BAB II DASAR TEORI. Tabel 2.1 Kandungan Gizi Susu No Zat Jenis Komposisi dalam 250 gr susu 1 Karbohidrat Laktosa 13 gr Lemak jenuh

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 1.1 Susu Susu segar merupakan bahan makanan yang bergizi tinggi karena mengandung zat-zat makanan yang lengkap dan seimbang seperti protein, lemak, karbohidrat, mineral, dan vitamin yang sangat dibutuhkan oleh manusia. Pada dasarnya susu mengandung hampir semua nutrisi bagi tubuh. Berikut adalah tabel kandungan gizi pada susu [1] : Tabel 2.1 Kandungan Gizi Susu No Zat Jenis Komposisi dalam 250 gr susu 1 Karbohidrat Laktosa 13 gr Lemak jenuh 2 Lemak Lemak omega 6 Asam lemak omega gr 3 Protein 8.2 gr Vitamin A 478 IU Vitamin D 127 IU Vitamin K 0.2 mcg Riboflavin 0.5 mg 4 Vitamin Niacin 0.2 mg Folat 12.2 mcg Vitamin B6 0.1 mg Vitamin B mcg Asam Pantotenat 0.9 mg Kolin 43.2 mg Kalsium 290 mg Fluoride 6.3 mcg Yodium 0.1 mg Selenium 8.1 mcg 5 Mineral Magnesium 26.8 mg Seng 1.0 mg Fosfor 232 mg Sodium 107 mg Potassium 366 mg 6 Lain-lain Kolesterol 12.2 mg Air 220 gr 4

2 1.2 Manfaat Susu Karbohidrat susu memberikan energi, mineralnya bermanfaat bagi sistem saraf otot serta proteinnya bermanfaat bagi pertumbuhan dan regenerasi sel-sel tubuh. Lebih lengkapnya, berikut adalah manfaat susu: Mencegah osteoporosis dan menjaga tulang tetap kuat. Bagi anak-anak, susu berfungsi untuk pertumbuhan tulang yang membuat anak menjadi bertambah tinggi. Menurunkan tekanan darah. Mencegah terjadinya kanker kolon atau kanker usus. Mencegah diabetes tipe 2. Mencegah kerusakan gigi dan menjaga kesehatan mulut. Susu mampu mengurangi keasaman mulut, merangsang air liur, mengurangi plak dan mencegah gigi berlubang. Menetralisir racun seperti logam atau timah yang mungkin terkandung dalam makanan. Mempercantik kulit, membuatnya lebih bersinar. Membantu agar lebih cepat tidur. Hal ini karena kandungan susu akan merangsang hormon melatonin yang akan membuat tubuh mengantuk. 1.3 Kualitas Susu Pertumbuhan bakteri yang cepat pada susu segar menyebabkan bau yang tidak enak. Susu dapat terkontaminasi dari dalam maupun dari luar ambing. Kontaminasi dari dalam ambing berasal dari penyakit, sedangkan kontaminasi dari luar berasal dari puting, udara, peminum susu, lalat dan alat pemerahan susu. Hal yang penting lainnya adalah susu harus bebas dari residu antibiotik, pestisida. Susu yang berasal dari sapi yang mendapatkan perlakuan obat-obatan tidak boleh digunakan. Selain itu, yang harus dijaga adalah bahwa susu tidak terkontaminasi oleh residu pembersih (detergent). 5

3 US Public Health Service [2] telah menetapkan standar kualitas susu grade A, diantaranya: Sapi sehat. Fasilitas yang cukup (gudang, ruang susu, dan peralatan). Pemeliharaan kebersihan yang memuaskan dari fasilitas-fasilitas tersebut. Jumlah bakteri yang terkandung dalam susu kurang dari per ml untuk susu yang berasal dari satu produsen. Dan untuk susu campuran dari beberapa produsen jumlah bakteri kurang dari per ml. Tidak mengandung antibiotik, pestisida, sanitizer, dan lain-lain (sangat sulit untuk menentukan kemurnian total karena keterbatasan alat ukur). Tidak ada sisa obat. Susu harus bebas dari rasa dan bau yang mengganggu (tidak enak). Berdasarkan jumlah bakteri yang terdapat dalam susu, kualitas susu dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu [3] : Susu dengan kualitas baik atau kualitas A (No. 1.) jika jumlah bakteri yang terdapat dalam susu segar tidak lebih dari setiap milliliter. Bakteri-bakteri koli tidak lebih dari 10 /ml. Susu kualitas B (No. 2, sedang) jika jumlah bakteri nya antara /ml, dan jumlah bakteri koli tidak lebih dari 10/ml. Susu dengan kualitas C (No. 3, jelek) jika jumlah bakterinya lebih daripada /ml. 1.4 Produk Susu Olahan 1. Susu Segar Susu segar adalah cairan dari ambing sapi, kerbau, kuda, kambing atau domba yang sehat dan bebas dari kolostrum. Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak kurang dari 3.25 %, total padatan bukanlemak tidak kurang dari 8.25%. Tanpa penambahan air, bahan tambahan pangan dan antibiotik. Belum mengalami perubahan warna, bau dan kekentalan. 6

4 2. Susu Pasteurisasi Susu pasteurisasi adalah susu segar atau susu rekonstitusi atau susu rekombinasi yang dipanaskan dengan metode High Temperatur Short Time (HTST) atau metode holding, dan dikemas segera dalam kemasan yang steril secara aseptis. Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak kurang dari 3.25%. Total padatan bukan-lemak tidak kurang dari 8.25%. Uji reduktase: warna biru metilen tidak hilang dalam waktu kurang dari 5 jam. Uji fosfatase: kandungan p-nitriphenol tidak lebih dari 10µg per ml susu. Jika susu pasteurisasi dihomogenisasi, maka persyaratan uji homogenisasi harus dipenuhi. 3. Susu UHT Susu UHT adalah susu segar atau susu rekonstitusi atau susu rekombinasi yang disterilkan pada suhu tidak kurang dari 135 o C selama 2 detik dan dikemas segera dalam kemasan yang steril dan secara aseptis. Ciri-ciri: Kadar lemak dalam susu tidak kurang dari 3.25%. Total padatan bukan-lemak tidak kurang dari 8.25%. 4. Susu Steril Susu steril adalah susu segar atau susu rekonstitusi atau susu rekombinasi yang dipanaskan pada suhu tidak kurang dari 10 o C selama waktu yang cukup untuk mencapai keadaan steril komersial dan dikemas secara hermetis (kedap). Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak kurang dari 3.25%. Total padatan bukan-lemak tidak kurang dari 8.25%. 5. Susu Skim Susu skim adalah produk susu yang sebagian besar lemaknya telah dihilangkan. Ciri-ciri: Kadar lemak susu tidak lebih dari 0.15%. Kadar protein susu tidak kurang dari 3%. 7

5 6. Susu Rendah Lemak Susu rendah lemak adalah produk susu yang sebagian lemaknya dihilangkan. Ciri-cirinya adalah kadar lemak susu tidak kurang dari 0.15% dan tidak lebih dari 3.25%. 7. Susu Rekonstitusi Susu rekonstitusi adalah susu cair yang disiapkan dengan penambahan air pada susu bubuk berlemak (full cream) atau susu bubuk skim atau susu bubuk rendah lemak, dan dipasteurisasi atau disterilisasi atau diproses UHT. Dapat ditambahkan garam dan bahan tambahan pangan yang diizinkan. Ciricirinya mengacu pada persyaratan susu segar, susu skim atau susu rendah lemak. 1.5 Proses Pasteurisasi Susu Susu segar merupakan bahan makanan yang bergizi tinggi karena mengandung zat-zat makanan lengkap dan seimbang yang sangat dibutuhkan oleh manusia. Nilai gizinya yang tinggi juga menjadikan susu medium yang cocok untuk pertumbuhan dan perkembangan mikrooganisme sehingga dalam waktu yang sangat singkat susu menjadi tidak layak dikonsumsi bila tidak ditangani secara benar. Mikroorganisme yang berkembang didalam susu selain menyebabkan susu menjadi rusak juga membahayakan kesehatan masyarakat sebagai konsumen akhir. Disamping itu penanganan susu yang tidak benar juga dapat menyebabkan daya simpan susu menjadi singkat. Kerusakan pada susu disebabkan oleh terbentuknya asam laktat sebagai hasil fermentasi laktosa oleh bakteri koli. Fermentasi oleh bakteri ini akan menyebabkan aroma susu menjadi berubah dan tidak disukai oleh konsumen. Untuk itu, susu harus diolah dan disimpan pada temperatur yang benar. Pendinginan dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk menghambat laju pertumbuhan mikrorganisme perusak karena sebagian besar golongan bakteri ini memerlukan temperatur 15 o C sampai 40 o C untuk dapat tumbuh secara optimum. Dari ASHRAE Refrigeration 2002, temperatur penyimpanan susu 8

6 murni yang direkomendasikan adalah 0-4 o C. Temperatur penyimpanan produk yang disarankan ditunjukkan pada Tabel 2.2 di bawah ini: Tabel 2.2 Storage Requirement of Product Product Dairy products Storage Temp., o C Relative Humidity,% Approximate Storage Life Butter 0 75 to 85 2 to 4 weeks Butter, frozen to to 20 months Cheese, Cheddar long storage 0 to months short storage months processed months grated months Ice cream, 10% fat -30 to to 95 3 to 23 months premium -35 to to 95 3 to 23 months Milk Fluid 4 to 6 7 days Grade A (3,7% fat) 0 to 1 2 to 4 months Raw 0 to 4 2 days Dried, whole 21 Low 6 to 9 months Dried, nonfat 7 to 21 low 16 months Evaporated 4 24 months Evaporated, unsweetened months Condensed, sweetened 4 15 months Whey, dried 21 low 12 months Akibat adanya kemungkinan pencemaran atau kontaminasi oleh berbagai bakteri patogen, seperti bakteri penyebab typus, diphteri, radang tenggorokan dan TBC, sebaiknya susu dipanaskan secukupnya sehingga seluruh bakteri patogen yang mungkin terdapat di dalamnya dapat dimusnahkan. Proses pemanasan yang dilanjutkan dengan proses pendinginan disebut proses pasteurisasi. Meskipun bakteri patogen sudah dimusnahkan, tetapi bakteri non patogen, terutama bakteri pembusuk masih hidup. Dalam penyimpanannya, biasanya susu pasteurisasi 9

7 digabungkan dengan metode pendinginan. Untuk memperpanjang daya simpannya, susu pasteurisasi disimpan pada suhu maksimal 10 o C, lebih dingin lebih baik. Pada suhu tersebut mikroba pembusuk meskipun tidak mati, tetapi tidak dapat tumbuh dan berkembang. Pasteurisasi panas pada susu perlu dilakukan untuk mencegah penularan penyakit dan mencegah kerusakan akibat mikroorganisme dan enzim. Dengan pasteurisasi diharapkan mikroorganisme yang terdapat pada susu bisa mati, akan tetapi kehilangan zat gizi seminimal mungkin dan cita rasa susu segar semaksimal mungkin bisa dipertahankan. Pasteurisasi yang tepat bisa menghancurkan mikroorganisme pathogen. Tujuan pasteurisasi: Untuk membunuh bakteri pathogen, yaitu bakteri-bakteri yang berbahaya karena dapat menimbulkan penyakit pada manusia (Mycobacterium tubercolosis). Untuk membunuh bakteri tertentu yaitu dengan mengatur tingginya suhu dan lamanya waktu pasteurisasi. Untuk memperpanjang daya simpan bahan. Dapat memberikan cita rasa yang lebih menarik konsumen. Pada pasteurisasi susu, proses ini dapat menginaktifkan fosfatase dan katalase, yaitu enzim-enzim yang membuat susu cepat rusak. Ada dua cara pasteurisasi yang umum, yaitu [3] : 1. Sistem Batch disebut juga sistem tahan (Hold Method), yaitu susu dipanaskan dengan cara menyemprotkan air atau uap panas di luar wadah yang terbuat dari stainless steel pada temperatur o C selama 30 menit. 2. Sistem Continue : Pasteurisasi dengan suhu tinggi dan waktu singkat (High Temperature Short Time/HTST), yaitu proses pemanasan susu selama detik pada suhu 71, C biasanya menggunakan alat Plate Heat Exchanger. 10

8 Pasteurisasi dengan suhu rendah dan waktu lama (Low Temperature Long Time/LTLT) yakni proses pemanasan susu pada suhu 61 0 C selama 30 menit. Proses pasteurisasi dapat menyebabkan kehilangan sebagian vitamin yang terkandung dalam susu [4]. Kehilangan vitamin akibat proses pengolahan susu ditunjukkan oleh Tabel 2.3 berikut ini: Tabel 2.3 Pengaruh Suhu Pengolahan Terhadap Kehilangan Vitamin yang Larut Perlakuan Panas 1. Susu Pasteurisasi 2. UHT langsung 3. UHT tak langsung 4. Sterilisasi dalam Polyethylene 5. Sterilisaasi dalam gelas (kaca) Kehilangan (%) Vit. B 12 Asam Folat Vit. C Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sistem refrigerasi kompresi uap merupakan sistem refrigerasi mekanis yang memanfaatkan sifat refrigeran yang pada temperatur saturasinya akan berubah fasa. Untuk menciptakan sisi tekanan rendah, maka dibutuhkan suatu alat yang mengekspansi cairan refrigeran sehingga refrigeran keluar dalam keadaan tekanan dan temperatur rendah. Sedangkan sisi tekanan tinggi diciptakan dari proses kompresi uap refrigeran sehingga refrigeran keluar dalam keadaan tekanan dan temperatur yang tinggi. Sistem kompresi uap sederhana merupakan sistem teoritis, artinya faktor faktor yang menyebabkan adanya gangguan terhadap sistem diabaikan. Sistem kompresi uap sederhana dikatakan sebagai siklus yang ideal. 11

9 Gambar 2.1 Diagram Skematik Sistem Kompresi Uap Sederhana [5] Ketika refrigeran bersirkulasi didalam sistem, refrigeran mengalami sejumlah perubahan kondisi, masing-masing perubahan kondisi disebut proses. Refrigeran mulai bersirkulasi pada kondisi awal, melewati serangkaian proses dalam batasbatas tertentu dan kembali ke kondisi awal. Serangkaian proses tersebut disebut siklus. Berikut adalah proses utama dari sistem refrigerasi kompresi uap yang membentuk siklus. 1. Proses Kompresi (1-2) Proses kompresi berlangsung di kompresor. Melalui saluran hisap kompresor (suction) refrigeran uap dihisap masuk kompresor dan dimampatkan sehingga refrigeran mengalami kenaikan tekanan dan temperatur. P T P T KOMPRESOR Gambar 2.2 Proses Kompresi di Kompresor 12

10 2. Proses Kondensasi (2-3) Proses selanjutnya adalah proses kondensasi atau pengembunan yang terjadi di kondenser. Refrigeran berfasa uap yang memiliki tekanan dan temperatur tinggi akan melepas kalornya ke lingkungan dan terjadi proses kondensasi. Refrigeran kemudian akan berubah fasa mnjadi cair jenuh atau subcooled. P T KONDENSER P T Refrigeran Uap Refrigeran Cair 3. Proses Ekspansi (3-4) Qc Gambar 2.3 Proses Kondensasi di Kondenser Kemudian refrigeran akan diekspansi secara isoenthalpy melalui alat ekspansi. Pada proses ini refrigeran berfasa cair bertekanan dan bertemperatur tingi akan berubah menjadi refrigeran berfasa campuran yang bertekanan dan bertemperatur rendah. P T P T EKSPANSI Refrigeran Cair 4. Proses Evaporasi (4-1) Gambar 2.4 Proses Ekspansi di Expander Refrigeran Campuran Proses evaporasi terjadi di evaporator. Refrigeran berfasa campuran yang memiliki tekanan dan temperatur rendah akan mengalami proses penguapan akibat penyerapan kalor yang berasal dari produk. Pada proses ini refrigeran akan berubah fasa menjadi uap jenuh. Proses ini merupakan efek pendinginan yang diperoleh dari mesin refrigerasi tersebut. P T EVAPORATOR P T Refrigeran Campuran Refrigeran Cair Qe Gambar 2.5 Proses Evaporasi di Evaporator 13

11 1.7 Dasar-dasar Perhitungan Performansi Untuk melihat besaran-besaran seperti tekanan, suhu, enthalpy dalam siklus refrigerasi biasanya digunakan diagram Mollier atau diagram P-h. Besaranbesaran tersebut diperlukan untuk menghitung kinerja dari mesin pendingin. Gambar 2.6 Sistem Kompresi Uap Sederhana pada Diagram P-h h1 merupakan enthalpy refrigeran keluar evaporator dan masuk kompresor (suction kompresor). h2 merupakan enthalpy refrigeran keluar kompresor dan masuk kondenser (discharge kompresor). h3 merupakan enthalpy refrigeran keluar kondenser dan masuk ekspansi. h4 merupakan enthalpy refrigeran keluar ekspansi dan masuk evaporator. Efek Refrigerasi [6] Efek refrigerasi merupakan energi persatuan massa refrigeran. Berdasarkan gambar 2.5 dan gambar 2.6 maka dapat ditentukan besarnya efek refrigerasi sistem yang dinyatakan dengan persamaan: q e = h 1 -h 4... (2.1) Dimana, qe = efek refrigerasi (kj/kg) h 1 = entalpi keluar evaporator (kj/kg) h 4 = entalpi masuk evaporator (kj/kg) 14

12 Kerja Kompresi Berdasarkan gambar 2.2 dan gambar 2.6, besarnya energi yang dibutuhkan atau energi yang diberikan ke kompresor persatuan massa refrigeran yang disebut sebagai kerja spesifik kompresor, dituliskan dengan persamaan: Dimana, h 2 = entalpi keluar kompresor (kj/kg) h 1 = entalpi masuk kompresor (kj/kg) COP (Coefficient of Performance) q w = h 2 -h 1... (2.2) COP merupakan perbandingan antara kapasitas pendinginan yang diberikan dengan kerja kompresor yang diperlukan. Hasil perbandingan tersebut merupakan harga COP sistem yang sebenarnya atau disebut juga COP aktual sistem sesuai dengan persamaan: Dimana, q e = efek pendinginan (kj/kg) COP Carnot q w = kerja kompresi (kj/kg) COP aktual = q e q w... (2.3) Jika COP aktual adalah COP sistem yang sebenarnya, maka COP maksimum yang dapat dicapai oleh sistem disebut dengan COP Carnot dan ditulis dengan: Efisiensi Sistem COP Carnot = T evaporasi T kondensasi Tevaporasi... (2.4) Dengan adanya COP maksimum yang dapat dicapai oleh sistem atau disebut dengan COP Carnot, maka perbandingan COP aktual sistem dengan COP Carnot disebut dengan Efisiensi Sistem dan dinyatakan dengan persamaan: Rasio Kompresi η = COPaktual COPCarnot x 100%... (2.5) Perbandingan antara tekanan discharge dan tekanan suction merupakan rasio kompresi dari sistem. Rasio kompresi dinyatakan dengan persamaan: R c = P d P s... (2.6) 15