Laporan Tugas Akhir
BAB II DASAR TEORI
1.1 Susu Susu segar merupakan bahan makanan yang bergizi tinggi karena
mengandung zat-zat makanan yang lengkap dan seimbang seperti protein, lemak, karbohidrat, mineral, dan vitamin yang sangat dibutuhkan oleh manusia. Pada dasarnya susu mengandung hampir semua nutrisi bagi tubuh. Berikut adalah tabel
kandungan gizi pada susu[1] :
No 1
Zat Karbohidrat
2
Lemak
3
Protein
4
Vitamin
5
Mineral
6
Lain-lain
Tabel 2.1 Kandungan Gizi Susu
Jenis Laktosa Lemak jenuh Lemak omega 6 Asam lemak omega 3 Vitamin A Vitamin D Vitamin K Riboflavin Niacin Folat Vitamin B6 Vitamin B12 Asam Pantotenat Kolin Kalsium Fluoride Yodium Selenium Magnesium Seng Fosfor Sodium Potassium Kolesterol Air
Komposisi dalam 250 gr susu 13 gr 2.5 gr 8.2 gr 478 IU 127 IU 0.2 mcg 0.5 mg 0.2 mg 12.2 mcg 0.1 mg 1.1 mcg 0.9 mg 43.2 mg 290 mg 6.3 mcg 0.1 mg 8.1 mcg 26.8 mg 1.0 mg 232 mg 107 mg 366 mg 12.2 mg 220 gr
4
Laporan Tugas Akhir
1.2 Manfaat Susu
Karbohidrat susu memberikan energi, mineralnya bermanfaat bagi sistem
saraf otot serta proteinnya bermanfaat bagi pertumbuhan dan regenerasi sel-sel tubuh. Lebih lengkapnya, berikut adalah manfaat susu:
Mencegah osteoporosis dan menjaga tulang tetap kuat. Bagi anak-anak, susu berfungsi untuk pertumbuhan tulang yang membuat anak menjadi
bertambah tinggi.
Mencegah terjadinya kanker kolon atau kanker usus.
Mencegah diabetes tipe 2.
Menurunkan tekanan darah.
Mencegah kerusakan gigi dan menjaga kesehatan mulut. Susu mampu mengurangi keasaman mulut, merangsang air liur, mengurangi plak dan mencegah gigi berlubang.
Menetralisir racun seperti logam atau timah yang mungkin terkandung dalam makanan.
Mempercantik kulit, membuatnya lebih bersinar.
Membantu agar lebih cepat tidur. Hal ini karena kandungan susu akan merangsang hormon melatonin yang akan membuat tubuh mengantuk.
1.3
Kualitas Susu Pertumbuhan bakteri yang cepat pada susu segar menyebabkan bau yang
tidak enak. Susu dapat terkontaminasi dari dalam maupun dari luar ambing. Kontaminasi dari dalam ambing berasal dari penyakit, sedangkan kontaminasi dari luar berasal dari puting, udara, peminum susu, lalat dan alat pemerahan susu. Hal yang penting lainnya adalah susu harus bebas dari residu antibiotik, pestisida. Susu yang berasal dari sapi yang mendapatkan perlakuan obat-obatan tidak boleh digunakan. Selain itu, yang harus dijaga adalah bahwa susu tidak terkontaminasi oleh residu pembersih (detergent).
5
Laporan Tugas Akhir
US Public Health Service[2] telah menetapkan standar kualitas susu grade A,
diantaranya:
Fasilitas yang cukup (gudang, ruang susu, dan peralatan).
Pemeliharaan kebersihan yang memuaskan dari fasilitas-fasilitas tersebut.
Sapi sehat.
Jumlah bakteri yang terkandung dalam susu kurang dari 100.000 per mL untuk susu yang berasal dari satu produsen. Dan untuk susu campuran
dari beberapa produsen jumlah bakteri kurang dari 300.000 per mL.
Tidak mengandung antibiotik, pestisida, sanitizer, dan lain-lain (sangat sulit untuk menentukan kemurnian total karena keterbatasan alat ukur).
Tidak ada sisa obat.
Susu harus bebas dari rasa dan bau yang mengganggu (tidak enak).
