Media Pembelajaran: MAKALAH BIOTEKNOLOGI BIOTEKNOLOGI -FERMENTASI

MAKALAH BIOTEKNOLOGI

BIOTEKNOLOGI -FERMENTASI

DOSEN PEMBIMBING : Nurkhairo Hidayati, S. Pd., M. Pd

Disusun oleh:

Kelompok 2 :

KELAS 6A

1. 1. ARNILA NUR POHAN

2. 2. DANAR ANIZAR

3. 3. DIAN AYU BUDIARTI

4. 4. ENCILIA

5. 5. INDAH WAHYU NINGSIH

6. 6. NURHASANAH

7. 7. NURLAILA NASRIANTI

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS ISLAM RIAU

PEKANBARU

2013

BAB I

PENDAULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Fermentasi dapat digolongkan kedalam salah satu bioteknologi dalam bidang pangan. Pengolahan makanan dan bahan makanan mealui bioteknologi menghasilkan aneka macam pangan dan bahan pangan hasil fermentasi yang digunakan secara luas.

Arti kata fermentasi selama ini berubah-ubah. Kata fermentasi berasal dari Bahasa Latin “fervere” yang berarti merebus (to boil). Arti kata dari Bahasa Latin tersebut dapat dikaitkan dengan kondisi cairan bergelembung atau mendidih. Keadaan ini disebabkan adanya aktivitas ragi pada ekstraksi buah-buahan atau biji-bijian. Gelembung-gelembung karbondioksida dihasilkan dari katabolisme anaerobik terhadap kandungan gula.

Perkembangan fermentasi diawali saat Pasteur melakukan penelitian mengenai penyebab perubahan sifat bahan yang difermentasi,sehingga dihubungkan dengan mikroorganisme dan akhirnya dengan enzim. Dan dilanjutkan oleh , Eduard Buchner, pemenang Nobel Kimia tahun 1907,menunjukkan bahwa fermentasi dapat berlangsung dalam larutan gula dengan menggunakan cairan yang diekstraksi dari sel – sel khamir yang telah mati.

Meskipun fermentasi sering dihubungkan dengan pembentukan gas yang disebabkan oleh mikroorganisme yang hidup, pada saat ini pembentukan gas maupun terdapatnya sel mikroorganisme hidup tidak merupakan kriteria yang esensial. Dalam beberapa proses fermentasi misalnya fermentasi asam laktat, tidak ada gas yang dibebaskan. Fermentasi dapat juga berlangsung (meskipun jarang terjadi) dengan menggunakan ekstrak enzim yang berfungsi sebagai katalisator reaksi.

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana sifat – sifat dari fermentasi ?

2. Bagaimana prinsip kultivasi mikroba dalam sistem cair?

3. Bagaimana desain bioreactor ?

4. Sebutkan dan jelasakan instrument dan pengendalian proses bioreactor ?

5. Bagaimana fermentasi substrat padat ?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan pembuataan makalah ini yaitu :

1. Menjelasakan sifat fermentasi

2. Menjelasakan prinsip kultivasi mikroba dalam sistem cair.

3. Menjelaskan desain bioreactor.

4. Menjelaskan instrument dan pengendalian proses bioreactor.

5. Menjelaskan fermentasi substrat padat.

BAB II

ISI

2.1 Pengertian Fermentasi

Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba. Produk-produk tersebut biasanya dimanfatkan sebagai minuman atau makanan. Fermentasi suatu cara telah dikenal dan digunakan sejak lama sejak jaman kuno. Sebagai suatu proses fermentasi memerlukan:

· Mikroba sebagai inokulum

· Tempat (wadah) untuk menjamin proses fermentasi berlangsung dengan optimal.

· Substrat sebagai tempat tumbuh (medium) dan sumber nutrisi bagi mikroba.

Gambar 1: Skema Proses Fermentasi

Sumber : http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/tmp/BioTekFermentasi05.pdf

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal.

Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot.

Hasil akhir dari fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/ asam susu dan fermentasi alcohol.

a. Fermentasi Asam Laktat

Yaitu fermentasi yang hasil akhirnya berupa asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi diotot dalam kondisi anaerob. Reaksi Kimia

C6H12O6 enzim 2C2H5OCOOH + Energi

b. Fermentasi alcohol

Merupakan suatu reaksi pengubahan glukosa menjadi etanol (etil alkohol) dan karbondioksida. Organisme yang berperan yaitu Saccharomyces cerevisiae (ragi) untuk pembuatan tape, roti atau minuman keras. Reaksi Kimia:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 NADH2 + Energi

c. Fermentasi asam cuka

Merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob. Reaksi Kimia :

CH12O6 à 2C2H5OH -à 2CH3COOH +H2O+116 kkal

Fermentasi dapat dilakukan menggunakan kultur murni ataupun alami serta dengan kultur tunggal ataupun kultur campuran. Fermentasi menggunakan kultur alami umumnya dilakukan pada proses fermentasi tradisional yang memanfaatkan mikroorganisme yang ada di lingkungan. Salah satu contoh produk pangan yang dihasilkan dengan fermentasi alami adalah gatot dan growol yang dibuat dari singkong. Tape merupakan produk fermentasi tradisional yang diinokulasi dengan kultur campuran dengan jumlah dan jenis yang tidak diketahui sehingga hasilnya sering tidak stabil. Ragi tape yang bagus harus dikembangkan dari kultur murni.

