Transcript
PENDUGAAN UMUR SIMPAN SUSU UHT COKELAT DENGAN METODE AKSELERASI MODEL PERSAMAAN ARRHENIUS DI PT DANONE INDONESIA FAISAL HAIRU BALYAK DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Umur Simpan Susu UHT Cokelat dengan Metode Akselerasi Model Persamaan Arrhenius di PT Danone Indonesia adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Februari 2014 Faisal Hairu Balyak F290023 ABSTRAK FAISAL HAIRU BALYAK. Pendugaan Umur Simpan Susu UHT Cokelat dengan Metode Akselerasi Model Persamaan Arrhenius di PT Danone Indonesia. Dibimbing oleh HARSI DEWANTARI KUSUMANINGRUM dan MARCEL PRIYANDI SEGARA. Pencantuman informasi umur simpan menjadi sangat penting bagi produsen, konsumen, dan distributor karena terkait dengan keamanan produk pangan dan untuk memberikan jaminan mutu pada saat produk sampai ke tangan konsumen. Penelitian ini dilakukan untuk menduga umur simpan produk minuman susu UHT cokelat yang dilakukan dengan dua tahap, yaitu penentuan parameter kritis dan penentuan umur simpan dengan metode Accelerated Shelf Life Testing (ASLT) dengan pendekatan Arrhenius. Parameter uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah ph, sedimentasi, warna, nilai asam tiobarbiturat (TBA), dan sensori. Pengujian dilakukan dengan menggunakan tiga suhu penyimpanan yaitu 0 C, 0 C, dan 0 C selama sembilan minggu. Berdasarkan hasil penentuan parameter pengujian, parameter yang paling sesuai untuk menduga umur simpan produk adalah parameter ph, sedangkan parameter sedimentasi dan parameter warna kurang sesuai karena nilai parameternya cenderung konstan dan tidak dipengaruhi oleh perubahan suhu. Kata kunci: Accelerated Shelf Life Testing (ASLT), Arrhenius, susu UHT cokelat, umur simpan. ABSTRACT FAISAL HAIRU BALYAK. Shelf Life Estimation of UHT Chocholate Milk with Acceleration Methode Arrhenius Model in PT Danone Indonesia. Supervised by HARSI DEWANTARI KUSUMANINGRUM and MARCEL PRIYANDI SEGARA. Information and labeling about shelf life becomes very important for industry, consumers, and distributors related on food safety and to provide quality assurance until the product delivered to the consumer. This research was conducted to estimate shelf life of UHT chocolate milk beverage with two steps which consisted of critical quality attribute screening and shelf life determination using Accelerated Shelf Life Testing (ASLT) method with Arrhenius approach. Test parameters used in this study were ph, sedimentation, color, thiobarbituric acid (TBA) values, and sensory. There were three conditions to store samples, i.e 0 C, 0 C, and 0 C for nine weeks. Based on the results of determination of parameters test, the most appropriate parameter to estimate the shelf life of the product is ph, while the sedimentation and color parameter are less appropriate because the parameter value is relatively constant and it is not affected by temperature changes. Key words: Accelerated Shelf Life Testing, Arrhenius, shelf life, UHT chocolate milk. PENDUGAAN UMUR SIMPAN SUSU UHT COKELAT DENGAN METODE AKSELERASI MODEL PERSAMAAN ARRHENIUS DI PT DANONE INDONESIA FAISAL HAIRU BALYAK Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014 Judul Skripsi : Pendugaan Umur Simpan Susu UHT Cokelat dengan Metode Akselerasi Model Persamaan Arrhenius di PT Danone Indonesia Nama : Faisal Hairu Balyak NIM : F Disetujui oleh Dr.Ir. Harsi D. Kusumaningrum Pembimbing I Marcel Priyandi Segara, STP Pembimbing II Diketahui oleh Dr Ir Feri Kusnandar, MSc Ketua Departemen Tanggal Lulus: PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta ala atas segala karunia-nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini ialah umur simpan, dengan judul Pendugaan Umur Simpan Susu UHT Cokelat dengan Metode Akselerasi Model Persamaan Arrhenius di PT Danone Indonesia. Banyak pihak yang turut membantu kelancaran dalam menyelesaikan tugas akhir, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Harsi D. Kusumaningrum selaku dosen pembimbing atas bimbingan, dorongan, masukan, serta saran-saran yang diberikan selama penulis menjadi mahasiswa Ilmu dan Teknologi Pangan. 