Berdasarkan jumlah bakteri yang terdapat dalam susu, kualitas susu dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu[3] :
Susu dengan kualitas baik atau kualitas A (No. 1.) jika jumlah bakteri yang terdapat dalam susu segar tidak lebih dari 100.000 setiap milliliter. Bakteri-bakteri koli tidak lebih dari 10 /ml.
Susu kualitas B (No. 2, sedang) jika jumlah bakteri nya antara 100.000 – 1.000.000/ml, dan jumlah bakteri koli tidak lebih dari 10/ml.
Susu dengan kualitas C (No. 3, jelek) jika jumlah bakterinya lebih daripada 1.000.000/ml.
1.4 Produk Susu Olahan 1. Susu Segar Susu segar adalah cairan dari ambing sapi, kerbau, kuda, kambing atau domba yang sehat dan bebas dari kolostrum. Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak kurang dari 3.25 %, total padatan bukanlemak tidak kurang dari 8.25%.
Tanpa penambahan air, bahan tambahan pangan dan antibiotik.
Belum mengalami perubahan warna, bau dan kekentalan.
6
Laporan Tugas Akhir
2. Susu Pasteurisasi Susu pasteurisasi adalah susu segar atau susu rekonstitusi atau susu rekombinasi yang dipanaskan dengan metode High Temperatur Short Time
(HTST) atau metode holding, dan dikemas segera dalam kemasan yang steril secara aseptis.
Ciri-ciri:
Kadar lemak susu tidak kurang dari 3.25%.
Total padatan bukan-lemak tidak kurang dari 8.25%.
Uji reduktase: warna biru metilen tidak hilang dalam waktu kurang dari 5 jam. Uji fosfatase: kandungan p-Nitriphenol tidak lebih dari
10µg per ml susu.
Jika susu pasteurisasi dihomogenisasi, maka persyaratan uji homogenisasi harus dipenuhi.
3. Susu UHT Susu UHT adalah susu segar atau susu rekonstitusi atau susu rekombinasi yang disterilkan pada suhu tidak kurang dari 135 oC selama 2 detik dan dikemas segera dalam kemasan yang steril dan secara aseptis. Ciri-ciri: Kadar lemak dalam susu tidak kurang dari 3.25%. Total padatan bukan-lemak tidak kurang dari 8.25%. 4. Susu Steril Susu steril adalah susu segar atau susu rekonstitusi atau susu rekombinasi yang dipanaskan pada suhu tidak kurang dari 10oC selama waktu yang cukup untuk mencapai keadaan steril komersial dan dikemas secara hermetis (kedap). Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak kurang dari 3.25%. Total padatan bukan-lemak tidak kurang dari 8.25%. 5. Susu Skim Susu skim adalah produk susu yang sebagian besar lemaknya telah dihilangkan. Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak lebih dari 0.15%. Kadar protein susu tidak kurang dari 3%. 7
Laporan Tugas Akhir
6. Susu Rendah Lemak Susu rendah lemak adalah produk susu yang sebagian lemaknya dihilangkan. Ciri-cirinya adalah kadar lemak susu tidak kurang dari 0.15%
dan tidak lebih dari 3.25%. 7. Susu Rekonstitusi
Susu rekonstitusi adalah susu cair yang disiapkan dengan penambahan air
pada susu bubuk berlemak (full cream) atau susu bubuk skim atau susu
bubuk rendah lemak, dan dipasteurisasi atau disterilisasi atau diproses UHT. Dapat ditambahkan garam dan bahan tambahan pangan yang diizinkan. Ciri cirinya mengacu pada persyaratan susu segar, susu skim atau susu rendah
lemak.
1.5
Proses Pasteurisasi Susu Susu segar merupakan bahan makanan yang bergizi tinggi karena
mengandung zat-zat makanan lengkap dan seimbang yang sangat dibutuhkan oleh manusia. Nilai gizinya yang tinggi juga menjadikan susu medium yang cocok untuk pertumbuhan dan perkembangan mikrooganisme sehingga dalam waktu yang sangat singkat susu menjadi tidak layak dikonsumsi bila tidak ditangani secara benar. Mikroorganisme yang berkembang didalam susu selain menyebabkan susu menjadi rusak juga membahayakan kesehatan masyarakat sebagai konsumen akhir. Disamping itu penanganan susu yang tidak benar juga dapat menyebabkan daya simpan susu menjadi singkat. Kerusakan pada susu disebabkan oleh terbentuknya asam laktat sebagai hasil fermentasi laktosa oleh bakteri koli. Fermentasi oleh bakteri ini akan menyebabkan aroma susu menjadi berubah dan tidak disukai oleh konsumen. Untuk itu, susu harus diolah dan disimpan pada temperatur yang benar. Pendinginan dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk menghambat laju pertumbuhan mikrorganisme perusak karena sebagian besar golongan bakteri ini memerlukan temperatur 15 oC sampai 40 oC untuk dapat tumbuh secara optimum. Dari ASHRAE Refrigeration 2002, temperatur penyimpanan susu
8
Laporan Tugas Akhir
murni yang direkomendasikan adalah 0-4 oC. Temperatur penyimpanan produk
yang disarankan ditunjukkan pada Tabel 2.2 di bawah ini:
Tabel 2.2 Storage Requirement of Product
Product
Storage Temp., oC
Relative Humidity,%
Approximate Storage Life
Dairy products Butter
0
75 to 85
2 to 4 weeks
Butter, frozen
-23
70 to 85
12 to 20 months
long storage
0 to 1
65
12 months
short storage processed
4
65
6 months
4
65
12 months
grated
4
65
12 months
-30 to -25
90 to 95
3 to 23 months
-35 to -40
90 to 95
3 to 23 months
Cheese, Cheddar
Ice cream, 10% fat premium Milk Fluid
4 to 6
7 days
Grade A (3,7% fat)
0 to 1
2 to 4 months
Raw
0 to 4
2 days
Dried, whole
21
Low
6 to 9 months
Dried, nonfat Evaporated
7 to 21 4
low
16 months 24 months
Evaporated, unsweetened
21
12 months
Condensed, sweetened
4
15 months
Whey, dried
21
low
12 months
Akibat adanya kemungkinan pencemaran atau kontaminasi oleh berbagai bakteri patogen, seperti bakteri penyebab typus, diphteri, radang tenggorokan dan TBC, sebaiknya susu dipanaskan secukupnya sehingga seluruh bakteri patogen yang mungkin terdapat di dalamnya dapat dimusnahkan. Proses pemanasan yang dilanjutkan dengan proses pendinginan disebut proses pasteurisasi. Meskipun bakteri patogen sudah dimusnahkan, tetapi bakteri non patogen, terutama bakteri pembusuk masih hidup. Dalam penyimpanannya, biasanya susu pasteurisasi
9
Laporan Tugas Akhir
digabungkan
dengan
metode
pendinginan.
Untuk
memperpanjang
daya
o
simpannya, susu pasteurisasi disimpan pada suhu maksimal 10 C, lebih dingin
lebih baik. Pada suhu tersebut mikroba pembusuk meskipun tidak mati, tetapi tidak dapat tumbuh dan berkembang. Pasteurisasi panas pada susu perlu dilakukan untuk mencegah penularan
penyakit dan mencegah kerusakan akibat mikroorganisme dan enzim. Dengan pasteurisasi diharapkan mikroorganisme yang terdapat pada susu bisa mati, akan tetapi kehilangan zat gizi seminimal mungkin dan cita rasa susu segar semaksimal mungkin bisa dipertahankan. Pasteurisasi yang tepat bisa menghancurkan
mikroorganisme pathogen.
Tujuan pasteurisasi:
Untuk membunuh bakteri pathogen, yaitu bakteri-bakteri yang berbahaya karena dapat menimbulkan penyakit pada manusia (Mycobacterium tubercolosis).
Untuk membunuh bakteri tertentu yaitu dengan mengatur tingginya suhu dan lamanya waktu pasteurisasi.
Untuk memperpanjang daya simpan bahan.
Dapat memberikan cita rasa yang lebih menarik konsumen.
Pada pasteurisasi susu, proses ini dapat menginaktifkan fosfatase dan katalase, yaitu enzim-enzim yang membuat susu cepat rusak.
