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.