Gambar 2. Produk dari hasil fermentasi kultur murni dan kultur campuran

Sumber : http://www.dreamstime.com/peuyeum-thumb6980602.jpg

Kultur murni adalah mikroorganisme yang akan digunakan dalam fermentasi dengan sifat-dan karaktersitik yang diketahui dengan pasti sehingga produk yang dihasilkan memiliki stabilitas kualitas yang jelas. Dalam proses fermentasi kultur murni dapat digunakan secara tunggal ataupun secara campuran. Contoh penggunaan kultur murni tunggal adalah Lactobacillus casei pada fermentasi susu sedang contoh campuran kultur murni adalah pada fermentasi kecap, yang menggunakan Aspergillus oryzae pada saat fermentasi kapang dan saat fermentasi garam digunakan bakteri Pediococcus sp dan khamir Saccharomyces rouxii.

2.2 Sejarah Fermentasi

Fermentasi berasal dari bahasa latin ferfere yang artinya mendidihkan, yaitu berdasarkan ilmu kimia terbentuknya gas – gas dari suatu cairan kimia yang pengertiannya berbeda dengan air mendidih. Gas yang terbentuk tersebut diantaranya karbondioksida (CO2).

Penemuan cara fermentasi ini diawali dengan pembuatan bir sekitar 6000 tahun sebelum masehi. Selain itu pembuatan roti dengan bantuan khamir atau ragi sekira 4000 tahun sebelum masehi (SM). Pembuatan produk fermentasi kecap dan tauco di Cina sejak 722 SM. Kira – kira abad ke -17 mulai berkembang fermentasi anggur dengan menggunakan bakteri Acetobacter menghasilkan asam asetat (asam cuka).

Gambar3. Penemuan – penemuan awal dalam fermentasi

Sumber: http://crumblycookie.files.wordpress.com/2008/11/copy-of-img_4391.jpg

Kemudian di tahun 1817, mulai diperoduksi enzim dari tumbuhan dan jaringan hewan yang dapat memecah zat pati menjadi gula maltose (diastase). Lalu tahun 1860, di temukan suatu enzim dari khamir dapat memecahkan sukrosa menjad glukosa dan fruktosa. Akhirnya banyak penelitian yang dilakukan para ahli dan melahirkan istilah baru dari fermentasi yaitu reaksi oksidasi – reduksi, di mana zat yang (pemberian electron) maupun zat yang direduksi (penerima electron) adalah zat organic dengan melibatkan mikroorganisme.

Penjelasan yang bersifat ilmiah, pertama kali diajukan oleh Ahli Kimia Perancis, Louis Pasteur adalah seorang zymologist pertama ketika di tahun 1857 mengkaitkan ragi dengan fermentasi. Ia mendefinisikan fermentasi sebagai "respirasi (pernapasan) tanpa udara".

Pasteur melakukan penelitian secara hati-hati dan menyimpulkan, "Saya berpendapat bahwa fermentasi alkohol tidak terjadi tanpa adanya organisasi, pertumbuhan dan multiplikasi sel-sel secara simultan..... Jika ditanya, bagaimana proses kimia hingga mengakibatkan dekomposisi dari gula tersebut... Saya benar-benar tidak tahu".

Gambar 4.LouisPasteur

Sumber:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/31/Louis_Pasteur_by_Pierre_Lamy_Petit.jpg

Penjelasan Pasteur tersebut disempurnakan oleh Ahli kimia Jerman, Eduard Buchner, pemenang Nobel Kimia tahun 1907,menunjukkan bahwa fermentasi dapat berlangsung dalam larutan gula dengan menggunakan cairan yang diekstraksi dari sel – sel khamir yang telah mati. Kemudian diketahui bahwa cairan tersebut menggunakan suatu substansi aktif yang mampu memecahkan molekul gula dan diberi ferment, enzim atau zymase. Teori yang menerangkan aktifitas enzim mikrobial dalam Fermentasi disusun setelah penemuan energi yang digunakan oleh sel – sel khamir dalam keadaan tanpa oksigen.

Gambar 5. Eduard Buchner

Sumber:http://www.unituebingen.de/ziegler/history/eduard_buchner/eduard_buchner.jpg

Selanjutnya penelitian yang dilakukan ilmuan Carlsberg (sebuah perusahaan bir) di Denmark semakin meningkatkan pengetahuan tentang ragi dan brewing (cara pembuatan bir). Ilmuan Carlsberg tersebut dianggap sebagai pendorong dari berkembangnya biologi molekular

2.3 Sifat Fermentasi

Fermentasi terbagi dua tipe berdasarkan tipe kebutuhan akan oksigen yaitu tipe aerobic dan anaerobic.

2.3.1 Tipe Fermentasi Aerobik

Adalah fermentasi yang pada prosesnya memerlukan oksigen. Semua organisme untuk hidupnya memerlukan sumber energi yang diperoleh dari hasil metabolisme bahan pangan, dimana organism itu berada.

Mikroorganisme adalah organisme yang memerlukan energi tersebut. Bahan energi yang paling banyak digunakan mikroorganisme untuk tumbuh adalah glukosa. Dengan adanya oksigen maka mikroorganisme dapat mencerna glukosa menghasilkan air , karbondioksida, dan sejumlah besar energi.

2.3.2 Tipe Fermentasi Anaerobik

Adalah fermentasi yang pada prosesnya tidak memerlukan oksigen. Beberapa mikroorganisme dapat mencerna bahan energinya tanpa adanya oksigen jadi hanya sebagian bahan energi itu dipecah, yang dihasilkan adalah sebagian dari energi, karbondioksida dan air , termasuk sejumlah asam laktat , asetat, etanol, asam volatile,alcohol, dan ester.

Pada tipe – tipe tersebut harus diperhatikan perubahan secara mikrobiologi dalam makanan dimana mikroba bersifat fermentatatif dapat mengubah karbohidrat dan turunannya menjadi alcohol, asam, dan karbondioksida, disusul dengan mikroba proteolitik dapat memecah protein dan komponen nitriogen kimia, sehingga menghasilkan bau busuk yang tidak diinginkan. Sedangkan mikroba lipolotik akan menghidrolisa lemak , fosfolipid, dan turunannya dengan menghasilakan bau tengik. Bila alcohol dan asam yang dihasilkan mikroba cukup tinggi, maka pertumbuhan mikroba proteolitik dan lipolitik dapat dihambat . adi pada prinsipnya fermentasi adalah menumbuhkan pertumbuhan mikroba pembentukan alcohol dan asam, dan menekan pertumbuhan mikroba proteolitik dan lipolitik.

Pada fermentasi anaerob, zat-zat organik dikatabolisme tanpa kehadiran oksigen yang berarti tidak adanya akseptor elektron eksternal melainkan melalui keseimbangan reaksi oksidasi-reduksi internal. Produk dihasilkan selama proses penerimaan elektron yang dilepaskan saat pemecahan zar-zat organik. Oleh karenanya zat-zat organik tersebut berperan sebagai akseptor dan donor elektron. Pada fermentasi, substrat hanya dioksidasi sebagian dan oleh karena itu hanya sedikit energi yang bisa dihasilkan. Glukosa sebagai substrat akan melepaskan elektron saat dirubah menjadi piruvat, namun elektron tersebut kemudian akan diambil piruvat untuk menjadi etanol

Organisme anaerobik fermentatif biasanya menggunakan jalur fermentasi asam laktat:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat → 2 asam laktat + 2 ATP

Energi yang dilepaskan pada persamaan ini sekitar 150 kJ per mol, yang disimpan dalam regenerasi dua ATP dari ADP per glukosa. Ini hanya 5% energi per molekul gula daripada yang dapat dihasilkan oleh reaksi aerobik. Tumbuhan dan jamur (contohnya ragi) biasanya melakukan fermentasi alkohol (etanol) ketika oksigen terbatas melalui reaksi berikut:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP
Energi yang dilepaskan sekitar 180 kJ per mol, yang disimpan dalam regenerasi dua ATP dari ADP per glukosa

Gambar 6. Reaksi Asam Laktat

Sumber : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjSrenm7GfXc8htvVzb-1ocdNAgmEBlY83SHcRxyRvWyTqXQSKPhi6wO9HpdBPIHyTKX_vbyf1hpIy5Fqd_KHW8VP5meWMaB1oppfsNjr7LFObS08fpU3iuZ1RRWO8vIhedEFgMxMxjsu0/s320/Slide2.JPG

2.3.3 Sumber energi dalam kondisi anaerobik

Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.

Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi aerobik.

"Glikolisis aerobik" adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah. Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata) menggunakan "glikolisis anaerobik" yang lebih cepat tetapi kurang efisisen untuk menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia, fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2 menit.

Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerobik karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD⁺), yang diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerobik.

2.4 Prinsip Kultivasi Mikroba Dalam Sistem Cair

Mikroba berada dalam cairan yang mengandung nutrien sebagai substrat untuk tumbuh dan berkembang bercampur dengan produk-produk yang dihasilkan termasuk limbah. Yang dimaksud dengan mikroba secara umum, merupakan organisme yang sangat sederhana. Umumnya bakteri, protozoa, dan beberapa alga serta fungi mikroskopik merupakan mikroba bersel tunggal.

Gambar 7. Saccharomyces sp,salah satu mikroba yang berperan dalam fermentasi

Sumber : http://dhaverst.files.wordpress.com/2013/01/zx-026.jpg?w=812

Nutrien dan oksigen yang diperlukan untuk pertumbuhan optimal mikroba harus tercampur merata (homogen) pada semua bagian fermenter. Untuk mendapatkan sistem fermentasi yang optimum, maka fermenter harus memenuhi syarat sebagai berikut:

1. Terbebas dari kontaminan

2. Volume kultur relatif konstan (tidak bocor atau menguap)

3. Kadar oksigen terlarut harus memenuhi standar.

4. Kondisi lingkungan seperti: suhu, pH harus terkontrol. Stirred tank reactor system model yang banyak dipakai.

1) Sterilisasi

Bahan atau peralatan yang dipergunakan kultivasi mikrobiologi harus dalam keadaan steril artinya bahan atau peralatan tersebut bebas dari mikroba. Baik yang akan mengganggu media atau menganggu kehidupan dan proses yang sedang dikerjakan.

Sterilisasi yang umum dilakukan adalah :

a) Sterilisasi secara fisik

Dengan menggunakan udara panas atau uap air panas dengan tekanan tinggi. Misalnya dengan penggunaan autoklap dengan temperatur 121˚C dengan tekanan 15 lbs. Waktu yang diperlukan tergantung banyak sedikitnya bahan atau medium yang disterilkan, umumnya berkisar antara 15 sampai 20 menit.

b) Sterilisasi secara kimia

Senyawa kimia yang banyak digunakan adalah larutan CuSO4, AgNO3, HgCI2, dan ZnO serta alkohol dengan kadar antara 50 – 75% karena cepat menyebabkan koagulasi protein mikroba. Larutan garam seperti NaCI (9%), KCI (11%) dan KNO3 (10%) dapat digunakan karena tekanan osmotiknya yaitu dehidrasi protein pada substrat. Sedang asam kuat dan basa kuat dapat digunakan karena dapat menghidrolisis isi sel mikroba. Larutan KmnO4 (10%) dan HCI (1,1%) dapat mengoksidasi substrat. Sedang larutan CuSO4 digunakan untuk algisida. Khlor dan senyawa khlor digunakan sebagai desinfektan terutama pada tempat penyimpanan air. Juga larutan formalin atau formaldehida dengan kadar antara 4 -20%.

