STERILISASI

DEFINISI

Proses mematikan mikroba Ada dua jenis• Sterilisasi total• Sterilisasi komersial

STERILISASI KOMERSIAL

Kondisi dimana sebagian besar mikroba telah mati dan kemungkinan masih terdapat beberapa mikroba yang tetap hidup setelah pemanasan

Kondisi dalam kemasan (kaleng/ botol/ retort pouch) selama penyimpanan tidak memungkinkan mikroba tumbuh dan berkembang biak

Mikroba yang membahayakan: inaktif

Mencegah dan menghambat pertumbuhan m.o. pembusuk dan patogen : Pengemasan hermetispHVakum

PEMANASAN PADA STERILISASI KOMERSIAL

1. Pemanasan harus cukup. Jika tidak cukup m.o. yang ada menjadi aktif:

- produk busuk

- timbul racun

- kaleng gembung

2. Dilakukan pada pengalengan dan pembotolan

- harus tepat dan aman

3. Pemanasan yang diperlukan tergantung dari pH produk yang diukur pada coldest pointAcid foods: pH<4,5: 200 F

High acid foods, pH <3,5: suhu lebih rendah dari acid foods

Low acid foods, pH>4,5: pemanasan lebih lama

Contoh: daging atau ikan. Waktu proses tergantung dari kecepatan transfer panas

4. Tujuan pemanasan: inaktivasi m.o. sesuai dengan tujuan sterilisasi komersial

5. Proses dianggap aman jika C. botulinum telah inaktif

6. Sterilisasi diikuti pengemasan kondisi anaerob

Spora m.o. anaerob mempunyai ketahanan panas lebih rendah dari spora m.o. aerob sehingga suhu dan proses sterilisasi lebih rendah

PERALATAN STERILISASI

Sterilisasi komersial dilakukan dalam alat yang disebut retort atau autoklaf atau sterilizer

Retort dirancang harus tahan tekanan uap

MEDIA PEMANASJENIS MEDIA

PEMANASKOEFISIEN PINDAH PANAS (BTU/hr/F/ft2)

Uap jenuh (steam) 170,00

Air panas 105,00

Uap+udara (3:1) 87,5

Udara (100%) 2,96

Kematian LogaritmisKematian m.o. terjadi tidak sekaligus tetapi melalui tahap logaritmis

Pada proses pemanasan Parameter D, Z, dan F

t (menit) Jumlah hidup

Jumlah mati

Total mati % mati

0 1.000.000 0 0 0

1 100.000 900.000 900.000 90

2 10.000 90.000 990.000 99

3 1.000 9.000 999.000 99.9

4 100 900 999.900 99.99

5 10 90 999.990 99.999

6 1 9 999.999 99.999

Contoh di atas:

Setiap menit jumlah m.o. berkurang 10XSuatu perubahan 10X dari jumlah awal disebut peubah satu log cycleDari tabel di atas: setelah 6 menit pemanasan, spora yang hidup dari 1.000.000 menjadi 1 → mengalami 6 log cycle

Laju kerusakan spora bakteri disebut dengan istilah harga D (desimal)

D= jumlah waktu yang diperlukan untuk mengurangi jumlah spora secara desimal

D = waktu (dalam menit) ekspos yang diperlukan pada suhu tertentu untuk mengurangi populasi m.o. (spora) sebanyak 90% dari jumlah awal (satu log cycle). Dari tabel D=1

Harga D tergantung dari suhu yang digunakan

Jika suhu yang digunakan 250°F disebut Dr (D retort)Pada suhu lain disebut DtHarga D tergantung dari jenis m.o.

Hubungan antara D dengan suhu

Bersifat logaritmis

Hubungan D dengan suhu (°F) disebut faktor Z

Faktor Z = jumlah suhu (°F) yang diperlukan untuk mencapai perubahan harga D secara logaritmis

PENGARUH SUHU PADA KEMATIAN SPORA M.O.