2. Marcel Priyandi Segara, STP selaku pembimbing lapang atas bimbingan selama penulis melakukan kegiatan magang di PT Danone Dairy Indonesia 3. Dr. Tjahja Muhandri, STP, MT selaku dosen penguji atas saran dan masukannya 4. Ayahanda dan ibunda tercinta (Alm) Zakaria, (Almh) Khairani, dan Zakiyah Asma Yunita, serta keluarga besar tercinta atas doa, dukungan, serta kasih sayangnya selama ini. 5. Annisa Defriana, Adela Theda S.S, Annisa Rohmatin, M. Taufan Akbar, Defri Herianka, Brata Abdalla, Rufnia Ayu Afifah, Farah Huliandini, Sarida Wardani, ka Fitria Ryzkika, Gema Noor Muhammad, dan Ajie Pambudi, yang telah menjadi keluargaku di ITP, terima kasih atas bantuan dan kebersamaan yang kalian berikan selama ini. 6. Yuli Kurniawati, Zona Eza Ardika, dan M. Taufan Akbar atas segala bantuannya selama kita menjalani kegiatan magang di PT Danone Dairy Indonesia. 7. M. Asraf dan Adithia Sapto Utomo sahabat dari masa TPB atas segala bantuannya selama ini. 8. Mba Ayi Maghfurah atas bantuannya selama penulis menjalani kegiatan magang. 9. Seluruh teman-teman ITP 46 atas bantuannya selama penulis menjadi mahasiswa ITP. 10. Seluruh pihak yang turut membantu kelancaran pengerjaan tugas akhir ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Februari 2014 Faisal Hairu Balyak DAFTAR ISI DAFTAR TABEL vii DAFTAR GAMBAR vii DAFTAR LAMPIRAN vii PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 Manfaat Penelitian 2 Ruang Lingkup Penelitian 2 METODE 2 Bahan 2 Alat 2 Prosedur Analisis Data 3 HASIL DAN PEMBAHASAN 5 Hasil 5 Pembahasan 5 SIMPULAN DAN SARAN 13 Simpulan 13 Saran 13 DAFTAR PUSTAKA 14 LAMPIRAN 16 RIWAYAT HIDUP 28 DAFTAR TABEL 1 Persentase sedimen susu UHT cokelat setelah sentrifugasi pada 3000 RPM selama 10 menit dengan berbagai suhu perlakuan 6 2 Nilai TBA susu UHT cokelat setelah analisis pada berbagai suhu perlakuan 8 3 Nilai koefisien korelasi (R 2 ) tiap parameter 10 4 Persamaan regresi linear parameter ph 11 5 Parameter arrhenius perubahan nilai ph 11 6 Persamaan linear plot arrhenius dan nilai energi aktivasi ph dan TBA 12 7 Hasil perhitungan umur simpan susu UHT cokelat di berbagai suhu dengan parameter kritis nilai ph 13 DAFTAR GAMBAR 1 Reaksi antara TBA dan MDA 3 2 Nilai warna L susu UHT cokelat setelah pengamatan selama 9 minggu 7 3 Nilai ph susu UHT cokelat setelah pengamatan selama 9 minggu 9 4 Kurva hubungan perubahan nilai ph (ln k) terhadap suhu penyimpanan (1/T) 12 DAFTAR LAMPIRAN 1 Hasil uji ANOVA untuk parameter aroma suhu 0 C 16 2 Hasil uji ANOVA untuk parameter warna suhu 0 C 16 3 Hasil uji ANOVA dan uji lanjut Dunnets untuk parameter rasa 16 4 Hasil uji ANOVA untuk parameter kekentalan suhu 0 C 17 5 Kuesioner uji beda dari kontrol 17 6 Data pengukuran ph 18 7 Data pengukuran persen sedimen 19 8 Data pengukuran bilangan TBA 20 9 Data pengukuran warna chromameter a Data pengukuran warna chromameter b Data pengukuran warna chromameter L Data hasil evaluasi sensori beda dari kontrol minggu PENDAHULUAN Latar Belakang Tanggal kadaluarsa yang dicantumkan pada kemasan pangan menjadi informasi yang penting bagi konsumen. Tanggal kadaluarsa adalah batas akhir suatu pangan dijamin mutunya sepanjang penyimpanannya mengikuti petunjuk yang diberikan produsen. Masa kadaluarsa adalah waktu dimana produk pangan masih memberikan daya guna seperti yang diharapkan jika produk tersebut disimpan pada kondisi penyimpanan yang sesuai. Undang-undang pangan nomor 7 tahun 1996 dan Peraturan Pemerintah No. 69 tahun 1999 tentang label dan iklan pangan menyatakan setiap industri pangan wajib mencantumkan waktu dan tanggal