karena

sifat alir fluida yang menjadi tubulen.

Tingkat agitasi dapat diukur berdasarkan tenaga yang dikonsumsi oleh motor yang menggerakkannya. Beberapa upaya telah dilakukan untuk mencari hubungan-hubungan antara konsumsi tenaga yang diperlukan dengan KLa, sehingga dengan hubungan-hubungan yang

diperoleh tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan tenaga yang dibutuhkan dalam desain dan scale-up. Problem utama yang dijumpai adalah langkanya informasi.

PENGUNDUHAN DAN PEMURNIAN PRODUK FERMENTASI

PRODUK FERMENTASI

Berbagai produk yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dapat dikelompokkan menjadi 4 kelompok yaitu Biomassa, enzim, metabolit dan hasil transformasi.

1. Biomassa

Produk biomassa mungkin berupa sel aktif (Baker’s yeast) ataupun protein sel tunggal (single cell protein) baik yang dipergunakan untuk bahan pangan (food) maupun sebagai bahan pakan (feed) yang diperoleh dari sel-sel bakteria, khamir dan kapang.

2. Enzim

Tanaman, hewan dan mikroorganisme merupakan sumber enzim yang melimpah. Akan tetapi untuk dapat diproduksi secara komersial, enzim mikroorganisme mempunyai prospek yang sangat baik mengingat kelebihan-kelebihan yang dipunyainya. Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan mikroorganisme sebagai sumber enzim adalah :

1. Relatif mudah diproduksi secara besar-besaran dengan teknik fermentasi yang ada.

2. Waktu produksi yang relatif lebih cepat.3. Lebih mudah dilakukan perbaikan/peningkatan produktivitas, baik dengan

penggunaan inducer atau kontrol feedback repression maupun dengan manipulasi genetik.

Banyak enzim yang telah diproduksi secara komersial, antara lain amilase/diastase, amiloglukosidase, glukosa isomerase, selulase, protease dan lain sebagainya.

3. Metabolit

Metabolit mikroorganisme dapat dibedakan menjadi :

1. Metabolit primer, merupakan metabolit yang berperanan penting dalam penyusunan makromolekul ensensial maupun enzim. Termasuk disini hasil antaranya dan produk akhir. Metabolit-metabolit ini biasanya diproduksi selam fase pertumbuhan eksponensial (fase log), disebut sebagai “trophophase”. Produk-produk fermentasi yang termasuk dalam kelompok ini antara lain asam-asam organik (asetat, laktat, sitrat, propionat), alkohol (metanol, etanol, butanol, propanol), asam-asam amino (glutamat, aspartat, lisin, metionin), asam-asam

lemak, karbohidrat (levan, glukan, mannan, glukosa), nukleotida dan vitamin-vitamin.

2. Metabolit sekunder, merupakan metabolit yang disintesa oleh mikroorganisme tetapi tidak langsung disebutkan di atas, yang memerlukan cara pengunduhan dan pemurnian yang cukup rumit, juga terdapat produk-produk fermentasi yang berupa makanan atau minuman yang langsung dapat dikonsumsi tanpa perlakuan pemurnian. Tempe, tape, keju (makanan) dan bir, anggur, arak (minuman) merupakan produk-produk yang tidak memerlukan pemurnian.

PENGUNDUHAN DAN PEMURNIAN PRODUK

Cara pengunduhan dan pemurnian produk fermentasi sangat bervariasi dari yang sangat sederhana sampai dengan yang rumit. Oleh karena itu biaya yang dikeluarkan untuk proses inipun bervariasi, dari yang tanpa biaya sama sekali sampai dengan yang memerlukan biaya sebesar 60% biaya total produksi.

Untuk produk-produk yang memerlukan biaya cukup besar dilakukan pemilihan proses yang tepat dan efisien, mengingat cairan fermentasi merupakan campuran yang mengandung berbagai substansi, antara lain sel mikroorganisme, komponen medium baik yang larut maupun tidak larut, dan produk-produk metabolit lain.

Dalam pemilihan proses beberapa hal perlu mendapatkan perhatian :

1. Lokasi produk yang diinginkan (intraselular/ekstraseluler)2. Proses fermentasi yang dilaksanakan (kultur padat/cair)3. Karakteristik fisiko-khemis produk4. Konsentrasi produk dalam cairan fermentasi biasanya berkadar rendah5. Kandungan substansi lain dalam cairan fermentasi (komponen medium, kotoran,

metabolit lain)6. Bentuk produk yang diinginkan (padat, kristal/cair)7. Persyaratan produk (kemurnian)8. Nilai ekonomis produk.

Dari pertimbangan di atas, kemudian diusahakan peralatan yang tepat baik tipe maupun ukurannya untuk menjamin bahwa cairan fermentasi dapat diproses secara ekonomis menguntungkan (biaya, waktu dan sebagainya).

Tentu saja cara pengunduhan dan pemurnian hasil fermentasi juga tidak terlepas dari proses-proses sebelumnya dalam rangkaian proses produksi. Sehingga proses yang dilakukan sebelum mendapatkan produk sering mengacu pada kemudahan pengunduhan dan pemurnian produk fermentasi. Beberapa langka-langkah yang mempunyai tujuan kemudahan tersebut adalah :

1. Seleksi mikroorganisme, yang bersifat flokulan (flocculant strain) untuk memudahkan pemisahan sel dari cairannya atau yang tidak membentuk pigmen/metabolit lain.

2. Modifikasi kondisi fermentasi untuk mengurangi produksi metabolit lain yang tidak diinginkan.

3. Ketepatan waktu pengunduhan.4. Pengendalian pH dan temperatur setelah pengunduhan.5. Penambahan agensia flokulan/imobil6. Penggunaan enzim perusak dinding sel.