Nenas terrnasuk kategori tanarnan tropis yang sangat cocok. dikembangkan di Indonesia (Pracaya, 1985). Daerah-daerah

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Saribuah Nenas 2.1.1. Sifat Umum dan Pembuatan Saribuah Nenas

terrnasuk kategori tanarnan tropis

yang

sangat cocok

dikembangkan di Indonesia (Pracaya, 1985). Daerah-daerah tensi

untuk produksi nenas terutarna

berpo-

adalah wilayah Jawa Barat,

Sumatra Bagian Selatan dan Tengah, dan Jawa Tirnur (BPS, 1994). Kualitas buah nenas tergantung antara lain dari varietas, nutrisi, kontak dengan cahaya, intensitax cahaya, fluktuasi suhu lingkungan, kernatangan dan penyakit (Mehrlich dan Felton, 1980).

Kornposisi

kimia buah nenas pada urnurnnya adalah air 80-85 persen, kandungan gula 12-15 persen (dua pertiganya adalah sukrosa, sisanya glukosa persen asam, 0,l persen

dan fruktosa), protein 0,4 persen, 0,6

lernak, dan sisanya berupa serat dan berbagai jenis vitamin (Samson, 1980). Pernbuatan

saribuah pada prinsipnya berlangsung

rapa tahap, antara lain pernilihan bahan baku, pengepresan kedua, blending, dan diakhiri pengernasan (Mehrlich

dan

Felton,

dalarn bebe-

pengepresan kesatu,

dengan pemanasan dan

1980).

Variasi pernbuatan

saribuah nenas dirnungkinkan, tetapi pada dasarnya rnasih dalarn kerangka tahap-tahap tersebut di atas. Cairan yang diperoleh dari ekstraksi atau pengepresan nenas disebut single strength

(SS)

saribuah nenas. Single strength (SS) didefinisikan sebagai saribuah nenas yang rnempunyai sifat fisiko-kirnia yang sesuai dengan saribuah perolehan langsung dari buah tanpa perlakuan apapun kecuali ekstrasi

atau pengepresan. Sebutan saribuah tanpa keterangan apapun berarti SS (single strength) yang mempunyai total padatan terlarut antara delapan sampai 1 5 "Brix (Hodgson dan Hodgson, 1993).

2.1.2. Mutu dan Kearnanan Saribuah M u t u didefinisikan sebagai kelompok sifat atau faktor yang membedakan tingkat pemuas atau aseptabilitas dari suatu komoditas bagi pembeli atau konsumen

(Kramer

1966;

Soekarto,

Komoditas saribuah nenas yang diperdagangkan harus persyaratan m u t u atau standar yang ditetapkan.

1990).

memenuhi

Codex Alimentarus

Commission FAOIWHO ( 1 9 9 6 ) telah merekomendasikan standar mutu saribuah

nenas

(tampiran 1),

yang

nenas mempunyai total padatan terlarut

mensyaratkan saribuah

minimal 1 0 "Brix

dengan

warna, flavor dan penampakan umum tidak menyimpang dari keadaan umum saribuah nenas yang biasa dikenal orang. Warna, flavor dan penampakan saribuah nenas pada umumnya ditentukan secara subyektif, dan merupakan

bagian pokok yang

--

dicermati dalam menjamin standar saribuah nenas (Hodgson dan Hodgson, 1993).

Batasan standar m u t u secara obyektif terhadap

penampakan urnum, warna maupun

flavor saribuah nenas hingga

saat ini belum disebutkan secara eksplisit. Standar saribuah nenas dari Codex di atas yang tegas diukur secara

obyektif adalah padatan terlarut,

kadar etanol,

anti busa,

kadar cemaran logam berat, dan bebas dari mikroba yang mampu hidup pada kondisi penyimpanan normal (Lampiran 1). Asam askorbat

tidak dicanturnkan dalarn rekornendasi rnutu saribuah nenas oleh Codex, narnun dalam persyaratan urnurn produk akhir saribuah secara urnurn oleh Codex disebutkan harus mengandung asarn askorbat minimal 400 rnglkg (Codex, 1992). Berdasarkan standar tersebut

diatas,

rnaka

dari Codex rnutu

(1992) dan Codex

saribuah

nenas

(1996)

dipertimbangkan

berdasarkan berbagai jenis parameter rnutu secara fisik, kirnia dan biologis.

Dalarn rnernpelajari pengaruh proses terhadap rnutu pangan

urnurnnya tidak semua parameter rnutu diukur,

tetapi hanya diukur

satu atau beberapa parameter yang disebut indeks mutu.

lndeks

rnutu diharapkan dapat rnernberikan garnbaran parameter rnutu lain sebanyak-banyaknya baik yang biasa dinilai secara subyektif rnaupun secara obyektif. Warna, indeks kecoklatan, kadar asarn askorbat, dan kadar gula pernah digunakan sebagai indeks rnutu dalarn pernbuatan konsentrat nenas (Braddock dan Marcy, 1985). Warna merupakan indeks rnutu penting, karena terlihat konsurnen lebih awal.

Warna dan kadar gula

dapat rnencerrninkan penerimaan konsumen terhadap saribuah nenas dari konsentrat,

dengan model pendugaan yang dinyatakan Fontana

et a/. (1993) sebagai berikut:

di rnana:

P : Penerirnaan konsurnen pada saribuah nenas, dengan skor

0-9(sangat tidak diterirna - sangat diterima).

dG: Perubahan glukosa (%) dR: Perubahan gula pereduksi (%) dHunter-L: Perubahan skala warna Hunter-L (%)

Kadar asarn askorbat bukan hanya sering digunakan sebagai indeks

rnutu saribuah tetapi juga produk bahan pangan lain yang

diolah dengan panas dan disimpan.

Hal ini karena asarn askorbat

rnerupakan zat gizi yang relatif sensitif pada pernanasan (Lund, 1 9 7 7 ) dan mengalarni kerusakan akibat oksidasi rnaupun enzirnatis dalarn penyimpanan (Labuza, 1982). Penurunan kadar asam askorbat yang besar merupakan suatu peringatan kernungkinan terjadinya kerusakan zat gizi lainnya akibat pernanasan maupun selarna penyirnpanan. lndeks kecoklatan sering digunakan sebagai indikator rnutu untuk rnenyatakan warna saribuah, dan Lozano, 1984;

rnisalnya pada saribuah ape1 (Toribio

Bayindirli et a/., 19951,

saribuah wortel (Sirns

et a/., 1993), saribuah nenas (Wirakartakusurnah et a/., 1995) dan berbagai jenis saribuah jeruk (Kanner et Sarnaniego,

1986; Cohen et a/., 1994).

a/.,

1982; Robertson dan

lndeks kecoklatan banyak

digunakan sebagai indikator rnutu, karena sensitif dan rnudah diukur juga

mempunyai

cakupan

parameter

menyatakan penampakan warna.

rnutu

yang

has,

selain

Misalnya, indeks kecoklatan dapat

merupakan indikasi telah terjadinya serangkaian reaksi perubahan mutu yang rnelibatkan banyak kornponen pangan (Saper,

1993),

berkaitan dengan pembentukan furfural atau HMF, perubahan flavor, dan gula (Lee dan Nagy, 1988131, dan berkaitan dengan zat gizi

lainnya seperti asarn amino dan asarn askorbat (Sadler, 1987). lndeks kecoklatan umurnnya diukur secara spektrofotornetrik dan dinyatakan dengan satuan nilai absorbansi pada 420nrn (Meydav et a/., 1977). Penarnpakan saribuah nenas secara urnurn bersifat cloudy (tidak jernih atau tidak transparan), tetapi jika terjadi pengendapan partikel akan menjadi jernih sehingga rnenyirnpang dari standar Codex. lndeks rnutu

yang

dikaitkan

dengan

ha1 ini adalah

inaktivasi

enzirn

pektinesterase dan telah digunakan sebagai indeks rnutu dalarn pasteurisasi saribuah jeruk (Holland et a/., 1976). Menurut standar Codex (19961, saribuah nenas harus bebas dari mikroorganisme normal.

yang

dapat

Dengan p H 3,5-3,7,

hidup dalarn

kondisi penyimpanan

bakteri patogen tidak mernproduksi

racun bahkan tidak dapat hidup dan rnikroba yang berpeluang besar hidup pada saribuah tersebut adalah jenis Lactobacil/us, bakteri asam Iaktat,

kapang

dan

khamir

(Cousin

dan

Rodriguez,

1987).

