Pengadukan pada Fermentasi Etanol Secara Sinambung dalam Bioreaktor Tangki Berpengaduk Sel Tertambat

Pengadukan pada Fermentasi Etanol Secara Sinambung dalam Bioreaktor Tangki Berpengaduk Sel Tertambat

1.                  Proses Pembuatan Etanol

Etanol atau etil alkohol (C₂H₅OH) merupakan senyawa organik yang sangat penting dalam industri kimia dan memiliki cukup banyak manfaat dalam kehidupan manusia. Pembuatan etanol dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu secara sintetik melalui reaksi kimia dan secara fermentasi melalui aktivitas mikroorganisme. Proses pembuatan etanol secara fermentasi telah dilakukan sejak ribuan tahun yang lalu dengan menggunakan bahan yang mengandung karbohidrat sebagai bahan bakunya.

Proses fermentasi etanol dapat dilakukan dengan proses sinambung. Kelebihan dari proses ini yaitu waktu yang diperlukan relatif lebih singkat, hasil yang didapat lebih banyak, dan kerugiannya mudah terkontaminasi (terjadinya mutasi atau adanya mikroorganisme lain) dan lebih sulit dalam mengatur laju fermentasinya.

  

2.                  Jenis Bioreaktor dan Pengaruh Pengadukan

Pada proses fermentasi etanol dapat menggunakan bioreaktor tangki berpengaduk kecepatan pengaduk (100 dan 150 rpm). Fermentor jenis tangki berpengaduk memiliki kelebihan dari sisi perpindahan panasnya lebih merata dan perpindahan massanya relative lebih baik.

Faktor yang mempengaruhi proses fermentasi etanol dalam bioreaktor tangki berpengaduk adalah pengadukan. Pengadukan berfungsi untuk meratakan kontak sel dan substrat, menjaga agar mikroorganisme tidak mengendap di bawah dan meratakan temperatur di seluruh bagian bioreaktor. Oleh karena itu pemilihan jenis pengaduk dan kecepatan pengaduk yang tepat diharapkan dapat menunjang fungsi pengadukan sehingga dapat meningkatkan hasil fermentasi.

3.                  Mikroba dan Media Penambat

Salah satu jenis ragi yang dapat digunakan adalah Schizosaccharomyces pombe yang ditambatkan pada batu apung di dalam bioreaktor tangki berpengaduk.

Jenis digunakan batu apung sebagai media penambat untuk pemisahan produk dari ragi yang digunakan karena memiliki porositas yang cukup besar.

4.                  Kondisi Fermentasi

Fermentasi berlangsung dalam kondisi anaerob pada temperature 34°C, pH 4,5, konsentrasi glukosa 150 gr/L, ukuran batu apung 35/40 mesh, waktu tinggal substrat 48 jam, jenis pengaduk propeller dengan kecepatan pengaduk 100 rpm.

Bahan bahan yang yang digunakan yaitu glukosa,  Ragi Schizosaccharomyces pombe, batu apung.

5.                  Jenis Pengaduk dan Proses Pengadukan

Batu apung dengan ukuran 35/40 mesh memiliki densitas yang lebih besar dari substrat sehingga bila dimasukkan ke dalam substrat, maka batu apung yang sudah mengadsorpsi ragi akan mengendap di bawah reaktor. Untuk mendistribusikan batu apung diperlukan pengadukan dengan pola aliran axial. supaya batu apung akan terangkat ke atas reaktor sehingga proses fermentasi berlangsung lebih merata. Jenis pengaduk yang menghasilkan aliran aksial yaitu propeller

Berikut adalah skema alat bioreaktor tangki berpengaduk sel tertambat proses sinambung

 

Gambar 2 : Skema Alat Bioreaktor Tangki Berpengaduk Sel Tertambat Proses Sinambung

Keterangan:

1. Bioreaktor tangki berpengaduk

2. Termometer

3. Motor pengaduk

4. Leher

5. Baffle

6. Pengaduk

7. Screen support

8. Tangki produk

9. Water bathAngsa

 10. Thermostat

11. Pompa

12.Tangki substrat

13. Lubang

14. valve

Dalam pelaksanaannya, jumlah batu apung yang sudah ditentukan sebanyak 400 gram dimasukan kedalam bioreaktor dan diaduk. Setelah dimasukan batu apung, kemudian ditambahkan substrat atau glukosa ke dalam bioreaktor sebanyak 4000 mL. Volume bioreaktor dalam keadaan kosong adalah 5000 mL dan dioprasikan pada volume 4000 mL dengan waktu tinggal (waktu fermentasi) 2 hari (48 jam), kemudian didapatkan laju alir 1,38 ml/menit. Proses penambatan sel pada batu apung yang dilakukan dalam bioreaktor ini yaitu dalam keadaan diaduk pelan sebesar 20 rpm. Pada jenis pengaduk propeller kondisi steady state dicapai pada jam ke- 54 dengan menghasilkan konsentrasi etanol pada saat awal steady statesebesar 13.235%v/v.

