“Allahumma tawwi umurana fi ta’atika wa ta’ati rasulika waj’alna min ibadikas salihina”

Terbaru

Condensed Milk Process

Koloid adalah suatu campuran zat heterogen antara dua zat atau lebih di mana partikel-partikel zat yang berukuran koloid tersebar merata dalam zat lain. Ukuran diameter partikelnya antara 10-7 m dan 10-9 m. Susu termasuk koloid karena susu dilihat secara makroskopis bersifat homogen, tetapi bila diamati dengan mikroskop ultra bersifat heterogen dan dapat disaring dengan penyaringan ultra.


Susu termasuk kolois jenis emulsi cair karena zat terdispersinya berfse cair dan zat pendispersinya (medium) berfase cair. Emulsi cair melibatkan campuran dua zat cair yang tidak dapat saling melarutkan jika dicampurkan yaitu zat cair polar dan zat cair non polar. Oleh karena itu pada susu diperlukan emulgator berupa kasein agar susu dan air dapat dicampurkan.

Susu memiliki komposisi yang berkisar pada 87,7% air, 4,9% laktosa, 3,4% lmak, 3,3% protein, dan 0,7% mineral. Keberadaan campuran partikel laktos, lemak dan protein terdispersi secara merata dalam air ini akan menyebabkan materi yang tergolong sebagai koloid.

Koloid pada susu dapat dilakukan dengan cara dispersi homogenisasi. Dispersi merupakan cara untuk memperkecil ukuran partikel dari suspensi kasar menjadi partikel ukuran koloid. Pada pembuatan susu kental manis yang bebas kasein dilakukan dengan mencampurkan serbuk susu skim ke dalam air di dalam mesin homogenisasi, partikel lemak dari susu diperkecil sampai berukuran koloid dengan cara melewatkan melalui lubang berpori dengan tekanan tinggi. Jika ukuran partikel sudah sesuai ukuran koloid, selanjutnya didispersikan ke dalam medium pendispersi.

Cara pembuatan susu kental manis:

  1. Mempersiapkan bahan.
    Bahan utama yaitu: susu segar, skim milk powder (SMP), lemak, air gula (sukrosa) serta bahan penunjang yaitu: anhydrous milk fat (AMF), buttermilk powder (BMP), palm oil, laktosa, vitamin, antioksidan, dan cocoa powder.
  2. Pencampuran (Mixing)
    Bahan-bahan yang sebelumnya telah disiapkan dicampurkan dalam tangki pencampur bahan (mix tank). Bahan yang terlebih dahulu dicampurkan adalah susu segar atau air yang telah dipanaskan sebelumnya dengan suhu 55-600C. Kemudian ditambahkan bubuk susu seperti Skim milk powder (SMP), Butter Milk Powder (BMP), dan Whey Powder (WP) dari dumper. Selama penuangan terdapat blower yang bekerja membantu menghisap partikel-partikel susu yang berterbangan sehingga mencegah timbulnya polusi.
    Setelah penuangan susu bubuk, dilanjutkan dengan penuangan gula dan penuangan palm oil. Gula dan palm oil dituangkan bersama-sama. Palm oil yang dituangkan sebelumnya telah dicampurkan dengan bahan tambahan seperti vitamin A, B1, D3, dan BHA. Tempat pencampuran antara palm oil dan bahan tambahan di dalam tangki palm oil. Pada saat penuangan gula, campuran dalam mix tank dipanaskan terus hingga suhu 510C. Hal ini untuk memudahkan gula larut dalam campuran. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan mesin PHE (Plate Heat Exchanger).
  3. Standarisasi.
    Pada tahap ini dilakukan inspeksi oleh QC mengenai besarnya total solid (TS), pH, lemak dan viskositas. Apabila telah memenuhi standar yang ditetapkan, proses dilanjutkan ketahapan berikutnya.
  4. Penyaringan
    Pada saat proses pencampuran, produk dilewatkan melalui filter untuk dilakukan penyaringan sebelum produk menuju PHE untuk pemanasan. Penyaringan berfungsi untuk mencegah terjadinya kontaminasi fisik oleh bahan-bahan yang tidak diinginkan seperti kotoran sisa-sisa karung dan pasir. Filter yang digunakan terbuat dari nilon yang berukuran 500 mikron. Setelah disaring dan dipanaskan dalam PHE, produk kembali ke tangki pencampuran. Dalam tangki pencampuran, produk terus diaduk hingga suhu mencapai 60oC. Dari tangki pencampuran, produk dialirkan menuju tangki penampungan I (Balance Tank I). Balance Tank I (BT I) merupakan tangki tempat penampungan sementara produk sebelum dihomogenisasi di homogenizer. Selama ditampung dalam BT I, produk mengalami proses penyaringan kembali. Filter yang digunakan terbuat dari nilon dengan ukuran 200 mikron. Ukuran filter yang makin kecil dimaksudkan untuk menyaring kotoran-kotoran yang berukuran lebih kecil yang sebelumnya tidak ikut tersaring.
  5. Homogenisasi
    Produk dari BT I dialirkan ke dalam homogenizer untuk dilakukan proses homogenisasi. Susu yang dihomenisasi mengalami suatu proses pemecahan globula-globula susu sehingga dihasilkan globula susu yang ukurannya lebih kecil dan seragam. Ukuran globula awal 200 µm diperkecil menjadi 2µm. Hal ini terjadi karena produk dilewatkan dalam suatu celah sempit dalam kecepatan dan tekanan tinggi (450-1500 psi). Homogenisasi dilakukan untuk menstabilkan emulsi lemak dalam susu kental manis.
    Viskositas akhir proses berkisar 3 poise dan ukuran globula lemak akan membentuk cluster, yaitu gabungan dari globula-globula lemak. Proses homogenisasi akan mengakibatkan lebih banyaknya jumlah butiran lemak dan memperluas permukaan lemak sehingga mempermudah proses pasteurisasi.
  6. Pasteurisasi
    Produk yang telah dihomogenisasi dialirkan ke dalam pasteurizer. Di dalam pasteurizer, produk akan mengalami proses pasteurisasi. Proses pasteurisasi bertujuan untuk membunuh semua bakteri patogen dan 99% total bakteri serta menginaktifkan enzim termasuk enzim lipase. Dengan demikian, produk diharapkan tetap dalam kondisi baik selama pendistribusian dan lebih awet serta amam dikonsumsi oleh konsumen. Metode yang digunakan untuk proses pasteurisasi adalah metode HTST (High Temperature Short Time) dengan menggunakan sistem aliran kontinyu. Suhu pasteurisasi untuk produk semi recombine adalah 90ºC + 2ºC dan suhu pasteurisasi untuk produk fully recombine adalah 85ºC + 2ºC. Keduanya dengan lama waktu pasteurisasi 30 detik. Saat proses pasteurisasi, produk dilewatkan ke holding tube, yaitu pipa berkelok-kelok untuk mempertahankan suhu selama pasteurisasi. Dalam holding tube terdapat Flow diversion Valve (FDV) yang merupakan sensor suhu selama pasteurisasi. Pada proses produksi susu kental manis semi recombine, apabila suhu kurang dari 90ºC maka valve ke bagian pendingin akan tertutup dan susu akan kembali ke small balance tank untuk diresirkulasikan dengan melewati proses homogenisasi dan pasteurisasi kembali. Jika suhu lebih dari 92ºC, produk akan dialirkan ke plat pendingin. Demikian pula pada proses produksi susu kental manis fully recombine, apabila suhu kurang dari 83ºC maka valve ke bagian pendingin akan tertutup dan susu akan kembali ke small balance tank untuk diresirkulasikan dengan melewati proses homogenisasi dan pasteurisasi kembali. Jika suhu lebih dari 87ºC, produk akan dialirkan ke plat pendingin. Produk yang telah dipasteurisasi akan dialirkan ke dalam BT II. BT II adalah tempat sementara untuk menampung produk sebelum produk dikentalkan di vacuum cooler.
  7. Proses Pengentalan (Evaporasi)
    Produk susu dari BT II dialirkan ke vacuum cooler untuk dikentalkan. Dalam vacuum cooler, produk akan mengalami proses penguapan pada kondisi vakum sehingga lama kelamaan produk akan menjadi kental. Tekanan yang digunakan agar tercapai kondisi vakum sebesar – 40 cmHg. Proses penguapan pada kondisi vakum terjadi pada suhu yang lebih rendah dibanding proses penguapan biasa yaitu 30-31 ºC. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya pencoklatan, perubahan citarasa dan aroma serta peningkatan viskositas produk selama penyimpanan.
    Dalam proses pengentalan juga dilakukan penambahan kristal laktosa dalam ukuran kecil. Proses ini dinamakan lactose seeding. Diameter kristal laktosa yang ditambahkan kira-kira berukuran 10 mikron. Proses di vacuum cooler berhenti setelah suhu susu mencapai 27-28ºC. Pada tahap ini produk telah menjadi susu kental manis Sebelum susu kental manis dialirkan ke storage vat, QC melakukan inspeksi untuk mengukur kadar lemak, viskositas, gula, TS, dan protein. Apabila parameter proses yang diukur telah memenuhi standar yang ditetapkan di perusahaan maka susu kental manis dialirkan ke storage vat. Storage vat merupakan tangki penampungan akhir dari adonan susu yang siap filling. Tangki penampungan ini dilengkapi dengan agitator yang berfungsi sebagai pengaduk adonan susu hingga diperoleh produk akhir dengan campuran yang seragam. Proses agitasi dilakukan selama 2 jam untuk memperoleh campuran adonan susu yang seragam dari beberapa batch yang ditampung dalam storage vat.

Daftar Pustaka
Alifah. 2011. Sistem koloid. (Online). http://alifah-daigakusei.blogspot.com/2011/04/sistem-koloid.html. (diakses pada 21 November 2014)
Alfina. 2013. Koloid. (Online). http://alfina30.blogspot.com/2013/05/laporan-kimia-membuat-koloid-dengan.html. (diakses pada 22 November 2014)
Anonim. 2013. Sistem Koloid. (Online). http://santrinitas.wordpress.com/kelas-xi/sistem-koloid/. (diakses pada 22 November 2014)
Anonim. 2013. Pembuatan Koloid. (Online). http://materi-kimia-sma.blogspot.com/2013/12/pembuatan-koloid.html. (diakses pada 21 November 2014)
Yulianti, nia. 2013. Proses Pembuatan Susu Kental Manis. (Online). http://niayulianty.blogspot.com/2013/11/proses-pembuatan-susu-kental-manis.html. (diakses pada 21 November 2014)

PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI

  • TEKNOLOGI PENGOLAHAN LIMBAH CAIR

Pengolahan limbah bertujuan untuk menetralkan air dari bahan-bahan tersuspensi dan terapung, menguraikan bahan organic biodegradable, meminimalkan bakteri patogen, serta memerhatikan estetika dan lingkungan. Pengolahan air limbah dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : (1)secara alami dan, (2) secara buatan.

  • Secara Alami

Pengolahan air limbah secara alamiah dapat dilakukan dengan pembuatan kolam stabilisasi. Dalam kolam stabilisasi, air limbah diolah secara alamiah untuk menetralisasi zat-zat pencemar sebelum air limbah dialirkan ke sungai. Kolam stabilisasi yang umum digunakan adalah kolam anaerobik, kolam fakultatif (pengolahan air limbah yang tercemar bahan organik pekat), dan kolam maturasi (pemusnahan mikroorganisme patogen). Karena biaya yang dibutuhkan murah, cara ini direkomendasikan untuk daerah tropis dan sedang berkembang.

  • Secara Buatan

Pengolahan air limbah dengan buantan alat dilakukan pada Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Pengolahan ini dilakukan melalui tiga tahapan, yaitu primary treatment (pengolahan pertama), secondary treatment (pengolahan kedua), dan tertiary treatment (pengolahan lanjutan).

Primary treatment merupakan pengolahan pertama yang bertujuan untuk memisahkan zat padat dan zat cair dengan menggunakan filter (saringan) dan bak sedimentasi. Beberapa alat yang digunakan adalah saringan pasir lambat, saringan pasir cepat, saringan multimedia, percoal filter, mikrostaining, dan vacum filter.

Secondary treatment merupakan pengolahan kedua, bertujuan untuk mengkoagulasikan, menghilangkan koloid, dan menstabilisasikan zat organik dalam limbah. Pengolahan limbah rumah tangga bertujuan untuk mengurangi kandungan bahan organik, nutrisi nitrogen, dan fosfor. Penguraian bahan organik ini dilakukan oleh makhluk hidup secara aerobik (menggunakan oksigen) dan anaerobik (tanpa oksigen). Secara aerobik, penguraian bahan organik dilakukan mikroorganisme dengan bantuan oksigen sebagai electon acceptor dalam air limbah. Selain itu, aktivitas aerobik ini dilakukan dengan bantuan lumpur aktif (activated sludge) yang banyak mengandung bakteri pengurai. Hasil akhir aktivitas aerobik sempurna adalah CO2, uap air, dan excess sludge. Secara anaerobik, penguraian bahan organik dilakukan tanpa menggunakan oksigen. Hasil akhir aktivitas anaerobik adalah biogas, uap air, dan excess sludge.

Tertiary treatment merupakan lanjutan dari pengolahan kedua, yaitu penghilangan nutrisi atau unsur hara, khususnya nitrat dan posfat, serta penambahan klor untuk memusnahkan mikroorganisme patogen.

Dalam pengolahan air limbah dapat dilakukan secara alami atau secara buatan, perlu dilakukan berbagai cara pengendalian antara lain menggunakan teknologi

pengolahan limbah cair, teknologi peroses produksi, daur ulang, resure, recovery dan juga penghematan bahan baku dan energi .

Agar dapat memenuhi baku mutu, industri harus menerapkan prinsip pengendalin limbah secara cermat dan terpadu baik di dalam proses produksi (in-pipe pollution prevention) dan setelah proses produksi (end-pipe pollution prevention). Pengendalian dalam proses produksi bertujuan untuk meminimalkan volume limbah yang ditimbulkan, juga konsentrasi dan toksisitas kontaminannya. Sedangkan pengendalian setelah proses produksi dimaksudkan untuk menurunkan kadar bahan peencemar sehingga pada akhirnya air tersebut memenuhi baku mutu yang sudah ditetapkan, tabel -1.1

Tabel -1.1 Batasan Air Limbah untuk Industri

Parameter

Konsentrasi (mg/L)

COD 

100 – 300 

BOD 

50 – 150 

Minyak nabati 

5 – 10 

Minyak mineral 

10 – 50 

Zat padat tersuspensi (TSS) 

200 – 400 

pH 

6.0 – 9.0 

Temperatur 

38 – 40 [oC]

Ammonia bebas (NH3) 

1.0 – 5.0 

Nitrat (NO3-N) 

20 – 30

Senyawa aktif biru metilen 

5.0 – 10 

Sulfida (H2S) 

0.05 – 0.1 

Fenol 

0.5 – 1.0 

Sianida (CN) 

0.05 – 0.5 

Batasan Air Limbah untuk Industri Kepmen LH No. KEP-51/MENLH/10/1995

1.3    Metode Pengolahan Air Limbah

Teknologi pengolahan air limbah adalah kunci dalam memelihara kelestarian lingkungan. Apapun macam teknologi pengolahan air limbah industri yang dibangun harus dapat dioperasikan dan dipelihara oleh perusahana setempat.

Berbagai teknik pengolahan air buangan untuk menyisihkan bahan polutannya telah dicoba dan dikembangkan selama ini.

Teknik-teknik pengolahan air buangan yang telah dikembangkan tersebut secara umum terbagi menjadi 3 metode pengolahan:

  • pengolahan secara fisika
  • pengolahan secara kimia
  • pengolahan secara biologi

Untuk suatu jenis air buangan tertentu, ketiga metode pengolahan tersebut dapat diaplikasikan secara sendiri-sendiri atau secara kombinasi.

Pengolahan Secara Fisika

Pada umumnya, sebelum dilakukan pengolahan lanjutan terhadap air buangan, diinginkan agar bahan-bahan tersuspensi berukuran besar dan yang mudah mengendap atau bahan-bahan yang terapung disisihkan terlebih dahulu. Penyaringan (screening) merupakan cara yang efisien dan murah untuk menyisihkan bahan tersuspensi yang berukuran besar. Bahan tersuspensi yang mudah mengendap dapat disisihkan secara mudah dengan proses pengendapan. Parameter desain yang utama untuk proses pengendapan ini adalah kecepatan mengendap partikel dan waktu detensi hidrolis di dalam bak pengendap.

Pemisahan Cair – Padatan Penapisan Presipitasi

  • Filtrasi Flotasi Filtrasi
  • Filter membran Filtrasi lambat Filtrasi cepat Tipe bertekanan Tipe gravitasi Mikro filter
  • Ultra filter Reverse osmosis Dialisis elektris Filtrasi precoat Klarifier
  • Tipe resirkulasi berlumpur Tipe pallet selimut lumpur Tipe selimut lumpur
  • Tipe konvensional Pemekatan Dewatering
  • Filter vacuum rotasi Filter tekan/press Belt press Contrifugasi
  • Presipitasi sentrifugasi Dehidrasi sentrifugasi


Gambar – 1.1 Skema Diagram pengolahan Fisik

Proses flotasi banyak digunakan untuk menyisihkan bahan-bahan yang mengapung seperti minyak dan lemak agar tidak mengganggu proses pengolahan berikutnya. Flotasi juga dapat digunakan sebagai cara penyisihan bahan-bahan tersuspensi (clarification) atau pemekatan lumpur endapan (sludge thickening) dengan memberikan aliran udara ke atas (air flotation).

Proses filtrasi di dalam pengolahan air buangan, biasanya dilakukan untuk mendahului proses adsorbsi atau proses reverse osmosis– nya, akan dilaksanakan untuk menyisihkan sebanyak mungkin partikel tersuspensi dari dalam air agar tidak mengganggu proses adsorbsi atau menyumbat membran yang dipergunakan dalam proses osmosa.

Proses adsorbsi, biasanya dengan karbon aktif, dilakukan untuk menyisihkan senyawa aromatik (misalnya: fenol) dan senyawa organik terlarut lainnya, terutama jika diinginkan untuk menggunakan kembali air buangan tersebut.

Teknologi membran (reverse osmosis) biasanya diaplikasikan untuk unit-unit pengolahan kecil, terutama jika pengolahan ditujukan untuk menggunakan kembali air yang diolah. Biaya instalasi dan operasinya sangat mahal

Pengolahan Secara Kimia

Pengolahan air buangan secara kimia biasanya dilakukan untuk menghilangkan partikel-partikel yang tidak mudah mengendap (koloid), logam-logam berat, senyawa fosfor, dan zat organik beracun; dengan membubuhkan bahan kimia tertentu yang diperlukan. Penyisihan bahan-bahan tersebut pada prinsipnya berlangsung melalui perubahan sifat bahan-bahan tersebut, yaitu dari tak dapat diendapkan menjadi mudah diendapkan (flokulasi-koagulasi), baik dengan atau tanpa reaksi oksidasi-reduksi, dan juga berlangsung sebagai hasil reaksi oksidasi.

Pengolahan Kimia

  •  Fisik Netralisasi Penukar ion
  • Koagulasi & Flokulasi Alumina aktif
  • Karbon aktif Adsorbsi
  • Oksidasi dan/atau Reduksi Aerasi
  • Ozonisasi Elektrolisis
  • Oksidasi kimia/reduksi
  • UV
  • Resin penukar anion Resin penukar kation Resin penukar anion Zeolite

Pengendapan bahan tersuspensi yang tak mudah larut dilakukan dengan membubuhkan elektrolit yang mempunyai muatan yang berlawanan dengan muatan koloidnya agar terjadi netralisasi muatan koloid tersebut, sehingga akhirnya dapat diendapkan. Penyisihan logam berat dan senyawa fosfor dilakukan dengan membubuhkan larutan alkali (air kapur misalnya) sehingga terbentuk endapan hidroksida logam-logam tersebut atau endapan hidroksiapatit. Endapan logam tersebut akan lebih stabil jika pH air > 10,5 dan untuk hidroksiapatit pada pH > 9,5. Khusus untuk krom heksavalen, sebelum diendapkan sebagai krom hidroksida [Cr(OH)3], terlebih dahulu direduksi menjadi krom trivalent dengan membubuhkan reduktor (FeSO4, SO2, atau Na2S2O5).

Gambar 1. 2. Skema Diagram pengolahan Kimiawi

Buangan dari pabrik berbeda satu dengan yang lainnya. Perbedaan ini menyangkut pula dengan perbedaan bahan baku,perbedaan proses. Suatu pabrik sama-sama mengeluarkan limbah cair namun terdapat senyawa kimia yang berbeda pula. Karena banyaknya variasi pencemar antara satu pabrik dengan pabrik lain maka banyak pula sistem pengolahan. Demikian banyak macam parameter pencemar dalam suatu buangan, akibatnya membutuhkan berbagai tingkatan proses pula. Limbah memerlukan penanganan awal. Kemudian pengolahan berikutnya. Pengolahan pendahuluan akan turut menentukan pengolahan kedua, ketiga dan seterusnya.

Proses pengolahan dan jenis peralatan yang dipergunakan serta pengolahan serta pengolahan lihat table 2.1 .Kekeliruan penetapan pengolahan pendahuluan akan turut mempengaruhi pengolahan berikutnya. Di dalam penetapan pilihan metode keadaan limbah sudah seharusnya diketahui sebelumnya.Parameter limbah yang mempunyai peluang untuk mencemarkan lingkungan harus ditetapkan. Misalnya terdapat senyawa fenol dalam air sebesar 2 mg/liter, phosphat 30 mg/liter dan seterusnya.

Dengan mengetahui jenis-jenis parameter di dalam limbah maka dapat ditetapkan metode pengolahan dan pilihan jenis peralatan. Sekali sudah ditetapkan metode dan jenis peralatan maka langkah berikutnya adalah sampai tingkat mana diinginkan menghilangkan/ penguranga senyawa pencemarnya.

Berapa persenkah kita inginkan pengurangan dan sampai di mana efisiensi peralatan harus dicapai pada tingkat maksimum.

Penetapan efisiensi peralatan, dan standar buangan yang diinginkan akan mempengaruhi ketelitian alat, volume air limbah, sistem pemipaan, pemasangan pipa, pilihan bahan kimia dan lain-lain.

Dalam mendesain peralatan, variabel tadi harus dapat dihitung secara tepat. Belum ada suatu jaminan hahwa satu unit peralatan dapat mengendalikan limbah sesuai dengan yang dikehendaki. Sebab di dalam satu unit peralatan terdiri dari berbagai macam kegiatan mulai dari kegiatan pendahuluan sampai kegiatan akhir. Walaupun terdiri dari berbagai kegiatan namun tidak semua jenis kegiatan dipraktekkan, mungkin dengan kombinasi dari beberapa kegiatan saja limbah sudah bebas polusi. Adapun jenis kegiatan dalam pengolahan air limbah dapat diuraikan dalam tabel 1.2.

Tabel 1.2. Proses pengolahan dan Peralatan yang Diperlukan


Sumber : Edy & Matcalf, 1983

Pengolahan limbah sering harus menggunakan kombinasi dari berbagai metode, terutama limbah berat yang banyak mengandung jenis parameter/Jarang perusahaan mempergunakan satu proses dan hasilnya baik.

Pilihan peralatan berkaitan dengan biaya, pemeliharaan, tenaga ahli dan kualitas lingkungan. Untuk beberapa jenis pencemar telah ditetapkan metode treatment-nya. Pilihan ini didasarkan atas beberapa referensi dan pengalaman yang telah dicoba berulang kali sampai diperoleh hasil maksimum.

  • Pemilihan Teknologi

Pemilihan proses yang tepat didahului dengan mengelompokkan karakteristik kontaminan dalam air limbah dengan menggunakan indikator parameter yang sudah ditampilkan di tabel 1.2.

Setelah kontaminan dikarakterisasikan, diadakan pertimbangan secara detail mengenai aspek ekonomi, aspek teknis, keamanan, kehandalan, dan kemudahan peoperasian. Pada akhirnya, teknologi yang dipilih haruslah teknologi yang tepat guna sesuai dengan karakteristik limbah yang akan diolah. Setelah pertimbangan- pertimbangan detail, perlu juga dilakukan studi kelayakan atau bahkan percobaan skala laboratorium yang bertujuan untuk:

  1. Memastikan bahwa teknologi yang dipilih terdiri dari proses-proses yang sesuai dengan karakteristik limbah yang akan diolah.

  2. Mengembangkan    dan    mengumpulkan    data    yang    diperlukan    untuk menentukan efisiensi pengolahan yang diharapkan.

  3. Menyediakan informasi teknik dan ekonomi yang diperlukan untuk penerapan skala sebenarnya.

SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH CAIR

Tujuan utama pengolahan air limbah ialah untuk mengurai kandungan bahan pencemar di dalam air terutama senyawa organik, padatan tersuspensi, mikroba patogen, dan senyawa organik yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme yang terdapat di alam. Bila dilihat dari tingkat perlakuan pengolahan air limbah maka sistem pengolahan limbah cair dikalisifikasikan menjadi ; Primary Treatment System, Secondary Treatment System, Tertiary Treatment System (lihat gambar 2.1)


Gambar 2.1. Wastewater Treatment

Setiap tingkatan treatmen terdiri pula atas sub- sub treatmen yang satu dengan lainnya berbeda, tergantung pada jenis parameter pencemar didalam limbah cair, volume limbah cair, dan kondisi fisik lingkungan .

Ada beberapa proses yang dilalui air limbah agar limbah ini benar-benar bebas dari unsur pencemaran.

Pada mulanya air limbah harus dibebaskan dari benda terapung atau padatan melayang. Untuk itu diperlukan treatment pendahuluan (pretreatmen). Pengolahan selanjutnya adalah mengendapkan partikel-partikel halus kemudian lagi menetralisasinya. Demikian tingkatan ini dilaksanakan sampai seluruh parameter pencemar dalam air buangan dapat dihilangkan .

