Kajian Awal Penerapan Medan Pulsa Listrik Tegangan Tinggi ( High Pulsed Electric Field ) Untuk Inaktivasi Mikroorganisme Pada Produk Susu Sapi

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

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

. . .

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.

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,

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

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

 

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

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

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

. . .

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.

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,

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

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

 

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

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

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

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

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

         

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

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/).

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

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.

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.

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.

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

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

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.

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

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

Plate Count = TPC)

< 3.0 x 104

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

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).

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

Kapasitor C

Saklar _Ruang

inaktivasi

Sumber Tegangan

tinggi

Bahan yang di Proses

Elektrode a

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 =

D V

...(1)

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

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,

a m P p k a i s d G d p m m y m p p b p akan tetapi menyebabka Gamb Pada kondis potensial me kerusakan di akan tetapi p intensitas m sehingga ke

dalam Gusta

G. Model (HPEF

Perkem ditunjukan proses (vari matematis d mungkin ata yang diprose Variab makanan m pengurangan perlakuan. T berguna set proses (vari

dengan te an kerusakan

bar 6. Diagra si (a) membr enjadi V (dim

inding sel - i

pada tahap in medan listrik

erusakan pad avo et al., 200

l Inaktivasi F)

mbangan pe untuk mend iabel bebas) digunakan u au mempred es (Lund, 19 bel terikat ya

menggunaka n populasi d Tahap pertam telah pendef

iabel bebas

rus bertamb n permanen (

am Skematik ran sel deng mana V>> V

irreversible ni kerusakan E menyebab da membran 00). i Mikroorg ersamaan m definisikan

) pada kee untuk memb diksi konsen 983 dalam G

ang secara k an HPEF dari agen bio ma untuk me

finisian var ) yang san

bahnya pen (d).

Kerusakan El gan beda po V’) mengaki

breakdown

n masih dapa bkan celah y n sel bersifa

anisme Den atematika te dan mening fektifan per berikan pan ntrasi mikrob

ustavo et al.,

khusus ditin dalam pro ologi yang ti engembangk riabel terika ngat relevan

ngaruh meda

lektrik (electr

tensial V', ( ibatkan meni

– terjadinya at pulih kem yang terbent at permanen

ngan High

entang mod gkatkan pen rlakuan (var dangan tent ba dan umu

2000). ngkatkan dal

oses pengo idak diingink kan sebuah m at meliputi n mempenga

an listrik m

rical breakdo

(b) bertamba ipisnya dind a celah pada mbali, (d) ber tuk semakin n (Zimmerm

Pulsed Ele

del proses p ngaruh dari

riabel terika tang mekan ur simpan d

lam proses p lahan HPE kan dengan model matem identifikasi aruhi variab maka akan own) ahnya beda ding sel, (c) dinding sel rtambahnya membesar mann, 1986 ctric Field pengolahan parameter at). Model nisme yang dari produk pengolahan EF adalah pemberian matis yang parameter bel terikat.

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:

kN dt

dN

−

= ...(2) 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 :

kt No

N ₌₋

ln ...(3)

dimana No merupakan jumlah mikroorganisme awal, ln

No N

merupakan log dari 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

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 :

...(5) ...(6)

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

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.

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

gumpalan-gumpalan 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,

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

HighPulsed 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):

2 f.C.V R

. 2

.V f. P

2 2

=

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 :

A d

R= ρ. ...(8) Keterangan :

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

 

(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.

FlybackTV Rangkaian

Oscillator

Trafo step-down

Rangkaian Penguat Tegangan

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

Gambar 8. Rancangan Percobaan

Tabel 5. Kombinasi Rancangaan Acak Lengkap

X 1 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 X2 = jarak antar elektroda 4 mm

Yn = ulangan (n) uji TPC X3 = jarak antar elektroda 5 mm

T 1  T 2 

X1  X2  X3  X1  X2  X3 

Perlakuan 1 Perlakuan 2

tidak

tidak ya

ya

(a)

Gambar 9. Diagram Alir Penelitian Pendahuluan Susu Sapi

Segar

Aliran Kontinyu  

Chamber Tidak Penuh

Chamber Penuh  

Hasil Uji Mikro   < 3 x 104 cfu/mL 

Penelitian Utama 

Aliran Kontinyu  

Chamber Awal Tidak Penuh

Chamber Awal

Penuh  

Uji Mikro

Susu Sapi Segar

Sirkulasi 10 x  

Uji Mikro

Hasil Uji Mikro   3x104 cfu/mL 

Penelitian Utama 

Perlakuan 2

Perlakuan 3 Perlakuan 4

tidak ya

ya tidak

(b)

Gambar 9. Diagram Alir Penelitian Pendahuluan (Lanjutan) Susu Sapi

Segar Susu Sapi

Segar

Holding Chamber

(selama 1 jam)

Holding Chamber

Uji Mikro

Waktu perlakuan 5 jam

Waktu perlakuan 6 jam

Uji Mikro

Hasil Uji Mikro   < 3 x 104 

cfu/mL 

Hasil Uji Mikro   < 3 x 104 cfu/mL 

Penelitian Utama 

Penelitian Utama

Perlakuan 4

 

   

Gambar 10. Diagram Alir Penelitian Utama End

Analisis Susu Sapi

Segar

Holding Chamber

(selama 5 jam)

pada T1dan T2

Jarak elektroda 3 mm

Jarak elektroda 4 mm

Jarak elektroda 5 mm

Uji Mikro

∆t = 1 jam,t = 5 jam

Penentuan Parameter Kritis

Alat

Pengukuran Suhu (T1, T2)

∆t = 1 jam,t = 5 jam

Permodelan Matematis Pengkondisian

alat HPEF

Empiris

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 Perlakuan Jumlah Mikroorganisme Sebelum Inaktivasi (cfu/mL) Jumlah Mikroorganisme Sesudah Inaktivasi (cfu/mL) Penurunan Jumlah Mikroorganisme (Log cfu/mL/jam) 28 November 2008 Aliran kontinyu (chamber tidak penuh)

5.5 x 10 5

3.4 x 10 5 0.21

Aliran kontinyu (chamber penuh)

3.3 x 10 5 0.22

3 Desember 2008

Sirkulasi 10 x 6.4 x 10 5 6.2 x 10 5 0.01

17 Desember 2008

Holding Chamber

(selama 1 jam)

9.2 x 10 5 1.2 x 10 5 0.88

23 Desember 2008

Holding Chamber

(selama 5 jam)

9 x 10 4

4.8 x 10 3 1.27

Holding Chamber

(selama 6 jam)

2.0 x10 4 0.65

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

d j t y d d a G p m s k s p S d e w j p m G s m dipengaruhi jam dari w terbuka den yang telah d di udara mau

Perco dari plastik. akan sulit d Gejala penu percobaan mikroorgani Wala seluruh par kesepakatan secara eksp peningkatan Schoenbach dalam persam Perny

et al. (2000) waktu perlak jam sebaga pertumbuhan mikroorgani Hasi Gambar 11. sangat drasti menggunaka oleh bebera waktu pemer ngan wadah disirkulasi te upun peralat obaan ketig Wadah pla ibersihkan k urunan jum ketiga den isme yang te aupun tidak rameter pro n yang men ponensial d n secara lin

et al., 199 maan (3), ya

yataan dari P dan hasil d kuan yang e ai kontrol n mikroorg isme dengan l analisis m Grafik men is setelah 5 j an alat HPE

apa hal yaitu rahan. Selai

penampung erkontaminas tan yang digu ga dilakukan

astik yang d karena sifat mlah mikroo

ngan meto erjadi sebesa k ada yang

oses yang nyatakan ba

dengan me nier oleh m

97 dalam G aitu : Peleg (1995 dari percoba ekstrim selam untuk me anisme yan n kuat medan mikroorganism

nunjukkan ad jam. Penuru EF mencapai

u pengujian in itu sirkul gan yang sa

si kembali o unakan. n dengan m digunakan se

kimia susu organisme y

de holding

ar 0.88 log cf dapat menj dimiliki o ahwa inakti eningkatnya eningkatnya

Gustavo et al

) dan Schoe aan ketiga i ma 5 jam de elihat adan ng lebih be n listrik.

me dari perc danya gejala unan jumlah i 1.3 log cfu

dilakukan s lasi yang d ama menjadi oleh mikroor

mengurangi p ebelum mau

yang banya yang cukup

g chamber. fu/mL. njelaskan pe

oleh teknol ivasi mikro intensitas a waktu per

l., 2000). Se

enbach et al. ini menjadi ngan penam nya pengaru esar dibandi cobaan terak a penurunan mikroorgan u/mL dari ju

setelah jangk dilakukan pa i faktor utam rganisme yan

peralatan ya upun setelah ak mengandu

p tajam ter . Penuruna engertian da logi HPEF oorganisme medan li rlakuan (Pe ecara sistem

(1997) dala

acuan untuk mbahan wakt

uh laju p ingkan laju

khir dapat d n mikroorgan nisme setelah umlah mikro

ka waktu 6 ada sistem ma produk ng terdapat ang terbuat h perlakuan ung lemak. rjadi pada an jumlah ari dampak F, terdapat meningkat istrik dan eleg, 1995; matis ditulis

am Gustavo k memberi tu selama 1

eningkatan inaktivasi dilihat pada nisme yang h inaktivasi oorganisme

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 substansi-substansi pereduksi. Substansi-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

perbedaan jumlah mikroorganisme awal pada setiap sample produk.

 

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

1 10 100 1000 10000 100000

0 1 2 3 4 5 6 waktu perlakuan (jam)

ju m la h m ik ro o rg a n is m e ( c fu /m L ) jarak antar elektroda 3mm

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 3 mm

dengan jumlah mikroorganisme awal 1.0 x 10 5 cfu/mL menjadi

5 x 10 3 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

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

  (a)   (b)   (c)

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

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

0 1 2 3 4 5 6 waktu perlakuan (jam)

ju m la h m ik ro o rg a n is m e ( c fu /m L ) sample 1 sample 2 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

0 1 2 3 4 5 6

w aktu perlakuan (jam)

ju m lah m ikr o o rg an is m e (cfu /m L ) sample 1 sample 2 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

0 1 2 3 4 5 6

waktu perlakuan (jam)

ju m la h m ik ro o rg a n is m e ( c fu /m L ) sample 1 sample 2

        

(a)

  (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

1 10 100 1000 10000 100000 1000000 ju m lah m ikr o o rg an is m e (c fu /m L )

0 1 2 3 4 5

waktu perlakuan (jam)

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

1 10 100 1000 10000 100000 ju m lah m ikr o o rg an is m e (c fu /m L )

0 1 2 3 4 5

waktu perlakuan (jam)

laju inaktivasi mikroorganisme keseluruhan. Hal ini dapat dilihat secara lengkap pada Lampiran 10.

 

(a) 

 

(b)

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

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. 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

0 1 2 3 4 5 6 waktu perlakuan (jam)

ju m lah m ikro o rg an is m e ( c fu /m L ) sample 1 sample 2 1 10 100 1000 10000 100000

0 1 2 3 4 5 6 waktu perlakuan (jam)

ju m lah m ikro o rg an is m e ( c fu /m L ) sample 1 sample 2

 

(a)

 

(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.

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

0 1 2 3 4 5 6 waktu perlakuan (jam)

ju m la h m ik ro o rg a n is m e ( c fu /m L ) sample 1 sample 2 1 10 100 1000 10000 100000

0 1 2 3 4 5 6

waktu perlakuan (jam)

ju m la h m ik ro o rg a n is m e ( c fu /m L ) sample 1 sample 2

Lampiran 13. Perhitungan Laju Inaktivasi Hasil Dugaan Perhitungan Laju Inaktivasi Hasil Dugaan

Suhu Ruang :

. . ...(11.a) 1) E = 0.28 kV/cm

. .

. . . . /

2) E = 0.21 kV/cm

. .

. . . . log / /jam 3) E = 0.17 kV/cm

. .

. . . . log / /jam Suhu Dingin :

. . ...(11.b) 1) E = 0.28 kV/cm

. .

2) E = 0.21 kV/cm

. .

. . . . log / /jam 3) E = 0.17 kV/cm

. .

. . . . log / /jam Tabel Data Laju Inaktivasi Hasil Dugaan dan Penelitian 13.1. Suhu Ruang

Laju Inaktivasi Hasil Dugaan (Log cfu/mL/jam)

Laju Inaktivasi Hasil Penelitian (Log cfu/mL/jam)

Rata-Rata (Log cfu/mL/jam) sample1 sample 2

0.34 0.31 0.34 0.33

0.22 0.23 0.24 0.24

0.19 0.15 0.20 0.18

13.2. Suhu Dingin Laju Inaktivasi Hasil

Dugaan (Log cfu/mL/jam)

Laju Inaktivasi Hasil Penelitian (Log cfu/mL/jam)

Rata-Rata (Log cfu/mL/jam) sample1 sample 2

0.15 0.11 0.12 0.12

0.03 0.04 0.04 0.04

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

Rangakain oscillator Penguat

tegangan II Penguat

tegangan I

Fly Back TV

Lampiran 15. Prinsip Kerja Alat HPEF

Arus PLN  (220V)

Trafo (22V) 

Diode Bridge  (mengubah AC‐DC) 

Rangkaian 

Oscillator

Fly Back TV

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.

Lampiran 17. Konstanta model kinetika Hülshelger untuk berbagai jenis mikroorganisme

Jenis Mikroorganisme E T Tc Ec K R

(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