Problem Solving in UHT Technology for Liquid Milk

(1)

Purwiyatno Hariyadi [email protected]

Problem Solving in

UHT Technology

for Liquid Milk

Purwiyatno Hariyadi

phariyadi.staff.ipb.ac.id

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian:

Southeast Asian Food & Agricultural Science & Technology (SEAFAST) Center,

LPPM,

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Problem Solving in

UHT Technology

for Liquid Milk

Materi ini

Bisa diunduh dari

www.foodreview.co.id

SEMINAR “

Better & Safer Dairy Technology

”

June 11, 2015

(2)

Disukai oleh mikroba

 mudah rusak

• Bahan pangan yang “bergizi”

• pH > 4.5 dan a

_w

>0.85

• Potensi Bahaya : Tinggi

SUSU

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

• Pendinginan,

• Pemanasan,

• Pengeringan,

• Penambahan gula,

• Penambahan asam,

• Penambahan

pengawet,

• Dll

(3)

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

• Pendinginan,

• Pemanasan,

• Pengeringan,

• Penambahan gula,

• Penambahan asam,

• Penambahan pengawet,

• Pengendalian atmosfir,

• Iradiasi

• Dll

• P

endinginan,

• Pemanasan

• Pengeringan,

• Penambahan gu

• Penambahan a

• ...

Wadah

Pengisian &

Penutupan

Sterilisasi

(pemanasan)

Retort/ pemasak

SUSU steril

dalam wadah

SUSU

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(4)

Wadah

Pengisian &

Penutupan

Sterilisasi

(pemanasan)

Retort/ pemasak

SUSU steril

dalam wadah

SUSU

1840an: Susu dalam kaleng/botol mulai dijual komersial=AWET.

Tantangan  kerusakan zat gizi dan perubahan cita-rasa

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

Dengan panas (proses termal)

1850s:

Pasteur; pemanasan susu pada T=63°C; t=30’

Pasteurization: membunuh pathogen

Tantangan:

• Tidak membunuh spora bacteri (tahan

panas)

• Memerlukan penyimpanan dingin  lemari

es

1840an: Susu dalam kaleng/botol mulai dijual komersial=AWET.

Tantangan  kerusakan zat gizi dan perubahan cita-rasa

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(5)

Optimasi Proses Panas

Membunuh mikroba:

Memperpanjang masa

kesegaran

~ aman, awet

Juga menyebabkan

perubahan :

• Rasa

• Warna, Tekstur

• Flavor

• Gizi,

• Nilai Tambah

• Fungsionalitas,

• dll

vs

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

Dengan panas (proses termal)

(2) Definisi Nilai D

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(6)

(2) Definisi Nilai z

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

OPTIMASI PROSES PANAS– Kinetika Inaktivasi Mikroba

Jenis

Mikroba

1. C. Botulinum

2. C. Sporogenes

3. B. Stearotherm.

4. C. Thermosacch.

5. B. Subtilis

6. B. Coagulan

7. C. pasteurianum

T

R

(

o

_C)

121

100 D

(min)

0,25

1,50

5,00

4,00

0,40

0,07

0,50

Z

(

o

_C)

11

10

11

7

10

8 D-Red

12

5

6

5

5 Produk

LAFs (pH >4,5)

Daging

Sayuran & susu

Sayuran

Susu & produk susu

4,2 <pH<4,5, tomat

4,2 <pH<4,5, pir

Referensi ;

(Maroulis and Saravacos, 2003. Food Process Design. Thermal Destruction Data of Spoilage Microorganisms; p 312)

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(7)

Aspek Mutu

(Nilai Tambah)

1. Vitamin C

2. Tiamin

3. Vitamin A

4. KLorofil

5. Dll

T

_R

(

o

_C)

121

121 ?

D

(min)

931

254 43,5

15,4

?

Z

(

o

_C)

17,8

25,4

20,0

45,0

?

