Aplikasi Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi (High Pulse Electric Field) sebagai Salah Satu Cara Mempertahankan Kualitas Fisik, Kimia dan Mikrobiologis Susu Segar
APLI KASI MEDAN PULSA LI STRI K TEGANGAN TI NGGI
( HI G
GH PULSE
U S ELECTRI
C
C FI ELD)) S
SEBAGAI
G S
SALAH
SATU CARA MEMPERTAHANKAN KUALI TAS FI SI K,
KI MI A DAN MI KROBI OLOGI S SUSU SEGAR
Tim Peneliti
Ti
P
liti :
Dr. I r. Rarah R. A. Mahesw ari , DEA
Dr. I r. Sutrisno, MAgr
I r. Abu Bakar, MS
Kerja sama Kemitraan Penelitian Pertanian
dengan Perguruan Tinggi ( KKP3T)
2009
I. PENDAHULUAN
Klasifikasi
Kl
ifik i Mutu
M t Susu
S
S
Segar
B d
Berdasarkan
k
Jumlah Mikroba
No
Mutu susu segar
Perkiraan jumlah bakteri/ml
1.
Baik
< 5 x 105
2
2.
Cukup baik
106 – 4 x 106
3.
Kurang
4 x 106 – 2 x 107
4.
Rendah
> 2 x 107
PETERNAK
KOPERASI
Waktu tunggu
Log Jumlah Sel
yang
y
g hidup
p
Waktu
Kurva Pertumbuhan Mikroba
N=N
No x 2n
Dimana : N adalah jumlah mikroba akhir
No adalah jumlah
j
mikroba awal
n adalah waktu generasi
EFEK PEMANASAN
TEKNOLOGI PENANGANAN SUSU
ALTERNATIF ((HPEF))
1.
2.
3.
Penurunan
g nutrisi
kandungan
(komponen yang tidak
tahan panas : protein
dan vitamin)
Penurunan kualitas
sensori (bau, rasa,
warna)
Memerlukan energi
yyang
g besar
1.
2.
Tidak melibatkan panas
Kandungan nutrisi dan
sensory tidak berubah
1.
2.
3
3.
KUD
Industri kecil/menengah
Peternak
TINJAUAN PUSTAKA
PRINSIP KERJA HPEF
IInactivasi
ti
i
mikroorganisme
PENDEKATAN TEORI INAKTIVASI MIKROORGANISME
1 Electrical
1.
El t i l b
breakdown,
kd
Zi
Zimmermann (1986)
2. Electroporasi (Vega Mercado et al., 1996)
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
ALAT : multimeter Merk Sanwa DMM CD 771, threatment
chamber tipe batch pararel plate dari stainless steel ST 316,
osiloscope merk ATTEN
ATTEN, probe tegangan tinggi tipe PD 28
28,
cold storage, termocouple, cawan petri, tabung reaksi, oven,
digital colony counter tipe DC-3, vortex mixer, kaca objek,
mikroskop,
ik k
iinkubator,
k b
tabung
b
reaksi,
k i b
botoll S
Schott,
h
jjarum Ö
Öse,
labu erlenmeyer, pipet volumetrik, panci, penangas listrik,
p
spirtus
p
dan cawan p
petri
autoklaf,, pembakar
BAHAN : susu kambing, bakteri uji yang terdiri atas E. coli
ATCC 25922, S. aureus ATCC 25923 dan S. Typhimurium
ATCC 14028
14028, safranin,
f i spirtus,
it
iiodium
di
G
Gram, alkohol
lk h l 70%
70%,
etanol 95%, kristal violet, nutrient agar (NA), nutrient broth
((NB),
) NaCl fisiologis,
g aquades,
q
Eosin Methylen
y
Blue Agar
g
(EMBA), Salmonella and Shigella Agar (SSA) dan
Staphylococcus Agar (SA).
METODE PENELITIAN
Persiapan bakteri uji
1.