Lactobacillus telah digunakan sebagai indeks m u t u dalarn proses pengolahan saribuah

jeruk (Nagy et

at., 1977), konsentrat pasta

tomat (Villari et a/., 1984) dan mikroba indikator daalam rancangan proses HTST dengan oven gelombang rnikro (Nikdel et al., 1994).

2.1.2. Aspek Fisiko-kimia Saribuah Saribuah nenas rnempunyai kandungan padatan terlarut rata-rata

12 "Brix, dengan nilai indeks kecoklatan antara

0,080-0,105

unit

absorbansi pada 4 2 0 n m (Braddock dan Marcy, 1985). Berdasarkan sifat fluidanya, saribuah nenas terrnasuk dalarn fluida Newtonian dan

diatas 22"Brix berubah menjadi pseudoplastik jika padatan terlarutnya bertambah (Hodgson dan Hodgson, 1993). Saribuah nenas mengandung sukrosa 8-10 g1100g. glukosa 1,7 g l 1 OOg,

fruktosa

0,7-1,8

g1100g dan asam askorbat

mgI100rnL (Braddock dan Marcy, relatif stabil, berkisar

antara

1985).

3.3-3.7,

3,3-5,3

Nilai p H saribuah nenas

dengan

kandungan

asam

nonvolatil yang didominasi asam sitrat dan malat (Singleton dan Gortner, 1965).

Dalam saribuah nenas juga terdapat lebih dari 45

senyawa .volatil, seperti aldehida, ester dan turunannya, senyawa

furan dan turunannya, furfurai dan

senyawa-

hidroksimetilfurfural

(Flat dan Forrey, 1970). Mehrlich

dan Felton (1980) juga melaporkan

adanya

mineral dan vitamin dalam saribuah nenas. Kalsium, fosfor,

sejumlah magne-

sium dan potasium terdapat lebih dari 8 mgllOOg, sedangkan niasin dan asam pantotenat masing-masing 0,29 dan 0.16 mg1100g. Nenas juga dilaporkan mengandung sejumlah pigmen klorofil, karotenoid dan antosianin (Gortner, 1965).

2.1.3. Aspek Biokimia dan Mikrobiologi Saribuah Aspek biokimia nenas yang menonjol dibanding buah-buahan lainnya adalah ketersediaan enzim bromelin.

Hasil penelitian Gortner

dan Singleton (1965) menunjukkan bahwa lebih dari 5 0 persen protein nenas berupa enzim protease (bromelin). saribuah nenas lebih dari 2 0 jenis (Tabel 1)

Asam amino dalam yang didominasi oleh

aspargin, alanin, serin dan glisin (Hodgson dan Hodgson, 1993).

Tabel 1 .

Kadar asam amino dalarn saribuah nenas (Hodgson dan Hodgson, 1993) -

No. Narna Asarn Amino

Alanin Alpha-aminobutirat Gamma-aminobutirat Arginin Asparagin Aspartat SisteinISistin Jenkolat Etanolamin Glutamat Glutamin Glisin Histidin Isoleusin Leusin Lisin Metionin Phenilalanin Prolin

20.

Serin

21.

Threonin

22.

Tirosin

-

Konsentrasi tppm)

Enzim peroksidase juga dijumpai pada nenas muda,

tetapi

keberadaannya rnenurun terus pada proses pematangan buah.

Selain

peroksidase, dalam

buah nenas

juga

dilaporkan terdapat poliga-

lakturonase, fosfatase, oksidase dan dehidrogenase (Gortner dan Singleton, 1965). dalam proses

Beberapa

jenis enzim dapat menjadi

masalah

bahan pangan berasam tinggi, antara lain :

lipase,

fenolase, lipoksigenase, katalaso, peroksidase, pektinase, oksidase, Pektinase,

dan

dan fosfatase.

fosfatase

berpengaruh

golongan

buah secara alami tgrdapat enzim pektinesterase yang

pada

peroksidase,

protease

protease,

mutu produk

(Sadler, 1987). Pada

keadaannya bervariasi tergantung jenisnya (Reed, 1975). Pektinesterase adalah golongan enzim pektinase yang mengkatalisis

deesterifikasi hidrolitik

tanpa gugus metoksil.

pektin sehingga membentuk

Menurut Kulp (1975),

pektin

enzim pektinesterase

tidak hanya diproduksi oleh tanaman, tetapi juga diproduksi mikroba seperti Fusariurn sp., Clostridium sp. dan sebagainya. Mikroflora

yang

mungkin terdapat

dalam

produknya, antara lain berupa bakteri seperti

buah

nenas

Clostridium paste-

urianum, Lactobacillus plantarum, Leucostoc mecenteroides, beberapa jenis bakteri Clostridium

grampositif yang

dan

belum

dan

teridentifikasi.

pasteurianum tidak mampu hidup pada produk nenas

yang rnempunyai pH kurang dari 4,2 (Hodgson dan Hodgson, 1993). Mereka

juga rnencatat

saribuah nenas

adanya sejumlah kapang dan khamir pada

yang dibuat dari konsentrat (Aw rendah), seperti:

Byssochlamys fulva dan Talaromyces flavus.

Khamir bersama sporanya dapat dieleminasi dengan rnudah menggunakan pasteurisasi,

tetapi

kapang

yang

berspora

pernanasan lebih lama jika produk berupa konsentrat.

perlu

Kadar gula

yang tinggi dalarn konsentrat akan rneningkatkan daya tahan khamir terhadap panas (Frazier dan Westhoff, 1978). Kapang lebih dorninan pada jenis konsentrat, tetapi pada buah dan sayuran dengan Aw tinggi, bakteri umumnya mengambil peran pertama merusak dalam ferrnentasi, kemudian diikuti kapang dan kharnir (Gilliland, 1986).

2.2. Mekanisme Perubahan Mutu Saribuah Perubahan

warna

dan flavor

saribuah

nenas

diduga akibat

degradasi gula, pemanasan dan penyimpanan (Mehrlich dan Felton, 1980). Perubahan rnutu saribuah menurut faktor penyebabnya yang dorninan dapat terjadi akibat reaksi kimia, aktivitas biokirnia dan kerja mikroba.

Berlandaskan indeks

mutu saribuah nenas yang diuraikan

dibagian 2.1 maka perubahan mutu saribuah nenas yang penting dikemukakan rnekanismenya adalah kecoklatan dan perubahan gula, degradasi asarn askorbat, perubahan mutu akibat aktivitas kerja enzim dan mikroba.

2.2.1. Kecoklatan dan Degradasi Gula Kecoklatan yang terjadi d i dalam bahan pangan rnerupakan produk serangkaian reaksi yang rnelibatkan banyak senyawa, lebih kompleks dari sekedar pembagian kecoklatan secara nonenzimatis dan enzimatis (Saper, 1993). Kecoklatan nonenzimatis berdasarkan rnekanismenya

dibedakan atas empat golongan, yaitu kecoklatan akibat karamelisasi, reaksi

Maillard,

degradasi

asam

askorbat

dan degradasi lipid

(Sadler, 1987). Kecoklatan reaksi Maillard diawali oleh reaksi gula pereduksi dengan

asam

amino

membentuk

glikosilamin,

yang

kemudian

membentuk produk Amadori. Selanjutnya terjadi reaksi-reaksi pembentukan senyawa

antara

dan

hingga berakhir pada pembentukan

senyawa kecoklatan (Gambar 1).

Saat ini telah diketahui bahwa

produk Amadori dapat menjadi berbagai senyawa dengan melalui berbagai senyawa antara sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 2 (Tressl et a/., 1994) Sukrosa tidak terrnasuk gula pereduksi (BeMiller dan Whistler, 1996),

tetapi

dapat

menghasilkan fruktosa

dan glukosa

yang

merupakan gula pereduksi. Pembentukan produk antara berupa HMF dalam Gambar 1 merupakan indikator kuat telah terjadi degradai gula pereduksi seperti fruktosa dan glukosa tersebut (Sadler,

1987).

Akibat degradasi gula bukan hanya terbukanya peluang kecoklatan reaksi Maillard, tetapi juga dapat menghasilkan berbagai senyawa, sebagaimana diperlihatkan dalam Tabel 2.

