Teknologi Pengeringan Pada Pangan dengan Bantuan Ultrasonik

Pengeringan merupakan salah satu prosedur penting dalam pengolahan produk pertanian setelah panen dan bertujuan untuk meningkatkan penyimpanannya. Dengan menurunnya kadar air produk selama proses pengeringan maka aktivitas mikroorganisme akan berkurang sehingga dapat memperpanjang umur produk. 

Pentingnya produk pertanian sebagai sumber pangan manusia telah memotivasi banyak penelitian di bidang pengeringan tanaman pertanian, kinetika pengeringan, dan pemodelan. Keberagaman sifat produk pertanian (ukuran, bentuk, dan tekstur bagian dalam) mengakibatkan perbedaan yang besar dalam proses pengeringannya (Abbaspour-Gilandeh et al., 2020).

Pret-reatment dapat mengurangi tekstur air dan memfasilitasi perpindahan massa selama pengeringan udara. Penggunaan gelombang ultrasonik sebagai pretreatment baru untuk pengeringan makanan telah mendapat perhatian dalam beberapa tahun terakhir. Penggunaan gelombang ultrasonik sebagai pelengkap metode pengeringan klasik dengan udara panas, gelombang mikro, dan inframerah serta metode gabungan meningkatkan difusivitas kelembapan dan mengurangi waktu pengeringan. Metode ini mengurangi biaya pembuatan produk karena pengurangan waktu pengeringan.

Penerapan  pretreatment sebelum pengeringan menggunakan gelombang ultrasonik melibatkan perendaman makanan dalam air atau dalam fase air hipertonik. Hasil penelitian proses pengeringan beberapa buah dan sayur dengan menggunakan gelombang menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap peningkatan laju perpindahan massa dan panas akibat perubahan lapisan batas, densitas, dan difusivitas bahan. Di sisi lain, gelombang ultrasonik mampu menghilangkan kelembapan dari bahan tanpa peningkatan suhu yang signifikan. Selain itu, dengan metode ini, kerusakan makanan lebih sedikit dibandingkan metode pengeringan lainnya (Abbaspour-Gilandeh et al., 2021).

Prinsip dasar kerja Ultrasonik adalah kavitasi. Ultrasonografi adalah suatu bentuk energi yang dihasilkan oleh gelombang suara yang memiliki frekuensi yang tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Ketika gelombang suara merambat melalui produk apa pun, akan terjadi produksi energi dalam jumlah besar akibat kompresi dan penghalusan partikel medium. 

Jadi, kavitasi adalah pembentukan, pertumbuhan dan keruntuhan gelembung yang menghasilkan energi mekanik dan kimia lokal. Ketika gelombang ultrasonik melewati media cair, terjadi pembentukan gelembung gas di dalam cairan akibat kavitasi. Ini adalah interaksi antara gelombang suara, cairan dan gas terlarut. Hal ini mengakibatkan perubahan tekanan di sekitar inti gas terlarut dan menyebabkan osilasi (Onyeaka et al., 2021).

Jenis-jenis perlakuan ultrasonik atau sonikasi:

• Ultrasonikasi (US) adalah penerapan Ultrasonik pada suhu rendah. Perlakuan dapat digunakan untuk suhu sensitif produk yang dikhawatirkan akan kehilangan nutrisi seperti vitamin C, denaturasi protein, pencoklatan non-enzimatik, dll.
• Thermo sonikasi (TS) adalah kombinasi Ultrasonik dan panas. Pada perlakuan ini produk atau bahan pangan dikenai ultrasonik yang dikombinasikan dengan panas sedang. Akibat tambahan panas, Ultrasonik akan menghasilkan kavitasi dalam jumlah tinggi yang pada saat waktunya memberikan efek lebih besar pada inaktivasi mikroorganisme dibandingkan panas saja.
• Manosonikasi (MS) adalah metode gabungan di mana Ultrasonik dan tekanan diterapkan secara bersamaan. MS membantu menonaktifkan enzim dan/atau mikroorganisme dengan menggabungkan Ultrasonik dengan tekanan sedang pada suhu rendah. Efisiensi inaktivasinya lebih tinggi dibandingkan Ultrasonik saja pada suhu yang sama.
• Manothermosonikasi (MTS) adalah metode gabungan panas, ultrasonik, dan tekanan. Pada perlakuan ini, suhu dan tekanan yang diterapkan akan memaksimalkan kavitasi dan memberikan efisiensi yang lebih besar untuk inaktivasi enzim dan mikroorganisme. Perlakuan MTS menonaktifkan beberapa enzim pada suhu yang lebih rendah dan/atau dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan perlakuan termal pada suhu yang sama (Ravikumar et al., 2017).

Pengaruh Biokimia

• Aktivitas Enzim: Gelombang ultrasonik dapat menghambat aktivitas enzim dalam bahan pangan (Majid et al., 2015).
• Denaturasi Protein: Ultrasonik dapat menyebabkan denaturasi protein, yang mengubah struktur sekunder dan tersier protein. Pengeringan ultrasonik mempengaruhi struktur protein dalam makanan, yang mempengaruhi tekstur dan sifat fungsionalnya, seperti solubilitas dan kemampuan emulsifikasi (Jambrak et al., 2014)
• Perubahan Lipid: Ultrasonik dapat memicu oksidasi lipid, terutama dalam kondisi di mana terdapat paparan oksigen. Namun, pada kondisi yang terkontrol, ultrasonik dapat membantu homogenisasi campuran lemak dan air, meningkatkan stabilitas emulsi. Ultrasonik dapat mempengaruhi struktur dan stabilitas lemak dalam produk pangan, yang mempengaruhi rasa dan umur simpan (Chemat et al., 2017).