kadaluarsa pada setiap kemasan produk. Studi umur simpan merupakan hal yang penting dalam produksi produk makanan sebagai usaha untuk menyediakan informasi umur simpan terlama yang dapat diterapkan pada produk terkait. Produsen atau industri pangan secara rutin melakukan analisis umur simpan untuk memberikan jaminan keamanan dan kualitas produk terkait yang dapat diterima oleh konsumen (Eskin dan Robinson 2001: Robertson 1993). Pencantuman informasi tanggal kadaluarsa merupakan jaminan produsen pangan kepada konsumen bahwa produk memiliki mutu yang baik saja yang dipasarkan dan produk tersebut aman dikonsumsi sebelum tercapai waktu kadaluawarsa yang ditetapkan oleh produsen (Haryadi 2004). Menurut Herawati (2008), penentuan umur simpan secara umum dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode konvensional dan metode akselerasi. Umur simpan produk pangan dapat diduga, kemudian ditetapkan waktu kadaluarsanya dengan menggunakan dua konsep studi penyimpanan produk pangan, yaitu Extended Storage Studies (ESS) dan Accelerated Shelf Life Testing (ASLT). ESS adalah penentuan tanggal kadaluarsa dengan cara menyimpan suatu seri produk pada kondisi normal sehari-hari sambil dilakukan pengamatan terhadap penurunan mutunya hingga mencapai mutu kadaluarsa. Metode ini sangat akurat dan tepat, namun pelaksanaannya memerlukan waktu yang panjang dan analisis karakteristik mutu yang dilakukan relatif banyak. Adapun pendugaan umur simpan dengan metode ASLT selain memiliki akurasi yang cukup tinggi juga bersifat lebih efisien karena melakukan percepatan reaksi penurunan mutu produk (Ellis 1994). Penelitian ini bertujuan untuk menduga umur simpan pada produk susu UHT cokelat. Susu Ultra High Temperature (UHT) adalah produk susu yang diperoleh dengan cara mensterilkan susu minimal pada suhu 1 0 C selama 2 detik, dengan atau tanpa penambahan bahan makanan dan bahan tambahan makanan yang diijinkan, serta dikemas secara aseptik (SNI ). Produk yang diuji ini telah memiliki umur simpan yang ditentukan dari penurunan mutu sensori selama waktu tertentu. Namun pengujian sensori yang dilakukan belum didukung dengan data-data pengujian fisik maupun kimia yang lain, sehingga perlu dilakukan penelitian untuk menentukan parameter lain yang dapat digunakan dalam menduga umur simpan produk agar didapatkan data yang lebih tepat. 2 Perumusan Masalah 1. Bagaimana perubahan mutu produk susu UHT cokelat selama masa penyimpanan? 2. Parameter pengujian apakah yang sesuai untuk menduga umur simpan produk susu UHT cokelat? 3. Bagaimanakah perubahan mutu sensori produk selama masa penyimpanan? Tujuan Penelitian 1. Mengetahui perubahan mutu produk susu UHT cokelat selama masa penyimpanan. 2. Mengetahui parameter-parameter pengujian yang sesuai untuk menduga umur simpan produk susu UHT cokelat. 3. Menduga umur simpan produk susu UHT cokelat dengan menggunakan metode ASLT model persamaan arrhenius berdasarkan parameter kritis dan titik kritis mutu susu UHT cokelat. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu memberikan rekomendasi untuk menetapkan masa kadaluarsa produk susu UHT cokelat kepada PT Danone Indonesia. Selain itu, kegiatan penelitian ini memberikan manfaat pada penulis berupa kesempatan untuk mengaplikasikan ilmu pangan di dalam industri pangan yaitu PT Danone Indonesia. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini berfokus pada pendugaan umur simpan produk susu UHT cokelat berdasarkan parameter kritis dan titik kritisnya yang diproduksi oleh PT Danone Indonesia. METODE Bahan Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah produk minuman susu UHT cokelat yang diproduksi oleh PT Danone Dairy Indonesia. Bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: asam asetat glasial 90%, asam klorida 4N, reagen TBA (Thiobarbituric acid), dan akuades. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah ph meter, kromameter, sentrifuge, neraca analitik digital, vortex, spektrofotometer double beam, dan alatalat gelas. 3 Prosedur Analisis Data Analisis ph Pengukuran ph dilakukan dengan alat ph meter. Sebelum digunakan untuk mengukur ph sampel, terlebih dahulu ph meter harus dikalibrasi dengan menggunakan buffer fosfat ph 7. Setiap sampel susu dituangkan dalam gelas piala sebanyak 30 ml, selanjutnya alat ph meter dicelupkan dalam sampel hingga ph terukur dan terbaca pada layar. Analisis Ketengikan dengan Thiobarbituric Acid (Tarladgis 1960) Reaksi TBA (Thiobarbituric Acid) digunakan untuk menyelidiki adanya flavor oksidasi dari suatu produk yang mengandung lemak. TBA digunakan untuk mengetahui adanya reaksi oksidasi sekunder atau hasil penguraian dari peroksida yang menghasilkan senyawa-senyawa aldehida yang berbau tengik. Prinsip analisis TBA adalah terbentuknya kompleks yang berwarna antara TBA dengan aldehida dan dapat diukur absorbansinya secara spektrofotometri. 2- thiobarbituric acid Kompleks TBA-MDA Gambar 1. Reaksi antara TBA (Thiobarbituric Acid) dan Malonaldehid Prosedur analisis dimulai dengan menimbang 10 gram sampel susu ke dalam erlenmeyer 250 ml. Erlenmeyer berisi sampel ditambahkan 2.5 ml larutan HCl 4N, selanjutnya ditambahkan 97.5 ml akuades. Setelah itu dilakukan proses destilasi untuk mendapatkan destilat sebanyak 50 ml. Filtrat yang dihasilkan, diambil sebanyak 5 ml dan ditambahkan dengan 5 ml larutan TBA (dibuat dengan melarutkan 0,2883g 2-thiobarbituric acid dalam 90% asam asetat glasial hingga mencapai volume 100 ml). Tabung reaksi ditutup, divortex, dan diletakkan dalam gelas piala berisi air yang dipanaskan pada suhu 100 o C selama menit. Selanjutnya sampel didinginkan dan diukur absorbansinya dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 528 nm dan sebagai blanko adalah akuades yang mendapatkan perlakuan sama dengan sampel. Bilangan TBA dihitung dan dinyatakan dalam satuan mg per kg sampel (ppm). Bilangan TBA dihitung dengan persamaan : Analisis Sensori Analisis sensori yang dilakukan adalah uji beda dari kontrol (different from control test). Uji pembedaan ini dilakukan dua arah yaitu antara beberapa sampel uji dengan kontrol. Dalam penelitian ini kontrol yang digunakan adalah produk susu UHT cokelat yang disimpan dalam lemari pendingin dengan asumsi tidak terjadi perubahan yang signifikan terhadap karakteristik sensori produk. Panelis yang digunakan adalah panelis terlatih dengan jumlah 10 orang. Pengujian 4 dilakukan pada perbedaan sampel dengan parameter warna, aroma, rasa, kekentalan, dan overall dengan angka penilaian dari 1 sampai 7 dengan ketentuan 1 = sama, 2 = sedikit berbeda, 3 = agak berbeda, 4 = moderat, 5 = cukup besar, 6 = besar dan 7 = sangat besar. Data hasil uji selanjutnya diolah dengan ANOVA (Analysis of Variance) dan bila terbukti ada perbedaan akan dilanjutkan dengan uji Dunnet s (Dunnet s Multiple Comparison Test) untuk membandingkan selisih nilai rata-rata antar sampel dengan sampel ujinya sehingga dapat dikatakan perbedaan yang terdeteksi signifikan atau tidak pada taraf pengujian yang diberikan. Pengukuran Sedimentasi (SNI ) Minuman susu UHT cokelat ditimbang sebanyak 10 gram dalam tabung sentrifuge. Sedimentasi diukur dengan metode sentrifugasi yang dilakukan pada suhu ruang dengan kecepatan 3000 rpm selama 10 menit. Setelah proses sentrifugasi, larutan/filtrat dibuang dari tabung sentrifuge dan sedimen ditimbang dan dihitung % sedimentasinya dengan persamaan berikut : % sedimentasi = Analisis Warna Pengukuran untuk warna produk dilakukan dengan menggunakan alat kromameter. Setiap sampel susu dituangkan dalam cawan petri sampai kedalaman sekitar 2 cm untuk mencegah adanya gangguan warna dari meja atau penyangga yang digunakan. Kemudian dish yang telah berisi sampel