Seluk-Beluk Upstream Processing!

Bioproses merupakan proses spesifik yang menggunakan sel hidup lengkap atau komponennya (bakteri, enzim, kloroplas) untuk mendapatkan produk yang diinginkan. Salah satu, contoh bioproses ialah fermentasi, yang terdiri atas dua proses, yaitu upstream processing (USP) dan downstream processing (DSP).

Aspek dalam upstream processing

Terdapat tiga aspek penting dalam upstream processing, antara lain.

1. Aspek utama, berkaitan dengan cara memproduksi organisme, misalnya pemilihan mikroorganisme yang tepat, meningkatkan daya produktivitas dan hasil dalam industri, melakukan pemurnian, persiapan serta pengembangan inokulum.
2. Aspek kedua, pemilihan dan pengembangan media untuk meningkatkan produtivitas, di antaranya pemilihan dan penentuan harga, sumber karbon dan energi yang cocok serta efisien. Adanya hubungan antara media dan nutrisi esensial.
3. Aspek ketiga, berhubungand engan fermentasi pada kondisi terkontrol dengan menggunakan fermentor, perkembangan untuk memajukan perekonomian yang efisien dalam industri.

Saat kultur telah mencapai kepadatan yang diinginkan (untuk kultur batch dan fedbatch di dalam fermentor), maka dipanen kemudian dilanjutkan ke proses downstream. Proses downstream mengacu pada bagian di mana massa sel yang diperoleh dari upstream, diproses untuk memenuhi persyaratan kemurnian dan kualitas.

Tujuan dari proses downstream adalah mengembangkan produksi dan memperbaiki produk yang diinginkan. Berikut tahapan dalam downstream.

• Pemanenan sel, dilakukan dengan pemisahan biomassa (sel mikroba). Umumnya, ini menggunakan centrifuge atau ultracentrifuge. Jika produk yang digunakan biomassa, maka diperoleh kembali untuk diproses dan membuang media bekas. Akan tetapi, berbeda ketika produk yang digunakan ekstraseluler maka nbiomassa akan dibuang. Pemanenan dapat dilakukan kembali dengan sedimentasi atau filtrasi.

• Target akhir dari proses downstream untuk untuk produk intraseluler adalah enzim, protein rekombinan dan produk lain yang terdapat di dalam sel. Sebab itu, dinding sel serta membran sitoplasma dari mikroorganisme tersebut perlu dirusak. Dengan demikian, penghancuran sel dapat dilakukan melalui mekanis dan non mekanis. Adapun metode secara mekanis yang digunakan, seperti penggilingan, metode liquid shear, dan metode ultrasonik. Lalu, cara non mekanis, misalnya metode autolisis, osmotic shock, liofilisasi, dan thermolysis.

• Pemurnian produk bertujuan untuk memurnikan produk dari pecahan sel atau kotoran lainnya. Pemurnian awal berdasarkan sifat fisiko-kimia dari molekul produk. Tingkat kemurnian yang harus dicapai disesuaikan dengan tujuan penggunaan. Tahapan proses pemurnian dapat berbeda bergantung proses fermentasi sebelumnya. Salah satu, metode yang dapat digunakan, yaitu salting out protein diikuti pengendapan melalui sentrifugasi jika produk yang ditargetkan berupa protein.

Pengurangan kelarutan protein juga, dapat dilakukan menggunakan pelarut organik, seperti aseton, etanol, dan isopropanol. Metode lainnya, dapat menggunakan teknik kromatografi, dialysis, dan elektrodialisis.

• Tahap akhir produk, untuk membuat produk 98 hingga 100% murni dilakukan melalui kristalisasi dan pengeringan. Kristalisasi melalui penguapan atau penambahan bahan kimia yang reaktif terhadap zat terlarut, contohnya dengan menambahkan pelarut, garam, polimer (PEG), dan polielektrolit. Pengeringan pun dapat dilakukan dengan spray drying, rotary drum (cocok untuk sistem batch dengan volume kecil) dan freeze drying (digunakan untuk produk enzim dan obat-obatan dengan aktivitas biologis).