  • Primary Treatment System

Flow Proses


Gambar 2.3. Skema Flow Proses

Pada gambar 2.3, memperlihatkan proses pengolahan permulaan yang sering pula didahuli denga pengolahan awal (pretreatment) atau pra perlakuan ; yang mana limbah cair dari sumber lewat (1) sanitary sewer, (2) pretreatmen,(3) primary treatment tanks, (4) aeration tanks, (5) secondary treatment tank, (6) disinfectant

  • Pengolahan Awal (Pretreatment)

Tahap pengolahan ini melibatkan proses fisik yang bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi dan minyak dalam aliran air limbah. Beberapa proses pengolahan yang berlangsung pada tahap ini ialah screen and grit removal, equalization and storage, serta oil separation.

  • Pengolahan Tahap Pertama (Primary Treatment)

Pada dasarnya, pengolahan tahap pertama ini masih memiliki tujuan yang sama dengan pengolahan awal. Letak perbedaannya ialah pada proses yang berlangsung. Proses yang terjadi pada pengolahan tahap pertama ialah menghilangkan partikel- artikel padat organik dan organik melalui proses fisika, yakni neutralization, chemical addition and coagulation, flotation, sedimentation, dan filtration . Sehingga partikel padat akan mengendap (disebut sludge) sedangkan partikel lemak dan minyak akan berada di atas / permukaan (disebut grease). Dengan adanya pengendapan ini , maka akan mengurangi kebutuhan oksigen pada proses pengolahan biologis berikutnya dan pengendapan yang terjadi adalah pengendapan secara garafitasi


Gambar 2.4. Primary Setting Tank

Waktu yang diperlukan oleh air untuk mengalir dari titik inlet ke titik outlet agar terjadi proses pengendapan secara perlahan dan sempurna disebut waktu tinggal (deretion time).

Hubungan antara waktu tinggal, volume air dalam tangki dan laju alir (flow rate), dihitung sebagai berikut :

Ø = Vr/Q

Ø = deration time

Vr = volume air dalam tangki Q = laju air (flowrate)

Kecepatan air hasil olahan keluar dari outlet disebut kecepatan overflow.

Kecepatan overflow merupakan fungsi dari laju alir dan luas permukaan sebagai berikut:

V0 = Q/A

V0 = kecepatan overflow kecepatan air hasilolahan keluar ari out let A = luas dari permukaan settling zone.

  • Aeration

Teknik Pengolahan air limbah banyak ragamnya. Salah satu dari teknik Air limbah adalah proses lumpur aktif dengan aerasi oksigen

murni. Pengolahan ini termasuk pengolahan biologi, karena menggunakan bantuan mikroorganisma pada proses pengolahannya. Cara Kerja alat ini adalah sebagai berikut : Air limbah setelah dilakukan penyaringan dan equalisasi dimasukkan kedalam bak pengendap awal untuk menurunkan suspended solid. Air limpasan dari bak pengendap awal dialirkan ke kolam aerasi melalui satu pipa dan dihembus dengan udara

sehingga mikroorganisma bekerja menguraikan bahan organik yang ada di air limbah. Dari bak bak aerasi air limbah dialirkan ke bak pengendap akhir, lumpur diendapkan, sebagian lumpur dikembalikan ke kolam aerasi.

Keuntungannya :

daya larut oksigen dalam air limbah lebih besar; efisiensi proses lebih tinggi; dan

cocok untuk pengolahan air limbah dengan debit kecil untuk polutan organik yang susah terdegradasi


Gambar 2.5. Aeration Tank

  • Pengolahan Sekunder (Secondary Treatment)

Pada tahap ini air limbah menggunakan bahan-bahan kimia agar senyawa- senyawa dalm pencemar dalam limbai diikat melalui reaksi kimia.

Karena itu sitem operasinya disebut juga dengan cara kimia yaitu methoda pengolahan dengan menghilangkan atau mengubah senyawa pencemar dalam air limbah dengan menambahkan bahan kimia.

Zat-zat pencemar pada umumnya berada pada jenis padan suspensi Padatan terlarut dalam kolidal. Padatan ini tidak mengalami pengendapan secara alami walaupun dalam jangka waktu relative lama . Oleh karena itu diperlukan bahan kimia yang direaksikan agar terjadi pengingkatan senyawa pencemar baik dalam bentukgumpalan atau pengapungan.

Menggunakan bahan kimia membutuhkan perkiraan dari sudut biaya mengingat diantara bahan- bahan tersebut harganya cukup mahal. Dengan menggunakan bahan kmia berarti akan timbul unsur bau dalam air buangan dan diharapakan semakin mudah mengambilnya, atau bahan tersebut befungsi sebagai katalisator. Proses ini mempunyai kelemahan yaitu bagai mana mengambil unsur baru yang terjadi akibat reaksi terjadi.

Pengendapan dengan kapur akan menimbulkan lumpur yang harus direncanakan cara mengambil dan sarana pembuangannya.

Pengolahan limbah dengan tingkatan kedua atau menggunakan bahan kimia bertujuan mengendapkan bahan, mematikan bakteri pathogen mengikat dengan cara oksidasi atau reduksi menetralkan kosentrasi kelarutan asam dan desinfektasia.

Gambar 2.6. Secondary Sewage Treatment Process

Tiga cara pendekatan yang umum digunakan pada tahap mengurangi bahan kimia pencemar dalam air limbah ; Perlakuan pertama yaitu penambahan bahan kimia koagulasi dengan pengadukan cepat 1000 rpm, bahan yang umum digunakan adalah alum (tawas), poyaluminium cholorida. Perlakuan kedua menambahkan bahan flokulanmelalui pengadukan lambat 200 rpm, bahan yang digunakan polyelectrolit. Perlakuan ketiga yaitu klarifikasi pemisahan padatan lumpur yang telah terjadi flok- flok dan mulai mengendap .

Bahan-bahan pencemar yang dapat dihilangkan atau dikurangi dengan penambahan bahan kimia adalah :

  • Padatan tersuspensi dalam limbah cair baik yang terdiri dari material organik maupun anorganik yang masih ada pada air limbah
  • Phospat terlarut dapat direduksi bila kadar kurang dari pada 1 mg/l dengan bahan pengendap alum (tawas), ferry sulfat .
  • Calcium, magnesium, silicon, dapat dihilangkan dengan kapur CaOH. Khusus untuk Calcium dan magnesium efesien lebih tinggi tercapai bila kapur dalam air buangan terdiri dari carbonat yang tinggi
  • Beberapa logam berat dapat dihilangkan dengan penambahan kapaur (lime) seperti dalam pengendapan cadium, chromium, cooper nikel, plumbum.
  • Pengurangan bakteri dan virus dapat dicapai dengan kapur pada kondisi pH 10,5 – 11,5 dengan cara pengumpulan dan simentasi .
  • Pengendapan dengan bahan kimia .

Beberapa contoh umum yang dipergunakan sebagai bahan pengendap disajikan dalam uraian berikut ; koagulan utama yang diapakai adalah ; kapur (lime), alum (tawas) feery chloride, ferry sulfat,

Kapur

Reaksi kapur dengan phospat (unsur phospat banyak dijumpai dalam air limbah maupun dalam air alami), sebagai berikut :

Ca O + H2O    Ca(OH)2

Ca(OH)P2 + Ca(HCO3)    2 CaCO3 + 2 H2O

3 Ca(OH2) + 2PO3-3    Ca3H (PO4) + 6 OH

4 Ca(OH2) + 3PO3-3 + H2O    Ca4H(PO4)3 + 9 OH

Alum (tawas)

Reaksi alum dalam air,

  • Netralisasi pada pengolahan limbah cair

Sebagian besar limbah cair dari industri mengandung bahan bahan yang bersifat asam (Acidic) ataupun Basa (alkaline) yang perlu dinetralkan sebelum dibuang kebadan air maupun sebelum limbah masuk pada proses pengolahan, baik pengolahan secara biologic maupun secara kimiawi, proses netralisasi tersebut bisa dilakukan sebelum atau sesudah proses equalisasi.

Untuk mengoptimalkan pertumbuhan micro organisme pada pengolahan secara biologi, pH perlu dijaga pada kondisi antara pH 6,5 – 8,5, karena sebagian besar microb aktif atau hidup pada kondisi pH tersebut. Proses koagulasi dan flokulasi juga akan lebih efisien dan efektif jika dilakukan pada kondisi pH netral.

Netralisasi adalah penambahan Basa (alkali) pada limbah yang bersifat asam (pH 7).Pemilihan bahan/reagen untuk proses netralisasi banyak ditentukan oleh harga/biaya dan praktis-nya, Bahan (reagen) yang biasa digunakan tersebut adalah : Asam :

  • Sulfuric acid ( H2SO4 )
  • Hydrochloric acid ( HCI )
  • Carbon dioxide ( CCG2 )
  • Sulfur dioxide
  • Nitric acid


    Gambar 2.5. Bak Netralissi

    Basa :

  • Caustic soda (NaOH) Ammonia
  • Soda Ash (Na2CO3) Limestone (CaCO3) Equalisasi Pada Pengolahan Limbah Cair

    Equalisasi bukan merupakan suatu proses pengolahan tetapi merupakan suatu cara

    / teknik untuk meningkatkan efektivitas dari proses pengolahan selanjutnya. Keluaran dari bak equalisasi adalah adalah parameter operasional bagi unit pengolahan selanjutnya seperti flow, level/derajat kandungan polutan, temperatur, padatan, dsb.


Gambar 2.6. Bak Equalisasi

Kegunaan dari equalisasi adalah :

  • Membagi dan meratakan volume pasokan (influent) untuk masuk pada proses treatment.
  • Meratakan variabel & fluktuasi dari beban organik untuk menghindari shock loading pada sistem pengolahan biologi
  • Meratakan    pH    untuk meminimalkan    kebutuhan    chemical    pada    proses netralisasi.
  • Meratakan kandungan padatan (SS,
    koloid
    al, dan lain sebagainya) untuk meminimalkan kebutuhan chemical pada proses koagulasi dan flokulasi.

Sehingga dilihat dari fungsinya tersebut, unit bak equalisasi sebaiknya dilengkapi dengan mixer, atau secara sederhana konstruksi/peletakan dari pipa inlet dan outlet diatur sedemikian rupa sehingga menimbulkan efek turbulensi mixing. Idealnya pengeluaran (discharge) dari equalisasi dijaga konstan selama periode 24 jam, biasanya dengan cara pemompaan maupun cara cara lain yang memungkinkan.

Menghitung volume bak equalisasi

Untuk menentukan kebutuhan volume bagi bak equalisasi, perlu diketahui dahulu flow patern dari discharge limbah yang ada, seperti kita ketahui sangatlah jarang dan langka discharge limbah yang konstan dari waktu ke waktu, karena jika discharge dan bebannya sudah konstan maka tidaklah perlu dibuat bak equalisasi.

Untuk mendapatkan data flow patern perlu dilakukan pengukuran debit limbah secara periodik (misalnya setiap 30 menit atau setiap jam) dalam kurun waktu tertentu, tergantung pada proses yang ada ( 24 jam, 1 minggu, 1 bulan. dlsb.) artinya adalah : ada siklus proses yang selesai dalam 1 hari dan diulang ulang lagi proses tersebut pada hari berikutnya, untuk kasus tersebut pengukuran debit limbah cukup dilakukan selama 24 jam, tetapi ada kasus lain dimana siklus prosesing memakan waktu sampai beberapa hari, artinya proses hari ini berbeda dengan proses esok harinya dan berbeda juga pada hari lusanya dar, seterusnya, sehingga pada kasus ini perlu diamati terus minimal selama 1 siklus

  • Oksdasi dan Reduksi

Pengertian oksidasi dan reduksi disini lebih melihat dari segi transfer oksigen, hidrogen dan elektron. Disini akan juga dijelaskan mengenai zat pengoksidasi (oksidator) dan zat pereduksi (reduktor).

Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer oksigen

Dalam hal transfer oksigen, Oksidasi berarti mendapat oksigen, sedang Reduksi adalah kehilangan oksigen.

Sebagai contoh, reaksi dalam ekstraksi besi dari biji besi:

Karena reduksi dan oksidasi terjadi pada saat yang bersamaan, reaksi diatas disebut reaksi REDOKS.

Zat pengoksidasi dan zat pereduksi

Oksidator atau zat pengoksidasi adalah zat yang mengoksidasi zat lain. Pada contoh reaksi diatas, besi(III)oksida merupakan oksidator.

Reduktor atau zat pereduksi adalah zat yang mereduksi zat lain. Dari reaksi di atas, yang merupakan reduktor adalah karbon monooksida.

Jadi dapat disimpulkan:

oksidator adalah yang memberi oksigen kepada zat lain, reduktor adalah yang mengambil oksigen dari zat lain

Bahan kimia sebagai pengoksidasi seperti cholorine dan ozon dipakai untuk mengubah bahan organik dan an organik menjadi bentuk sesuai yang diinginkan. Bahan- bahan yang digunakan untuk mereduksi BOD, warna, dan mengubah bahan spesifik seperti sinidia (banyak terdapat pada pabrik tapioca, dan pabrik pengolahan logam) menjadi produk yang berguna .

Sebagai contoh, kita lihat reaksi oksidasi Zn—-> Zn2+ + 2e

Reaksi ini harus mempunyai pasangan berupa reaksi reduksi agar jelas kepada siapa elektron itu diberikan, misalnya :

Cu2+ + 2e —->Cu

Dengan demikian, kedua reaksi diatas masing-masing baru merupakan setengah reaksi, sedangkan reaksi lengkapnya adalah :

Zn + Cu2+ —->Zn2+ + Cu

Reaksi lengkap ini disebut reaksi redoksi (singkatan dari reduksi-oksidasi) sebab mengandung dua peristiwa sekaligus : Zn teroksidasi menjadi Zn2+ dan Cu2+ tereduksi menjadi Cu.

Zat yang mengalami oksidasi (melepaskan elektron) disebut reduktor (pereduksi), sebab ia menyebabkan zat lain mengalami reduksi, sebaliknya zat yang mengalami reduksi disebut oksidator (pengoksidasi).

Pada contoh reaksi diatas Zn merupakan reduktor, sedangkan Cu2+merupakan oksidator.

Reduksi Oksidai untuk oksidasi ethanol menjadi CO2 dan H2O dengan asam potash dichromat :

C2H5OH + aCr2O -2 + bH+    2aCr+3 + cCO2 + dH2O

Oksidasi:    O    C-2 = C+4 + 6e

Reduksi:    Cr    Cr+6 + 3e = Cr+3        2Cr+6 + 6e = 2Cr+3

Reaksi akhir :

C2H5OH + 2Cr2O -2 + 16 H+        4 Cr+3 + 2SO2 + H2O

Reduktor = Zat yang mengalami oksidasi Oksidator = Zat yang mengalami reduksi

  • Chlorinasi dan Penghilang Chlor

Adanya bakteri phatogen dapat dihancurkan dengan chlorinasi. Baik tidaknya hasil reaksi ditentukan temperatur, pH, waktu kontak turbidity dan konsentrasi chlorine. Cholorine yang dilarutkan dalam air menghasilkan :

Cl2 + H2O    HOCl + HCl

NOCl    H+ + OCl

Karbon aktif akan mengadsorbsi chlorine bebas : C + 2Cl2 + 2H2O        4HCl + CO2

Reaksi dengan Chloriamine :

C + 2NH2Cl + 2H2O    CO2 + 2NH + + 2Cl

Dalam air limbah yang telah dichlorinasi masih terdapat sisa-sisa clhor yang membahayakan manusia maupun biota dalam air, karena mempunyai sifat racun

.Sisa- sisa chlor yang masih tertinggal perlu diambil dengan metode menggunakan karbon aktif atau sodium sulfat . Umumnya sisa chlor diambil pada akhir proses pengolahan limbah setelah selesai pengendapan dan suasananya dalam keadaan netral. Pengunaan karbon aktif lebih murah dan gampang cara pengoperasiannya .

  • Phenol dalam Air Buangan Limbah

Unsur phenol dalam air buangan di jumpai pada limbah pabrik plywood dan limbah pabrik pembuatan lem.

Oksidasi kimia digunakan untuk menghancurkan phenol dengan beberapa cara, diantaranya adalah mengatur bahan kosentrasi buangan phenol dengan cara menambahkan air agar terdapat kosentrasi sebagai yang diinginkan .

Setelah kosentrasinya merata maka pengoksidasian dengan kimia lebih muda. Penghancuran phenol dengan cara pembakaran atau dengan biological trimen sering digunakan, tapi umumnya lebih murah bila digunakan cara oksidasi kimia.

Oksidasi kimia dipergunakan apabila lumpur buangan phenol cukup tinggi dalam bak equalisasi .

Sebagai bahan oksidasi dipakai peroksida, chlorine, dioksidasi, dan potassium permangat, hasilnya terjadi perubahan phenol menjadi senyawa organic .

Menggunakan hydrogen peroksida sebagai oksidator dibutuhkan 1 pond peroksida untuk menghilangkan 1 pond phenol dan dapat mengurangi phenol sampai 98 % . Bersamaan dengan pengurangan phenol akan menguangi kosentasi COD

  • Sulfur dalam Air Buangan Limbah

Sulfur mempunyai bentuk bermacam-macam dalam air buangan. Dalam industri pupuk, industri pulp, industri asam sulfat konsentarsnya cukup tinggi .

Jenis sulfur yang terdapat dalam air buangan sperti, asam sulfide, sulfit, sulfat, sulfiur dioksida, membuat limbah mengeluarkan bau sengit dan tidak mengenakan . Pada kosentarasi rendah sampai dengan ambang batas yang diizinkan tetap mengeluarkan bau (misalnya pabrik karet crumb rubber mengeluarkan bau sulfur yang sukar menghindarkannya).

Pengolahan buangan yang mengandung sulfur dapat dilakukan melalui treatment proses biologi maupun proses kimia ataupun karbon aktif. Dengan proses kimia kandungan unsur sulfur dioksida atau diendapkan . Bahan pengoksida dipergunakan oksigen chlorine, ozon, hydrogen peroksida atau pemangat. Efisiensi oksida tergantung pada pengaruh temperatur, pH dan kosentrasi . Menggunakan oksidasi kimia untuk menghilangkan sulfur harus dievaluasi secara kasus- perkasus.

Oksidasi sulfide dengan oksigen pada permulaan merubahnya menjadi sulfur, kemudian menjadi polisulfida dan berikutnya menjadi thiosulfate .

Tabel 2-1 : Beberapa parameter pencemar dan pilihan perlatan dan pengolahan


Sumber : Eddy & Matcalf, 1983

  • Tertiari Treatment .

Pengolahan ini merupakan kelanjutan dari pengolahan sekunder (Secondary Treatment) . Pada system ini pengolahan limbah dengan kosentrasi bahan pencemar tinggi atau limbah dengan parameter yang bervariasi banyak dengan volume yang relative banyak .

Sistim operasinya dikenal dengan operasi biologi yaitu metode pengolahan dengan menghilangkan senyawa pencemar melalui aktivitas biological yang dilakukan pada peralatan unit proses biologi . Metode ini dipakai terutama untuk menghilangkan bahan organic biodegaradable dalam limbah cair. Senyawa-senyawa organic tersebut dikonversikan menjadi gas dan air yang kemudian dilepaskan di atmosfir. Zat- zat organic dengan rantai korban panjang diubah menjadi rantai ikatan karbon sederhana dan air yang berbentuk gas.

Untuk menghilangkan senyawa nitrogen dalam air dipakai proses aerasi dengan menggunakan metode biologi . Unit proses dipakai pada proses biologi yaitu : kolam aerobic, aerasi, lumpur aktif, kolan oksidasi, dan saringan biologi dan kolam anaerobic (jenis bahan pencemar dan peralatan yang dipergunakan untuk menghilangkan bahan pencemar , lihat table 2-1)

  • Cara Menentukan Titik Sampling Air Limbah

Air limbah atau limbah cair industri adalah limbah yang dihasilkan pada setiap tahap proses produksi yang berupa air sisa, air bekas proses produksi, atau air bekas pencucian peralatan industri.

Berdasarkan Undang-Undang No 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup mengamanatkan bahwa air limbah industri harus dipantau secara berkala. Data yang diperoleh dari lokasi pemantauan dan titik pengambilan harus dapat menggambarkan kualitas air limbah yang akan disalurkan ke perairan penerima.

Tujuan penentuan lokasi dan titik pengambilan sampel antara lain adalah:

  • Mengetahui efisiensi proses produksi.

    Caranya adalah sampel diambil dari bak kontrol air limbah sebelum masuk ke pipa atau saluran pembuangan yang menuju ke instalasi pengolahan air limbah (IPAL). Pengambilan sampel di lokasi ini dilakukan apabila suatu industri menghasilkan berbagai jenis produk dengan proses produksi dan karakteristik limbah yang berbeda. Semakin kecil konsentrasi air limbah dan beban pencemaran, efisiensi produksi semakin tinggi dan begitu juga sebaliknya.

  • Mengevaluasi efisiensi IPAL.

    Caranya adalah sampel diambil pada titik masuk (inlet) dan titik keluar (outlet) IPAL dengan memperhatikan waktu retensi. Sampel harus diambil pada waktu proses industri berjalan normal.

  • Mengendalikan pencemaran air. Caranya adalah sampel diambil pada:
    • Titik perairan penerima sebelum air limbah masuk ke badan air. Pengambilan ini untuk mengetahui kualitas perairan sebelum dipengaruhi oleh air limbah. Data hasil pengujian sampel biasanya lalu digunakan sebagai pembanding atau kontrol.
    • Titik akhir saluran pembuangan limbah (outlet) sebelum air limbah disalurkan ke perairan penerima. Apabila data hasil pengujian melebihi nilai baku mutu lingkungan, dapat disimpulkan bahwa industri terkait melanggar hukum.
    • Titik perairan penerima setelah air limbah masuk ke badan air, namun sebelum menerima air limbah lainnya. Pengambilan tersebut untuk mengetahui kontribusi air limbah terhadap kualitas perairan penerima.

Lokasi dan titik Pengambilan Sampel Lingkungan.


Keterangan:

  • bak kontrol saluran air limbah.
  • input IPAL (influent)
  • output IPAL (efluent)
  • perairan penerima sebelum air limbah masuk ke badan air
  • perairan penerima setelah air limbah masuk ke badan air
  • METODE BIOLOGIS Pengolahan secara biologi

    Semua air buangan yang biodegradable dapat diolah secara biologi. Sebagai pengolahan sekunder, pengolahan secara biologi dipandang sebagai pengolahan yang paling murah dan efisien. Dalam beberapa dasawarsa telah berkembang berbagai metode pengolahan biologi dengan segala modifikasinya.

    Pada dasarnya, reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis, yaitu:

    • Reaktor pertumbuhan tersuspensi (suspended growth reaktor);
    • Reaktor pertumbuhan lekat (attached growth reaktor).

    Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi, mikroorganisme tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Proses lumpur aktif yang banyak dikenal berlangsung dalam reaktor jenis ini. Proses lumpur aktif terus berkembang dengan berbagai modifikasinya, antara lain: oxidation ditch dan kontak-stabilisasi. Dibandingkan dengan proses lumpur aktif konvensional, oxidation ditch mempunyai beberapa kelebihan, yaitu efisiensi penurunan BOD dapat mencapai 85%-90% (dibandingkan 80%-85%) dan lumpur yang dihasilkan lebih sedikit. Selain efisiensi yang lebih tinggi (90%-95%), kontak stabilisasi mempunyai kelebihan yang lain, yaitu waktu detensi hidrolis total lebih pendek (4-6 jam). Proses kontak-stabilisasi dapat pula menyisihkan BOD tersuspensi melalui proses absorbsi di dalam tangki kontak sehingga tidak diperlukan penyisihan BOD tersuspensi dengan pengolahan pendahuluan.

    Kolam oksidasi dan lagoon, baik yang diaerasi maupun yang tidak, juga termasuk dalam jenis reaktor pertumbuhan tersuspensi. Untuk iklim tropis seperti Indonesia, waktu detensi hidrolis selama 12-18 hari di dalam kolam oksidasi maupun dalam lagoon yang tidak diaerasi, cukup untuk mencapai kualitas efluen yang dapat memenuhi standar yang ditetapkan. Di dalam lagoon yang diaerasi cukup dengan waktu detensi 3-5 hari saja.

Di dalam reaktor pertumbuhan lekat, mikroorganisme tumbuh di atas media pendukung dengan membentuk lapisan film untuk melekatkan dirinya. Berbagai modifikasi telah banyak dikembangkan selama ini, antara lain:

  • trickling filter
  • cakram biologi
  • filter terendam
  • reaktor fludisasi

Seluruh modifikasi ini dapat menghasilkan efisiensi penurunan BOD sekitar 80%- 90%.

Ditinjau dari segi lingkungan dimana berlangsung proses penguraian secara biologi, proses ini dapat dibedakan menjadi dua jenis:

  • Proses aerob, yang berlangsung dengan hadirnya oksigen;
  • Proses anaerob, yang berlangsung tanpa adanya oksigen.

Apabila BOD air buangan tidak melebihi 400 mg/l, proses aerob masih dapat dianggap lebih ekonomis dari anaerob. Pada BOD lebih tinggi dari 4000 mg/l, proses anaerob menjadi lebih ekonomis.

Pengolahan Biologi

  • Pengolahan aerob Anaerobic treatment Pencerna anaerobi Proses UASB Proses lumpur aktif Aerasi
  • Saluran oksidasi Proses bebas bulki Metode standar
  • Proses nitrifikasi dan denitrifikasi Pengolahan film biologi
  • Lagoon Cakram biologi
  • Proses filter biologi diaerasi Aerasi kontak
  • Filter trikling
  • Proses media unggun biologi

Dalam prakteknya saat ini, teknologi pengolahan limbah cair mungkin tidak lagi sesederhana seperti dalam uraian di atas. Namun pada prinsipnya, semua limbah yang dihasilkan harus melalui beberapa langkah pengolahan sebelum dibuang ke lingkungan atau kembali dimanfaatkan dalam proses produksi, dimana uraian di atas dapat dijadikan sebagai acuan. [DAW]


Gambar 3.1 Skema Diagram pengolahan Biologi

Air limbah mungkin terdiri dari satu atau lebih parameter pencemar melampaui nilai yang ditetapkan. Kemungkinan di dalamnya terdapat minyak dan lemak, bahan anorganik seperti besi, aluminium, nikel,plumbum, barium, fenol dan lain-lain sehingga perlu kombinasi dari beberapa alat. Untuk menurunkan BOD dan COD dapat dilakukan dengan metode aerasi dan ternyata metode ini juga cukup baik untuk melakukan pengeridapan suspensi solid.