Monosakarida

pada

pemanasan suhu tinggi dalarn suasana asam kuat dapat mengalami dehidrasi, 1989).

hingga menjadi furfural seperti dalam Gambar 3 (Wong, Dalarn ha1 ini baik

dapat menjadi l,2-enediol,

fruktosa maupun

glukosa sama-sama

dan kemudian melewati jalur yang sama

membentuk hidroksirnetilfurfural (HMF). Konversi dari gula ke HMF itu berlangsung dalam empat tahap (Gambar 3).

16

+amin, -H20

Glikosilamin rearangemen

1-amino-I -deoksi-2-ketosa

Basis Schiff, HMFIFurfural

Redukton

Hasil fisi (asetal, diasetil, dll.)

Dehidroredukton

HMF atau furfural

Aldehid

+amin

Melanoidin polirner dan kopolimer kecoklatan yang mengandung nitrogen

Garnbar 1. Kecoklatan reaksi Maillard (Hodge, 1 9 5 3 dan Nursten, 1990; dalarn Apriyantono, 1992)

Y

3-deokC l +C5 tsi-aldo-

Basa Schiff t---C2+C4

11

2,3-Ened~ol

, lntr F

S trecker

Keterangan: K = ICll~CO,lI

R, =

c~rco,ii

"'-'"'

ktI(cli,)€..

I.

I /

j

reaksi kecoklatan

1 -

--) pH<5

pH 7

I Keterangan tentang senyawa antara (intr.) : N-K

N-K

011

0Ii

1

intr D

011

H

NI1.K

01i

A

L

Gambar 2. Jalur pembentukan senyara antara (intermediate) dalam kecoklatan reaksi Maillard dari glukosa (Tressl eta/., 1994)

-

pernbentukan aroma

Tabel 2 . Beberapa senyawa hasil degradasi gula (Lee dan Nagy, 1988)

Asam asetat Asetilformoin Asam format 2-Asetilfuran 2-Asetilpirol a-Angelica lactone B-Angelica lactone

N-Etilpropil-2-karboksaldehid 2,3-Dihidro-3,5-dihidroksi-6-metil-4H-piranon 2,5-Dimetil-4-hidroksi-3(2H)-furanon

Furfural Furfuril alkohol 2-Hidroksiasetil furan 2-Hidroksiasetil furan format 5-Hidroksimetil furfural 4-Hidroksi-2-(hidroksimetil)-5-metil-3(2H)-furanon

Metilsiklopentenolon 5-Metil-2-furaldehid 5-Metilpirol-2-karboksaldehid

. l H I

H- C=O

H-CSOH

HO-:-H I H-C-OH

H-C-OH

n

I

H-C-OH

2

15

H-C-OH no-A-H I

C-OH

=

I

HO-C-H I

n-c-on

I

n-C-on

H-C-OH

I C H,

I

I

-

H

f

n-i-0"

frukto~a

H@

H-C-OH I

CH.OH

CH,OH

1.2-enediol

H-C-OH $4

0

!

CH,

glukosa

C-OH I NO-C-H

[e

I H-C-OH

I

H-C-OH

-

H-C-OH
H - C G H

H@

H-C-OH

H-C=O

.(I

@ + Y o

5

H,O

H,O-C-H I H-C-OH

C-OH

A

:

I H-C-OH

I

I

H-C-OH I CH,OH

I

H-C-OH I CH,OH

H-C-OH I

CH,OH

3-deoksiglikosulosa

H - C =O I C-OH I,

CH I H-C-OH

H

H-C=O I

H-C=O

CGH H.0

(D

're

-L

H-C-OH,

I

I

C =o

in CH I

H-C-OH

H-C-OH

I

I

CH.~H

CH,OH

H-C-OH I

CH,OH

glikosulos-3-ene H-

c=o I

F?J

C=OH G

r

H CH I

,

H-C-OH CH,OH

H- C =O

-

(:-OH

(id C-OH I

""'pJ",,

HOC&

-"so

0

ucHO

OH

hidroksimetilfurfuraj

1

CH.OH

O ;:

0

I1

CH,CCH,CH,COOH

+

HCOOH

aSam levulonat I

Gambar 3. Pembentukan turunan furan dari glukosa dan fruktosa (Wong, 1989)

Perbedaan pokok

kecoklatan

akibat

reaksi

Mailtard,

asam

askorbat dan lipida pada dasarnya hanya bertumpu pada asal karbonil reaktifnya.

Pada reaksi Maillard,

karbonil reaktif berasal dari gula

pereduksi, sedangkan kecoklatan dari lipid bermula dari autooksidasi asam lemak tidak

jenuh dan umumnya mempunyai Ea dibawah 5

Kkallmol (Sadler, 1987). Peristiwa kecoklatan yang mempunyai E a d i bawah 5

Kkallmol pernah ditemukan dalam penelitian Priyanto

(1991), yaitu sebesar 2,5 Kkalfmol pada kecoklatan kerak roti tawar dalam pemanggangan selama 5-30 menit dengan suhu 250-280 "C.

2.2.2.

Degradasi Asam Askorbat

Kehilangan asam askorbat dapat berlangsung secara enzimatis dan nonenzimatis yang bersifat oksidatif maupun nonoksidatif. Jalur kerusakan secara

enzimatis

pada produk sterilisasi

dan

paste-

urisasi dapat diabaikan, karena enzim askorbikase yang mengkatalisis

kerusakan tersebut inaktif atau kehilangan kemampuannya

dalam pemanasan ringan (Wong, 1989). Kerusakan nonenzimatis asam askorbat yang berkelanjutan dapat menghasilkan prekusor dan senyawa kecoklatan, hat dalam Gambar 4 (Gregory 111, 1996).

sebagaimana terli-

Dalam gambar tersebut

terlihat bahwa kerusakan dapat berlangsung dengan atau tanpa katalis

logam, dan juga dapat

berlangsung dengan jalur oksidatif

(kondisi aerobik) maupun nonoksidatif (anaerobik). Dari kedua jalur tersebut sama-sama dihasilkan senyawa diketogulonic acid (DKG),

Asam askorbat

(ti2 A - u ~ ~ o )

Garnbar 4. Degradasi asam askorbat hingga rnenjadi kecoklatan (Gregory 111, 1996)

yang selanjutnya rnelalui 3-deoksipentose

(DP) atau xilosone

(X)

dapat rnernbentuk senyawa coklat. Dalarn Garnbar 4 tersebut terlihat bahwa setelah pernbentukan DKG relatif sulit dibedakan antara kerusakan yang berasal dari proses

oksidatif rnaupun nonoksidatif, bahkan juga ada sebagian senyawa yang rnungkin berasal dari degradasi gula. tahap

awal

kerusakan

Narnun dernikian dalarn

asarn askorbat, terdapat perbedaan nyata

peranan oksigen, asarn dan produk reaksinya.

terutama dalarn

Kerusakan asarn askorbat nonoksidatif dapat dipercepat dengan pH yang diturunkan atau kondisi asam (Wong, 1989).

2.2.3. Kerusakan Saribuah Akibat Enzirn dan Mikroba

Enzirn yang secara alarni terdapat dalarn bahan pangan jika tidak diinaktifkan dapat rnengkatalisis reaksi-reaksi yang tidak dikehendaki dan rnerusak rnutu pangan.

Hasil reaksi yang dikatalisis tersebut

dapat rnerupakan suatu surnbangan yang berarti bagi kelangsungan dan ketahanan hidup mikroba yang ada hingga rnernperberat kerusakan pangan. guna pangan.

Di pihak lain, mikroba rnernproduksi sejurnlah enzirn

keperluan rnetabolisrnenya hingga rnemperparah kerusakan Karena

itu kerusakan akibat enzim

dan

mikroba dapat

bekorelasi dan berakibat tirnbal balik. Dalarn produk berupa saribuah kernungkinan

kerusakan yang terjadi akibat kerja enzirn adalah

perubahan warna,

kekeruhan dan flavor yang rnenyirnpang dari

standar saribuah sebagairnana dibahas di bab 2.1.

2.2.3.1.

Kecoklatan Enzimatis

Kecoklatan enzirnatis

disebabkan

oleh reaksi yang dikatalisis

oleh enzirn fenolase. Reaksi yang dikatalisis enzim tersebut ada dua tipe, yaitu

reaksi

hidroksilasi yang

menghasilkan

reaksi oksidasi

yang rnenghasilkan

Hyslop,

Jika

ortofenol

dan

ortoquinon (Richardson dan maka

reaksi

pertama menghasilkan o-dihydroxyphenylalanine (DOPA) dan

reaksi

DOPA quinon,

dapat

1976).

kedua rnenghasilkan

substratnya

tirosin,

berupa

yang

jika

berlanjut

terjadi kecoklatan sebagairnana terlihat dalam Garnbar 5. Dalam Garnbar 5 terlihat bghwa oksigen dan enzirn berperan besar dalam kecoklatan enzimatis. ini dapat

Karena itu kerusakan enzimatis

rnudah terhambat dengan inaktivasi

angan oksigen.

enzim

atau pernbu-

Selain itu keberadaan sistein dan sejurnlah antiok-

sidan lrnisalnya asarn askorbat) juga dapat rnenghambat kecoklatan enzimatis melalui reaksi dengan dopaquinon, sebagaimana diperlihatkan dalam Garnbar 6. Asarn askorbat dan sistein dalarn ha1 ini mengembalikan reaksi dari bentuk dopaquinon menjadi DOPA. Vitamin

E Itokoferol) rnerupakan antioksidan kuat yang langsung rnengharnbat jalur kerja fenolase.

D i pihak lain, asarn askorbat dan sistein secara

alami terdapat dalam saribuah (Mehrlich dan Felton, 19801, sehingga kecoklatan

enzimatis

relatif

larnbat

dibanding

kecoklatan

nonenzimatis. Namun demikian, dalarn pernotongan buah dan sayur d i udara terbuka,

kecoklatan enzirnatis yang sangat cepat terjadi

akibat jumlah oksigen yang berlimpah (Scott, 1975).

-

CHI-CH-NY

-

I

I

C=O !

CZO

I

OH

I

OH

Tirosin

MELANIN

Cn>-Cn-E(H1 ! c=o

CH~-CH-NH,

OH

dopa

dopaquinon

I

HC-HzC-S

CH,-CH-NH)

I

I c=o

c=o

I

OH

SH

c=o

5-S-sisteinildopa Nb

I

OH

dopaquinon

sistein

,

CH2-CH-NY c=o .*

W2-CH-C=0

1

I

I

N&

OH

dopahidroquinon

I

OH

sistin

F

m;on CHI-W-NH>

I

c=o I

OH

dopaquinon

OH

asam askorbat

dopahidroquinon

+

0

asam dehidro askohat

Gambar 6. Jalur penghambatan asam askorbat dan sistin dalam penghambatan kecoklatan enzimatis (Friedman, 1996)

2.2.3.2.Penjernihan Enzimatis Saribuah nenas secara normal berpenampakan keruh (cloudy) atau tidak jernihltransparan. Kekeruhan saribuah bukan hanya penting dalarn penarnpakan saribuah, tetapi juga rnemberikan dalarn

pengecapan

(mouthfeelness).

komponen utarna dalarn

Pektin

juga

citra khas merupakan

mempertahankan penarnpakan kekeruhan

tersebut (Holland et at., 1976). Kekeruhan saribuah dipertahankan oleh pektin koloidal dengan rnempertahankan keseirnbangan strength dan jumlah

ikatan ion

logarn. Kesetirnbangan tersebut terganggu atau rusak oleh aktivitas enzirn pektinesterase.

-

Pektinesterase dalarn ha1

ini rnengkatatisis

reaksi hidrolisis grup metoksi pada pektin sehingga karboksil bebas (Garnbar 7).

rnenjadi grup

Peningkatan grup karboksil akan

rnengganggu strength dan jurnlah ikatan yang menjadi daya penstabil pektin koloid untuk rnernpertahankan kekeruhan, sehingga dapat menyebabkan pengendapan. lnaktivasi enzirn pektinesterase dalarn saribuah olahan dipandang lebih penting dari enzirn fenolase.

Hal ini

disebabkan dampak yang ditimbulkan fenolase rnasih dapat terhenti oleh senyawa dalarn produk seperti asarn askorbat dan sistein.

Pada

saribuah jeruk kerusakan rnutu akibat penjernihan atau hilangnya kekeruhan

tersebut

umurnnya

dihindarkan

dengan

pektinesterase melalui pernanasan (Nagy et al., 1977).

inaktivasi

2.2.3.3.Kerusakan M u t u Akibat Kerja Mikroba Keasaman saribuah nenas yang tinggi,

pH

33-3.7.merupakan

keuntungan tersendiri karena dengan p H kurang dari 3.9

mencegah

mikroba patogen dan sporanya untuk hidup. Proses pada saribuah nenas diarahkan untuk membunuh sel vegetatif,

hingga dicapai

standar m u t u bebas dari mikroba sesuai rekomendasi Codex. Lactobacillus merusak mutu saribuah, karena menimbulkan penyimpangan rasa dan bau, lebih tahan p H rendah dan relatif tahan pemanasan dibandingkan mikroba dapat lainnya.

3.6,

hidup pada

pH

rendah

LactobaciNos tersebut-masih dapat tumbuh baik pada p H

sedangkan

Leuconostoc sangat

lambat pertumbuhannya dan

baru membaik pertumbuhannya pada p H lebih besar dari 3,9 (Nagy e t a/.,

1977).

lebih

banyak

Dominasi dan ketahanan panas kapang dan khamir terjadi

pada

bahan

pangan

dengan

Aw rendah

(konsentrat), tetapi pada saribuah dan produk ber-Aw tinggi bakteri lebih dominan (Labuza, 1982). Kerusakan yang ditimbulkan oleh Lactobacillus terhadap saribuah pada prinsipnya disebabkan oleh kegiatan metabolisme mikroba tersebut agar dapat bertahan hidup. Kegiatan pokok dalam hat

ini memfermentasi gula

sebagaimana terlihat di Gambar 8.

Lactobacihs

dan menghasilkan metabolit Ketersediaan gula berkurang

akibat metabolisme akan mempengaruhi rasa dan flavor saribuah bersamaan dengan gangguan metabolit terhadap keasaman dan bahkan warna saribuah.

1

ruktoss lukose

Fruktgsa-1,6P

Glukosa-6P MDH 6P Ccukon~r

."*" 0'

i

UnH

"'I 0

X t ~ u ~ o sSP r

+

i 2 h

v

2 T a ~ o r a3P

ATP

Tllosa-3P

+

::

A s r r r ~P

Aurrr

NADH

"5 IIG**lra.]

MD+

Jalur Glikolitik

Jalur Foefolitik

C

Garnbar 8. Jalur fermentasi g u l a o l e h b a k t e r i L a c t o b a c i l l u s s. (Flamming 'et a/.. 1986)

2.3.Proses Aseptik 2.3.1. Prinsip Dasar Proses (process) didefinisikan sebagai pemanasan terhadap bahan pangan dalam waktu dan suhu tertentu yang ditentukan secara ilmiah untuk mencapai kecukupan sterilisasi komersial (The Food Processor Institute, 1988).

Proses aseptik adalah suatu

pemanasan secara

kontinu dalam tempo singkat dalam rangka sterilisasi (UHT) atau pasteurisasi (HTST) bahan pangan diluar

kemasan.

Pengernasan

aseptik diawali dengan sterilisasi kemasan tanpa produk,

diikuti

dengan pengisian produk proses aseptik dan ditutup secara hermetis dalam kondisi aseptik.

Hubungan antara

proses aseptik sangat erat, pengertian

sebagai

tersebut,

sehingga sering dianggap sebagai satu

pengemasan

processing and packaging).

pengemasan aseptik dan

dan

proses

aseptik

(aseptic

Untuk menghindari kerancuan pengertian

Nelson et a/. (1 987) memberikan diagram sistem proses

dan pengemasan aseptik sebagaimana terlihat dalam Gambar 9.

Proses aseptik dan pengantaran bahannya Pengisian dan penutupan aseptik , dan

Sterilisasi kemasan dan pengantaran kemasan

Gambar 9. Sistem proses aseptik

Keuntungan proses aseptik adalah tersedianya

peluang menggu-

nakan suhu lebih tinggi dibandingkan proses konvensional.