Referensi ;

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

OPTIMASI PROSES PANAS– Kinetika Inaktivasi Mikroba

Aspek Mutu

(Nilai Tambah)

Mikroba

1. Pathogenik

2. Mesofilik

3. Thermofilik

Aspek Mutu (nilai Tambah

1. Tiamin

2. Lisin

3. Asam Askorbat

T

R

(

o

_C)

75

120

120 D

(min)

0,01

0,15

0,50

120

960

960 Z

(

o

_C)

9,5

10,0

10,5

30

20

18 D-Red

12

9

9 Referensi ;

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(8)

Suhu Pemanasan

(T)

W

aktu

(lama)

P

emanasan

(t)

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

OPTIMASI PROSES PANAS– Kinetika Inaktivasi Mikroba

Suhu Pemanasan

(T)

W

aktu

(lama)

P

emanasan

(t)

115-121o_C

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(9)

Suhu Pemanasan

(T)

W

aktu

(lama)

P

emanasan

(t)

135-140o_C

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

OPTIMASI PROSES PANAS– Kinetika Inaktivasi Mikroba

135-140oC 115-121o_C

Suhu Pemanasan

(T)

W

aktu

(lama)

P

emanasan

(t)

_{Pemanasan pada suhu}

lebih tinggi 

• Lebih efektif

membunuh mikroba

• Minimal merusak

mutu dan gizi.

Pemanasan

pada suhu lebih

rendah 

• Kurang

efektif

membunuh

mikroba;

• Signifikan

merusak

mutu dan gizi

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(10)

Purwiyatno Hariyadi [email protected] 135-140o_C 115-121o_C

Suhu Pemanasan

(T)

W

aktu

(lama)

P

emanasan

(t)

_{Pemanasan pada suhu}

lebih tinggi 

• Lebih efektif

membunuh mikroba

• Minimal merusak

mutu dan gizi.

Pemanasan

pada suhu lebih

rendah 

• Kurang

efektif

membunuh

mikroba;

• Signifikan

merusak

mutu dan gizi

Perlu

OPTIMASI

Kombinasi

T (suhu)

&

t (waktu)

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

OPTIMASI PROSES PANAS– Kinetika Inaktivasi Mikroba

Jaminan

Keamanan,

Kestabilan

(keawetan)

Jaminan

Mutu

(fungsionalitas)

Membunuh mikroba:

Memperpanjang masa

kesegaran ~ aman,

awet

Menyebabkan

perubahan :

Rasa, Warna,

Tekstur, Flavor, Gizi, dll

Perlu

OPTIMASI

Kombinasi

T (suhu)

&

t (waktu)

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

(11)

Jaminan

Keamanan,

Kestabilan

(keawetan)

Jaminan

Mutu

(fungsionalitas)

Membunuh mikroba:

Memperpanjang masa

kesegaran ~ aman,

awet

Menyebabkan

perubahan :

Rasa, Warna,

Tekstur, Flavor, Gizi, dll

UHT

Ultra High

Temperature

1. Teknologi Pengolahan Susu Cair

OPTIMASI PROSES PANAS– Kinetika Inaktivasi Mikroba

Zona Aseptis

Produk steril dalam kemasan Pengisian produk steril

kedalam kemasan

steril, dilakukan pada kondisi lingkungan

steril

2. Teknologi UHT

(12)

USA, 1989

(http://www.ift.org)

“…The most significant

food science innovation of

the last 50 years

.”

2. Teknologi UHT

SUSU

(13)

1890s:

 Alat penukar panas tipe Pelat, pertama kali

dipatenkan di Jerman

 Proses pemanasan (pasteurusasi dan sterilisasi) bisa

dilakukan dengan suhu yang lebih tinggi

2. Teknologi UHT

(14)

2. Teknologi UHT

(15)

3. Kecukupan Panas UHT

(16)

3. Kecukupan Panas UHT

(17)

Malmgren, B, 2011. Aseptic process. External Partners Workshop, Singapore, 10-11

May 2011

1. Definisi Nilai F

₀

3. Kecukupan Panas UHT

(18)

3. Kecukupan Panas UHT

T(oC)

LR

t (sec)

Fo

121.1

1.0

180

3

135

24.5

2

0.8 3. Kecukupan Panas UHT

T(oC)

LR

t (sec)

Fo

121.1

1.0

180

3

135

24.5

2

0.8

135

24.5

8

3.3

140

77.6

3

3.9 Revisi???

(19)