Perlakuan terhadap limbah dengan metode tertiary treatment adalah menggunakan organisme perombak limbah. Karena metode ini sering juga disebut metode biologi yaitu memanfaatkan kehidupan bakteri dalam merombok limbah .

Pengolahan limbah dengan cara biologis dapat dilakukan dengan dua cara , yaitu ,

(1) Aerobic treatment dan (2) Anaerobic treatment . Kedua metode ini mempunyai proses yang berbeda, karena proses aerobic membutuhkan oksigen dalam prosesnya, sedangkan proses anerobic harus memimumkan oksigen,agar proses perombokan limbah dapat berlangsung secara sempurna

Kelebihan dan Kekurangan Sistem Aerobik dan Anaerobik dalam Pengolahan Air Limbah

Dalam pengolahan air limbah tiap pemilihan sistem ada landasannya, salah satunya yaitu pemilihan sistem aerobik. Dalam pemilihan ini ternyata terdapat keuntungan dan kerugian tiap-tiap sistem. Karenanya dalam pemilhan dua alternatif ini kita harus mengerti kondisi dari proses itu sendiri. Untuk mengetahui lebih lanjuti :

Aerobik (Extended Aeration)

  • Kelebihan
  • Sudah dikenal dan banyak digunakan pada umumnya digunakan untuk kapasitas kecil sampai besar.
  • Diterapkan dalam pengolahan air limbah dengan konsentrasi BOD dan COD rendah pada temperatur 5 – 30 oC.
  • Mampu menanggulangi “Loading Fluctuation”.
  • Effluen dapat langsung dibuang ke badan penerima (sungai, dsb).
  • Kekurangan
  • Membutuhkan area yang lebih luas
  • Pemakaian energi lebih tinggi dengan adanya aerator
  • Lumpur yang dihasilkan banyak ANAEROBIK (UASB)
    • Kelebihan
      • Sesuai untuk mengolah air limbah dengan konsentrasi BOD lebih tinggi dan untuk kapasitas menengah sampai besar.
      • Menghasilkan biogas (70-90 % CH4).
      • Tidak membutuhkan energi untuk oksidasi
      • Membutuhkan area lebih kecil
      • Lumpur yang dihasilkan sedikit
  • Kekurangan
    • Temperatur air limbah harus dijaga sekitar 20-35 C
    • Setelah diolah dalam sistem anaerobik effluen perlu diolah lagi secara aerob sebelum di buang ke badan penerima untuk mereduksi parameter NH4
    • Tidak sesuai untuk mengolah air limbah dengan konsentrasi nitrat dan atau sulfat tinggi.
    • Pengoperasian cukup rumit karena sangat tergantung pada temperatur dan pH air limbah.

Pengolahan dengan system aerob dapat dilakukan dengan berbagai cara tergantung pada poses penyediaan oksigen , penyediaan lahan dan situasi dan kondisi lingkungan, antara lain lumpur aktif, nitrifikasi, lagon ersi, proses digestin reobik kolam oksidsi, saringan tetes, dan saringan kasar. Poses dengan cara aerobic biasanya digunakan untuk limbah dengan konserasi rendah biochemical oxygen demand (BOD) < 2000 mg/l. Proses anaerobic hanya menghasilkan biochemical oxygen demand (BOD) dengan konversi (10 – 40) % dari kondisi awal dan untuk itu proses aerob diperlukan membantu melanjutkan proses perombokan .

  • PROSES ANAEROBIK

Anaerobik adalah kata teknis yang secara harfiah berarti “tanpa udara” (dimana “udara” biasanya berarti oksigen). Kata yang berlawanan dengannya adalah aerobik. Dalam pengolahan limbah, tidak adanya oksigen dinamakan sebagai ‘anoxic’; sedangkan anaerobik digunakan untuk mengindikasikan tidak adanya akseptor elektron (nitrat, sulfat
atau oksigen)

Anaerobik juga dapat merujuk pada:

Aktivitas anaerobik, pemecahan bahan-bahan organis oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen

Latihan anaerobik, merupakan salah satu bentuk latihan olah raga.

Anaerobik glikolisis, perubahan dari    gula    menjadi alcohol dengan menggunakan ragi – lihat Fermentasi

Organisme anaerobik, setiap organisme yang tidak membutuhkan oksigen untuk tumbuh

Respirasi anaerobik, oksidasi molekul tanpa oksigen.

Oksidasi ammonium anaerobik, anammox,    proses microbial yang manggabungkan ammonium
dan nitrit.

Organisme anaerobik

Organisme anaerobik atau anaerob adalah setiap organisme
yang tidak memerlukan oksigen
untuk tumbuh.

Anaerob obligat akan mati bila terpapar pada oksigen dengan kadar atmosfer. Anaerob fakultatif
dapat menggunakan oksigen jika tersedia.

Organisme aerotoleran dapat hidup walaupun terdapat oksigen di sekitarnya, tetapi mereka tetap anaerobik karena mereka tidak menggunakan oksigen sebagai terminal electron acceptor (akseptor elektron terminal).

Mikroaerofil
adalah organisme yang dapat menggunakan oksigen, tetapi hanya pada konsentrasi yang rendah (rentang mikromolar rendah); pertumbuhannya dihambat oleh level oksigen yang normal (sekitar 200 mikromolar). Nanaerob adalah organisme yang tidak dapat tumbuh bila terdapat konsentrasi mikromolar oksigen, tetapi dapat tumbuh dan diuntungkan pada konsentrasi nanomolar oksigen.

Anaerob obligat dapat menggunakan fermentasi atau respirasi anaerobik. Jika terdapat oksigen, anaerob fakultatif menggunakan respirasi aerobik; tanpa oksigen beberapa diantaranya berfermentasi, beberapa lagi menggunakan respirasi anaerobik.

Organisme aerotoleran hanya dapat berfermentasi. Mikroaerofil melakukan respirasi aerobik, dan beberapa diantaranya dapat juga melakukan respirasi anaerobik.

Terdapat beberapa persamaan kimia untuk reaksi fermentasi anaerobik.

Organisme anaerobik fermentatif biasanya menggunakan jalur fermentasi asam
laktat:

C6H12O6+ 2 ADP+ 2 fosfat→ 2 asam laktat+ 2 ATP

Energi yang dilepaskan pada persamaan ini sekitar 150 kJ per mol, yang disimpan dalam regenerasi dua ATP dari ADP per glukosa. Ini hanya 5% energi per molekul gula daripada yang dapat dihasilkan oleh reaksi aerobik.

Tumbuhan dan jamur (contohnya ragi) biasanya melakukan fermentasi alkohol (etanol) ketika oksigen terbatas melalui reaksi berikut:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP

Energi yang dilepaskan sekitar 180 kJ per mol, yang disimpan dalam regenerasi dua ATP dari ADP per glukosa.

Bakteri anaerobik dan archaea menggunakan jalur ini dan beberapa jalur lainnya dalam melakukan fermentasi seperti: fermentasi asam propionat, fermentasi asam
butirat, fermentasi pelarut, fermentasi asam campuran, fermentasi butanediol, fermentasi Stickland, asetogenesis atau metanogenesis.

Beberapa bakteri anaerobik menghasilkan toksin (racun) seperti toksin tetanus atau botulinum yang sangat berbahaya bagi organisme yang lebih besar, termasuk manusia.

Anaerob obligat akan mati bila terdapat oksigen karena tidak adanya enzim superoksida dismutase dan katalase yang dapat mengubah superoksida berbahaya yang timbul dalam selnya karena adanya oksigen.

Proses pengolahan anaerobic teridi dari dua sistim yaitu (1) Sistem Anaerobic Filter (atau dikenal juga dengan sebutan Fixed Bed atau Fixed Film Reactor), (2) system proses kontak anearobik

Sistim Anaerobic Filter

Pada sistem septic tank dan imhoff tank yang telah dibahas diatas proses yang terjadi adalah sedimentasi (pengendapan) dari bahan bahan yang dapat terendapkan dan seterusnya terjadi proses digestion/penguraian dari bahan terendapkan tersebut.

Sedangkan kandungan yang masih terikut (tidak terendapkan) praktis tidak mengalami proses apapun.

Anaerobic Filter (atau dikenal juga dengan sebutan Fixed Bed atau Fixed Film Reactor) mempunyai prinsip yang berbeda dengan septic tank & imhoff tank, karena sistem ini justru diharapkan untuk memoroses bahan bahan yang tidak terendapkan dan bahan padat terlarut (dissolved solid) dengan cara mengkontakkan dengan surplus mikro organisme. Mikro organisme tersebut akan menguraikan bahan organic terlarut (dissolved organic) dan bahan organic yang terdispersi (dispersed organic) yang ada didalam limbah.

Karena itu yang dimaksudkan sebagai filter disini adalah media dimana bakteria dapat menempel dan limbah dapat mengalir/Iewat diantaranya. Selama aliran ini kandungan organik akan diuraikan oleh berbagai bakteria dan hasilnya adalah pengurangan kandungan organik pada effluent.Media yang digunakan bermacam macam tetapi

Media yang baik luas permukaannya (surface area) kira kira 100 – 300 m2 per m3 volume yang ditempatinya.

Dengan pola pikir itu maka kita cenderung untuk memilih media yang mempunyai surface area yang besar dengan harapan hasilnya akan baik sekali. Misalnya tepung arang, pasir, dlsb.

Tetapi biasanya media dengan butiran terlampau kecil akan memberikan performance yang baik beberapa hari saja. Seterusnya terjadi blocking diakibatkan oleh lapisan bakteria yang menempel dipermukaannya. Setelah terjadi blocking unjuk kerja nya malahan buruk sekali. Padahal bila terjadi blocking, urusan membongkar dan membersihkannya merupakan pekerjaan yang paling menjengkelkan. Karena itu media harus sedemikian agar surface areanya cukup luas tetapi tidak sampai tersumbat / blocking / clogging.

Istilah teknis nya adalah media yang mempunyai SSA (specific surface area) yang luas dan VR (void ratio) yang tinggi.Urusan media inilah yang kemudian di kutak katik oleh para ahli teknis dengan mencari bahan serta bentuk yang memberikan surface area luas tetapi void ratio nya tinggi.Yang dihasilkan terus diberi nama perdagangan khusus untuk memukau pembeli. Misalnya ada bentuk seperti seng plastik yang di tekuk tekuk dengan model tertentu dan dibuat oleh perusahaan Jerman. Terus diberi nama Bioreactor made in Germany.

Beban COD yang diolah Anaerobic Filter (atau dikenal juga dengan sebutan Fixed Bed atau Fixed Film Reactor) berkisar antara (4 – 16) kg/m3– hari


  • PROSES AEROBIK

Secara sederhana, pengolahan air limbah aerobik mengacu pada penghapusan polutan organik dalam air limbah oleh bakteri yang memerlukan oksigen untuk bekerja.. Air dan karbon dioksida merupakan produk akhir dari proses pengolahan air limbah aerobik. Proses termasuk menetes filtrasi, lumpur aktif, dan memutar kontaktor biologis.. Bakteri yang berkembang dalam lingkungan yang kaya oksigen bekerja untuk memecah dan mencerna air limbah di dalam pabrik pengolahan aerobik atau sistem.. Proses ini disebut pencernaan aerobik.

Istilah aerobik yang digunakan dalam proses penanganan secara biologis berarti proses di mana terdapat oksigen terlarut (memerlukan oksigen). Oksidasi bahan organik menggunakan molekul oksigen sebagai aseptor elektron terakhir adalah proses utama yang menghasilkan energi
kimia untuk mikroorganisme. Mikroba yang menggunakan
oksigen sebagai aseptor elektron terakhir adalah mikroorganisme aerobik, sedangkan sebaliknya disebut anaerobik.

Proses aerobic dapat dilakukan dengan dua mekanisme dasar, yaitu ;

  • Proses pembentukan Suspensi
  • Proses pelekatan Suspensi

Proses pembentukan suspensi merupakan interaksi antara mikroorganisme dengan limbah sehingga membentuk gumpulan menjadi massa flokulan yang mampu bergerak sesuai dengan arah aliran limbah.

Pengadukan (agitasi) campuran limbah dengan mikroorganisme membuat mikrobah tetap berada dalam tersuspensi .

Proses pelekatan Suspensi, yaitu proses peningkatan mikroorganisme dapat berupah batu-batuan, pasir, lembaran plastic dan bijian plastic. Perbedaan kedua jenis proses tergantung pada jenis padatan yang terkandung dalam limbah . Proses pembentukan suspense dipergunakan pada pengolahan limbahyang ndominan mengandung senyawa tersuspensi , sedangan proses pelekatan suspensi dipergunakan pada pengolahan limbah yang mengandung senyawa terlarut .

  • Lumpur aktif (activated sludge)

Lumpur aktif (activated sludge) adalah proses pertumbuhan mikroba tersuspensi yang pertama kali dilakukan di Ingris pada awal abad 19. Sejak itu proses ini diadopsi seluruh dunia sebagai pengolah air limbah domestik sekunder secara biologi.

Proses ini pada dasarnya merupakan pengolahan aerobik yang mengoksidasi material organik menjadi CO2 dan H2O, NH4. dan sel biomassa baru. Udara disalurkan melalui pompa blower (diffused) atau melalui aerasi mekanik. Sel mikroba membentuk flok yang akan mengendap di tangki penjernihan (Gariel Bitton, 1994).

Anna dan Malte (1997) menyatakan bahwa proses lumpur aktif dalam pengolahan air limbah tergantung pada pembentukan flok lumpur aktif yang terbentuk oleh mikroorganisme (terutama bakteri), partikel inorganik, dan polimer exoselular. Selama pengendapan flok, material yang terdispersi, seperti sel bakteri dan flok kecil, menempel pada permukaan flok. Pembentukan flok lumpur aktif dan penjernihan dengan pengendapan flok akibat agregasi bakteri dan mekanisme

adesi. Selanjutnya dinyatakan pula bahwa flokulasi dan sedimentasi flok tergantung pada hypobisitas internal dan eksternal dari flok dan material exopolimer dalam flok, dan tegangan permukaan larutan mempengaruhi hydropobisitas lumpur granular dari reaktor lumpur anaerobik.

Akumulasi besi dapat berasal dari influent air limbah atau melalui penambahan FeSO4 yang digunakan untuk menghilangkan fosfor. Jumlah besi dalam lumpur aktif akan berkurang setelah memasuki kondisi anaerobik dan mungkin berasosiasi dengan adanya aktifitas bakteri heterotrofik. Berkurangnya fosfor dalam lumpur aktif dapat menyebabkan fosfor terlepas kedalam air. Jika ini terjadi merupakan potensi untuk terjadinya eutrofikasi pada perairan.

  • Sistem Lumpur Aktif Konvensional

Proses Lumpur Aktif Konvensional dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 5.2. Sistem Lumpur Aktif Konvensional

Tangki aerasi

Oksidasi aerobik material organik dilakukan dalam tangki ini. Efluent pertama masuk dan tercampur dengan Lumpur Aktif Balik (Return Activated Sludge =RAS) atau disingkat LAB membentuk lumpur campuran (mixed liqour), yang mengandung padatan tersuspensi sekitar 1.500 – 2.500 mg/l. Aerasi dilakukan secara mekanik. Karakteristik dari proses lumpur aktif adalah adanya daur ulang dari biomassa. Keadaan ini membuat waktu tinggal rata-rata sel (biomassa) menjadi lebih lama dibanding waktu tinggal hidrauliknya (Sterritt dan Lester, 1988). Keadaan tersebut membuat sejumlah besar mikroorganisme mengoksidasi senyawa organik dalam waktu yang singkat. Waktu tinggal dalam tangki aerasi berkisar 4 – 8 jam.

Tangki Sedimentasi

Tangki ini digunakan untuk sedimentasi flok mikroba (lumpur) yang dihasilkan selama fase oksidasi dalam tangki aerasi. Seperti disebutkan diawal bahwa sebaghian dari lumpur dalam tangki penjernih didaur ulang kembali dalam bentuk LAB kedalam tangki aerasi dan sisanya dibuang untuk menjaga rasio yang tepat antara makanan dan mikroorganisme (F/M Ratio).

Parameter

Parameter yang umum digunakan dalam lumpur aktif (Davis dan Cornwell, 1985; Verstraete dan van Vaerenbergh, 1986) adalah sebagai berikut:

  • Mixed-liqour suspended solids (MLSS). Isi tangki aerasi dalam sistem lumpur aktif disebut sebagai mixed liqour yang diterjemahkan sebagai lumpur campuran. MLSS adalah jumlah total dari padatan tersuspensi yang berupa material organik dan mineral, termasuk didalamnya adalah mikroorganisma.

MLSS ditentukan dengan cara menyaring lumpur campuran dengan kertas saring (filter), kemudian filter dikeringkan pada temperatur 1050C, dan berat padatan dalam contoh ditimbang.

  • Mixed-liqour volatile suspended solids (MLVSS). Porsi material organik pada MLSS diwakili oleh MLVSS, yang berisi material organik bukan mikroba, mikroba hidup dan mati, dan hancuran sel (Nelson dan Lawrence, 1980). MLVSS diukur dengan memanaskan terus sampel filter yang telah kering pada 600 – 6500C, dan nilainya mendekati 65-75% dari MLSS.
  • Food – to – microorganism ratio (F/M Ratio). Parameter ini merupakan indikasi beban organik yang masuk kedalam sistem lumpur aktif dan diwakili nilainya dalam kilogram BOD per kilogram MLSS per hari (Curds dan Hawkes, 1983; Nathanson, 1986). Adapun formulasinya sebagai berikut :

dimana :

Q = Laju alir limbah Juta Galon per hari (MGD) BOD5 = BOD5 (mg/l)

MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l) V = Volume tangki aerasi (Gallon)

  • Rasio F/M dikontrol oleh laju sirkulasi lumpur aktif. Lebih tinggi laju sirkulasi lumpur aktif lebih tinggi pula rasio F/M-nya. Untuk tangki aerasi konvensional rasio F/M adalah 0,2 – 0,5 lb BOD5/hari/lb MLSS, tetapi dapat lebih tinggi hingga 1,5 jika digunakan oksigen murni (Hammer, 1986). Rasio F/M yang rendah mencerminkan bahwa mikroorganisme dalam tangki aerasi dalam kondisi lapar, semakin rendah rasio F/M pengolah limbah semakin efisien.
  • Hidraulic retention time (HRT). Waktu tinggal hidraulik (HRT) adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh larutan influent masuk dalam tangki aerasi untuk proses lumpur aktif; nilainya berbanding terbalik dengan laju pengenceran (D) (Sterritt dan Lester, 1988).

dimana :V = Volume tangki aerasi Q = Laju influent air limbah ke dalam tangki aerasi D = Laju pengenceran.

  • Umur lumpur (Sludge age). Umur lumpur adalah waktu tinggal rata-rata mikroorganisme dalam sistem. Jika HRT memerlukan waktu dalam jam, maka waktu tinggal sel mikroba dalam tangki aerasi dapat dalam hari lamanya. Parameter ini berbanding terbalik dengan laju pertumbuhan mikroba. Umur lumpur dihitung dengan formula sebagai berikut (Hammer, 1986; Curds dan Hawkes, 1983) :

dimana :

MLSS = Mixed liquor suspended solids (mg/l). V = Volume tangki aerasi (L)

SSe = Padatan tersuspensi dalam effluent (mg/l)

SSw = Padatan tersuspensi dalam lumpur limbah (mg/l) Qe = Laju effluent limbah (m3/hari)

Qw = Laju influent limbah (m3/hari).

  • Umur lumpur dapat bervariasi antara 5 – 15 hari dalam konvensional lumpur aktif. Pada musim dingin lebih lama dibandingkan musim panas (U.S. EPA, 1987a). Parameter penting yang mengendalikan operasi lumpur aktif adalah laju pemuatan organik, suplay oksigen, dan pengendalian dan operasi tangki pengendapan akhir. Tangki ini mempunyai dua fungsi: penjernih dan penggemukan mikroba. Untuk operasi rutin, orang harus mengukur laju pengendapan lumpur dengan menentukan indeks volume lumpur (SVI), Voster dan Johnston, 1987.

5.1.2.. Modifikasi Proses Lumpur Aktif Konvensional

Ada beberapa modifikasi dari proses lumpur aktif konvensional (Nathanson, 1986; US. EPA, 1977), Lihat Gambar 2.


Gambar-5.2. Modifikasi proses lumpur aktif.

A. Sistem aerasi lanjutan. B. Parit oksidasi (US EPA, 1977, dalam Bitton, 1994)

Sistem Aerasi Lanjutan

Proses ini dipakai dalam instalasi paket pengolahan dengan cara sebagai berikut

  • Waktu aerasi lebih lama (sekitar 30 jam) dibandingkan sistem konvensional. Usia lumpur juga lebih lama dan dapat diperpanjang sampai 15 hari.
  • Limbah    yang    masuk    dalam    tangki    aerasi    tidak    diolah    dulu    dalam pengendapan primer.
  • Sistem beroperasi dalam F/M ratio yang lebih rendah (umumnya <0,1 lb BOD/hari/lb MLSS) dari sistem konvensional (0,2 – 0,5 lb BOD/hari/lb MLSS).
  • Sistem ini membutuhkan membutuhkan sedikit aerasi dibandingkan dengan pengolahan konvensional dan terutama cocok untuk komunitas yang kecil yang menggunakan paket pengolahan.

Selokan Oksidasi (Oxidation Ditch)

Selokan oksidasi terdiri dari saluran aerasi yang berbentuk oval yang dilengkapi dengan satu atau lebih rotor rotasi untuk aerasi limbah. Saluran ini menerima limbah yang telah disaring dan mempunyai waktu tinggal hidraulik (hidraulic retention time) mendekati 24 jam.

Aerasi Bertingkat

Limbah hasil dari pengolahan primer (pengendapan) masuk dalam tangki aerasi melalui beberapa lubang atau saluran, sehingga meningkatkan distribusi dalam tangki aerasi dan membuat lebih efisien dalam penggunaan oksigen. Proses ini dapat meningkatkan kapasitas sistem pengolahan.

Stabilisasi Kontak

Setelah limbah dan lumpur bercampur dalam tangki reaktor kecil untuk waktu yang singkat (20-40 menit), aliran campuran tersebut dialirkan ke tangki penjernih dan lumpur dikembalikan ke tangki stabilisasi dengan waktu tinggal 4 – 8 jam. Sistem ini menghasilkan sedikit lumpur.

Sistem Aerasi Campuran

Pada sistem ini limbah hanya diaerasi dalam tangki aerasi secara merata.

Sistem ini dapat menahan shock load dan racun.

Lumpur Aktif Kecepatan Tinggi

Sistem ini digunakan untuk mengolah limbah konsentrasi tinggi dan dioperasikan untuk beban BOD yang sangat tinggi dibandingkan proses lumpur aktif konvensional. Proses ini mempunyai waktu tinggal hidraulik sangat singkat. Sistem ini beroperasi pada konsentrasi MLSS yang tinggi.

Aerasi Oksigen Murni

Sistem aerasi dengan oksigen murni didasarkan pada prinsip bahwa laju tranfer oksigen lebih tinggi pada oksigen murni dari pada oksigen atmosfir. Proses ini menghasilkan kemampuan oksigen terlarut menjadi lebih tinggi, sehingga meningkatkan efisiensi pengolahan dan mengurangi produksi lumpur.

5.1.3. Pengendapan Lumpur

Campuran air dan lumpur (mixed liqour) dipindahkan dari tangki aerasi ke tangki pengendapan, tempat lumpur dipisahkan dari air yang telah diolah. sebagian lumpur aktif dikembalikan ke tangki aerasi dan sebagian lagi dibuang dan dipindahkan ke pengolahan aerobik. Sel mikrobial terjadi dalam bentuk agregat atau flok, densitasnya cukup untuk mengendap dalam tangki penjernih. Pengendapan lumpur tergantung ratio F/M dan umur lumpur. Pengendapan yang baik dapat terjadi jika lumpur mikroorganisme berada dalam fase endogeneous, yang terjadi jika karbon dan sumber energi terbatas dan jika pertumbuhan bakteri rendah. Pengendapan lumpur yang baik dapat terjadi pada rasio F/M yang rendah (contoh : tingginya konsentrasi MLSS). Sebaliknya, Rasio F/M yang tinggi mengakibatkan pengendapan lumpur yang buruk.

Dalam airlimbah pemukiman, rasio F/M yang optimum antara 0,2 dan 0,5 (Gaudy dan Gaudy, 1988; Hammer, 1986). Rata-rata waktu tinggal sel yang diperlukan untuk pengendapan yang efektif adalah 3 – 4 hari (Metcalf dan Eddy, 1991). Pengendapan yang tidak baik dapat terjadi akibat gangguan yang tiba-tiba pada parameter fisik (suhu dan pH), kekurangan makanan (contoh N, suhu, mikronutrien), dan kehadiran zat racun (seperti logam berat) yang dapat menyebabkan hancurnya sebagian flok yang sudah terbentuk (Chudoba, 1989). Cara konvensional untuk monitoring pengendapan lumpur adalah dengan menentukan Indeks Volume Sludge (Sludge Volume Index = SVI). Caranya adalah sebagai berikut : Lumpur campuran dari tangki aerasi dimasukkan dalam silinder volume 1 liter dan dibiarkan selama 30 menit. Volume sludge dicatat. Volume lumpur yang mengendap adalah SV, MLSS adalah mixed liqour suspended solid (mg/l). Dalam pengolahan lumpur yang konvensional (MLSS < 3 500 mg/l) nilai SVI berkisar 50 – 150 ml/g.