SUHU (°F) ∆°F HARGA D 3D

232 10,0 30,0

18

250 1,0 3,0

18

268 0,1 0,3

Harga Z=18 F berarti kenaikan suhu 18 F menyebabkan kematian spora m.o. 10X lebih cepat

Pada coldest point

Kenaikan suhu retort 18 F: coldest point belum tentu naik 18 F karena perambatan panas lambat

Perlu perhitungan dengan uji coba heat penetration rate

Bila waktu yang diperlukan untuk proses sterilisasi pada suhu tertentu telah diketahui dengan menggunakan nilai Z, waktu yang diperlukan untuk memperoleh efek sterilisasi yang setara pada suhu lain dapat dihitung

KETAHANAN PANAS BAKTERI PEMBENTUK SPORA YANG DIGUNAKAN DALAM STERILISASI

JENIS M.O. NILAI D250 (menit)

NILAI Z (°C)

B.stearothermophillus 4,0 7,0

B.substilis 0,48-0,76 7,4-13,0

B.cereus 0,0065 9,7

B.megaliticum 0,04 8,8

C.perfringens 10,0

C.sporogenes 0,15 13,0

C.sporogenes (PA 3679) 0,48-1,4 10,6

C.botulinum 0,21 9,9

C.thermosaccharolyticum 3,0-4,0 8,9-12,2

Harga FUnit standar yang digunakan untuk mengukur waktu pemanasan

F0=waktu pemanasan setara pada suhu 250oF atau 121oC bagi suatu m.o. dengan harga Z=18oF atau 10oC

Jika suhu sterilisasi/retort bukan 250 F→simbol Ft=setara suhu t dan nilai Z yang berbeda

PENENTUAN WAKTU DAN SUHU STERILISASI

Waktu singkat, suhu tinggi: resiko tinggiHarus mengerti peraturan/pedoman proses sterilisasi

Terutama untuk Low Acid Food LACF GMPs Pedoman untuk produk kaleng: bisa diterapkan untuk

botol, plastik, retort pouch, aluminium foil, dll

dalam LACF GMPs ada istilah

Scheduled process: suatu proses yang telah dipilih oleh prosesor sebagai proses terbaik untuk produk tertentu

Minimum thermal process: penggunaan panas untuk bahan pangan tertentu pada suhu dan waktu yang telah ditentukan

Parameter Penting

Nilai D

Nilai Z

Nilai F

Nilai D

Waktu yang diperlukan pada suhu tertentu untuk membunuh 90% populasi m.o. yang ada

Disebut juga: Laju kematian konstan Konstanta laju kematian Decimal reduction time

Nilai Z

Peningkatan suhu yang diperlukan untuk mencapai perubahan 1 harga D (1 log cycle perubahan jumlah m.o.)

Z=22oC dan Z= 12oC → Bandingkan mana yang lebih cepat penurunan m.o.nya?

Nilai F

Jumlah waktu (dalam menit) pada suhu tertentu yang diperlukan untuk menghancurkan sejumlah m.o.

Nilai tersebut tergantung dari suhu proses dan nilai Z

Konsep 12D

Proses sterilisasi tergantung dari pH makanan

Low acid food: 10-12D Acid food: 5-7D

Sterilisasi komersial: 12 D

F = D (log No-log N) No= jumlah m.o. awal N= jumlah m.o. akhir

F=12 D

Jika m.o. awal dalam 1 kaleng=1 (No=1), maka N=10-12. Berarti 1 m.o. dalam 1X1012 kaleng

Dianggap aman

Process lethalityThe organism : Clostridium botulinum (a safe level of survival probability 10–12, or one survivor in 1012 cans processed/12 D concept for botulinum cook. the highest D121 value known for this organism in foods is 0.21 min, the minimum lethality value for a botulinum cook is F = 0.21×12 = 2.52 minMost food companies accept a spoilage probability of 10–5 from mesophilic spore Clostridium sporogenesMax D121 value 1 min; F = 1.00 × 5 = 5.00 minthermophilic spoilage is a concern, the target value for the final number of survivors is usually taken as 10–2,S = number of decimal reduction = logN0/N

Lethality Values (Fo) for Commercial Sterilization

of Selected Canned Food Products

Kinetika kematian mikroorganisme

Waktu pemanasan bergantung kepada jumlah mikroba awal dan mikroba akhir yang diinginkan

−dN/dt= kN => integrasi t=0 =>ln(N/N0)=-kt

Log(N/N0)= -kt/2,303 =>log(N0/N)=kt/2,303

D=2,303/k => t= D log(N0/N)

Dengan acuan suhu standar 121oC

F0= D0 Log (N0/N)

F0 = t.10(T-121)/z

Untuk suhu tidak konstan, F0=∫ t.10(T-121)/z

A suspension containing 3 × 105 spores of organism A having a D value of 1.5 min at 121.1◦C and 8 × 106 spores of organism B having a D value of 0.8 min at 121.1◦C is heated at a uniform constant temperature of 121.1◦C. Calculate the heating time for this suspension at 121.1◦C needed to obtain a probability of spoilage of 1/1000.