3. Kecukupan Panas UHT

Waktu  Pengendalian Aliran

- kecepatan dan profil laju aliran dalam Holding Tube (HT)

3. Kecukupan Panas UHT

Waktu  Pengendalian Aliran

(20)









































 

V

L

F

t

F

Z T o Z T o ho ho

2

10

121 min 121

L = panjang holding tube

T

ho

: suhu diujung hilir holding tube

V = kecepatan rata

2

_aliran

3. Kecukupan Panas UHT

Waktu  Pengendalian Aliran

- kecepatan dan profil laju aliran dalam Holding Tube (HT)

Nilai Fo :

• Dipengaruhi oleh aliran bahan HT; (profile & kecepatan

aliran)

• Kendalikan pompa :

• Pompa dipasang di bagian hulu sistim pemanasan

• Positive displacement pump

• Nilai Fo = ditentukan berdasarkan nilai Fo dari the fastest

moving particle

• Untuk memastikan t tidak berubah  fixed rate pump.

• Jika digunakan pompa dengan variable speed 

perubahan kecepatan hanya dibisa dilakukan oleh

authorized personel yang sudah ditunjuk dan

diberikan training memadai.

3. Kecukupan Panas UHT

Waktu  Pengendalian Aliran

(21)

Holding Tube :

• Posisi HT dibuat miring  self draining

• HT  standar disain saniter (sanitary design);

• pemukaan pipa yang halus

• komponen mudah diurai dan dirakit kembali,

• kualitas pengelasan (welding) yang baik  CIP

• HT dikonstruksi pada area yang kering dan tidak

lembab;

• Tekanan di dalam HT perlu dipertahankan tinggi:



menghindari terjadinya proses mendidih/flashing.

• Suhu HT (T

ho

) dicatat sebagai suhu outlet HT

.

Waktu  Pengendalian Aliran

- kecepatan dan profil laju aliran dalam Holding Tube (HT)

3. Kecukupan Panas UHT

2. Definisi Nilai Pemasakan

(C-value)

Malmgren, B, 2011. Aseptic process. External Partners Workshop, Singapore, 10-11

May 2011

(22)

Malmgren, B, 2011. Aseptic process. External Partners Workshop, Singapore, 10-11

May 2011

3. Definisi Nilai B*

3. Kecukupan Panas UHT

Malmgren, B, 2011. Aseptic process. External Partners Workshop, Singapore, 10-11

May 2011

4. Definisi Nilai C*

(23)

Faktor kritis

untuk Umur

Simpan susu

Steril UHT

• Colour

• Smell

• Taste

• Texture

• Stability

3. Kecukupan Panas UHT

1985 di Italy

1990 di Jerman

• Problems of non-sterility of UHT-milk products.

• Caused by the presence of ultra heat resistant

bacterial spores belonging to the genus Bacillus.

• Massive non-sterility



mesophilic/thermofilik spores present in the

initial milk might have survived the UHT-treatment.



germinate, multiply

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(24)

• Molecular investigations of these sporeformers showed

that a new Bacillus species is involved (Klijn et al.,

1994),

• Identified as Bacillus sporothermodurans by Petterson

et al.

(1996) .

• HHRS : Highly Heat-Resistant Spore-former

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Non-Sterility

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(25)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Non-Sterility

B. Stearothermophilus: D140-value ~ 0.9 s) B. Sporothermodurans: D140-value ~ 3.4 - 7.9 s) Zvalue: B. Sporothermodurans: 13.1-14.2o_C and B. Stearothermophilus: 9.1o_C

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(26)

Factors?  Cleaning

"4T" law: the success of CIP

depends on:

1. the correct cleaning Time

2. the right Temperature

3. the Turbulence

4. the Titration of cleaning

solution

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Non-Sterility

Factors?



Reprocessing of UHT milk.



Waiting time (delay of processing) at warm

temperature

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(27)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Gelation

Age gelation of UHT Milk (Kocak, H. R. and Zadow, J. G., 1985, Age gelation of UHT

whole milk as in uenced by storage temperature, Aust J Dairy Technol, 40(1): 14–21)

In general,

gelation occurs more readily

at room temperatures

(~20–25°C) than at low

(~4°C) and high

(~35–40°C)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(28)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Gelation

Gelasi (penggumpalan) pada susu UHT selama penyimpanan

erat berkaitan dengan reaksi proteolisis.