Ada dua cara pasteurisasi yang umum, yaitu[3] : 1.
Sistem Batch disebut juga sistem tahan (Hold Method), yaitu susu dipanaskan dengan cara menyemprotkan air atau uap panas di luar wadah yang terbuat dari stainless steel pada temperatur 63-65oC selama 30 menit.
2.
Sistem Continue :
Pasteurisasi dengan suhu tinggi dan waktu singkat (High Temperature Short Time/HTST), yaitu proses pemanasan susu selama 15 – 16 detik pada suhu 71,7 – 750C biasanya menggunakan alat Plate Heat Exchanger.
10
Laporan Tugas Akhir
Pasteurisasi dengan suhu rendah dan waktu lama (Low Temperature Long Time/LTLT) yakni proses pemanasan susu pada suhu 610C selama 30 menit.
Proses pasteurisasi dapat menyebabkan kehilangan sebagian vitamin yang
terkandung dalam susu[4]. Kehilangan vitamin akibat proses pengolahan susu
ditunjukkan oleh Tabel 2.3 berikut ini:
Tabel 2.3 Pengaruh Suhu Pengolahan Terhadap Kehilangan Vitamin yang Larut
Kehilangan (%)
1. 2. 3. 4. 5.
1.6
Perlakuan Panas Susu Pasteurisasi UHT langsung UHT tak langsung Sterilisasi dalam Polyethylene Sterilisaasi dalam gelas (kaca)
Vit. B12
Asam Folat
Vit. C
4.6 16.8 30.1 36.5 39.0
7.3 19.6 35.2 45.6 54.8
12.8 17.7 31.6 50.0 66.5
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sistem refrigerasi kompresi uap merupakan sistem refrigerasi mekanis yang
memanfaatkan sifat refrigeran yang pada temperatur saturasinya akan berubah fasa. Untuk menciptakan sisi tekanan rendah, maka dibutuhkan suatu alat yang mengekspansi cairan refrigeran sehingga refrigeran keluar dalam keadaan tekanan dan temperatur rendah. Sedangkan sisi tekanan tinggi diciptakan dari proses kompresi uap refrigeran sehingga refrigeran keluar dalam keadaan tekanan dan temperatur yang tinggi. Sistem kompresi uap sederhana merupakan sistem teoritis, artinya faktor – faktor yang menyebabkan adanya gangguan terhadap sistem diabaikan. Sistem kompresi uap sederhana dikatakan sebagai siklus yang ideal.
11
Laporan Tugas Akhir Gambar 2.1 Diagram Skematik Sistem Kompresi Uap Sederhana[5]
Ketika refrigeran bersirkulasi didalam sistem, refrigeran mengalami sejumlah perubahan kondisi, masing-masing perubahan kondisi disebut proses. Refrigeran mulai bersirkulasi pada kondisi awal, melewati serangkaian proses dalam batasbatas tertentu dan kembali ke kondisi awal. Serangkaian proses tersebut disebut siklus. Berikut adalah proses utama dari sistem refrigerasi kompresi uap yang membentuk siklus. 1. Proses Kompresi (1-2) Proses kompresi berlangsung di kompresor. Melalui saluran hisap kompresor (suction) refrigeran uap dihisap masuk kompresor dan dimampatkan sehingga refrigeran mengalami kenaikan tekanan dan temperatur. P
T
KOMPRESOR
P
T
Gambar 2.2 Proses Kompresi di Kompresor
12
Laporan Tugas Akhir
2. Proses Kondensasi (2-3)
Proses selanjutnya adalah proses kondensasi atau pengembunan yang terjadi di kondenser. Refrigeran berfasa uap yang memiliki tekanan
dan temperatur tinggi akan melepas kalornya ke lingkungan dan terjadi
proses kondensasi. Refrigeran kemudian akan berubah fasa mnjadi cair jenuh atau subcooled.
P
T
Refrigeran Uap
KONDENSER
P
T
Refrigeran Cair
Qc
Gambar 2.3 Proses Kondensasi di Kondenser
3. Proses Ekspansi (3-4) Kemudian refrigeran akan diekspansi secara isoenthalpy melalui alat ekspansi. Pada proses ini refrigeran berfasa cair bertekanan dan bertemperatur tingi akan berubah menjadi refrigeran berfasa campuran yang bertekanan dan bertemperatur rendah. P
T
Refrigeran Cair
EKSPANSI
P
T
Refrigeran Campuran
Gambar 2.4 Proses Ekspansi di Expander
4. Proses Evaporasi (4-1) Proses evaporasi terjadi di evaporator. Refrigeran berfasa campuran yang memiliki tekanan dan temperatur rendah akan mengalami proses penguapan akibat penyerapan kalor yang berasal dari produk. Pada proses ini refrigeran akan berubah fasa menjadi uap jenuh. Proses ini merupakan efek pendinginan yang diperoleh dari mesin refrigerasi tersebut. P
T
Refrigeran Campuran
EVAPORATOR
P
T
Refrigeran Cair
Qe Gambar 2.5 Proses Evaporasi di Evaporator
13
Laporan Tugas Akhir
1.7 Dasar-dasar Perhitungan Performansi
Untuk melihat besaran-besaran seperti tekanan, suhu, enthalpy dalam siklus
refrigerasi biasanya digunakan diagram Mollier atau diagram P-h. Besaranbesaran tersebut diperlukan untuk menghitung kinerja dari mesin pendingin.
Gambar 2.6 Sistem Kompresi Uap Sederhana pada Diagram P-h
h1 merupakan enthalpy refrigeran keluar evaporator dan masuk kompresor (suction kompresor).
h2 merupakan enthalpy refrigeran keluar kompresor dan masuk kondenser (discharge kompresor).
h3 merupakan enthalpy refrigeran keluar kondenser dan masuk ekspansi.
h4 merupakan enthalpy refrigeran keluar ekspansi dan masuk evaporator.
Efek Refrigerasi [6] Efek refrigerasi merupakan energi persatuan massa refrigeran. Berdasarkan gambar 2.5 dan gambar 2.6 maka dapat ditentukan besarnya efek refrigerasi sistem yang dinyatakan dengan persamaan: qe= h1-h4
.......................................................................
(2.1)
Dimana, qe = efek refrigerasi (kJ/kg)
h1 = entalpi keluar evaporator (kJ/kg) h4 = entalpi masuk evaporator (kJ/kg)
14
Laporan Tugas Akhir
Kerja Kompresi
Berdasarkan gambar 2.2 dan gambar 2.6, besarnya energi yang dibutuhkan atau
energi yang diberikan ke kompresor persatuan massa refrigeran yang disebut sebagai kerja spesifik kompresor, dituliskan dengan persamaan: qw= h2-h1
.......................................................................
(2.2)
Dimana, h2 = entalpi keluar kompresor (kJ/kg)
h1 = entalpi masuk kompresor (kJ/kg)
COP (Coefficient of Performance)
COP merupakan perbandingan antara kapasitas pendinginan yang diberikan dengan kerja kompresor yang diperlukan. Hasil perbandingan tersebut merupakan
harga COP sistem yang sebenarnya atau disebut juga COP aktual sistem sesuai dengan persamaan: COPaktual=
𝑞𝑒 𝑞𝑤
......................................................................
(2.3)
Dimana, qe = efek pendinginan (kJ/kg) qw = kerja kompresi (kJ/kg) COP Carnot Jika COP aktual adalah COP sistem yang sebenarnya, maka COP maksimum yang dapat dicapai oleh sistem disebut dengan COP Carnot dan ditulis dengan: COPCarnot=
𝑇𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑇𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑠𝑖 −𝑇 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑠𝑖
.....................................................
(2.4)
Efisiensi Sistem Dengan adanya COP maksimum yang dapat dicapai oleh sistem atau disebut dengan COP Carnot, maka perbandingan COP aktual sistem dengan COP Carnot disebut dengan Efisiensi Sistem dan dinyatakan dengan persamaan:
η=
COPaktual COPCarnot
x 100%
..............................................................
(2.5)
Rasio Kompresi Perbandingan antara tekanan discharge dan tekanan suction merupakan rasio kompresi dari sistem. Rasio kompresi dinyatakan dengan persamaan: Rc =
𝑃𝑑 𝑃𝑠
...................................................................
(2.6)
15
