High Pressure Processing

Pengertian

Pengolahan tekanan tinggi atau lebih dikenal dengan istilah High Pressure Processing (HPP) adalah metode pengolahan makanan dimana makanan mengalami tekanan tinggi (hingga 600 Mpa, atau 87.000 pound per inch persegi (psi) atau sekitar 6.000  atmosfer) dengan atau tanpa penambahan panas untuk inaktivasi mikroba atau untuk mengubah atribut pangan untuk mendapatkan kualitas yang diinginkan konsumen. Tekanan diberikan pada waktu tertentu biasanya sekitar 3-5 menit.

Mekanisme

HPP mempengaruhi ikatan non kovalen (hidogen, ionik dan ikatan hidrofobik), pada dasarnya ikatan non kovalen sangat sensitif terhadap tekanan yang berarti bahwa komponen makanan yang memiliki berat molekul rendah (yang bertanggung jawab terhadap nutrisi dan karakteristik sensoris) tidak terpengaruh, sedangkan komponen makanan yang memiliki berat molekul tinggi (struktur tersier yang menentukan sifat fungsional) sensitif. Beberapa ikatan kovalen spesifik juga dimodifikasi oleh tekanan. Prinsip lain dari HPP adalah isostatic principle yang menjelaskan bahwa transmitansi tekanan adalah seragam dan seketika (tergantung ukuran dan geometri bahan pangan). Produk yang akan diproses HPP biasanya dikemas dengan dalam wadah yang fleksibel (botol plastik).

Efek HPP

Efek mematikan dari tekanan tinggi pada bakteri karena beberapa proses yang berbeda yang terjadi secara bersamaan. Faktanya, kerusakan membran sel dan inaktifnya enzim termasuk yang berperan dalam replikasi DNA dan transkripsi diperkirakan berperan penting dalam inaktivasi. Membran sel umumnya dianggap sebagai target utama kerusakan oleh tekanan. Membran terdiri dari fosfolipid bilayer dengan permukaan hidofilik di bagian luar (terdiri oleh asam lemak) dan permukaan hidrofobik bagian dalam (terdiri dari gliserol). Tekanan  menyebabkan pengurangan volume membran bilayer dan luas penampang per molekul fosfolipid. Hal ini mempengaruhi permeabilitas membran sel yang dapat mengakibatkan kerusakan sel atau kematian. Efek HPP dapat terlihat pada :

-       Spora bakteri

Spora bakteri bisa sangat tahan terhadap tekanan tinggi sama dengan ketahanannya terhadap perlakuan fisik seperti panas dan iradiasi. Akan tetapi, tekanan rendah atau sedang akan lebih efektif daripada tekanan tinggi. Inaktivasi spora dapat dilakukan melalui 2 langkah. Langkah pertama yaitu perlakuan tekanan yang dapat menyebabkan germinasi atau aktifnya spora. Sednagkan langkah kedua yaitu perlakuan tekanan yang akan membunuh spora tersebut. Selain itu, penggunaan panas sebelum atau sesudah pressurization dapat meningkatkan efek pembunuhan terhadap spora bakteri.

-       Sel vegetatif

Bakteri Gram positif berbentuk kokus seperti Staphylococccus aureus, cenderung lebih tahan terhadap tekanan daripada bakteri Gram negatif seperti Salmonella spp. Akan tetapi, ada pengecualian untuk aturan umum ini. contohnya Escherichia coli O157:H7 relatif tahan terhadap tekanan. Perbedaan respon terhadap tekanan antara bakteri Gram positif dan Gram negatif adalah lebih kompleksnya struktur membran sel bakteri Gram negatif yang membuatnya lebih rentan terhadap perubahan lingkungan yang disebabkan oleh tekanan. Dinding sel bakteri Gram negatif terdiri dari membran dalam dan luar dengan lapisan tipis peptidoglikan diantaranya. Sedangkan dinding sel bakteri Gram positif kurang kompleks dengan hanya sebuah membran plasma dalam dan peptidoglikan yang tebal di bagian luar yang menyusun hingga 90% dari dinding sel.

Sel vegetatif bakteri cenderung menjadi sangat sensitif terhadap tekanan saat berada pada fase pertumbuhan eksponensial dan sangat resisten pada fase pertumbuhan stasioner. Ketika bakteri memasuki fase stasioner, bakteri tersebut dapat mensintesis protein yang dapat melindungi sel terhadap berbagai kondisi yang merugikan seperti suhu tinggi, konsentrasi garam yang tinggi dan tekanan oksidatif. Belum diketahui apakah protein tersebut dapat melindungi sel dari tekanan tinggi tetapi hal ini dapat menjelaskan tentang peningkatan resistensi pada fase stasioner.

-       Yeast dan Kapang

Yeast tidak berhubungan dengan food borne disease namun dapat menyebabkan food spoilage karena kemampuannya hidup pada Aw rendah dan makanan yang mengandung pengawet dengan konsentrasi tinggi. Yeast relatif sensitif terhadap tekanan tinggi. Sedangkan kapang ada yang menyebabkan food borne disease karena mampu menghasilkan mikotoksin. Namun mikotoksin tersebut dapat terdegradasi seiring dengan tingginya tekanan yang diberikan seperti pada patulin, mikotoksin yang dihasilkan oleh spesies Aspergillus, Penicillium, dan Byssochlamys.

-       Nutrisi bahan pangan

HPP tidak terlalu berpengaruh pada nutrisi bahan pangan karena dalam sistem HPP tidak menggunakan panas atau meskipun dikombinasikan dengan panas, bukan menggunakan suhu yang tinggi. Selain itu tekanan yang diberikan ke bahan pangan tersebar secara merata dan kontinu.

Tekanan tinggi memiliki efek yang sedikit terhadap kandungan vitamin dalam bahan pangan. Asam askorbat pada kacang hijau dapat dipertahankan kandungannya yaitu 82% setelah diberikan tekanan tinggi 900 MPa, 20^oC selama 5±10 menit. Namun, jika tekanan tinggi (850 MPa) dikombinasikan dengan suhu tinggi (hingga 80^oC) dapat menyebabkan penurunan asam askorbat, vitamin A dan karoten, vitamin B, E, dan K.

-       Enzim

HPP juga memiliki efek pada kerja enzim yang terdapat pada bahan pangan. Umumnya enzim mengalami inaktivasi jika diberikan perlakuan tekanan tinggi. Namun inaktivasi tersebut terjadi pada tekanan yang berbeda-beda. Misalnya saja pectinase dan polygalacturonase yang dapat menyebabkan perubahan tekstur dan cloudy pada jus dapat diinaktivasi pada tekanan antara 150-1200 MPa. Inaktivasi terjadi secara antagonis antara tekanan dan suhu. Kombinasi suhu rendah dan tekanan tinggi memberikan hasil yang efektif. Inaktivasi terjadi secara cepat pada media asam.

Aplikasi HPP terhadap produk pangan

HPP tidak dapat diterapkan untuk semua jenis bahan pangan, hanya makanan yang berbentuk cair dan padat. Makanan dengan kandungan asam tinggi cocok diolah menggunakan HPP. Sedangkan makanan dengan kandungan asam rendah seperti susu, sayuran atau sup tidak cocok diolah dengan HPP karena kemungkinan adanya spora pathogen di dalam bahan makanan tersebut. HPP tidak mampu membunuh spora pathogen yang ada pada makanan berasam rendah. Selain itu, makanan yang diproses dengan HPP harus mengandung air dan tidak mengandung kantong udara internal. Bahan makanan yang mengandung udara terperangkap seperti stroberi akan hancur dibawah tekanan tinggi, dan padatan kering tidak memiliki kelembaban yang cukup untuk membuat HPP efektif membunuh mikroba. HPP telah diterapakan di beberapa Negara seperti Jepang, Amerika Serikat, Inggris dan Perancis.

-       Jus buah

Jus buah diberikan perlakuan tekanan tinggi sekitar 400 MPa pada suhu ruang bertujuan untuk inaktivasi mikroorganisme (sampai 10⁶ CFU/g) dan inaktivasi parsial pectinmethylesterase.

-       Produk berbasis daging dan ikan

Produk berbasis daging dan ikan diberikan perlakuan tekanan tinggi antara 250-500 MPa yang bertujuan untuk mempercepat pematangan, mempercepat tenderisasi, meningkatkan umur simpan, dan inaktivasi mikroba.

Peralatan (equipment) dari HPP

Komponen utama dari sistem HPP adalah pressure vessel, transmisi tekanan medium dan sarana untuk menghasilkan tekanan. Air digunakan sebagai media penekan. Air biasanya dipisahkan dari makanan dengan menggunakan flexible barrier. Kebanyakan bejana penekan (pressure vessel) terbuat dari paduan baja tarik tinggi ‘monoblocs’ (ditempa dari sepotong material), yang dapat menahan tekanan 400±600 MPa. Di dalam operasi, setelah udara dihilangkan, media penekan (baik air atau minyak) dipompa dari reservoir ke dalam pressure vessel (bejana penekan) menggunakan pompa penekan sampai tekanan yang diinginkan tercapai. Kontrol suhu dalam operasi komersial dapat dicapai dengan memompakan media pemanas atau pendingin melalui selubung yang mengelilingi bejana penekan. Suhu yang konstan diinginkan, tetapi jika diperlukan perubahan suhu secara teratur maka perlu dipasang internal heat exchanger.

Di dalam sistem HPP juga terdapat pompa. Pompa normal tidak mampu mencapai tekanan yang diinginkan untuk sistem HPP. Oleh karena itu, pompa hidrolik standar digunakan untuk menggerakkan pompa tambahan, yang berisi sebuah piston besar yang bergerak maju mundur oleh minyak hidrolik dalam sebuah pompa silinder bertekanan rendah. Piston besar memiliki dua piston kecil yang terhubung, masing-masing sisi bergerak dalam silinder bertekanan tinggi. Rasio area piston besar dan kecil dan tekanan pompa hidrolik memberikan multiplikasi tekanan dilihat dari output silinder bertekanan tinggi. Piston bertekanan tinggi memompa air yang digunakan sebagai medium untuk menekan. Tekanan dan volume output dari pompa tambahan tergantung pada keseluruhan ukuran piston dan tekanan hidrolik.

Gambar Pressure Vessel

Terdapat dua sistem dalam HPP yaitu :

1.      Sistem kontinu

Sistem kontinu memompakan bahan pangan seperti jus buah melalui 3 atau lebih pressure vessel (isolator) kecil yang disusun secara paralel. Masing-masing bejana (vessel) secara otomatis dioperasikan ‘out of phase’ dengan yang lainnya sehingga memberikan output yang maksimal. Jus yang dipompa ke dalam vessel pada tekanan rendah memaksa piston turun. Dengan katup tertutup, pompa tekanan tinggi digunakan untuk memompa air dibawah piston, sehingga memaksanya naik dan menekan jus. Setelah tekanan dan waktu diatur sesuai dengan yang diinginkan, air dibuang dan jus yang telah selesai di treatment dipompa keluar melalui lini produksi. Dalam sistem ini menerapkan ‘clean in place’ (CIP), keseluruhan sistem produksi dapat dibersihkan dan disterilkan secara bersamaan. Sistem ini cocok untuk produk yang dapat dipompa seperti jus, puree, saus, sup dan smothies.

Gambar ‘Continous’ System

2.      Sistem batch

Ketika bahan pangan berkadar air tinggi diberi tekanan tinggi sampai 600 MPa, hal ini akan mengurangi volume sampai 10-15%, tergantung tipe dan struktur bahan pangan. Media penekan adalah air, kemasan bahan pangan harus mampu mencegah masuknya air dan berkurangnya volume. Bahan-bahan flesksibel biasanya sering digunakan seperti botol plastik, kemasan vakum dan kemasan pouch. Sistem batch ini ideal digunakan untuk bahan pangan cair dan padat seperti daging, guacamole, ikan dan sereal.

Baik sistem batch dan continous dioperasikan dengan mesin dan dikontrol  dengan PLC standar.

Gambar ‘Batch’ System

Kelebihan dan kekurangan HPP

Kelebihan HPP :

-       Dapat mempertahankan tekstur dan rasa segar produk seperti jus buah, ikan, saus, guacamole dan daging yang dimasak.

-       Meningkatkan keamanan mikrobiologis dan umur simpan mealui inaktivasi mikroba pathogen dan pembusuk dan juga beberapa enzim.

-       Konsumsi energi rendah

-       Minimal efluen

-       Tekanan isostatik seragam dan distribusi suhu adiabatik menjangkau seluruh produk tidak seperti pengolahan termal

-       Input panas minimal, sehingga dapat mempertahankan kesegaran produk

-       Produksi pangan baru seperti produk gel dan modifikasi sifat dari makanan yang ada seperti susu dengan peningkatan sifat foaming.

-       Penghematan tenaga kerja

Kelemahan HPP:

-       Biaya awal peralatan yang tinggi

-       Regulasi pangan tentang produk pangan yang diproses menggunakan HPP

DAFTAR PUSTAKA

Brennan, James. G. 2006. Food Processing Handbook. Wiley-VCH : Germany

Tewari, Gaurav, Vijay K. Juneja. 2007. Advance In Thermal and Non-Thermal Food Preservation. Blackwell Publishing : USA

Zeuthen, Peter and Leif Bogh-Sorensen. 2000. Food Preservation Techniques. CRC press : New York