Pengertian Liofilisasi

Liofilisasi atau freeze drying merupakan metode pengeringan yang digunakan untuk menghilangkan air dari suatu material melalui proses sublimasi, yaitu perubahan fase langsung dari es menjadi uap tanpa melalui fase cair. Teknik ini banyak digunakan untuk mempertahankan stabilitas bahan yang sensitif terhadap panas seperti produk farmasi, protein, vaksin, dan sampel biologis. Metode ini bekerja pada kondisi suhu rendah dan tekanan vakum sehingga mampu menjaga struktur fisik serta aktivitas biologis dari material yang dikeringkan (Ward & Matejtschuk, 2021).

Dalam proses ini, material terlebih dahulu dibekukan, kemudian es yang terbentuk dihilangkan melalui sublimasi selama tahap pengeringan primer. Setelah sebagian besar es dihilangkan, tahap pengeringan sekunder dilakukan untuk menghilangkan sisa air yang masih terikat pada matriks material sehingga diperoleh produk kering dengan kadar air yang sangat rendah dan stabil selama penyimpanan (Vanbillemont dkk., 2023). Karena kemampuannya mempertahankan stabilitas produk, teknologi liofilisasi menjadi salah satu metode penting dalam industri farmasi, bioteknologi, serta penelitian laboratorium modern.

Dalam praktik laboratorium modern, proses liofilisasi biasanya dilakukan menggunakan laboratory-scale freeze dryer yang mampu menghasilkan kondisi suhu sangat rendah serta tekanan vakum yang stabil. Salah satu sistem yang banyak digunakan adalah freeze dryer seri FDB dari brand Operon. Sistem ini dirancang untuk penelitian skala laboratorium hingga pengembangan proses (process development), dengan kapasitas pengeringan yang lebih besar dibanding freeze dryer mini, sehingga memungkinkan penanganan beberapa vial, flask, atau tray secara bersamaan.

Komponen Utama pada Freeze Dryer Operon Seri FDB

Peralatan yang digunakan dalam proses liofilisasi disebut freeze dryer atau lyophilizer. Sistem ini terdiri dari beberapa komponen utama yang bekerja secara terintegrasi untuk menciptakan kondisi suhu rendah dan tekanan vakum yang diperlukan dalam proses sublimasi.

Gambar 1. Freeze Dryer seri FDB dari brand Operon

Freeze dryer seri FDB merupakan sistem benchtop freeze dryer yang dirancang untuk skala laboratorium dan penelitian kecil hingga menengah. Sistem ini terdiri dari beberapa komponen kunci yang bekerja secara terintegrasi untuk memastikan proses liofilisasi berlangsung secara stabil dan efisien.

1. Cold Trap

Cold trap atau kondensor suhu rendah merupakan komponen inti pada sistem freeze dryer. Fungsi utamanya adalah menangkap uap air yang dihasilkan dari sublimasi sampel dan mengembunkannya menjadi es sehingga tidak masuk ke pompa vakum. Pada seri FDB, suhu cold trap dapat mencapai rentang sekitar −55 °C hingga −110°C tergantung pada model spesifik yang digunakan. Rentang suhu ini memungkinkan pengembunan uap air dan pelarut secara efektif selama proses pengeringan berlangsung. Untuk Capacity (Total) juga bervariasi yakni 2 ~ 4L dengan variasi dimensi eksterior yang beragam.

Gambar 2. Main Unit Freeze Dryer Seri FDB brand Operon

Pada bagian cold trap terdapat komponen yang dapat digunakan sebagai tambahan yakni chemical trap (A type) yang berfungsi untuk menangkap uap zat kimia atau pelarut sebelum mencapai pompa vakum. Komponen ini berperan penting dalam melindungi pompa dari kerusakan akibat zat korosif serta meningkatkan keamanan selama proses freeze drying.

Gambar 3. Chemical Trap (A Type)

2. Drying Chamber

Ruang pengering (drying chamber) adalah tempat di mana sampel ditempatkan selama proses liofilisasi. Pada model FDB, ruang ini tersedia dalam dua bentuk yakni stainless dan acrylic sebagai pada Gambar 4. Misalnya untuk catalog Operon FDB-11004, produsen merekomendasikan penggunaan acrylic drying chamber.

