oleh

“Ohmic Heating as Microbial Inactivation In Processed Foods”

-Opini-178 views

Oleh: Suci Istiqlaal

Makanan olahan berperan penting dalam pemenuhan kebutuhan pangan, terutama di beberapa daerah yang secara aksesibilitas relatif rendah. Di satu sisi masyarakat di sana membutuhkan makanan untuk memenuhi kebutuhan gizi maupun mendapatkan manfaat fungsional untuk tumbuh, berkembang dan kesehatan, namun di sisi lain makanan olahan ini memiliki batas umur simpan yang mempengaruhi kualitas makanan tersebut.

Di antara semua faktor penyebab kerusakan makanan, keberadaan mikroba dalam bahan makanan memiliki relevansi khusus untuk industri makanan. Mikroorganisme/mikroba dapat menimbulkan masalah kesehatan masyarakat. Masalah-masalah ini terkait dengan patologi yang disebabkan oleh mikroorganisme itu sendiri atau racun yang disintesis oleh beberapa spesies. Produsen telah berusaha meminimalkan jumlah mikroba melalui beberapa proses pengolahan seperti pemrosesan termal. Pemrosesan termal telah banyak digunakan untuk sterilisasi dan pasteurisasi dalam industri makanan, namun metode pemanasan (termal) konvensional (CO) mengalami banyak tantangan, termasuk panas berlebih, kerusakan sensorik dan nutrisi makanan serta kehilangan energi (Shao et al., 2021).

Oleh sebab itu, dikembangkan suatu teknologi inovatif yang bersifat ramah lingkungan untuk meminimalkan kekurangan/kelemahan dan meningkatkan manfaat dari pengolahan pangan yaitu dengan pemanasan ohmic. Ohmic heating (OH) atau yang sering disebut pemanasan joule merupakan proses di mana arus listrik dilewatkan melalui bahan dengan tujuan utama memanaskannya melalui konversi energi listrik menjadi energi panas, yang secara umum menghasilkan peningkatan suhu yang cepat dan seragam dalam makanan (Shao et al., 2021). Salah satu kelebihan dari OH adalah meningkatkan hasil ekstraksi (Pereira et al., 2021), pemeliharaan warna dan nilai gizi makanan yang lebih baik, dan saat ini OH telah dimanfaatkan dalam proses sterilisasi dan inaktivasi enzim pada mikroba dalam makanan (Shao et al., 2019).

Pemanasan ohmic dapat digunakan/diterapkan dalam inaktivasi mikroba produk jus buah. Bagi daerah dengan sumberdaya alam (komoditas pertanian) yang tinggi, jus buah tidak menjadi produk yang menarik. Lain halnya untuk daerah yang bukan penghasil komoditas pertanian (tanaman buah), jus buah menjadi produk yang digemari dan dicari oleh konsumen. Namun produk ini memiliki kekurangan/ keterbatasan karena banyak kasus ditemukannya cemaran mikroba, baik dari bahan makanan maupun dari kemasan produk (Doan et al., 2021; Negri Rodríguez et al., 2021).

Selama OH, inaktivasi mikroba juga terjadi karena mekanisme termal. Namun, prinsip fisika yang terlibat secara fundamental berbeda dari CH. OH terdiri dari aliran arus listrik bolak-balik melalui bahan makanan, yang bertindak sebagai hambatan listrik, menghasilkan energi panas dengan efek Joule. Untuk tujuan ini, dua elektroda dimasukkan ke ujung sel ohmik, yang berisi produk makanan. Berbeda dengan metode CH, pemanasan disebabkan oleh pembangkitan energi internal volumetrik sebagai akibat dari orientasi (kembali) ion sebagai respons terhadap arus bolak-balik. Pada proses inaktivasi bentuk vegetatif dan spora mikroba menggunakan metode OH telah banyak dilakukan (Müller et al., 2020).

Adapun contoh Proses inaktivasi mikroba S. Enteritidis pada jus buah bali sebagai berikut : buah jeruk bali (Citrus grandis) dipanen dari perkebunan dikupas dan diperas dengan alat pemeras untuk mendapatkan sarinya. Jus disaring melalui kain dua lapis yang disterilkan untuk menghilangkan partikel besar. Sistem OH terdiri dari ruang pemanas teflon persegi panjang dengan dimensi bagian dalam 2,5 cm × 14,5 cm × 7,5 cm (ketebalan, panjang, tinggi, masing-masing), generator fungsi, penguat daya dan pencatat data. Elektroda terbuat dari titanium (kemurnian 99,2 persen), dengan celah elektroda 2 cm.