Pemeriksaan kemurnian kultur
- morfologi koloni
- morfologi sel Æ keseragaman sel
(pewarnaan)
Susu Segar
Uji
j kualitas
Bakteri murni
Sterilisai 115oC 3 menit
Ditumbuhkan ke NB 30 ml dan diinkubasi
selama 24 jam pada suhu 37oC
2. Spektrofotometer (kekeruhan) Æ OD
3. Pemupukan Æ Populasi
Dibuat populasi uji ±106
Suspensi di running di HPEF
Pengujian jumlah mikroba dalam
selang waktu tertentu
HASIL DAN PEMBAHASAN
Jum lah m ikro
oba (log 10 cfu/ m l)
Perlakuan
Jarak elektrode : 3, 4, 5 mm
Suhu proses : suhu ruang (27±1oC); suhu dingin (4-8
(4 8oC)
Vpp = 1,36 kV
Vma = 0
Vmax
0,83
83 kV
5,5
5,3
,
5,1
4,9
4,7
Jarak elektrode 3 mm
4,5
Jarak elektrode 4 mm
43
4,3
Jarak elektrode 5 mm
4,1
3,9
3 mm 1,62 log siklus
4 mm 1,17
1 17 log siklus
5 mm 0,5 log siklus
3,7
3,5
0
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam)
Total Mikroba dengan Jarak Electrode yang Berbeda
pada Suhu Ruang (27o±1oC)
Ju m lah m ik ro b a (lo g 10 cffu /m l)
4,9
4,7
4,5
Jarak elektrode 3 mm
4,3
Jarak elektrode 4 mm
4,1
Jarak elektrode 5 mm
3,9
3,7
3,5
0
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam)
Total Mikroba dengan Jarak Electrode yang
Berbeda pada Suhu Dingin (4-8oC)
3 mm 0,6 log siklus
4 mm 0,2 log siklus
5 mm 0,02 log siklus
y = -0,6415x + 12,257 y = -0,4303x + 11,948 y = -0,1752x + 11,776
R2 = 0,6826
R2 = 0,8334
R2 = 0,7657
lnn m ik ro b a (c f u /m l)
13
12
Jarak elektrode 3
mm
11
Jarak elektrode 4
mm
10
Jarak elektrode 5
mm
9
Linear (Jarak
elektrode 3 mm))
8
Linear (Jarak
elektrode 4 mm)
7
Linear (Jarak
elektrode 5 mm)
0
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam)
Koefisien Inaktivasi Mikroba dengan
g Jarak
Electrode yang Berbeda pada
Suhu Ruang (27o±1oC)
Nilai μ
3 mm Æ 0,6415
4 mm Æ 0,4303
0 4303
5 mm Æ 0,1752
11
Jarak elektrode 3
mm
ln m ik roo b a (c fu /m l)
10,5
10
Jarak elektrode 4
mm
9,5
9
Jarak elektrode 5
mm
8,5
Linear (Jarak
elektrode 3 mm)
8
y = -0,204x + 9,2347 y = -0,0556x + 10,001 y = 0,017x + 9,8113
R2 = 0,0036
R2 = 0,3848
R2 = 0,1448
7,5
7
0
1
2
3
4
5
6
Nilai μ
3 mm Æ 0,204
4 mm Æ 0,0556
0 0556
5 mm Æ 0,017
Linear (Jarak
elektrode 4 mm)
Linear (Jarak
elektrode 5 mm)
Waktu (jam)
Koefisien Inaktivasi Mikroba dengan Jarak
Electrode yang Berbeda pada
Suhu Dingin (4-8
(4 8oC)
Kesimpulan : Perlakuan suhu ruang dan jarak treatment
chamber 3 mm Æ terbaik
6,8
Log E
E. coli (cfu/ml)
6,6
6,4
6,2
6
E Coli (pada suhu kamar)
5,8
E Coli (pada suhu dingin)
5,6
E Coli (Perlakuan Coil)
5,4
5,2
5
4,8
0
15
30
45
S aalm onella Typhim urium
m
(log 10 cfu/m l)
6,5
6
5,5
Salmonella Typhimurium
perlakuan
5