For organism A: t = 1.5 log(3 × 105/0.001) = 12.72 min

For organism B: t = 0.8 log(8 × 106/0.001) = 7.92 min

Thus, the required time is 12.72 minutes.

Sterilizing Value or Lethality of a Process

Contoh. Nilai F pada 121,1◦C selama 1,2 menit menghasilkan inaktivasi C. botulinum sebanyak 99,999% . Hitung nilai D0 dari mikroba tsb.

Inaktivasi 99,999% merupakan decimal reductions sebanyak 5 (satu hidup dari 100.000). S = 5. dengan persamaan S=F0/D0 D0 = 1,2/5 = 0,24 menit

1. Hitung F0 yang didasarkan pada konsep 12D menggunakan D0 C. botulinum sebesar 0,24 menit jika spora awal pada produk sebanyak 100.Diketahui mikroba awal 100S = log 100- log(10-12) = 14F0= 0,24 x 14 = 3,3 menit

2. F0 proses sterilisasi sebesar 2.88. Jika tiap kaleng mengandung 10 spora dari mikroba yang memiliki nilai D0 1,5 menit, hitung kemungkinan kerusakan dari mikroba tsb

F0= D0 Log (N0/N)

2,88/1,5 = Log (N0/N)

N = N0 10 –(2,88/1,5)

N = 10 x 10 –1,92

N = 0,12

Ada 12 kaleng yang tidak steril dari 100 kaleng

Makanan kaleng diduga mengandung spora 100/kaleng. Hitung F0 yang menghasilkan kemungkinan kerusakan 1 dalam 100.000 jika D0 1,5 menit. Pada kondisi yang sama, C. botulinum type B memiliki D0 0,2 menit, apakah target F0 yang telah diperoleh telah mencukupi untuk proses 12D, diasumsikan tiap kaleng spora awal C. Botulinum sebanyak 1.

Untuk mikroba awal 100 spora maka nilai S sebesar = log(100/10-5)= 7F0 = S/D0 =7/1,5 = 10,5 menitUntuk C. Botulinum jika spora awal 1 maka nilai S= log (1/10-12) = 12F0 = S/D0 = 12/0,2 = 2,4 menitDengan demikian proses tersebut telah memenuhi untuk proses 12D C. Botulinum karena 10,5 menit sudah lebih besar dari 2,4 menit

Silahkan dikerjakanPada proses pemanasan kemungkinan terjadi pembusukan adalah 1 dalam 100.000. Nilai D0 spora adalah 1 menit dan jumlah spora mikroba awal 100. Untuk verifikasi proses pemanasan ini, inokulum berupa spora diinokulasi. Hasil verifikasi terjadi kerusakan pada 5 kaleng dari 100 kaleng. Jika diketahui D0 inokulum 1,5 menit, hitung jumlah inokulum yang harus diberikan.

Pada suatu kasus pembusukan, ditemukan D0 mikroba pembusuk sebesar 1,35 menit. Pembusukan terjadi sebanyak 1 dalam 100.000 dan spora awal sebanyak 10 per kaleng. Hitung nilai F0 pada proses pemanasan tersebut. Pada verifikasi, jika paket inokulum spora dengan jumlah 5x105 dan nilai D0 2,7 menit diinokulasikan ke kaleng yang memiliki berat 200 g, hitung jumlah spora per gram setelah proses pemanasan tersebut.

Penentuan D dengan teknik sterilisasi parsial

Nilai D dapat diperoleh dari sterilisasi parsial menggunakan persamaan

Kaleng yang disterilisasi pada suhu 115,5oC dengan waktu pemanasan 10 dan 15 menit mengandung mikroba sebesar 4600 dan 160 secara berurutan. Hitung nilai D

D = (15-10)/(log 4600-log 160)

D = 5/1,548 = 3,42 menit

Proses dgn suhu yang bebeda

Contoh : F0 untuk inaktivasi mikroba sebanyak 99,999% C. botulinum sebesar 1,1 menit. Hitung F0 untuk inaktivasi sebesar 12D dan F pada suhu pemanasan 275◦F (135◦C) dan z = 18◦FInaktivasi 99,999% nilai S=5D0 =F0/S => D0 = 1,1/5 = 0,22 menitF0 utk 12D => F0 = D0*S = 0,22*12 = 2,64 menitF pada suhu 275 => log(F/F0) = (T0-T)/zLog(F/2,64)=(250-275)/18F/2,64 = 10-(25/18)