Dengan

suhu tinggi tersebut dan didukung oleh sistem kontinu, maka waktu proses dapat diperpendek (Lund, 1987). kenyamanan

produksi

dan desain

Keuntungan

lain adalah

kernasan, m u t u produk dapat

diharapkan lebih baik, dan relatif hemat energi (Toledo dan Chang, 1990). Disamping penggunaan (pumpable) bangkan

keuntungan proses

diatas,

aseptik

yaitu

dan penentuan w a k t u

terdapat

keterbatasan

bahan harus prosesnya

bersifat

dalam fluida

perlu mempertim-

sifat aliran bahan. Berdasarkan pertimbangan

keamanan

pangan untuk masyarakat umum, maka waktu dan suhu proses yang diperlukan untuk destruksi mikroba hanya dievaluasi dibagian tempat

target pemanasan (holding tube)

isotermal (Toledo, 1986).

Waktu proses ditentukan

pada perioda pada

berdasarkan

kecepatan maksimal fluida (Vrnax) sebagai berikut (Lund, 1987):

dimana:

0 : Waktu proses aseptik (detik) L : Panjang holding tube (cm) Vmax: kecepatan maksimal bahan (cmjdetik)

kondisi

Besar V ~ . X dipengaruhi oleh profil atau distribusi kecepatan.

Vmax

untuk aliran laminer (bilangan Reynolds, Re, kurang dari 2100) fluida Newtonian sebesar dua kali kecepatan rata-ratanya (V), sedangkan untuk nonNewtonian diduga dengan model hubungan sebagai berikut (Lund, 1987):

dimana: V : kecepatan rata-rata fluida (cmldetik) n : indeks perilaku aliran (tanpa satuan).

Bagi fluida yang bersifat turbulen baik fluida Newtonian maupun. nonNetonian persamaan (2-2) diatas kurang tepat jika digunakan. Dalam ha1 ini lebih tepat digunakan persarnaan Dodge dan Metzner dengan menggunakan bilangan Reynolds urnum (generalized Reynolds number, Re'). Palmer dan Jone (1976) telah menghitung rasio V/Vmax dalam berbagai sehingga dilakukan.

nilai Re' sebagaimana terlihat dalam Gambar

pendugaan kecepatan maksimal bahan Penggunaan informasi reologi dengan

lebih

10,

mudah

referensi suhu

kamar akan bias atau kurang tepat jika kenyataannya sifat tersebut ternyata berubah pada suhu tinggi.

2.3.2.Sterilisasi dalam Proses Aseptik Proses aseptik pada aktivitas

mikroba yang

Namun demikian dalam

dasarnya dirancang untuk menghilangkan tidak

dikehendaki dalam bahan pangan.

perkembangannya proses

dituntut untuk rnempertahankan mutu dan

tersebut juga

meningkatkan keawetan

produk dengan menginaktifkan enzim pengganggu (Toledo dan Chang, 1990).

Kecukupan

pemanasan

proses

aseptik

pada

dasarnya

diperhitungkan pada kemampuan sistem pemanasan (Lund, 1977), dan rnikroba indikatornya menurut golongan p H bahan pangan yang diproses (Cousin dan Rodriguez, 6 987). Bahan pangan dikelompokkan dalam

tiga golongan berdasarkan

pH-nya, yaitu berasam rendah (pH lebih besar dari 4'61, asam (pH 4Penentuan waktu dan

4,6)dan berasam tinggi (pH kurang dari 4,O). suhu dalam proses yang

ditetapkan

pangannya. dan

aseptik tergantung

berdasarkan

jenis

ketahanan

mikroba

panas

dan

indikator, p H bahan

Stumbo (1 9 7 3 ) merangkum alternatif mikroba indikator

ketahanan panasnya

menurut golongan p H bahan pangan

sebagaimana terlihat dalam Tabel 3. Pada

bahan pangan berasam rendah

mikroba indikator Clostridium asam

umumnya

sporogenes PA3679, pada makanan

sering digunakan mikroba indikator jenis bakteri

seperti BaciNus coagulans atau berasam

tinggi digunakan

digunakan

mesofilik

Clostridiurn pasteurianurn,

bakteri

toleran

asam

yang

(Lactobacillus,

Leuconostoc), kapang atau khamir (Cousin dan Rodriguez, 1987).

Tabel 3. Nilai D dan grup mikroba dalam bahan pangan (Sturnbo, 1973)

Kelompok Bahan Pangan dan rnikrobanya

Ketahanan panas (rnenit)

Bahan pangan berasarn rendah: Terrnofilik (berspora) Grup flatsour (B.stearotherrnophilus) Grup gaseous (C. therrnosaccharolyticum) Grup sulfit (C.nigrican)

4,O-5.0 3,O-4,O 2,0-3,0

Mesofilik (berspora) C.botulinurn (A dan B) Grup C. sporogenes (termasuk PA36791

0,l-0,2 0,l-1.5

Bahan pangan asarn: Terrnofilik (berspora)

0,Ol-0,07

Mesofilik (berspora) Anaerob fakultatif Butirat anaerob (C.pasteurianum) Bahan pangan berasarn tinggi: Lactobacillus, f euconostoc dan kharnir serta kapang

D(66"C) 0,5-1 ,O

Pada bahan pangan berasam rendah,

seperti susu, sterilisassi

proses aseptik dilakukan dengan UHT yaitu pernanasan pada suhu

135-1 50°C selarna 2-5 detik. saribuah pH 3,5-4,

Pada produk berasam tinggi,

dilakukan dengan HTST yaitu pernanasan pada

suhu 85-95°C selarna 15-30 detik (Fardiaz, 1992). waktu

seperti

proses yang lebih singkat

dalarn

Penggunaan

proses aseptik

HTST

dimungkinkan dengan menaikkan suhu proses. Proses aseptik dalarn waktu tiga detik pada 104 O C telah dicobakan pada saribuah jeruk dan apel, dengan hasil relatif sama dengan saribuah yang diproses hotfill

85°C selarna tiga menit (Toledo dan Chang, 1986). Penggunaan waktu proses yang rnakin pendek diharapkan dapat mengurangi kerusakan zat gizi dan rnenghemat biaya produksi. Narnun dernikian penggunaan waktu pendek perlu dilakukan dengan cermat, sebab rneskipun inaktivasi rnikroba target tercapai tetapi ada kernungkinan enzim yang dapat rnerusak bahan pangan belurn inaktif. Keadaan tersebut dikemukakan Toledo (1990) dalarn diperlihatkan pada Garnbar 11 untuk Dalam

gambar

tersebut

terlihat

kasus bahwa

bahan

ilustrasi yang pangan asam.

C.pasreurianum

dapat

diinaktivasi (6D) dalarn pemanasan seharna 12 detik (0.2 rnenit) pada suhu

96"C,

tetapi

waktu

tersebut

tidak

mencukupi

untuk

rnenginaktivasi enzirn pektinesterase dan poligalakturonase yang perlu waktu proses tidak kurang dari lima menit. Dengan dernikian dalarn proses aseptik dengan HTST, perlu diperhitungkan keberadaan enzirn perusak yang relatif tahan dalarn rentang suhu sistem pemanasan tersebut.

I

1

85

90

9%

Suhu *c

Gambar 1 1 . Waktu inaktivasi faktor biologis bahan pangan (Toledo dan Chang, 1990)

2.4.

Kinetika Reaksi Kimia dan M u t u Pangan Penggunaan

kinetika

dalarn

bidang

pangan

pada

dasarnya

rnerupakan penerapan prinsip kinetika yang digunakan dalarn reaksi kirnia.

Kinetika kirnia ialah suatu telaah rnengenai laju reaksi kirnia

dan perubahannya pada berbagai kondisi (Labuza,

1983).

Kinetika

kirnia juga berkaitan dengan perubahan suatu sifat kimia dalarn suatu waktu (Steinfeld et a/.,1 989). Kinetika dalarn bidang pangan telah rneluas penggunaannya, bukan hanya mernpelajari perubahan kimia tetapi juga fenornena fisik dalarn bahan

pangan

yang

dapat

dijelaskan

dengan

kinetika

seperti

pendugaan waktu kedaluwarsa (Labuza, 1982), gelatinisasi pati dan penyerapan air (Wirakartakusurnah,

1 9 8 1 ) dan perubahan warna

kerak roti (Priyanto et al., 1990). Manfaat inforrnasi kinetika terutama dalarn perencanaan proses, pengembangan produk dan penyirnpanan bahan pangan,

sebagaimana terangkum pada Tabel 4 berikut (Lenz

dan Lund, 1980).

Tabel 4. Manfaat kinetika dalarn teknologi pangan No. 1. 2.

3.

Kategori rnanfaat Perbaikan produk Pengernbangan produk baru Penyimpanan produklbahan pangan

KeteranganIContoh kasus Minirnalisasi kerusakan pangan ldentifikasi peluanglalternatif produk baru dengan desain proses dan rnetode pengemasan Pendugaan umur sirnpan dan pengendalian variabelnya

2.4.1. Landasan Teori Laju dan Orde Reaksi

Perubahan kirnia dapat terjadi dalarn bentuk

sederhana hingga

yang kornpleks yaitu yang terdiri atas beberapa tahap dan urnurn-nya mencakup satu atau lebih senyawa antara.

Reaksi kimia yang hanya

berlangsung satu tahap disebut reaksi elernenter yaitu reaksi

yang

produknya langsung dibentuk dari reaktan. Reaksi elementer dapat dinyatakan

dalam

rnolekuleritasnya,

sehingga

unimolekuler, birnolekuler dan seterusnya.

dikenal

reaksi

Model kinetika bentuk

sederhana diawali dengan model yang didasarkan reaksi elementer dengan

persamaan-persarnaan

berikut

(Steinfeld

et

a/., 1989).

Reaktan A bereaksi dengan reaktan B menghasilkan X dan Y,

dan

persarnaan stoikiometrinya dapat dituliskan sebagai:

dimana : a, b, x dan y adalah jumlah rnol A, B, X dan Y

Perubahan jurnlah reaktan atau produk terhadap waktu disebut laju reaksi (R), dan untuk persamaan (2-1) dapat dinyatakan sebagai:

dimana: d0 : perubahan waktu (detik atau jam, dsb.) dCi: perubahan konsentrasi zat i (mol/L)

Dalam bentuk yang lebih umum laju reaksi dapat dinyatakan sebagai fungsi (f) dari konsentrasi reaktan A dan B, sebagai berikut:

Dengan pendekatan yang sama, fungsi produk X dan Y.

R

dapat pula dinyatakan sebagai

Selanjutnya dalam hubungan R

fungsi reaktan atau produk yang sering reaksi proporsional terhadap hasil

sebagai

ditemui adalah bahwa laju

kali perpangkatan aljabar

dari

konsentrasi individual, sehingga dapat disusun kesetaraan sebagai berikut :

dimana m dan n adalah orde reaksi terhadap A dan B. secara keseluruhan adalah m Kesetaraan

dalam

Orde reaksi

+ n.

pernyataan

(2-4) tersebut

dapat dijadikan

persamaan dengan penyisipan suatu tetapan k, sehingga diperoleh persamaan berikut:

dimana : k : adalah konstanta laju reaksi.

Persamaan (2-5) disebut persamaan laju

(rate equation), dan k

dikenal sebagai konstanta laju perubahan (rate constant). Dengan pendekatan

yang

sama

dapat

dibuat

model

persamaan

laju

berdasarkan produk, untuk reaksi unimolekuler, termolekuler dan sebagainya.

Dari reaksi unimolekuler misalnya, dengan persamaan

stoikiometri dari A+

B, dapat diperoleh:

Persamaan (2-6) dapat dinyatakan dalam bentuk hasil integrasinya sebagai persamaan berikut (Steinfeld et a / . , 1 9 8 9 ) :

Dengan demikian dapat dikemukakan persamaan untuk orde kenol (n=O),

kesatu ( n = I)dan kedua (n = 2 )

dalam

bentuk hasil

integrasinya sebagai persamaan (2-8). (2-9) dan (2-10) berikut ini (Boekel, 1996).

Konsep laju dan orde reaksi dalarn reaksi kornpleks pada dasarnya karena jurnlah

sarna dengan reaksi sederhana, tetapi produk lebih banyak bagian persarnaan.

maka

reaktan

dan

diperlukan modifikasi pada beberapa

ici

Dalarn ha1

terrnasuk reaksi kornpleks adalah

reaksi bolak-balik, reaksi dengan percabangan produk, reaksi dengan percabangan reaktan dan reaksi berantai.

Reaksi-reaksi

tersebut

beserta dengan persarnaan lajunya dalarn bentuk hasil terintegrasi dengan

asumsi orde kesatu telah diungkapkan

oleh

Sweinbourne

( 197 1), dan hasilnya terangkurn dalarn Tabel 5.

2.4.2. Kinetika Perubahan Mutu Pangan Reaksi-reaksi kirnia dalarn sistern bahan pangan sangat kompleks, karena itu urnurnnya

lebih

dapat rnenjadi

rnudah rnengungkap

reaksinya dengan pendekatan rnaternatis atau serniempiris dibandingkan

pendekatan rnekanistik

tahui rnekanisrnenya (Labuza,

di

rnana setiap tahap harus dike-

1983).

Kinetika kirnia dalarn bahan

pangan rnerupakan kajian terhadap perubahan dalarn bahan pangan dengan rnetode pendekatan semi empiris. Salah satu'sasaran pokok

Tabel 5. Reaksi kompleks dan bentuk integrasi dari persamaan laju perubahannya (dirangkum dari Sweinbourne, 1971)'

Reaksi

Hasil lntegrasi persamaan laju

CX= C~~[k1/(k~-k~)I[exp(-k10)-exp(-kz8)1 4. A

k l x

b

y

C v = C ~ o { l+

kzexp(-ki8)-kiexp(-kz0) ki-kn

') Keterangan : o (indeks):menunjukkankeadaan awal ar (indeks) menunjukkan pada 9 tak terhingga (maksimall C. : konsentrasi senyawa-x

I

eksperimen kinetika adalah rnenggambarkan laju tersebut (Hill

dan

pengembangan model matematis untuk

reaksi sebagai fungsi variabel Grieger-Block, 1980).

eksperimen

Dalam ha1 ini,

model

matematis yang diperlukan dalam kinetika perubahan m u t u pangan merupakan suatu bentuk pernyataan

atau

persamaan aljabar yang

rnarnpu menggambarkan keadaaan pangan tersebut (Saguy dan Karel, 1980). Dalam kinetika

perubahan m u t u pangan, umurnnya dilakukan

penyederhanaan reaksi-reaksi yang kornpleks dengan menjadi reaksi sederhana

dengan

orde

reaksi

dimungkinkan dengan asumsi

kenol

atau

kesatu.

Hal

ini

reaktan banyak dan berlimpah keter-

sediaannya (surplus), reaksi irriversibel, reaksi tidak berbentuk siklis atau

tanpa percabangan yang banyak, dan sebagainya (Thompson,

1982).

Penyederhanaan dari reaksi kompleks atau orde tinggi telah

diulas oleh Swinbourne (1971) dan Steinfeld et a/. (19891, sehingga dapat diperoleh reksi sederhana dengan orde kenol, kesatu atau kedua. Sebagai

contoh rnisalnya dari persamaan (2-5)

dengan dasar

reaksi persamaan (2-I), jika m = I dan n = I maka reaksi tersebut adalah orde kedua.

Namun demikian jika reaktan B ketersediaannya

berlebih (surplus) maka CB dapat

dianggap konstan.

nisikan k.= kCe, rnaka persamaan

(2-5) menjadi persamaan (2-1 1)

dengan pseudoorde

Jika didefi-

kesatu yang merupakan penyederhanaan dari

orde kedua dengan basis reaksi dua

reaktan.

Dengan pendekatan

yang

sarna

dapat disederhanakan reaksi orde ketiga rnenjadi orde

kedua atau kesatu bahkan kenol.

dirnana: ka : konstanta laju nyata (apparent)

Reaksi kornpleks yang terdapat dalarn Tabel 5 dengan mernperhatikan peran atau kontribusi reaktan dan jalur reaksinya dapat disederhanakan.

Reaksi no.1 bersifat reversibel, tetapi jika kz jauh

lebih kecil dibandingkan ki, dianggap irriversibel. jika

rnaka

kz dapat diabaikan dan dapat

Reaksi no.2 merupakan reaksi paralel, tetapi

pernbentukan Y dan Z relatif kecil dibanding

X

rnaka kebera-

daannya dapat diabaikan dan reaksi dapat dianggap hanya rnenghasilkan produk X.

Dengan pendekatan yang sarna reaksi no.3 sarnpai'

no.5. juga dapat disederhanakan. Dengan asurnsi dan penyederhanaan

sebagairnana diuraikan di

atas, perubahan rnutu pangan secara urnurn dapat dinyatakan dalarn perubahan indeks rnutu pangan persarnaan (2-12).

sebagairnana diperlihatkan dalarn

dimana:

Q : indeks mutu bahan pangan (sim') Qo: indeks mutu awal (sim')

0 : w a k t u perubahan m u t u (sw') k : koefisien atau konstanta laju (Ismi)'"" sw-'1 Catatan: ' sim=satuan indeks mutu, s w = satuan waktu, tergantung dari indeks m u t u dan waktu yang digunakan. Misalkan Q: asam askorbat, sim adalah mg11OOmL, s w = detik atau menit.

Penggunaan model perubahan mutu pangan sebagaimana terlihat dalam persamaan (2-1 2) dalam dalam bidang mikrobiologi inaktivasi mikroba.

prakteknya telah lama diterapkan

pangan

dengan model

Dalam model ini indeks

Bigelow untuk

m u t u pangan adalah

jumlah mikroba (N) dan diasumsikan mengikuti orde kesatu. Asumsi ini didasarkan mekanisme kematian mikroba di mana dianggap hanyas ada satu faktor

yang

paling berperan (Ball dan Olson,

1957).

Dengan model Bigelow, persamaan (2-12) menjadi persamaan (2-13) dan bentuk D = (2,303)Ik.

integrasinya

sebagai

(2-14)

dengan konversi

dimana: N : jumlah mikroba setelah w a k t u T (cfulmL)

No : jumlah mikroba awal (cfu/mL) 9 : waktu inaktivasi mikroba (menit) D : waktu yang diperlukan untuk inaktivasi 9 0 % mikroba pada suhu d i mana perubahan terjadi (menit).

Dalam

perkembangannya

model Bigelow juga

diadopsi untuk

model kinetika inaktivasi enzim (Richardson dan Hyslop, 1976).

2.4.3. Pendugaan Model dan Parameter Secara teoritis

orde

reaksi

dapat

sampai orde tertinggi (tak

terhingga), namun dalam eksperimen kinetika kimia yang diketemukan hanya sampai orde ketiga (Steinfeld et a/., 1989), sedangkan untuk perubahan

mutu

pangan umumnya

mengikuti orde kenol atau

kesatu (Labuza, 1983) dan beberapa ada juga yang orde kedua (Bell

et a / . , 1991 ). Kecoklatan

pada saribuah jeruk

pada suhu 85-1 35OC mengi-

kuti model kinetika orde kenol (Cohen et a/., 1994). Degradasi asam askorbat dalam penyimpanan saribuah mengikuti model

kinetika

Rangkuman berbagai data

orde

jeruk yang diproses aseptik

kesatu

(Kanner et

a/., 1982).

kinetika perubahan mutu bahan pangan

yang telah dibuat Labuza (1980) dan

Thompson

(1982) sebagian

besar juga menunjukkan perubahan rnutu bahan pangan termasuk orde kenol dan kesatu.

Dengan demikian dalam

pangan dapat dikemukakan akan mengikuti salah

perubahan

rnutu

satu dari model

yang pernah diperoleh diatas, yaitu model orde kenol, orde kesatu atau orde kedua. Model perubahan mutu pangan dan orde reaksi perubahannya dapat dianalisis dengan berbagai rnetode

(Sweinbourne, 1 9 7 1),

di

antaranya dengan integrasi yang dilanjutkan dengan analisis model atau fungsi dugaannya.

Dari persamaan 2-8

dibuat

hubungan

fungsi

dugaan

Ln(Cn) = f (0) untuk orde kesatu

Cn=f(0)

sampai 2-10, dapat untuk

orde

kenol,

dan ( 1 /CAI= f (0) untuk orde kedua.

Pengujian atas ketepatan model atau fungsi dugaan dapat dilihat dari koefisien

deterrninasi

(r2) (Steinfeld,

1989). jumlah kuadrat

beda terkecil (Cohen et a/., 1994) serta uji penyirnpangan model (lack of fit) (Draper dan Smith,

1981; Box et a/., 1978).

mengetahui model tersebut dapat diperoleh

Dengan

informasi kinetika yang

berupa orde reaksi (n) dan konstanta laju (k) yang berlaku pada suhu tertentu. Pengaruh tahui

suhu terhadap perubahan mutu bahan

dengan analisis model

hubungan

pangan dike-

ketergantungan antara

dengan suhu (t). Hubungan ketergantungan

k

k terhadap suhu dalam

perubahan m u t u bahan pangan umurnnya valid dinyatakan dalarn persarnaan Arrhenius (Labuza, 1980) sebagai berikut :

dirnana: ko : konstanta preekponensial (sim~'"~"sw") *

E. : energi aktivasi

(Kkallrnol)

R : tetapan gas (1,986 10-3 Kkal/mol/K) T : suhu mutlak (K) * ) Lihat keterangan pers. 2-12 tentang satuan sim dan s w .

Dalam kaitannya dengan D, ketergantungannya

terhadap suhu

lebih tepat dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut (Ball dan Olson, 1957):

dirnana :

DO: nilai D pada suhu to (menit) to : suhu awal

("C)

t

: suhu pada nilai D yang dikehendaki ("C)

z

: suhu yang diperlukan untuk merubah satu log(D) ("C)

Kisaran

nilai D, z dan E. beberapa grup indeks

secara umum adalah

rnutu pangan

seperti tercantum dalam Tabel 6 (Cousin dan

Rodriguez, 1987) dan Tabel 7 (Saguy dan Karel, 1980). Nilai-nilai z dan

E.

dapat ditransformasikan satu dengan yang lainnya setelah

Tabel 6. Nilai D dan z destruksi termal kornponen pangan (Cousin dan Rodriguez, 1987) Grup indeks mutu

D ( l 20°C), rnn.

zrc)

Komponen warna Vitamin Enzim Spora rnikroba Galur tahan panas Komponen rnutu

10-20 120-1 2 0 0 1-15 0,2-4 >5 0 5-500

20-60 25-45 6-60 6-1 2 6-1 2 8-1 8

Tabel 7. Energi aktivasi (E.) perubahan m u t u pangan (Saguy dan Karel, 1980) Tipe reaksi Reaksi di bawah kontrol difusi Reaksi enzimatis Hidrolisis Oksidasi lipid Flavor, tekstur dan warna Vitamin Kecoklatan nonenzimatis Destruksi enzim Destruksi sel vegetatif Destruksi spora Denaturasi protein

E. (Kkallmol)

suhu dikonversikan dalam suhu mutlak

(K),sehingga

dapat diperoleh

persamaan sebagai berikut (Lund,I 977; Toledo, 1986):

Pengaruh suhu dalam kinetika perubahan m u t u atau kerusakan pangan juga sering dinyatakan dalam bentuk jika suhunya berbeda 10°C,

Qlo,

yaitu rasio laju perubahan

yang dinyatakan dalam persamaan

berikut (Labuza, 1983):

Dari model-model kinetika dan pengembangan dalam bidang pangan sebagaimana parameter kinetika.

tersebut

diatas

Miles (1 993)

kinetika ke dalam dua golongan,

dapat

diperoleh

berbagai

mengelompokkan parameter

yaitu parameter kinetika jenis k e - I

adalah yang langsung diperoleh dari data kinetika, jenis

ke-2 adalah

yang mengambarkan bagaimana parameter lain terpengaruh oleh perubahan suhu.

Rangkuman jenis

di~erlihatkandalam Tabel 8 berikut.

parameter dan definisinya

Tabel 8. Parameter kinetika dan keterangannya

Parameter

Definisi

Satuan

Jenis

D

Waktu yang diperlukan pada suhu tertentu untuk mereduksi populasi bakteri 90%'

detik

1

k

Laju reaksi

detik"

1

Ea

Energi aktivasi, ditentukan dari slope plot Arrhenius

Kkallmol

2

ko

Konstanta preekspoqensial persamaan Arrhenius

detik

2

.

z

010

Perubahan suhu ("C) yang diperlukan untuk merubah nilai D 90%

"C

Rasio laju perubahan mutu jika suhunya berbeda 10°C

') perkembangan selanjutnya dapat untuk selain

bakteri, misalnya enzim ") satuan jika model kinetika orde kesatu

2

2

2.5. Optimasi Proses

2.5.1. Tinjauan Urnurn

Optimasi adalah suatu prosedur atau cara yang dikernbangkan untuk mernperoleh pilihan terbaik dalam suatu kasus (Sidel dan Stone, 1983).

Optimasi

juga

rnengandung

pengertian

pengendalian,

prosedur yang baik dan perencanaan hati-hati sehingga diperoleh hasil yang terbaik (Norback dan Evans, 1983). Program linier rnerupakan salah satu teknik yang efektif dan banyak digunakan (Maarif et a/., 1989). Dalarn bidang pangan antara lain pernah digunakan untuk optirnasi dan kontrol kesetirnbangan protein (Cavin et al.,

19721, pernbuatan rnayonaise (Bender et a/.,

1982) dan perencanaan ransurn pakan ikan (Sjafaat, 1989). dan sebagainya.

Prosedur optirnasi tersebut dalam operasionalnya lebih

cocok untuk rnasalah-masalah proses dan formulasi produk, karena kornponen perrnasalahannya dapat dinyatakan dalarn bentuk linier (Norback dan Evans, 1983). Salah satu keunggulan program linier adalah sederhana dan relatif cepat penyelesaiannya, tetapi terbatas penggunaannya untuk kasus fungsi atau hubungan linier.

Perrnasalahan yang diselesaikan dalarn

program linier rnenyangkut maksirnisasi atau minirnisasi fungsi-fungsi linier yang telah dibuat (Asri dan Widayat, 1986). Maksirnisasi fungsi tujuan

relatif

lebih mudah dibanding

persoalan minirnisasi sering Krarner, 1983).

minimisasinya,

karena

itu

ditransfer ke rnaksimisasi (Bender dan

2.5.2. Penyusunan Model Linier

Optimasi proses diperlukan untuk mencari alternatif kornbinasi suhu dan w a k t u proses sehingga dapat rnenginaktivasi faktor biologis (mikroba dan enzirn) tercapai tanpa rnerusak rnutu pangan (Lund, 1977). lnaktivasi mikroba dapat digarnbarkan dengan persamaan:

Untuk dapat digunakan dalam program linier rnaka bentuk fungsi atau hubungan harus memenuhi-syarat linieritas (Asri dan Widayat, 1986).

Dalam ha1 ini dengan rnemanfaatkan hubungan ketergan-

tungan D terhadap suhu, persamaan (2-19) dapat diubah rnenjadi persarnaan (2-201, kernudian ditransformasi dan disusun kembali hingga rnenjadi persarnaan (2-21) yang dapat rnemenuhi aspek linieritas.

Jika didefinisikan y =logIlog(No/N)l, a, =-(logDr +z- 1tr), a1 = 1, a2=z-l

A1 =loge

dan = A 2=t, rnaka persamaan (2-21) merupakan

persamaan linier sebagai:

Dengan cara yang sama dapat dibuat model-model linier untuk inaktivasi enzirn dan kerusakan mutu pangan.

Model tersebut telah

digunakan oleh Saguy (1988) untuk menyusun faktor pernbatas dalarn optirnasi proses aseptik dengan HTST. Model dikembangkan berdasar asumsi perubahan mutu rnengikuti model kinetika orde kesatu. Dalam ha1 perubahan mutu tidak mengikuti orde kesatu, maka model dan faktor pernbatas tersebut kurang tepat digunakan.

Dengan demikian

perlu dicari alternatif linierisasi fungsi perubahan mutu. Salah satu bentuk alternatif adalah mernrnanfaatkan ketergantungan k terhadap suhu, yang secara eksplisit d a ~ a tdinyatakan dalam bentuk hasil integrasi model kinetika orde kesatu:

Log[ln(Q,IQ)I

=logko

+ I(Ea/2,303R)

Jika didefinisikan y = log[ln(Q,/Q)1, b l=I

dan b2=Ea/(2,303R),

( T - )~I + loge

x l =loge,

(2-24)

x 2 = T - ~ , bo=logko,

rnaka persamaan (2-24) rnerupakan

fungsi linier sebagai berikut:

Dengan pendekatan yang sarna, untuk orde kenol dan kedua diperoleh persamaan (2-25) dengan catatan y =log(Qo-Q) untuk orde not dan y =

-Q,-'

) untuk orde kedua.

Dalam optirnasi dengan program linier terdapat tiga kornponen penting , yaitu peubah keputusan (decision variable), faktor pemba-tas (constraints)

dan

fungsi

tujuan

(objective

function).

Peubah

keputusan adalah suatu besaran yang akan ditentukan dalarn berbagai langkah alternatif. Faktor pembatas yaitu suatu kondisi yang telah ditetapkan sebagai acuan untuk melaksanakan kajian alternatif. Fungsi tujuan adalah ukuran yang digunakan untuk mempertimbangkan apakah suatu kombinasi terpilih suatu kombinasi yang optimal.

Berdasarkan definisi tersebut d i atas ditetapkan pengertian

i layak dari peubah keputusan alternatif optimal adalah s p e s i f i k a ~yang yang mernberikan hasil terbaik bagi fungsi tujuan (Norback dan Evans, 1983).

Format dasar penyusunan fungsi tujuan dengan peubah

keputusan dan faktor pernbatasnya disarikan dalarn Tabel 9 (Asri dan Widayat, 1986). di mana fungsi tujuan dinyatakan dalam persarnaan (2-26) dan faktor pernbatas dalam persamaan (2-27) dan (2-28) berikut ini.

z

=

x cjxj I= 1

dimana:

Z : nilai yang dimaksirnumkan atau diminirnumkan

X, : tingkat aktivitas ke-j Cj : kenaikan nilai Z apabila ada penambahan aktivitas (X,) satu satuan, atau merupakan sumbangan setiap satuan output aktivitas j terhadap nilai Z. aij: banyaknya masukan ke-i yang diperlukan untuk menghasilkan setiap unit luaran aktivitas ke-j b i : banyaknya masukan ke-i yang tersedia untuk dialokasikan pada setiap unit aktivitas (i= 1.2,

...m)

i : nomor setiap macam masukan (i= 1,2,3,

j : nomor setiap macam aktivitas .(j = 1.2.3

....m)

......n)

n : macarn aktivitas yang menggunakan masukan tersedia m : macam batasan masukan yang tersedia

Tabel 9. Data untuk program linier (Asri dan Widayat, 1986) Aktivitas Masukan

m dZ pertambahan tiap unit Tingkat aktivitas

Penggunaan masukan per unit aktivitas 1 2 3 .......... n

la,

am2 am3

......am n

C1

C2

C3

....... Cn

X1

X2

Xg

........Xn

Kapasitas masukan

bm

Penyelesaian optimasi program linier dengan dua peubah dapat dilakukan dengan rnetode grafik, tetapi jika lebih banyak variabelnya diselesaikan dengan metoda sirnplek (Bender dan Krarner, 1983). Program linier dengan dua peubah selain dapat diselesaikan dengan metode grafik juga dapat diselesaikan dengan rnetode simpleks. Dalam penyelesaian dengan metode sirnpleks, bentuk persamaan standar program linier (pers.2-26 sarnpai 2-28, dan uraian dalarn Tabel 9), perlu diadakan penyesuaian (Asri dan Widayat,

1986)

berupa: (1) Perubahan bentuk fungsi tujuan, dalarn ha1 ini peubah di sebelah

tanda = dipindahkan ke kiri, sehingga fraksi-fraksi di sebelah kanan bernilai nol.

(2) Fungsi yang berupa pertidaksarnaan diubah menjadi persamaan dengan penambahan peubah slack atau surplus ( S ) . Dengan perubahan tersebut dapat digunakan dalam tabel dasar program linier dengan rnetode simpleks.

Perhitungan-perhitungan

dengan metode simpleks lebih rnudah dikerjakan dengan bantuan kornputer melalui konversi rnatrik

(Bender dan Kramer,

1983).

Beberapa program paket yang tersedia antara lain Lindo, LP88, dan sebagainya. Program paket LP88 telah digunakan dalarn penyelesaian program linier dalarn proses aseptik sistern UHT (Saguy et at., 1988) dan dalam optimasi ransum pakan ikan (Sjafaat, 1989).