Salmonella Typhimurium
Kontrol
4,5
,
4
100
7,2
7
Staphylococcus (pada suhu
kamar)
6,8
6,6
Staphylococcus (pada suhu
dingin)
6,4
6,2
Staphylococcus (Perlakuan
Coil)
6
5,8
5,6
5,4
15
30
45
60
Waktu (menit)
Penurunan E. Coli ATCC 25922
50
7,4
0
60
Waktu (menit)
0
Log Staphyllococus aureus(cfu/ml)
Inaktivasi Mikroba Pathogen Pada Berbagai Kondisi
150
200
Waktu (menit)
Penurunan Bakteri
P
B kt i Salmonella
S l
ll
Typhimurium ATCC 14028
Penurunan Staphylococcus
aureus ATCC 25923
Penurunan mikroba
E coli Æ 1,09 log siklus
S aureus Æ 0,54 log siklus
S Typhimurium Æ 0,91 log siklus
ln Populasi E. coli (c
cfu/ml)
13,8
13,6
13,4
E Coli (Coil)
13,2
Linear (E Coli (Coil))
13
y = -0,0194x + 13,787
R2 = 0,8683
12,8
12,6
13,8
13,6
13,4
Staphylococcus
13,2
Linear (Staphylococcus)
y = -0,0112x + 13,804
R2 = 0,3472
13
12,8
12,6
12,4
0
10
20
30
40
50
60
0
70
10
20
30
40
50
60
70
Waktu (menit)
Waktu (menit)
Koefisien (u) kinetika E. Coli
ATCC 25922
14,5
ln Populasi S. Ty
yphimurium
(cfu/m l)
ln Populasi S. aureu
us(cfu/ml)
14
14
Koefisien (u) kinetika
Staphylococcus aureus ATCC
25923
14
13,5
S l
Salmonella
ll (C
(Coil)
il)
13
Linear (Salmonella (Coil))
12,5
12
y = -0,0063x + 13,844
R2 = 0,3091
11,5
0
50
100
150
200
W kt (Menit)
Waktu
(M it)
Koefisien (u) kinetika Salmonella
Typhimurium ATCC 14028
Nilai u
E coli Æ 0,02;
S aureus Æ 0,01
S Typhimurium
T hi
i
Æ 0,01
0 01
Uji Kimia Susu HPEF
3,3
3,5
3,2
3
2,5
SNI Susu Pasteurisasi
3
Susu Segar
2,9
Susu PEF (30')
2,8
,
Susu PEF (60'
(60))
2,7
K a d a r P r o te i n (% )
K a d a r L e m a k (% )
3,1
SNI Susu Pasteurisasi
2
Susu PEF (60')
(60)
1
0,5
2,5
0
Kadar Lemak Susu Segar, SNI
Susu Pasteurisasi dan Susu
Pasteurisasi dengan Metode
PEF 30” dan 60”
Susu PEF (30')
1,5
2,6
1
Susu Segar
1
Kadar Protein Susu Segar, SNI
Susu Pasteurisasi dan Susu
Pasteurisasi dengan Metode
PEF 30” dan 60”
Uji Kimia Susu HPEF
8,5
1,026
8
1,022
Susu Segar
Susu PEF (30')
Susu PEF (60')
1,018
6,5
1,01
6
Pengujian Berat Jenis Susu
Segar dan Susu Pasteurisasi
PEF 30” dan 60”
Susu Segar
Susu PEF (30')
7
1,014
1
SNI Susu Pasteurisasi
7,5
B K T L (% )
B J (g /c m 3 )
1,03
Susu PEF ((60')
1
Kadar SNF Susu Segar, SNI
Susu Pasteurisasi dan Susu
Pasteurisasi dengan metode
PEF 30” dan 60”
Kesimpulan
1.
2
2.
3.
4.
Inaktivasi mikroba pada suhu ruang (27±1oC) lebih
tinggi dibandingkan suhu dingin
Inaktivasi mikroba tertinggi dicapai dengan gap
elektorode terpendek
Semakin kecil nilai koefisien (u) inaktivasi mikroba
menunjukkan
j kk
rendahnya
d h
sensitifitas
i ifi
mikroba
ik b
terhadap pengaruh medan pulsa listrik tegangan
gg
tinggi.