F = 2,64*10-1,389 => F = 2,64*0,041 = 0,11 menit

Model Arrhenius dan model Thermal death time

Nilai D0 dari suatu mikroba 1.2 menit dan z value 10◦C. Hitung waktu proses untuk inaktivasi 8D pada suhu 140.5◦C menggunakan model “thermal death time” dan persamaan Arrhenius. Nilai z untuk model Arrhenius ditentukan menggunakan data D pada suhu 115.5 ke 121.1◦C.Model TDT(T − T0)/z = (140.5 − 121.1)/10 = −1.94F0 = 8(1.2) = 9.6 menit; F140.5 = 9.6(10−1.94) = 9.6(0.01148) = 0.11 menitmodel Arrhenius

ContohSterilisasi makanan kaleng pada retort untuk membunuh Cl. Botulinum (Fo= 2,5 menit, Z= 10oC), apakah data rata-rata proses pada tabel telah memenuhi syarat?

Fo = t.10(T-121)/z + t.10(T-121)/z +....

Fo = 20x10(71,1-121)/10 + 20x10(98,9-121)/10 + 33x10(110-121)/10

Fo = 2,68 menit

waktu (Menit ke) suhu (oC)0-20 71,1

20-40 98,940-73 110

ContohSuatu proses pemanasan makanan catatan suhu di pusat panasnya (thermal center) adalah sbb:

Waktu (menit) Suhu oF(oC) Waktu (menit) Suhu oF(oC)

0 80 (26,7) 40 225 (107,2)

15 165 (73,9) 50 230,5 (110,3)

25 201 (93,9) 64 235 (112,8)

30 212,5 (100,3)

• Jika nila Fo untuk Cl. Botulinum 2,5 menit dan z:18oF, apakah proses tersebut diatas telah memenuhi?

Hitung nilai 10(T-250)/z pada berbagai waktuMenit ke 0; 10(T-250)/z = 10(80-250)/18 = 3,6x10-10

Penyelesaian dengan menggunakan grafik

Waktu Suhu 10(T-250)/z

0 80 3,6 x 10-10

15 165 1,9 x 10-5

25 201 0,00189

30 212,5 0,00825

40 225 0,0408

50 230,5 0,0825

64 235 0,1465

Penyelesaian dengan perhitungan

Waktu Suhu 10(T-250)/z selang waktu Rata 10(T-250)/z Luas

0 80 3,6 x 10-10

15 165 1,9 x 10-5

25 201 0,00189

30 212,5 0,00825

40 225 0,0408

50 230,5 0,0825

64 235 0,1465

Penyelesaian dengan perhitungan

Waktu Suhu 10(T-250)/z selang waktu Rata 10(T-250)/z Luas

0 80 3,6 x 10-10 0 0 x 3,6 x 10-10 0

15 165 1,9 x 10-5 15 15 x 9,5 x 10-6 0,000019

25 201 0,00189 10 10 x 0,00095 0,0095

30 212,5 0,00825 5 5 x 0,00507 0,02535

40 225 0,0408 10 10 x 0,0245 0,245

50 230,5 0,0825 10 10 x 0,06165 0,6165

64 235 0,1465 14(0,1465+0,0825

)/2 = 0,1145 1,603

Jumlah 2,499

Equipment

EquipmentRaw whole milk at 7ºC is to be pasteurized at 72ºC in a plate heat exchanger at a rate of 5000 L/h and then cooled to 4.5ºC. The hot water is supplied at 7500 L/h at 85ºC and chilled water has a temperature of 2ºC. Each heat exchanger plate has an available area of 0.79m2. The overall heat transfer coefficients are calculated as 2890 W/m2K in the heating section, 2750W/m2K in the cooling section and 2700W/m2K in the regeneration section. 75% of the heat exchange is required to take place in the regeneration section. Calculate the number of plates required in each section. (Assume that the density of milk is 1030 kg/m3, the density of water is 958 kg/m3 at 85ºC and 1000 kg/m3 at2ºC, the specific heat of water is constant at 4.2 kJ/kgK and the specific heat of milk is constant at 3.9 kJ/kgK.)

To calculate the number of plates in each section, 1 litre 0.001m3; therefore the volumetric flow rate of milk is 5/3600 1.39x10-3m3/s and the volumetric flow rate of hot water is 7.5/3600= 2.08103m3/s.

heat required to heat milk to 72ºC= 1.39x10-3x1030x3900x(72- 7) = 3.63x105W

For the regeneration stage, heat supplied 75% of 3.63x105 = 2.72x105 W, and temperature change of the milk 75% of (72- 7)= 48.75ºC

Therefore the cold milk leaves the regeneration section at 48.75 + 7 = 55.75ºC and the hot milk is cooled in the regeneration section to 72- 48.75= 23.25ºC. The temperature difference across the heat exchanger plates is 72 - 55.75= 16.25ºC.