5.2.    Oksidasi Bahan Organik Dalam Tangki Aerasi

Air limbah domestik mempunyai rasio C:N:P sebesar 100 : 5 : 1, yang mencukupi untuk kebutuhan sebagian besar mikroorganisme. Bahan organik dalam air limbah terdapat dalam bentuk terlarut, koloid, dan fraksi partikel. Bahan organik terlarut sebagai sumber makanan bagi mikroorganisme heterotrophik dalam mixed liquor. Bahan organik ini cepat hilang oleh adsorpsi dan proses flokulasi, dan juga oleh absorpsi dan oksidasi oleh mikroorganisme. Aerasi dalam beberapa jam dapat membuat perubahan dari BOD terlarut menjadi biomassa mikrobial. Aerasi mempunyai dua tujuan : (1) memasok oksigen bagi mikroorganisme aerobik, dan (2) menjaga lumpur aktif agar selalu konstan teragitasi untuk melaksanakan kontsak yang cukup antara flok dengan air limbah yang baru datang pada sistem pengolahan limbah. Konsentrasi oksigen yang cukup juga diperlukan untuk aktifitas mikroorganisme heterotrophik dan autotrophik, khususnya bakteri nitrit. Tingkat oksigen terlarut harus antara 0,5 – 0,7 mg/l. Proses nitrifikasi berhenti jika oksigen terlarut dibawah 0,2 mg/l (Dart dan Stretton, 1980). Curds dan Hawkes (1983) membuat ringkasan reaksi degradasi dan biosintesis yang terjadi dalam tangki aerasi dalam proses lumpur aktif (Gambar 5).


Gambar 5. Penghilangan Bahan Organik Dalam Proses Lumpur Aktif (Curds dan Hawkes, 1983 dalam Gabriel Bitton, 1994.

  • SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH TEKSTIL

Indonesia dalam satu dasa warsa ini dikenal sebagai penghasil tekstil yang besar disamping India dan Pakistan. Dalam proses produksi industri tekstil banyak menggunakan bahan kimia dan air. Bahan kimia yang digunakan antara lain untuk proses pencucian, pemutihan, dan pewarnaan. Akibat dari itu pencemaran lingkungan menjadi masalah bagi masyarakat yang tinggal disekitar industri tekstil. Mengingat pentingnya industri tekstil sebagai penghasil devisa negara dan perlunya perlindungan lingkungan, maka diperlukan adanya teknologi pengolah limbah tekstil yang handal.

Pabrik tekstil terdiri dari : proses produksinya meliputi pemintalan (spinning), pertenunan (weaving), pencelupan (dyeing) dan penyelesaian akhir (finishing). Pada umumnya polutan yang terkandung dalam limbah industri tekstil dapat berupa padatan tersuspensi, padatan terlarut serta gas terlarut. Karakteristik limbah pada umumnya bersifat alkalis (pH = 7), suhunya tinggi serta berwarna pekat. Untuk menghilangkan polutan tersebut, diperlukan pengolahan yang dapat memisahkan dan menghancurkan polutan yang terkandung didalamnya.

TAHAPAN

Sistem pengolah limbah yang digunakan merupakan perpaduan antara proses fisika, kimia, dan biologi. Proses yang berperan dalam pengurangan bahan pencemar adalah proses biologi yang menggunakan sistem lumpur aktif dengan aerasi lanjutan (extended aeration).

Selain limbah cair terdapat pula limbah padat yang berupa lumpur, hasil samping dari sistem pengolahan yang digunakan. Lumpur hasil olahan digunakan sebagai bahan campuran pembuatan conblock dan batako press serta pupuk organik.


Gambar 6. Unit Pengolah Limbah Tekstil Kapasitas 200 m3/hari.

Gambar 7. Bak penampung yang masih panas.


Gambar 8. Bak pengendap pertama

Gambar 9. Pemberian koagulan (ferro sulfat) untuk menghilangkan warna.


Gambar 10. Bak pengendap (clarifier) setelah diberi koagulan ferro sulfat.


Gambar 11. Menara pendingin (Colling Tower) sebelum air masuk ke dalam bak aerasi

Gambar 12. Bak aerasi tahap petama


Gambar 13. Lumpur aktif dari bak pengendap akhir dikembalikan ke bak aerasi tahap pertama.

Gambar 14. Bak pengendap akhir

Gambar 15. Contoh air di bak pengendap akhir.


Gambar 16. Air hasil olahan sebelum dibuang ke lingkungan.

CARA PEMBUATAN

Urutan proses pengolahan limbah secara garis besar dibagi dalam 5 unit proses yang meliputi proses primer, sekunder, dan tersier, yaitu :

Unit 1 : adalah proses penghilangan warna dengan sistem koagulasi dan sedimentasi.

Unit 2 : adalah proses penguraian bahan organik yang terkandung di dalam air limbah dengan sistem lumpur aktif.

Unit 3 : adalah proses pemisahan air yang telah bersih dengan lumpur aktif dari kolam aerasi.

Unit 4 : adalah    proses penghilangan padatan tersuspensi    setelah pengendapan.

Unit 5 : adalah proses pemanfaatan lumpur padat setelah pengepresan di belt press.

Untuk jelasnya lihat Gambar 19. Sistem Pengolah Limbah Lumpur Aktif.

Proses Pengolahan Limbah

Proses pengolahan air limbah terbagi menjadi tiga tahap pemrosesan, yaitu :

  • Proses primer, Proses primer merupakan perlakuan pendahuluan yang meliputi : a). Penyaringan kasar,

    b). Penghilangan warna, c). Ekualisasi,

    d). Penyaringan halus, dan e). Pendinginan.

  • Proses sekunder, Proses biologi dan sedimentasi.
  • Proses tersier, merupakan tahap lanjutan setelah proses biologi dan sedimentasi.

Adapun waktu yang dibutuhkan untuk tiap-tiap proses dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Dimensi, Debit Air Masuk, dan Waktu Tinggal dari masing-masing Unit Pengolah Limbah Cair

Unit Penanganan

Jumlah

Vol Tangki (m3)

Total Vol (m3)

Debit (m3/hari)

Waktu Retensi

Kolam equalisasi Limbah air warna 

2

59 + 56 

115

1200 

2.3 jam 

Limbah air umum

1

653 

653

1800 

8.7 jam 

Tangki Koagulasi I 

1

3.1 

3.6

720 

7.2 menit 

Tangki Sedimentasi I 

2

14.2 

28.4

720 

25 menit 

Kolam Aerasi 

3

2(1250) + 925 

3425 

3000

27.4 jam 

Tangki Sedimentasi II 

1

407 

407 

3394

2.9 jam 

Tangki Koagulasi II 

1

6

6

3394

2.5 menit

Tangki Intermeadiat 

1

57 

57 

3394

24 menit 

Tangki Sedimentasi III 

1

178 

178 

3394

1.26 jam 

Kolam Ikan 

1

15 

15 

3394

6.4 menit 


Gambar 19. Sistem Pengolah Limbah Lumpur Aktif PT. UNITEX

Proses Primer

  • Penyaringan Kasar

Air limbah dari proses pencelupan dan pembilasan dibuang melalui saluran pembuangan terbuka menuju pengolahan air limbah. Saluran tersebut terbagi menjadi dua bagian, yakni saluran air berwarna dan saluran air tidak berwarna. Untuk mencegah agar sisa-sisa benang atau kain dalam air limbah terbawa pada saat proses, maka air limbah disaring dengan menggunakan saringan kasar berdiameter 50 mm dan 20 mm.

  • Penghilangan Warna

Limbah cair berwarna yang berasal dari proses pencelupan setelah melewati tahap penyaringan ditampung dalam dua bak penampungan, masing-masing berkapasitas 64 m3 dan 48 m3, air tersebut kemudian dipompakan ke dalam tangki koagulasi pertama (volume 3,1 m3) yang terdiri atas tiga buah tangki, yaitu : Pada tangki pertama ditambahkan koagulasi FeSO4 (Fero Sulfat) konsentrasinya 600 – 700 ppm untuk pengikatan warna. Selanjutnya dimasukkan ke dalam tangki kedua dengan ditambahkan kapur (lime) konsentrasinya 150 – 300 ppm, gunanya untuk menaikkan pH yang turun setelah penambahan FeSO4. Dari tangki kedua limbah dimasukkan ke dalam tangki ketiga pada kedua tangki tersebut ditambahkan polimer berkonsentrasi 0,5 – 0,2 ppm, sehingga akan terbentuk gumpalan-gumpalan besar (flok) dan mempercepat proses pengendapan.

Setelah gumpalan-gumpalan terbentuk, akan terjadi pemisahan antara padatan hasil pengikatan warna dengan cairan secara gravitasi dalam tangki sedimentasi. Meskipun air hasil proses penghilangan warna ini sudah jernih, tetapi

pH-nya masih tinggi yaitu 10, sehingga tidak bisa langsung dibuang ke perairan. Untuk menghilangkan unsur-unsur yang masih terkandung didalamnya, air yang berasal dri koagulasi I diproses dengan sistem lumpur aktif. Cara tersebut merupakan perkembangan baru yang dinilai lebih efektif dibandingkan cara lama yaitu air yang berasal dari koagulasi I digabung dalam bak ekualisasi.

Tabel 3. Hasil pengamatan konsentrasi, debit, dan laju penambahan koagulan dan flokulan terhadap limbah air warna (Rapto, 1996)

Agent

Konsentrasi (kg/l)

Debit (l/jam)

Laju    Penambahan (kg/jam)

Fe SO4

0.21 

13.28 

2.84 

Lime 

0.11 

806.76 

86.44 

Polimer ANP-10 

2. 10-4

561.60 

0.11 

Tabel 4. Efisiesi removal proses koagulasi dan flokulasi air limbah warna Tahun 1994 (Rapto, 1996)

Parameter

Inlet (mg/l)

Outlet (mg/l)

Efisiensi    removal (%)

TSS 

132.33 

17.33 

86.9 

BOD5

266.12 

54.92 

79.4

COD 

432.33 

112.00 

74.1 

DO 

0.4 

0.25 

37.5 

  • Ekualisasi

Bak ekualisasi atau disebut juga bak air umum memiliki volume 650 m3 menampung dua sumber pembuangan yaitu limbah cair tidak berwarna dan air yang berasal dari mesin pengepres lumpur. Kedua sumber pembuangan pengeluarkan air dengan karakteristik yang berbeda. Oleh karena itu untuk memperlancar proses selanjutnya air dari kedua sumber ini diaduk dengan menggunakan blower hingga mempunyai karakteristik yang sama yaitu pH 7 dan suhunya 32oC. Sebelum kontak dengan sistem lumpur aktif, terlebih dahulu air melewati saringan halus dan cooling tower, karena untuk proses aerasi memerlukan suhu 32oC. Untuk mengalirkan air dari bak ekualisasi ke bak aerasi digunakan dua buah submerble pump atau pompa celup (Q= 60 m3/jam).

  • Saringan Halus (Bar Screen f = 0,25 in)

Air hasil ekualisasi dipompakan menuju saringan halus untuk memisahkan padatan dan larutan, sehingga air limbah yang akan diolah bebas dari padatan kasar berupa sisa-sisa serat benang yang masih terbawa.

  • Cooling Tower

Karakteristik limbah produksi tekstil umumnya mempunyai suhu antara 35- 40oC, sehingga memerlukan pendinginan untuk menurunkan suhu yang bertujuan mengoptimalkan kerja bakteri dalam sistem lumpur aktif. Karena suhu yang diinginkan adalah berkisar 29-30oC.

Proses Sekunder

  • Proses Biologi

Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) memiliki tiga bak aerasi dengan sistem lumpur aktif, yang pertama berbentuk oval mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan bentuk persegi panjang. Karena pada bak oval tidak memerlukan blower sehingga dapat menghemat biaya listrik, selain itu perputaran air lebih sempurna dan waktu kontak bakteri dengan limbah lebih merata serta tidak terjadi pengendapan lumpur seperti layaknya terjadi pada bak persegi panjang. Kapatas dari ketiga bak aerasi adalah 2175 m3. Pada masing-masing bak aerasi ini terdapat sparator yang mutlak diperlukan untuk memasok oksigen ke dalam air bagi kehidupan bakteri. Parameter yang diukur dalam bak aerasi dengan sistem lumpur aktif adalah DO, MLSS, dan suhu. Dari pengalaman yang telah dijalani, parameter- parameter tersebut dijaga sehingga penguraian polutan yang terdapat dalam limbah dapat diuraikan semaksimal mungkin oleh bakteri. Oksigen terlarut yang diperlukan berkisar 0,5 – 2,5 ppm, MLSS berkisar 4000 – 6000 mg/l, dan suhu berkisar 29 – 30oC.

  • Proses Sedimentasi

Bak sedimentasi II (volume 407 m3) mempunyai bentuk bundar pada bagian atasnya dan bagian bawahnya berbentuk kronis yang dilengkapi dengan pengaduk (agitator) dengan putaran 2 rph. Desain ini dimaksudkan untuk mempermudah pengeluaran endapan dari dasar bak. Pada bak sedimentasi ini akan terjadi settling lumpur yang berasal dari bak aerasi dan endapan lumpur ini harus segera dikembalikan lagi ke bak aerasi (return sludge=RS), karena kondisi pada bak sedimentasi hampir mendekati anaerob. Besarnya RS ditentukan berdasarkan perbandingan nilai MLSS dan debit RS itu sendiri. Pada bak sedimentasi ini juga dilakukan pemantauan kaiment (ketinggian lumpur dari permukaan air) dan MLSS dengan menggunakan alat MLSS meter.

4.4.    Proses Tersier

Pada proses pengolahan ini ditambah bahan kimia, yaitu Alumunium Sulfat (Al2(SO4)3), Polimer dan Antifoam (Silicon Base); untuk mengurangi padatan tersuspensi yang masih terdapat dalam air. Tahap lanjutan ini diperlukan untuk memperoleh kualitas air yang lebih baik sebelum air tersebut dibuang ke perairan.

Air hasil proses biologi dan sedimentasi selanjutnya ditampung dalam bak interdiet (Volume 2m3) yang dilengkapi dengan alat yang disebut inverter untuk mengukur level air, kemudian dipompakan ke dalam tangki koagulasi (volume 3,6 m3) dengan menggunakan pompa sentrifugal. Pada tangki koagulasi ditambahkan alumunium sulfat (konsentrasi antara 150 – 300 ppm) dan polimer (konsentrasi antara 0,5 – 2 ppm), sehingga terbentuk flok yang mudah mengendap. Selain kedua bahan koagulan tersebut juga ditambahkan tanah yang berasal pengolahan air baku (water teratment) yang bertujuan menambah partikel padatan tersuspensi untuk memudahkan terbentuknya flok.

Pada tangki koagulasi ini terdapat mixer (pengaduk) untuk mempercepat proses persenyawaan kimia antara air dan bahan koagulan, juga terdapat pH kontrol yang berfungsi untuk memantau pH effluent sebelum dikeluarkan ke perairan. Setelah penambahan koagulan dan proses flokulasi berjalan dengan sempurna, maka gumpalan-gumpalan yang berupa lumpur akan diendapkan pada tangki sedimentasi III (volume = 178 m3). Hasil endapan kemudian dipompakan ke tangki penampungan lumpur yang selanjutnya akan diolah dengan belt press filter machine.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim., 2001. Water Environment Management in Japan. Water Environment Department Environmental Management Bureau, Ministry of the Environment.

Grady, Jr., C.P.L. and Lim, H.C., 1980. Biological Wastewater Treatment, theory and application. Marcel Dekker, Inc. New York and Basel.

Metcalf and Eddy., 1991. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse, 3rd Eddition. Singapore: McGraw-Hill Book Co.

Tchobanoglous, G., Burton, F.L.,1991. Advanced Wastewater Treatment. Wastewater Engineering, Treatment, Disposal, and Reuse. McGraw-Hill. Inc, Singapore, pp. 711-726

Winkler, M.A.,1981. Biological Treatment of Wastewater. Department of Chemical Engineering University of Survey. England : Chichester Halsted Press, John Willey & Sons.

Sumber: Anwar Hadi (2007) Prinsip Pengelolaan Pengambilan Sampel Lingkungan

SUSU KENTAL MANIS

SUSU KENTAL MANIS

1.Sejarah Susu Kental

Sweetened condensed milk atau lebih dikenal dalam bahasa Indonesia susu kental manis adalah produk hasil olahan susu yang sudah dikenal cukup lama setelah keju dan yoghurt. Susu Kental Manis (SKM) pertama kali diproduksi di Amerika pada abad ke-18, dan karena sifatnya yang tahan lama, pada saat itu banyak dipakai untuk konsumsi tentara Amerika yang sedang terlibat perang saudara. Pada saat itu susu kental manis diproduksi dengan cara mengevaporasi air dari susu segar secara vakum sebanyak 50% dari total kandungan air di dalam susu segar, kemudian ditambahkan gula sebanyak 45-50% sebagai pengawet.

Kandungan gula (sukrosa) yang tinggi di dalam SUSU KENTAL MANIS (rasio sukrosa dalam air, 62,5-64%) menjadikan SUSU KENTAL MANIS memiliki umur simpan yang lama, yaitu 12 bulan dalam kemasan tertutup. Karena umur simpan yang lama tersebut, dan penyimpanannya cukup di suhu ruang, SUSU KENTAL MANIS menjadi solusi produk olahan susu yang mudah didistribusikan di negara-negara tropis seperti Indonesia.

Industri susu kental manis modern pertama di Indonesia didirikan pada tahun 1967 yang memproduksi susu kental manis dengan teknologi rekombinasi (bukan dari susu segar). Teknologi rekombinasi sendiri secara pionir dikembangkan oleh peneliti-peneliti CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) di Australia sebagai solusi mengatasi produksi susu segar yang melimpah di negaranya, sementara di belahan dunia tropis terjadi kelangkaan bahan baku susu segar. Sejak tahun 1970-an, teknologi rekombinasi menjadi sangat populer di negara-negara Asia Tenggara seperti Indonesia, Malaysia, Filipina, Thailand, Srilangka, dan sebagainya untuk memproduksi segala macam jenis produk susu seperti susu kental manis, susu evaporasi, susu cair steril, bahkan susu bubuk. Selanjutnya teknologi rekombinasi merambah ke Timur Tengah dan sekarang ke daratan Cina.

Di negara asalnya, yaitu Amerika dan juga negara-negara maju lainnya, life cycle susu kental manis sudah dianggap pada tahap declining, artinya potensi pasarnya tidak berkembang bahkan cenderung turun. Sebagian kecil masyarakat masih mengkonsumsi susu kental manis sebagai dessert, tea sweetener atau coffee whitener. Hal ini karena susu kental manis dianggap rendah gizi dan terlalu banyak mengandung gula. Kondisi ini sangat berbeda dengan di Indonesia atau negara-negara berkembang lainnya yang sebagian besar masih mengkonsumsi susu kental manis sebagai minuman susu.

Pada tahun 1990-an pernah diprediksi bahwa pasar susu kental manis di Indonesia akan declining. Tapi sampai saat ini ternyata pasarnya terus tumbuh. Menurut survei yang dilakukan oleh Euromonitor pada Maret 2006, pasar susu di Indonesia masih menunjukkan kecenderungan meningkat sampai dengan tahun 2010, termasuk susu kental manis yang menunjukkan pertumbuhan 8-10% setiap tahun. Pertumbuhan pasar susu kental manis yang relatif stabil ini diduga karena masih rendahnya daya beli konsumen masyarakat Indonesia akan produk-produk susu. Sampai saat ini susu kental manis masih dianggap sebagai produk susu yang murah (Oktaviani, 2011).

2. Pengertian Susu Kental

Susu kental manis atau biasa disebut sweetened condensed milk adalah susu segar atau susu evaporasi yang telah dipekatkan dengan menguapkan sebagian airnya dan kemudian ditambahkan gula sebagai pengawet. Susu kental manis dapat ditambah lemak nabati dan vitamin. Susu kental manis dapat juga tidak dari susu segar atau susu evaporasi, yang disebut susu kental manis rekonstitusi. Susu kental manis rekonstitusi terbuat dari bahan-bahan seperti susu bubuk skim, air, gula, lemak, vitamin dan lain-lain, sehingga diperoleh susu dengan kekentalan tertentu (Wardana, 2012).

Badan Standardisasi Nasional menyatakan bahwa susu kental manis (SKM) adalah produk olahan susu berbentuk cairan kental yang diperoleh denganmenghilangkan atau menguapkan sebagian air dari susu segar atau hasil rekonstitusisusu bubuk berlemak penuh, atau hasil rekombinasi susu bubuk tanpa lemak denganlemak susu atau lemak nabati, yang telah ditambah gula, dengan atau tanpa penambahan bahan makanan lain dan bahan tambahan makanan lain yang diizinkan.Susu kental manis dapat diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu susu kentalmanis tanpa ganda rasa dan susu kental manis dengan ganda rasa (Machrus, 2012).

Badan Pengawas Obat dan Makanan mendefinisikan susu kentalmanis sebagai produk susu berbentuk cairan kental yang diperoleh denganmenghilangkan sebagian air dari campuran susu dan gula hingga mencapai tingkat kepekatan tertentu, atau merupakan hasil rekonstitusi susu bubukk dengan penambahan gula, dengan atau tampa penambahan bahan lain. Susu kental manis bukan produk steril, tetapi pengawetannya tergantung pada kandungan guanya yang tinggi. Ketersediaan air bebea yang rendah dan kandungan gula yang tinggi mencegah pertumbuhan mikroorganisme. Higiene pabrik yang ketat harus dijaga sehingga bakteri osmofilik tidak mengkontaminasi produk. Konsentrasi laktosa dalam susu kental manis di atas titik jenuhnya akan menyebabkan terjadinya kristalisasi. Kristalisasi ini harus dikontrol untuk menjamin bahwa Kristal yang terbentuk ukurannya sangat kecil. Jika kristalisasi tidak dikontrol, maka akan menyebabkan tekstur produk menjadi kasar atau dikenal dengan cacat produk (Machrus, 2012).

3. Karakteristik Susu Kental

Setelah mengalami evaporasi susu sapi yang semula berbentuk cair berubah menjadi cairan kental dengan sisa kadar air sebesar 55,35% – 64,89%. Susu evaporasi adalah susu yang sudah dikurangi kadar airnya dengan proses penguapan hampa hingga mencapai kepekatan tertentu dan sudah mengalami sterilisasi. Bentuknya cair, rasanya tawar dan warnanya tidak putih tapi cenderung coklat muda. Ada yang campuran dengan minyak nabati (filled milk). Biasanya digunakan sebagai pengganti krim kopi atau soup (Salim, 2013).

4. Kandungan Gizi Susu Kental

Susu Kental Manis adalah bahan makanan yang biasa dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia.  Susu Kental Manis mengandung energi sebesar 336 kilokalori, protein 8,2 gram, karbohidrat 55 gram, lemak 10 gram, kalsium 275 miligram, fosfor 209 miligram, dan zat besi 0 miligram.  Selain itu di dalam Susu Kental Manis juga terkandung vitamin A sebanyak 510 IU, vitamin B1 0,05 miligram dan vitamin C 1 miligram.  Hasil tersebut didapat dari melakukan penelitian terhadap 100 gram Susu Kental Manis, dengan jumlah yang dapat dimakan sebanyak 100 %. Informasi Rinci Komposisi Kandungan Nutrisi/Gizi Pada Susu Kental Manis (Godam, 2012) adalah:

  • Banyaknya Susu Kental Manis yang diteliti (Food Weight) = 100 gr
  • Bagian Susu Kental Manis yang dapat dikonsumsi (Bdd / Food Edible) = 100 %
  • Jumlah Kandungan Energi Susu Kental Manis = 336 kkal
  • Jumlah Kandungan Protein Susu Kental Manis = 8,2 gr
  • Jumlah Kandungan Lemak Susu Kental Manis = 10 gr
  • Jumlah Kandungan Karbohidrat Susu Kental Manis = 55 gr
  • Jumlah Kandungan Kalsium Susu Kental Manis = 275 mg
  • Jumlah Kandungan Fosfor Susu Kental Manis = 209 mg
  • Jumlah Kandungan Zat Besi Susu Kental Manis = 0 mg
  • Jumlah Kandungan Vitamin A Susu Kental Manis = 510 IU
  • Jumlah Kandungan Vitamin B1 Susu Kental Manis = 0,05 mg
  • Jumlah Kandungan Vitamin C Susu Kental Manis = 1 mgl

5. Jenis – Jenis Susu Kental

Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) susu kental manis didefinisikan sebagai produk susu berbentuk cairan kental yang diperoleh dengan menghilangkan air dari campuran susu segar dan gula atau dengan rekonstitusi (pelarutan/pencampuran) susu bubuk dengan penambahan gula dengan atau tanpa penambahan bahan pangan lain dan bahan tambahan pangan yang diijinkan. Standar susu kental manis berdasarkan Codex Stan 282-1971 dan SNI Susu Kental Manis 2971-2011, harus mengandung protein minimal 6.5-9.52% dan kadar lemak minimal 8%. Dalam industri dikenal pembagian susu kental manis sebagai berikut.

a. Susu kental manis (Full Cream)

Susu kental manis jenis ini dibuat dari susu segar dengan penambahan gula dan dihilangkan sebagian airnya atau dapat juga dibuat dari campuran susu bubuk dengan gula dan bahan tambahan pangan lain yang diijinkan. Kadar lemaknya minimal 8% tanpa ada penambahan lemak atau minyak nabati. Kadar proteinnya yang lebih tinggi dari jenis yang lain (standar protein menurut SNI SUSU KENTAL MANIS, minimal 6.5%) membuat produk ini cocok dikonsumsi sebagai minuman susu. Varian rasa yang biasa ditemukan pada susu kental manis adalah plain (putih) dan cokelat.

b. Susu Kental Manis Lemak Nabati

Kini telah banyak tersedia dipasaran produk susu jenis ini. Susu kental manis lemak nabati dibuat dari susu segar yang ditambahkan gula, diganti sebagian lemaknya dengan lemak nabati yang kemudian dihilangkan sebagai airnya. Atau dapat juga dibuat dari campuran susu bubuk dengan gula dan diganti sebagian lemaknya dengan lemak nabati. Penggantian sebagian lemaknya dengan lemak nabati memungkinkan konsumen mendapat asupan lemak tidak jenuh dari lemak nabati yang baik bagi kesehatan.

c. Susu Skim Kental Manis

Produk susu jenis ini masih jarang beredar di pasar di Indonesia. Susu skim kental manis merupakan cairan kental yang dibuat dengan menghilangkan sebagian air dari susu skim yang telah ditambah gula hingga kepekatan tertentu. Kadar lemaknya sangat rendah. Kadar lemak yang dieprbolehkan untuk produk susu yang satu ini maksimal 1%, sangat rendah bila dibandingkan dengan jenis susu kental manis lainnya. Bagi konsumen yang ingin membatasi asupan lemak hariannya, produk ini dapat menjadi salah satu pilihan namun masih harang di Indonesia. 

d. Krimer Kental Manis

Produk lainnya yang serupa dengan SUSU KENTAL MANIS adalah Krimer Kental Manis (KKM). Berdasarkan kategori pangan BPOM No HK. 00.05.52.4040 Krimer Kental Manis merupakan cairan kental yang diperoleh dengan menghilangkan sebagian air dari campuran susu segar, gula, dan lemak nabati/minyak nabati atau dari hasil pelarutan campuran susu bubuk dengan penambahan gula dan lemak nabati. Tidak ada standar minimal protein dan lemak untuk krimer kental manis sehingga masih banyak kemungkinan inovasi yang dapat dimunculkan dari produk ini. Rasa krimer kental manis lebih beragam ketimbang produk susu kental manis. Kini dapat ditemukan di pasaran krimer kental manis dengan rasa keju.