(i) protease alami pada susu (plasmin)

(ii) proteinase yg diproduksi oleh bakteri psikrotrop

(kontaminant)  protease ekstraseluler.

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(29)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Gelation

Law, B. A., Andrews, A. T. And Sharpe,M.

E., 1977, Gelation of ultrahigh

temperature-sterilized milk by proteinases

from a strain of Pseudomonas

uorescens

isolated from raw milk, J Dairy Res,

44(1):

145–148.

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(30)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Case of

Gelation

• Tingkat/intensitas pemanasan yang diterima oleh susu dan

produk-produk susu  laktulosa sebagai indikator.

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(31)

• Laktulosa secara alami tidak terdapat pada susu segar;

terbentuk selama proses pemanasan; sebagai hasil

isomerisasi dari laktosa  khas pada susu

• The European Union (EU) : indikator untuk menentukan

intensitas pemanasan susu, untuk membedakan antara

susu pasteurisasi, susu steril dalam wadah, atau pu susu

steril-UHT

(EU Milk Hygiene Directive, 1992).

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Index of Heating :

Lactulose

Lactulose contents in milks of

different heat-processes:

• PAST=fresh pasteurized milk;

• HT PAST=high temperature

• pasteurized milk;

• IND UHT=indirect UHT-treated

• milk;

• INJ UHT=direct UHT-treated milk

using an injection system;

• INF UHT=direct UHT-treated milk

using an infusion system;

• STER=In-container sterilized milk.

() Number of samples per class.

4. Permasalahan

Teknologi UHT

(32)

4. Permasalahan

Teknologi UHT

- Index of Heating :

Lactulose

Terimakasih

Email:

[email protected]

(33)

Notes:

Mudah rusak krn

pertumbuhan

mikroba

87

4.8 4.1 3.4

0.7 Air

Laktosa

Lemak

Protein

Mineral

Susu segar

• Sumber gizi

• pH > 4,6

• a

_w

> 0.85

• berasal dari

ternak

(34)

Mudah rusak krn

pertumbuhan

mikroba

Susu segar

• Sumber gizi

• pH > 4,6

• a

w

> 0.85

• berasal dari

ternak

SNI 3141 1 2011

Susu Segar

1. Karakteristik

produk



Kondisi mutu awal

Bozena Malmgren (2013). Dairy Processing: Dairy raw materials, Tetra Pak

Mudah rusak krn

pertumbuhan

mikroba

Susu segar

• Sumber gizi

• pH > 4,6

• a

_w

> 0.85

• berasal dari

ternak

SNI 3141 1 2011

Susu Segar

1. Karakteristik

produk



Kondisi mutu awal

(35)

SNI 3141 1 2011 Susu Segar TPC < 1 x 106

1. Karakteristik

produk



Kondisi mutu awal

Susu segar Indonesia

1. Karakteristik

produk



Kondisi mutu awal

Bozena Malmgren (2013). Dairy Processing: Dairy raw materials, Tetra Pak

Kriteria Mutu bahan baku susu segar (untuk

sterilisasi UHT)

(36)

The product must be processed to achieve commercial

sterility and the container in which the product is

enclosed must be hermetically sealed so as to be airtight

and to protect the contents of the container against the

entry of microorganisms during and after processing.

1. Karakteristik

produk



Kondisi mutu awal

Kriteria Mutu bahan baku susu segar (untuk

sterilisasi UHT)

Berkaitan dengan:

Standard Performansi (USFDA/USDA) STERIL KOMERSIAL:

For a low-acid Produk that receives thermal or other sporicidal

lethality processing, that processing must be validated to

achieve :

• a probability of 10

-9

_{that there are spores of C. botulinum in}

a container of the Produk that are capable of growing, or,

• a 12-log10 reduction of C. botulinum, assuming an initial

load of  1000 spores per container.

1. Karakteristik

produk



Kondisi mutu awal

Kriteria Mutu bahan baku susu segar (untuk

sterilisasi UHT)

Berkaitan dengan: