PENGOLAHAN PANGAN FUNGSIONAL Kompetensi yang diharapkan : Mahasiswa dapat mengembangkan produk pangan fungsional dari berbagai sumber pangan yang memiliki khasiat/kompnen bioaktif
BENTUK-BENTUK PANGAN FUNGSIONAL • • • • • • • • • •
Probiotic yoghurts Fortified and specialty breads Fortified milk and milk powders High fibre food and drinks Fortified breakfast cereals Fruits/vegetable snacks Isotonic drinks Herbal products Energy drinks Fruit and vegetable juices
• 2 pendekatan dalam pengembangan pangan fungsional : 1. Menggunakan bahan secara utuh dalam pengolahan produk pangan (misal oat) 2. Ekstraksi komponen bioaktif (dengan atau tanpa pengolahan lebih lanjut) dan dijual sebagai bahan tambahan atau untuk dikombinasikan dengan produk 9misal beta glukan dari oat).
• Tahap esktraksi harus diikuti dengan fraksinasi dan purifikasi distandarisasi • Hasil ekstraksi ==? Dibuat dalam bentuk tepung
• Pengembangan produk Sering didahului dengan percobaan pada skala lab Establis the processing parameters Collect data on the physical, chemical, organoleptic and microbiological quality Cost
• Jika dari percobaan lab produk menjanjikan untuk dikembangkan dilanjutkan pada scaled up untuk memroduksi pada skala lebih besar
Metode Pengolahan pangan Fungsional • • • • • •
Fermentasi yang paling banyak Thermal preservation Low temperature preservation Dehydration and concentration Chemical preservation Irradiation digunakan secara individu atau kombinasi Dikombinasikan dengan pengemasan dan pemberian label untuk dapat dikomersialisasi
• Pemilihan metode pengolahan/pengawetan disesuaikan dengan : Karakteristik produk (sensitivitas terhadap panas, volatilitas) Bentuk produk (kering, tepung, pasta, padat, cair) Kemasan (kaleng, botol, pouch, kesesuaian produk dengan kemasan) Umur simpan dan stabilitas produk Suhu penyimpanan produk (ambien, beku, dingin?) Cara penyajian produk Biaya investasi
Unit Operasi pada Pengolahan Pangan Fungsional
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Inspection, cleaning and sorting Size reduction/ comminution Screening Mixing Extraction Fractionation and purification Filtration and centrifugation
Metode Ekstraksi • • • • • • • •
Perebusan Maserasi Perkolasi Ekstraksi refluks Ekstraksi Solent Ekstraksi Countercurrent Supercritical Fluid Extraction (SFE) Distilasi uap.
Teknik Purifikasi • • • • • •
Ekstraksi solvent-solvent Presipitasi Filtrasi Membran Distilasi Fraksional Proses adsorpsi Kromatografi
Metode Pengawetan • Metode • Pengendalian suhu • Pengendalian kadar air
• Pengendalian oksigen • Pengendalian pH • Pengendalian Kimia
Proses Pendinginan Pembekuan Perlakuan panas Pengeringan Penggaraman Konsentrasi Syruping Pengemasan Asidifikasi Fermentasi/Pickling Pengasapan Pengawetan dengan bahan kimia
Studi Kasus 1 : Kedelai dan Produk Olahan Kedelai • Produk-produk fermentasi : kecap, tempe, minuman fermentasi, miso, snack fermentasi, keju, tauco • Produk non fermentasi : minyak kedele, tepung, konsentrat dan isola protein, roti, cake, cookies, donat, konfeksionari, snack, makaroni, makanan bayi, produk daging tirun/daging analog, susu kedele bubuk, tahu, desert beku, premix, yoghurt buah, minuman dengan flavor susu kedele dan lain-lain. • Konsumsi kedele secara nyata berhubungan dengan penurunan : resiko kanker terutama kanker payudara, kolon, lambung, paru-paru dan prostat. Penyakit jantung Sindrom menopause Kedele juga banyak mengandung isoflaon, saponin, phyosterol dan pitokimia lainnya.
Studi Kasus 2 : Jahe dan Produk Olahan Jahe • Jahe mempunyai aktivitas anttioksidan, antimikroba, modulator untuk keseimbangan eukosanoid, anti-hepatoksik, anti-ulcer, anti tumor dan dapat mencegah biosintesis kolesterol. • Produk-produk dari jahe misalnya minuman jahe, campuran dalam minuman, bubuk jahe untuk bumbu dan ingradien, permen jahe, biskuit, cakes, campuran bumbu, jelly, snack manis-asamasin, saus, jahe fermentasi, minuman anggur, kopi dan lain-lain.
EKSTRAKSI Ekstraksi : peristiwa pemindahan zat terlarut (solut) di antara 2 pelarut yang tidak saling bercampur atau pemisahan satu solut dari matriks padat ke suatu pelarut.