6. Bahan Pembuatan Susu Kental Manis

Bahan Baku

Susu Segar

Susu segar merupakan cairan yang berasal dari ambing sapi sehat, yang diperoleh dengan cara pemerahan yang benar, yang kandungan alaminya tidak dikurangi atau ditambah apapun dan belum mendapat perlakuan apapun kecuali pendinginan (Badan Standardisasi Nasional, 2011 dalam Machrus, 2012).

Gula (Sukrosa)

Gula mempunyai fungsi memberikan rasa manis, meningkatkan viskositas, dan meningkatkan umur simpan dalam pembuatan susu kental manis. Gula mempunyai sifat higroskopis, sehingga mampu menyerap kandungan air pada produk susu kental manis. Sifat higroskopis yang dimiliki oleh gula mampu menghasilkan tekanan osmosis yang tinggi, sehingga menyebabkan terjadinya dehidrasi pada sel mikroorganisme. Sifat tersebut dapat menghambat tumbuhnya bakteri dan fermentasi pada produk susu kental manis (Machrus, 2012).

Skim Milk Powder

Skim milk powder atau susu bubuk skim yang digunakan dalam pembuatan susu kental manis berasal dari susu skim yang dikeringkan dengan spray dryer. Susu skim ini diperoleh melalui pemisahan skim dan krim dari susu segar dengan cream separator. Tujuan penggunaan susu bubuk skim adalah untuk menambah total padatan dalam produk susu kental manis. Skim milk powder digunakan sebagai sumber protein susu dengan kadar air maksimal 1% dan kadar lemak kurang dari 15% (Hidayah, 2010 dalam Machrus, 2012).

Air

Air merupakan bahan baku yang dapat digunakan sebagai pencampur dan pelarut bahan-bahan pada pembuatan susu kental manis. Air yang digunakan PT Frisian Flag Indonesia dalam pembuatan susu kental manis berasal dari sumur dan Perusahaan Air Minum (Hidayah, 2010 dalam Machrus, 2012).

Bahan Penunjang         

Penggunaan bahan penunjang dalam pembuatan susu kental manis adalah untuk menghasilkan produk susu kental manis dengan mutu baik, kandungan gizi yang cukup tinggi, dan lebih tahan lama. Bahan penunjang yang digunakan dalam pembuatan susu kental manis adalah anhydrous milk fat (AMF), buttermilk powder (BMP), palm oil, laktosa, vitamin dan cocoa powder (Sitaresmi, 2006 dalam Machrus, 2012).

Anhydrous milk fat diperoleh dengan cara memisahkan krim dan kelembaban susu melalui vacuum drying dan menghasilkan 70%-80% lemak susu. Anhydrous milk fat setidaknya mengandung 99,8% lemak susu dan tidak lebih dari 0,1% moisture (Chandan, 2008). Buttermilk powder merupakan produk yang dihasilkan dari pemisahan air dari buttermilk cair yang berasal dari churning mentega yang kemudian dikeringkan menjadi bentuk powder. Buttermilk mengandung lemak susu yang tidak kurang dari 4,5% dan kelembaban yang tidak lebih dari 5%. Buttermilk powder umumnya digunakan dalam produk olahan susu seperti es krim dan roti (Chandan, 2008 dalam Machrus, 2012).

Palm oil merupakan minyak yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang berfungsi sebagai sumber lemak. PT Frisian Flag Indonesia menggunakan palm oil dalam pembuatan susu kental manis cokelat untuk menambah kadar lemak produk (Hidayah, 2010). Laktosa adalah karbohidrat utama dalam susu dan konsentrasinya berkisar antara 4,2%-5% dalam susu. Kandungan laktosa umumnya menjadi rendah pada akhir laktasi dan susu yang berasal dari hewan yang terserang penyakit mastitis. Laktosa adalah disakarida dan terdiri α-D-glukosa dan β-D molekul. Laktosa merupakan gula pereduksi yang mengalami reaksi maillard dengan asam amino dalam susu yang mengakibatkan terjadinya warna kecoklatan saat susu dipanaskan. Laktosa mempunyai kelarutan dalam air hanya 17,8% pada temperatur 25 ⁰C (Kailasapathy, 2008 dalam Machrus, 2012).

Vitamin ditambahkan pada pembuatan susu kental manis dengan tujuan memperbaiki nilai nutrisi produk. Vitamin yang digunakan dalam pembuatan susu kental manis di PT Frisian Flag Indonesia antara lain vitamin A, D3 dan B1(Sitaresmi, 2006 dalam Machrus, 2012). Vitamin A dan D sebaiknya ditambahkan pada produk olahan susu karena vitamin A dan D bersifat larut dalam lemak. Penambahan vitamin harus dilakukan sangat hati-hati untuk memastikan pelanggan mendapatkan jumlah yang tepat dan tidak ada terjadi overdosis (Partridge, 2008 dalam Machrus, 2012). Cocoa powder berasal dari biji cocoa yang telah mengalami fermentasi, penyaringan dan proses lainnya. Cocoa powder digunakan sebagai flavor dan berpengaruh terhadap kadar total padatan terlarut pada pembuatan susu kental manis (Hidayah, 2010 dalam Machrus, 2012).

7. Proses Pembuatan Susu Kental

Pembuatan susu kental dimulai dengan pencampuran susu segar, susu bubuk, gula, air dan bahan tambahan lainnya. Bahan-bahan dicampurkan sampai tercampur sempurna, kemudian dilakukan penyaringan. Tahap selanjutnya adalah homogenisasi yang bertujuan untuk menghancurkan globula lemak, sehingga memiliki ukuran yang kecil dan seragam. Tekanan homogenisasi yang tepat perlu dioptimasi untuk menghasilkan dispersi lemak yang baik, tetapi juga cukup rendah untuk mencegah terjadinya resiko koagulasi karena kerusakan stabilitas protein. Pasteurisasi merupakan tahap setelah homogenisasi pada kisaran suhu 85-90 ⁰C. Tahap selanjutnya adalah vacuum cooling yang bertujuan menguapkan air yang terkandung dalam susu pada kondisi vacuum sehingga air dapat menguap pada suhu rendah. Tujuan proses pada kondisi vacuum adalah agar nutrisi yang terkandung pada produk susu dapat diminimalisir kerusakannya. Tahap selanjutnya adalah penyimpanan dan pengemasan (Saleh, 2004 dalam Machrus, 2012).

Secara rinci pembuatan susu kental adalah sebagai berikut:

  1. Susu yang diperoleh dari peternakan distandarisasi pada suatu perbandingan tetap dari lemak : benda padat bukan lemak yaitu 9 : 22 baik dengan ditambah krim maupun susu skim. Susu itu kemudian dihangatkan dahului dengan suhu pemanasan 65°C sampai 95°C selama 10 – 15 menit. Pemanasan pendahuluan ini penting, sebab hal ini akan menolong menstabilkan susu terhadap pengentalam selama penyimpanan produk jadi dan juga akan menghancurkan organisme patogen dan enzim tidak akan diinaktifkan pada prosedur penguapan susu selanjutnya. Sesudah pemanasan pendahuluan, ditambahkna gula sehingga diperoleh konsentrasi gula 62,5% sebagai sukrosa dalam produk akhir. Gula yang ditambahkan harus bebas dari mikroba patogen pencemar dan harus bebas dari gula invert, karena hali ini akan membantu terjadinya pengentalan selama penyimpanan seperti disebutkan terdahulu. Fungsi gula terutama adalah sebagai pengawet, karena sebagian besar mikroba ragi – ragi kecuali osmofilik tak dapat hidup pada konsentrasi gula 62,5%.
  2. Proses selanjutnya meliputi penguapan susu yang sudah mengandung gula dengan kondisi yang sangat ringan dengan menggunakan penguap hampa pada suhu 77°C. Pada suhu 49°C, fase cair dari produk yang dikentalkan menjadi jenuh dengan laktosa dan pada waktu susu kental itu didinginkan terjadi larutan jenuh dan kristalisasi. Jika tidak dilakukan dengan sangat hati – hati, akan terbentuk inti laktosa dalam jumlah sedikit dan ini akan tumbuh menjadi kristal berukuran makro yang cukup keras dan terasa kasar. Akibat kristalisasi laktosa ini adalah “rasa seperti pasir” yang dianggap dapat mengurangi mutu susu kental manis. Untuk menghindari hal ini harus diadakan pendinginan sedemikian rupa sehingga terjadi kristalisasi laktosa secara cepat dan dengan demikian terbentuk kristal –kristal kecil. Hal ini dijalankan dengan mendinginkan susu sampai suhu 30°C yang akan menghasilkan keadaan lewat jenuh dari laktosa dan kemudian dilakukan pembibitan dengan menambahkan laktosa yang berbentuk halus dengan jumlah 0,6 g/l susu kental. Kristalisasi akan selesai selama waktu 3 jam. Kristal – kristal yang sangat halus terdapat dalam susu kental yang bermutu tinggi biasanya berdiameter kira – kira 10 mikron dan krisatal –kristal ini begitu halus sehingga tidak dapat dirasakan oleh lidah.
  3. Bila proses kristalisasi telah selesai, susu kental didinginkan, dimasukkan dalam drum – drum penyimpanan dalam jumlah besar untuk diisikan ke dalam kaleng. Produk itu kemudian ditutup dan tidak memerlukan proses pemanasan lagi. Stabilitas mikrobiologis produk tersebut ditentukan oeh kandungan gula yang tinggi dan masalah kerusakkan biasanya terbatas pada pertumbuhan jenis ragi osmofilik (Buckle, 1987 dalam Amalia, 2012)

8. Perubahan pada Proses Pembuatan Susu Kental

1.      Kadar Air (Ka)

Kadar air adalah kandungan air yang masih tersisa dalam bahan pangan setelah mengalami proses penguapan. Pada umumnya kadar air bahan pangan cenderung menurun pada kurun waktu tertentu seiring bertambahnya suhu perlakuan, karena selama proses penguapan suhu yang lebih tinggi akan mempengaruhi kecepatan evaporasi sehingga kandungan air bahan teruapkan lebih banyak. Nilai kadar air susu evaporasi yang dihasilkan akibat perlakuan suhu evaporasi bekisar antara 55,35% – 64,89% bb dari kadar air bahan baku yang semula 88,52% – 89,34%. Pada suhu 50oC dihasilkan Ka sebesar 67,81%, ini merupakan Ka tertinggi selama perlakuan, Ka terendah diperoleh pada suhu 60oC. Kondisi demikian terjadi karena adanya pertambahan suhu perlakuan, dengan pertambahan suhu maka kecepatan evaporasi akan lebih cepat. Sehingga total padatan yang diperoleh bertambah bobotnya.

2.      Berat Jenis

Berat jenis adalah rasio dari densitas suatu bahan terhadap densitas standar (aquades) pada suhu dan tekanan standar. Berat jenis susu sapi segar adalah antara 1,01 – 1,02 sedangkan pada susu yang telah dievaporasi berat jenis susu akan meningkat. Pada suhu 60oC dan 50oC berat jenis susu evaporasi berturut-urut 1,09 dan 1,07. Besarnya pertambahan berat jenis bahan terjadi karena penambahan suhu dari 50oC menjadi 60oC yang menyebabkan kandungan air pada bahan diuapkan dan berubah menjadi kental atau berupa padatan yang akan meningkatkan densitas bahan sehingga berat jenisnya bertambah.

3.      Viskositas

Viskositas diartikan sebagai resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk mengalir yang disebabkan karena adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap deformasi atau perubahan bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu. Viskositas secara umum dapat juga diartikan sebagai suatu tendensi untuk melawan aliran cairan karena internal friction atau resistensi suatu bahan untuk mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya. Viskositas atau kekentalan merupakan suatu parameter penting pada proses evaporasi. Adanya penurunan Ka dan peningkatan suhu mengakibatkan  tingkat kekentalan susu evaporasi semakin bertambah. Tingkat viskositas susu sapi segar biasanya sebesar 6,3 cP, kekentalan akan semakin meningkat setelah susu diuapkan yaitu sebesar 28,6 cP pada 60oC dan 13,3 cP pada 50oC.

4.      Rendemen

Rendemen adalah besarnya prosentase bahan yang tertinggal. Rendemen akan meningkat apabila perlakuan diterapkan pada suhu rendah, sebaliknya pada suhu tinggi rendemen semakin berkurang. Hal ini karena semakin tinggi suhu penguapan maka laju penguapan juga meningkat. Perlakuan pada suhu 60oC menghasilkan rendemen sebesar 22,3% dan pada suhu 50oC rendemen yang dihasilkan meningkat menjadi 36,91%.

5.      Laju Penguapan

Laju penguapan merupakan jumlah air yang dapat diuapkan secara simultan oleh mesin penguap vakum dalam satu satuan waktu. Penguapan terjadi pada titik didih cairan. Apabila perbedaan suhu antara medium pemanas dengan cairan yang dipanaskan kecil maka kecepatan pindah panas akan menurun sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik didih cairan menjadi lebih lama yang menyebabkan laju penguapan berlangsung lebih lama. Laju penguapan tertinggi diperoleh pada perlakuan suhu 60oC karena semakin tinggi suhu maka laju penguapannya juga semakin cepat.

9. Kerusakan yang Terjadi Pada Susu

Selain memberikan efek yang positif, evaporasi juga menyebabkan beberapa kerusakan pada bahan pangan, diantaranya :

  1. Zat gizi yang terkandung dalam bahan menjadi rusak akibat proses pemanasan dan reaksi kerusakan selama masa simpan.
  2. Kerusakan Karbohidrat     : degradasi enzimatis, karamelisasi gula, dan pencoklatan non enzimatis.
  3. Kerusakan Protein       : degradasi enzimatis dan pencoklatan non enzimatis.
  4. Kerusakan Lemak       : hidrolisis lemak dan oksidasi lemak.
  5. Kerusakan Vitamin   : degradasi vitamin C, oksidasi vitamin C, dan karotenoid.
  6. Bahan menjadi kehilangan komponen volatil akibat proses dengan suhu tinggi.
  7. Kerusakan akibat aktivitas mikroorganisme.
  8. Kombinasi dengan metode pengawetan lain dapat meminimalkan kerusakan finished produk evaporasi.

10. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pembuatan Susu Kental

Konsentrasi
Jika konsentrasi meningkat, larutan akan bersifat individual. Densitas dan viskositasnya meningkat bersamaan dengan kandungan zat padatnya, hingga larutan menjadi jenuh, atau jika tidak menjadi terlalu lamban sehingga tidak dapat melakukan perpindahan kalor secara memadai. Jika zat cair jenuh di panaskan terus menerus maka akan terjadi pembentukan kristal, dan kristal-kristal ini harus dipisahkan karena dapat menyebabkan tabung evaporator tersumbat. Titik didihpun semakin bertambah jika kandungan zat padat bertambah, sehingga suhu didih larutan jenuh mungkin jauh lebih tinggi dari titik didih air pada tekanan yang sama. 

Pembentukan busa

Beberapa bahan tertentu, terutama zat organik, membusa pada waktu di uapkan. Busa yang stabil akan ikut keluar evaporator bersama uap, dan menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa ikut. Dalam hal ekstrim, keseluruhan massa zat cair itu mungkin meluap ke dalam saluran uap keluar dan terbuang.

Kepekaan terhadap suhu

Beberapa bahan kimia farmasi,dan bahan makanan dapat rusak bila di panaskan pada suhu sedang, selama waktu singkat saja. Dalam mengkonsentrasikan bahan-bahan seperti itu diperlukan teknis khusus untuk mengurangi suhu zat cair dan menurunkan waktu pemanasan.

Kerak

Beberapa larutan tertentu menyebabkan pembentukan kerak pada permukaan pemanasan. Hal ini menyebabkan koefisien menyeluruh makin lama makin berkurang sampai akhirnya kita terpaksa menghentikan operasi evaporator itu untuk membersihkannya. Bila kerak itu keras dan tidak dapat larut, maka perlu waktu yang lama dan biaya yang mahal untuk membersihkannya.

Bahan konstruksi

Kita perlu menentukan bahan konstruksi dari evaporator, bila mungkin evaporator di buat dari baja. Akan tetapi, banyak larutan yang merusak bahan-bahan besi, atau menjadi terkontaminasi oleh bahan itu. Karena itu digunakan bahan konstruksi khusus, seperti tembaga, nikel, bja tahan karat, aluminium, grafit tak tembus, dan timbal. Tetapi bahan-bahan ini relatif mahal, oleh karena itu laju perpindahan kalor harus cepat/ tinggi agar dapat menurunkan biaya pokok peralatan.

11. Pengemasan

Pengemasan merupakan salah satu pertimbangan yang paling kritis pada proses produksi. Fungsi utama pengemasan adalah untuk memuat, melindungi dan mempertahankan produk selama distribusi, penyimpanan dan penanganan. Pengemasan juga mempunyai fungsi lain yaitu untuk media komunikasi yang menunjukkan cara penggunaan produk dan kandungan nutrisi didalamnya. Makanan dikemas untuk menjaga kualitas, kesegaran, menarik konsumen dan untuk memfasilitasi penyimpanan dan distribusi. Perlindungan merupakan fungsi utama dari pengemasan makanan (Robertson, 2006 dalam Machrus, 2012).

Kemasan Sachet

Kemasan mempunyai peranan penting dalam pengawetan hasil peternakan. Kemasan dapat membantu mencegah atau mengurangi kerusakan, melindungi bahan pangan yang ada di dalamnya, melindungi dari bahaya pencemaran serta gangguan fisik (gesekan, benturan, dan getaran). Pengemasan juga berfungsi untuk menempatkan suatu hasil pengolahan atau produk industri agar mempunyai bentuk-bentuk yang memudahkan dalam penyimpanan, pengangkutan dan distribusi. Pembuatan kemasan juga berfungsi sebagai sumber informasi dan dibuat agar menarik perhatian konsumen. Kemasan dapat terdiri dari kemasan primer dan kemasan sekunder. Kemasan primer merupakan kemasan yang kontak langsung dengan produk. Kemasan sekunder yaitu kemasan merupakan karton luar atau multipacker yang memungkinkan konsumen untuk membawa lebih dari satu pcs produk pada suatu waktu (Brody, 2008 dalam Machrus, 2012).

Kemasan sachet merupakan suatu bentuk kemasan yang bersifat fleksibel yang terbuat dari Al foil, film plastik, selopan, film plastik berlapis logam aluminium (metalized film) dan kertas yang dibuat satu lapis atau lebih dengan atau tanpa bahan thermoplastic maupun bahan perekat lainnya sebagai pengikat ataupun pelapis konstruksi kemasan. Al foil dapat memberikan penghalang yang baik terhadap transmisi gas, uap air dan cahaya. Kemasan sachet digambarkan sebagai material yang tidak rigid atau kaku, dan biasanya merupakan material yang non fibrous dan memiliki ketebalan kurang dari 0,25 mm. Kemasan sachet memiliki beberapa karakteristik yaitu harga relatif murah, memiliki sifat penghalang yang baik terhadap uap air dan gas, dan dapat direkatkan dengan panas (Fellows, 2000 dalam Machrus, 2012).

Pemasaran kemasan ini menjadi populer untuk mengemas berbagai produk, baik padat maupun cair. Alasan menggunakan kemasan sachet sebagai bahan pengemas adalah mudah dibentuk, ekonomis, dapat digunakan sebagai pengganti kemasan kaleng, ringan, mudah dalam penanganannya dan tahan pada heat sealing dan heat resistance (Departemen Perindustrian, 2007 dalam Machrus, 2012).

Kerusakan Kemasan

Hidayah (2010) dalam Machrus (2012) menyatakan bahwa kerusakan kemasan merupakan suatu kejadian yang tidak diinginkan oleh perusahaan, seperti cacat, kerusakan dan kegagalan yang menyebabkan produk dibuang ataupun dikerjakan ulang. Persentase kerusakan kemasan yang tinggi dapat menyebabkan kerugian pada perusahaan. Beberapa hal yang yang menyebabkan terjadinya kerusakan atau kegagalan dalam proses produksi adalah kegagalan mesin, perubahan proses, kegagalan mutu, serta variasi sumber daya. Kerusakan pada produk dapat menyebabkan berbagai kerugian pada perusahaan, seperti kerugian waktu, biaya, sumber daya dan reputasi. Kerusakan pada produk dapat dikurangi dengan melakukan teknik perbaikan mutu dan mengendalikan kualitas (Deviyanti, 2008 dalam Machrus, 2012).

Hidayah (2010) dalam Machrus (2012) menyatakan bahwa faktor utama yang berpengaruh terhadap kerusakan kemasan produk susu kental manis sachet adalah mesin, manusia, material dan metode. Faktor mesin yang mempengaruhi antara lain spare parts, posisi dan ketajaman slitter, suhu sealer, sensor eyemark, posisi nozzle dan kestabilan arus listrik. Faktor manusia yang mempengaruhi adalah motivasi, kedisiplinan, keahlian, alokasi Sumber Daya Manusia (SDM) dan awareness. Faktor material yang mempengaruhi adalah kualitas bahan pengemas dan jenis bahan baku. Faktor metode yang mempengaruhi adalah jumlah dan frekuensi sampling, maintenance dan standarisasi.

Hidayah (2010) dalam Machrus (2012) menyatakan bahwa beberapa tipe kerusakan kemasan sachet yang sering terjadi pada proses pengemasan adalah berat kurang, pecah vertikal, rembes horisontal, pecah horisontal, Alluminium (Al) foil melintir, kemasan kosong dan tidak ada kode. Pecah dan rembes adalah tipe kerusakan yang terjadi setelah produk susu kental manis diberi perlakuan pressure test.

DAFTAR PUSTAKA

Amalia, G. 2012. Susu dan Turunannya. Skirips. http://repository.usu.ac.id/bitstream/ 123456789/34012/3/Chapter%20II.pdf. Diakses pada 17 Desember 2015, Makassar.

Godam. 2012. Kandungan Gizi Nutrisi Susu Kental Manis. http://www.organisasi.org/ 1970/01/isi-kandungan-gizi-susu-kental-manis-komposisi-nutrisi-bahan-makanan.html . Diakses pada 17 Desember 2015, Makassar.

Machrus, Syauqi, 2012. Susu Kental Manis. Skiripsi. https://www.academia.edu/4902447 /TINJAUAN_PUSTAKA. Diakses pada 17 Desember 2015, Makassar.

Nurila. 2013. Susu Kental Manis. https://www.scribd.com/doc/212212823/Makalah-Susu-Kental-Manis . Diakses pada tanggal 17 Desember 2015 pukul 21.30 WITA

Oktaviani, Lira. 2013. Perkembangan Industri Susu Kental Manis Indonesia.http://foodreview.biz/. Diakses pada tanggal 17 Desember 2015,       pukul 22.00 WITA.

Salim, Azhar. Susu Evaporasi. http://oemahazhar.blogspot.co.id/2013/12/susu-evaporasi.html?m=1. Diakses pada 17 Desember 2015, Makassar.

Saragih, Farida. 2012. Susu Kental Manis & Krimer Kental Manis. RD & Quality Management. PT. Indolakto. Foodreview Indonesia Vol. VII/No. 6/Juni 2012.

Wardana, Agung. 2012. Teknologi Pengolahan Susu. http://pangan.unisri.ac.id/wp-content/uploads/2012/11/BPK-Susu-2012.pdf. Diakses pada 17 Desember 2015, Makassar.

MILK HOMOGENIZER

MILK HOMOGENIZER

Susu homogen adalah susu yang telah mengalami homogenisasi. Proses homogenisasi bertujuan untuk menyeragamkan besarnya globula-globula lemak susu. Di dalam susu yang belum dihogenisasi, globula-globula lemak ini besarnya tidak seragam yaitu 2 – 20 mikrometer. Alat untuk menyeragamkan globula-globula lemak tersebut disebut homogenizer.

Prinsip kerja homogenizer adalah susu ditekan melalui lubang kecil, kemudian setelah keluar akan menghantam suatu bidang atau dinding yang keras, maka globula-globula lemak yang berukuran besar akan pecah menjadi beberapa globula lemak yang kecil-kecil. Tekanan yang digunakan dalam proses homogenisasi ini adalah antara 2.000 – 4000 psi.

Ada beberapa macam tipe homogenizer yaitu :

1.      Single stage homogenizer, apabila penekanan susu dikerjakan hanya satu kali selama proses dalam satu alat. Biasa digunakan untuk homogenisasi:

– Produk dengan kandungan lemak rendah

– Produk yang memerlukan homogenisasi berat (heavy)

– Produk yang memerlukan viscositas tinggi

2.      Two stage homogenizer, apabila penekanan susu dikerjakan dua kali selama proses dalam satu alat. Biasa digunakan untuk:

– Produk dengan kandungan lemak tinggi

– Produk dengan kandungan bahan kering (konsentrasi susu) tinggi

– Produk dengan viscositas rendah.

3.      Multi stage homogenizer, apabila penekanan susu dikerjakan lebih dari dua kali selama proses dalam satu alat.

Ketidak seragaman ukuran globula lemak susu tidak dikehendaki di dalam pembuatan produk-produk olahan susu tertentu, karena hasilnya tidak akan terasa halus. Tetapi kerugian susu homogen adalah mudah mengalami creaming yaitu memisahnya kepala susu (krim) dibagian atas terpisah dari serum yang terletak dibagian bawah.

Homogenisasi merupakan sebuah proses atau beberapa proses yang digunakan untuk membuat campuran menjadi seragam. Homogenisasi bisa disebut juga dengan pencampuran beberapa zat yang terkait untuk membentuk suspensi atau emulsi. Homogenisasi dilakukan jika zat atau campuran bahan memiliki kandungan yang berukuran cukup besar sehingga tidak memungkinkan kondisi campuran seragam. Contoh zat yang paling sering dihomogenisasi adalah susu murni (raw milk), di mana kandungan yang berukuran cukup besar yang dimaksud adalah molekul lemak yang dapat terpisah dengan sendirinya (tersuspensi) dari susu ketika dibiarkan terlalu lama (membentuk krim). Sebagian besar para konsumen susu merupakan susu yang dihomogenisasi.

Homogenisasi adalah istilah yang digunakan oleh para ilmuwan makanan dan insinyur untuk menggambarkan berbagai proses termasuk ultrasonik, rotary, membran, pabrik koloid, dan valve homogenisasi, dan lainnya. Ambiguitas dalam penggunaan kata homogenisasi, bahwa setiap proses yang mengurangi heterogenitas dapat disebut homogenisasi. Salah satu alat dari homogenisasi ini adalah valve homogenizer. Salah satu jenis dari valve homogenizer, ada yang biasanya disebut sebagai valve homogenizer tekanan tinggi atau nama lainnya adalah dynamic homogenizer tekanan tinggi. Proses ini diterapkan untuk liquid dengan perangkat yang terdiri dari pompa pemindahan positif dan satu atau lebih stage yang dibuat oleh valve atau nozzle. Pompa pemindahan positif yaitu pompa yang bekerja menghisap zat cair, kemudian menekan  zat cair tersebut, selanjutnya zat cair dikeluarkan melalui valve atau lubang keluar. Pada pompa ini fluida yang dihisap sama dengan fluida yang dikeluarkan.

Gambar 1. Cara Kerja suatu sistem homogenisasi menggunakan valve

(Sumber: Anonim, 2011)

Kita bisa mendefinisikan valve homogenizer tekanan tinggi ini sebagai suatu alat yang memiliki proses homogenisasi dimana pompa mampu memberikan setidaknya 100 MPa tekanan hidrostatik untuk liquid sebelum pembatas aliran difungsikan, terlepas dari laju aliran. Teknologi homogenisasi terus berkembang dan mampu juga beroperasi pada tekanan yang rendah.

Jenis kedua dari valve homogenizer adalah valve homogenizer tekanan rendah. Jenis ini memiliki proses yaitu liquid bertekanan mengalir melalui suatu valve. Didalamnya ada peningkatan besar dalam kecepatan fluida disertai penurunan tekanan suatu fluida. Kecepatan fluida memulai turbulensi sangat intens dalam fluid jet lalu keluar dari valve dan menyebabkan turbulensi. Hal ini mengganggu fase terdispersi dan menghasilkan efek homogenisasi.

Valve homogenizer tekanan tinggi pada industri, pilot, atau skala laboratorium saat ini dilengkapi dengan pompa tipe plunger dan valve nozzle yang terbuat dari keramik tahan abrasif atau batu permata keras. Stabilitas tekanan dapat dicapai antara pompa dan valve atau penggunaan dua atau lebih piston reciprocating dan algoritma kontrol yang tumpang tindih. Dalam pengaturan valve misalnya Stansted Power Fluid, seat valve-nya berbentuk jarum atau bola dengan material zirkonium atau tungsten karbida, dengan tekanan homogenisasi yang dikendalikan oleh gaya yang bekerja selama seat valve menghalangi aliran fluida.

Beberapa homogenizers misalnya Avestin dan BEE Internasional, dilengkapi dengan satu atau dua nozzle sebagai gantinya valve. Teknologi untuk homogenizer tekanan tinggi nozzle awalnya dikembangkan untuk aplikasi pemotongan pada water jet. Dalam hal ini, pompa tekanan tinggi terhubung ke attenuator untuk mengurangi fluktuasi tekanan dan homogenisasi dicapai dengan nozzle head yang terbuat dari ruby, safir atau berlian. Lubang Nozzle biasanya <0,35 mm dengan material nozzle head tertentu tergantung pada tekanan maksimum, misalnya dengan berlian menjadi material yang paling kuat dan mahal. Dalam pengaturan nozzle, tekanan homogenisasi ditentukan oleh tekanan pompa. Dalam sistem mikrofluida, aliran-aliran dibagi dalam dua atau lebih saluran yang diarahkan pada bidang yang sama namun di sudut yang tepat dan didorong ke aliran tunggal. Tekanan driven pump (hingga 300 MPa) memberikan kecepatan tinggi di pertemuan dua arus yang menghasilkan tegangan geser yang tinggi, turbulensi, dan kavitasi lebih pada arus masuk aliran tunggal.

Gambar 2.  Valve homogenizers tekanan tinggi (Sumber: Anonim, 2011)

Keterangan :

A = mikrofluida

B = valve seat material keramik berbentuk jarum

C = valve seat material keramik berbentuk bola

D = proses pemecahan molekul besar

Valve homogenizers pertama kali diperkenalkan secara komersial pada awal abad ke-20 untuk pengolahan susu cair. Tujuan utamanya adalah untuk menghindari pemisahan lemak sehingga setiap konsumen akan menerima bagian yang adil nya dari lemak susu karena tidak akan ada pengurangan krim. Saat ini, hampir semua susu dihomogenisasi karena konsumen menolak melihat lapisan atas dari krim dalam susu mereka. Kekhawatiran atas dampak potensial dari susu dihomogenisasi pada kesehatan manusia telah dicabut oleh studi terbaru.

Gambar 3. Efek homogenisasi pada lemak dan kasein di susu

(Sumber: Anonim, 2011)

Dalam setup industri, lemak (atau krim) dipisahkan dari susu dengan sentrifugasi terus menerus, dihomogenisasi pada tekanan di bawah 20 MPa dan kemudian dituangkan kembali ke dalam susu skim dengan standar 1%, 2% atau mendekati 3,25% isi lemak.

Homogenisasi biasanya berlangsung dengan pengolahan mekanik, sehingga emulsi lemak memiliki tekanan masuk yang tinggi dan dipaksa dengan kecepatan tinggi melewati celah yang sangat sempit, di mana tetesan lemak dari emulsi lemak akan rusak sebagai akibat dari turbulensi yang terjadi pada kecepatan yang tinggi dan melalui gelembung kavitasi yang meledak dalam cairan. Proses ini berlangsung selama periode yang sangat singkat dan apa yang terjadi selama periode waktu tersebut adalah kecepatan emulsi lemak mengalami kenaikan sementara tekanan menurun.

Sebuah homogenizer pada dasarnya terdiri dari pompa piston besar yang memberikan tekanan tinggi, serta perangkat counter-pressure di mana homogenisasi tepat berlangsung. Perangkat counter-pressure, atau homogenizer valve, terdiri dari bagian yang bertekanan, resilient valve cone, posisi dudukan valve yang menggunakan cincin atau gasket dan casing pendukung valve yang dikelilingi oleh valve cone dan valve seat. Valve cone dan valve seat biasanya rotasi-simetris dan cenderung terjadi homegenisasi di antara dua bagian throttle radial tersebut (suatu celah). Tinggi, lebar dan panjang celah menentukan volume homogenisasi. Ukuran celah ini harus cukup kecil untuk mendapatkan proses homogenisasi yang efisien. Lebar celah berkurang pada tekanan yang lebih tinggi di liquid yang akan dihomogenkan, pada saat yang sama aliran yang lebih besar memerlukan celah yang lebih besar pula.

Susu yang berlabel UHT (Ultra High Temperatute) dibuat dari tekanan yang rendah pada saat yang sama dengan tujuan untuk meningkatkan kuantitas aliran. Ini berarti bahwa valve homogenizer harus dibuat lebih besar sehingga celahnya bisa mengecil. Namun untuk valve homogenizer yang lebih besar tentu memerlukan biaya yang lebih besar pula. Metode lainnya ialah dengan menghubungkan secara paralel celah-celah homogenizer dengan begitu ukuran celahnya akan berkurang.

Homogenizer yang digunakan di dalam industri tersebut terdapat didalam banyak model dan kapasitas. Perbedaan model tersebut terdapat dalam banyak model dan kapasitas. Perbedaan model tersebut umumnya terletak pada konstruksi lubang dan alat pengatur pengeluaranya.

Kebanyakan tekanan tinggi homogenizer digunakan untuk homogenisasi diadaptasi dari peralatan komersial yang dirancang untuk menghasilkan emulsi dan homogenat dalam industri makanan dan farmasi. Mereka menggabungkan tekanan tinggi dengan outlet valve. Dengan tekanan maksimum 10.000 psi pecah sekitar 40% dari sel pada single pass, 60% pada kedua dan 85% setelah empat kali lewat. Kapasitas homogenizer terus bervariasi dari 55 sampai 4.500 liter/jam pada 10-17% konsentrasi sel.

Gambar 4. Valve Homogenizer

(Sumber: Gerard, 2008)

Valve homogenizer paling efektif dalam memperkecil ukuran fase dispers kemudian meningkatkan luas permukaan fase minyak dan akhirnya meningkatkan viskositas emulsi sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya ”creaming”. Valve homogenizer bekerja dengan cara menekan cairan dimana cairan tersebut dipaksa melalui suatu celah yang sangat sempit lalu dibenturkan ke suatu dinding atau ditumbukkan pada metal pins yang ada di dalam celah tersebut.

Valve homogenizer umumnya terdiri dari pompa yang menaikkan tekanan dispersi pada kisaran 500-5000 psi, dan suatu lubang yang dilalui cairan dan mengenai valve penghomogenan yang terdapat pada tempat valve dengan suatu spiral yang kuat. Ketika tekanan meningkat, spiral ditekan dan sebagian dispersi tersebut bebas di antara valve dan tempat (dudukan) valve. Pada titik ini, energi yang tersimpan dalam cairan sebagian tekanan dilepaskan secara spontan sehingga produk menghasilkan turbulensi yang kuat dan shear hidrolik. Cara kerja homogenizer ini cukup efektif sehingga bisa didapatkan diameter partikel rata-rata kurang dari 1 mikron tetapi homogenizer dapat menaikkan temperatur emulsi sehingga dibutuhkan pendinginan. Unitvalve homogenizersini mempunyai bagian pemompaan untukmenyuplai material yang akan dilarutkan melalui sebuah orifice terkecil. Tekanan akan tinggi  diturunkan mendekati tekanan fluida melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan shear force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilkan secara continue.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. High Pressure Homogenization. (online). http://web.utk.edu/~fede/high%20pressure%20homogenization.html. (13 September 2015).

Dickenson, T.C. 1999. Valves, Piping, and Pipelines Handbook. Inggris : Elsevier Advanced Technology.

Gerard. 2008. Food Emulsifier and Their Applications. New York : Springer.

Mengenal Mayonnaise dan Prinsip Emulsinya

Mengenal Mayonnaise dan Prinsip Emulsinya

by Widiantoko, R.K

Pengertian Mayonnaise

Mayonaise merupakan salah satu contoh produk proses emulsi yang banyak dimanfaatkan dalam jenis makanan kita. Emulsi merupakan suatu terdispersi atau suspensi suatu cairan dalam cairan yang lain yang molekul-molekul kedua cairan tersebut tidak saling berbaur tetapi saling antagonistik. Pada suatu emulsi terdapat tiga bagian utama yaitu bagian yang terdispersi yang terdiri dari butir-butir yang biasanya terdiri dari lemak. Kedua disebut media pendispersi yang biasanya terdiri dari air, dan bagian ketiga adalah emulsifier yang berfungsi menjaga agar butir minyak tadi tetap tersuspensi di dalam air.

Mayonaise merupakan emulsi minyak nabati  dalam asam yang distabilkan oleh lesitin (semacam lemak) dari kuning telur. Rasa minyak nabati dalam mayonaise tidak terasa meskipun mayonaise terbuat dari sebagian besar minyak nabati. Hal ini dikarenakan setiap molekul minyak dikelilingi oleh mikromolekul dari larutan asam. Prinsipnya bukan mengemulsikan sejumlah larutan asam ke dalam minyak yang banyak melainkan mengemulsikan sejumlah besar minyak dalam sebagian kecil larutan asam.

Di Amerika Utara, mayonaise digunakan sebagai olesan sandwich, saus untuk french fries di Eropa (terutama di Belanda, Belgia, Luxemburg dan telah meluas ke Inggris, Perancis, sebagian Kanada dan Australia). Di Perancis mayonaise digunakan sebagai saus makan telur rebus atau hidangan ayam dingin, sedangkan di Jepang digunakan sebagai saus berbagai macam makanan seperti okonomiyaki, yakisoba, takoyaki, ebi furai dan pizza.Mayonaise adalah salah satu saus dalam masakan Perancis, sehingga mayonaise dapat dijadikan berbagai bahan dasar untuk membuat beraneka ragam saus dingin dan dressing. Oleh karena kegunaan mayonaise yang telah meluas di berbagai negara termasuk di Indonesia. 

Mayonnaise atau mayonais adalah salah satu jenis saus yang dibuat dari bahan utama minyak nabati, telur ayam dan cuka. Mayonaise umumnya digunakan sebagai perasa pada makanan seperti selada atau sandwich. Mayonaise ada yang hanya menggunakan kuning telur saja atau menggunakan sari buah lemon atau mustard sebagai perasa. Mayonnaise merupakan salah satu produk olahan minyak yang berbentuk pasta atau cairan kental. Tidak seperti emulsi mayonnaise  merupakan emulsi minyak dalam air, meskipun air berada dalam jumlah lebih sedikit dari minyak. Oleh karena itu emulsi mayonnaise bersifat tidak stabil. Untuk memperoleh suatu emulsi yang stabil biasanya dibutuhkan campuran dua atau lebih emulsifier yang merupakan kombinasi dari persenyawaan hidrofilik dan lipofilik. Karena pada dasarnya emulsifier adalah surfaktan yang memiliki dua gugus, satu gugus hidrofilik yang bersifat polar dan satu gugus lipofilik yang bersifat nonpolar. (Lawson, 1998)

Sejarah Pembuatan Mayonnaise

Sejarah penggunaan nama mayonaise menurut Oxford English Dictionary, mayonnaise pertama kali digunakan dalam buku masakan berbahasa Inggris pada tahun 1841. Mayonnaise konon diciptakan oleh ahli masak (chef) Perancis yang bernama Louis François Armand du Plessis, duc de Richelieu di tahun 1756 untuk merayakan kemenangan Perancis merebut pelabuhan Mahon (ibu kota Minorca di Kepulauan Balearic). “Mahón” merupakan ejaan Bahasa Perancis untuk pelabuhan Mahon sehingga saus yang diciptakan bernama “sauce mahónnaise” (saus dari Mahon). Sauce mahónnaise merupakan asal-usul kata“mayonnaise”, tapi cerita ini konon kurang bisa dipercaya.Sumber lain yang lebih bisa dipercaya mengatakan nama sauce Mayonnaise diambil dari nama Charles of Lorraine, Duke of Mayenne asal barat laut Perancis. Konon saus dingin yang dimakan bersama ayam oleh Charles de Lorraine, duc de Mayenne disebut “Mayennaise”.

Sejarah Mayonaise Produksi PabrikToko makanan segar (delicattesen) Richard Hellmann di New York merupakan toko pertama yang menjual mayonaise dalam toples pada tahun 1905. Mayonnaise buatan Nyonya Hellmann dipasarkan secara besar-besaran pada tahun 1912 dengan merek Hellmann’s Blue Ribbon Mayonnaise.

Mayonnaise

Pada saat yang hampir bersamaan, Best Foods mulai menjual mayonnaise di pantai barat Amerika sebagai saingan Hellmann’s Mayonnaise yang berjaya di pantai timur. Best Foods membeli merek Hellman di tahun 1932 dan kedua merek menjadi tetap menjadi penguasa pangsa pasar mayonnaise di pantai barat dan pantai timur Amerika Serikat hingga sekarang. Di bagian tenggara Amerika Serikat, Nyonya Eugenia Duke dari Greenville, South Carolina pada tahun 1917 mendirikan perusahaan bernama Duke’s Product Company yang menjual sandwich. Mayonnaise buatan Nyonya Eugenia Duke menjadi sangat terkenal sehingga menjadi satu-satunya produk andalan yang dijual perusahaan. Mayonnaise Nyonya Eugenia Duke dibeli oleh perusahaan C.F. Sauer di tahun 1929. Sampai sekarang Duke’s Mayonaise tetap merupakan mayonnaise lokal yang tidak dijual di wilayah lain di Amerika dan satu-satunya mayonaise Amerika yang tidak mengandung gula.

Mayonnaise Jepang dibuat dari cuka beras dan mempunyai rasa yang berbeda dibandingkan dari mayonaise barat yang dibuat dari cuka hasil distilasi. Mayonnaise Jepang bukan dijual di dalam toples, melainkan di dalam botol plastik tipis tembus pandang yang bisa dipencet. Mayonnaise merupakan salah satu bumbu dalam masakan Jepang. Pure Select produksi Ajinomoto dan Kewpie adalah dua merek mayonnaise yang menguasai pangsa pasar dalam negeri Jepang. Dalam bahasa Jepang, penggemar berat mayonnaise yang selalu menambahkan mayonaise ke dalam semua makanan yang dimakan disebut mayora.

Macam-macam mayonaise:

  1. Aioli: mayones dari minyak zaitun yang dicampur bawang putih
  2. Saus tartar: mayones dengan asinan ketimun dalam botol dan bawang bombay, tapi kadang-kadang juga ditambah capers, buah zaitun dan lumatan telur rebus
  3. Russian dressing (Marie Rose sauce): mayones dengan saus tomat, yogurt dan krim kental
  4. Saus Thousand Island: Russian dressing dengan pickles dan rempah-rempah
  5. Fry sauce: campuran mayones, rempah-rempah, saus tomat dan saus berwarna merah yang lain (Tabasco atau Buffalo wing) sebagai saus untuk french fries
  6. Mayonesa: mayones rasa lime, umum dijual di Amerika Utara di toko bahan makanan Meksiko atau Spanyol

Penjelasan Bahan Baku telur, sumber asam, minyak

a.       Kuning Telur

Kuning telur adalah emulsifier alami yang berasal dari bahan makanan. Lemak kuning telur memiliki daya pengemulsi yang kuat dibandingkan putih telur. Komponen zat pengemulsi pada kuning telur adalah lesitin, kolesterol, lipoprotein, dan protein. Kemampuan kuning telur sebagai zat pengemulsi dipengaruhi oleh adanya fosfolipid (lesitin, ovosepalin, dan ovosfingomyelin) dan perbandingan antar zat pengemulsi, misalnya lesitin dan kolesterol. Kuning telur juga memiliki fungsi sebagai pewarna pada mayonnaise karena adanya pigmen kuning dari xantofil, lutein, beta karoten, dan kriptoxantin (Mutiah, 2002).

Lesitin kuning telur mempunyai gugus polar dan non polar. Gugus polar yang terdapat pada ester fosfatnya bersifat hidrofilik dan mempunyai kecenderungan larut dalam air, sedangkan gugus non polar yang terdapat pada ester asam-asam lemaknya adalah lipofilik yang mempunyai kecendrungan untuk larut dalam lemak atau minyak (Winarno, 2008).

Emulsifier ini berfungsi untuk menyatukan atau menghomogenkan serta mengecilkan partikel dalam kandungan. Sedangkan asam yang ditambahkan berfungsi sebagai citra rasa dan pengawet. Bisa saja menggunakan putih telur, tetapi diperlukan pengadukan yang sangat cepat jika menggunakan putih telur

b.      Jeruk Lemon atau Cuka

Cuka berfungsi sebagai pembunuh kuman pada telur dan merupakan zat terdespersi dalam medium pendispersi minyak nabati. Penambahan sumber asam dalam pembuatan mayones disamping berfungsi sebagai pembantu medium pendispersi, juga mempunyai fungsi menghambat kerusakan mayones oleh mikroorganisme (Wenfuu, 2011). Jus lemon yang digunakan sebaiknya jus lemon yang konsentrasinya tetap yaitu jus lemon yang ada di dalam kemasan. Fungsi jus lemon sama seperti fungsi cuka, tetapi untuk jus lemon memberikan rasa dan aroma yang khas.

c.       Minyak

Minyak adalah salah satu kelompok yang termasuk pada golongan lipid, yaitu senyawa organik yang terdapat di alam serta tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik non-polar, misalnya dietil eter (C2H5OC2H5), kloroform (CHCl3), benzena dan hidrokarbon lainnya yang polaritasnya sama.

Minyak yang digunakan sebaiknya bukanlah minyak goreng karena minyak sayur memiliki kadar lemak yang rendah. Selain itu minyak sayur tak akan membeku jika dimasukan ke dalam refrigator. Minyak sayur juga merupakan bahan utama yang akan bereaksi dengan kuning telur untuk menciptakan emulsi. Untuk resep tradisional Prancis minyak nabati yang digunakan adalah minyak zaitun. Pada pembuatan mayonnaise minyak yang paling sering digunakan adalah minyak nabati seperti minyak kedelai/soya dan minyak jagung 

d.       Garam

Garam yang selain berfungsi sebagai penyedap rasa juga berfungsi sebagai zat pengkoagulasi protein pada telur sehingga terjadi penggumpalan yang mengakibatkan meningkatnya viskositas (kekentalan) adonan

Prinsip  Emulsi Mayonnaise

Emulsi adalah suatu sistem yang terdiri atas dua fase cairan yang tidak saling melarutkan, dimana satu cairan terdispersi dalam bentuk globula (fase terdispersi) di dalam cairan lainnya (fase kontinyu). Berdasarkan jenis fase kontinyu dan fase terdispersinya dikenal dua tipe emulsi yaitu emulsi tipe O/ W dan tipe W/ O.

Didalam proses pembuatan emulsi biasanya ditambahkan campuran dua atau lebih bahan kimia yang tergolong ke dalam emulsifier dan stabilizer. Tujuan dari penambahan emulsifier adalah untuk menurunkan tegangan permukaan antara kedua fase (tegangan interfasial) sehingga mempermudah terbentuknya emulsi.

 Emulsi adalah sistem dua fase, yang salah satu cairannya terdispersi dalam cairan yang lain, dalam bentuk tetesan kecil. Jika minyak yang merupakan fase terdispersi dan larutan air merupakan fase pembawa, sistem ini disebut emulsi minyak dalam air. Sebaliknya, jika air atau larutan air yang merupakan fase terdispersi dan minyak atau bahan seperti minyak sebagai fase pembawa, sistem ini disebut emulsi air dalam minyak. Emulsi dapat distabilkan dengan penambahan bahan pengemulsi yang mencegah koalesensi, yaitu penyatuan tetesan kecil menjadi tetesan besar dan akhirnya menjadi suatu fase tunggal yang memisah (Keenan, 1984)

Pada produk mayonaise bagian yang terdispersi adalah minyak nabati, bagian yang mendispersi (media pendispersi) asam cuka atau lemon juice, dan bagian emulsifiernya adalah kuning telur. Pada saat minyak nabati dan air jeruk nipis / lemon dicampur akan terbentuk suatu tegangan antarmuka, dimana antar keduanya tidak dapat  bercampur  menjadi  satu sehingga diperlukan surfaktan untuk memperkecil tegangan antarmuka tersebut, dalam hal ini adalah lesitin pada kuning telur.

Kuning telur merupakan emulsifier yang sangat kuat (terdapat sejenis bahan yang memiliki tingkat kesukaan terhadap air dan minyak sekaligus). Satu ujung molekul tersebut suka air dan ujung yang lainnya suka minyak. Oleh karenanya bahan itu dapat dijadikan jembatan untuk mencampurkan antara bahan lemak dan bahan air. Sifat seperti itu sangat dibutuhkan dalam pengolahan berbagai jenis makanan, seperti dalam pembuatan biskuit, cake, kue, mayonaise, dan sebagainya.

Pada dasarnya paling sedikit sepertiga kuning telur terdiri dari lemak, tetapi yang menyebabkan daya emulsifier yang kuat adalah kandungan lesitinnya yang terdapat dalam bentuk kompleks sebagai lesitin-protein. Lecithin adalah istilah umum pada setiap kelompok warna kecoklatan dan zat-kuning lemak yang terdapat pada hewan dan jaringan tumbuhan, serta kuning telur yang terdiri dari asam fosfat, kolin, asam lemak, gliserol, glycolipids, trigliserida, dan fosfolipid (misalnya, fosfatidilkolin, phosphatidylethanolamine, dan phosphatidylinositol).  Fosfatidilkolin merupakan jenis fosfolipid di lesitin. Fosfolipid termasuk dalam kelompok lemak/lipid yang komponen utamanya membrane sel karena fosfolipid dapat membentuk bilayers lipid. Kebanyakan fosfolipid terdiri dari diglycerid, gugus fosfat, dan molekul organik sederhana seperti kolin, kecuali sphingomyelin yang merupakan turunan dari sphingosine bukan dari gliserol. Identifikasi fosfolipid pertamakali yaitu lesitin, atau fosfatidilkolin dalam kuning telur.

