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

A. 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 :

a. Relatif mudah diproduksi secara besar-besaran dengan teknik fermentasi

yang ada.

b. Waktu produksi yang relatif lebih cepat.

c. 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 :

a. 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.

b. 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.

B. 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 :

a. Lokasi produk yang diinginkan (intraselular/ekstraseluler)

b. Proses fermentasi yang dilaksanakan (kultur padat/cair)

c. Karakteristik fisiko-khemis produk

d. Konsentrasi produk dalam cairan fermentasi biasanya berkadar rendah

e. Kandungan substansi lain dalam cairan fermentasi (komponen medium,

kotoran, metabolit lain)

f. Bentuk produk yang diinginkan (padat, kristal/cair)

g. Persyaratan produk (kemurnian)

h. 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 :

a. Seleksi mikroorganisme, yang bersifat flokulan (flocculant strain) untuk

memudahkan pemisahan sel dari cairannya atau yang tidak membentuk

pigmen/metabolit lain.

b. Modifikasi kondisi fermentasi untuk mengurangi produksi metabolit lain

yang tidak diinginkan.

c. Ketepatan waktu pengunduhan.

d. Pengendalian pH dan temperatur setelah pengunduhan.

e. Penambahan agensia flokulan/imobil

f. Penggunaan enzim perusak dinding sel.