Gambar 4. Acrylic dan Stainless Drying Chamber

Selain itu, juga beberapa komponen utama seperti D-type manifold 8 port, flask, dan cap. D-type manifold 8 port berfungsi sebagai penghubung yang memungkinkan beberapa sampel dikeringkan secara bersamaan dalam satu waktu. Flask dengan kapasitas 300 ml dan 700 ml digunakan sebagai wadah sampel yang akan melalui proses sublimasi. Selain kedua ukuran di atas, juga tersedia opsi flask 900, 1200, dan 2000ml menyesuaikan seri/catalog dari alat. Sementara itu, cap A type (150–300 ml) dan cap B type (700–1200 ml) berfungsi sebagai penutup flask untuk menjaga kondisi vakum tetap stabil serta mencegah kontaminasi selama proses pengeringan berlangsung.

Gambar 5. D-type manifold 8port
Gambar 6. Cap A type (150~300ml)	Gambar 7. Cap B type(700~1200ml)
Gambar 8. Flask 300mL	Gambar 9. Flask 500mL

3. Sistem Pengendalian (Controller)

Seri FDB juga dilengkapi dengan mikroprosesor kontrol PID dan panel tampilan digital yang menampilkan suhu rak maupun tekanan vakum secara real‑time. Pengendalian secara digital ini membantu menjaga kondisi proses yang stabil dan dapat direproduksi. Sistem ini memungkinkan pengguna untuk:

• Mengatur suhu dengan presisi tinggi
• Memantau tekanan vakum dalam rentang mTorr, dan
• Mengatur durasi proses sesuai kebutuhan eksperimen.

Pada seri FDB-8604; FDB-5504; dan FDB-11004 dilengkapi dengan layar sentuh 7 inci TFT LCD yang memudahkan pengoperasian secara intuitif, serta dukungan AI (Artificial Intelligence) Advisor yang mampu memberikan analisis dan rekomendasi secara otomatis. Dengan teknologi IoT (Internet of Things), perangkat dapat terhubung ke jaringan untuk pemantauan dan kontrol jarak jauh. Tersedia pula USB backup port berkapasitas standar 16GB untuk penyimpanan dan transfer data. Dari sisi konektivitas, perangkat mendukung output eksternal seperti Ethernet, RS-485, dan Modbus yang umum digunakan dalam sistem industri. Selain itu, perangkat mampu mentransmisikan data analog seperti suhu dan tingkat vakum, serta dilengkapi fitur pemantauan real-time untuk mendeteksi suhu lingkungan dan tegangan listrik yang dapat memicu alarm apabila terjadi kondisi tidak normal.

Sedangkan untuk seri FDB-5502 dan FDB-8602 menggunakan sistem kendali berbasis mikroprosesor yang memastikan pengoperasian lebih akurat dan stabil, dilengkapi dengan tampilan digital LED yang mudah dibaca. Layar tersebut mampu menampilkan perubahan suhu dengan ketelitian hingga 0,1°C, sehingga pengguna dapat memantau kondisi secara lebih presisi. Selain itu, perangkat juga menyediakan tampilan tingkat vakum dalam rentang 2000 mTorr hingga 0 mTorr, memungkinkan pemantauan tekanan secara detail sesuai kebutuhan operasional.

4. Pompa Vakum (Vacuum Pump)

Komponen penting lainnya adalah pompa vakum, yang bertanggung jawab untuk menurunkan tekanan di dalam ruang pengering hingga ke tingkat mTorr sehingga sublimasi es dapat terjadi pada suhu rendah. Pada seri FDB, tersedia opsi penggunaan pompa vakum dengan kemampuan hingga sekitar 1.5 × 10⁻³ Torr untuk meningkatkan efisiensi pengeringan.

Gambar 10. Vacuum Pump FDB-11004 200 LPM (Liters Per Minute)

Beberapa komponen lainnya yang dibutuhkan untuk pompa vakum meliputi:

Gambar 11. Vacuum Oil	Gambar 12. Vacuum Valve + Glass 45o adapter
Gambar 13. Vacuum grease	Gambar 14. Pump table (Only for FDB series)
Gambar 15. Oil Mist Trap

Pada sistem pompa vakum, terdapat beberapa komponen pendukung yang berperan penting dalam menjaga kinerja dan efisiensi alat. Vacuum oil berfungsi sebagai pelumas sekaligus penyegel pada pompa vakum, membantu menciptakan tekanan rendah yang stabil serta mengurangi gesekan antar komponen di dalam pompa. Selanjutnya, vacuum valve + glass 45° adapter digunakan untuk mengatur aliran vakum serta menghubungkan jalur antara pompa dan sistem freeze dryer, dengan desain sudut 45° yang membantu meminimalkan hambatan aliran dan memudahkan pemasangan.