Mekanisme lesitin dapat menyatukan minyak (lemak) dan air (asam cuka/lemn juice pada pembuatan mayonaise) adalah fosfolipid yang merupakan pembentuk lesitin terdiri dari bagian yang polar (air) dan bagian yang non polar (minyak/lemak). Bagian kepala fosfolipid merupakan bagian yang hidrofilik (tertarik pada air) dan bagian ekor yaitu tertarik pada hidrofobik (tidak suka dengan air/menjauhi air dan lebih terikat pada minyak/lemak). Kepala hidrofilik berisi gugus fosfat bermuatan negative, yang kemungkinan juga terdiri dari kelompok/jenis polar yang lainnya. Ekornya yang bersifat hidrofobik terdiri dari asam lemak rantai hidrokarbon. Ketika berada pada kondisi di dalam air fosfolipid tersebut membentuk berbagai struktur tergantung pada sifat spesifiknya dan dalam hal pembuatan mayonaise fosfolipid tersebut membentuk/berperan sebagai emulsifier dimana yang berperan dalam menyatukan antara minyak nabati dan sam cuka/lemon juice yang merupakan bahan utama pembuatan mayonaise menjadi suatu emulsi setengah padat yang kompak/mantap atau sering disebut juga emulsi permanen. Emulsi permanen yang dimaksud disini yaitu pada campuran tersebut antara minyak nabati dan asam cuka/lemon juice yang dicampurkan tidak terpisah lagi, berbeda dengan emulsi temporer yang terjadi pada french dressing yang selalu memisah antara minyak dan air jika tidak dikocok, oleh karenanya pada penggunaan French dressing ini harus segera digunakan sesaat etelah dilakukan pengocokan karena pada saat pengocokan inilah minyak dan air dapat bersatu namun jika tidak langsung digunakan maka akan cepat memisah. Hal ini berbeda dengan mayonaise yang stabil dan tidak memisah lagi walaupun lama didiamkan/tidak langsung digunakan.

Rahasia membuat mayonaise terletak pada pemisahan bahan penyusunnya menjadi emulsi. Perbandingan yang tepat bahan-bahan penyusunnya akan mempengaruhi hasil. Berapapun banyaknya telur dan larutan asam dalam hal ini adalah jus lemon yang dikocok, keduanya akan memisah. Untuk mengikatnya diperlukan lesitin dari kuning telur sebagai penstabil. Kuning telur berfungsi melarutkan seperti deterjen yang melarutkan minyak dan jus lemon.

Ada berbagai macam cara pembuatan mayonaise. Mayonaise biasanya dibuat dari campuran minyak, kuning telur, cuka, garam dapur dan mustard. Alat pengocok mayonaise bisa berupa handmixer, food processor, blender, atau dikocok secara manual dengan memakai pengocok telur atau garpu.

Proses Pembuatan Mayonnaise

Bahan pembuat mayonaise:

  1. Kuning telur 4 buah
  2. Minyak sayur/kedelai 1 Liter
  3. Asam asetat/cuka 2 sdm atau Jus lemon 5 sdm
  4. Mustard 2 sdm
  5. Garam 1 sdt

Adapun proses pembuatan mayonnaise adalah sebagai berikut.

1.      Kuning telur, jus lemon, dan garam diaduk dengan cepat selama 3-5 menit. Campuran tidak boleh dikocok dan hanya boleh diaduk. Proses pengocokan hanya akan memungkinkan masuknya udara ke dalam campuran sehingga mayonnaise akan pecah.

2.      Tambahkan minyak sayur sedikit demi sedikit pada campuran sambil diaduk.

3.      Jika ingin menambahkan bahan lain sebagai perasa, masukkan dalam bentuk bubuk, jangan cairan. Cairan  menurunkan volume mayonaise, mayonaise akan mengempis. Banyak orang melakukan kesalahan ini yaitu menambahkan kocokan putih telur di akhir proses. Hal ini akan mengakibatkan mayonaise mengempis. Jika telah selesai menambahkan bahan-bahan bubuk, diamkan mayonaise agar terbentuk emulsi sempurna. Tutup mayonaise dan simpan di lemari es. (Jobsheet, 2013)

Memang kelihatan mudah membuat mayonnaise, namun tidak jarang hasilnya tidak sesuai harapan/ mayonnaise pecah. Beberapa hal yang dapat menyebabkan kegagalan dalam pembuatan Mayonnaise :

  1. Minyak dituangkan terlalu cepat dan banyak, menyebabkan tidak semua minyak menyatu dengan bahan lainnya.
  2. Temperatur minyak terlalu dingin atau terlalu panas. Temperatur yang dingin menyebabkan sulitnya terjadi Emulsi dan terlalu panas dapat mempercepat mayonnaise pecah.
  3. Kecepatan mengocok tidak konstan dan tidak merata.
  4. Kualitas telur yang jelek (encer dan hampir busuk).
  5. Terlalu banyak garam. Kebanyakan garam dapat menghalangi terjadinya emulsi.
  6. Karena alat-alat yang digunakan tidak bersih, seperti mengandung air, asam atau lemak.

Kandungan Gizi Mayonnaise

Kandungan gizi mayonaise yang terbuat dari bahan utama jus lemon, kuning telur dan minyak nabati maka dapat dipastikan jika mayonaise mengandung vitamin C, Vitamin A, kadar lemak yang tinggi, kolesterol, protein yang tinggi dan asam amino yang penting bagi tubuh. Adapun kandungan utama alam 100 gram mayonaise adalah sebagai berikut:

Zat Gizi Jumlah
Kalori (kcal) 162 kkal
Protein 12,8 gr
Lemak 20 gr
Karbohidrat 0,7 gr
Vitamin A 900 SI
Vitamin C 0,50 g
Thiamin 0,10 mg

 Syarat Mutu Mayonnaise

Mayonnaise adalah produk olahan berbentuk emulsi semi padat yang dibuat dari minyak nabati, kuning telur dan bahan makanan lain serta dengan atau tanpa penambahan bahan tambahan makanan yang diijinkan (SNI 01-4473-1998).

       Tabel Spesifikasi Persyaratan Mutu Mayonnaise :

No Jenis uji satuan Persyaratan
1 Keadaan Normal
1.1 Bau Normal
1.2 Rasa Normal
1.3 Warna Normal
1.4 Tekstur Normal
2 Air b/b % Maks 30
3 Protein b/b % Maks 0,9
4 Lemek b/b % Min 65
5 Karbohidrat b/b % Maks 4
6 Kalori Kcal/ 100 g Min 600
7 Pengawet Sesuai SNI 01-0222-1995
8 Cemaran logam
8.1 Timbale ( Pb ) mg/kg Mak I,5
8.2 Tembaga (Cu) mg/kg Maks 10,0
8.3 Seng (Zn) mg/kg Maks 10,0
8.4 Timah (Sn) mg/kg Maks 10,0
8.5 Raksa (Hg) mg/kg Maks 0,3
9 Cenaran arsen (As) mg/kg Maks 0,1
10 Cemaran mikroba
10.1 ALT Koloni/g Maks 104
10.2 Bakteri bentuk coli AMP/g Maks 10
10.3 E.coli Koloni/10 gr Negative
10.4 Salmonella Koloni/25 gr Negative

(SNI 01-4473-1998)

Mutu mayonnaise harus bersifat konstan atau tidak mengurangi kualitas baik secara fisik, organoleptik, dan kimiawinya. Dalam proses pengolahan Mayonaisse perlu diperhatikan beberapa hal seperti berikut:

A. Viskositas

Peningkatan viskositas mayonnaise sesuai dengan meningkatnya konsentrasi minyak nabati dan kuning telur ayam buras, karena permukaan molekul minyak dapat dilapisi dengan baik sehingga dapat bersatu dengan air. Selain itu, peningkatan konsentrasi minyak nabati dan kuning telur ayam buras akan meningkatkan jumlah lemak yang terdispersi dalam pembentukan sistem emulsi, sehingga akan meningkatkan viskositas mayonnaise. Winarno (1993) menjelaskan bahwa selain sebagai komponen gizi yang penting, protein dalam telur memiliki kemampuan untuk membentuk gel, buih dan emulsi.

Minyak nabati bertindak sebagai fase internal sangat mempengarui viskositas mayonnaise, sehingga pada konsentrasi yang berbeda akan memberikan perbedaan terhadap viskositas mayonnaise. Le Hsich and Regeastein (1992) menyatakan bawa jumlah fase internal yang lebih besar daripada fase eksternal dapat meningkatkan viskositas emulsi, karena partikel-partikelnya terdesak dalam sistem emulsi. Viskositas mayonnaise standar yanga da dipasaran sebesar 3346,6667 cp (Al-Bachir and Zeinou, 2006), sedangkan mayonnaise hasil percobaan yang mendekati nilai standar sebesar 2874,6667 cp.

B. Kadar Air

Kadar air mayonnaise yang dihasilkan diperoleh dari kandungan air bahan baku yang digunakan, yaitu kadar air kuning telur, cuka, dan penambahan air. Kadar air kuning telur ayam buras adalah 49,7239%. Peningkatan konsentrasi kuning telur ayam buras akan meningkatkan kadar air mayonnaise, tetapi dalam penelitian Dedes (2008), penambahan air pada setiap perlakuan berbeda sehingga peningkatan konsentrasi kuning telur ayam buras dan minyak nabati akan mengurangi penambahan air pada setiap perlakuan.

Kadar air mayonnaise standar yang ada dipasaran adalah 21,8910% (Gaonkaret al., 2010). Mayonnaise hasil penelitian Amertaningtyas (2008), yang mendekati nilai standar sebesar 22,3914% dan 20,6499%.

C. pH

Perlakuan kombinasi konsentrasi minyak nabati dan kuning telur ayam buras pada tingkat terendah sampai tertinggi tidak mempengaruhi pH mayonnaise. Menurut Ketaren (1986), minyak nabati mempunyai pH yang cenderung netral, dimana minyak nabati termasuk kedalam golongan lemak yang netral, sehingga tidak mempengaruhi pH mayonnaise.
Hasil penelitian Amertaningtyas (2008), menunjukkan bahwa ph mayonnaise berkisar antara 2,62-2,95. Hal ini berarti mayonnaise yang dihasilkan bersifat asam, karena menurut penelitian Gaonkaret al. (2010) pH mayonnaise normal adalah 3,70. Hal ini diduga karena adanya penambahan asam cuka (asam asetat) pada mayonnaise. Goldberg and Richard (1991) meyatakan bahwa asam yang ditambahkan dalam bahan pangan dapat menurunkan pH.

D. Kadar Protein

Sumber protein mayonnaise adalah kuning telur ayam buras, dimana kadar protein kuning telur ayam buras adalah 16,710% (Al-Bachir and Zeinou, 2006). Menurut Winarno (1990), protein mayonnaise adalah protein yang bermutu tinggi karena berasal dari kuning telur yang mengandung asam-asam amino esensial.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi minyak nabati dan kuning telur akan meningkatkan kadar protein mayonnaise. Menurut Hui (1992), semua lemak dan minyak atau lemak dalam makanan mengandung sejumlah lemak-fosfor. Fosfor merupakan mineral yang terdapat pada bahan makanan dengan kadar protein yang tinggi, sedangkan kedelai (sebagai bahan baku dasar minyak kedelai) termasuk bahan makanan yang mempunyai protein tinggi.

Kadar protein mayonnaise standar sebesar 1,4307% (Gaonkaret al., 2010). Mayonnaise hasil penelitian Amertaningtyas (2008), yang mendekati nilai standar sebesar 1,4333%.

E. Kadar Lemak

Peningkatan konsentrasi minyak nabati dan kuning telur ayam buras dapat meningkatkan kadar lemak mayonnaise, karena masing-masing memberikan kontribusi yang cukup tinggi. Kadar lemak kuning telur ayam buras adalah 30,092%. Sehingga kontribusi terebsar adalah dari minyak nabati. Minyak nabati adalah bahan utama dalam pembuatan mayonnaise yang merupakan lemak dalam bentuk cair, sehingga peningkatan konsentrasi minyak akan meningkatkan kadar lemak.

Kadar lemak mayonnaise standar yang ada dipasaran adalah 80,7253% Gaonkaret al., 2010). Mayonnaise hasil percobaan Amertaningtyas (2008) yang mendekati nilai standar sebesar 79,3933%.

Penyimpanan Mayonaise        

Penyimpanan terbaik mayonaise adalah pada kondisi dingin. Suhu pendingin    0-15 derajat celsius. penyimpanan dengan suhu tersebut akan memperpanjang umur simpan produk hingga 6-8 bulan. Untuk menjaga kualitas produk guna menjaga keamanan pangan dianjurkan pada saat distribusi dilakukan menggunakan mobil pendingin. Penanganan yang tidak sesuai menyebabkan kerusakan produk. 

Bahaya Mayonnaise

Hati-hatilah dalam mengkonsumsi mayonaise. Karena selain kandung lemak yang cukup tinggi, mayonaise juga mengandung kolesterol dalam jumlah yang lumayan banyak dibandingkan bahan makanan lain. Kandungan kolesterol di dalam 100 gram mayonaise adalah sekitar 424 mg. Padahal anjuran untuk mengkonsumsi kolesterol kurang dari 300 mg perhari. Jadi, mengkonsumsi mayonaise sebaiknya tidak terlalu banyak. (bird .T, 1987)

Namun sekarang terdapat alternatif dengan menggunakan bahan pengganti peranan lemak dengan jumlah tertentu untuk mengurangi kadar lemak dan menghasilkan mayonnaise dengan tekstur yang mendekati tekstur mayonnaise tradisional. Beberapa pengganti lemak yang banyak digunakan di antaranya pati termodifikasi, inulin, pektin, xanthan gum, gum arab, dan karagenan dapat menstabilkan emulsi dan meningkatkan viskositas mayonnaise(Liu, dkk., 2007). Dudina, dkk (1992) menyatakan bahwa kandungan lemak yang terdapat pada mayonnaise rendah kalori adalah berkisar 30-40%.

PRINSIP KRISTALISASI PADA PRODUK PANGAN

PRINSIP KRISTALISASI PADA PRODUK PANGAN

Created by Widiantoko, R. K.

Pengertian kristalisasi

Salah satu unsur pembentuk struktur dalam bahan atau produk pangan adalah kristal. Berbagai produk pangan seperti permen dan cokelat mengandung struktur dalam bentuk kristal. Adanya kristal mempengaruhi mutu, tekstur dan daya simpan produk pangan.

Kristalisasi merupakan istilah yang menunjukkan beberapa fenomena yang berbeda berkaitan dengan pembentukan struktur kristal. Empat tahap pada proses kristalisasi meliputi pembentukan kondisi lewat jenuh atau lewat dingin, nukleasi atau pembentukan kristal inti kristal, pertumbuhan kristal, dan rekristalisasi atau pengaturan kembali struktur kristalin sampai mencapai energi terendah.

Kristalisasi menunjukkan sejumlah fenomena yang berkaitan dengan pembentukan struktur matriks kristal. Prinsip pembentukan kristal adalah sebagai berikut:

1. Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam.

2. Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt) seperti air dan lemak.

Untuk membentuk kristal, fase cairan (liquid) harus melewati kondisi lewat dingin (untuk lelehan). Kondisi tersebut dapat tercapai melalui pendinginan dibawah titik leleh suatu komponen (misalnya air) atau melalui penambahan sehingga dicapai kondisi lewat jenuh (misalnya garam dan gula) pada kondisi tidak seimbang ini, molekul-molekul pada cairan yang mengatur diri dan membentuk struktur matriks kristal. Kondisi lewat jenuh atau lewat dingin pada produk pangan diatur melalui proses formulasi atau kondisi lapangan.

Prinsip dasar kristalisasi

Prinsip pembentukan kristal adalah :

-Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam

-Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt) seperti air atau lemak.

Pemisahan dengan teknik kristalisasi didasari atas pelepasan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah campuran homogen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat terlarutnya. Kristal dapat terbentuk karena suatu larutan dalam keadaan atau kondisi lewat jenuh (supersaturated) yaitu kondisi dimana pelarut sudah tidak mampu melarutkan zat terlarutnya, atau jumlah zat terlarut sudah melebihi kapasitas pelarut. Ketika kristal terbentuk, molekul-molekul suatu senyawa saling mengatur diri membentuk pola yg teratur dalam suatu matriks tertentu.

Komponen  pangan  yang  dapat mengalami  kristalisasi antara lain:

  • Lemak
  • Gula: laktosa, fruktosa, sukrosa
  • Garam
  • Pengemulsi berbasis lemak seperti lesitin
  • Air
  • Pati
  • Asam amino/protein

Untuk membentuk kristal, fase cairan (liquid) harus melewati kondisi kesetimbangan dan menjadi lewat jenuh (untuk larutan) atau kondisi lewat dingin (untuk lelehan). Kondisi tersebut dapat tercapai melalui pendinginan di bawah titik leleh suatu komponen (misalnya air) atau melalui penambahan sehingga dicapai kondisi lewat jenuh (misalnya garam dan gula) .

This image has an empty alt attribute; its file name is image-7.png

Ketika suatu cairan atau larutan telah jenuh, terdapat termodinamika yang mendorong kristalisasi. Molekul-molekul cenderung membentuk kristal karena pada bentuk kristal, energi sistem mencapai minimum. Selama nukleasi atau pembentukan inti kristal, molekul dalam wujud cair mengatur diri kembali dan membentuk klaster yg stabil dan mengorganisasikan diri membentuk matriks kristal.

Pertumbuhan kristal berlanjut sampai semua molekul membentuk kristal dan sistem mencapai kesetimbangan. Ketika kesetimbangan telah tercapai, perubahan masih tetap dapat terjadi pada struktur kristalin selama penyimpanan dalam waktu lama. Hal ini sering terjadi pada produk pangan karena suhu dan kelembaban relatif lingkungan produk pangan dapat berubah-ubah selama transportasi, distribusi, dan penyimpanan

Pemanfaatan kristalisasi

Pengendalian proses kristalisasi dalam produk pangan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kualitas produk pangan tersebut. Fungsi kristalisasi:

Pemisahan

Mengaturteksturproduk

Pengawetan

Pengendalian kristalisasi berkaitan dengan umur simpan produk pangan.

Komponen bahan pangan yg berperan membentuk kristal adalah air, gula, alkohol, lemak, dan pati. Elemen pembentuk struktur dalam produk pangan seperti sel udara kristal, dan globula lemak berperan penting dalam menentukan umur simpan produk pangan. Elemen struktural juga menentukan sifat reologi (seperti kekerasan, kekakuan, kerenyahan) dan berkontribusi terhadap sifat organoleptik (seperti kecepatan leleh, efek pendinginan).

Struktur komponen bahan pangan (seperti air, globula lemak, kristal, dll) berperan terhadap sifat dan mutu pangan, berperan terhadap sifat sensoris (misal: kecepatan leleh, efek pendinginan, dll). Misalnya struktur kristal lemak dalam coklat berperan terhadap daya patah dan titik leleh. Pembentukan kristal lemak (fat bloom) pada coklat menurunkan mutu.

This image has an empty alt attribute; its file name is image-8.png
Skema hubungan struktur kristal dengan kondisi pengolahan dan komposisi serta kualitas produk pangan
This image has an empty alt attribute; its file name is image-10.png
Jenis produk yang mengalami penurunan mutu akibat kristalisasi
Pengendalian yang dilakukan untuk pencegahan kristalisasi

Tahapan kristalisasi

žKristal terbentuk dari larutan lewat jenuh (supersaturated) melalui 2 langkah, yaitu :

1.  nukleasi,  pembentukan inti kristal.

2.  pertumbuhan  kristal. žJika semula larutan tidak berisi padatan, pembentukan inti terjadi sebelum kristal tumbuh. žInti-inti baru secara kontinyu terbentuk, sementara inti-inti yang sudah ada tumbuh menjadi kristal. žDriving force kedua langkah di atas adalah supersaturasi, artinya kedua langkah tersebut tidak dapat terjadi pada larutan jenuh atau undersaturated

Mekanisme nukleasi pada sistem padat-cair dibagi dalam 2 kategori, yaitu:

1.  primary nucleation. žNukleasi  akibat  penggabungan  molekul-molekul  solut  membentuk clusters yang kemudian tumbuh menjadi kristal. žDalam  larutan  supersaturasi,  terjadi  penambahan  solut  sehingga mendifusi ke clusters dan tumbuh menjadi lebih stabil. žUkuran kristal besar, maka solubility kecil, sebaliknya  ukuran kristal  kecil maka solubility besar.  Oleh karenanya, jika ada kristal yang berukuran lebih besar maka kristal akan tumbuh, sedangkan kristal kecil akan  terlarut lagi. žTeori yang menjelaskan hal ini adalah teori MIERS.

2.  Secondary nucleation (contact nucleation) žNukleasi  terjadi  jika  kristal  bertabrakan  dengan  bahan  lain,  pengaduk, dinding/pipa tangki. žNukleasi dapat dipercepat dengan adanya bibit kristal, energi aktivasinya lebih kecil dari pada primary nucleation. žSeeding : menambah bibit kristal (berukuran kecil) pada awal sintesa.

Selama kristalisasi dapat terjadi pembentukan inti dari larutan atau cairan inti dapat ditambahkan dari luar untuk mempercepat kristalisasi seperti pada pembuatan gula pasir. Pembentukan inti kristal (nukleasi) terbagi 3 tahap, yaitu :

a. Pembentukan inti kristal tipe homogen .

Molekul dalam larutan terbentuk secara bersamaan, baik berupa moleul tunggal maupun berupa uint molekul yg berikatan sebagai suatu gugus. Gugus tersebut kemudian terbentuk terus menerus dalam larutan lewat jenuh atau lewat dingin. Pembentukan inti kristal tipe ini berlangsung tanpa bantuan senyawa asing di dalam larutan.

b. Pembentukan inti kristal tipe heterogen .

Inti kristal tipe heterogen terdiri dari beberapa senyawa yg berbeda. Pembentukan inti kristal heterogen berlangsung sebelum pembentukan inti kristal homogen. Adanya zat asing, seperti zat pengotor, mampu mempercepat pembentukan inti kristal

c. Pembentukan inti kristal tipe sekunder .

Terjadi ketika kristalit berukuran kecil dipindahkan dari permukaan kristal yg telah terbentuk dan berperan sebagai inti kristal yg baru. Mekanisme yg dilakukan melalui kontak antara satu kristal dengan kristal lainnya melalui pengadukan dalam tangki agitasi.

Beberapa parameter yg mempengaruhi terbentuknya inti kristal antara lain:

a. Kondisi lewat dingin larutan .

Semakin dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk) akan semakin pendek.

b. Suhu.

Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat.

c. Sumber inti kristal

Inti yg terbentuk pada pembentukan tipe heterogen memiliki kecendrungan mempercepat kristalisasi

c. Viskositas

Ketika viskositas meningkat akibat menurunnya suhu dan meningkatnya konsentrasi larutan, proses pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini disebabkan berkurangnya pergerakan molekul pembentuk inti kristal dan terhambatnya pindah panas sebagai energi pembetukkan inti kristal.

d. Kecepatan Pendinginan

Pendingingan yg cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan pendinginan lambat

e. Kecepatan agitasi

Proses agitasi mampu meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Agitasi menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan lebih efisien.

f. Bahan tambahan dan pengotor

Bahan-bahan tambahan dapat berperan untuk membantu atau menghambat pembentukan inti kristal

g. Densitas massa kristal

Jumlah kristal yg terdapat dalam satu unit volume yg terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.

Untuk didapatkan fungsi kristalisasi yang diinginkan maka diperlukan pengontrolan beberapa faktor yakni :

 Formulasi bahan baku

Pengaturan kondisi pengolahan untuk meningkatkan atau mencegah kristalisasi, misal temperingpada pembuatan coklat, margarin, mentega

Kondisi penyimpanan yang tepat

Dalam industri kristalisasi, beberapa hal yang perlu diketahui yakni žrendemen, žkemurnian, žbentuk dan ukuran ( tergantung data keseimbangan fase padat – cair) dan žkeseragaman ukuran (ada distribusi ukuran produk kristaliser).

Proses kristalisasi garam

Garam adalah mineral yang terdiri atas Natrium (Na) dan Khlor (Cl) yang mengkristal dan bersenyawa menjadi Natrium Khlorida (NaCl). Salah satu cara pemisahan campuran yang berupa larutan adalah penguapan (kristalisasi).Kristalisasi adalah cara memisahkan zat terlarut dari pelarutnya menggunakan pemanasan atau penyerapan kalor. Itulah sebabnya petani garam tradisional memanfaatkan panasmatahari langsung untuk mengubah air laut menjadi garam.

Pemisahan dengan teknik kristalisasi didasari atas pelepasan pelarut dari zatterlarutnya dalam sebuah campuran homogeen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat  terlarutnya. Kristal dapat terbentuk karena suatu larutan dalam keadaan atau kondisi lewat  jenuh  (supersaturated)  yaitu  kondisi  dimana pelarut sudah tidak mampu melarutkan zatterlarutnya, atau jumlah zat terlarut sudah melebihi kapasitas pelarut. Prosess pengurangan pelarut dapat dilakukan dengan empat cara yaitu,  penguapan,  pendinginan, penambahan senyawa lain dan reaksi kimia. Untuk petani garam tradisional menggunakan cara penguapan menggunakan bantuan sinar matahari langsung.

Air laut dialirkan kedalam tambak dan selanjutnya ditutup. Air laut yang ada dalam tambak dibiarkan terkena sinar matahari secara langsung sehingga mengalami proses penguapan. Setelah beberapa hari (tergantung panas cahaya matahari) jumlah air berkurang dan mengering bersamaan dengan itu pula kristal garam terbentuk. Kristal-kristal garam yang telah terbentuk kemudian dikumpulkan untuk diproses lebih lanjut sehingga menghasilkan kristal garam yang bersih dan terbebas dari kotoran.

Proses kristalisasi margarin

Lemak yang cenderung mengkristal dalam berbagai bentuk memiliki titik leleh yang berbeda. Masing-masing bentuk kristal dengan titik leleh masing-masing disebut polimorf dan fenomena ini disebut polimorfisme (Timms 1984, 1985).