Mikroba pahtogen yang peka (mudah diinaktivasi)
terhadap pengaruh medan listrik berturut-turut adalah
E coli,
E.
coli Staphylococcus aureus dan Salmonlla
Typhimurium
( HI G
GH PULSE
U S ELECTRI
C
C FI ELD)) S
SEBAGAI
G S
SALAH
SATU CARA MEMPERTAHANKAN KUALI TAS FI SI K,
KI MI A DAN MI KROBI OLOGI S SUSU SEGAR
Tim Peneliti
Ti
P
liti :
Dr. I r. Rarah R. A. Mahesw ari , DEA
Dr. I r. Sutrisno, MAgr
I r. Abu Bakar, MS
Kerja sama Kemitraan Penelitian Pertanian
dengan Perguruan Tinggi ( KKP3T)
2009
I. PENDAHULUAN
Klasifikasi
Kl
ifik i Mutu
M t Susu
S
S
Segar
B d
Berdasarkan
k
Jumlah Mikroba
No
Mutu susu segar
Perkiraan jumlah bakteri/ml
1.
Baik
< 5 x 105
2
2.
Cukup baik
106 – 4 x 106
3.
Kurang
4 x 106 – 2 x 107
4.
Rendah
> 2 x 107
PETERNAK
KOPERASI
Waktu tunggu
Log Jumlah Sel
yang
y
g hidup
p
Waktu
Kurva Pertumbuhan Mikroba
N=N
No x 2n
Dimana : N adalah jumlah mikroba akhir
No adalah jumlah
j
mikroba awal
n adalah waktu generasi
EFEK PEMANASAN
TEKNOLOGI PENANGANAN SUSU
ALTERNATIF ((HPEF))
1.
2.
3.
Penurunan
g nutrisi
kandungan
(komponen yang tidak
tahan panas : protein
dan vitamin)
Penurunan kualitas
sensori (bau, rasa,
warna)
Memerlukan energi
yyang
g besar
1.
2.
Tidak melibatkan panas
Kandungan nutrisi dan
sensory tidak berubah
1.
2.
3
3.
KUD
Industri kecil/menengah
Peternak
TINJAUAN PUSTAKA
PRINSIP KERJA HPEF
IInactivasi
ti
i
mikroorganisme
PENDEKATAN TEORI INAKTIVASI MIKROORGANISME
1 Electrical
1.
El t i l b
breakdown,
kd
Zi
Zimmermann (1986)
2. Electroporasi (Vega Mercado et al., 1996)
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
ALAT : multimeter Merk Sanwa DMM CD 771, threatment
chamber tipe batch pararel plate dari stainless steel ST 316,
osiloscope merk ATTEN
ATTEN, probe tegangan tinggi tipe PD 28
28,
cold storage, termocouple, cawan petri, tabung reaksi, oven,
digital colony counter tipe DC-3, vortex mixer, kaca objek,
mikroskop,
ik k
iinkubator,
k b
tabung
b
reaksi,
k i b
botoll S
Schott,
h
jjarum Ö
Öse,
labu erlenmeyer, pipet volumetrik, panci, penangas listrik,
p
spirtus
p
dan cawan p
petri
autoklaf,, pembakar
BAHAN : susu kambing, bakteri uji yang terdiri atas E. coli
ATCC 25922, S. aureus ATCC 25923 dan S. Typhimurium
ATCC 14028
14028, safranin,
f i spirtus,
it
iiodium
di
G
Gram, alkohol
lk h l 70%
70%,
etanol 95%, kristal violet, nutrient agar (NA), nutrient broth
((NB),
) NaCl fisiologis,
g aquades,
q
Eosin Methylen
y
Blue Agar
g
(EMBA), Salmonella and Shigella Agar (SSA) dan
Staphylococcus Agar (SA).
METODE PENELITIAN
Persiapan bakteri uji
1.
Pemeriksaan kemurnian kultur
- morfologi koloni
- morfologi sel Æ keseragaman sel
(pewarnaan)
Susu Segar
Uji
j kualitas
Bakteri murni
Sterilisai 115oC 3 menit
Ditumbuhkan ke NB 30 ml dan diinkubasi
selama 24 jam pada suhu 37oC
2. Spektrofotometer (kekeruhan) Æ OD
3. Pemupukan Æ Populasi
Dibuat populasi uji ±106
Suspensi di running di HPEF
Pengujian jumlah mikroba dalam
selang waktu tertentu
HASIL DAN PEMBAHASAN
Jum lah m ikro
oba (log 10 cfu/ m l)
Perlakuan
Jarak elektrode : 3, 4, 5 mm
Suhu proses : suhu ruang (27±1oC); suhu dingin (4-8
(4 8oC)
Vpp = 1,36 kV
Vma = 0
Vmax
0,83
83 kV
5,5
5,3
,
5,1
4,9
4,7
Jarak elektrode 3 mm
4,5
Jarak elektrode 4 mm
43
4,3
Jarak elektrode 5 mm
4,1
3,9
3 mm 1,62 log siklus
4 mm 1,17
1 17 log siklus
5 mm 0,5 log siklus
3,7
3,5
0
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam)
Total Mikroba dengan Jarak Electrode yang Berbeda
pada Suhu Ruang (27o±1oC)
Ju m lah m ik ro b a (lo g 10 cffu /m l)
4,9
4,7
4,5
Jarak elektrode 3 mm
4,3
Jarak elektrode 4 mm
4,1
Jarak elektrode 5 mm
3,9
3,7
3,5
0
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam)
Total Mikroba dengan Jarak Electrode yang
Berbeda pada Suhu Dingin (4-8oC)
3 mm 0,6 log siklus
4 mm 0,2 log siklus
5 mm 0,02 log siklus
y = -0,6415x + 12,257 y = -0,4303x + 11,948 y = -0,1752x + 11,776
R2 = 0,6826
R2 = 0,8334
R2 = 0,7657
lnn m ik ro b a (c f u /m l)
13
12
Jarak elektrode 3
mm
11
Jarak elektrode 4
mm
10
Jarak elektrode 5
mm
9
Linear (Jarak
elektrode 3 mm))
8
Linear (Jarak
elektrode 4 mm)
7
Linear (Jarak
elektrode 5 mm)
0
1
2
3
4
5
6
Waktu (jam)
Koefisien Inaktivasi Mikroba dengan
g Jarak
Electrode yang Berbeda pada
Suhu Ruang (27o±1oC)
Nilai μ
3 mm Æ 0,6415
4 mm Æ 0,4303
0 4303
5 mm Æ 0,1752
11
Jarak elektrode 3
mm
ln m ik roo b a (c fu /m l)
10,5
10
Jarak elektrode 4
mm
9,5
9
Jarak elektrode 5
mm
8,5
Linear (Jarak
elektrode 3 mm)
8
y = -0,204x + 9,2347 y = -0,0556x + 10,001 y = 0,017x + 9,8113
R2 = 0,0036
R2 = 0,3848
R2 = 0,1448
7,5
7
0
1
2
3
4
5
6
Nilai μ
3 mm Æ 0,204
4 mm Æ 0,0556
0 0556
5 mm Æ 0,017
Linear (Jarak
elektrode 4 mm)
Linear (Jarak
elektrode 5 mm)
Waktu (jam)
Koefisien Inaktivasi Mikroba dengan Jarak
Electrode yang Berbeda pada
Suhu Dingin (4-8
(4 8oC)
Kesimpulan : Perlakuan suhu ruang dan jarak treatment
chamber 3 mm Æ terbaik
6,8
Log E
E. coli (cfu/ml)
6,6
6,4
6,2
6
E Coli (pada suhu kamar)
5,8
E Coli (pada suhu dingin)
5,6
E Coli (Perlakuan Coil)
5,4
5,2
5
4,8
0
15
30
45
S aalm onella Typhim urium
m
(log 10 cfu/m l)
6,5
6
5,5
Salmonella Typhimurium
perlakuan
5
Salmonella Typhimurium
Kontrol
4,5
,
4
100
7,2
7
Staphylococcus (pada suhu
kamar)
6,8
6,6
Staphylococcus (pada suhu