Ukuran masing-masing elektroda adalah ketebalan 0,1 cm, panjang 14,3 cm dan tinggi 7,4 cm. Arus alternatif tersebut melewati sebuah function generator, menghasilkan frekuensi dari 1 Hz sampai 10 MHz dengan nilai tegangan keluaran 5 V. Catu daya kemudian memperkuat arus bolak-balik dari 5 V menjadi 220 V. Setiap 50 mL sampel jus jeruk bali diberi perlakuan OH dalam berbagai kondisi (frekuensi (50–20.000 Hz) dan kuat medan listrik (20, 30, 40 V/cm). Suhu terus dipantau dengan probe suhu digital yang ditempatkan di tengah sel dan pencatat data yang terhubung ke komputer yang melakukan pengukuran pada interval 2s (Khue et al., 2020).

Pengaruh frekuensi arus bolak-balik pada inaktivasi S. Enteritidis dalam jus jeruk bali menunjukkan bahwa penerapan OH memiliki pengaruh yang signifikan pada inaktivasi S. Enteritidis dibandingkan dengan CH, medan listrik pemanasan Ohmic memiliki efek tambahan pada penghancuran mikroba. Akibatnya, waktu dan suhu yang dibutuhkan untuk inaktivasi bakteri telah berkurang yang dapat meminimalkan efek panas negatif dari CH pada produk makanan.

Inaktivasi dapat dilakukan pada bentuk vegetatif maupun spora mikroba. Faktor suhu pemanasan telah diteliti dalam proses inaktivasi bentuk vegetatif mikroba, menunjukkan bahwa proses dengan suhu tinggi cenderung memiliki hasil inaktivasi yang sama di bawah kedua jenis pemanasan (OH dan CH), namun tergantung pada jenis mikroorganisme dan bentuknya. Hal ini menunjukkan bahmendorongwa penerapan medan 5 dapat  mekanisme inaktivasi nontermal (Darvishi et al., 2021).

Mekanisme nontermal yang paling dominan untuk bentuk vegetatif mikroba adalah elektroporasi. Mikroba memiliki senyawa intraseluler bermuatan listrik, seperti kation (misalnya, K+ dan Na+) dan protein bermuatan negatif. Adanya medan listrik eksternal memicu potensial transmembran dalam membran fosfolipid, dimana senyawa intraseluler bermuatan negatif akan tertarik oleh muatan positif eksternal, dan sebaliknya.

Jika tegangan yang diberikan lebih tinggi dari batas membran, pori-pori akan terbentuk dalam struktur seluler, mengakibatkan lisis pada membran dan menyebabakan kematian mikroba. Bahkan sebagai efek sekunder dalam OH, dalam proses listrik lainnya, seperti medan listrik berdenyut, ia bertanggung jawab atas inaktivasi mikroba. Sejalan dengan Won et al. (2002), menunjukkan bahwa jumlah bahan intraseluler yang dikeluarkan untuk sel Saccharomyces cerevisiae lebih besar pada perlakuan OH dibandingkan dengan CH dan ini ditunjukkan atau dikaitkan dengan nilai D nya (D-value, decimal reduction time).

Selain pada bentuk vegetatif, OH berpengaruh pada bentuk spora mikroba. Schottroff et al. (2019) melakukan penelitian mengenai inaktivasi endospora Bacillus subtilis, dengan fokus pada penentuan komponen sel spora mana yang lebih terpengaruh oleh medan listrik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa medan listrik mempengaruhi lapisan sel dan enzim SleB lebih sedikit daripada inti sel. Pengaruh ini mungkin karena peningkatan pelepasan protein (terutama jika mereka tidak terikat kuat pada DNA). Selain itu, pelepasan DPA dari inti tidak berbeda secara signifikan dalam CH dan OH, hal ini menunjukkan bahwa efek listrik pada spora adalah masalah kompleks yang bergantung pada desain eksperimental yang canggih.

Berdasarkan penjelasan di atas, pemanasan ohmic memberikan beberapa manfaat bagi industri makanan dalam menginaktivasi mikroba seperti penghematan waktu dan energi proses. Selain itu, teknik ini menawarkan kontrol proses yang baik dan andal dibandingkan dengan metode pemanasan tradisional. Dengan demikian, proses OH dapat meningkatkan umur simpan produk sehingga meningkatkan nilai manfaat dari makanan olahan. Manfaat ini menjadikan pemanasan ohmik sebagai alternatif unggul dari proses tradisional.

Namun, perlu dicatat bahwa memanaskan bahan makanan secara volumetrik dan pada tingkat yang lebih tinggi daripada proses konvensional dapat mempengaruhi kinetika pelunakan tekstur dan tekstur produk. Oleh karena itu, optimalisasi kondisi proses ohmik, termasuk spesifikasi listrik, waktu proses, dan suhu, serta formulasi produk adalah salah satu pertimbangan untuk mencapai produk akhir dengan karakteristik tekstur yang diinginkan (Gavahian et al., 2019).

 

Penulis adalah Mahasiswi S-3 Ilmu Pangan IPB University dan Peneliti Bappelitbangda Provinsi NTT

Komentar