Faktor Kritis pada Proses Aseptis

foodreview.biz, Proses pengolahan aseptis (aseptic processing) merupakan salah satu inovasi besar yang telah memberikan sumbangan nyata bagi kemajuan teknologi dan industri pangan. Pada tahun 1991, asosiasi ahli teknologi pangan di USA (Institute of Food Technologists, IFT) mengumumkan 10 besar innovasi di bidang teknologi pangan di dunia, dimana proses pengolahan aseptis menduduki peringkat yang pertama. Tidak hanya itu, pada tahun 2007, Dr. Philip E. Nelson dari Purdue University, USA mendapatkan pengakuan internasional dan menerima Penghargaan Pangan Dunia (the World Food Prize) atas pekerjaan penelitiannya yang melahirkan aplikasi pengolahan aseptis ini di dunia industri; khususnya untuk bulk aseptic processing yang telah memungkinkan pengiriman buah-buahan dan produk olahan segarnya dalam skala besar secara global.

Proses pengolahan aseptis adalah kombinasi proses untuk sterilisasi, di mana produk (bisa obat atau pangan) yang sudah steril dikemas dalam kemasan yang steril dalam suatu ruangan yang steril sehingga dihasilkan produk akhir yang steril. Pada umumnya proses aseptis ini banyak diaplikasikan untuk proses pengolahan dan pengawetan produk pangan cair (seperti sari buah, telur cair, santan, dan susu), produk pangan cair yang mengandung partikulat (bubur kacang hijau dan sup), dan produk pangan semi padat.

Ada tiga komponen utama yang perlu dikenali dan dikendalikan dengan baik untuk pemastian pencapaian tujuan proses sterilisasi. Ketiga komponen tersebut adalah pemastian (i) proses sterilitas produk; (ii) proses sterilisasi bahan kemasan; dan (iii) proses sterilisasi zona aseptis, yaitu zona dimana proses pengisian dan penutupan secara aseptis dilakukan.

Sterilisasi produk

Salah satu keuntungan dari proses pengolahan aseptis adalah bisa dilakukannya sterilisasi secara terpisah; antara sterilisasi produk dan sterilisasi kemasan. Hal ini memungkinkan dilakukannya sterilisasi secara sinambung (continuous) dengan menggunakan alat penukar panas atau bahkan dengan pemanasan langsung, sehingga pemanasan bisa dilakukan pada suhu yang sangat tinggi dan waktu yang sangat singkat. Pemanasan demikian sering disebut sebagai pemanasan ultrahigh temperature atau beberapa literatur juga menyebutkan sebagai ultra-heat treatment yang dua-duanya sering disingkat sebagai UHT. Umumnya, UHT adalah proses pemanasan pada suhu tinggi (> 135oC – 150oC) tetapi pada waktu hanya sekitar 2-15 detik. Pemanasan demikian, mampu membunuh spora bakteri tahan panas sehingga tercapai kondisi sterilitas produk yang diinginkan dan sekaligus mampu meminimalkan tingkat kerusakan mutu (tekstur, warna, citarasa dan flavor) dan zat gizi. Produk pangan yang populer diproduksi dengan teknik UHT antara lain adalah susu, sari buah, teh, sup, dan produk pangan cair lainnya.
Secara umum, proses sterilisasi secara sinambung dapat disajikan secara skematis seperti pada Gambar 2; dimana pemanasan dan pendinginan dilakukan dengan menggunakan alat penukar panas (heat exchanger; HE). Beberapa keuntungan yang bisa diperoleh dengan sistem pemanasan terpisah ini, antara lain adalah (i) proses dapat berjalan dengan sinambung, (ii) proses pemanasan dan pendinginan yang cepat, karena bahan pengemas tidak menjadi penghalang, (ii) beberapa skema konservasi energi dapat diaplikasikan pada sistem ini, dan sekaligus (iv) meningkatkan jumlah pilihan bahan dan sistem pengemasan.

Pengenda lian aliran

Bahwa proses pemanasan terjadi di HE dan kemudian dipertahankan konstan pada holding tube (HT); dan setelah itu didinginkan kembali. Karena proses ini berjalan secara sinambung, maka kecepatan dan profil laju aliran dalam HT perlu diperhitungkan dalam penentuan kecukupan panas. Sebagai ilustrasi, untuk cairan yang bersifat Newtonian (Gambar 3A) dan dialirkan secara laminar, dengan bilangan Reynold (Re)<2100 p="p">

maka akan diperoleh titik tengah sebagai the fastest moving particle; titik yang paling sedikit menerima panas, dimana kecepatannya (Vmax) sama dengan 2 x kecepatan rata-rata (V ). Dalam kondisi laminar ini, karena masingmasing posisi di dalam HT mempunyai laju aliran yang berbeda, maka masing-masing bahan pangan dalam posisi tersebut juga akan memperoleh jumlah perlakuan panas yang berbeda pula.

Itu sebabnya, untuk memperoleh homogenitas pemanasan yang lebih baik, maka fluida biasanya dialirkan secara turbulen dengan Re > 4000, untuk memberikan profil laju aliran yang lebih seragam, yang berarti pamanasan yang lebih seragam pula (Gambar 3B).