Trigliserida memperlihatkan, dengan beberapa pengecualian, tiga bentuk kristal dasar yaitu  alpha (α), beta prima (β’), dan beta (β). Secara umum, transformasi berlangsung pada urutan: αà β’à β. Transformasi tersebut tidak dapat diubah kecuali dengan pencairan dan kristalisasi ulang. Ada kemungkinan bahwa transformasi dari satu bentuk polimorfik ke bentuk lain terjadi  dalam keadaan padat tanpa mencair. Transformasi ini hanya akan berlangsung dengan segera dari bentuk yang lebih stabil mencari bentuk kristal yang paling kompak dan kemungkinan keadaan energi termodinamika yang terendah (Sato 1988).Polimorf yang berbeda dapat tumbuh bersamaan di dalam lemak. Bentuk-bentuk yang berbeda ini menunjukkan titik lelehtergantung pada pendingin dan sejarah pemanasan lemak. Dikarenakan-yang disebut ingatan kristal, struktur kristal diawetkan meski lemaknya dilelehkan. Struktur ini akan mempengaruhi kristalisasi secara langsung, terutama ketika tingkat pendinginan yang tinggi (Larsson dan Friberg1990). Perubahan polimorfik dalam margarin dapat menyebabkan struktur berbutir (Merker dan Wiedermann 1958; Timms 1984; Johansson dan Bergensta ° hl 1985).

Ketika pendinginan lelehan, kristal α umumnya terbentuk, tetapi bentuk ini tidak pernah stabil dalam trigliserida dan transformasi untuk β’ nyata terjadi. Dalam kebanyakan kasus, kristal β’secara relative perlahan-lahan berubah menjadi bentuk β stabil. Waktu transformasi dari satu bentuk Kristal ke bentuk yang lain tergantung pada komposisi trigliserida dan kehadiran digliserida dalam campuran lemak (Ong dan lain-lain 1995). Namun, beberapa lemak memiliki kedua bentuk β’ dan β, yang lain hanya dalam bentuk β’ stabil tanpa transisi lanjut atau bentuk β stabil.

Pembentukan kristalisasi cokelat

Cokelat dapat mengalami proses perubahan wujud dari cair menjadi padat. Proses tersebut dikenal dengan kristalisasi atau proses pembentukan kristal (Harnaz, 2008). Fenomena kimia penting ini terjadi pada tahap tempering dalam proses pembuatan cokelat. Cokelat memiliki 6 jenis kristal, dari kristal tipe I sampai tipe VI. Masing-masing memiliki karakter rasa yang berbeda.

Tempering adalah perlakuan yang berkaitan dengan pengaturan suhu. Melalui proses tempering akan dihasilkan produk cokelat yang glossy dan brittle. Disamping itu, produk tanpa proses tempering akan menyebabkan cokelat mengalami blooming (Faridah, 2008)

Blooming terjadi apabila kristal lemak yang stabil berubah menjadi kristal tidak stabil. Perubahan ini mengakibatkan adanya ruang kosong antara kristal lemak sehingga terbentuk pipa kapiler, hal ini menyebabkan penampakan kusam pada permukaan coklat akibat pemendaran sinar. Rasa yang dihasilkan tidak berubah, namun teksturnya kasar dan penampakannya tidak lagi menarik karena ada pemisahan lemak dengan komponen lainya dalam cokelat.

Tempering bertujuan untuk membentuk salah satu jenis kristal tertentu yang terdapat pada lemak cokelat. Menurut Alex (2003), cara yang paling umum adalah pertama-tama memanaskan cokelat sampai bersuhu lebih dari 450C untuk melelehkan keenam jenis kristal. Melalui proses  thermal  ini, struktur cokelat akan leleh. Pendinginan cepat menjadi suhu 26-270C akan menyebabkan pembentukan polimorf stabil dan tidak stabil menjadi kristal. Suhu dipertahankan pada titik ini untuk meratakan pembentukan kristal secara menyeluruh pada campuran pasta dan untuk pembentukan kristal secara lengkap. Selanjutnya suhu dinaikkan kembali menjadi 30-320C untuk melelehkan semua kristal yang tidak stabil yaitu kristal I, II, III, IV, dan menyisakan kristal tipe V dan VI yang dikenal dengan kristal beta.

Diagram pengaturan suhu pada tempering

Tempering akan membentuk kristal cokelat yang lebih stabil. Ketika melakukan proses tempering, cokelat dipertahankan agar dalam keadaan kering oleh karena itu dibutuhkan proses conching sebelum dilakukan tempering.

Cokelat memiliki dua sifat utama yang perlu diperhatikan yaitu flavor dan tekstur. Cokelat mempunyai cita rasa yang khas, teksturnya berbentuk padat pada suhu kamar, cepat meleleh di mulut, menjadi cair dan terasa lembut di lidah. Karakteristik produk cokelat ini dipengaruhi oleh karakteristik kristal lemak cokelat yang terbentuk.

Karakteristik Sensoris Kristal Cokelat:

KristalSuhu LelehEfek Rasa
17 °C (63 °F) Lunak, mudah hancur, terlalu mudah lumer 
II 21 °C (70 °F) Lunak, mudah hancur, terlalu mudah lumer
III 26 °C (78 °F) Padat, patah kurang sempurna, terlalu mudah lumer 
IV 28 °C (82 °F) Padat, patah kurang sempurna, terlalu mudah lumer 
34 °C (94 °F) Mengkilap, padat, renyah, leleh pada suhu tubuh (37 °C). 
VI 36 °C (97 °F) Keras, sulit menjadi padat

Pembentukan kristalisasi permen

Campuran keseluruhan bahan permen berkristal didinginkan setelah mencapai suhu pemasakan akhir yang optimal. Caranya adalah dengan dituangkan ke atas permukaan halus, keras dan dingin, misalnya lempengan marmer, sehingga akan cepat dingin tanpa membentuk kristal yang prematur dan besar. Pada waktu menjadi dingin larutan bersifat lewat jenuh. Larutan yang lewat jenuh bersifat labil (labil) karena mengandung zat terlarut yang lebih banyak dibandingkan yang biasanya dapat dilarutkan pada suhu tersebut. Larutan labil tersebut akan segera membentuk kristal jika terganggu atau terkena sesuatu yang dapat berperan sebagai inti kristal, misalnya jika menambahkan gula, memasukkan termometer, bahkan jika kemasukan debu dan adanya permukaan yang kasar. Jadi selama pendinginan sebaiknya dibiarkan tanpa gangguan.

Secara normal kristalisasi yang dikehendaki dilakukan dengan pengadukan atau agitasi. Pendinginan sampai suhu 40oC memungkinkan pembentukan larutan lewat jenuh tetapi masih dapat diaduk. Larutan lewat jenuh mempunyai banyak inti kristal, sehingga jumlah molekul gula yang membentuk sebuah partikel kristal sangat sedikit. Jadi, kristal yang terbentuk berukuran kecil dan banyak.

Tahap akhir dalam pembuatan permen berkristal adalah membentuk kristal sebanyak mungkin dari larutan lewat jenuh. Adanya banyak inti kristal yang terbentuk selama penjenuhan larutan sangat menguntungkan karena memungkinkan banyak kristal terbentuk secara simultan. Pengadukan yang cepatakan mendorong pembentukan banyak inti kristal dan membentuk kristal yangberukuran kecil. Pada saat pembentukan kristal bahan permen kehilangan penampakan mengkilapnya (sifat kilapnya) dan berubah menjadi agak suram dan berwarna lebih muda. Juga menjadi agak lebih lunak pada saat suhu kristalisasi diturunkan (panas yang diberikan dihentikan). Pengadukan harus terus dilakukan sampai permen menjadi dingin dan kristalisasi telah terbentuk sempurna, yang ditandai dengan perubahan penampakan akibat pembentukan kristal. Selama tahap ini larutan super jenuh menjadi jenuh kembali.

Kristal sukrosa dalam permen berkristal seperti fondant dan fudge terlarut dalam sirup gula pekat atau larutan sukrosa jenuh. Jika fondant dibiarkan selama12–24 jam, akan berubah menjadi agak basah dan dapat diiris atau dipotong-potong lebih mudah daripada pada waktu baru selesai dibuat. Perubahan inidisebut pematangan (ripening). Selama pematangan juga terjadi pelarutan kristalyang berukuran relatif besar.

Pembentukan kristalisasi gula

Salah satu langkah dalam proses pembuatan gula adalah kristalisasi. Proses kristalisasii merupakan salah satu pekerjaan proses agar mendapatkan bahan murni yang berupa gula kristal yang berwarna putih, berbentuk padat, sehingga gula dapat terpisah dari larutan induknya dalam bentuk kristal. Sebagai hasil dari proses kristalisasi tersebut dihasilkan suatu magma yang terdiri atas larutan induk dan kristal gula. Campuran dari larutan induk dan kristal tersebut biasanya disebut masakan atau dalam bahasa Perancis disebut “massecuite”, yang berarti massa, dan cuite berarti diproses atau dimasak.

Proses kristalisasi terjadi di dalam suatu pan masak, yang proses kerjanya dilakukan pada suasana atau kondisi vakum (hampa udara). Disamping itu, proses kristalisasi dilakukan secara single efek (badan tunggal), jadi berbeda dengan kegiatan dalam pan penguapan yang dilakukan secara multiple effect (badan rangkap, > 1 badan). Proses kristalisasi dilakukan pada kondisi vakum untuk mencegah kerusakan dari nira.i

Dalam proses pembuatan gula, yang dimulai dari pemerahan tebu menghasilkan nira mentah, kemudian dengan pemurnian untuk menghilangkan kotoran dan penguapan untuk menguapkan air maka akan diperoleh nira kental. Nira kental ini adalah bahan baku utama dalam proses kristalisasi. Dari rangkaian proses sebelumnya nira masih mengandung kotoran dan kadar air. Di proses kristalisasi ini kadar kotoran dan air yang ada dalam nira akan dihilangkan. Di nira kental masih terkandung kotoran sebesar 15 – 20 % zat terlarut, sedangkan kadar airnya 35 – 40 % (memiliki brix 60 – 65). Nira kental sebagian besar mempunyai brix sebesar 60 – 65 % dengan tujuan supaya larutan tersebut mendekati konsentrasi jenuhnya.

Berbagai faktor yang dipandang dapat mempengaruhi proses pemasakan atau proses kristalisasi, a.l. suhu, vakum, proses penguapan sebelumya, kerataan kristal, kadungan kotoran dalam larutan, viskositas larutan dan pencampuran atau sirkulasi larutan.

Langkah-langkah proses kristalisasi gula adalah sebagai berikut :

a. Menarik larutan dan pemekatan

Bahan dasar yang akan dikristalkan dipanaskan sampai mendekati suhu masak, selanjutnya pemekatan dimulai. Dengan demikian koefisien kejenuhannya berangsur-angsur meningkat. Pada keadaan lewat jenuh akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. Proses kristalisasi dijaga pada suhu rendah karena molekul sukrosa akan mudah rusak pada suhu tinggi, oleh karena itu digunakan vakum. Pemekatan tidak boleh melewati daerah metastabil, karena akan terjadi inti baru berupa kristal-kristal halus.

b. Membuat bibitan

v Pembuatan bibit dengan cara serentak (spontan)

– Larutan diuapkan sampai berada pada daerah goyah (A)

– Bila akan mulai memasak larutan dialihkan ke daerah metastabil dengan menaikkan suhu. (B)

– Apabila kristal yang terbentuk kurang maka larutan diarahkan ke daerah goyah lagi (C)

– Bila inti kristal telah cukup maka ditarik bahan masak lagi, kemudian menurunkan vakum agar kembali ke daearah metastabil. (D)

v Pembuatan bibit dengan cara kejutan (shock seeding)

– Larutan gula dikentalkan sampai daerah intermediate kemudian dimasukkan gula halus.

– Bila kristal telah terbentuk dan terlihat besar kristal merata maka dikembalikan lagi ke daerah metastabil.

v Pembuatan bibit dengan cara pemberian inti penuh (full seeding)

Pada cara ini dengan menggunakan bibit (seeding) yang sudah jadi dan dimasukkan pada daearah metastabil. Untuk bahan bibitan sistem ini bisa menggunakan fondan atau FCS (Fine Crystal Seed).

b. Membesarkan Inti Kristal.

Pada langkah pembesaran kristal diusahakan untuk menempelkan sebanyak mungkin molekul sukrosa pada kristal yang telah jadi dalam waktu yang singkat.

c. Merapatkan Inti Kristal

Apabila pembesaran dirasa telah cukup dengan kristal yang kuat, maka selanjutnya adalah merapatkan inti kristal. Tujuannya adalah supaya jarak antara kristal yang satu dengan yang lain berdekatan sehingga kecepatan kristalisasi tidak berkurang.

d. Menurunkan masakan

Masakan yang sudah tua akan diturunkan kedalam palung pendingin. Fungsi palung pendingin adalah untuk mendinginkan masakan dan juga untuk kristalisasi lanjut. Pada dasarnya masakan boleh diakhiri dan diturunkan kedalampalung pendingin apabila :

– Brix masakan sudah tinggi, artinya masakan sudah tua. Dan perlu dimengerti bahwa tuanya masakan bukan hanya karena hampir habis airnya, tetapi masakan harus banyak mengandung pasir. Jika tidak banyak pasirnya maka sewaktu masakan tadi berada di dalam palung pendingin (trog), kemungkinan sangat besar akan rusak atau menjadi kotor. Akibatnya masakan lalu sukar diputar. Jika masakan sukar diputar, biasanya terpaksa diencerkan atau di cuci, sehingga strop yang diperoleh banyak, sedang gula pasirnya menjadi berkurang.

– Karena itu masakan sewaktu turun harus dalam keadaan tua karena banyak mengandung pasir keras. Tanda-tandanya adalah masakan harus poro, tidak terasa ngayiyat (tidak seperti berlendir tidak licin), kalau ditekan dengan jari terasa pasir. Untuk masakan D kecuali tanda-tanda tersebut, kalau dilemparkan ( ke dinding pan misalnya), tidak mudah menjadi gepeng dan keras.

PRINSIP DASAR PASTEURISASI

PRINSIP DASAR PASTEURISASI

Created By : Widiantoko, R. K.

Susu pasteurisasi adalah susu yang diolah melalui proses pemanasan dengan tujuan mencegah kerusakan susu akibat aktivitas mikroorganisme perusak (patogen), pembusuk serta inaktivasi enzim dengan tetap menjaga kualitas nutrisi susu. Pasteurisasi adalah proses sterilisasi bahan baku yang tidak tahan panas seperti susu untuk meminimumkan perubahan kimiawi, fisik, dan organoleptik produk . Pasteurisasi tidak mematikan semua mikroorganisme tetapi hanya mematikan kuman yang patogen dan sel vegetatif tapi tidak mampu mematikan/inaktivasi spora. Pasteurisasi juga tidak mematikan semua mikroorganisme (sterilisasi), karena mikrobia termodurik tetap dapat bertahan dan bakteri pembentuk spora tetap aktif

Pasteurisasi menghasilkan produk dengan daya tahan yang pendek atau memerlukan pengawetan tambahan lain (teknologi Hurdle atau rintangan). Karena proses pasteurisasi tidak mematikan bakteri pembentuk spora maka produk harus diberi perlakuan lain yang dapat meminimalkan pertumbuhan mikroba seperti penambahan pengawet, pendinginan, MAP, penurunan pH dan pengaturan Aw.

Proses pasteurisasi dilakukan dengan memanaskan susu pada suhu 62 oC selama 30 menit atau suhu 72 oC selama 15 detik. Pasteurisasi tidak dapat mematikan bakteri non patogen, terutama bakteri pembusuk. Susu pasteurisasi bukan merupakan susu awet. Penyimpanan susu pasteurisasi dilanjutkan dengan metode pendinginan. Metode pendinginan pada suhu maksimal 10 oC memperpanjang daya simpan susu pasteurisasi. Mikroba pembusuk tidak dapat tumbuh dan berkembang pada suhu 3-10 oC (Setya, 2012).

Pasteurisasi adalah salah satu proses terpenting dalam penanganan susu. Proses pasteurisasi perlu dilakukan dengan benar sehingga membuat susu memiliki umur simpan yang lebih lama. Suhu dan waktu pasteurisasi adalah faktor penting yang harus diukur dalam menentukan kualitas dan kondisi umur simpan susu segar. Pasteurisasi bisa dilakukan dengan dua metode yaitu metode batch dan metode continue. Metode batch digunakan untuk pasteurisasi skala kecil. Tipe pasteurisasi yang digunakan pada metode batch adalah tipe pasteurisasi LTLT (Low Temperature Long Time). Metode continue digunakan untuk pasteurisasi skala menengah sampai besar. Tipe pasteurisasi yang digunakan adalah tipe HTST (High Temperature Short Time), HHST (Higher Heat Short Time), dan UHT (Ultra High Temperature). Untuk waktu dan temperature proses yang digunakan pada tiap tipe pasteurisasi dapat dilihat pada tabel 2.1. Pada pengaplikasiannya di industri, metode pasteurisasi yang umum dipakai adalah metode kontinyu. Metode ini dipilih karena dapat menghasilkan volume susu pasteurisasi yang lebih banyak dengan waktu proses yang lebih singkat, pemakaian listrik yang lebih rendah, dan kerusakan protein yang lebih sedikit karena waktu pemanasan yang lebih singkat. Metode Pasteurisasi yang umum digunakan adalah sebagai berikut (Setya, 2012):

1. Pasteurisasi dengan suhu tinggi dan waktu singkat (High Temperature Short Time/HTST), yaitu proses pemanasan susu selama 15–16 detik pada suhu 71,7–75 oC dengan alat Plate Heat Exchanger.

2. Pasteurisasi dengan suhu rendah dan waktu lama (Low Temperature Long Time/LTLT) yaitu proses pemanasan susu pada suhu 61 oC selama 30 menit.

3. Pasteurisasi dengan suhu sangat tinggi (Ultra High Temperature/UHT) yaitu memanaskan susu pada suhu 131 oC selama 0,5 detik. Pemanasan dilakukan dengan tekanan tinggi untuk menghasilkan perputaran dan mencegah terjadinya pembakaran susu pada alat pemanas.

Tjahjadi dan Marta (2011) menyatakan bahwa tujuan pengolahan susu pasteuriasi adalah sebagai berikut:

1. Membunuh semua bakteri patogen (penyebab penyakit) yang umumnya dijumpai pada bahan pangan, yaitu bakteri – bakteri patogen yang berbahaya ditinjau dari kesehatan masyarakat

This image has an empty alt attribute; its file name is image-1.png

2. Memperpanjang daya tahan simpan bahan pangan dengan jalan mematikan bakteri pembusuk dan menonaktifkan enzim pada bahan pangan yang asam (pH <4,5).

Proses pasteurisasi dapat menghancurkan 90–99% bakteri yang ada di dalam susu. Pasteurisasi dapat merusak vitamin C dan kemungkinan menjadikan laktosa kasein dan unsur lemak pada susu menjadi kecil. Efek yang ditimbulkan dari proses pasteurisasi adalah dapat mempertahankan nilai nutrisi dan karakteristik sensori bahan pangan hasil pasteurisasi (Setya, 2012).

Pasteurisasi hanya dapat mempertahankan umur simpan bahan pangan untuk beberapa hari saja, dapat menyebabkan terjadinya perubahan warna, aroma dan flavor yang mengakibatkan degradasi vitamin bahan. Pasteurisasi susu dengan suhu tinggi dapat menambah daya simpan susu segar selama 1 sampai 2 minggu (Setya, 2012).

Alat Penukar Panas Pasteurisasi

Susu Alat Penukar Panas (Heat Exchanger) menjadi alat yang paling esensial dalam proses pasteurisasi karena kebutuhan panas yang digunakan untuk pasteurisasi dihasilkan oleh alat penukar panas. Jenis alat penukar panas yang biasa digunakan dalam proses pasteurisasi adalah jenis PHE dan jenis THE.

Pemakaian alat penukar panas pada proses pasteurisasi, baik Plate Heat Exchanger (PHE), maupun Tubular Heat Exchanger (THE) memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Kelebihan dan kekurangan dari penggunaan Plate Heat Exchanger dan Tubular Heat Exchanger. Alat penukar panas jenis Plate Heat Exchanger (PHE) merupakan alat penukar panas yang paling efektif dan efisien untuk proses pasteurisasi karena memiliki luas permukaan panas yang lebih tinggi dibandingkan Tubular Heat Exchanger (THE). Hal itu juga mengakibatkan efisiensi panas yang dihasilkan oleh alat penukar panas PHE lebih dari 85%. Namun apabila dilihat dari segi investasi yang diperlukan dan skala penggunaan alat tersebut, yaitu laboratorium maka alat jenis THE lebih memiliki keunggulan dibandingkan PHE .

a). Plate Heat Exchanger (PHE)

Terdapat 3 komponen yang menyusun PHE, yaitu :

a). Lembar baja tahan karat beralur (plate)

Alat penukar panas ini terdiri dari lembar (plate) baja tahan karat (stainless steel) yang telah dicetak dengan mesin press berdaya tinggi yang membentuk alur-alur dengan motif tertentu yang dimaksudkan untuk memperbesar luas permukaan lembar baja dan terjadinya turbulensi aliran cairan. Lembar-lembar baja ini disusun dengan jumlah tertentu sesuai kebutuhan dalam suatu kerangka (frame)

b). Rangka penyusun (frame)

Suatu rangka (frame) yang menjepit seluruh susunan lembar baja. Agar setiap pasangan lembar terdapat celah yang dapat dialiri cairan maka disekeliling lembar terdapat parit guna meletakkan pita karet (gasket)

c). Pita karet (gasket)

Pita karet (gasket) terbuat dari bahan yang tahan panas/dingin, tahan karat dan non toksis (food grade). Susunan PHE tersebut dapat terdiri dari beberapa bagian (section), misalnya heating, cooling, regeneration, dll.

Pada alat plate Heat Exchanger terdiri dari 4 bagian yaitu:

  • Cooling section
  • Holding Section
  • Regenerative section (Regenerasi)

Panas yang digunakan kembali dikenal dengan “panas regenerasi”pada produk dingin yang masuk dan secara tidak langsung dipanaskan oleh panas produk yang akan keluar. Dalam hal ini produk yang masuk memerlukan sedikit panas untuk meningkatkan temperaturnya dan produk yang akan keluar memerlukan pendingin untuk menurunkan temperaturnya. Regenerasi penting dalam pasteurissasi karena energi yang digerakkan sekaligus digunakan untuk pendiginan dan pemanasan.

Regenerative effect didefinisikan sebagai persentase dari jumlah panas yang diregenerasikan.





  • Bagian Pemanasan / Heating Section

Pemanasan yang berlangsung di dalam alat PHE ini bisa diperoleh dari berbagai sumber panas antara lain:

  1. Steam heating : jarang dilakukan karena perbedaan temperatur antara uap dengan susu cukup besar sehingga menyebabkan adanya deposit susu pada plat. Ini berarti operasional PHE ini lebih singkat sebelum dibersihkan dan jarang kurang efisien dalam pemindahan panas melalui plat-plat, tetapi metode ini paling ekonomis dalam penggunaan uap panas.
  2. Water heating: pemanasan menggunakan air yang dipanaskan lebih baik, karena perbedaan temperatur antara susu dengan air lebih sedikit sehingga cukup ideal. Setelah melalui regeneration section temperatur susu yang masuk misalnya 54 C. Susu kemudian dipanaskan 72 C yang berarti panas diperlukan dari 54 C sampai 72 C sebanyak 18 C. Jumlah air yang disirkulasikan biasanya 3 x lipat dari susu, berarti air panas yang akan didinginkan sebanyak 6 C (18 C / 3x). Temperatur daari air panas yang masuk 3 C lebih panas dibanding suhu pasteurisasi. Hal ini berarti : Air panas yang didinginkan dari 75 C sampai 69 C = 6 C. Susu yang dipanaskan dari 54 C sampai 72 C = 18 C. Kelemahan dari water heating adalah pemakaian uap panas dan sumber listrik lebih banyak dibandingkan yang digunakan pada heating section.
  3. Vacuum steam heating system : Cara ini menjaga temperatur uap sedikit diatas temperatur produk yang didinginkan. Metode ini lebih ekonomis karena perbedaan temperatur dengan steam heating cukup rendah.

Pada prinsipnya semua plat di dalam PHE sama, putaran dari setiap 180 derajat diantara plat-plat disebut plat kiri dan plat kanan. Ketebalan plat antara 0.8-1.25 mm sesuai dengan keperluan. Plat tersebut dalam operasinya dibawah tekanan yang tinggi sehingga bentuknya zig-zag bergelombang. Plat-plat memiliki lubang di-empat sudutnya, tergantung bagaimana memasang plat tersebut di dalam PHE.

Jika plat dipasang dalam satu rangkaian, maka akan ada plat kanan pertama lalu plat kiri dan kemudian plat kanan lagi dan seterusnya. Bentuk plat yang zigzag bergelombang dalam operasionalnya saling mendukung. Aliran yang melalui dua plat akan tetap menempati bagian yang bersebrangan pada area yang konstan sehingga terbentuk turbulensi yang tetap menyebabkan partikel baru dalam cairan bersentuhan dengan panas yang disebarkan pada permukaan dan panas yang dipakai seragam. Plat dipasang dalam suatu bagan dimana dua cairan yang dipanaskan atau didinginkan akan selalu dipisahkan oleh plat.

b). Tubular Heat Exchanger (THE)

Sebelum diketemukan alat penukar panas PHE yang lebih kompak dan dapat diproduksi secara masal , maka alat penukar panas THE telah lebih dahulu digunakan. Perkembangan teknologi THE adalah diperkenalkannya Triple Tube THE dimana pipa terdalam dialiri media pemanas/pendingin, pipa ditengah dialiri produk dan pipa terluar dialiri media pemanas/pendingin lagi. Dengan sistem ini (dikembangkan oleh Stork-Amsterdam) koefisien pemindahan panas THE meningkat.

Alat penukar panas ini konstruksinya lebih sederhana, yaitu

1.    Pipa (tunggal atau kelompok pipa) yang dialiri produk

2.    Pipa bagian luar dengan diameter yang lebih besar (jacketed) yang dialiri media pemanas atau pendingin (double tube type THE).

a. PHE b. THE

Pustaka

Tjahjadi, C. dan H. Marta. 2011. Pengantar Teknologi Pangan. Universitas Padjajaran. Bandung.

Setya, A. W. 2012. Teknologi Pengolahan Susu. Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Slamet Riyadi. Surakarta.