2) Nutrisi yang diperlukan mikroba

Mikroba memerlukan nutrien sebagai sumber materi dan energy untuk menyusun komponen sel seperti genom, membrane plasma dan dinding sel. Bentuk nutrient yang diperlukan bermacam-macam, tergantung jenis mikrobanya, misalnya kebutuhan karbon untuk jasad fotoautotrof dalam bentuk CO₂, sedangkan bagi jasad kemoorganotrof dalam bentuk bahan organic. Dengan mengetahuia keperluan nutrien mikroba para ilmuwan dapat melakukan penelitian untuk menentukan peranan mikroba di alam dan kegunaannya dalam kehidupan manusia.

3) Kondisi fisik yang diperlukan untuk pertumbuhan

Selain menyediakan nutrisi yang sesuai untuk kultivasi bakteri, juga perlu disediakan kondisi fisik yang memungkinkan pertumbuhan optimum. Mikroba tidak hanya bervariasi dalam persyaratan nutrisinya, tetapi menunjukan respon yang berbeda terhadap kondisi fisik di lingkungannya. Untuk berhasilnya kultivasi mikroba diperlukan suatu kombinasi nutrisi serta lingkungan fisik yang sesuai. Ada 5 parameter lingkungan yang utama yang perlu diperhatikan dalam menumbuhkan mikroba yaitu temperature, kelembaban (RH), kadar oksigen, pH dan osmosis

· Temperatur

Karena semua proses pertumbuhan bergantung pada reaksi kimiawi dan karena laju reaksi-reaksi ini dipengaruhi oleh temperatur, maka pola pertumbuhan mikroba sangat dipengaruhi oleh temperatur. Temperature juga me pengaruhi laju pertumbuhan dan penambahan jumlah sel. Keragaman suhu dapat juga mengubah proses-proses metabolic serta morfologi sel.

Setiap mikroba tumbuh pada suatu kisaran suhu tertentu. Atas dasar ini maka mikroba ada yang bersifat

- Psikrofilik yang tumbuh pada 0⁰ dampai 20⁰ C,

- Mesofilik yang tumbuh pada 20⁰sampai 45⁰ C dan

- Termofilik yang tumbuh pada temperature 45⁰ sampai 80⁰ C.

Temperatur inkubasi yang memungkinkan pertumbuhan tercepat selama periode waktu yang singkat (12 sampai 24 jam) dikenal sebagai temperatur pertumbuhan optimum.

· Kondisi atmosfer seperti kadar oksigen, RH dan tekanan udara

Mikroba memperlihatkan keragaman yang luas dalam hal respons terhadap oksigen bebas dan atas dasar ini maka mikroba dibagi menjadi empat yaitu aerobik (memerlukan oksigen), anaerobik (tumbuh tanpa oksigen molekuler), anaerobic fakultatif (tumbuh pada keadaan aerobic dan anaerobik), dan mikroaerofilik (tumbuh bila ada sedikit oksigen atmosferik).

Beberapa mikroba bersifat anaerobik obligat, bila terkena oksigen akan terbunuh, oleh karena itu untuk menumbuhkan mikroba anaerobic diperlukan teknik khusus agar tercapai keadaan anaerob. Keperluan penumbuhan jasad anaerob obligat dapat dipenuhi dengan menggunakan alat yang disebut anaerobic jar.

· Konsentrasi ion hydrogen (pH)

pH optimum bagi kebanyakan mikroba terletak antara 6.5 sampai 7,5. Bagi kebanyakan mikroba pH minimum dan maksimum antara 4 sampai 9. Pertumbuhan mikroba sangat dipengaruhi oleh pH karena nilai pH sangat menentukan aktivitas enzim. Bila mikoba di kultivasi di dalam suatu medium yang mula-mula pH-nya 7 maka kemungkinan pH ini akan berubah. Pergeseran pH ini dapat sedemikian besar sehingga menghambat pertumbuhan.

Pergeseran pH dapat dicegah dengan menggunakan larutan penyangga atau bufer dalam medium. Bufer merupakan senyawa yang dapat menahan perubahan pH misalnya KH2PO4 dan K2HPO4. Beberapa bahan nutrisi medium seperti pepton mempunyai kapasitas bufer. Perlu atau tidaknya suatu medium diberi bufer tergantung kepada maksud penggunaannya dan dibatasi oleh kapasitas bufer yang dimiliki senyawa-senyawa yang digunakan.

· Tekanan osmosis

Tekanan osmosis adalah besarnya tekanan minimum yang diperlukan untuk mencegah aliran air yang menyebrangi membran di dalam larutan. Contohnya : jika larutan 10 % sukrosa di dalam kantong membran dialysis diletakkan dalam air dalam gelas maka molekul air yang ada dalam gelas akan mengalir ke dalam kantong analisis. Besarnya tekanan yang diperlukan untuk mencegah aliran molekul air dalam gelas ke dalam kantong dialisis merupakan nilai tekanan osmosis larutan sukrosa tersebut.

Berdasarkan tekanan osmosanya maka larutan tempat pertumbuhan mikroba dapat digolongkan atas larutan hipotonis, isotonis dan larutan hipertonois. Mikroba biasanya hidup di lingkungan yang bersifat agak hipotonis sehingga air akan mengalir dari lingkungannya ke dalam sel sehingga sel menjadi mengembang kaku. Adanya dinding sel dapat mencegah pecahnya sel mikroba.

4) Media pertumbuhan

Untuk menum buhkan dan mengembangbiakkan mikroba, diperlukan suatu substrat yang disebut media. Keragaman yang luas dalam hal tipe nutrisi di antara mikroba diimbangi oleh tersedianya berbagai media yang banyak macamnya untuk kultivasi. Agar mikroba dapat tumbuh dan berkembang dengan baik di dalam media, diperlukan persyaratan tertentu,yaitu:

a. Media mengandung semua unsur hara yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangbiakkan mikroba.

b. Media mempunyai tekanan osmosa , dan PH yang sesuai untuk mikroba.

c. Media harus dalam keadaan steril

Bentuk, susunan, dan sifat media

· Bentuk media

Bentuk media ditentukan oleh ada tidak adanya penambahan zat pemadat seperti agar, gelatin. Berdasarkan bentuk dikenal tiga jenis media yaitu media padat, cair dan semi padat.

Media cair yaitu media berbentuk cair yang tidak mengandung agar, misalnya nutrien broth. Umumnya media cair digunakan untuk menambah biomassa sel . Kalau ke dalam media tidak ditambahkan zat pemadat. Media cair dipergunakan untuk penumbuhan bakteri, ragi dan mikroalga.

Biasanya pada teknologi fermentasi, medium atau substrat digunakan bahan dasar yang mengandung karbon. Oleh karena itu, kebanyakan berasal dari tumbuhan dan sedikit dari produk hewani. Sebagai contoh; biji-bijian (grain), susu (milk). Natural raw material berasal dari hasil pertanian dan hutan.Karbohidrat; gula, pati (tepung), selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

Gambar 8. Contoh Media Cair dalam Kultivasi Mikroba

Sumber : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgVI5rMOlpcDB48ShvFaFkix-Ps9tNgSm2y7MQB0LY80z8MGOZzkUE0RlaSd1xS81SRds7-Fs3WjoN1-f0Db_9-afWnLjfF3RMAq0d9rHt7E3r7LMLHGwYMt96iV5iF8kIwT_Icqm4bNl2a/s320/spm_a0889.jpg

Seperti yang telah dijelaskan di atas, secara umum mikroba dapat ditumbuhkan dengan menggunakan medium padat atau medium cair. Banyak produk pangan yang dibuat dengan menggunakan mikroba biasanya dipergunakan untuk tempe, tape, oncom dan berbagai jamur untuk konsumsi. Sebaliknya, banyak pula produk mikrobia yang hanya dapat dihasilkan dan dipanen dengan cara menumbuhkan pada medium cair, misal antibiotik, etanol, asam-asam amino. Kultivasi mikroba dapat dilakukan dengan dua macam teknik meliputi kultur batch (kultur tertutup) dan kultur kontinyu (sinambung).

· Sistem fermenter tertutup dan terbuka

1. Tertutup, semua nutrien ditambahkan pada awal fermentasi dan pada akhir fermenetasi dikeluarkan bersama produknya. Sebagai contoh: pembuatan bir

(brewing), antibiotik, dan enzym.

2. Terbuka, secara kontinyu (terus menerus) terjadi pemasukan medium kultur dan

pengeluaran medium bersama produk. Dalam kultivasi mikroba menggunakan teknik kultur kontinyu/sinambung, mikroba ditumbuhkan secara terus menerus pada fase paling optimum untuk fase pertumbuhan yaitu fase eksponensial dimana sel membelah diri dengan laju yang konstan, massa menjadi dua kali lipat mengikuti kurva logaritmik. Hal ini dilakukan dengan memberi nutrisi secara terus menerus sehingga mikroba tidak pernah kekurangan nutrisi. Sebagai contoh: SCP (petrokimia).

Tipe Fermenter ada 2: septis dan aseptis.

Fermenter berdasarkan tipenya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu:

1. Septis untuk pembuatan pengembang roti, bir (brewing).

2. Aseptis untuk memproduksi fine porduct seperti: antibiotik, asam amino,

polisakarida dan single cell protein (SCP).

Skala fermenter

Fermenter berdasarkan skala produksinya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu:

1. Skala kecil (small scale); untuk industri rumah tangga (home industri).

2. Skala besar (large scale); untuk industri skala besar (petrokimia industri).

Masalah utama fermenter untuk produksi skala besar adalah pemerataan medium

kultur dalam fermenter. Harus homogen artinya medium kultur harus tercampur merata.

2.5 Desain Bioreactor

2.5.1 Pengertian bioreactor

Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah peralatan atau sistem yang mampu menyediakan sebuah lingkungan biologis yang dapat menunjang terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan yang dikehendaki. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan organisme atau komponen biokimia aktif (enzim) yang berasal dari organisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik. Sementara itu, agensia biologis yang digunakan dapat berada dalam keadaan tersuspensi atau terimobilisasi.Contoh reaktor yang menggunakan agensia terimobilisasi adalah bioreaktor dengan unggun atau bioreaktor membran.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Pg166_bioreactor.jpg/250px-Pg166_bioreactor.jpg

Gambar 9. Bioreaktor

Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Bioreactor

2.5.2. Instrument Bioreactor

Komponen utama bioreaktor terdiri atas tangki, sparger, impeller, saringan halus atau baffle dan sensor untuk mengontrol parameter.

a) Tanki berfungsi untuk menampung campuran substrat, sel mikroorganisme, serta produk. Volume tanki skala laboratorium berkisar antara 1 – 30 L, sedangkan untuk skala industri dapat mencapai lebih dari 1 000 L.

b) Sparger terletak di bagian bawah bioreaktor dan berperan untuk memompa udara, dan mencegah pembentukan gelembung oksigen.

c) Impeller berperan dalam agitasi dengan mengaduk campuran substrat dan sel. Impeller digerakkan oleh rotor.

d) Baffle juga berperan untuk mencegah terjadinya efek pusaran air akibat agitasi yang dapat mengganggu agitasi yang seharusnya.

e) Sensor berperan untuk mengontrol lingkungan dalam bioreaktor.^[4] Kontrol fisika meliputi sensor suhu, tekanan, agitasi, foam, dan kecepatan aliran. Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor pH, kadar oksigen, dan perubahan komposisi medium.

Bioreaktor biasanya terbuat dari bahan stainless steel karena bahan tersebut tidak bereaksi dengan bahan-bahan yang berada dalam bioreaktor sehingga tidak menggangu proses biokimia yang terjadi. Selain itu, bahan tersebut juga anti karat dan tahan panas. Bioreaktor harus dapat menciptakan lingkungan yang optimum bagi mikroorganisme ataupun reaksi yang diinginkan maka diperlukan pengontrolan.^[4] Parameter yang biasa dikontrol pada bioreaktor adalah suhu, pH, substrat (sumber karbon dan nitrogen), aerasi, dan agitasi.

Gambar 10.

Struktur Bioreactor / Fermentor

Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Bioreactor

Perancangan bioreaktor adalah suatu pekerjaan teknik yang cukup kompleks. Pada keadaan optimum, mikroorganisme atau enzim dapat melakukan aktivitasnya dengan sangat baik. Keadaan yang memengaruhi kinerja agensia biologis terutama temperatur dan pH. Untuk bioreaktor dengan menggunakan mikroorganisme, kebutuhan untuk hidup seperti oksigen, nitrogen, fosfat, dan mineral lainnya perlu diperhatikan. Pada bioreaktor yang agensia biologisnya berada dalam keadaan tersuspensi, sistem pengadukan perlu diperhatikan agar cairan di dalam bioreaktor tercampur merata (homogen). Seluruh parameter ini harus dimonitor dan dijaga agar 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. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi senyawa metal pada saat fermentasi terjadi di dalamnya. Bahan baja yang mengandung < 4% kromium disebut juga baja ringan, sedangkan bila kadar kromium di dalamnya >4% maka disebut stainless steel. Bioreaktor yang umum digunakan terbuat dari bahan baja 316 yang mengandung 18% kromium, 2-2,5% molibdenum, dan 10% nikel.

http://i00.i.aliimg.com/photo/217862439/LAB_FERMENTOR.jpg

Gambar 11. Bioreaktor Skala laboratorium

Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Bioreactor

Bahan yang dipilih harus bersifat non-toksik dan tahan terhadap sterilisasi berulang-ulang menggunakan uap tekanan tinggi. Untuk mencegah kontaminasi, bagian atas biorektor dapat ditambahkan dengan segel aseptis (aseptic seal) yang terbuat dari campuran metal-kaca atau metal-metal, seperti O-ring dan gasket.

http://www.lavallab.com/images/fermentor-pilot.jpg

http://www.arthurengineering.com/images/Bronco-C/Bronco%20-%20Micro%20Fermenter.JPG

Gambar12. Bioractor Skala Industri

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Bioreactor

Untuk meratakan media di dalam bioreaktor digunakan alat pengaduk yang disebut agitator atau impeler. Sementara itu, untuk asupan udara dari luar ke dalam sistem biorektor digunakan sistem aerasi yang berupa sparger.Untuk bioreaktor aerob, biasanya digunakan kombinasi sparger-agitator sehingga pertumbuhan mikrooganisme dapat berlangsung dengan baik.

Pada bagian dalam bioreaktor, dipasang suatu sekat yang disebut baffle untuk mecegah vorteks dan meningkatkan efisiensi aerasi. Baffle ini merupakan metal dengan ukuran 1/10 diameter bioreaktor dan menempel secara radial di dindingnya. Bagian 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. Untuk proses inokulasi kultur, pengambilan sampel, dan pemanenan, diperlukan adanya saluran khusus dan pengambilannya harus dilakukan dengan hati-hati dan aseptis agar tidak terjadi kontaminasi. Untuk menjaga kondisi dalam bioreaktor agar tetap terkontrol, digunakan sensor pH, suhu, anti-buih, dan oksigen terlarut (DO).

Apabila kondisi di dalam sel mengalami perubahan, sensor akan memperingatkan dan harus dilakukan perlakuan tertentu untuk mempertahankan kondisi di dalam bioreaktor. Misalkan terjadi perubahan pH maka harus ditambahkan larutan asam atau basa untuk menjaga kestabilan pH. Penambahan zat ini dapat dilakukan secara manual namun juga dapat dilakukan secara otomatis menggunakan bantuan pompa peristaltik. Selain asam dan basa, pompa peristaltik juga membantu penambahan anti-buih dan substrat ke dalam bioreaktor.

2.5.3 Jenis-jenis Bioractor

Berdasarkan tingkat aseptis maka sistem bioreaktor terbagi menjadi 2, yaitu :

· bioreaktor sistem non aseptis (untuk pengolahan limbah) dan

· bioreaktor sistem aseptis (untuk produksi sel dan produksi metabolit).

Untuk bioreaktor sistem aseptis diperlukan sterilisasi bioreaktor pada suhu dan tekanan yang tinggi. Sedangkan, berdasarkan pemberian substrat maka sistem fermentasi dalam bioreaktor terbagi menjadi tiga, yaitu batch fermentation, continuous batch fermentation, dan fed batch fermentation. Pada batch fermentation, makanan hanya diberikan satu kali saja kemudian produk dipanen. Pada continous batch fermentation, makanan diberikan terus menerus.

Pada fed batch fermentation, makanan diberikan kemudian produk dipanen, makanan yang baru diberikan sebelum makanan pertama yang diberikan habis.^[9] Lalu, bila kita melihat sistem aerasinya, bioreaktor dibagi menjadi bioreaktor stirred tank, bubble column, dan loop airlift. Prinsip stirred tank bioreactor adalah menghasilkan aerasi dengan menggunakan agitasi mekanis, yaitu dengan impeller. Pada bubble column bioreactor, udara dalam bentuk gelembung dimasukkan ke media melalui sparger untuk aerasi. Sedangkan, pada loop airlift bioreactor, udara dan media disirkulasi bersamaan melalui kolom yang dimasukkan ke dalam kolom lain.

2.6 Pengendalian Proses bioreactor / Bioproses

Bioproses merupakan reaksi biokimiawi kompleks serta fenomena perpindahan yang kompleks pula . Sehingga penyebab pengendalian bioproses adalah :

1. Bioproses jauh lebih kompleks

2. Kesulitan untuk mengembangkan model yang realistis

3. Pengukuran parameter kunci biokimiawi dan fisiologik sangat sulit. Organism yang memiliki mekanisme regulasi intraseluler sehingga regulasi terjadi secara internal

Tujuan pengendalian proses (bioproses) adalah memanupulasi peubah-peubah didalam sistem pengendalian proses. Manupulasi ini berguna untuk ;

· Mencapai keluaran pada suatu ketetapan nilai yang diinginkan

· Menstabilkan proses-proses yang tidak stabil atau berpotensi tidak stabil , seperti operasi sinambung ( masalah stabilisasi)

· Mengoptimalisasi kerja yang telah didefenisikan oleh pengukuran-pengukuran seperti rendemen, produktivitas, atau keuntungan ( masalah optimasi).

Sistem pengendalian proses ada empat peubah yaitu:

1. Peubah yang dikontrol

2. Peubah yang diganggu

3. Peubah yang dimanupulasi, dan

4. Peubah acuan

2.61 Pemantauan bioproses

Pemantauan langsung (on-line) bioproses biasanya untuk mengukur parameter fisikokimia seperti pH, O2, atau CO2 dalam bioreaktor. Hasil pengukuran langsung diketahui setiap saatUntuk merancang pengendalian on line suatu bioreaktor dapat dilakukan lebih efisien dengan menggunakan model. Dengan suatu model, penduga yang memberi perubahan peubah-peubah keadaan, dimungkinkan untuk mengembangkan suatu penduga (estimator). Dengan jumlah sensor yang lebih sedikit dimungkinkan untuk memantau proses lebih rinci.

Pemantauan tidak langsung (off-line) biasanya dilakukan untuk analisis biokimiawi. Biasanya digunakan untuk mengevaluasi proses atau menganalisis akhir proses. Sebagai contoh untuk mengukur substrat, metabolit, produk, atau biomassa dalam bioreaktor. Dalam hal ini diperlukan pengambilan sampel dan perlu waktu untuk menganalisisnya di laboratorium

Suatu sensor terdiri bagian-bagian yang dirangkai dalam unit penterjemah

yang dapat mengubah sinyal biokimiawi menjadi sinyal listrik dengan adanya daya

elektrokimia. Penterjemah yang digunakan misalnya potensiometrik atau elektroda

amperometrik, detektor optoelektronik, field effect transistor, termistor, dan sebagainya.

Cara penerapan sensor tersebut bisa langsung atau secara tidak langsung:

• Sensor BOD menggunakan elektroda oksigen

• Sensor CO2 menggunakan elektroda potensiometrik atau amperometrik

• Sensor aliran udara menggunakan rotameter/flow meter

• Sensor pengukur panas menggunakan termometer/termistor

• Sensor pengendali busa

• Sensor pengendali pH

• Sensor pengukur oksigen

• Sensor enzim, dan sebagainya

2.7 Fermentasi Substrat Padat

Fermentasi substrat padat berkaitan dengan pertumbuhan mikroorganisme pada bahan padat dalam ketiadaan atau hampir ketiadaan air bebas. Tingkat lebih atas dari fermentasi substrat padat (yaitu sebelum air bebas tampak) merupakan fungsi penyerapan (absorbancy), dan dengan demikian kadar airnya pada gilirannya tergantung pada jenis substrat yang digunakan. Aktivitas biologis menurun bila kandungan air substrat sekitar 12%. Dan semakin mendekati nilai ini, aktivitas mikrobiologis semakin tertahan.

Fermentasi substrat padat tidak memperhatikan fermentasi slurry (yaitu cairan dengan kandungan zat padat tak larut yang tinggi) ataupun fermentasi substrat padat dalam medium cair. Substrat yang paling banyak digunakan dalam fermentasi substrat padat adalah biji-bijian serealia, kacang-kacangan, sekam gandum, bahabn yang mengandung linoselulosa (seperti kayu dan jerami), dan berbagai bahan lain yang berasal dari tanaman dan hewan. Senyawaan tersebut selalu berupa molekul primer, tak larut atau sedikit larut dalam air, tetapi murah, mudah diperoleh dan merupakan sumber hara yang tinggi.

Beberapa contoh fermentasi substrat padat

Contoh	Substrat	Mikroorganisme Yang Terlibat
Produksi Jamur (Eropa Dan Asia Timur)	Jerami, rabuk	Agaricus bisporus, lentinus edodes, volvariella volvaceae
Fermentasi (Dinegara Timur)	Gandum dan kedele	Aspergillus oryzae
Kecap	Kedele	Rhizopus sp.
Tempe	Kedele	Neurospora sitophila
Oncom
Keju	Dadih susu	Penicillim roquefortii
Pencucian Logam	Biji mutu rendah	Thiobacillus sp
Asam – asam Organik	Gula tebu, molasa	Aspergillus niger
Enzim – enzim	Sekam gandum dan sebagainya	Aspergillus niger
Pengkomposan	Bahan organic campuran	Jamur, bacteria, aktinomisetes
Perlakuan Limbah	Komponen limbah	Bakteri, jamur dan protozoa

Gambar 13. Keju sebagai salah satu product fermentasi padat dengan mikroorganisme Penicillim roquefortii