ditembak dengan menggunakan kilatan lampu dari kromameter. Hasil pengukuran akan terbaca pada layar. Parameter yang terukur adalah nilai L, a, dan b. Dimana : L = nilai yang menunjukkan kecerahan, berkisar antara a = a positif (+) menunjukkan warna merah a negatif (-) menunjukkan warna hijau b = b positif (+) menunjukkan warna kuning b negatif (-) menunjukkan warna biru Analisis Kinetika Reaksi Kinetika reaksi dari masing-masing parameter mutu kritis ditentukan dengan menggambarkan hasil pengamatan penurunan mutu parameter kritis selama percobaan terhadap waktu penyimpanan (dalam minggu) menggunakan kurva persamaan reaksi ordo nol dan ordo satu. Dari hasil pengamatan tersebut kemudian ditentukan tingkat korelasinya menggunakan persamaan regresi linear yang tersedia pada program Microsoft excel. Nilai kemiringan kurva (slope) pada masing-masing percobaan menunjukkan nilai konstanta reaksi (k). Nilai k yang telah diperoleh selanjutnya digunakan untuk menggambarkan kurva persamaan Arrhenius pada ordo nol mapun ordo satu dengan menghubungkan nilai ln k dengan 1/T (K -1 ). Jenis kinetika reaksi ditentukan berdasarkan tingkat korelasi yang diperoleh dari kurva. Nilai korelasi yang lebih besar menunjukkan kesesuaian jenis reaksi yang lebih baik. Penentuan Parameter Pengujian dalam Pendugaan Umur Simpan Produk Parameter pengujian ditentukan dengan melakukan simulasi perhitungan umur simpan produk dengan model Arrhenius. Perhitungan umur simpan dengan model Arrhenius ini dilakukan dengan mencari nilai ln k dari nilai k atau nilai konstanta penurunan mutu yang diperoleh dari kemiringan persamaan regresi grafik ordo yang sesuai untuk masing-masing suhu penyimpanan (Nurkhoeriyati 2007). Selanjutnya dibuat plot arrhenius, dengan sumbu x menyatakan nilai 1/T (K -1 ) dan sumbu y menyatakan nilai ln k pada masing-masing suhu penyimpanan yang digunakan. Dari regresi linier yang diperoleh pada kurva arrhenius ini dapat diprediksi umur simpan produk dengan menggunakan rumus : k k o e p Ea Keterangan (Nurkhoeriyati 2007): k = konstanta penurunan mutu ko = konstanta (tidak tergantung pada suhu) Ea = energi aktivasi T = suhu mutlak (K) R = konstanta gas (1.986 kal/mol K) Dengan mengubah persamaan di atas menjadi : ln k ln k o ( Ea ko merupakan konstanta penurunan mutu produk yang tidak tergantung pada suhu, sedangkan k merupakan konstanta penurunan mutu dari salah satu kondisi suhu yang digunakan dan Ea/R merupakan gradien yang diperoleh dari plot Arrhenius. Dengan perhitungan menggunakan rumus ini, akan diperoleh nilai k o. Umur simpan diperoleh dengan rumus : t o - t (reaksi ordo nol) 5 t ln o ln t (reaksi ordo satu) Keterangan : t = prediksi umur simpan (hari) Ao = nilai mutu awal At = nilai mutu produk yang tersisa setelah waktu t k = konstanta reaksi pada suhu penyimpanan yang diinginkan HASIL DAN PEMBAHASAN Gambaran Umum Produk Komposisi produk minuman susu UHT cokelat yang digunakan adalah air, susu segar, gula pasir, susu bubuk full cream, susu skim bubuk, laktosa bubuk, tepung terigu, cokelat bubuk, protein gandum, krimer nabati, pati termodifikasi, 6 trikalsium fosfat, minyak nabati, dinatrium fosfat, pemantap nabati, perisa identik alami chocolicious, perisa identik alami vanilla dream, perisa identik alami susu, garam, perisa artificial, dan premiks vitamin. Susu ini diolah dengan menggunakan teknologi UHT dan dikemas dalam kemasan berukuran 70 ml. Produk berwarna cokelat kemerahan karena penambahan bubuk cokelat dalam jumlah tertentu. Kondisi susu yang diolah dengan menggunakan teknologi UHT menyebabkan produk lebih aman dari kerusakan mikrobiologi dibandingkan kerusakan mutu fisik dan kimia. Pengukuran Perubahan Produk Susu UHT Cokelat 1. Parameter Sedimentasi Pengukuran sedimen dilakukan selama 9 minggu pada sampel yang telah disimpan pada suhu 0 C, 0 C, dan 0 C. Berdasark