Vacuum grease berfungsi sebagai pelapis atau seal tambahan pada sambungan kaca atau konektor agar tidak terjadi kebocoran udara, sehingga kondisi vakum tetap terjaga dengan baik. Sementara itu, pump table (khusus seri FDB) merupakan dudukan atau meja khusus untuk menopang pompa vakum agar tetap stabil selama operasi, sekaligus membantu meredam getaran dan menjaga keamanan penggunaan. Terakhir, oil mist trap berfungsi untuk menangkap kabut oli yang dihasilkan oleh pompa vakum agar tidak mencemari lingkungan sekitar serta mencegah partikel oli masuk kembali ke sistem. Dengan adanya komponen-komponen ini, kinerja pompa vakum menjadi lebih optimal, aman, dan tahan lama.

5. Sistem Pengaman (Safety Device)

Pada Freeze Dryer catalog  FDB-8604, FDB-5504, dan FDB-11004 dilengkapi dengan berbagai sistem pengaman untuk memastikan operasional yang aman dan stabil. Fitur compressor overload prevention circuit dan vacuum pump overload prevention circuit berfungsi mencegah kerusakan akibat beban kerja berlebih pada kompresor dan pompa vakum dengan cara memutus atau mengontrol sistem saat terjadi kelebihan beban. Selain itu, terdapat evaporator abnormality alarm yang akan memberikan peringatan jika terjadi gangguan pada sistem pendinginan.

Sistem ini juga memiliki real-time low voltage alarm untuk mendeteksi tegangan listrik yang terlalu rendah, serta real-time ambient temperature monitoring and alarm yang memantau suhu lingkungan secara langsung dan memberikan peringatan jika berada di luar batas aman. Untuk menjaga performa vakum, tersedia vacuum leak alarm and control yang mendeteksi kebocoran dan membantu mengendalikan kondisi tersebut. Selain itu, perangkat dilengkapi dengan temperature sensor abnormality alarm dan vacuum sensor abnormality alarm yang akan memberikan peringatan apabila terjadi kerusakan atau ketidaknormalan pada sensor suhu maupun sensor vakum. Secara keseluruhan, fitur-fitur ini dirancang untuk meningkatkan keamanan, mencegah kerusakan alat, dan memastikan proses freeze drying berjalan dengan optimal.

Cara Kerja Proses Liofilisasi

Proses liofilisasi umumnya terdiri dari tiga tahap utama, yaitu pembekuan (freezing), pengeringan primer (primary drying), dan pengeringan sekunder (secondary drying). Setiap tahap memiliki peran penting dalam menentukan kualitas produk akhir.

1. Tahap Pembekuan (Freezing)

Pada tahap pertama, larutan atau material yang akan dikeringkan dibekukan pada suhu rendah sehingga air di dalamnya berubah menjadi kristal es. Proses pembekuan ini sangat penting karena ukuran dan distribusi kristal es yang terbentuk akan mempengaruhi struktur pori material serta efisiensi proses pengeringan selanjutnya (Juckers dkk., 2023).

Dalam teknisnya, sampel cair atau larutan dimasukkan ke dalam flask sesuai kapasitas (misalnya 300 ml atau 700 ml). Flask kemudian ditutup dengan cap A atau B type untuk menjaga kebersihan dan mencegah kontaminasi. Sampel yang sudah siap kemudian ditempatkan pada D-type manifold yang terhubung ke drying chamber. Pada tahap ini, suhu ruang dan suhu sampel diturunkan hingga air dalam sampel membeku menjadi kristal es. Pembekuan yang baik penting karena ukuran dan distribusi kristal es akan mempengaruhi struktur pori material dan efisiensi pengeringan selanjutnya.

2. Tahap Pengeringan Primer (Primary Drying)

Setelah pembekuan selesai, tekanan dalam ruang pengering diturunkan dengan menggunakan pompa vakum. Pada kondisi tekanan rendah dan suhu yang terkontrol, es yang terbentuk akan mengalami sublimasi dan berubah langsung menjadi uap air tanpa melalui fase cair. Tahap ini merupakan tahap yang paling lama dalam proses liofilisasi karena sebagian besar kandungan air dihilangkan selama proses ini (Vanbillemont dkk., 2023).

Setelah sampel beku, pompa vakum mulai menurunkan tekanan di dalam manifold dan drying chamber. Pada tekanan rendah dan suhu terkontrol, es dalam sampel akan menyublim langsung menjadi uap air, melewati cold trap yang menangkap uap air agar tidak masuk ke pompa vakum. Tahap ini biasanya merupakan proses terlama karena sebagian besar kandungan air dihilangkan selama sublimasi. Sensor suhu dan sensor vakum memantau kondisi real-time, sementara safety device seperti vacuum leak alarm dan evaporator abnormality alarm memastikan proses aman.

3. Tahap Pengeringan Sekunder (Secondary Drying)

Setelah hampir semua es tersublimasi, masih ada air terikat pada matriks material. Pada tahap ini, suhu secara bertahap dinaikkan sambil mempertahankan kondisi vakum. Sisa air dihilangkan melalui proses desorpsi, menghasilkan sampel kering dengan kadar air sangat rendah yang stabil untuk penyimpanan jangka panjang. Komponen seperti chemical trap dan oil mist trap memastikan pompa vakum terlindungi dari kontaminan, sementara manifold tetap menjaga semua flask dalam kondisi vakum optimal.

Produk Freeze Dryer Seri FDB brand Operon

Freeze dryer seri FDB dari brand Operon merupakan alat pengeringan beku laboratorium yang andal dan fleksibel, ideal untuk berbagai sampel biologis, farmasi, dan bahan penelitian. Operon adalah perusahaan asal Korea yang bergerak di bidang peralatan laboratorium dan bioteknologi, terkenal dengan produk berkualitas tinggi dan inovatif. Berikut adalah fitur utama FDB Operon:

• Pilihan manifold type atau drying chamber sesuai kebutuhan.
• Frame kokoh dengan lapisan powder coating tahan guncangan.
• Filter cover mudah dibersihkan untuk perawatan cepat.
• Movable vacuum pump support stand (opsional) untuk fleksibilitas penempatan.
• Automatic vacuum release valve mencegah backflow oli atau gas terkontaminasi.
• Memudahkan stoppering, sterilisasi, dan deteksi suhu sampel saat menggunakan flask besar dengan perangkat stoppering portable.

Untuk pertanyaan produk dan stock lebih lanjut Bapak/Ibu dapat menghubungi kontak yang tertera pada laman website Indogen berikut. Terima kasih.

Referensi :

Juckers, A., Knerr, P., Harms, F., & Strube, J. (2023). Effect of the freezing step on primary drying experiments and simulation of lyophilization processes. Processes, 11(5), 1404. https://doi.org/10.3390/pr11051404

Vanbillemont, B., Greiner, A.-L., Ehrl, V., Hawe, A., & De Beer, T. (2023). A model‑based optimization strategy to achieve fast and robust freeze‑drying cycles. International Journal of Pharmaceutics X, 5, 100180. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37125084/

Ward, K. R., & Matejtschuk, P. (2021). The principles of freeze‑drying and application of analytical technologies. In Methods in Molecular Biology (Vol. 2180, pp. 99–127). Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0783-1_3

Artikel Terkait

1. https://indogen.id/mengenal-alat-alat-yang-wajib-ada-di-laboratorium-sel-kultur/
2. https://indogen.id/7-instrumentasi-laboratorium-mikrobiologi-klinik-dari-brand-being/
3. https://indogen.id/ceklist-instrumen-apa-saja-yang-perlu-di-laboratorium-patologi-klinik/
4. https://indogen.id/cek-artikel-ini-untuk-mengetahui-instrumentasi-laboratorium-teknologi-pertanian/
5. https://indogen.id/ingin-mengenal-instrumen-laboratorium-bioteknologi-cek-yuk/
6. https://indogen.id/daftar-peralatan-laboratorium-patologi-anatomi/