Sumber : http://4.bp.blogspot.com/- /Bk3zAymWbE0/s320/KEJU1.jpg

Fermentasi substrat padat telah dipraktekkan selama ratusan tahun di asia timur. Banyak makanan hasil fermentasi, seperti kecap, miso, tempe dan senbagainya, mempunyai fase substrat padat lainnya digunakan untuk menghasilkan berbagai enzim dan bahan kimia seperti asam sitrat. Dibelahan bumi barat, fermentasi substrat padat dipusatkan pada pengkomposan limbah tanaman dan hewan, ensiling, penanaman jamur, dan pembuatan keju. Fermentasi substrat padat tehadap lignoselulosa bisa menjadi industri besar di masa depan, untuk menghasilkan biomassa, etanol, metan dan beberapa produk yang bernilai komersial tinggi. Sebagaian besar produk bioteknologi yang didasarkan pada mikroba dapat dihasilkan melalui fermentasi substrat padat. Factor penentu bagi dilaksanakannya fermentasi semacam itu akan begantung pada nilai ekonomi relatifnya bila dibandingkan dengan proses fermentasi cair.

Jenis mikroorganisme yang tumbuh baik dibawah kondisi fermentasi substrat padat ditentukan terutama oleh faktor aktivitas air (a_w). nilai a_wsubstrat secara kuantitatif menyatakan banyaknya air yang dibutuhkan bagi aktivitas mikroba.

2.7.1 Jenis mikroba

Fermentasi substrat padat dapat berlangsung dalam berbagai bentuk yang berbeda tergantung pada apakah mokroorganisme yang bersifat asli, kultur murni atau kultur campuran. Fermentasi yang menggunakan mikroflora asli (indigenous) terutama diarahkan untuk ensiling dan pengkomposan. Ensiling ialah suatu proses anaerobic yang melibatkan tanaman pertanian dan dilaksanakan pada suhu 25-30^oC selama 1-2 minggu.

Lactobacillus bularicus menjadi organisme dominan yang menghasilkan asam laktat dan selanjutnya menghambat bakteri putrefaktif yang potensial, dank arena tiak adanya oksigen, jamur aerobik tidak dapat tumbuh. Tingkat kelmbaban adalah sangat kritis pada 50-65%, untuk menjamin agar lactobacillus yang osmotoleran menjadi aktif dan dominan. Sebaliknya, pengkomposan melibatkan serangkaian mikroorganisme dari bakteri mesofilik, ragi dan jamur sampai aktinomisetes dan jamur yan temofilik.

Fermentasi substrat padat dengan menggunakan kultur jamur murni paling baik diilustrasikan dengan proses koji kuno murni untuk fermentasi biji-bijian dan kedele dengan jamur Aspergillus oryzae. Substrat yang telah masak di inokulasi dengan kultur murni A. oryzae dan diletakan pada lapisan tipis dalam baki atau dalam bioreactor putar yang khusus supaya menghasilkan amilase dan proteaseuntuk memecahkan bahan polimer di dalam substart. Proses koji merupakan dasar untuk jenis fermetasi yang lain termasuk produksi enzim komersial, asam organic dan etanol.

Fermentasi substrat padat tertentu secara sengaja menggunakan inokulasi kultur campuran untuk memperoleh pembentukan produk akhir yang optimum. Dengan demikian jerami dapat dikonversi secara lebih efisien menjadi biomassa jamur melalui penggunaan kultur camuran chaetomium cellulolyticum dan candida lipolytical daripada setiap jamur itu secara sendiri-sendiri.

Suatu sifat yang mencirikan berbagai fermentasi substratpadat adalah perlunya memberi perlakuan awal pada bahan mentah substrat untuk meningkartkan ketersediaan hara, untuk mengurangi ukuran partikel untuk mengoptimumkan parameter fisik fermentasi bersangkutan. Desain proses fermentasi substrat padat lebih jauh dikendalikan oleh perlunya mencapai ciri pemindahan massa dan panas yang baik, pemindahan massa interpartikel dan difusi intrapartikel merupakan dua tahap utama pemindahan massa yang membatasi fermentasi substrat padat.

BAB III

PENUTUPAN

3.1 Kesimpulan

Fermentasi dapat dikategorikan sebagai salah satu bioteknologi pangan yang sudah di lakukan sejak zaman dulu. Diawali dengan pembuatan bir sekitar 6000 tahun sebelum masehi. Selain itu pembuatan roti dengan bantuan khamir atau ragi sekira 4000 tahun sebelum masehi (SM). Pembuatan produk fermentasi kecap dan tauco di Cina sejak 722 SM. Kemudian semakin berkembang dengan penemuan Louis Pasteur dan Eduard Buchner.

Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba. Produk-produk tersebut biasanya dimanfatkan sebagai minuman atau makanan. Berdsakan sifatnya fermentasi dapat dibedakan menjadi :

a) Fermentasi Aerob , dan

b) Fermentasi Anaerob

Dalam fermentasi, ada yang dikenal dengan kultivasi mikroba cair. Untuk mendapatkan sistem fermentasi yang optimum, maka fermenter harus memenuhi syarat sebagai berikut:

1. Terbebas dari kontaminan

2. Volume kultur relatif konstan (tidak bocor atau menguap)

3. Kadar oksigen terlarut harus memenuhi standar.

4. Kondisi lingkungan seperti: suhu, pH harus terkontrol. Stirred tank reactor system model yang banyak dipakai.

Terkadang dalam proses fermentasi diperlukan suatu peralatan yang memudahkan untuk reaksi fermentasi tersebut. Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah peralatan atau sistem yang mampu menyediakan sebuah lingkungan biologis yang dapat menunjang terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan yang dikehendaki.