Pada jenis pengaduk yang sama dengan kecepatan pengaduk divariasikan. Pada kecepatan 100 rpm dan 150 rpm jenis pengaduk  propeller menghasilkan perolehan konsentrasi etanol yang berbeda. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.

 

 

Gambar 2 : Pengaruh Kecepatan Pengaduk Terhadap Konsentrasi Etanol pada

Pengaduk  Propeller dan Waktu Fermentasi 48 Jam

Pada pengaduk propeller dapat di lihat pada Gambar 4 bahwa peningkatan kecepatan pengadukan menjadi 150 rpm dapat menurunkan perolehan konsentrasi akhir etanol. Penurunan perolehan etanol ini dapat diakibatkan karena pada kecepatan 150 rpm arus yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan kecepatan 100 rpm. Akibatnya waktu kontak enzim yang dihasilkan oleh ragi dengan substrat glukosa lebih cepat sehingga glukosa yang terkonversi menjadi etanol sedikit.

Jumlah ragi yang terlepas dari medium penambat dan terbawa aliran produk menjadi faktor penurunan konsentrasi etanol, pada kecepatan 150 rpm jumlah ragi yang terlepas dari medium penambat dan terbawa aliran produk lebih banyak dibandingkan dengan kecepatan 100 rpm. Akibatnya jumlah ragi pada reaktor semakin berkurang sehingga enzim yang dihasilkan ragi berkurang dan berakibat pada penurunan perolehan etanol.

Pada pengaduk propeller jumlah ragi yang terlepas lebih sedikit dari pengaduk paddle dan lebih besar dari pengaduk turbine. Hal ini dikarenakan pada pengaduk propeller menimbulkan arah aliran aksial sehingga mengakibatkan sel ragi terkikis dari batu apung akibat benturan pada bagian dasar reaktor selain itu arus yang dihasilkan dari pengaduk propeller pada kecepatan yang sama lebih besar dibandingkan dengan pengaduk turbine. Sehingga jumlah sel yang terlepasnya lebih besar dari jenis pengaduk turbine.

Tabel 1: Pengaruh Kecepatan Pengaduk Terhadap Sel Terlepas Pada Pengaduk Propeller

Kecepatan Pengaduk (rpm)	Jumlah sel yang tertambat	Jumlah sel yang terlepas			% sel yang terlepas
		Jam ke-6	Jam ke-66	Jam ke-114	Jam ke-6	Jam ke-66	Jam ke-114
100	2.5E + 10	4.0.E+0.9	2.8.E+0.9	2.1.E+0.9	16%	11%	18%
150	2.5E + 10	4.8.E+0.9	3.6.E+0.9	2.8.E+0.9	19%	14%	11%

Pada Tabel 1 dapat dilihat pada pengaduk propeller peningkatan kecepatan pengadukan menjadi 150 rpm menyebabkan jumlah sel yang terlepas lebih banyak dibandingkan dengan kecepatan 100 rpm. Hal tersebut dikarenakan arus yang dihasilkan dari pengaduk propeller pada kecepatan 150 rpm lebih besar dibandingkan dengan kecepatan pengaduk 100 rpm. Sehingga akan lebih banyak melepaskan ikatan sel ragi dengan batu apung. Selain itu meskipun dengan adanya pengadukan memungkinkan sel ragi tertambat kembali, tetapi karena kecepatan pengadukan yang terlalu besar mengakibatkan sel ragi yang akan tertambat menjadi terlepas kembali sehingga jumlah sel ragi yang terlepas pada kecepatan 150 rpm lebih banyak dibandingkan dengan kecepatan 100 rpm.

Kondisi terbaik pada jenis pengaduk propeller dengan kecepatan pengaduk 100 rpm, dimana konsentrasi etanol sebesar 13,235 %v/v, % yield etanol sebesar 4,442 % dan % sel terlepas sebesar 12%.