dingin)
6,4
6,2
Staphylococcus (Perlakuan
Coil)
6
5,8
5,6
5,4
15
30
45
60
Waktu (menit)
Penurunan E. Coli ATCC 25922
50
7,4
0
60
Waktu (menit)
0
Log Staphyllococus aureus(cfu/ml)
Inaktivasi Mikroba Pathogen Pada Berbagai Kondisi
150
200
Waktu (menit)
Penurunan Bakteri
P
B kt i Salmonella
S l
ll
Typhimurium ATCC 14028
Penurunan Staphylococcus
aureus ATCC 25923
Penurunan mikroba
E coli Æ 1,09 log siklus
S aureus Æ 0,54 log siklus
S Typhimurium Æ 0,91 log siklus
ln Populasi E. coli (c
cfu/ml)
13,8
13,6
13,4
E Coli (Coil)
13,2
Linear (E Coli (Coil))
13
y = -0,0194x + 13,787
R2 = 0,8683
12,8
12,6
13,8
13,6
13,4
Staphylococcus
13,2
Linear (Staphylococcus)
y = -0,0112x + 13,804
R2 = 0,3472
13
12,8
12,6
12,4
0
10
20
30
40
50
60
0
70
10
20
30
40
50
60
70
Waktu (menit)
Waktu (menit)
Koefisien (u) kinetika E. Coli
ATCC 25922
14,5
ln Populasi S. Ty
yphimurium
(cfu/m l)
ln Populasi S. aureu
us(cfu/ml)
14
14
Koefisien (u) kinetika
Staphylococcus aureus ATCC
25923
14
13,5
S l
Salmonella
ll (C
(Coil)
il)
13
Linear (Salmonella (Coil))
12,5
12
y = -0,0063x + 13,844
R2 = 0,3091
11,5
0
50
100
150
200
W kt (Menit)
Waktu
(M it)
Koefisien (u) kinetika Salmonella
Typhimurium ATCC 14028
Nilai u
E coli Æ 0,02;
S aureus Æ 0,01
S Typhimurium
T hi
i
Æ 0,01
0 01
Uji Kimia Susu HPEF
3,3
3,5
3,2
3
2,5
SNI Susu Pasteurisasi
3
Susu Segar
2,9
Susu PEF (30')
2,8
,
Susu PEF (60'
(60))
2,7
K a d a r P r o te i n (% )
K a d a r L e m a k (% )
3,1
SNI Susu Pasteurisasi
2
Susu PEF (60')
(60)
1
0,5
2,5
0
Kadar Lemak Susu Segar, SNI
Susu Pasteurisasi dan Susu
Pasteurisasi dengan Metode
PEF 30” dan 60”
Susu PEF (30')
1,5
2,6
1
Susu Segar
1
Kadar Protein Susu Segar, SNI
Susu Pasteurisasi dan Susu
Pasteurisasi dengan Metode
PEF 30” dan 60”
Uji Kimia Susu HPEF
8,5
1,026
8
1,022
Susu Segar
Susu PEF (30')
Susu PEF (60')
1,018
6,5
1,01
6
Pengujian Berat Jenis Susu
Segar dan Susu Pasteurisasi
PEF 30” dan 60”
Susu Segar
Susu PEF (30')
7
1,014
1
SNI Susu Pasteurisasi
7,5
B K T L (% )
B J (g /c m 3 )
1,03
Susu PEF ((60')
1
Kadar SNF Susu Segar, SNI
Susu Pasteurisasi dan Susu
Pasteurisasi dengan metode
PEF 30” dan 60”
Kesimpulan
1.
2
2.
3.
4.
Inaktivasi mikroba pada suhu ruang (27±1oC) lebih
tinggi dibandingkan suhu dingin
Inaktivasi mikroba tertinggi dicapai dengan gap
elektorode terpendek
Semakin kecil nilai koefisien (u) inaktivasi mikroba
menunjukkan
j kk
rendahnya
d h
sensitifitas
i ifi
mikroba
ik b
terhadap pengaruh medan pulsa listrik tegangan
gg
tinggi.
Mikroba pahtogen yang peka (mudah diinaktivasi)
terhadap pengaruh medan listrik berturut-turut adalah
E coli,
E.
coli Staphylococcus aureus dan Salmonlla
Typhimurium