Proses Sterilisasi

Sterilisasi dalam kemasan

Sterilisasi suhu ultra tinggi (UHT, ultrahigh temperature)

Sterilisasi dalam kemasan

Sterilisasi produk pangan dalam kemasan, seperti kaleng, gelas, atau retort pouch,

Tahapan:

Pengisian

Pengeluaran udara (exhausting),

Penutupan

Sterilisasi

Pendinginan.

Tahap pengisianTahap pengisian dilakukan setelah produk pangan diblansing untuk sayuran dan buah-buahan atau diberi perlakuan pra-pemasakan untuk produk hewani. Pada proses pengisian, medium penghantar panas sekaligus dimasukkan ke dalam wadah kemasan. Medium tersebut selain sebagai penghantar panas juga berperan sebagai bumbu atau pemberi rasa seperti larutan garam, larutan gula, dan saus.

Proses pengeluaran udara atau exhausting dilakukan sebelum penutupan atau sealing. Tujuannya adalah mengeluarkan udara dalam kemasan untuk mencegah pemuaian yang berlebihan dan penciptaan kondisi vakum

1. Pengisian panas (hot filling).2. Pengisian produk pangan dalam kondisi dingin

(cold filling) kemudian dilakukan pemanasan kemasan dan isinya pada suhu 80-95◦C dengan tutup kemasan sebagian terbuka.

3. Penghilangan udara secara mekanis menggunakan pompa vakum.

4. Penghilangan udara menggunakan uap air

Pengeluaran Udara

Penutupan

Penutupan kemasan kaleng dilakukan secara khusus dengan teknik penutupan ganda atau dikenal dengan double seamer.

Tujuannya adalah untuk menjamin bahwa tutup tidak mengalami kebocoran yang dapat berakibat kehilangan kondisi vakum dan aseptis.

Sterilisasi suhu ultra tinggi (UHT, ultra high temperature)

Masalah utama pada sterilisasi produk pangan yang berwujud padat atau kental adalah laju penetrasi panas yang rendah sehingga waktu proses lama.

Suhu yang lebih tinggi dengan waktu proses yang lebih pendek dapat dilakukan jika produk pangan disterilisasi sebelum dikemas dalam kemasan yang telah disterilisasi.

Metode ini merupakan dasar proses UHT yang juga disebut pengolahan aseptis (aseptic processing).

Metode ini telah diterapkan untuk produk pangan berwujud cair susu, jus dan konsentrat buah, krim; dan produk pangan yang mengandung partikulat diskret seperti makanan bayi, saus tomat, sayuran dan buah-buahan, dan sup.

PENGARUH STERILISASI TERHADAP MUTU PRODUK

1. KERUSAKAN NUTRISI

Vitamin dan AA tertentu rusak oleh panas

Vitamin: Vitamin A, B6, B2, B1, C, D, E, asam folat, inositol, asam pantotenat

AA: lisin dan treonin

2. KERUSAKAN PIGMENDaging: oksimioglobin menjadi metmioglobin (merah menjadi coklat)

Pencegahan dengan penambahan nitrit

Reaksi Maillard dan karamelisasi

Klorofil menjadi pheophitin (hijau menjadi hijau kusam)

Antosianan berinteraksi dengan ion logam: kusam

Karoten: pengaruh kecil

3. FLAVORCooked flavor dalam susu: denaturasi whey dan pembentukan lakton dan metil keton dari lemak

Flavor dari reaksi Maillard, karamelisasi, oksidasi lemak

Flavor dari pirolisis, deaminasi, dan dekarboksilasi AA

4. TEKSTUR

Terjadi perubahan karena sterilisasi

Daging: koagulasi dan penurunan WHC protein → pengerutan dan keras

Buah dan sayuran: lebih lunak karena pelarutan pektin dan penurunan tekanan turgor

Induksi tekstur yang diinginkan pada surimi dan sosis karena koagulasi

5. DAYA CERNA

Terjadi karena

Koagulasi protein

Gelatinisasi pati

Destruksi antigizi

Pelepasan senyawa tertentu dari bentuk kompleksnya seperti karoten dari kompleks karoten-protein