III.Pengendalian Suhu tinggi

Mikrobiologi Pengolahan

Pencegahan pertumbuhan mikrobia :

• Kerusakan pangan

• Mikrobia patogen /pembentuk toksin

Faktor-faktor yg mempengaruhi pertumbuhan mikrobia :

1. Suhu ⇒ Suhu rendah (pendinginan/pembekuan)

⇒ Suhu tinggi (sterilisasi/pasteurisasi/pengalengan)

2. Aw (Water Activity) ⇒ dehidrasi (pengeringan)

⇒ penambahan gula

⇒ penambahan garam

3. pH (tingkat keasaman)

pH optimum : 5-8

Pengendalian pH : pengasaman (asam astetat, asam sitrat)

4. Redoks Potensial (Eh)

oksidasi : proses kehilangan elektron

reduksi : proses penambahan elektron

Pengendalian : Modifikasi Atmosfer (MAP)

Atmosfer Terkendali (CAP)

5. Zat Penghambat (inhibitor)

penambahan zat pengawet

( nitrit, sulfit, asam benzoat , dll)

Jenis kerusakan bahan pangan

• Kerusakan mikrobiologis → kerusakan yang disebabkan olehmikroorganisme

• Kerusakan mekanis → kerusakan yang diakibatkan olehadanya gesekan atau tekanan saat panen, penyimpanan ataudistribusi

• Kerusakan fisik → kerusakan yang diakibatkan oleh insektaatau rodentia, kondisi lingkungan seperti suhu, sinar matahari.

• Kerusakan biologis → kerusakan yang diakibatkan olehrespirasi bahan pangan

• Kerusakan kimia → kerusakan yang diakibatkan oleh reaksikimia seperti reaksi oksidasi, hidrolisis, reaksi enzimatis.

MIKROORGANISME

SUHU OPTIMUM TUMBUH

Di atas Titik

Beku/Pasteurisasi

Di bawah Titik

Beku/Sterilisasi

MENGHAMBAT MEMATIKAN

Memperpanjang Masa Simpan

PEMANASAN

• Perusakan sel vegetatif dan spora mikrobia (termasuk yeast, jamur, bakteri)

• Membantu menginaktifkan enzim yg tidak dikehendaki (enzim mikrobia dan enzim bahan)

• Rasa dan kualitas makanan tetap

• Merusak toksin

Injury : sel bakteri hilang permeabilitasnya

Sub Lethal Injured :

▪ Pelukaan membran sel

▪ Dinding sel luka

▪ Rantai DNA putus /degradasi DNA

▪ Denaturasi enzim

Recovery : pemulihan luka sel

Mati :

▪ Perusakan fungsi sel

▪ Perusakan struktur komponen

PASTEURISASIDigunakan suhu di bawah 100oCBakteriostatikPemanasan dengan uap air, air panas, panas kering atau listrikKerusakan nutrisi minimum

STERILISASIDigunakan suhu di atas 100oC

Bakteriosida

Pemanasan dengan alat

autoklaf, stelizer dan retort

Kerusakan nutrisi

HTST (High Temperature Short

Time: 71,7oC minimum waktu

15 detik)

LTLT (Low Temperature Long

Time: 62,8oC selama 30 menit)

UHT (Ultra High Temperature)

Uap air, tekanan 5 psi, 109oC

Uap air, tekanan 10 psi, 115,5oC

Uap air, tekanan 15 psi, 121,5oC

Kerusakan Spora bakteri oleh pemanasan :

➢ Perusakan strutural komponen pembungkus spora

➢ Perusakan struktur yang akan membentuk membran dan dinding sel

➢ Pengembangan ketidakmampuan menggunakan air untuk hidrasi selama perkecambahan (sel vegetatif)

Spora yeast dan sebagian besar bakteri : 65-70°C beberapa menit

Spora jamur : 90°C ~ 4-5 jam

Bakteri berspora : 100°C; 30 menit ⇒ tidak rusak

Sterilisasi : 121° C; 15 menit ⇒ merusak spora

METODE PEMANASAN

1. Low Heat

Pasteurisasi (dibawah 100°)

➢ Meminimalkan perusakan mutu ( koagulasi pada telur, penyimpangan bau pada susu )

➢ Menghancurkan sel vegetatif

➢ Merusak enzim

(LTLT: 62,8°C-30’; HTST: 71,7°C-15’

2. High Heat : diatas 100°C

UHT : 150°C- 2-3’

3. Microwave : waktu pendek

Mematikan mikrobia

SUHU TINGGI

Suhu dapat mempengaruhi :

▪ Lamanya fase lag

▪ Kecepatan pertumbuhan

▪ Konsentrasi sel ⇒ jumlah sel/mL

▪ Kebutuhan nutrisi

▪ Aktivitas Enzim

▪ Komposisi sel

Berdasarkan ketahanan panas, mikroba dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu

1) Peka terhadap panas, apabila semua sel rusak apabila dipanaskan pada suhu 60°C selama 10-20 menit.

2) Tahan terhadap panas, apabila dibutuhkan suhu 100°C selama 10 menit untuk mematikan sel.

3) Thermodurik, dimana dibutuhkan suhu lebih dari 60°C selama 10-20 menit tapi kurang dari 100°C selama 10 menit untuk mematikan sel.

Penggolongan mikroorganisme berdasar kisaran suhu pertumbuhan :

KELOMPOK SUHU (°C)

MINIMAL OPTIMAL MAKSIMAL

THERMOFIL 40-45 55-75 60-90

MESOFIL 5-15 30-45 35-47

PSIKHROFIL (-5)-(+5) 12-15 15-20

PSIKHROTROF (-5)-(+5) 25-30 30-35

MEKANISME KEMATIAN SEL AKIBAT PANAS TINGGI

(1) Perubahan fungsi senyawa-senyawa seluler

⇓

Perubahan struktur protein (denaturasi)

⇓

Inaktivasi enzim

⇓

Sistem metabolisme terganggu/rusak

(2) Kerusakan DNA ⇒ tidak melakukan pembelahan sel

(3) Kerusakan membran (pembengkakan)

⇓

Lepasnya ikatan antara lapisan membran luar dengan lapisan peptidoglikan dan membran sitoplasma

⇓

Hilangnya sifat permeabilitas selektif

⇓

Pembebasan substansi dalam sel

⇓

Metabolisme terganggu

Faktor-faktor yg mempengaruhi ketahanan panas▪ Spora bakteri ⇒ tahan

▪ Sel vegetatif ; spora yeast/mold ⇒ tidak tahan

▪ Umur sel mikrobia

▪ Fase Pertumbuhan

▪ Suhu Pertumbuhan sel mikrobia

▪ Komposisi media

▪ Fisiko khemis media (pH; Aw; kandungan lemak/ sukrosa; konsentrasi garam)

▪ Konsentrasi awal sel/spora

Sifat penghambatan/mematikan tergantung :

▪ Ketahanan panas (Resistensi)

▪ Tinggi /rendahnya suhu

▪ Lama waktu pada suhu tersebut

▪ Komposisi media

▪ Fase pertumbuhan mikrobia itu sendiri

Faktor-Faktor yang Menentukan Ketahanan Mikroba terhadap Panas• Spesies mikroba.

• Keasaman atau pH .

• Oksigen (beberapa spora yang sangat tahan panas bersifat anaerob).

• Aktivitas air, Water activity (Aw).

• Komposisi pangan.

Penetapan Umur Simpan Produk• Ditentukan oleh ketahanan mikroba terhadap panas.

• Diperlukan jika keamanan produk sangat menentukan.

• Diperlukan jika umur simpan produk sangat menentukan.

Ketahanan sel terhadap pemanasan dinyatakan dengan Decimal Reduction Time = D-value

yaitu waktu yang dibutuhkan untuk mengurangi populasi sebanyak 90% pada suhu tertentu

Perbandingan Nilai D dari Beberapa Populasi Mikroba

Ketika kurva populasi mikroba per satuan waktu pada suatu satuansuhu disajikan dalam bentuk semilogaritma, akan diperolehpenurunan mikroba yang linear. Grafik ini disebut kurva survivor. Hubungan ini menggambarkan populasi mikroba dalam lingkunganyang bersuhu tetap selama selang waktu tertentu.

KURVA SURVIVOR PADA SUHU YANG BERBEDA

Kurva semilogaritmik yang menghubungkan waktu penurunandesimal pada berbagai suhu akan menghasilkan kurva linier yang disebut “Kurva Ketahanan terhadap Panas”

Konstanta Ketahanan Panas[Thermal Resistance Constant (Z-value)]

Pada “Kurva Ketahanan terhadap Panas”, kenaikan suhu yangdibutuhkan untuk menurunkan populasi mikroba menjadi 1/10 populasiawalnya disebut sebagai “Konstanta Ketahanan Panas”, thermalresistance constant (Z), atau nilai Z.

Kurva Waktu Kematian karena panas(Thermal Death Time Curve -TDT)

Waktu Kematian karena panas, Thermal death time (F), waktu yangdiperlukan untuk memperoleh penurunan populasi yang disyaratkanpada suhu tertentu (dalam menit).

F-value : waktu yang dibutuhkan (menit) untuk merusak spora(121,8°C) atau sel (60°C) pada suhu yang diacu

Hubungan antara F & D

Kurva Kematian karena Panas menunjukkan waktu yang diperlukanpada suatu suhu tertentu untuk menurunkan hingga 1/10 populasiawal, nilai D.

Nilai F adalah multiple nilai D. Hubungan yang paling umumditemukan untuk sterilisasi Clostridium botulinum adalah

F = 12D. (misal F = 0,23 menit ⇒ 12 x 0,23 = 2,78 atau 3 menit pada suhu yg telah ditentukan)

Kurva Waktu Kematian karena panas(Thermal Death Time Curve)

Thermal Death Time Vs Suhu

Waktu / Suhu Proses & Kecepatan Kematian

Autoclave: Temperatur dan TekananTinggi

Pengaruh temperatur

• Daya tahan mikroba terhadap temperatur tidak sama untuk tiap-tiap spesies. Adaspesies yang mati setelah mengalami pemanasan beberapa menit didalam mediumpada temperature 60°C; sebaliknya bakteri yang membentuk spora seperti genusBacillus dan genus Clostridium tetap hidup setelah dipanasi dengan uap 100°C ataulebih selama 30 menit.

• Proses sterilisasi untuk membunuh setiap spesies bakteri yakni dengan pemanasanselama 15-20 menit dengan tekanan 1 atm dan temperatur 121°C di dalam otoklaf.

• pH medium berpengaruh terhadap daya tahan mikroba terhadap pemanasan : bahwasedikit perubahan pH menuju asam atau basa sangat berpengaruh terhadappemanasan, maka buah-buahan yang masam lebih mudah disterilkan dari pada sayurmayur atau daging.

• Bila mikroba dipelihara dibawah temperatur minimum atau sedikit diatas temperaturmaksimum tidak segera mati, melainkan dalam keadaan dormansi (tidur).

❖ KERUSAKAN FISIK(Mailard reaction → Perubahan warna dan kerusakan nutrisi)

❖ KERUSAKAN KIMIA

(Denaturasi protein, Oksidasi lemak dan kerusakan vitamin B1 dan C)

EFEK PEMANASAN

❖ KERUSAKAN ORGANOLEPTIK

(Terbentuk flavor sulfhidril & karamel)