Tujuan Ekstraksi : • Isolasi komponen dalam larutan
METODE EKSTRAKSI KOMPONEN VOLATIL • 3 Prosedur dasar untuk pemisahan dan identifikasi komponen aroma : 1. Perlakuan pendahuluan terhadap sampel 2. Ekstraksi dan pemekatan komponen volatil 3. Pemisahan komponen volatil dari pelarut serta identifikasinya. • Metode ekstraksi yang digunakan : Ekstraksi dengan pelarut organik Distilasi vakum Likens Nickerson Metode Headspace
Perlu pemilihan metode yang tepat untuk mendapatkan flavor sesuai asalnya
METODE EKSTRAKSI KOMPONEN VOLATIL …………. • Tahapan ekstraksi komponen volatil bahan pangan (Health dan Reineccius, 1986) : 1.Perlakuan awal : pemotongan, penggilingan, penghalusan, sentrifugasi, bertujuan agar pelarut yang digunakan dapat berpenetrasi ke dalam bahan
2.Kontak bahan dengan pelarut, bertujuan agar pelarut dapat menangkap komponen volatil dalam bahan. Tahap ini dapat dikombinasikan dengan pengadukan dan pemanasan untuk optimalisasi pelarutan 3.Pemisahan hasil ekstraksi dari bahan yang dianalisa 4.Penguapan pelarut dan pemekatan, bertujuan untuk meningkatkan intensitas flavor. Dilakukan pada suhu rendah (titik didih pelarut)
METODE EKSTRAKSI DENGAN PELARUT ORGANIK Sederhana Digunakan untuk bahan pangan seperti buah-buahan yang sensitif terhadap panas Tahapan proses ekstraksi :
Persiapan bahan mentah Pencampuran dengan pelarut Pemisahan residu
Penguapan pelarut dan pemekatan
METODE EKSTRAKSI DENGAN PELARUT ORGANIK … • Menurut Health (1981) ada 3 metode ekstraksi dengan pelarut : a. Maserasi b. Digestion c. Perkolasi • Maserasi : Sampel dihancurkan Dicampur dan direndam dengan pelarut beberapa jam pada suhu dingin sambil diaduk Setelah komponen dan pelarut tercampur rata dilakukan pemisahan antara pelarut dan komponen dengan penyaringan • Digestion : Ekstraksi dilakukan pada suhu 60oC selama 24 jam
METODE EKSTRAKSI DENGAN PELARUT ORGANIK … • Perkolasi : Mengalirkan pelarut pada bahan yang diekstrak secara kontiniu Dilakukan dengan pemanasan atau tanpa pemanasan Pelarut yang digunakan sebaiknya memiliki titik didih yang rendah agra penguapan pelarut tidak merusak flavor • Pelarut organik yang digunakan untuk mengekstraksi komponen flavor ada 2 : o Pelarut polar Mempengaruhi efektifitas ekstraksi o Pelarut non polar •
•
Pelarut polar : Mengandung gugus karbonil atau hidroksi cukup tinggi Konstanta dielektriknya tinggi Larut dalam air Pelarut non polar : Lebih inert Konstanta dielektriknya lebih rendah Tidak larut dalam air
Jika senyawa interest bersifat polar maka pelarut yang digunakan harus bersifat polar dan sebaliknya konsep “Like dissolve like” Pertimbangan dalam memilih pelarut : o Sifat bahan yang akan diekstrak o Tingkat oksidasi o Pembentukan artefak (senyawa asing)
o Mudah tidaknya terbakar o Tingkat toksisitas
Tabel 2. Pelarut organik untuk ekstraksi komponen volatil Pelarut
Titik didih (oC)
Metil klorida
-24
Isopentana
27-31
Dietil eter : pentana (2:1)
33.5
Pelarut Etil Klorida
Petroleum Eter Dietil eter
Titik Didih (oC) 12.5
30-70 35
Pentana
36
Diklorometana
Aseton
58
Kloroform
61
Tetrahidrofuran
66
Heksana
69
Etil Asetat
77
Karbon tetraklorida
Etanol Sikloheksan
78.5 81
40.5
77.5
Benzena
80
Nitrometana
98
Heptana
98.5
Metil Glikol
Etil Glikol
135
n-amil Asetat
138
Isoamil Asetat
142.5
Sikloheksanol
160
Propilen Glikol
188
Gliserol
290
Sumber : Health (1981)
124.5
METODE DISTILASI VAKUM Distilasi dilakukan pada kondisi vakum sehingga suhu yang digunakan lebih rendah Jika distilasi dilakukan pada kondisi vakum yang sempurna (absolut), maka disebut distilasi molekuler digunakan di industri untuk pemurnian vitamin dan produk lain yang tidak stabil Bahan ditempatkan di dalam suatu plate yang udaranya dikosongkan (divakumkan) kemudian dipanaskan Kondensernya berupa plate yang dingin dan ditempatkan di bawah plate bahan Bahan akan lewat di antara dua plate tersebut Kehilangan komponen sangat sedikit
METODE LIKENS-NICKERSON Ditemukan tahun 1964 dengan modifikasi alat ekstraksi komponen Tujuan : meningkatkan efisiensi ekstraksi Cara : kombinasi metode distilasi dan ekstraksi dengan pelarut dalam satu rangkaian alat yang prosesnya berjalan simultan Tdd 2 labu, 1 labu diisi dengan bahan yang telah dicampur dengan air, dan labu lain berisi pelarut organik Masing-masing labu dididihkan pada titik didihnya dan uapnya bertemu pada bagian tengah alat
METODE HEADSPACE • Dilakukan dengan mengalirkan suatu gas inert pada bahan pangan sehingga komponen volatil yang berada di sekitar bahan pangan (headspace vapour) terbawa bersama-sama dengan gas dan diperangkap dengan pelarut organik • Komponen volatil yang ditangkap gas tsb dapat langsung dianalisa dengan kromatografi gas (direct injection) • Perkembangan teknik headspace : - direct injection - cryogenic trapping - porous polymer adsorbents • Hal yang penting dipertimbangkan : kualitas komponen volatil yang tertangkap berada di bawah komposisi naturalnya karena tekanan gas inert yang berlangsung lama mengganggu keseimbangan antara komponen volatil dan bahan pangan.
EKSTRAKSI DENGAN FLUIDA SUPERKRITIS Fluida superkritis (Supercritical Fluida) : keadaan fluida yang berada di atas titik kritisnya (antara cair dan gas) Misal CO2 pada suhu dan tekanan tertentu CO2 berada pada fase cair kemudian suhu diturunkan dan tekanan dinaikkan sehingga CO2 berada pada fase gas, setelah itu suhu dinaikkan hingga CO2 berada pada fase kritisnya, yaitu pada suhu 31.06oC dengan tekanan 73.8 Bar Setelah melewati fase kritis CO2 berada dalam bentuk fluida superkritis. Pada kondisi superkritis, CO2 dapat berperan sebagai pelarut untuk ekstraksi, fraksinasi atau deodorisasi
Gambar 1. Diagram fase suhu-tekanan dari komponen murni
FLUIDA SUPERKRITIS Karakteristik fluida superkritis : - densitas tinggi Baik sebagai pelarut - viskositas rendah - difusivitas berada antara gas dan cair Kelarutan komponen dalam pelarut SF tergantung pada densitas pelarut dan afinitas fisiko kimia dari zat terlarut dan pelarut Penggunaan SF secara komersial diawali dengan ekstraksi kafein tahun 1968 di Jerman dengan menggunakan tekanan 160-220 atm dan suhu 70-90oC Secara umum SF dapat digunakan untuk : - larutan pengekstrak - eluen dalam teknik kromatografi - media reaksi
FLUIDA SUPERKRITIS • Fluida superkritis yang banyak digunakan untuk pemisahan komponen pangan adalah CO2 • Kelebihan fluida superkritis CO2 : Densitasnya tinggi Relatif inert Murah Non-toksik Tidak mudah terbakar Dapat didaur ulang Tersedia dalam bentuk kemurnian yang tinggi Tidak meninggalkan residu Pada kondisi superkritisnya (31.1oC, 7.38 MPa), maka CO2 : o Relatif aman, nyaman digunakan o Sesuai untuk ekstraksi komponen yang lebih volatil dan/atau yang labil terhadap panas
CO2 superkritis baik digunakan untuk pemisahan komponen lipofilik dengan berat molekul rendah (< 500 Dalton) seperti : hidrokarbon, halokarbon, eter, ester, keton dan aldehid. Kelarutan komponen menurun dengan : meningkatnya berat molekul penambahan gugus polar seperti hidroksil, karboksil atau nitrogen Selektivitas dan fraksinasi dapat diperoleh dengan :
pengendalian suhu dan tekanan pelarut
Kelemahan CO2 superkritis dibanding pelarut organik : •
Ekstrak yang dihasilkan berbeda secara kualitatif dan quantitatif, misal : Minyak ikan dan minyak nabati yang diekstrak dengan hexan kaya akan pospatida (lesitin), sedang yang diekstrak dengan CO2 miskin akan pospatida.
PERALATAN EKSTRAKSI FLUIDA SUPERKRITIS • 4 Komponen peralatan yang terdapat pada SFE : 1. kompresor 2. ekstraktor 3. separator 4. regulator • Pada ekstraksi dengan CO2 superkritis, CO2 ditempatkan pada kondensor dan kemudian dipompakan ke extraction vessel melalui sebuah heat exchanger dengan tekanan pompa yang tinggi. Keadaan CO2 di dalam ekstraktor ditentukan oleh suhu dan tekanan. Bahan yang akan diekstraksi dibersihkan dengan gas CO2 untuk menghilangkan udara dan kemudian CO2 cair dipompakan larutan dimasukkan ke separation vessel dan CO2 dikembalikan ke kondensor untuk digunakan kembali.
METODE PEMISAHAN LAIN • • • • • •
Sentrifugasi Cyclone Difusional/Keseimbangan Kristalisasi Absorpsi/Stripping Pertukaran Ion