Pengaruh Kimia

• Degradasi Nutrisi: Pengeringan ultrasonik dapat mempertahankan nutrisi yang sensitif terhadap panas, seperti vitamin C (Nowacka et al., 2014).
• Perubahan Komposisi Fenolik: Gelombang ultrasonik dapat meningkatkan ketersediaan senyawa fenolik dengan memecah dinding sel tanaman, sehingga senyawa ini lebih mudah diekstraksi. Ultrasonik dapat meningkatkan ekstraksi senyawa fenolik, yang berfungsi sebagai antioksidan penting dalam makanan (Shen et al., 2023).
• Stabilitas Pigmen: Ultrasonik dapat membantu mempertahankan pigmen alami seperti klorofil dan karotenoid. Pengeringan ultrasonik dapat lebih baik mempertahankan warna alami dan nilai estetika produk pangan dibandingkan dengan pengeringan termal konvensional (Jaafar et al., 2014).

Pengaruh Mikrobiologi 

• Pengurangan Mikroorganisme Patogen: Pengeringan ultrasonik dapat mengurangi jumlah mikroorganisme patogen pada bahan pangan. Gelombang ultrasonik efektif dalam menurunkan populasi Escherichia coli dan Staphylococcus aureus pada jus buah, yang menunjukkan potensi teknologi ini dalam mengurangi risiko kontaminasi mikroba.
• Efektivitas Terhadap Bakteri dan Jamur : Ultrasonik tidak hanya efektif terhadap bakteri, tetapi juga terhadap jamur. Pengeringan ultrasonik dapat mengurangi pertumbuhan Aspergillus flavus pada kacang tanah, membantu mencegah produksi aflatoksin yang berbahaya.
• Perubahan Struktur Sel Mikroba: Gelombang ultrasonik dapat menyebabkan kerusakan fisik pada dinding sel mikroba. Ultrasonik merusak struktur sel Lactobacillus casei, mengakibatkan kebocoran isi sel dan kematian sel, yang secara signifikan mengurangi jumlah mikroorganisme hidup dalam produk pangan (Onyeaka et al., 2021).

Kelebihan Pengeringan Ultrasonik

• Pengeringan Lebih Cepat: Penggunaan ultrasonik dapat mempercepat proses pengeringan dengan meningkatkan laju transfer massa dan mengurangi waktu pengeringan.
• Efisiensi Energi: Pengeringan ultrasonik lebih efisien secara energi karena mengurangi suhu yang diperlukan dan waktu pengeringan.
• Kualitas Produk Lebih Baik: Pengeringan ultrasonik dapat mempertahankan kualitas nutrisi dan sensorik produk.
• Pengurangan Penggunaan Bahan Kimia: Ultrasonik dapat mengurangi atau menghilangkan kebutuhan bahan kimia untuk pengawetan karena efek antimikrobanya.

Kekurangan Pengeringan Ultrasonik

• Investasi Awal yang Tinggi: Biaya peralatan dan teknologi ultrasonik cukup tinggi.
• Skalabilitas: Meskipun efisien pada skala laboratorium, pengaplikasian teknologi ini pada skala industri memiliki tantangan.
• Keterbatasan Pengetahuan dan Keahlian: Pengoperasian dan pemeliharaan peralatan ultrasonik memerlukan pengetahuan teknis yang mendalam.
• Potensi Kerusakan pada Bahan Pangan: Gelombang ultrasonik yang terlalu kuat dapat merusak struktur bahan pangan.

Daftar Pustaka

Chemat, F., Rombaut, N., Sicaire, A. G., Meullemiestre, A., Fabiano-Tixier, A. S., & Abert-Vian, M. (2017). Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics sonochemistry. 34: 540-560.

Jaafar, H. J. J. (2014). Effect of ultrasound pre treatment on drying behavior, ascorbic acid, lycopene, color and other related properties of tomato slices (Master's thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü).

Jambrak, A. R., Mason, T. J., Lelas, V., Paniwnyk, L., & Herceg, Z. (2014). Effect of ultrasound treatment on particle size and molecular weight of whey proteins. Journal of Food engineering. 121: 15-23.

Onyeaka, H., Miri, T., Hart, A., Anumudu, C., & Nwabor, O. F. (2023). Application of Ultrasound Technology in Food Processing with emphasis on bacterial spores. Food Reviews International. 39(7): 3663-3675.

Ravikumar, M., Suthar, H., Desai, C., & Gowda, S. A. (2017). Ultrasonication: An advanced technology for food preservation. International Journal of Pure & Applied Bioscience. 5(6): 363-371.

Shen, L., Pang, S., Zhong, M., Sun, Y., Qayum, A., Liu, Y., ... & Ren, X. (2023). A comprehensive review of ultrasonic assisted extraction (UAE) for bioactive components: Principles, advantages, equipment, and combined technologies. Ultrasonics Sonochemistry. 106646.