Forward Osmosis dalam Pengolahan Pangan Emmanuel Fanejevon Teknik Kimia, ITB, Jalan Ganesha No.10, Bandung, Indonesia
[email protected] Abstrak Industri makanan yang berbasis suhu untuk pemrosesannnya mungkin menyebabkan beberapa dampak pada bagian nutrisi dan sensori dari produk akhir. Teknologi membran telah dipelajari dan digunakan sebagai proses alternatif untuk pemrosesan makanan. Salah satu teknologi membran yang menjanjikan di bidang industri makanan adalah“Forward Osmosis”. Teknologi membran ini menggunakan gaya dorong yakni perbedaan tekanan osmotik pada kedua larutan yang mengalir secara co-current di kedua sisi membrane permeabel yang berlawanan. Keuntungan utama dari Forward Osmosis ini dibandingkan dengan teknologi membran konvensional adalah rendahnya tekanan hidraulik, kecenderungan pencemaran atau produksi limbah yang lebih rendah, penggunaan suhu yang rendah, kemampuan untuk memroses kadar padatan yang tinggi, dan mudah untuk diperbesar skalanya. Penjelasan mendetail tentang aplikasi FO (Forward Osmosis) untuk memekatkan ekstrak makanan cair akan dibahas dalam makalah ini. Efek dari parameter-parameter pada proses utama, yakni kemampuan filtrasi teknologi ini pada aspek nutrisi dan sensori produk akhir akan dibahas dan didiskusikan untuk spektrum makanan yang lebih luas. Kata kunci: Teknologi Membran, Pemrosesan Makanan, Forward Osmosis, Parameter Proses
hingga perbedaan tekanan osmotik antara kedua sisi mendsekati nol. Dibandingkan dengan teknik konvensional pada industri makanan, FO memiliki beberapa keuntungan, yaitu: Rendahnya tekanan hidraulik yang mengurangi biaya penggunaan listrik Penggunaan tekanan yang rendah Produk dengan tingkat pembaharuan yang tinggi serta tingkat pelepasan garam yang rendah ke lingkungan. Dapat digunakan untuk kadar umpan padatan yang tinggi Mudah untuk diatur kebutuhan penggunannya
1.
Pendahuluan Pada masa sekarang ini, konsumsi makanan yang beerkualitas tinggi telah berkembang mengikuti keinginan konsumen serta karena pentingnya kesehatan manusia yang bergantung pada nutrisi makanan. Hal ini memotivasi industri dan ilmuwan untuk meneliti produk dan teknologi untuk memenuhi kebutuhan ini. Kebutuhan konsumen yakni dalam makanan yang bernnutrisi serta diproses secara natural telah membawa para ilmuwan pada bidang makanan untuk meminimalisasi dampak proses pabrik pada nutrisi makanan serta meminimalisasi biaya produksi untuk teknologi dan mengurangi gagal produksi. Proses dengan melibatkan panas atau suhu merupakan proses yang sangat umum digunakan pada industri makanan untuk pengawetan dan pengonsentrasian. Bagaimanapun juga pemrosesan berbasis suhu ini dapat menyebabkan adanya dampak negatif pada beberapa komponen nutrisi makanan (seperti antosianin, karoten, vitamin, dan protein) dan parameter sensori (seperti warna, aroma, rasa). Untuk memenuhi kebutuhan pasar yang sekarang, teknologi pada industri makanan memfokuskan pengembangannya kepada pemrosesan yang tidak berbasis suhu dan atau panas. Teknologi membran menjadi alternatif yang menarik untuk klarifikasi dan konsentrasi makanan cair karena dapat dioperasikan pada suhu ruang, penggunaan energi yang rendah, tingkat performa yang tinggi serta mudah untuk diatur dan dapat memisahkan komponen yang tidak diinginkan dari makanan dengan lebih baik. Aplikasi membran yang digunakan untuk pemrosesasn makanan salah satunya adalah Forward Osmosis (FO). FO menggunakan gaya dorong hanya berupa perbedaan tekanan osmotik. Air mengalir dari sisi umpan (konsentrasi rendah) melewati membran semi-permeabel menuju ke daerah berkonsentrasi tinggi
Pada tahun 1991, penelitian tentang kosentrasi osmotik dari makanan cair telah dipublikasikan, namun tidak berfokus pada parameter operasi yang berpengaruh pada kualitas produk akhir. Hingga kini, FO banyak diaplikasikan sebagai alternatif yang cocok untuk mengonsentrasikan makanan cair. Maka dari itu, tujuan dari makalah ini adalah untuk menjelaskan dan mendiskusikan FOsebagai teknologi untuk mengonsentrasikan makanan cair serta membandingkan dampak penggunaannya terhadap dampak penggunaan dari teknologi konvensional pada aspek sensori dan nutirsi makanan. 2.
Forward Osmosis Fenomena air yang melewati membran selektif permeabel dari daerah berpotensial kimia tinggi menuju daerah berpotensial kimia rendah disebut osmosis. Tekanan osmotik (π) adalah tekanan yang dibutuhkan pada daerah berkonsentrasi tinggi untuk mencegah air melewati membran. Forward Osmosis (FO) merupakan jenis osmosis yang menggunakan satu gaya dorong yakni perbedaan tekanan osmotik diantara kedua sisi 1
membran yaitu aliran air yang merupakan sisi umpan menuju sisi draw solution. Draw solution merupakan larutan yang memiliki kadar garam sehingga memiliki konsentrasi lebih tinggi dibanding sisi umpan dan menyebabkan air dari sisi umpan berpindah ke sisi draw solution. Sebagai akibat dari perpindahan air ini, sisi umpan akan menjadi lebih pekat karena kadar air yang berkurang (terkonsentrat) sedangkan sisi draw solution akan menjadi lebih encer karena air yang ditransfer.
proses FO tidak digunakan karena dianggap nilainya mendekati nol). Gambar 2 menjelaskan gradien konsentrasi draw solution pada membran FO saat pemrosesan makanan cair. Karena zat terlarut dari larutan terdiri dari komponen yang berat molekulnya rendah, akhirnya berdifusi melalui lapisan pendukung menuju lapisan aktif dan menjadi encer akibat perpindahan air dari sisi umpan. Polarisasi konsentrasi adalah zat terlarut berlebih yang terdapat didekat permukaan membran sebagai akibat dari difusi pada lapisan pendukung. Hal ini menyebabkan tekanan osmotik draw solution menjadi lebih rendah yakni disimbolkan sebagai π`DS pada gambar 2 sehingga perbedaan tekanan diantara kedua sisi membran pun menjadi lebih rendah.
Gambar 1. Skema Proses Forward Osmosis (Petrotos et al., 2010)
Gambar 2. Mekanisme FO dalam pemrosesan makanan yang ditandai dengan berpindahnya air dari aliran umpan ke draw solution yang ditempatkan pada lapisan aktif, melalui membran (Nayak and Rastogi, 2010a)
Dari skema proses diatas dapat dijelaskan jika aliran umpan (konsentrasi rendah) dan larutan garam (konsentrasi tinggi) dipompa dan diatur agar menjadi sistem aliran yang bersifat counter current dan closed loop. Larutan garam berdifusi melalui lapisan poros hingga mencapai permukaan membran yang aktif sehingga air yang berasal dari sisi umpan secara partisi berpindah melalui sisi aktif ini dan menyebabkan kadar air dari makanan cair berkurang (makanan cair terkonsentrat). FO menggunakan gabungan membran asimetris yang terdiri atas dua lapisan, yaitu lapisan poros pendukung dan lapisan aktif. Membran dapat ditempatkan diantara umpan dan agen osmotik dengan dua metode yakni umpan mengalir melalui lapisan pendukung atau mengalir melalui lapisan aktif. Metode pertama umumnya digunnakan untuk larutan dengan berat molekul rendah sementara metode kedua umumnya digunakan untuk larutan dengan kandungan yang lebih kompleks karena tingkat polarisasi eksternal yang rendah. Persamaan umum untuk air yang mengalir pada FO adalah:
3.
Perkembangan Pemekatan Ekstrak Makanan Penerapan pertama yang terekam dari aplikasi FO untuk pemrosesan makanan cair terjadi pada tahun 1966. Tabel 1 menunjukan keberlanjutan dari penerapan FO untuk pemrosesan makanan cair. Pada tahun 1966, Popper et al, menggunakan membran RO selullosa asetat polimerik yang datar dan tubular untuk mengonsetratkan ekstrak anggur dari total padatan yang terlarut didalamnya, dengan menggunakan NaCl sebagai draw solution. Namun, terjadi difusi yang tinggi dari garam sehingga memengaruhi rasa dari ekstrak dan membuat ragu akan penggunaan teknologi membran pada makanan. Pada tahun 1990, untuk meminimalisasi masalah ini, Beaudry dan Lampi memodifikasi film tipis dari lapisan membran RO untuk meningkatkan penolakan garam saat filtrasi ekstrak buah jeruk. Hasilnya didapatkan ekstrak jeruk terkonsentrat hingga mencapai 42° Brix dengan menggunakan 72° Brix larutan gula sebagai draw solution danpenolakan garam hingga 99.9% ke dalam larutan umpan dan juga lebih menghalangi perpindahan larutan umpan melalui membran. Suhu dan tekanan rendah yang digunakan pada sistem sangat memengaruhi aspek sensori (rasa dan warna) dari minuman.
Jw = A(πdrawsolution – πfeed – ΔP) Dimana Jw adalah fluks air, A adalah konstanta permeabilitas air dari membran, πdrawsolution adalah tekanan osmotik dari larutan berkonsentrasi lebih tinggi, πfeed adalah tekanan osmotik aliran umpan, dan ΔP adalah beda tekanan antara kedua larutan (pada 2
Analisa untuk aspek sensori dan sentesi dari buah raspberry yang dikonsentratkan melalui proses FO dan evaporasi vakum dikembangkan. Aliran umpan dengan konsntrasi 10-45 ° Brix digunakan dengan sirup gula 69 ° Brix sebagai agen osmotik pada suhu 25° C. Penggunaan kedua proses ini menghasilkan hilangnya sebagian kecil antosianin, menurunnya tingkat polimerisasi pigmen, dan tidak adanya perbedaan rasa. Hal ini menunjukan bahwa kedua ekstrak merupakan sampel yang baik dan dapat disetarakan dengan sampel komersial.
dengan menggunakan FO. Hasil ini menjadikan kombinasi antara membran dan proses termal memiliki daya tarik tersendiri. Tahun 2010, Nayak dan Rastogi, mengonsentratkan ekstrak antosianin dari kokum dengan FO menggunakan 6 molar Nacl sebagai agen osmotik pada 30° C. Didapat hasil fluks air rata-rata sebesar 15 kg/m2.jam. Jumlah kadar padatan terlarut meningkat sebesar 25 kali lipat dari 2° Brix menjadi 25° Brix. Peneliti menyebutkan bahwa ekstrak yang diproses melalui FO memiliki aspek sensori dan nutrisi yang lebih baik, indeks browning yang lebih rendah, dan retensi asam hidroksitrat serta antosianin yang lebih tinggi disbanding pemrosesan termal. Penelitian-penelitian terbaru ini menunjukan bahwa FO memiliki beberapa kelebihan termasuk didalamnya adalah pengawetan komponen bioaktif yang lebih baik dibanding makanan yang telah diproses serta keterbatasan pada pemrosesan termal dan teknologi membran konvensional.
Tabel 1. Ringkasan Berbagai Percobaan Pemekatan makanan dengan FO
4.
Parameter Proses Forward Osmosis Kemampuan dari Forward Osmosis dipengaruhi oleh beberapa parameter seperti material dan konfigurasi membran, temperatur, karateristik aliran umpan dan draw solution, dan kondisi termodinamika. Penjelasan dari parameter proses tersebut akan diberikan lebih lanjut pada tulisan-tulisan dibawah ini. Konfigurasi dan Material Membran. Pada FO, ekstrak buah dapat dikonfigurasikan menuju lapisan aktif ataupun lapisan pendukung dari membran. Adanya larutan dengan berat moleku tinggi pada larutan makanan serta fenomena polarisasi konsentrasi menyebabkan siklus pertama (menuju lapisan aktif) menghasilkan konsentrasi yang lebih tinggi. Nayak dan Rastogi memperoleh peningkatan hingga 180% pada fluks filtrasi dari ekstrak kokum yang ditempatkan pada lapisan aktif daripada ditempakan pada lapisan pendukung. Penempatan pada lapisan pendukung juga dapat menyebabkan kerusakan pada membran jika terdapat komponen pada makanan yang kasar sehingga merusak struktur membran sehingga penempatan pada lapisan aktif nampaknya menjadi satu-satu pilihan. Membran RO aromatik poliamida terkadang digunakan pada FO. Namun dibandingkan dengan membran FO sendiri yang terbuat dari sellulosa asetat, terdapat perbedaan pada keseluruhan tebal lapisan pendukung, struktur, dan hidrofilisitas, yang berdampak pada polarisasi konsentrasi internal, yaitu fenomena umum pada membran anisotrop yang sangat merugikan kondisi dari membran FO. Membran FO yang komersial digunakan adalah membran asimetri yang terbuat dari sellulosa asetat hasi teknologi hidrasi. Lapisan rejeksi membran ini menunjukan permeabilitas air yang rendah dan retensi zat terlarut yang rendah seingga dilakukan pengembangan terhadap membran FO. Pengembangan dilakukan dengan membuat membran berbahan dasar lain seperti poliamida, polietersulfon, polibenzemidasol, yang menghasilkan performa lebih
Tahun 1998-1999 Petrotos mempelajari dampak dari perbedaan membran dan parameter proses pada FO melalui konsentrasi ekstrak dari tomat dalam modul tubular dengan menggunakan gabungan membran RO dan film tipis poliamida aromatic. Diperoleh hasil ratarata fluks air yang lebih tinggi (3.1 kg/m2.jam) dengan 4 molar NaCl sebagai draw solution dan 400 mikrometer membran tebal pada 26° C. Proses lanjutan dari ekstrak jus melalui filtrasi, nanofiltrasi, mikrofiltrasi atau ultrafiltrasi didapatkan juga menghasilkan dampak positif pada fluks. Ekstrak yang diproses melalui ultrafiltrasi menghasilkan nilai terbaik dengan peningkatan sebesar 135% pada fluks osmosis langsung. Tahun 2001, Rodriguez-Saona, mengevaluasi FO dan evaporasi pada evaporator sentriterm serta kombinasi keduanya melalui pengonsentratan ekstrak lobak merah. 60° Brix sirup jagung digunakan sebagai agen osmotik untuk mengonsentratkan 1.1° menjadi 5.5 ° Brix pada suhu ruang. Kadar antosianin yang didapat pun meningkat dari 11 mg menjadi 55 mg per 100 g ekstrak. Sesudah pemrosesan pada suhu tinggi, ekstrak mencapai kadar konsenstrasi 15.5°Brix dan 175 mg antosianin per 100 g ekstrak. Namun, hasil ini juga disertai dengan adanya rasa terbakar dan hilangnya aroma karena menguap dari ekstrak. Karena FO memakan waktu lama dalam pemrosesannya, akhirnya penggabungan antara FO dan proses termal pun dilakukan. Pada tingkat intensitas warna yang dihasilkan evaporator sentritermal dan kombinasi dengan FO menunjukan hasil yang serupa. Namun pada aspek sensori aroma didapat hasil yang lebih baik 3
baik. (Wang et al., 2007; Chou et al., 2010; Yu et al., 2011;). Penelitian ini kebanyakan dilakukan menggunakan air yang dideionisasikan, dan informasi mengenai performa membran terkait makanan masih langka.
pada beberapa kriteria. Sebagai contoh larutan harus memiliki tekanan osmotik yang lebih tinggi dibanding larutan makanan, tidak beracun, juga tidak mahal. Dampak dari karatristik draw solution pada proses osmosis dapat dijelaskan melalui persamaan WilkeChang, dimana koefisien diffusi massa berbanding terbalik dengan viskositas larutan yang teribat. Petrotos, pada tahun 1998, mengevaluasi beberapa larutan untuk mendapatkan draw solution untuk pengonsentrasian ekstrak tomat. Peneliti mendapatkan bahwa NaCl sejumlah 4 molar menghasilkan fluks transmembran terbaik dibandingkan 3.5 molar glukosa, 1.7 molar sukrosa, 2.65 molar CaCl2, dan 1.2 molar polietilen glikol. Hasil ini berkaitan dengan sifat dari NaCl itu sendiri. Agen osmotik (dalam hal ini NaCl) yang memiliki tingkat viskositas lebih rendah menghasilkan difusi yang lebih tinggi serta hambatan perpindahan massa melalui lapisan polarisasi dari medium osmotik yang lebih kecil. Penggunaan draw solution berkonsentrasi tinggi menaikkan nilai fluks air karena diiringi dengan meningkatnya tekanan osmotik garam sehingga meningkatkan beda tekanan osmotik antara draw solution dan umpan. Namun, proses ini juga disertai dengan perpindahan ion yang berdifusi dari agen osmmotik ke dalam umpan karena proses osmosis yang berlangsung. Untuk itu, penggunaan NaCl perlu dipelajari secara baik-baik karena menyebabkan peningkatan konsumsi sodium di masyarakat. Dalam penelitian mengenai pengonsetratan ekstrak nanas, Babu, pada tahun 2006, mendapatkan bahwa kombinasi antara NaCl (2.75 molar) dan sukrosa (0.9 molar), dapat menjadi alternatif untuk menjadi draw solution pada pengonsetratan ekstrak buah karena menghasilkan pengurangan jumlah garam yang bermigrasi dalam proses osmosis langsung. Tahun 2010 diteliti 500 komponen organik serta fluks air dan garam yang melalui membran dan didapat karateristik larutan yang baik untuk menjadi draw solution adalah larut dalam air, mempunyai tekanan osmotik lebih dari 100 bar pada keadaan jenuh, berbentuk padatan pada temperature ruang, tidak berbahaya, dan harganya dibawah 10 USD per liter. (achilli et al., 2010). Setelah mempertimbangkan biaya dan segala karateristik yang ada, peneliti mendapatkan bahwa pilihan terbaik untuk pengonsetratan makanan ialah potassium dan sodium bikarbonat. Temperatur. Dengan meningkatkan temperatur sistem secara positif akan meningkatkan fluks osmotiknya. Melalui persamaan Wilke-Chang yang menyatakan bahwa koefisien difusi massa sebanding dengan temperature absolut. Ditambah lagi bahwa peningkatan temperatur akan menurunkan viskositas larutan dan berdampak pada koefisien difusi, yang mana menghasilkan peningkatan pada fluks transmembran dan laju konsentrasi. Fluks dari ekstrak tomat didapatkan menningkat 64% dengan menaikkan suhu sistem dari 26° C menjadi 60° C melalui penelitian yang dilakukan Petrotos tahun 1998. Tahun 2006, Babu, menyetujui bahwa dengan
Gambar 3. Bentuk konfigurasi membran untuk menghasilkan turbulensi. (A) Bagian atas, dimana draw solution mengalir. (B) Bagian bawah yang dilengkapi pinggiran roda untuk menghasilkan turbulensi. Alternatif lain untuk meningkatkan kemampuan filtrasi FO adalah dengan menaikkan turbulensi dari larutan yang diproses. Pada tahun 2007, Dova, dan tahun 2010, Petrotos, melakukan modifikasi baru pada membran FO yakni dengan menggunakan konfigurasi datar untuk meningkatkan filtrasi makanan cair. Konfigurasi ini meningkatkan turbulensi aliran ekstrak yang melalui sistem (Gambar 3). Bagian yang dinamai B dilengkapi dengan celah orthogonal disepanjang aliran umpan yang terkadang digunakan untuk mendistribusikan makanan cair dan menghasilkan turbulensi. Perolehan fluks yang tinggi secara parsial disebabkan karena tingginya turbulensi dari konfigurasi filtrasinya. Penyusunan membran FO secara umum membutuhkan: Aliran yang cepat dan turbulen tanpa beda tekan yang berlebihan Daerah relatif panjang yang kontak dengan membran tanpa mencemari atau polarisasi konsentrasi dalam umpan yang mengandung zat terlarut yang tinggi sekalipun. Draw Solution. Draw solution merupakan agen osmotik yang berperan sebagai gaya dorong itu sendiri pada proses FO, dan pemilihannya dapat didasarkan 4
menaikkan temperatur sistem dari 25°C menjadi 45°C meningkatkan fluks sebesar 78% pada pengonsetratan ekstrak nanas. Hasil serupa juga diperoleh Nayak dan Rastogi pada tahun 2010, bahwa dengan menaikan suhu dari 25°C menjadi 40°C akan meningkatkan nilai fluks hingga 2 kali lipat lewat pengonsetratan ekstak antosianin dari kokum. Temperatur juga berpengaruh dalam waktu pemrosesan. Waktu yang dibutuhkan untuk mengonsetratkan ekstrak raspberri menjadi 45°Brix, bertambah hingga 2 kali lipat dari 5 jam menjadi 10 jam ketika suhu sistem diturunkan dari 26°C menjadi 8°C. Kondisi Hidrodinamik. Meningkatkan laju alir dari umpan atau draw solution akan menaikkan nilai dari fluks transmembran. Hal ini dapat ditunjukkan melalui reduksi dalam batasan ketebalan lapisan, yang menghasilkan nilai bilangan reynold yang lebih besar sehingga memengaruhi hambatan perpindahan masa pada lapisan terpolarisasi yang berdekatan dengan permukaan membran dan meningkatkan nilai fluks transmembran. Penelitian yang dilakukan Dova tahun 2007, menghasilkan model yakni bahwa hambatan air yang melalui membran akan sebanding dengan laju alir umpan, dan secara eksponensial sebanding dengan laju alir draw solution. Melalui hasil ini dan penelitianpenelitian yang lain, banyak peneliti yang mengevaluasi dampak dari laju alir larutan pada nilai fluks dalam proses FO dan menyetujui jika dengan menaikkan laju alir umpan atau draw solution hingga tiga kali akan meningkatkan nilai fluks hingga 35%. (Petrotos et al.,1998; Babu et al.,2006; Nayak and Rastogi, 2010a). Komposisi Umpan. Karena gaya dorong yang digunakan pada proses FO ialah perbedaan tekanan osmotik antara umpan dan agen osmotik, tingginya konsentrasi umpan akan berdampak negatif pada proses. Ditambah lagi, hal ini juga terhubung dengan peningkatan viskositas yang berpengaruh terhadap keseluruhan koefisien difusi massa dan performa dari FO. Pada pengonsetratan ekstrak tomat didapatkan bahwa ketika total padatan terlarut meningkat dari 4.3°Brix menjadi 11.8°Brix, Petrotos, pada tahun 2008, mendapatkan hasil penurunan yang linear dari nilai fluks air hinnga 53% pada akhir proses. Pada tahun 1999, Petrotos, juga mempelajari efek dari filtrasi ekstrak tomat sebagai proses lanjut dari FO, dan didapatkan hasil peningkatan sebesar 2.4 kali dalam fluks air karena rendahnya nilai viskositas dan pemisahan parsial dari pectin. Makanan merupakan matriks dari komponen dengan berat molekul rendah dan tinggi sehingga menghasilkan banyak variasi dalam pemrosesannya. Melalui hal ini, peneleitian berikutnya mungkin difokuskan pada efek dari parameter FO pada
keberlangsungan proses dan kualtas produk akhir pada spektrum makanan yang lebih luas. 5.
Kesimpulan Pengembangan di bidang teknik dan teknologi membran sangat penting untuk meningkatkatkan laju dari pengurangan kadar air pada makanan cair. Penerlitian harus berfokus kepada model baru dari konfigurasi membran seperti flat, turbular, hollow fiber, dengan permeabilitas air yang tinggi, pengurangan kencendrungan polarisasi konsentrasi, laju penolakan zat terlarut yang tinggi, kestabilan kimia yang tinggi, dan kestabilan mekanik yang tinggi. laju penolakan zat terlarut yang tinggi, kestabilan kimia yang tinggi, dan kestabilan mekanik yang tinggi. Selain itu, penelitian pada draw solution dengan afinitas yang rendah untuk membran polimerik,laju difusi melalui membran polimerik yang rendah, dan kemampuan untuk memproduksi tekanan osmotik yang tinggi sangat penting untuk pengembangan FO pada pemrosesan makanan. Karena draw solution diencerkan saat proses FO erlangsung, medium dari osmotik penting untuk dievaluasi untuk meminimalisasi limbah industri dan konsumsi energi serta untuk menghasilkan industri dalam skala besar untuk FO. Elektrodialisis banyak digunakan untuk memekatkan kembali NaCl dalam larutan garam yang telah encer. Mikroorganisme dan enzim menjadi hal penting bagi kesehatan publik dan pada umumnya menjadi tidak aktif karena melalui proses singkat bertemperatur tinggi. Maka dari itu karena FO adalah teknologi yang menggunakan suhu rendah, perlu dilakukan evaluasi terhadap stabilitas dari mikrobiologi dan biokimia produk makanan hasil FO. Informasi lebih banyak mengenai konsumsi energi dari pemrosesan FO secara besar-besaran sangat dibutuhkan, karena data kecil yang tersedia membandingkan konsentrasi osmotik dengan teknologi lain sebagai keseluruhan proses untuk industri makanan. Forward Osmosis memiliki potensi untuk digunakan sebagai proses alternatif, dan publikasi terbaru menunjukan bukti bahwa FO memiliki beberapa keuntunan dibandingkan teknologi membran konvensional terkait kualitasproduk yang dihasilkan. Meskipun demikian, penelitian lebih lanjut dalam teknik pengonsetratan menggunakan membran osmotik dibutuhkan untuk memungkinkan kepantasan pemakaian dalam skala industri besar pada industri makanan.
5
Daftar Pustaka References Achilli, A., Cath, T.Y., Childress, A.E., 2010. Selection of inorganic-based draw solution for forward osmosis applications. Journal of Membrane Science 364, 233–241. Barros, A.I.R.N.A., Nunes, F.M., Gonçalves, B., Bennett, R.N., Silva, A.P., 2011. Effect of cooking on total vitamin C contents and antioxidant activity of sweet chestnuts (Castanea sativa Mill.). Food Chemistry 128, 165–172. Beaudry, E.G., Lampi, K.A., 1990a. Membrane technology for direct osmosis concentration of fruit juices. Food Technology 44 (6), 121. Beaudry, E.G., Lampi, K.A., 1990b. Osmosis concentration of fruit juices. Fluessiges Cath, T.Y., Childress, A.E., Elimelech, M., 2006. Forward osmosis: principles, applications, and recent developments. Journal of Membrane Science 281, 70–87. Chou, S., Shi, L., Wang, R., Tang, C.Y., Qiu, C., Fane, A.G., 2010. Characteristics and potential applications of a novel forward osmosis hollow fiber membrane. Desalination 261, 365–372. Kechinski, C. P., Guimarães, P. V. R., Noreña, C. P. Z., Tessaro, I. C., & Marczak, L. D. F., 2010. Degradation kinetics of anthocyanin in blueberry juice during thermal treatment. Journal of Food Science 75, 173–176. Dova, M.I., Petrotos, K.B., Lazarides, H.N., 2007a. On the direct osmotic concentration of liquid foods. Part I. Impact of process parameters on process performance. Journal of Food Engineering 78, 422–430. Garcia-Castello, E.M., McCutcheon, J.R., 2011. Dewatering press liquor from orange production by forward osmosis. Journal of Membrane Science 372, 97–101. Garcia-Castello, E.M., McCutcheon, J.R., Elimelech, M., 2009. Performance evaluation of sucrose concentration using forward osmosis. Journal of Membrane Science 338, 61–66. Herron, J.R., Beaudry, E.G., Jochums, C.E., Medina, L.E., 1994. Osmotic concentration apparatus and method for direct osmosis concentration of fruit juices, US Patent Jiao, B., Cassano, A., Drioli, E., 2004. Recent advances on membrane processes for the concentration of fruit juices: a review. Journal of Food Engineering 63, 303–324. Lee, S., Boo, C., Elimelech, M., Hong, S., 2010. Comparison of fouling behaviour forward osmosis and reverse osmosis. Journal of Membrane Science 365 (1–2), McCutcheon, J.R., Elimelech, M., 2008. Influence of membrane support layer hydrophobicity on water flux in osmotically driven membrane processes. Journal of Membrane Science 318, 458–466. Nayak, C.A., Rastogi, N.K., 2010a. Forward osmosis for the concentration of anthocyanin from Garcinia indica Choisy. Separation and Purification Nayak, C.A., Rastogi, N.K., 2010b. Comparison of membrane distillation and forward osmosis membrane processes for concentration of anthocyanin. Desalination and Water Treatment 16, 134–145. Nayak, C.A., Valluri, S.S., Rastogi, N.K., 2011. Effect of high or low molecular weight of components of feed on transmembrane flux during forward osmosis. Journal of Food Engineering 106 (1), 48–52. Nisha, P., Singhal, R.S., Pandit, A., 2009. The degradation kinetics of flavor in black pepper (Piper nigrum L.). Journal of Food Engineering 92, 44–49. Petrotos, K.B., Lazarides, H.N., 2001. Osmotic concentration of liquid foods. Journal of Food Engineering 49, 201– 206. Petrotos, K.B., Quantick, P.C., Petropakis, H., 1998. A study of the direct osmotic concentration of tomato juice in tubular membrane–module configuration. I. The effect of certain basic process parameters on the process performance. Journal of Membrane Science, 150(1), 99-110. Petrotos, K.B., Quantick, P.C., Petropakis, H., 1999. Direct osmotic concentration of tomato juice in tubular membranemodule configuration. II. The effect of using clarified tomato juice on the process performance. Journal of Membrane Science 160, 171–177. Petrotos, K.B., Tsiadi, A.V., Poirazis, A., Papadopoulus, D., Petropakis, H., Gkoutsidis, P., 2010. A description of a flat geometry direct osmotic concentrator to concentrate tomato juice at ambient temperature and low pressure. Journal of Food Engineering 97, 235–242. Phillip, W.A., Yong, J.S., Elimelech, M., 2010. Reverse draw solute permeation in forward osmosis: modeling and experiments. Environmental Science and Technology 44, 5170–5176. Popper, K., Camirand, W.M., Nury, F., Stanley, W.L., 1966. Dialyzer concentrates beverages. Journal of Food Engineering 38, 102–104. Provesi, J.G., Dias, C.O., Amante, E.R., 2011. Changes in carotenoids during processing and storage of pumpkin puree. Food Chemistry 128, 195–202. Rodriguez-Saona, L.E., Giusti, M.M., Durst, R.W., Wrolstad, R.E., 2001. Development and process optimization of red radish concentrate extract as potential natural red colorant. Journal of Food Processing Preservation 25, 165–182. Singh, H., Creamer, L.K., 1992. The heat stability of milk. In: Fox, P.F. (Ed.), Advanced Dairy Chemistry I: Proteins. Elsevier Applied Science Publishers, London, UK, pp. 621–656. Singh, H., Fox, P.F., 1985. The heat stability of milk: pH-dependent dissociation of micellar j-casein on heating milk at ultra-high temperatures. Journal of Dairy Research 52, 529–538. 6
Tan, C.H., Ng, H.Y., 2008. Modified models to predict flux behavior in forward osmosis in consideration of external and internal concentration polarizations. Journal of Membrane Science 324, 209–219. Tang, C.Y., She, Q., Lay, W.C.L., Wang, R., Fane, A.G., 2010. Coupled effects of internal concentration polarization and fouling on flux behavior of forward osmosis membranes during humic acid filtration. Journal of Membrane Science 354, 123–133. Petrotos, K. B., Quantick, P., & Petropakis, H. (1998). A study of the direct osmotic concentration of tomato juice in tubular membrane–module configuration. I. The effect of certain basic process parameters on the process performance. Journal of Membrane Science 150, 99–110. Timoumi, S., Mihoubi, D., Zagrouba, F., 2007. Shrinkage, vitamin C degradation and aroma losses during infra-red drying of apple slices. LWT – Food Science and Technology, 40, 1648–1654. Valluri, S.S., 2010. Forward osmosis for concentration of liquid foods. Dissertation, Van den Hout, R., Meerdink, G., Van’t Riet, K., 1999. Modeling of the inactivation kinetics of the trypsin inhibitors in soy flour. Journal of the Science of Food and Agriculture 79, 63–70. Wang, K.Y., Chung, T.S., Qin, J.J., 2007. Polybenzimidazole (PBI) nanofiltration hollow fiber membranes applied in forward osmosis process. Journal of Membrane Science 300, 6–12. Wei, J., Qiu, C., Tang, C.Y., Wang, R., Fane, A.G., 2011. Synthesis and characterization of flat-sheet thin film composite forward osmosis membranes. Journal of Membrane Science 372, 292–302. Wenten, I.G.; Aryanti, P.T.P.; 2014. “Teknologi Membran dalam Pengolahan Pangan.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Wenten, I.G.; Khoiruddin; Aryanti, P.T.P.; Hakim, A.N.; 2010. “Pengantar Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Wenten, I.G.; Khoiruddin; Aryanti, P.T.P.; Hakim, A.N.; 2012. “Teori Perpindahan Dalam Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Wenten. I.G.; 2014. “Perkembangan Terkini di Bidang Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Wilke, C.R., Chang, P., 1955. Correlation of diffusion coefficients in dilute solutions. AIChE Journal, 1, 264-270. Wong, M., Winger, R.J., 1999. Direct osmotic concentration for concentrating liquid foods. Food Australia 51 (5), 200– 205. Wrolstad, R.E., McDaniel, M.R., Durst, R.W., Micheals, N., Lampi, K.A., Beaudry, E.G., 1993. Composition and sensory characterization of red raspberry juice concentrated by direct-osmosis or evaporation. Journal of Food Science 58, 633–637. Xiao, D., Tang, C.Y., Zhang, J., Lay, W.C.L., Wang, R., Fane, A.G., 2011. Modeling salt accumulation in osmotic membrane bioreactors: implications for FO membrane selection and system operation. Journal of Membrane Science 366, 314–324. Yu, Y., Seo, S., Kim, I.C., Lee, S., 2011. Nanoporous polyethersulfone (PES) membrane with enhanced flux applied in forward osmosis process. Journal of Membrane Science 375, 63–68. Zavareze, E.R., Dias, A.R.G., 2011. Impact of heat-moisture treatment and annealing in starches: a review. Carbohydrate Polymers 83, 317–328. Zou, S., Gu, Y., Xiao, D., Tang, C.Y., 2011. The role of physical and chemical parameters on forward osmosis membrane fouling during algae separation. Journal of Membrane Science 366, 356–362.
7