Pengendalian laju aliran juga sangat penting kaitannya dengan penentuan waktu tinggal minimum produk pangan di alat penukar panas. Waktu tinggal minimum inilah yang akan digunakan untuk menentukan kecukupan panas. Semakin tinggi laju alirannya, maka akan semakin pendek waktu tinggalnya. Mengacu pada kasus aliran laminar, dimana titik paling cepat mempunyai kecepatan 2 V, maka titik tercepat itu hanya berada di HT selama . Jika suhu pada HT adalah Tho; maka jumlah panas yang diterima oleh partikel tersebut dapat dinyatakan dengan nilai F; sebagai berikut :

Dimana, Tho adalah suhu pada HT (diukur pada bagian “outlet" atau hulu dari HT), dan L adalah panjang HT, V adalah kecepatan rata-rata.

Terlihat bahwa nilai F suatu proses pemanasan (sterilisasi) sangat dipengaruhi oleh aliran bahan pangan dalam HT, terutama profil dan kecepatan aliran merupakan hal kritis yang perlu dikendalikan dalam proses sterilisasi ini. Berdasarkan pada itu, berikut adalah beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam rangka pengendalian aliran untuk menjamin kecukupan dan konsistensi proses sterilisasi :

• Pompa hendaknya dipasang di bagian hulu dari sistem pemanasan
• Pompa yang digunakan adalah positive displacement pump, pompa ini tidak sensitif terhadap perubahan tekanan
• Untuk memberikan kepastian bahwa partikel yang bergerak paling cepat (fastest moving particle) menerima panas yang ditargetkan, maka perlu dilakukan perhitungan kecukupan panas
• Untuk memberikan kepastian bahwa lama pemanasan tidak berubah, maka bisa digunakan pompa dengan laju yang tetap (fixed rate). Jika digunakan pompa dengan variable speed, perlu dipastikan bahwa perubahan kecepatan hanya dibisa dilakukan oleh authorized personel yang sudah ditunjuk dan diberikan training memadai.

Hodling Tube (HT)

Holding Tube (lihat Gambar) merupakan jantung dari keseluruhan proses pemanasan untuk menjamin tercapainya sterilitas yang diinginkan. Karena itu, selain pengendalian kecepatan pompa, perlu dilakukan pemastian bahwa suhu proses yang diinginkan telah tercapai, dan bisa dipertahankan dengan baik selama proses, sehingga kombinasi perlakuan suhu (T) dan waktu (t) bisa menjamin tercapainya sterilitas yang ditargetkan.
Beberapa hal tentang holding tube yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut:

• Posisi HT harus dibuat miring dengan kemiringan cukup, sehingga menghindari terbentuknya kantong udara pada produk dan untuk memastikan terjadinya self draining

• HT dibuat dari bahan dan disain dengan standar dan prinsip-prinsip sanitary design (permukaan halus, komponen mudah diurai dan dirakit kembali, mempunyai fail-safe system; terutama berkaitan dengan perubahan panjang atau diameter)

• HT dikonstruksi pada area yang kering dan tidak lembab, sehingga tidak memungkinkan terjadinya kondensasi yang akan bisa mempengaruhi suhu (Tho)

• Tekanan di dalam HT perlu dipertahankan tinggi, jauh lebih tinggi daripada tekanan uap air pada Tho. Hal ini diperlukan untuk menghindari terjadinya proses mendidih atau flashing; yang lagi-lagi bisa mempengaruhi suhu (Tho).

• Suhu HT (Tho) perlu dicatat dan dikendalikan baik pada inlet atau poun outlet, tetapi pengukuran suhu (Tho) dilakukan pada outlet HT

Sterilisasi kemasan

Unsur kritis kedua dalam menjamin proses pengolahan aseptis yang berhasil adalah proses sterilisasi kemasan. Berbagai teknik telah dikembangkan untuk bisa melakukan proses sterilisasi kemasan secara kering. Salah satu yang populer dan terbukti efektif adalah sterilisasi menggunakan H2O2. Secara detail hal ini pernah dibahas pada FOODREVIEW INDONESIA (Vol 1, No 1, Aseptik, hal 34-38).

Sterilisasi zona aseptik

Kondisi zona aseptis, yaitu area atau ruangan steril dimana proses pengisian produk steril ke dalam kemasan steril akan dilakukan. Zona jelas akan mempengaruhi keberhasilan proses sterilisasi secara keseluruhan. Pada dasarnya keseluruhan area atau zona aseptis perlu disterilkan, dengan menggunakan sterilan yang aman dan efektif. Sterilan yang sering digunakan adalah uap panas dan/atau H2O2 yang disemprotkan secara homogen ke seluruh permukaan di zona aseptis. Sering sterilan H2O2 juga dibantu dengan uap panas, untuk memastikan tingkat sterilitas yang diinginkan. Hal penting lain dalam kaitannya dengan zona aseptis ini adalah bahwa kondisi steril ini harus dipastikan terpelihara dengan baik selama proses berlangsung.

Purwiyatno Hariyadi