KAJIAN AWAL PENERAPAN MEDAN PULSA LISTRIK TEGANGAN TINGGI ( High Pulsed Electric Field ) UNTUK INAKTIVASI MIKROORGANISME PADA PRODUK SUSU SAPI SEGAR

KAJIAN AWAL PENERAPAN MEDAN PULSA LISTRIK TEGANGAN TINGGI ( High Pulsed Electric Field ) UNTUK INAKTIVASI MIKROORGANISME PADA PRODUK SUSU SAPI SEGAR

Oleh : IDA AYU RATIH STEFANI F14053234

2009 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

KAJIAN AWAL PENERAPAN MEDAN PULSA LISTRIK TEGANGAN TINGGI ( High Pulsed Electric Field ) UNTUK INAKTIVASI MIKROORGANISME PADA PRODUK SUSU SAPI SEGAR

SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh : IDA AYU RATIH STEFANI F14053234

2009 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

Ida Ayu Ratih Stefani. F14053234. KAJIAN AWAL PENERAPAN MEDAN PULSA LISTRIK TEGANGAN TINGGI (High Pulsed Electric Field) UNTUK INAKTIVASI MIKROORGANISME PADA PRODUK SUSU SAPI SEGAR. Di bawah bimbingan : Dr. Ir. Sutrisno, M. Agr .2009. RINGKASAN Susu merupakan bahan makanan yang bernutrisi tinggi. Akan tetapi produksi susu dalam negeri belum dapat mencukupi kebutuhan susu nasional yang saat ini telah mencapai 1.5 miliar liter per tahun. Kekurangan pasokan yang hampir mencapai 67 % terpaksa ditutup dengan melakukan impor. Besarnya jumlah impor menyebabkan harga susu cenderung tinggi dan berdampak pada rendahnya tingkat konsumsi susu dalam negeri. Berbagai upaya dilakukan untuk meningkatkan susu bukan hanya dari kuantitas tetapi juga kualitas. High Pulsed Electric Field (HPEF) atau Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi merupakan teknologi inaktivasi mikroorganisme terbaru yang diterapkan pada bahan pangan. Kendala utama HPEF yaitu biaya aplikasi dan perawatan yang mahal. Sehingga dilakukan modifikasi HPEF menggunakan fly back TV sebagai pembangkit tegangan untuk mengkaji penerapan HPEF dalam menginaktivasi mikroorganisme pada produk susu sapi segar. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui parameter kritis alat HPEF, mengetahui kinerja teknis HPEF dari segi penghitungan jumlah mikroorganisme sebelum dan sesudah inaktivasi, suhu produk di dalam chamber selama proses inaktivasi berlangsung, mengetahui pengaruh perlakuan suhu dan jarak antar elektroda terhadap laju inaktivasi serta membuat model matematis laju inaktivasi mikroorganisme. Penelitian dibagi menjadi dua tahap yaitu penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Berdasarkan hasil penelitian pendahuluan diperoleh metode holding chamber selama 5 jam dengan jarak antar elektroda 3 mm yang paling efektif menurunkan jumlah mikroorganisme sampai 1.7 log cfu/mL. Penelitian utama dilakukan dengan 6 kombinasi perlakuan menggunakan 2 faktor, yaitu suhu kamar (24-280C) dan suhu dingin (4-80C) masing-masing pada jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm. Parameter mikroorganisme yang diamati yaitu jumlah mikroorganisme keseluruhan dengan menggunakan metode Total Plate Count (TPC). Pengukuran suhu produk di dalam chamber dan parameter kritis alat dilakukan secara terpisah karena keterbatasan alat. Pengukuran suhu produk di dalam chamber menggunakan termocouple dengan 3 titik pengukuran yaitu atas, tengah dan bawah, sedangkan pengukuran parameter kritis alat menggunakan oscilloscope. Berdasarkan hasil statistik menunjukkan bahwa perlakuan suhu dan jarak antar elektroda berpengaruh nyata terhadap laju inaktivasi mikroorganisme. Inaktivasi mikroorganisme pada suhu ruang menunjukkan laju yang lebih besar dibandingkan pada suhu dingin. Hal ini disebabkan mobilitas terjadinya kehilangan ion lebih besar pada suhu kamar. Kehilangan ion yang besar dalam suatu sel akan mempercepat kematian sel. Ini ditunjukkan dari rata-rata hasil perhitungan laju inaktivasi pada suhu kamar sebesar 0.33 log cfu/mL /jam dan 0.11 log cfu/mL/jam pada suhu dingin masing-masing dengan jarak antar elektroda 3 mm. Pengaruh nyata pada masing-masing jarak antar elektroda dapat dilihat dari rata-rata hasil laju inaktivasi pada jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm secara berturut-turut yaitu 0.33, 0.24 dan 0.18 log cfu/mL/jam pada

perlakuan suhu ruang dan 0.11, 0.04 dan 0.02 log cfu/mL/jam pada perlakuan suhu dingin. Ini menunjukkan semakin kecil jarak antar elektroda maka laju inaktivasi mikroorganisme yang terjadi akan semakin besar baik pada suhu ruang maupun suhu dingin. Hasil pengukuran suhu tidak menunjukkan adanya kenaikan suhu yang cukup besar selama proses. Inaktivasi yang berlangsung terjadi karena adanya pengaruh kuat medan listrik yang dihasilkan dari jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm dengan kuat medan listrik masing-masing 0.28 kV/mm, 0.21 kV/mm dan 0.17 kV/mm. Berdasarkan pengukuran diperoleh parameter kritis alat dengan lebar pulsa sebesar 40 µs (microsecond) dengan Duty Cycle 25 %. Sedangkan untuk tegangan puncak (peak to peak) nilai yang diperoleh sebesar 1200 V dan tegangan efektif yang terukur 832 V. Waktu perlakuan yang diberikan selama 5 jam menghasilkan 450 Mega Pulsa. Model matematis untuk laju inaktivasi mikroorganisme pada alat HPEF adalah sedangkan pada suhu dingin

.

.

.

.

.

Kata kunci : Susu, High Pulsed electric Field (HPEF), inaktivasi mikroorganisme

,

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR KAJIAN AWAL PENERAPAN MEDAN PULSA LISTRIK TEGANGAN TINGGI (High Pulsed Electric Field) UNTUK INAKTIVASI MIKROORGANISME PADA PRODUK SUSU SAPI SEGAR

SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh : IDA AYU RATIH STEFANI F14053234 Dilahirkan pada tanggal 8 September 1987 di Denpasar, Bali Tanggal Lulus : Menyetujui, Bogor, Juni 2009

Dr. Ir Sutrisno, M. Agr. NIP. 131 564 497 Mengetahui,

Dr.Ir. Desrial, M.Eng. Ketua Departemen Teknik Pertanian

SURAT PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini, Nama

: Ida Ayu Ratih Stefani

NRP

: F 14053234

Departemen

: Teknik Pertanian (TEP)

Fakultas

: Teknologi Pertanian (FATETA)

Universitas

: Institut Pertanian Bogor (IPB)

menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul ” Kajian Awal Penerapan Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field) Untuk Inaktivasi Mikroorganisme Pada Produk Susu Sapi Segar” merupakan karya tulis saya pribadi dengan bimbingan dan arahan dari dosen pembimbing, kecuali dengan jelas disebutkan rujukannya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya tanpa tekanan dari siapapun.

Bogor, Juni 2009 Penulis,

Ida Ayu Ratih Stefani

RIWAYAT HIDUP

Ida Ayu Ratih Stefani lahir di Denpasar pada tanggal 8 September 1987 dari ayah Drs. Ida Bagus Surya Manuaba, S.pd, M.For dan Ibu Annie Margaretha Goller, S.Km. Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara. Penulis menempuh sekolah dasar di SD Cipta Dharma Denpasar selama 6 tahun dari 1993-1999. Setelah lulus pendidikan dasar, penulis melanjutkan pendidikan menengah pertama di SLTP Negeri 3 Denpasar selama 3 tahun dari 1999-2002. Setelah lulus pendidikan menengah pertama, penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMU Negeri 3 Denpasar selama 3 tahun dari

2002-2005. Pada tahun 2005, penulis diterima di Institut

Pertanian Bogor melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru) dan tahun 2006 penulis diterima di Departemen Teknik Pertanian Selama menjadi mahasiswa IPB, penulis pernah aktif menjadi pengurus organisasi yaitu Kesatuan Mahasiswa Hindu Dharma (KMHD), Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian bidang keteknikan, UKM Tenis Lapangan, serta aktif dalam berbagai kepanitian. Pada bulan Juli sampai Agustus 2008, penulis melaksanakan Praktek Lapang di PT Kalbe Morinaga Indonesia, Cikampek pada Departemen Produksi dengan topik ” Mempelajari Aspek Keteknikan Pertanian Pada Proses Pengolahan Susu di PT Kalbe Morinaga Indonesia”. Penulis melakukan penelitian untuk tugas akhir di Laboratorium Teknologi Industri Pertanian IPB pada bulan November 2008 sampai Mei 2009 dengan judul skripsi Kajian Awal Penerapan Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field ) Untuk Inaktivasi Mikroorganisme Pada Produk Susu Sapi Segar.

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke Ida Sang Hyang Widhi Wasa atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan kepada penulis, sehingga laporan akhir yang berjudul “ Kajian Awal Penerapan Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field) Untuk Inaktivasi Mikroorganisme Pada Produk Susu Sapi Segar” ini dapat penulis selesaikan. Pada Kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Papa, Mama, Tuniang, Tukakyang dan Dek Yoga yang senantiasa memberikan doa, nasehat, serta dukungan moril dan material yang tak terhingga nilainya. 2. Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr. selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan waktu, ilmu dan arahan hingga selesainya laporan akhir ini. 3. Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr. dan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr. selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak masukan, waktu dan bimbingan. 4. Almarhum Dr. Ir. Suroso, M.Agr. yang telah menjadi inspirasi bagi penulis untuk selalu berjuang menjadi yang terbaik. 5. Pak Susilo, Pak Budi, Bu Rara, Pak Sugiyono yang telah memberikan ilmu dan bantuannya selama penelitian. Terima kasih atas kerjasamanya. 6. Seluruh staf dan dosen pengajar Departemen Teknik Pertanian IPB yang telah memberikan ilmunya selama proses belajar di Teknik Pertanian IPB. 7. Bu Ega, Pak Sugi, Pak Sulyaden, Pak Andri dan seluruh teknisi yang telah banyak membantu penulis selama penelitian. 8. Kakak TIN’41, TEP’41(kak Anes, kak Asep), TIN’42, ITP’42, Andri (Statistik) dan teman-teman FAPET. Terima kasih atas bantuan, doa, ilmu dan semangatnya. 9. Nata Biksuka yang telah menjadi partner life bagi penulis selama 3.5 tahun ini.

i

10. Putie, Opeck, Lovi, Fandra, Jamz, Henie, Cinin, Agung PL, Dian, Okta, Ika, Anggi, Aren, Ami, Eka dan seluruh teman-teman TEP’42 terima kasih atas kebersamaan yang indah ini, atas doa, semangat dan dukungannya. 11. Temen-temen Wisma Ananda yang sudah banyak membantu dalam mengkondisikan situasi, khususnya Debbie Napitulu dan Agnes Aulia yang selalu memberikan semangat pada penulis. Terima kasih telah menjadi teman terbaik saat suka maupun duka. 12. Ayu, Arya, Ria, Eka dan seluruh teman-teman KMHD terima kasih atas persaudaraan, dukungan dan doanya. 13. Ibu, Ajik, Mbok Gek Ratih, Bu Treni, Bu Sri, Tuniang Sloka, Kakak dan seluruh keluarga besar. Terima kasih atas kasih sayang dan doanya. Mohon maaf atas pihak-pihak yang telah banyak membantu penulis namun tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas semua bantuannya, semoga laporan akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan penulis sendiri. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan untuk perbaikan tulisan selanjutnya. Bogor, Juni 2009

Penulis

ii

DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ............................................................................................. i DAFTAR ISI .......................................................................................................... iii DAFTAR TABEL ....................................................................................................v DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii I. PENDAHULUAN ................................................................................................1 A.

Latar Belakang.............................................................................................1

B.

Tujuan ..........................................................................................................4

II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................5 A.

Susu .............................................................................................................5

B.

Susu Pasteurisasi..........................................................................................7

C.

Pengolahan Susu ..........................................................................................8

D.

Pasteurisasi Susu .........................................................................................8

E.

Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi atau High Pulsed Electric Field (HPEF) .......................................................................................................11

F.

Mekanisme Inaktivasi Oleh High Pulsed Electric Field (HPEF) ..............13

G.

Model Inaktivasi Mikroorganisme Dengan High Pulsed Electric Field (HPEF) .......................................................................................................14

III. METODOLOGI PENELITIAN.......................................................................17 A.

Waktu dan Tempat .....................................................................................17

B. Alat dan Bahan ...........................................................................................17 C. Metode ........................................................................................................18 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................28 A.

Penelitian Pendahuluan ..............................................................................28

iii

B.

Penelitian Utama ........................................................................................30 1. Kinerja Teknis HPEF (High Pulsed Electric Field)..………………….30 1.1. Mikroorganisme Terinaktivasi…………………………………....30 1.2. Pengaruh Jarak Antar Elektroda dan Suhu……….........................34 2. Kualitas Fisik…………………………………………………..............40 3. Metode HTST (High Temperature Short Time), LTLT (Low Temperature Long Time) dan HPEF (High Pulsed Electric Field)……42 4. Suhu Produk…………………………………………………………... 45 5. Parameter Kritis Alat…………………………………………………..46 5.1. Kuat Medan Listrik……………………………………………… 46 5.2. Bentuk Pulsa...................................................................................47 5.3. Waktu Perlakuan.............................................................................48 6. Model Matematis Laju Inaktivasi Mikroorganisme…………………...50

V. KESIMPULAN DAN SARAN .........................................................................54 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................56 LAMPIRAN ...........................................................................................................58

iv

DAFTAR TABEL Nomor

Halaman

1. Komposisi Kuantitatif Susu…………………………………...........................1 2. Data Statistik Konsumsi Susu............................................................................2 3. Kandungan Gizi dan Vitamin Susu....................................................................5 4. Batas Maksimum Cemaran Mikroba Dalam Susu Pasteurisasi.......................10 5. Kombinasi Rancangaan Acak Lengkap...........................................................24 6. Data Hasil Penelitian Pendahuluan..................................................................28 7. Data Perhitungan Nilai Hambatan dan Arus Di Dalam Chamber...................50

v

DAFTAR GAMBAR Nomor

Halaman

1. Peternakan Sapi Perah........................................................................................6 2. Pemerahan Susu.................................................................................................6 3. Alat Pasteurisasi Susu……………………………………………....................9 4. Skematik Alat Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field)................................................................................................................11 5. Teknologi HPEF Skala Komersial Yang Dikembangkan.................................12 6. Diagram Skematik Kerusakan Elektrik (electrical breakdown)……………...14 7. Rangkaian Alat High Pulsed Electric Field (HPEF)........................................22 8. Rancangan Percobaan.......................................................................................24 9. Diagram Alir Penelitian Pendahuluan ............................................................. 25 10.Diagram Alir Penelitian Utama.........................................................................27 11.Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Dengan HPEF Pada Penelitian Pendahuluan....................................................................................30 12.Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Dengan HPEF Pada Jarak Elektroda : (a) 3 mm; (b) 4 mm dan (c) 5 mm........................................33 13.Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Dengan HPEF Pada Ketiga Jarak Antar Elektroda: (a) sample 1 dan (b) sample 2.........................34 14.Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Pada Jarak Antar Elektroda 3 mm: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin.......................................35 15.Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Pada Jarak Antar Elektroda 4 mm: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin.......................................36

vi

16.Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Pada Jarak Antar Elektroda 5 mm: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin.......................................37 17.Grafik Inaktivasi Mikroorganisme Pada Berbagai Perlakuan Jarak Elektroda : (a) sample 1 ; (b) sample 2 pada suhu ruang dan (c) sample 1; (d) sample 2 pada suhu dingin..............................................................................................38 18.Hasil Pengujian Mikroorganisme......................................................................41 19.Grafik Inaktivasi Mikroorganisme Pada Berbagai Perlakuan Jarak Elektroda Dan Waktu.......................................................................................................41 20.Grafik Inaktivasi Mikroorganisme Pada Pasteurisasi Menggunakan LTLT, HTST, dan HPEF : (a) sample 1 dan (b) sample 2 pada suhu ruang...............44 21.Grafik Pengukuran Suhu Produk Pada Ketiga Chamber: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin.......................................................................................................48 22. Bentuk Pulsa Eksponensial...............................................................................4 23.Hasil Pengukuran Bentuk Pulsa........................................................................48 24.Grafik Hubungan Laju Inaktivasi Mikroorganisme Dengan Kuat Medan Listrik: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin......................................................50 25.Grafik Hubungan Hasil Percobaan Dengan Hasil Dugaan: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin.................................................................................................52

vii

DAFTAR LAMPIRAN Nomor

Halaman

Lampiran 1. Daftar Istilah ....................................................................................59 Lampiran 2. Data Hasil Analisis Total Mikroorganisme Pada Suhu Ruang (Penelitian Pendahuluan)...................................60 Lampiran 3. Data Hasil Analisis Mikroorganisme................................................61 Lampiran 4. Perhitungan Laju Inaktivasi Mikroorganisme...................................65 Lampiran 5. Tabel Data Hasil Pengukuran Produk Dalam Chamber Pada Suhu Ruang.............................................................................67 Lampiran 6. Tabel Data Hasil Pengukuran Produk Dalam Chamber Pada Suhu Dingin.............................................................................68 Lampiran 7. Analisis Sidik Ragam Faktorial.........................................................69 Lampiran 8. Tabel Analisis Ragam Faktorial........................................................70 Lampiran 9. Uji Lanjut Duncan............................................................................71 Lampiran10.Data Sekunder Inaktivasi Mikroorganisme Menggunakan Metode LTLT...................................................................................72 Lampiran11.Data Sekunder Inaktivasi Mikroorganisme Menggunakan Metode HTST...................................................................................73 Lampiran12.Pengujian Mikrobiologis Air Susu....................................................74 Lampiran13.Perhitungan Laju Inaktivasi Hasil Dugaan………………………...75 Lampiran14.Gambar Rangkaian Alat High Pulsed Electric Field (HPEF)..........77 Lampiran15.Prinsip Kerja Alat.............................................................................78 Lampiran16.Prosedur Kerja..................................................................................79 Lampiran17.Konstanta Model Kinetika Hulsheger Untuk berbagai Jenis Mikroorganisme.......................................................................80 viii

ix

I. PENDAHULUAN A.

Latar Belakang Susu merupakan hasil sekresi dari kelenjar susu hewan mamalia yang

diperoleh dengan cara pemerahan. Susu merupakan bahan makanan yang bernilai nutrisi tinggi. Kandungan lengkap kelima gizi utama terdapat dalam susu. Adapun komposisi penyusun utama susu dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Kuantitatif Susu Komponen Utama

Batasan dari Variasi (%)

Nilai Rataan (%)

Air

85.5 – 89.5

87.5

Total Padatan

10.5 – 14.5

13.0

Lemak

2.5 – 6.0

3.9

Protein

2.9 – 5.0

3.4

Laktosa

3.6 – 5.5

4.8

Mineral

0.6 – 0.9

0.8

Sumber : Sudarwanto (1996) Salah satu target pemerintah sampai tahun 2009 yaitu peningkatan produksi susu dalam negeri menjadi 15 liter/laktasi/hari dari produksi susu dalam negeri saat ini yang hanya mampu mencapai 10 liter/laktasi/hari. Idealnya produksi susu dalam negeri dapat ditingkatkan hingga 20 liter/laktasi/hari. Belum tercapainya kondisi ideal ini menyebabkan 67% susu masih harus diimpor dari luar untuk memenuhi kebutuhan susu dalam negeri yang mencapai 1.5 miliar liter per tahun. Kebutuhan impor yang besar menjadikan harga susu cenderung tinggi. Tingginya harga susu ini berdampak pada rendahnya tingkat konsumsi susu dalam negeri. Dibandingkan dengan negara lain, seperti yang terlihat pada Tabel 2, tingkat konsumsi susu di Indonesia hanya mencapai 7.7 liter per tahun per orang (http://depdagri.go.id/).

1

Tabel 2. Data Statistik Konsumsi Susu Nama Negara

Konsumsi Susu (liter/orang/tahun)

India 44.9 Malaysia 25.0 Thailand 25.0 Singapura 20.0 Filipina 11.0 Vietnam 8.5 Indonesia 7.7 Sumber : http://depdagri.go.id/ Selain itu meningkatnya kepedulian konsumen akan rasa, warna, aroma dan nilai gizi dari makanan yang dimakan juga menjadi tantangan ke depan untuk meningkatkan produksi susu dalam negeri bukan hanya dari kuantitas tetapi juga kualitas. Susu memiliki kelemahan karena termasuk bahan makanan yang mudah rusak (perishable food). Hal ini disebabkan kandungan bahan di dalam susu seperti zat gizi, pH dan suhu, sesuai dengan pertumbuhan mikroorganisme terutama mikroorganisme perusak atau pembusuk (Sudarwanto, 1996). Bahkan susu dapat bertindak sebagai sumber penularan penyakit yang membahayakan kesehatan manusia. Saat ini pasteurisasi merupakan proses yang paling banyak digunakan untuk meningkatkan umur simpan dan menjaga keamanan makanan dengan menginaktivasi jamur dan mikroorganisme berbahaya. Pasteurisasi susu merupakan salah satu cara pengawetan susu melalui pemanasan pada suhu tertentu di bawah titik didih susu. Akan tetapi pemanasan susu di bawah titik didih menyebabkan susu pasteurisasi belum bebas dari sejumlah mikroorganisme. Pemanasan pada proses pasteurisasi susu dapat menjadi titik kritis untuk perkembangan mikroorganisme yang tahan terhadap suhu tinggi. Banyak hasil penelitian yang menunjukkan bahwa warna, aroma dan nutrisi dapat mengalami degradasi karena panas, untuk itu diperlukan adanya 2

suatu metode alternatif lain untuk pengolahan makanan. Metode nonthermal menjadi salah satu alternatif pilihan yang dapat memberikan kesegaran seperti proses makanan yang diolah secara minimal dengan kehilangan yang kecil dari segi warna, aroma dan nutrisi. Kelompok peneliti dari berbagai dunia mempelajari penggunaan Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi atau High Pulsed Electric Field (HPEF) sebagai salah satu metode nonthermal yang dapat menjadi alternatif metode pengolahan makanan secara konvensional (Gustavo et al., 2000). Proses pasteurisasi makanan dengan menggunakan metode HPEF memiliki beberapa kelebihan, salah satunya dapat menghasilkan produk makanan dengan kualitas yang tinggi dari segi rasa, kandungan nutrisi dan umur simpan. Teknologi HPEF juga memiliki kebutuhan energi yang lebih rendah dibandingkan dengan HTST (High Temperature Short Time). Proses inaktivasi mikroorganisme yang lebih efektif, mudah dan aman, dapat menghasilkan produk susu sapi dengan sifat fungsional yang optimal, tidak mengalami perubahan penampakan fisik dan dapat mencapai standar kualitas produk yang memiliki daya saing di pasaran. Metode Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi atau HPEF (High Pulsed Electric Field) merupakan teknologi inaktivasi mikroorganisme terbaru yang diterapkan pada bahan pangan. Kendala utama metode HPEF ini antara lain yaitu biaya aplikasi dan perawatan yang sangat mahal, selain itu metode ini mempunyai kelemahan karena pengaruh kuat medan listrik terhadap kandungan nutrisi yang memiliki cairan dielektrium belum dapat dijelaskan. Beberapa modifikasi unit HPEF telah dilakukan untuk mengkaji penerapan HPEF untuk menginaktivasi mikroorganisme, salah satunya dengan mengganti komponen pembangkit tegangan (generator) menggunakan fly back TV.

3

B.

Tujuan Penelitian ini bertujuan mengkaji penerapan Medan Pulsa Listrik Tegangan

Tinggi atau High Pulsed Electric Field (HPEF) untuk inaktivasi mikroorganisme, dengan bahan uji berupa produk susu sapi segar. Secara khusus, tujuan penelitian ini yaitu sebagai berikut : 1. Mengetahui parameter kritis alat HPEF dalam inaktivasi mikroorganisme. 2. Mengetahui kinerja teknis HPEF dari sisi : -

Mengetahui

jumlah

mikroorganisme

sebelum dan

sesudah

inaktivasi. -

Mengetahui pengaruh perlakuan suhu dan jarak antar elektroda terhadap laju inaktivasi mikroorganisme.

-

Mengetahui perubahan suhu susu di dalam chamber selama proses inaktivasi berlangsung.

3. Membuat model matematis laju inaktivasi mikroorganisme.

4

II. TINJAUAN PUSTAKA A.

Susu Badan Standarisasi Nasional (1998) dalam SNI No. 01-3141-1998

mendefinisikan susu segar sebagai cairan yang berasal dari ambing sapi sehat, yang diperoleh dengan cara pemerahan yang benar, tidak mengalami penambahan atau pengurangan suatu komponen apapun dan tidak mengalami pemanasan. Komposisi gizi pada susu secara umum terdiri atas protein (30%), karbohidrat (10%) dan lemak (40%) (Supardi dan Sukamto, 1999). Kandungan gizi serta vitamin secara lengkap yang terdapat dalam susu ditampilkan pada Tabel 3. Tabel 3. Kandungan Gizi dan Vitamin Susu Kandungan (unit/100gram)

Kandungan Gizi

Kalori 67.50 Protein (g) 3.50 Lemak (g) 4.25 Karbohidrat (g) 4.75 Calcium (mg) 119.00 Sodium (mg) 50.00 Potasium (mg) 152.00 Vitamin A (IU) 148.00 Thiamin B1 (µg) 37.00 Riboflavin B2 (µg) 160.00 Pyridoxine B6 (µg) 46.00 Cyanocobalamine B12 (µg) 0.39 Vitamin C (mg) 1.50 Sumber : Tamime dan Robinson (1989) dalam Dinni (2008) Dwidjoseputro (1987) dalam Dinni (2008) menjelaskan bahwa susu memiliki fungsi sebagai media terbaik untuk hidup mikroorganisme yang terkandung di dalamnya, sehingga pertumbuhan bakteri dalam susu sangat cepat, yaitu setiap 20 hingga 30 menit akan berlipat ganda. Hal ini menjadi alasan utama bahwa susu merupakan produk yang sangat mudah mengalami kerusakan serta tidak memiliki waktu penyimpanan lama tanpa pengolahan lebih lanjut.

5

Gambar 1. Peternakan Sapi Perah

Gambar 2. Pemerahan Susu Rataan total kandungan bakteri awal dalam susu adalah sebesar 1x10 3 cfu/mL sampai 1x10 6 cfu/mL. Jenis bakteri yang terkandung dalam susu sangat bervariasi, dengan jenis yang terbanyak adalah bakteri Streptococcus sp. (0-55%) dan Micrococcus sp. (30-39%), sedangkan untuk bakteri Gram positif, Bacillus dan bakteri lainnya memiliki kisaran sebesar 10 % (Cousins dan Bramley, 1981 dalam Dinni, 2008). Pada umumnya mikroorganisme hidup dan berkembang biak secara optimal pada suhu 37 0C, sedangkan pada suhu 20-30 0C pertumbuhan mikroorganisme aktif dan menjadi tidak aktif pada suhu kurang dari 10 0C (Ressang dan Nasution, 1982 dalam Dinni, 2008). Menurut Rahman et al. (1992) pertumbuhan mikroba pada susu dapat menimbulkan berbagai perubahan karakteristik. Pembentukan asam, gas, pelendiran, serta perubahan cita rasa dan warna merupakan perubahan 6

karakteristik yang sering dijumpai pada susu akibat adanya mikroorganisme. Lampert (1970) dalam Dinni (2008) menjelaskan bahwa mikroorganisme dalam susu dapat berasal dari peralatan yang kurang bersih, sumber air dan kandang yang kurang terawat, dengan mikroorganisme yang umum didapatkan adalah bakteri psikotrofik, seperti Enterobacter, Bacillus dan Flavobacterium. B.

Susu Pasteurisasi Menurut Badan Standarisasi Nasional (1995) dalam SNI No. 01-3951-1995

susu pasteurisasi merupakan susu segar, susu rekonstitusi, susu rekombinasi yang telah mengalami proses pemanasan pada suhu 63-66 0C selama minimum 30 menit atau pada pemanasan 72 0C selama minimum 15 detik, kemudian segera didinginkan hingga 10 0C, selanjutnya diperlakukan secara aseptis dan disimpan pada suhu maksimum 4.4 0C. International Dairy Federation (1983) dalam Dinni (2008) menyatakan bahwa susu pasteurisasi merupakan produk susu yang telah mengalami proses pasteurisasi, yang bila dijual ke retail atau pengecer mengalami pendinginan terlebih dahulu tanpa adanya suatu penundaan dan dikemas dengan kondisi penundaan minimum untuk meminimalkan kontaminasi. Produk tersebut harus mengalami uji fosfatase negatif segera setelah perlakuan panas. Susu pasteurisasi harus disimpan dalam suhu rendah selama proses distribusi hingga penjualan (Robinson et al.,1981 dalam Dinni, 2008). Proses distribusi dalam suhu rendah bertujuan agar pertumbuhan bakteri menjadi terhambat, namun tidak membunuh keseluruhan bakteri (Winarno et al.,1980 dalam Dinni, 2008). Kandungan standar bakteri dalam susu pasteurisasi dengan grade ’’A” sebesar 20 000 bakteri/mL dan kurang dari sepuluh bakteri/mL untuk bakteri koliform (FDA, 2001). Susu pasteurisasi menurut Early (1998) dalam Dinni (2008) memiliki kandungan nilai gizi yang tidak jauh berbeda dengan susu segar karena sebagian besar nutrisi seperti protein, lemak, karbohidrat, mineral dan vitamin tidak terpengaruh oleh perlakuan pasteurisasi. Kehilangan nyata yang terjadi adalah sekitar setengah (50%) kandungan vitamin C serta sekitar 10 % tiamin dan vitamin B12 yang terdapat secara alami akan hilang. Renner (1986) dalam Dinni (2008) menyatakan hampir keseluruhan kandungan vitamin C yang hilang pada 7

susu terjadi selama proses penanganan atau handling, pasteurisasi dan pengemasan. C.

Pengolahan Susu Upaya memperpanjang umur simpan dan meningkatkan nilai guna susu

dapat dilakukan melalui berbagai cara pengolahan seperti pembuatan susu menjadi produk susu kental manis, susu bubuk, es krim, permen susu, kerupuk susu, dodol susu dan sebagainya. Usaha untuk memperpanjang umur simpan telah banyak dilakukan, baik dalam hal penanganan maupun pengawetan (Wong et al.,1988 dalam Dinni, 2008). Pengolahan susu bertujuan untuk mengolah susu menjadi bahan pangan yang memiliki tingkat akseptibilitas lebih tinggi serta mampu meningkatkan daya simpannya. Hasil olahan susu merupakan suatu produk yang terbuat dari susu atau produk yang merupakan hasil suatu perlakuan terhadap susu (Buckle et al., 1987 dalam Dinni, 2008). Pengolahan susu dengan pemanasan terlebih dahulu merupakan titik kendali kritis untuk menjamin mikroorganisme patogen telah musnah. Hal itu juga menjamin bakteri berspora telah dimusnahkan atau setidaknya berkurang jumlahnya untuk menjaga kualitas produk secara optimum (Elmagli dan Abtisam, 2006). D.

Pasteurisasi Susu International Dairy Federation (IDF) yang dikutip dari Lewis (1999)

mendefinisikan pasteurisasi sebagai salah satu proses pemanasan yang diaplikasikan pada susu bertujuan untuk menghindari bahaya kesehatan pada produk susu yang mungkin terjadi karena hadirnya mikroorganisme patogen dan sekaligus meminimalisir perubahan pada susu secara kimiawi, fisik dan organoleptik. Buckle et al. (1987) dalam Dinni (2008) menjelaskan bahwa pasteurisasi merupakan perlakuan pemanasan pada susu yang bertujuan untuk mencegah

penularan

penyakit

dan

kerusakan

yang

disebabkan

oleh

mikroorganisme dan enzim. Hal ini dilakukan untuk memberikan perlindungan maksimum pada konsumen terhadap penyakit yang mungkin dapat ditularkan melalui susu. 8

Jumlah mikroorganisme susu pasteurisasi berada diantara 2 450 sampai 15 000 cfu/mL pada pemanasan minimum dan dapat terus meningkat karena kontaminasi selama pasteurisasi baik secara langsung maupun tidak langsung (Abubakar dan Noor, 1995). Diperkirakan lebih dari 30 genus bakteri terdapat dalam susu atau yang dapat mengkontaminasi susu. Jenis bakteri yang sering ditemukan dalam susu antara lain Campylobacter jejuni, Salmonella sp, Shigella sp, Listeria monocytogenes, Yersinia enterolitica, E. Coli, Vibrio sp, Aeromonas hydrophila, M. Bovis, Brucella sp, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, clostridium perfringens, Bacillus cereus dan lain-lain (Garbutt, 1997).

Gambar 3. Alat Pasteurisasi Susu Prinsip pasteurisasi susu adalah memanaskan susu di bawah titik didihnya yaitu 102.8 0C. Proses pasteurisasi terbagi menjadi dua jenis , yaitu (1) Low Temperature Long Time (LTLT), yang menggunakan suhu pemanasan 65 0C (145 0F) selama 30 menit, (2) High Temperature Short Time (HTST), yang menggunakan suhu pemanasan 80-90 0C (160 0F) selama 15 detik (Babe, 2002). Tujuan utama proses pasteurisasi adalah mencegah penularan penyakit dan kerusakan akibat jasad renik dan enzim sehingga kualitas susu tetap baik selama masa simpan serta memusnahkan seluruh sel vegetatif dari bakteri patogen dan sebagian besar mikroorganisme pembusuk yang terdapat dalam susu (Potter dan Hotchkiss, 1995 dalam Ray, 2001). Proses pasteurisasi akan membunuh sebagian 9

besar sel bakteri, kapang dan khamir di dalam susu. Proses pasteurisasi dengan menggunakan metode HTST akan menghancurkan 90-99% bakteri yang terdapat dalam susu, namun bakteri termofilik akan tetap bertahan selama proses pasteurisasi

berlangsung.

Pada

umumnya

proses

pasteurisasi

dengan

menggunakan metode HTST lebih banyak digunakan karena waktu proses yang dibutuhkan lebih efisien (Early, 1998 dalam Dinni, 2008). Jumlah kandungan bakteri koliform yang tinggi dalam produk susu pasteurisasi mayoritas disebabkan oleh proses penanganan, proses sanitasi yang buruk serta peralatan yang digunakan dalam proses penyimpanan yang tidak hygienis (Hayes et al., 2001 dalam Dinni, 2008). Bakteri koliform umumnya mengkontaminasi susu segar dan tidak tahan terhadap proses pasteurisasi dan secara berkala bakteri ini dipergunakan sebagai indikator proses yang berjalan tidak sempurna atau sebagai kontaminasi setelah proses produksi (Manie et al., 1999). Gruetzmacher dan Bradley (1999) dalam Veronica (2004) menyatakan faktor penting yang mempengaruhi batas masa simpan susu pasteurisasi dalam suhu refrigerator (4-7 0C) adalah kualitas mikrobiologi dari susu segar, suhu dan waktu pasteurisasi. Keberadaan dan aktivitas kontaminasi setelah proses pasteurisasi serta suhu penyimpanan susu setelah proses pasteurisasi menjadi faktor paling utama dalam menentukan masa simpan produk susu pasteurisasi. Berdasarkan SNI No.01-6366-2000 dalam Veronica (2004), batas maksimum cemaran mikroorganisme dalam susu pasteurisasi dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Batas Maksimum Cemaran Mikroba Dalam Susu Pasteurisasi Jenis Cemaran Mikroba Batas Maksimum Cemaran Mikroba (cfu/mL) Jumlah total kuman (Total < 3.0 x 104 Plate Count = TPC) Koliform < 0.1 x 10 1 E. Coli 0 Enterococci 1.0 x 10 2 Staphylococcus aureus 1.0 x 10 1 Clostridium sp 0 Salmonella sp Negatif Campylobacter sp 0 Listeria sp 0 Sumber: SNI (2000) dalam Veronica (2004)

10

E.

Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi atau High Pulsed Electric Field (HPEF) Teknologi Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi atau High Pulsed Electric

Field (HPEF) merupakan metode inaktivasi enzim yang baru dikembangkan dalam proses bahan pangan. Prinsip kerja inaktivasi enzim menggunakan teknologi medan pulsa listrik tegangan tinggi adalah dengan mengalirkan arus listrik bertegangan tinggi sekitar 20-80 kV/cm melalui dua elektroda yang diletakkan di antara bahan pangan. Bahan yang akan diinaktivasi enzimnya diletakkan dalam medan listrik dengan intensitas tertentu yang dibangkitkan dari sebuah generator tegangan. Berbagai jenis pembangkit listrik dapat dipilih sesuai kebutuhannya seperti Pearson coil (Zhang et al., 1999 dalam Gustavo et al., 2000). Teknologi Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field) berupa alat yang terdiri atas rangkaian tahanan (R) dan kapasitor (C) dan muatan listrik mengalir dari sumber tegangan tinggi (E). Arus listrik dialirkan melalui tahanan dan selanjutnya tersimpan di kapasitor. Ketika saklar terhubung maka muatan listrik tegangan tinggi akan melewati bahan pangan yang akan diproses sehingga akan terbentuk medan listrik tegangan tinggi dengan frekuensi sesuai dengan waktu yang ditentukan pada skalar (Castro et al., 1993 dalam Gustavo et al., 2000). Saklar

Ruang inaktivasi

Elektrode a

Sumber Tegangan

tinggi Kapasitor C Bahan yang di Proses

Gambar 4. Skematik Alat Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field)

11

Gambar 5. Skematik Teknologi HPEF Skala Komersial Yang Dikembangkan Pengolahan makanan dengan HPEF berdasarkan pada kemampuan medan pulsa listrik intensitas tinggi merusak membran sel dan mengakibatkan efek mematikan pada mikroorganisme. Pada metode HPEF produk diletakkan dalam chamber perlakuan dimana dua buah elektroda dimunculkan oleh sebuah material nonconductive, yang dalam hal ini tidak terdapat aliran listrik dari kedua elektroda yang melewati penutup chamber. Pulsa tegangan tinggi diaplikasikan ke elektroda konduktif untuk menginduksi medan listrik tegangan tinggi pada produk makanan yang terletak di antara kedua elektroda (Gustavo et al., 2000). Pengaplikasian tegangan tinggi melalui dua titik utama dipisahkan oleh bahan dielektrik. Sebuah medan magnet dihasilkan dalam daerah di antara kedua titik aplikasi. Intensitas medan magnet (E) berbanding lurus dengan beda potensial (V) dan berbanding terbalik terhadap jarak (D), yang secara matematis dapat dilihat pada persamaan (1) (Blatt, 1989 dalam Gustavo et al., 2000). E=

V ..........................................................................................................(1) D

Data terbaru diperoleh bahwa metode HPEF telah banyak diaplikasikan untuk memperpanjang daya simpan berbagai produk seperti susu, sari buah, telur cair dan minuman fermentasi atau anggur. Vega (1997) dalam Gustavo et al. (2000) menyatakan bahwa sari apel juga mempunyai masa simpan 38-56 hari pada suhu 22-25oC dan tidak mengalami perubahan secara fisikokimia maupun sensori, hal ini diduga karena terhambatnya proses browning enzimatis. 12

Fernandez-Molina et al. (1999) dalam Gustavo et al. (2000) melaporkan susu segar yang diinaktivasi dengan medan pulsa listrik tegangan tinggi sebesar 30 kV/cm, 30 pulsa, lebar pulsa 2 μs dan suhu proses tidak lebih dari 28 0C mempunyai masa simpan 22 hari dengan kandungan total mikroba 3.6 x 10 cfu/mL dan coli form negatif. Qin et al. (1995) dalam Gustavo et al. (2000) melaporkan bahwa susu dipasteurisasi dengan medan pulsa listrik tegangan tinggi sebesar 40 kV/cm yang dilakukan secara bertahap yaitu 2 tahap sebanyak 7 pulsa dan 1 tahap sebanyak 6 pulsa mempunyai masa simpan 14 hari pada suhu refrigerator. Tidak terdapat perubahan secara fisik dan kimia maupun pengaruh yang nyata pada sifat sensori susu dibandingkan dengan pasteurisasi dengan pemanasan. F.

Mekanisme Inaktivasi Oleh High Pulsed Electric Field (HPEF) Inaktivasi mikroorganisme yang dilakukan oleh HPEF berhubungan dengan

ketidakstabilan elektromekanik dari membran sel. Membran sel melindungi mikroba dari kondisi lingkungan sekitarnya. Hal ini dilakukan oleh lapisan semipermeable, yang mengontrol penerimaan nutrisi ke dalam sel dan pengeluaran hasil akhir dari aktivitas metabolisme sel (Sale dan Hamilton, 1968 dalam Gustavo et al., 2000). Dengan menjaga sebuah batas osmosis efektif di antara sel dan lingkungannya, membran sel mengontrol aktivitas metabolisme sel. Jika membran sel terganggu, isi dari intraseluler akan pecah keluar dan hilangnya aktivitas metabolisme (Zimmermann, 1986 dalam Gustavo et al., 2000). Zimmermann (1986) dalam Gustavo et al. (2000) menjelaskan mekanisme inaktivasi mikroba yang disebabkan oleh pengaruh medan listrik dalam teori ‘electrical breakdown’, sebagai berikut: membran sel dapat diumpamakan sebagai sebuah kapasitor yang terisi oleh larutan dielektrikum. Pada kondisi normal beda potensial di antara celah tersebut adalah V’ dengan adanya pengaruh medan listrik sebesar E maka beda potensial antara keduanya meningkat. Hal ini akan mengakibatkan ketebalan dinding sel mengecil. Kerusakan membran sel akan terjadi apabila beda potensial antara keduanya mencapai titik kritis sebesar Vc. Ini juga dapat terjadi apabila terdapat intervensi pengaruh medan listrik yang mencukupi sebesar E. Pada tahap ini kerusakan dinding sel masih dapat pulih, 13

a akan tetapi dengan terus bertambbahnya penngaruh medaan listrik maka m akan m menyebabka an kerusakann permanen ((d).

Gamb bar 6. Diagraam Skematik Kerusakan Ellektrik (electrrical breakdoown)

P Pada kondissi (a) membrran sel denggan beda potensial V', ((b) bertambaahnya beda p potensial meenjadi V (dim mana V>> V V’) mengakiibatkan meniipisnya dindding sel, (c) k kerusakan diinding sel - irreversible i breakdown – terjadinyaa celah pada dinding sel a akan tetapi pada p tahap inni kerusakann masih dapaat pulih kem mbali, (d) berrtambahnya i intensitas medan m listrik E menyebabbkan celah yang y terbenttuk semakin membesar s sehingga keerusakan pad da membrann sel bersifaat permanenn (Zimmerm mann, 1986 d dalam Gustaavo et al., 20000). G G.

Modell Inaktivasii Mikroorganisme Den ngan High Pulsed Electric Field (HPEF F) Perkem mbangan peersamaan matematika teentang moddel proses pengolahan p

d ditunjukan untuk menddefinisikan dan mening gkatkan penngaruh dari parameter p proses (variiabel bebas)) pada keefektifan perrlakuan (varriabel terikaat). Model m matematis d digunakan u untuk membberikan pandangan tenttang mekannisme yang m mungkin ataau mempreddiksi konsenntrasi mikrobba dan umuur simpan dari d produk y yang diprosees (Lund, 19 983 dalam Gustavo et al., 2000). Variab bel terikat yaang secara kkhusus ditin ngkatkan dallam proses pengolahan p m makanan m menggunaka an HPEF dalam prooses pengolahan HPE EF adalah p pengurangan n populasi dari d agen bioologi yang tiidak diinginkkan dengan pemberian p perlakuan. Tahap T pertam ma untuk meengembangk kan sebuah m model matem matis yang b berguna settelah pendeffinisian varriabel terikaat meliputi identifikasi parameter p proses (variiabel bebas) yang sanngat relevann mempengaaruhi variabbel terikat. 14

Kesalahan atau pendefinisian yang tidak lengkap dari beberapa faktor, menyebabkan model tidak tepat dan kemampuan prediksi kurang. Data percobaan yang akurat dan terpercaya dibutuhkan untuk mengidentifikasi secara tepat semua faktor yang relevan mengakibatkan variabel terikat dalam sebuah proses. Oleh sebab itu interpertasi yang tepat dari pengamatan memegang peranan penting karena persentase dari faktor yang berhubungan dapat secara mudah menyebabkan kesalahan interpertasi. Untuk menghindari kesalahan interpretasi dibutuhkan pengetahuan dasar dalam memperkirakan penyebab sehingga interpertasi pengamatan dapat dilakukan secara tepat, karena kolerasi empiris murni belum sempurna untuk mengindikasikan sebab-akibat dari situasi tersebut (Lund, 1983 dalam Gustavo et al., 2000). Dugaan pertama yang dimunculkan untuk model proses HPEF diperoleh dari persamaan matematika klasik Arrhenius dalam Gustavo et al. (2000) yang menggambarkan inaktivasi mikroorganisme oleh perlakuan panas: dN = −kN .................................................................................................(2) dt

Persamaan ini merupakan persamaan kinetik turunan pertama dimana populasi mikroorganisme (N) bervariasi dengan waktu proses (t) dalam konstanta (k) yang berbanding

lurus.

Konstanta

ini

tergantung

pada

jenis

dan

ukuran

mikroorganisme. Integral dari persamaan ini selama periode waktu tertentu menjadi : ln

N = −kt ..............................................................................................(3) No

dimana No merupakan jumlah mikroorganisme awal, ln

N merupakan log dari No

fraksi daya hidup. Walaupun tidak ada yang dapat menjelaskan pengertian dari dampak seluruh parameter proses yang dimiliki oleh teknologi HPEF, terdapat kesepakatan yang menyatakan bahwa inaktivasi mikroorganisme meningkat secara eksponensial dengan meningkatnya intensitas medan listrik dan peningkatan secara linier oleh 15

meningkatnya waktu perlakuan (Peleg, 1995; Schoenbach et al., 1997 dalam Gustavo et al., 2000).

Laju Inaktivasi mikroorganisme selama proses ditunjukkan sebagai waktu pengurangan desimal (D). Nilai D didefinisikan secara matematis sebagai berikut : .............................................................................................(4) Dimana, nilai D merupakan negatif hubungan berbanding terbalik dari kemiringan grafik log (N) terhadap waktu, sedangkan nilai k berdasarkan pada logaritma dasar. Nilai D dan k dihubungkan dalam persamaan ( Toledo, 1999) sebagai berikut : 10

...............................................................(5)

.................................................................................................(6)

16

III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan mulai bulan November 2008 sampai dengan Mei 2009, bertempat di Laboratorium Teknik Pengolahan Pasca Panen dan Hasil Pertanian (TPPHP) dan Laboratorium Dasar Ilmu Terapan (DIT) Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. B.

Alat dan Bahan 1. Alat Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulsed Electric Field). Prinsip kerja alat dapat dilihat pada Lampiran 15. 2. Multimeter, berfungsi sebagai alat ukur besaran listrik. 3. Elektroda yang terbuat dari stainless, berfungsi sebagai piranti untuk menimbulkan lompatan medan listrik 4. Oscilloscope, berfungsi untuk mengukur jumlah pulsa dan bentuk pulsa. 5. Chamber dengan jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm. 6. Alat sterilisasi, berfungsi untuk mensterilkan peralatan yang digunakan selama pengujian mikroorganisme. 7. Burn set yang digunakan untuk pengambilan sample dan pengujian mikroorganisme 8. Cawan petri, tabung reaksi, oven, suntikan, alat hitung mikroorganisme, dan media PCA (Plate Count Agar), yang digunakan selama pengujian mikroorganisme. 9. Jarum suntik steril untuk pengambilan sample. 10. Tiang statif untuk mengatur ketinggian wadah infus. 11. Lemari Es, untuk menjaga suhu dingin pada produk selama proses. 12. Termocouple untuk mengukur suhu produk di dalam chamber. 13. Alkohol untuk membersihkan chamber sebelum dan sesudah pengujian 14. Produk susu sapi segar sebagai bahan uji.

17

C.

Metode 1. Penelitian Pendahuluan Penelitian pendahuluan dilakukan dari bulan November sampai Desember 2008. Tujuan penelitian pendahuluan ini mencari perlakuan yang tepat untuk melihat kinerja fungsional alat HPEF (High Pulsed Electric Field) dalam menginaktivasi mikroorganisme. Pada penelitian pendahuluan dilakukan beberapa perlakuan untuk melihat penurunan mikroorganisme akibat pengaruh medan listrik. Perlakuan diuji menggunakan dua variabel yaitu laju aliran volumetrik dan jarak antar elektroda. Laju aliran produk diperoleh dari perbandingan volume dan waktu yang dibutuhkan oleh produk untuk mengalir. Pengaturan laju aliran volumetrik diatur dengan menggunakan tiang statif. Perlakuan pertama dilakukan dengan aliran kontinyu melalui selang infus steril. Pengaturan ketinggian dilakukan untuk mendapatkan kecepatan aliran yang berbeda sehingga dengan kombinasi kecepatan dan jarak elektroda dapat diperoleh waktu yang optimal untuk meminimisasi jumlah mikroorganisme dan memaksimalkan kapasitas produk yang akan diinaktivasi.

Pengambilan

dua

sample

pertama

dilakukan

dengan

mengalirkan susu segar pada ketinggian 1.50 m dengan menggunakan chamber berukuran 3 mm. Percobaan dilakukan dengan dua cara yaitu 1) chamber kosong pada keadaan awal dan produk dialirkan melalui wadah infus yang telah terisi produk, 2) chamber telah diisi produk sampai penuh secara manual menggunakan jarum suntik, setelah itu dialirkan produk dari wadah infus. Tujuannya agar produk memiliki jeda waktu tertahan di dalam chamber sebelum sampai di wadah penampungan. Peninjauan perlakuan dilakukan sampai hasil uji mikro mencapai < 3.0 x 104 cfu/mL. Perlakuan kedua dilakukan tetap dengan menggunakan aliran kontinyu. Penambahan waktu kontak antara produk dan elektroda dilakukan sirkulasi pada sistem terbuka. Sirkulasi dilakukan secara manual karena keterbatasan desain alat yang tidak dilengkapi dengan adanya pompa.

18

Perlakuan ketiga dilakukan dengan penambahan waktu kontak antara produk dan elektroda. Penambahan waktu perlakuan dilakukan dengan metode holding chamber selama satu jam. Pengambilan sample dilakukan dengan menggunakan suntikan steril. Perlakuan keempat dan seterusnya dilakukan di labaratorium DIT TIN untuk menghindari kontaminasi ruangan dan juga memperpendek jarak antara pengambilan sample dengan pengujian sample. Pemasukan produk dan pengambilan sample dilakukan dari satu lubang yang sama. Pengambilan sample dibuat pada keadaan lingkungan yang steril dengan menggunakan burn set untuk mencegah mikroorganisme yang ada di udara masuk pada saat jeda waktu pengambilan. Perlakuan terakhir dilakukan dengan holding chamber. Pengambilan sample dilakukan dua kali pada waktu jam ke-5 dan jam ke-6 untuk mencari hasil yang optimal terjadinya penurunan mikroorganisme. Sebelum dan setelah dilakukan percobaan, faktor-faktor yang memungkinkan terjadinya kontaminasi terhadap produk dicegah. Kebersihan chamber merupakan titik kritis dalam pengujian karena desain lubang chamber

yang

kecil

sehingga

tidak

dapat

dilakukan

penyikatan

gumpalan-gumpalan kotoran yang terdapat di sekitar dinding chamber. Untuk mengatasi hal tersebut pembersihan dilakukan dengan jarum suntik. Air hangat disuntikan secara kontinyu untuk melarutkan gumpalangumpalan yang terdapat pada dinding maupun permukaan chamber. Tahap pembersihan chamber yang terakhir dilakukan dengan perendaman alkohol selama 15 menit. 2. Penelitian Utama Penelitian utama dilakukan setelah diperoleh hasil yang optimal dari penelitian pendahuluan. Dalam penelitian utama dilakukan beberapa perhitungan dan pengukuran untuk mengetahui keefektifan teknologi HPEF. Parameter yang mempengaruhi inaktivasi mikroorganisme dalam suatu makanan cair dengan HPEF, yaitu intensitas medan listrik, waktu perlakuan, 19

bentuk pulsa, suhu produk dan konsentrasi sel mikroba. Desain statistik untuk pengujian sistem dilakukan dengan penentuan beberapa faktor sebagai berikut: 1. Penentuan Parameter Kritis Alat Perlengkapan desain dan karakteristik operasi didefinisikan ke dalam faktor teknis, yaitu: - Intensitas Medan Listrik, yang didefinisikan sebagai faktor yang paling relevan dalam menjelaskan inaktivasi mikroorganisme oleh High Pulsed Electric Field (Gustavo et al., 2000). - Waktu Perlakuan, total waktu perlakuan diperoleh dari perkalian lebar pulsa dengan jumlah pulsa yang diaplikasikan (Neumann et al., 1992; Gaskova et al., 1996 dalam Gustavo et al., 2000). - Bentuk Pulsa, terdapat dua bentuk gelombang dalam teknologi HPEF, yaitu pulsa berbentuk eksponensial dan pulsa persegi (Gustavo et al., 2000). Penentuan parameter kritis alat berupa kuat medan listrik, jumlah pulsa dan bentuk pulsa diukur dan diamati langsung menggunakan oscilloscope. Pengukuran dilakukan dengan cara menurunkan tegangan menggunakan rangkaian seri dari 3 buah resistor keramik bernilai 10 Watt 20 kΩ. Rancangan alat terdiri atas 4 blok yaitu rangkaian oscillator, rangkaian penguat tegangan I, rangkaian penguat tegangan II dan fly back TV. Rangkaian selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 14. Laju daya kontinyu pembangkit pulsa eksponensial dihitung dengan persamaan (7) (Gustavo et al., 2000):

P =

f.τ .V 2 f.C.V 2 = ……………………………………………………(7) 2.R 2

20

Keterangan: P = daya (W) f = frekuensi pulsa (Hz) τ = lebar pulsa (s) V = voltase puncak (V) C = kapasitansi kapasitor (F) R = tahanan ruang perlakuan (Ω) Kebutuhan daya dapat dikurangi dengan mengurangi frekuensi, lebar pulsa atau tegangan. Kuat medan listrik mempunyai efek nyata daripada lebar pulsa pada laju inaktivasi. Oleh karena itu, efisiensi energi dapat dimaksimalkan dengan meningkatkan kuat medan listrik dan mengurangi atau memperkecil lebar pulsa (Zhang et al., 1995b dalam Gustavo et al., 2000).

Untuk

tahanan

ruang

perlakuan

diberikan

oleh

persamaan

(Gustavo et al., 2000) sebagai berikut : R=

ρ .d A

................................................................................................(8)

Keterangan : ρ = tahanan jenis cairan (Ω.m) d = jarak antar elektroda (m) A = luas elektroda (m2)

21

Diode Bridge

Trafo step-down Rangkaian

Oscillator Flyback TV

Rangkaian Penguat Tegangan

(Rancangan : Budi Haryono, 2008) Gambar 7. Rangkaian Alat High Pulsed Electric Field (HPEF) 2. Penghitungan Jumlah Mikroorganisme

Produk susu sapi segar yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari pemerahan pagi hari. Penelitian langsung dilakukan saat produk susu sapi baru diperah dari kandang untuk mempersingkat waktu tunggu sehingga produk tidak cepat cepat rusak selama perlakuan. Pengambilan sample dilakukan setiap jam untuk mengamati laju inaktivasi mikroorganisme. Pengujian dilakukan dengan menggunakan dua parameter yaitu suhu produk dan jarak antar elektroda. Berdasarkan kedua parameter ini diperoleh kombinasi perlakuan sebagai berikut : -

jarak antar elektoda 3 mm, 4mm dan 5 mm pada suhu dingin ( 4 - 8 0C)

-

jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm pada suhu ruang (24 - 28 0C)

Setiap kombinasi perlakuan dilakukan dua kali sampling untuk uji mikroorganisme. Perlakuan pada suhu dingin dilakukan dengan terlebih dahulu mendinginkan susu sampai suhu 40C. Kondisi dingin tetap dipertahankan di dalam lemari es selama proses berlangsung. 22

Sample susu sapi segar sebelum dan sesudah inaktivasi setelah

diencerkan menggunakan larutan fisiologis kemudian dikembangbiakkan dalam larutan medium agar untuk mengetahui jumlah mikroorganisme sebelum dan sesudah inaktivasi mikroorganisme. Penghitungan jumlah bakteri dilakukan dengan menggunakan metode Total Plate Count (TPC). Bakteri susu yang telah dikembangbiakkan akan membentuk koloni yang akan menjadi indikasi perhitungan jumlah bakteri secara visual. Susu sapi segar disiapkan sebanyak setengah liter dan digunakan sesuai volume masing-masing chamber perlakuan menggunakan jarum suntik 10 mL. Susu yang telah melewati medan listrik tegangan tinggi diambil sebanyak 1 mL menggunakan jarum suntik 3 mL untuk dikembangbiakkan dalam medium selama dua hari. 3. Pengukuran Suhu Bahan

Perubahan suhu bahan pangan sebelum dan setelah perlakuan pada ruang inaktivasi diukur dengan menggunakan termocouple. Pengukuran suhu produk di dalam chamber dilakukan untuk menguji pengaruh suhu yang dihasilkan oleh proses HPEF terhadap inaktivasi mikroorganisme. Pengukuran suhu dilakukan pada 3 titik pengukuran yaitu atas, tengah dan bawah. Pencatatan dilakukan setiap satu jam selama proses berlangsung. 4. Pengolahan Data

Pengolahan

data

dilakukan

menggunakan

metode

statistik

Rancangan Acak Lengkap (RAL) untuk melihat pengaruh setiap kombinasi perlakuan terhadap proses inaktivasi.Data dianalisis menggunakan analisis ragam dengan taraf nyata, 5 %, bila berpengarauh nyata maka dilanjutkan uji lanjut menggunakan DMRT (Duncan Multiple Range Test).

23

T 1

X1

T 2

X2

X3

X1

Y1

X2

X3

Y1

Gambar 8. Rancangan Percobaan

Tabel 5. Kombinasi Rancangaan Acak Lengkap X1

X2

X3

T1

Y11 ; Y12

Y11 ; Y12

Y11 ; Y12

T2

Y11 ; Y12

Y11 ; Y12

Y11 ; Y12

Keterangan : T1 = suhu dingin

X1 = jarak antar elektroda 3 mm

T2 = suhu ruang


Yn = ulangan (n) uji TPC


24

Perlakuan 1

Perlakuan 2

Susu Sapi Segar

Susu Sapi Segar

Aliran Kontinyu

Chamber Penuh Awal Chamber Penuh

Sirkulasi 10 x

Chamber Chamber Tidak Awal Tidak Penuh Penuh

Uji Mikro

tidak

Uji Mikro

Hasil Uji Mikro 4

3x10 cfu/mL

Perlakuan 3

tidak Hasil Uji Mikro

ya

Penelitian Utama

4

< 3 x 10 cfu/mL

Perlakuan 2

ya Penelitian Utama

(a) Gambar 9. Diagram Alir Penelitian Pendahuluan

25

Perlakuan 3

Perlakuan 4

Susu Sapi Segar

Susu Sapi Segar

Holding Chamber (selama 1 jam)

Holding Chamber

Waktu perlakuan 5 jam

Uji Mikro

tidak

Waktu perlakuan 6 jam

Uji Mikro

Hasil Uji Mikro

ya

4

< 3 x 10 cfu/mL

Perlakuan 4

ya

tidak

Hasil Uji Mikro 4

< 3 x 10 cfu/mL

Penelitian Utama Perlakuan 5

Penelitian Utama

(b) Gambar 9. Diagram Alir Penelitian Pendahuluan (Lanjutan)

26

Penentuan Parameter Kritis Alat

Susu Sapi Segar Holding Chamber (selama 5 jam) pada T1 dan T2

Pengkondisian alat HPEF

Jarak elektroda 3 mm



Uji Mikro ∆t = 1 jam,t = 5 jam Pengukuran Suhu (T1, T2) ∆t = 1 jam,t = 5 jam

Pengolahan Data

Analisis

Empiris

Permodelan Matematis

End

Gambar 10. Diagram Alir Penelitian Utama 27

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Penelitian Pendahuluan

Berdasarkan penelitian pendahuluan yang telah dilakukan dengan satu kali ulangan diperoleh hasil sebagai Tabel 6. Tabel 6. Data Hasil Penelitian Pendahuluan Hari/ Tanggal

28 November 2008

3 Desember 2008 17 Desember 2008 23 Desember 2008

Perlakuan

Aliran kontinyu (chamber tidak penuh) Aliran kontinyu (chamber penuh) Sirkulasi 10 x Holding Chamber (selama 1 jam) Holding Chamber (selama 5 jam)

Jumlah Mikroorganisme Sesudah Inaktivasi (cfu/mL) 3.4 x 10 5

Penurunan Jumlah Mikroorganisme (Log cfu/mL/jam) 0.21

3.3 x 10 5

0.22

6.4 x 10 5

6.2 x 10 5

0.01

9.2 x 10 5

1.2 x 10 5

0.88

4.8 x 10 3

1.27

2.0 x10 4

0.65

Jumlah Mikroorganisme Sebelum Inaktivasi (cfu/mL) 5.5 x 10 5

9 x 10 4

Holding Chamber (selama 6 jam)

Pada perlakuan pertama pengurangan mikroorganisme yang terjadi hanya sebesar 2.2 cfu/mL . Waktu yang diperlukan dengan kedua kondisi di atas adalah 4.2 menit dengan laju aliran volumetrik sebesar 12.20 mL/menit. Hasil dari percobaan hari pertama menjadi acuan untuk menambah waktu terjadinya kontak antara produk dan elektroda dengan sirkulasi sebanyak 10 kali. Hal ini diperkuat dari persamaan (2) yang merupakan persamaan kinetik turunan pertama dimana populasi mikroorganisme (N) bervariasi dengan waktu proses (t) dalam konstanta (k) yang berbanding lurus (Gustavo et al., 2000). Waktu total yang dibutuhkan untuk melakukan percobaan kedua mencapai 1.2 jam. Hasil mikroorganisme yang diperoleh pada percobaan kedua juga tidak menunjukkan

penurunan

jumlah

mikroorganisme

secara

signifikan.

Ini 28

d dipengaruhi oleh beberaapa hal yaituu pengujian dilakukan ssetelah jangkka waktu 6 j jam dari waktu w pemerrahan. Selaiin itu sirkullasi yang ddilakukan paada sistem t terbuka den ngan wadah penampunggan yang saama menjadii faktor utam ma produk y yang telah disirkulasi d teerkontaminassi kembali oleh o mikroorrganisme yan ng terdapat d udara mau di upun peralattan yang diguunakan. Percoobaan ketigga dilakukann dengan mengurangi m p peralatan yaang terbuat d plastik. Wadah plaastik yang ddigunakan seebelum mauupun setelah dari h perlakuan a akan sulit dibersihkan karena k sifat kimia susu yang banyaak menganduung lemak. G Gejala penu urunan jum mlah mikrooorganisme yang y cukupp tajam terrjadi pada p percobaan ketiga denngan metode holding g chamber.. Penurunaan jumlah m mikroorgani isme yang teerjadi sebesaar 0.88 log cffu/mL. Walaaupun tidakk ada yang dapat menj njelaskan peengertian daari dampak s seluruh parrameter prooses yang dimiliki oleh o teknollogi HPEF F, terdapat k kesepakatan n yang mennyatakan baahwa inaktiivasi mikrooorganisme meningkat s secara eksp ponensial dengan d meeningkatnya intensitas medan liistrik dan p peningkatan n secara linnier oleh meningkatnyaa waktu perrlakuan (Peeleg, 1995; S Schoenbach et al., 19997 dalam G Gustavo et all., 2000). Seecara sistem matis ditulis d dalam persam maan (3), yaaitu :

Pernyyataan dari Peleg P (1995) dan Schoeenbach et al. (1997) dalaam Gustavo e al. (2000) dan hasil dari et d percobaaan ketiga ini i menjadi acuan untukk memberi

w waktu perlakkuan yang ekstrim e selam ma 5 jam dengan penam mbahan wakttu selama 1 j jam sebagaai kontrol untuk meelihat adannya pengaruuh laju peningkatan p pertumbuhan n mikroorganisme yanng lebih beesar dibandiingkan laju inaktivasi m mikroorgani isme dengann kuat medann listrik. Hasil analisis mikroorganism m me dari perccobaan terakkhir dapat dilihat d pada G Gambar 11. Grafik mennunjukkan addanya gejalaa penurunann mikroorgannisme yang s sangat drastiis setelah 5 jam. j Penuruunan jumlah mikroorgannisme setelah h inaktivasi m menggunaka an alat HPE EF mencapaii 1.3 log cfuu/mL dari juumlah mikrooorganisme 29

yang ada sebelumnya, yaitu 9 x 10 4 cfu/mL dan pada jam ke-6 yang bertindak sebagai kontrol terjadi peningkatan jumlah mikroorganisme. Ini membuktikan bahwa laju pertumbuhan mikroorganisme meningkat lebih cepat dibandingkan laju inaktivasi. Selain terjadinya inaktivasi, dalam proses menggunakan metode holding chamber dalam waktu yang lama juga telah menyebabkan terjadi pertumbuhan

mikroorganisme. Kecepatan daya reduksi mikroorganisme yang terdapat pada produk susu yang telah diperah disebabkan dari banyaknya mikroorganisme yang terdapat di udara maupun proses distribusi yang mengkontaminasi susu, sehingga terjadinya oksidasi reduksi potensial sangat sulit untuk dihindari. Bakteri yang tumbuh dalam air susu memerlukan oksigen dan menghasilkan substansisubstansi pereduksi. Substansi-substansi ini menyebabkan terjadinya penurunan oksidasi reduksi potensial yang tergantung dari jumlah dan jenis bakteri, metabolisme bakteri dalam air susu dan adanya enzim-enzim dalam air susu itu sendiri (Sudarwanto, 1996). Perbedaan selang waktu pengujian juga menyebabkan

jumlah mikroorganisme (cfu/mL)

perbedaan jumlah mikroorganisme awal pada setiap sample produk. 100000 10000 1000

jarak antar elektroda 3mm

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6

waktu perlakuan (jam)

Gambar 11. Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Dengan HPEF Pada Penelitian Pendahuluan B.

Penelitian Utama 1. Kinerja Teknis HPEF (High Pulsed Electric Field) 1.1. Mikroorganisme Terinaktivasi

30

Perlakuan holding chamber selama 5 jam diuji pada ketiga jarak antar elektroda untuk melihat secara deskriptif proses inaktivasi dengan HPEF pada masing-masing jarak antar elektroda. Pengurangan jumlah mikroorganisme setiap jamnya berubah. Hal ini ditunjukkan pada grafik sample 1 dimana jam ke-1 dan ke-5 jumlah mikroorganisme turun secara

drastis dari jumlah mikroorganisme sebelumnya, yaitu 1.7 x 10 5 cfu/mL menjadi 3.9 x 10 3 cfu/mL. Sedangkan pada jam ke-2 dan ke-3 penurunan jumlah mikroorganisme dari sebelumnya relatif stabil dan kecil. Pengambilan sample dilakukan kembali pada jarak elektroda dengan jumlah mikroorganisme awal 1.0 x 10 5 x 10

3

5

3 mm

cfu/mL menjadi

cfu/mL. Pengujian mikroorganisme terinaktivasi pada sample 1

dan sample 2 menunjukkan kinerja fungsional dalam menurunkan mikroorganisme sampai 1.65 log cfu/mL. Perkembangan mikroorganisme pada setiap jam pada sample 1 menunjukkan penurunan mikroorganisme linier terhadap waktu. Pada jam ke-5 terjadi penurunan kembali dan berhasil mencapai hasil mikrobiologi di bawah angka standar cemaran pada susu pasteurisasi yang telah ditetapkan oleh SNI No. 01-6366-2000 dalam Veronica (2004), yaitu < 3 x 10 4 cfu/mL. Perlakuan yang sama juga diberikan pada jarak elektroda 4 mm dan 5 mm. Dapat dilihat pada Gambar 12 (b), jarak elektroda 4 mm juga menunjukkan perkembangan yang hampir sama dengan jarak elektroda 3 mm, dimana pada jam ke-2 dan jam ke-3 jumlah mikroorganisme yang terinaktivasi cenderung konstan. Penurunan yang sangat drastis hanya terjadi pada saat jam ke-1, mikroorganisme terinaktivasi mencapai 3.9 x 10

4

cfu/mL dari jumlah mikroorganisme awal yaitu 1.7 x 10

5

cfu/mL. Fenomena yang sama juga terjadi pada sample 2 yaitu pada jam ke-2 dan jam ke-3 penurunan relatif kecil. Hasil analisis mikrobiologi pada jam ke-5, jarak elektroda 4 mm mampu menginaktivasi mikroorganisme sampai 9 x 10 3 cfu/mL pada sample 1 dari jumlah mikroorganisme awal 31

1.7 x 10

5

cfu/mL dan 3.2 x 10

4

cfu/mL pada sample 2 dari jumlah

mikroorganisme awal 1.0 x 10 5 cfu/mL. Alat HPEF juga menunjukkan kinerjanya secara fungsional pada saat perlakuan menggunakan jarak antar elektroda 5 mm. Sama seperti pada perlakuan pada jarak elektroda 3 mm dan 4 mm, pada jarak antar elektroda 5 mm terdapat kestabilan jumlah mikroorganisme terinaktivasi pada periode waktu tertentu, hal ini dapat dilihat pada Gambar 12 (c). Dapat dianalisis bahwa ketidakstabilan inaktivasi mikroorganisme tiap jamnya disebabkan oleh beberapa faktor, salah satunya yaitu kuat medan listrik yang kecil menyebabkan mikrorganisme membutuhkan waktu yang panjang untuk mengalami kerusakan dinding sel secara permanen. Rata-rata pada jam ke-1 terdapat penurunan yang cukup drastis, akan

tetapi

pada

jam

berikutnya

terdapat

kestabilan

jumlah

mikroorganisme selama periode waktu tertentu dan kemudian pada jam ke-5 jumlah mikroorganisme kembali menurun. Terjadinya penurunan jumlah mikroorganisme disebabkan adanya kerusakan permanen setelah mikroorganisme melewati fase kritis. Kerusakan dinding sel mikroorganisme pada jam ke-1 belum permanen dan masih dapat pulih kembali. Hal ini terjadi karena kuat medan listrik yang diberikan secara terus-menerus selama 5 jam perlakuan menyebabkan dinding sel sulit memulihkan diri secara cepat dan akhirnya mengalami kerusakan permanen. Matinya mikroorganisme ini ditunjukkan oleh adanya penurunan jumlah mikro pada jam ke-5 pada masing-masing jarak antar elektroda. Semakin dekat jarak antar elektroda yang digunakan, maka kuat medan listrik yang dihasilkan akan semakin besar. Kuatnya medan listrik yang dihasilkan menyebabkan waktu kritis dinding sel untuk kembali pulih akan semakin kecil. Hal ini ditunjukkan dari penurunan jumlah

mikroorganisme

yang

besar.

Tidak

diketahuinya

jenis

mikroorganisme yang terdapat pada produk dan resistensinya terhadap kuat medan listrik pada setiap sample menyebabkan titik kritis pada setiap pengujian sample tidak sama. 32


1000000 100000 10000 sample 1

1000

sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6



(a) 1000000 100000 10000 sample 1

1000

sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6



(b) 1000000 100000 10000 sample 1

1000

sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6


(c) Gambar 12. Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Dengan HPEF Pada Jarak Elektroda : (a) 3 mm; (b) 4 mm dan (c) 5 mm 33


1000000 100000 10000 1000 100 10 1 0

1

2

3

4

5

waktu perlakuan (jam) jarak elektroda 5 mm jarak elektrooda 4 mm

jarak elektroda 3 mm

(a)


100000 10000 1000 100 10 1 0

1

2

3

waktu perlakuan (jam) jarak elektrooda 4 mm


4

5


(b)

Gambar 13. Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Dengan HPEF Pada Ketiga Jarak Antar Elektroda: (a) sample 1 dan (b) sample 2 1.2. Pengaruh Jarak Antar Elektroda dan Suhu

Selain perlakuan jarak antar elektroda, dilakukan penambahan perlakuan

suhu

produk

untuk

melihat

pengaruh

laju

inaktivasi

mikroorganisme dengan parameter mikroorganisme yang diamati jumlah mikroorganisme keseluruhan dan E.Coli. 1.2.1. Mikroorganisme Keseluruhan Berdasarkan hasil analisis ragam dapat dilihat bahwa kedua perlakuan berpengaruh terhadap laju inaktivasi mikroorganisme. Pengaruh

dari

kedua

parameter

ini

diuji

lanjut

dengan

menggunakan uji Duncan. Hasil uji lanjut menunjukkan bahwa suhu produk dan jarak antar elektroda berpengaruh nyata terhadap 34

laju inaktivasi mikroorganisme keseluruhan. Hal ini dapat dilihat


secara lengkap pada Lampiran 10. 1000000 100000 10000 sample 1

1000

sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6



(a) 100000 10000 1000

sample 1 sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6


(b) Gambar 14. Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Pada Antar Elektroda 3mm: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin

Jarak

Pengaruh kedua perlakuan ini juga digambarkan dalam suatu grafik. Dapat dilihat pada Gambar 14 (a) dan (b), laju inaktivasi pada suhu ruang lebih besar dibandingkan dengan suhu dingin. Menurut Jeyamkondan et al. (1999) dalam Gustavo et al. (1999) peningkatan suhu menyebabkan energi kinetik dari ion-ion meningkat. Mobilitas terjadinya kehilangan ion lebih besar dalam kerusakan sel membawa sel pada keadaan fluiditas dan permeabilitas yang tinggi sehingga peluang terjadinya kerusakan mekanis meningkat. 35


1000000 100000 10000 sample 1

1000

sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6



(a) 100000 10000 1000

sample 1 sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6


(b) Gambar 15. Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Pada Jarak Antar Elektroda 4 mm : (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin Hulsheger et al. (1981) dalam Gustavo et al. (1999) menyatakan bahwa adanya pengaruh sinergis suhu produk dengan perlakuan HPEF pada rasio inaktivasi. Tingkat inaktivasi mikroorganisme terjadi lebih besar untuk fluiditas phospolipid yang lebih tinggi dalam lapisan sel pada suhu yang lebih tinggi dan akan membuat sel-sel lebih mudah membentuk poros. Hal ini dapat dilihat dari laju inaktivasi mikroorganisme yang lebih besar pada suhu ruang yaitu 0.33 log cfu/mL/jam daripada suhu dingin, yang laju inaktivasi hanya mencapai 0.11 log cfu/mL/jam.

36


1000000 100000 10000 sample 1

1000

sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6



(a) 100000 10000 1000

sample 1 sample 2

100 10 1 0

1

2

3

4

5

6


(b) Gambar 16. Grafik Perkembangan Mikroorganisme Terinaktivasi Pada Jarak Antar Elektroda 5 mm : (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin Pada perlakuan suhu dingin tidak terlihat secara nyata adanya waktu kritis dimana terjadinya kerusakan mikroorganisme sementara seperti yang digambarkan pada grafik perkembangan mikroorganisme pada suhu ruang. Penyimpanan produk pada suhu dingin sebelum perlakuan kuat medan listrik akan menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme terhambat. Mikroorganisme menjadi tidak aktif pada suhu dingin, sehingga pada saat perlakuan dengan HPEF laju inaktivasi yang terjadi sangat kecil dibandingkan laju inaktivasi pada suhu ruang.

37

100000 (cfu/mL)

jumlah mikroorganisme

1000000

10000 1000 100 10 1 0

1

2

3

w aktu perlakuan (jam) jarak elektrooda 4 mm


4

5


(a)


1000000 100000 10000 1000 100 10 1 0

1

2

3



4

5


(b)


100000 10000 1000 100 10 1 0

1

2

3



4

5


(c)


100000 10000 1000 100 10 1 0 jarak elektroda 3 mm

1

2

3

waktu perlakuan (jam) jarak elektrooda 4 mm

4

5


(d)

Gambar 17. Grafik Inaktivasi Mikroorganisme Pada Berbagai Perlakuan Jarak Elektroda : (a) sample 1 ;(b) sample 2 pada suhu ruang dan (c) sample 1; (d) sample 2 pada suhu dingin 38

Pengaruh nyata kuat medan listrik yang dihasilkan dari jarak antar elektroda terhadap laju inaktivasi mikroorganisme dapat dilihat pada Gambar 17. Baik pada suhu dingin maupun pada suhu ruang menunjukkan semakin kecil jarak antar elektroda maka laju inaktivasi yang terjadi akan semakin besar. Hal ini diperkuat dengan teori Blatt (1989) dalam Gustavo et al. (2000) yang menyatakan kuat lemahnya medan listrik dipengaruhi oleh jarak antar elektroda yang terdapat pada chamber. Dapat dilihat pada persamaan (1), jarak antar elektroda (D) berbanding terbalik dengan kuat medan listrik yang dihasilkan (E). Zimmermann

(1986)

dalam

Gustavo

et

al.

(2000)

menjelaskan mekanisme inaktivasi mikroba yang disebabkan oleh pengaruh medan listrik mengakibatkan ketebalan dinding sel mengecil. Kerusakan membran sel akan terjadi apabila beda potensial antara keduanya mencapai titik kritis. Namun kerusakan dinding sel masih bersifat dapat pulih, akan tetapi dengan terus bertambahnya pengaruh medan listrik maka akan menyebabkan terjadinya kerusakan permanen. 1.2.2. Bakteri E. Coli Tiap-tiap berbeda-beda.

mikroorganisme Dapat

memiliki

diilustrasikan

bahwa

ketahanan

yang

toleransi

suhu

mikroorganisme sangat bervariasi sebagai akibat dari fase pertumbuhan, pertumbuhan komposisi medium serta pertumbuhan suhu, sehingga mengakibatkan kondisi stres lingkungan yang berbeda. Jenis mikroorganisme, bentuk, ukuran, spesies dan tegangan (strain) merupakan faktor lain yang mempengaruhi inaktivasi mikroorganisme. Parameter mikroorganisme khusus E.coli juga dilakukan pada perlakuan yang sama untuk melihat pengaruh HPEF terhadap inaktivasinya. E.coli merupakan salah satu bakteri Gram negatif 39

yang bersifat patogen. Hampir semua peraturan tentang persyaratan mikrobiologis air susu selalu dikaitkan dengan kandungan E.Coli. Pada umumnya E.Coli berasal dari luar, seperti keadaan lingkungan dan sanitasi yang tidak memadai (Adnan, 1984 dalam Dinni, 2008).

E. Coli merupakan jenis bakteri Gram negatif.

Bakteri Gram negatif memiliki ketahanan terhadap kuat medan listrik yang lebih kecil dibandingkan bakteri Gram positif. Hasil pengujian menunjukkan tidak terdapat E.coli pada pengenceran pertama atau hasil yang negatif (-) baik pada sample susu awal maupun sample susu setelah inaktivasi sehingga tidak dapat dilihat laju inaktivasi E.Coli dengan HPEF. 2. Kualitas Fisik

Selama proses berlangsung dapat diamati secara fisik terjadi perubahan kondisi produk di dalam chamber dan perubahan warna sample dari kontrol. Dengan bertambahnya waktu perlakuan, gumpalan-gumpalan banyak terbentuk dan melayang di atas permukaan produk. Belum dilakukan pengujian kimia lebih lanjut terhadap kandungan gumpalan yang terjadi. Akan tetapi dengan terbentuknya gumpalan maka kuat medan listrik menjadi tidak efektif dalam menginaktivasi mikroorganisme yang bersembunyi di dalam gumpalan-gumpalan tersebut. Sudarwanto (1996) menyatakan gumpalan-gumpalan ini terjadi karena pemisahan susu dengan krim. Krim adalah bagian susu yang banyak mengandung lemak yang mengapung di atas susu pada waktu didiamkan atau dipisahkan dengan alat pemisah. Pemisahan krim dan susu skim dapat terjadi karena kedua bahan tersebut mempunyai berat jenis yang berbeda. Krim mempunyai berat jenis yang rendah karena banyak mengandung lemak. Susu skim mempunyai berat jenis yang tinggi karena banyak mengandung protein, sehingga dalam sentrifugasi akan berada di bawah.

40

Gambar 18. Hasil Pengujian Mikroorganisme

Gambar 19. Penampakan Visual Susu Terinaktivasi Berdasarkan kerja separator dalam memisahkan susu skim dan krim berdasarkan berat jenis, frekuensi yang terjadi di dalam chamber sejalan dengan bertambahnya waktu akan memisahkan kandungan lemak dan protein di dalam susu. Begitupun terjadinya perubahan warna setiap pengambilan sample menunjukkan degradasi warna dari jam ke-3 sampai jam ke-5. Warna putih dari susu berubah menjadi biru kehijau-hijauan. Warna air susu dapat berubah dari satu warna ke warna lain, tergantung dari bangsa ternak, jenis pakan, jumlah lemak, bahan padat dan bahan pembentuk warna. Sudarwanto (1996) menyatakan warna kebiruan menunjukkan adanya kehilangan lemak dari susu. Selain warna bentuk fisik susu pada jam ke-3, ke-4 dan ke-5 menjadi lebih encer daripada sebelumnya. Pengurangan viskositas ini 41

dapat disebabkan karena berkurangnya kandungan lemak. Hal ini akan menurunkan kualitas susu apabila memang terbukti setelah uji berat jenis (BJ) terdapat penurunan BJ di bawah yang telah ditetapkan yaitu 1.028. Perlakuan dengan menggunakan kombinasi jarak antar elektroda dan suhu produk dilakukan untuk melihat laju inaktivasi mikroorganisme pada produk susu sapi segar. Berdasarkan hasil penelitian alat HPEF dapat bekerja secara efektif pada suhu ruang dengan jarak eletroda 3 mm selama 5 jam. Waktu yang diperlukan oleh alat HPEF untuk inaktivasi mikroorganisme selama 5 jam tidak efisien. Alat ini juga belum mampu menghasilkan produk seperti yang diinginkan konsumen karena sifat dan warna susu yang dihasilkan dari proses ini tidak seperti susu sapi segar. Hal ini karena waktu perlakuan kuat medan listrik yang terlalu lama sehingga dapat mengubah kualitas fisik susu, untuk mengatasinya maka sebaiknya waktu perlakuan harus lebih cepat dengan kuat medan listrik yang lebih besar. 3. Metode

HTST

(High

Temperature

Short

Time),

LTLT

(LowTemperature Long Time) dan HPEF (High Pulsed Electric Field)

Perbandingan dengan inaktivasi mikroorganisme dengan metode thermal dilakukan dengan menggunakan data sekunder. Dapat dilihat pada Gambar 20, HPEF dapat secara efektif menurunkan jumlah mikroorganisme selama 5 jam dibandingkan

dengan

metode

thermal

HTST

dan

LTLT.

Inaktivasi

mikroorganisme menggunakan metode HPEF dapat menurunkan rata-rata mikroorganisme sampai 1.7 log cfu/mL, sedangkan dengan metode HTST ratarata mencapai 1.2 log cfu/mL dan LTLT hanya mencapai 0.9 log cfu/mL dari jumlah mikroorganisme awal. Akan tetapi dari segi waktu dan kapasitas produksi HTST dan LTLT lebih unggul dibandingkan dengan alat HPEF yang digunakan dalam penelitian ini. Metode HTST sangat menguntungkan dari segi waktu dan kapasitas produksinya dapat lebih besar karena waktu proses hanya 15 detik. Sedangkan untuk LTLT penggunaannya sudah jarang karena waktu proses yang cukup lama. Pada beberapa perusahaan metode LTLT dilakukan dengan 2 tahap pasteurisasi, 42

yaitu 52.5-79.5 0C selama 38-55 menit kemudian dilanjutkan dengan pemanasan suhu 76-85 0 C selama 30-48 menit. Dengan berlakunya proses pasteurisasi sebanyak dua tahap, maka kebutuhan energi juga akan meningkat. Kebutuhan energi bagi berlangsungnya proses pasteurisasi membutuhkan energi sangat besar, untuk itu seiring perkembangan teknologi dikembangkan metode HTST menggunakan suhu tinggi berkisar 75-80 0C selama 15 detik. Dalam HTST produk dialirkan ke dalam holding tube dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi aliran turbulen. Efek aliran

turbulen yang dilakukan pada produk akan membantu mempercepat pemerataan panas ke seluruh partikel-partikel sehingga memungkinkan mikroorganisme dapat terinaktivasi secara merata. Sama halnya dengan LTLT, HTST juga membutuhkan energi yang besar untuk menghasilkan uap panas dengan tekanan tinggi. Untuk itulah banyak perusahaan-perusahaan makanan di luar negeri mencoba mengaplikasikan metode HPEF untuk mengawetkan makanan secara nonthermal. Menurut EPRI (1988) dalam Gustavo et al. (1999) proses HPEF dari beberapa produk tidak membutuhkan

energi untuk menurunkan suhu perlakuan. Inilah yang menyebabkan kebutuhan energi dan biaya produksi pada metode nonthermal lebih rendah dari metode thermal yang ada. Dengan menggunakan jarak antar elektroda yang semakin kecil

akan dapat meningkatkan kekuatan medan listrik. Selain itu pengurangan lebar pulsa juga dapat mengurangi kebutuhan daya. Menurut Gustavo et al. (2000) pada saat penggunaan HPEF, energi yang diberikan pada produk ditentukan oleh sifat produk (seperti konduktivitas dan suhu) serta karakteristik dari pulsa (seperti bentuk gelombang, lebar, tegangan puncak dan arus).

43

HPEF

HTST

LTLT


1000000 100000 10000

LTLT

1000 HTST

100 10

HPEF

1 sebelum

sesudah

(a) HPEF

HTST

LTLT


1000000 100000 10000

LTLT

1000 HTST

100 10

HPEF

1 sebelum

sesudah

(b) Gambar 20. Grafik Inaktivasi Mikroorganisme Pada Pasteurisasi Menggunakan LTLT , HTST, dan HPEF : (a) sample 1 dan (b) sample 2 pada suhu ruang Dalam uji fungsional alat HPEF terdapat banyak faktor yang menjadi kendala, antara lain bentuk chamber yang bersiku, lubang pemasukan juga sangat kecil sehingga susah untuk dibersihkan. Selain itu kapasitas chamber yang terbatas, kekuatan chamber yang mudah lepas dan sambungan solder yang kendor menyebabkan pengujian tidak dapat dilakukan secara maksimal.

44

4. Suhu Produk

Pengukuran suhu dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu produk di dalam chamber selama proses inaktivasi dengan HPEF berlangsung. Alvarez et al. (2001) dalam Gustavo et al. (2001) menyatakan pengaruh suhu sebagai parameter proses pada inaktivasi mikroorganisme dengan HPEF. Peningkatan suhu akan menyebabkan resistensi dari chamber menurun sehingga kuat medan listrik yang diaplikasikan lebih rendah dari yang diharapkan. Pengukuran di titik tengah menjadi dasar dengan asumsi bahwa medan listrik yang ditimbulkan oleh kedua elektroda yang terletak sejajar paralel akan terkonsentrasi di tengah. Pada ketiga produk yang diuji suhunya setelah 5 jam proses inaktivasi berlangsung, tidak terdapat peningkatan suhu yang drastis, baik pada perlakuan suhu dingin maupun suhu ruang. Hal ini menunjukkan bahwa alat HPEF bekerja secara fungsional dalam menurunkan jumlah mikroorganisme yang terdapat dalam produk susu sapi segar. Kenaikan suhu dapat menjadi sumber kesalahan hasil percobaan karena dalam inaktivasi mikroorganisme oleh HPEF pemanasan harus diperkecil (Alvarez et al.,2001 dalam Gustavo et al., 2001). Sehingga dapat dikatakan bahwa fenomena penurunan mikroorganisme yang terjadi tidak dipengaruhi oleh adanya peningkatan suhu. Ini juga membuktikan pernyataan Gustavo et al. (2000) bahwa teknologi HPEF merupakan metode pengolahan nonthermal yang dalam kenyataannya medan listrik itu sendiri yang berperan penuh terhadap inaktivasi mikroorganisme, bukan suhu produk. Akan tetapi dari sudut pandang praktis terjadi peningkatan suhu sebagai akibat dari energi listrik yang diberikan pada medium yang digunakan selama perlakuan HPEF. Peningkatan suhu dari perlakuan HPEF disimpulkan sebagai interaksi yang sinergis di dalam batas dari kondisi suhu yang biasanya dianggap tidak berbahaya (sampai 65 0C kurang dari beberapa detik) Setelah batas ini dilewati menjadi sangat sulit untuk membedakan efek thermal dan nonthermal dalam proses. Adapun sudut pandang praktis yang menyatakan terlepas dari pengaruh akan rasa, aroma, warna dan nilai nutrisi, kenaikan suhu memberikan keuntungan 45

karena dapat mengurangi waktu proses dan pencapaian inaktivasi mikroorganisme yang lebih besar.

suhu (0 C)

45

30

jarak elektroda 3 mm jarak elektroda 4 mm jarak elektroda 5 mm

15

0 0

1

2

3

4

5


(a)

suhu (0 C)

10

jarak elektroda 3 mm jarak elektroda 4 mm jarak elektroda 5 mm

5

0 0

1

2

3

4

5

w aktu perlakuan (jam)

(b) Gambar 21. Grafik Pengukuran Suhu Produk Pada Ketiga Chamber: (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin 5. Parameter Kritis Alat 5.1. Kuat Medan Listrik

Menurut Castro et al. (1993) dalam Gustavo et al. (2000) inaktivasi mikroorganisme terjadi ketika kuat medan listrik yang diaplikasikan melebihi nilai batas ambang yang disebut kuat medan listrik kritis. Nilai kuat medan listrik kritis tergantung pada mikroorganisme, khususnya ukuran dan bentuk sel. Pada penelitian ini menggunakan kuat medan listrik kritis rata-rata yang dimiliki oleh beberapa bakteri pathogen yang secara 46

lengkap dapat dilihat pada Lampiran 17. Kuat medan listrik yang dihasilkan oleh ketiga chamber berbeda sesuai dengan jarak antar elektroda. Tegangan efektif alat yang terukur sebesar 832 V menghasilkan kuat medan listrik untuk jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm secara berurutan yaitu 0.28 kV/mm, 0.21 kV/mm dan 0.17 kV/mm. Permeabilitas membran tergantung pada kuat medan listrik. Semakin besar kuat medan listrik maka permeabilitas yang dihasilkan akan semakin besar. Terhadap laju inaktivasi mikroorganisme hubungan permeabilitas sel

berbanding

linier.

Ini

ditunjukkan

dari

hasil

pengukuran

mikroorganisme pada keenam perlakuan bahwa jarak antar elektroda sebesar 3 mm dapat menginaktivasi mikroorganisme secara maksimal baik pada suhu ruang maupun suhu dingin. Waktu perlakuan diberikan secara terus-menerus selama 5 jam disebabkan kuat medan listrik (E) yang dihasilkan alat HPEF ini masih sangat kecil dibandingkan nilai rata-rata kuat medan listrik kritis (Ec) mikroorganisme pathogen, yaitu 0.36 kV/mm. Untuk mengatasinya maka intensitas waktu perlakuan yang diberikan diberikan lebih panjang sehingga mikroorganisme dapat mengalami kerusakan dinding sel secara permanen. 5.2. Bentuk Pulsa

Hasil pengamatan menggunakan oscilloscope menunjukkan bentuk pulsa eksponensial pada alat HPEF. Pulsa eksponensial digunakan karena mudah dalam konstruksinya dan biaya pembuatannya murah. Akan tetapi Zhang et al. (1994) dalam Gustavo et al. (2000) melaporkan bahwa bentuk pulsa persegi lebih efisien dibandingkan pulsa eksponensial akan tetapi membutuhkan biaya yang mahal untuk pembuatan rangkaian pulsanya. Ini disebabkan tegangan puncak dari sumber tenaga untuk generator pulsa persegi harus dibuat dua kali dari pembangkit pulsa eksponensial.

47

Gambar 22. Bentuk Pulsa Eksponensial Menurut Zhang et al. (1995) dalam Gustavo et al. (2000) dalam inaktivasi mikroorganisme, bentuk pulsa persegi lebih tepat digunakan karena beberapa faktor yaitu kuat medan listrik aktual dan lebar pulsa dapat diukur lebih akurat, sedangkan bentuk pulsa eksponensial kuat medan listriknya akan menurun secara eksponensial dari nilai tegangan puncak. Dalam bentuk persegi semua energi listrik dihantar ke chamber perlakuan pada kuat medan listrik dan lebar pulsa yang sama terhadap tegangan maksimum yang diberikan, sedangkan pada bentuk eksponensial, lebar pulsa didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk menurunkan tegangan sampai 37 % dari nilai tegangan puncaknya. 5.3. Waktu Perlakuan

Inaktivasi mikroorganisme dengan HPEF meningkat dengan adanya waktu perlakuan. Sale dan Hamilton (1967 a) dalam Gustavo et al. (2000) menjelaskan sel dari mikroorganisme akan kehilangan kemampuannya untuk tumbuh dan membelah dalam medium nutrisi yang sesuai. Ini menunjukkan bahwa kuat medan listrik dan waktu perlakuan merupakan dua faktor penting dalam inaktivasi mikroorganisme. Waktu

perlakuan

merupakan

periode

waktu

dimana

mikroorganisme diperlakukan pada kuat medan listrik secara efektif. Waktu perlakuan tergantung pada karakteristik pulsa, lebar pulsa dan jumlah pulsa. Berdasarkan pengukuran diperoleh lebar pulsa sebesar 40 µs 48

(microsecond) dengan Duty Cycle 25 %. Sedangkan untuk tegangan puncak (peak to peak) nilai yang diperoleh 1200 V dan tegangan efektif diperoleh 832 V. Waktu perlakuan yang diberikan selama 5 jam menghasilkan 450 Mega Pulsa.

Gambar 23. Hasil Pengukuran Bentuk Pulsa Adanya perbedaan hambatan chamber menyebabkan arus yang terjadi juga berbeda. Ini dapat dilihat pada Tabel 7. Semakin rendah resistansi dari chamber perlakuan terhadap tahanan produk maka arus yang dihasilkan akan semakin rendah. Rendahnya resistansi yang diberikan chamber perlakuan dapat menjadi parameter bahwa alat dapat bekerja secara maksimal. Ini dapat dilihat dari hasil pengujian mikroorganisme pada jarak antar elektroda 3 mm mampu menginaktivasi mikroorganisme sampai 1.7 log cfu/mL. Untuk nilai hambatan chamber perlakuan dihitung dengan menggunakan persamaan (8). Nilai resistivitas listrik produk menggunakan literatur dari Zhang et al. (1994 c) dalam Gustavo et al. (2001) dimana resistivitas listrik cairan produk suhu susu segar pada 25 0C sebesar 2.2 Ω.m dan pada suhu 15 0C sebesar 3.1 Ω.m. Hasil perhitungan pada Tabel 7 menunjukkan bahwa nilai hambatan yang terjadi dalam chamber meningkat secara linier dengan adanya peningkatan jarak antar kedua elektroda. Kebutuhan daya alat HPEF dapat dihitung menggunakan persamaan (7), dimana nilai frekuensi pulsa yang terdapat pada alat sebesar 25 kHz, diperoleh kebutuhan daya sebesar 84 MWatt. Kebutuhan daya dapat dikurangi dengan mengurangi frekuensi, lebar pulsa, atau tegangan. Kuat 49

medan listrik mempunyai efek nyata daripada lebar pulsa pada laju inaktivasi. Oleh karena itu, efisiensi energi dapat dimaksimalkan dengan meningkatkan kuat medan listrik dan mengurangi atau memperkecil lebar pulsa (Zhang et al., 1995b dalam Gustavo

et al., 2001).

Tabel 7. Data Perhitungan Nilai Hambatan Dan Arus Di Dalam Chamber Jarak elektroda (mm)

Luas Area Elektroda (mm2)

Nilai Hambatan Chamber (Ω)

Arus (A)

3

36

183.33

3.6

4

36

244.44

2.7

5

36

305.56

2.1

Kebutuhan daya alat HPEF dapat dihitung menggunakan persamaan (7), dimana nilai frekuensi pulsa yang terdapat pada alat sebesar 25 kHz, diperoleh kebutuhan daya sebesar 84 MWatt. Kebutuhan daya dapat dikurangi dengan mengurangi frekuensi, lebar pulsa, atau tegangan. Kuat medan listrik mempunyai efek nyata daripada lebar pulsa pada laju inaktivasi. Oleh karena itu, efisiensi energi dapat dimaksimalkan dengan meningkatkan kuat medan listrik dan mengurangi atau memperkecil lebar pulsa (Zhang et al., 1995b dalam Gustavo et al., 2001). 6. Model Matematis Laju Inaktivasi Mikroorganisme

Model matematis dibuat untuk menduga dan memberi gambaran tentang suatu kondisi yang mungkin terjadi apabila salah satu variabel yang terkait berubah. Pada model matematis ini yang menjadi variabel bebas adalah kuat medan listrik (kV/mm). Berdasarkan persamaan (1) dimana pada percobaan yang dilakukan nilai V tetap. Maka terdapat hubungan berbanding terbalik antara kuat medan listrik dengan jarak antar elektroda. Semakin besar jarak antar elektroda kuat medan listrik yang dihasilkan akan semakin kecil. Kuat medan listrik yang dihasilkan akan mempengaruhi kemampuan alat HPEF dalam menginaktivasi mikroorganisme. Laju inaktivasi mikroorganisme ditunjukkan dari waktu 50

pengurangan desimal. Hubungan antara waktu pengurangan desimal (D) dan kuat

D, waktu pengurangan desimal (jam)

medan listrik dapat dilihat pada Gambar 24.

6

y = -22.32x + 9.181 R² = 0.964

5

Series1

4

Linear (Series1)

3 2 1 0 0

0.1 0.2 0.3 E, kuat medan listrik (kV/mm)

D, waktu pengurangan desimal (jam)

(a) 60 y = -355.4x + 106.2 R² = 0.921

50 40

Series1

30

Linear (Series1)

20 10 0 0

0.1

0.2

0.3

E, kuat medan listrik (kV/mm)

(b) Gambar 24. Grafik Hubungan Waktu Pengurangan Desimal Dengan Kuat Medan Listrik : (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin Berdasarkan grafik diperoleh persamaan : y = -22.32 (x) + 9.181 ....................................................................................(10.a) y = -355.4 (x) + 106.2 .....................................................................................(10.b)

51

dimana y merupakan waktu pengurangan desimal (D) dan x adalah kuat medan listrik (E). Persamaan (10a dan 10b) yang diperoleh melalui grafik disubstitusikan ke dalam persamaan (9). Ini dapat dilihat pada persamaan (11a dan 11b). .........................................................................................................(4)

...........................................................................................................(9)

. 1 355.4

....................................................................................(11.a)

.

.....................................................................................(11.b)

106.2

Dari model matematis yang ditunjukkan pada persamaan (11a dan 11b) terlihat bahwa laju inaktivasi mikroorganisme setelah dan sebelum inaktivasi dipengaruhi oleh variabel kuat medan listrik (E) dengan asumsi variabel lain yang mempengaruhi penurunan mikroorganisme yang tidak diukur dianggap tetap, antara lain : a. Faktor lingkungan (Nu, Nj, Na, N1, Sc, Sa) b. Faktor teknis (P, Ec, V,T, Z,t = 5 jam) c. Faktor produk (Q, C) Model matematis yang telah dibuat diuji menggunakan data rata-rata laju inaktivasi mikroorganisme hasil penelitan. Laju inaktivasi mikroorganisme berdasarkan hasil penelitian dan hasil dugaan menggunakan model matematis dapat dilihat pada Gambar 25. Dengan diketahuinya waktu pengurangan desimal yang dipengaruhi oleh kuat medan listrik dapat dilihat laju inaktivasi mikroorganisme. Sehingga waktu yang dibutuhkan dalam menurunkan sejumlah mikroorganisme dapat diduga melalui persamaan (11a dan 11b).

52

laju inaktivasi hasil dugaan (log/jam)

0.4

y = 1.026x - 0.006 R² = 0.953

0.35 0.3

Series1

0.25 0.2

Linear (Series1)

0.15 0.1 0.05 0 0

0.1 0.2 0.3 0.4 laju inaktivasi hasil penelitian (log/jam)

(a)

laju inaktivasi hasil dugaan (log/jam)

0.16 y = 1.514x - 0.019 R² = 0.979

0.14 0.12 0.1

Series1

0.08 Linear (Series1)

0.06 0.04 0.02 0 0

0.05

0.1

laju inaktivasi hasil penelitian (log/jam)

0.15

(b) Gambar 25. Grafik Laju Inaktivasi Mikroorganisme Hasil Dugaan Dengan Laju Inaktivasi Hasil Penelitian : (a) suhu ruang dan (b) suhu dingin Berdasarkan analisis regresi diperoleh semakin dekat R2 ke 1 nilai laju inaktivasi hasil dugaan semakin mendekati laju inaktivasi hasil penelitian baik pada suhu ruang maupun suhu dingin. Ini menunjukkan model matematis pada persamaan (11a dan 11b) dapat digunakan untuk menduga laju inaktivasi mikroorganisme.

53

V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan

1. Parameter kritis alat berupa pulsa yang berbentuk eksponensial yang memiliki lebar 40 µs dengan jumlah 450 Mega Pulsa yang dihasilkan dari 5 jam perlakuan. Nilai dari tegangan puncak diperoleh 1200 Volt sedangkan untuk tegangan efektif yaitu 832 Volt dengan kuat medan listrik yang dihasilkan untuk jarak antar elektroda 3 mm, 4 mm dan 5 mm masing-masing adalah 0.28 kV/mm, 0.21 kV/mm dan 0.17 kV/mm. 2. Kinerja dari alat HPEF ini mampu menurunkan mikroorganisme paling optimal pada jarak antar elektroda 3 mm pada suhu ruang. Penurunan mencapai 1.7 log cfu/mL dari jumlah mikroorganisme awal 1.5 x 10 5 cfu/mL menjadi 3.0 x 10 3 cfu/mL setelah inaktivasi selama 5 jam. 3. Terdapat pengaruh yang nyata antara perlakuan suhu dan jarak antar elektroda dalam menginaktivasi mikroorganisme. Inaktivasi paling efektif terjadi pada suhu ruang dengan jarak antar elektroda 3 mm dengan laju rata-rata 0.33 log cfu/mL/jam. 4. Suhu produk yang terdapat di dalam chamber relatif stabil selama proses inaktivasi, hal ini menunjukkan proses inaktivasi terjadi secara nonthermal. 5. Model matematis untuk laju inaktivasi mikroorganisme pada alat HPEF adalah adalah

.

.

.

, sedangkan pada suhu dingin

.

54

B. Saran

Penelitian ini akan sangat bermanfaat untuk aplikasi di bidang industri makanan apabila dapat dikembangkan lebih lanjut. Banyak faktor yang harus diperhitungkan kembali dalam perancangan alat HPEF sehingga variabel-variabel yang terkait terhadap inaktivasi mikroorganisme dapat diukur. Di samping itu juga pembangkit tegangan yang diberikan perlu ditingkatkan agar waktu perlakuan dapat lebih singkat dan produk yang akan diinaktivasi dapat lebih banyak. Rancangan chamber juga perlu dimodifikasi kembali karena kontak udara dengan produk masih sangat tinggi. Selain itu modifikasi juga diperlukan agar pembersihan chamber sebelum dan setelah perlakuan dapat dilakukan dengan maksimal. Penambahan kapasitas chamber juga perlu dilakukan sehingga pengujian sample dapat lebih kompleks.

55

DAFTAR PUSTAKA Abubakar, Noor ML. 1995. Pengaruh Metode Pasteurisasi dan Pengemasan Terhadap Mutu Susu Pasteurisasi Selama Penyimpanan. Makalah Seminar Nasional Sains dan Teknologi Peternakan Ciawi-Bogor. Balitnak Puslitbang Peternakan. Balitbang Pertanian. Bogor. Babe, A.W. 2002. Rancang Bangun Alat Pasteurisasi. Skripsi. Fakultas Peternakan Institut Pertanian Bogor, Bogor. Badan Standarisasi Nasional. 1995. SNI 01-3951-1995 : Susu Pasteurisasi. Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. Badan Standarisasi Nasional. 1998. SNI 01-3141-1998 : Susu Segar. Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. Barbosa-Cánovas, G. V., Marcela Gongora-Nieto, M., Pothakamury, Usha R., and Swanson, Barry G. 1999. Preservation of Foods With Pulsed Electric Fields. Academic Press. Barbosa-Cánovas, G. V., Tapia, Maria S., and Cano, M. Pilar. 2000. Novel Food Processing Technologies. CRC Press. New York. Barbosa-Cánovas, G. V. and Zhang, Q.Howard. 2001. Pulsed Electric Fields in Food Processing. Food Preservation Technology Series. Technomic Publishing Company, Inc. Elmalgi, A. A. O. and Abtisam. 2006. Study on Hygienic Quality Milk on Pasteurized in Khartoum State. J. Animal and Veterinary Sci. 1(1):12-17. FDA. 2001. United State Departement of Health and Human Services, Public Health Services. Washington, DC. Garbutt J. 1997. Essential of Food Microbiology. Edward Arnold. London. http://depdagri.go.id/kebutuhansusunasional.html.Diakses , 6 Februari 2009. Lewis, M. J. 1999. Heat Treatment Milk. In: R. K. Robinson (Editor). Advances in Milk Processing. Aspen Publisher, Mary Land. Manie, T., V. S. Brozel, W. F. Veith and P. A. Gouws. 1999. Antimicrobial Resistance of Bacterial Flora Associated with Bovine Products in South Africa. J. Food Prot. 62(6) :615-618.

56

Rahman, A., Fardiaz S., W. P. Rahayu, Suliantari dan C. C. Nurwitri. 1992. Teknologi Fermentasi Susu. PAU Pangan dan Gizi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Rahmi, Dinni. 2008.Aplikasi Good Manufacturing Practices, Sanitation Standard Operating Procedures Dan Penentuan Titik Kendali Kritis Pada Produksi Susu Pasteurisasi Koperasi Peternak Bandung Selatan. Skripsi. Program Studi Teknologi Hasil Ternak Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor. Ray, B. 2001. Fundamental of Food Microbiology. Second Edition. CRC Press, New York. Sudarwanto M. 1996. Komposisi dan Pembentukkan Susu. Kursus Singkat Jaminan Mutu dalam Industri Susu. Fakultas Kedokteran Hewan. Institut Pertanian Bogor. Bogor (Tidak diterbitkan). Supardi, I. dan Sukamto. 1999. Mikrobiologi dalam Pengolahan dan Keamanan Pangan. Alumni, Bandung. Toledo, Romeo T. 1999. Fundamentals of Food Process Engineering. Second Edition, Oxford. Wanniatie, Veronica. 2004. Tingkat Keamanan Susu Pasteurisasi Komersial Ditinjau Dari Status Mikrobiologis. Tesis. Sekolah PascaSarjana, Institut Pertanian Bogor.

57

LAMPIRAN

58

Lampiran

1. Daftar Istilah

Nu = jumlah mikroorganisme yang terdapat di udara Nj = jumlah mikroorganisme yang terdapat dalam jarum suntik Na = jumlah mikroorganisme yang terdapat dalam air N1 = jumlah mikroorganisme yang terdapat pada tempat penampungan Sc = kebersihan chamber Sa = kebersihan alat-alat uji mikro P = jumlah pulsa x lebar pulsa ; Pc = (jumlah pulsa x lebar pulsa) kritis Ec= kuat medan listrik kritis V= tegangan alat T= penghitungan jumlah TPC Z = komponen alat Q= waktu dari pemerahan sampai proses inaktivasi C = jenis mikroba yang terdapat dalam susu segar T1= Suhu ruang T2 = Suhu dingin X1 = jarak antar elektroda 3 mm X2 = jarak antar elektroda 4 mm X3 = jarak antar elektroda 5 mm Yn = total mikroorganisme

59

Lampiran 2. Data Hasil Analisis Total Mikroorganisme Pada Suhu Ruang (Penelitian Pendahuluan) Waktu Pengukuran Jarak elektrode

Susu segar

1 jam

2 jam

3 jam

4 jam

5 jam

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

3 mm

1.7x105

1.0x105

5.8x104

9.6x104

5.7x104

3.7x104

5.3x104

2.9x104

3.2x104

3.0x104

3.9x103

5.0x103

4 mm

1.7x 105

1.0x105

3.9x104

9.1x104

3.4x104

6.7x104

3.3x104

8.9x104

1.4x104

5.3x104

9.0x103

3.2x104

5 mm

1.3x105

7.9x104

6.5x104

3.7x104

4.3x104

1.4x104

4.6x104

1.3x104

4.1x104

1.5x104

2.9x104

9.0x103

Keterangan : I : sample 1 II : sample 2

60

Lampiran 3. Data Hasil Analisis Mikroorganisme 3.1. Data Hasil Analisis Total Mikroorganisme Pada Suhu Ruang Waktu Pengukuran Jarak elektrode

Susu segar

1 jam

2 jam

3 jam

4 jam

5 jam

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

3 mm

1.8x105

1.5x105

9.1x104

8.3x104

5.4x104

6.8x104

5.6x104

3.2x104

1.9x104

4.8x103

3.0x103

4 mm

1.3x 105

9.8x104

9.9x104

7.2x104

7.3x104

8.1x104

7.5x104

6.9x104

5.8x104

4.4x104

9.6x103

5.9x103

5 mm

1.0x105

1.7x105

9.6x104

1.0x105

8.3x104

9.1x104

7.5x104

8.7x104

8.0x104

9.5x104

3.5x104

5.1x104

7.6x104


61

3.2. Data Hasil Analisis E. Coli Pada Suhu Ruang Waktu Pengukuran Jarak elektrode

Susu segar

1 jam

2 jam

3 jam

4 jam

5 jam

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

3 mm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4 mm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

5 mm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


62

3.3. Data Hasil Analisis Total Mikroorganisme Pada Suhu Dingin Waktu Pengukuran Jarak elektrode

Susu segar

1 jam

2 jam

3 jam

4 jam

5 jam

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

3 mm

1.6x104

1.9x104

2.0x103

6.0x103

5.1x103

1.4x104

2.3x103

5.0x103

5.0x103

5.0x103

4.1x103

4.8x103

4 mm

3.2x104

2.0x104

2.8x104

1.7x104

1.3x104

1.1x104

2.5x104

1.6x104

2.7x104

1.5x104

2.0x104

1.3x104

5 mm

1.8x104

2.6x104

5.0x103

1.5x104

7.0x104

1.9x104

6.1x103

1.8x104

1.5x104

2.0 x104

1.4x104

3.2x104


63

3.4. Data Hasil Analisis E.Coli Pada Suhu Dingin Waktu Pengukuran Jarak elektrode

Susu segar

1 jam

2 jam

3 jam

4 jam

5 jam

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

I

II

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

3 mm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4 mm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

5 mm

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


64

Lampiran 4. Contoh Perrhitungan 1. Laju L Inaktivaasi Jarak elekktroda 3 mm m pada suhu ruang: -

sample 1

= 0.34 log cfu u/mL/jam -

sample 2

= 00.31 log cfu//mL/jam

Rata-ratta =

= = 0.33 loggcfu/mL/jam m 2. Nilai N D:

D= N k: 3. Nilai K K= =

65

Tabel Nilai D, k, Laju Inaktivasi dan Penurunan Mikroorganisme Suhu Ruang D (jam) 3.03 4.16 5.56

k(

Laju

Inaktivasi 0.33 0.24 0.18

Penurunan 1.7 1.2 0.9

Laju

Inaktivasi 0.11 0.04 0.02

Penurunan 0.5 0.2 0.1

0.76 0.55 0.41

Suhu Dingin D (jam) 9.1 25 50

k( 0.25 0.09 0.04

66

Lampiran 5. Tabel Data Hasil Pengukuran Produk Dalam Chamber Pada Suhu Ruang 5.1. Pengukuran Suhu Pada Jarak Elektroda 3 mm Waktu (jam) 0 1 2 3 4 5

0

t1 ( C) 27.8 27.3 27.1 27.4 27.5 27.4

Titik Pengukuran Suhu t2 (0C) t3 (0C) 27.9 27.8 27.4 27.5 27.1 27.1 27.4 27.3 27.6 27.5 27.4 27.3

5.2.Pengukuran Suhu Pada Jarak Elektroda 4 mm Waktu (jam) 0 1 2 3 4 5

0

t1 ( C) 28.4 28.3 28.2 28.3 28.4 28.5


5.3.Pengukuran Suhu Pada Jarak Elektroda 5 mm Waktu (jam) 0 1 2 3 4 5

0

t1 ( C) 27.6 27.5 27.2 27.4 27.4 27.3


Keterangan :

t 1 : atas ; t 2 : tengah ; t 3 : bawah 67

Lampiran 6. Tabel Data Hasil Pengukuran Produk Dalam Chamber Pada Suhu Dingin 6.1. Pengukuran Suhu Pada Jarak Elektroda 3 mm Waktu (jam) 0 1 2 3 4 5

Titik Pengukuran Suhu t1 ( C) t2 (0C) t3 (0C) 5.9 5.9 27.8 6.0 6.1 27.5 6.1 6.2 27.1 6.0 6.1 27.3 5.9 5.8 27.5 6.0 6.0 27.3 0

6.2. Pengukuran Suhu Pada Jarak Elektroda 4 mm Waktu (jam) 0 1 2 3 4 5

Titik Pengukuran Suhu t1 ( C) t2 (0C) t3 (0C) 4.2 4.2 27.8 4.4 4.5 27.5 4.5 4.5 27.1 4.6 4.6 27.3 4.5 4.6 27.5 4.6 4.6 27.3 0

6.3. Pengukuran Suhu Pada Jarak Elektroda 5 mm Waktu (jam) 0 1 2 3 4 5

Titik Pengukuran Suhu t1 ( C) t2 (0C) t3 (0C) 4.5 4.5 27.8 4.6 4.5 27.5 5.0 5.1 27.1 4.7 47 27.3 4.8 4.8 27.5 4.8 4.7 27.3 0

Keterangan :

t 1 : atas ; t 2 : tengah ; t 3 : bawah 68

Lampiran 7. Analisis Sidik Ragam Faktorial Sumber

Derajat

Jumlah

Kuadrat

Keragaman

Bebas (Db)

Kuadrat (JK)

Tengah (KT)

F-Hitung

Pr>F

F1

1

0.40700833

0.40700833

777.48

0.0001

F2

2

0.28485717

0.14242858

272.07

0.0001

F1*F2

2

0.05378717

0.02689358

51.37

0.0002

Keterangan :

F1 : Suhu Produk (0C) F2 : Jarak Antar Elektroda (mm)

69

Lampiran 8. Tabel Analisis Ragam Faktorial No.

Suhu Produk 0

Jarak Antar

Sampling

Laju Inaktivasi

( C)

Elektroda (mm)

(Log cfu/mL/jam)

1

6

3

1

0.11

2

6

3

2

0.12

3

6

4

1

0.04

4

6

4

2

0.04

5

6

5

1

0.02

6

6

5

2

0.02

7

26

3

1

0.31

8

26

3

2

0.34

9

26

4

1

0.23

10

26

4

2

0.24

11

26

5

1

0.15

12

26

5

2

0.20

70

Lampiran 9. Uji Lanjut Duncan

9.1. Pengaruh Laju Inaktivasi Mikroorganisme Terhadap Suhu Produk Suhu Produk (0C)

Rataan

6

0.13667 (A)

26

0.50500 (B)

9.2. Pengaruh Laju Inaktivasi Mikroorganisme Terhadap Jarak Antar Elektroda Jarak Antar

Rataan

Elektroda (mm)

3

0.51250 (A)

4

0.31475 (B)

5

0.13525 (C)

Keterangan : Huruf yang sama menyatakan bahwa pengaruh perlakuan tidak berbeda nyata

71

Lampiran 10. Data Sekunder Inaktivasi Mikroorganisme Menggunakan

Metode

LTLT Titik Rawan Susu

Hasil Pemerahan Pagi Hari

Hasil Pemerahan Sore Hari

1

2

3

4

5

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

(cfu/mL)

2.6 x 104

5.0 x 10 4

-

2.7 x 105

1.6 x 104

3.8 x 104

8.0 x 10 4

-

4.4 x 105

2.3 x 104

1.1 x 105

1.6 x 105

-

1.4 x 106

1.8 x 104

5.0 x 104

9.8 x 104

-

5.8 x 105

1.7 x 104

1.3 x 104

1.7 x 105

-

3.2 x 106

2.1 x104

5.0 x 104

8.5 x 104

1.2 x 105

3.1 x 106

1.8 x 104

6.1 x 104

1.0 x 105

1.3 x 105

3.2 x 106

1.6 x 104

7.0 x 104

1.3 x 105

1.4 x 105

3.9 x 106

1.9 x 104

Keterangan : titik rawan ke-1 = susu segar per sapi titik rawan ke-2 = setelah dicampur titik rawan ke-3 = setelah didinginkan titik rawan ke-4 = tiba di Ciputat titik rawan ke-5 = setelah dipasteurisasi (langsung)

72

Lampiran 11. Data Sekunder Inaktivasi Mikroorganisme Menggunakan

Metode

HTST Produk

Susu segar

Tanggal

05-06-06

1.8 x 105 2.3 x 104

Susu pasteurisasi Susu segar

Perhitungan TPC (cfu/mL)

12-06-06

Susu pasteurisasi

6.2 x 103 2.7 x 102

(Sumber : Wahyu, 2006)

73

Lampiran 12. Pengujian Mikrobiologis Air Susu (Dewan Standarisasi, 1992) Total Plate Count (TPC) 1. Lakukan pengenceran susu secara desimal yaitu 1:10, 1:100, 1:1000 menggunakan larutan NaCl fisiologis 0.85 % dan 1 % aquades steril. 2. Sample susu dimasukkan ke dalam cawan petri steril sebanyak 1 mL dengan pipet steril. 3. Tuangkan media steril yang telah didinginkan sampai suhu 45

0

– 50 0C

sebanyak 15 mL. Media yang digunakan dalam pengujian ini adalah nutrient agar.

4. Gerakan cawan petri secara horizontal agar merata. Biarkan media memadat. 5. Cawan Petri diinkubasikan dengan posis terbalik di dalam incubator selama 2 hari.. 6. Pemupukan dilakukan secara duplo untuk setiap pengenceran.

74

Lampiran 13. Perhitungan Laju Inaktivasi Hasil Dugaan Perhitungan Laju Inaktivasi Hasil Dugaan Suhu Ruang :

.

....................................................................................(11.a)

.

1) E = 0.28 kV/cm 1 22.32 .

.

0.34

.

9.181 /

2) E = 0.21 kV/cm 1 22.32 .

.

9.181

0.22 log

.

/

/jam

3) E = 0.17 kV/cm 1 22.32 .

.

9.181

0.19 log

.

/

/jam

Suhu Dingin : 1 355.4

.....................................................................................(11.b)

106.2

1) E = 0.28 kV/cm 1 355.4 .

.

.

0.15 log

106.2 /

/

75

2) E = 0.21 kV/cm 1 355.4 .

.

.

106.2

0.03 log

/

/jam

3) E = 0.17 kV/cm 1 355.4 .

.

.

0.02 log

106.2 /

/jam

Tabel Data Laju Inaktivasi Hasil Dugaan dan Penelitian 13.1. Suhu Ruang Laju Inaktivasi Hasil Dugaan (Log cfu/mL/jam)

0.34 0.22 0.19

Laju Inaktivasi Hasil Penelitian (Log cfu/mL/jam) sample 1 sample 2 0.31 0.34 0.23 0.24 0.15 0.20

Rata-Rata (Log cfu/mL/jam)

Laju Inaktivasi Hasil Penelitian (Log cfu/mL/jam) sample 1 sample 2 0.11 0.12 0.04 0.04 0.02 0.01

Rata-Rata (Log cfu/mL/jam)

0.33 0.24 0.18

13.2. Suhu Dingin Laju Inaktivasi Hasil Dugaan (Log cfu/mL/jam)

0.15 0.03 0.02

0.12 0.04 0.02

76

Lampiran 14. Gambar Rangkaian Alat High Pulsed Electric Field (HPEF)

Rangakain oscillator

Penguat tegangan I

Penguat tegangan II

Fly Back TV

77

Lampiran 15. Prinsip Kerja Alat HPEF

Arus PLN (220V)

Trafo (22V)

Diode Bridge (mengubah AC‐DC)

Rangkaian Oscillator

Fly Back TV

Output

78

Lampiran 16. Prosedur Kerja 1. Set-up alat HPEF 2. Pembersihan chamber menggunakan sikat kawat kecil dengan detergent anti kuman (mama lion), bilas sampai bersih dengan air dingin kemudian air hangat yang dimasukkan dengan jarum suntik. Selanjutnya direndam dengan alkohol selama 15 menit. 3. Masukkan sample sesuai volume masing-masing chamber dengan jarum suntik steril. 4. Tekan tombol on, kemudian diamkan selama 5 jam. Sample diambil setiap 1 jam sebanyak 1 mL dengan jarum suntik steril. 5. Setelah sample diambil, sample langsung diencerkan dalam larutan fisiologis untuk diuji.

79

Lampiran 17. Konstanta model kinetika Hülshelger untuk berbagai jenis mikroorganisme

Jenis Mikroorganisme

E

T

Tc

Ec

K

(kV/cm)

(µs)

(µs)

(kV/cm)

(%)

Escherichia coli (4 h)1

4 - 20

0.07 - 1.1

0.7

11

8.1

97.7

E.coli (30 h)1

10 - 20

0.07 - 1.1

8.3

18

6.3

97.6

Klebsiella pneumonia

8 - 20

0.07 - 1.1

7.2

29

6.6

95.7

Pseudomonas auriginosa

8 - 20

0.07 - 1.1

6.0

35

6.3

98.4

Staphylococcus aureus

14 - 20

0.07 - 1.1

13.0

58

2.6

97.7

Listeria monocytogenes I

12 - 20

0.07 - 1.1

10.0

63

6.5

97.2

L. monocytogenes II

10 - 20

0.07 - 1.1

8.7

36

6.4

98.5

Rata -rata

R

3.6

80

KAJIAN AWAL PENERAPAN MEDAN PULSA LISTRIK TEGANGAN TINGGI ( High Pulsed Electric Field ) UNTUK INAKTIVASI MIKROORGANISME PADA PRODUK SUSU SAPI SEGAR

Recommend Documents