PENGARUH PROSES TERMAL TERHADAP ZAT GIZI MIKRO

Penggunaan panas dan waktu dalam proses pemanasan bahan pangan sangat berpengaruh pada bahan pangan. Dalam pengolahan bahan pangan, penggunaan panas seringkali dilakukan dengan tujuan untuk menambah citarasa dan memperpanjang daya simpan produk pangan tersebut.  Di dalam kehidupan sehari-hari jenis proses termal yang biasa dilakukan adalah penggorengan, perebusan, pengukusan, dan pemanggangan.  Di tingkat industri, kita mengenal beberapa jenis pengolahan pangan dengan menggunakan panas seperti blansir, pasteurisasi dan sterilisasi dengan maksud agar bahan makanan dapat lebih awet disimpan. Pada umumnya semakin tinggi jumlah panas yang diberikan semakin banyak mikroba yang mati.

Tetapi penggunaan panas pada pengolahan bahan pangan juga dapat mempengaruhi nilai gizi bahan pangan tersebut, termasuk zat gizi mikro (vitamin dan mineral).  Umumnya vitamin-vitamin (khususnya vitamin larut air) dan mineral tidak stabil terhadap panas. Beberapa jenis bahan pangan seperti halnya susu dan kapri serta daging, sangat peka terhadap suhu tinggi karena dapat merusak warna maupun rasanya.

Penggorengan merupakan salah satu jenis pengolahan pangan dengan menggunakan panas.  Suhu yang digunakan biasanya adalah 160^oC, sehingga dapat merusak vitamin dan mineral.  Kandungan ß-karoten (pro-vitamin A) minyak sawit merah (minyak goreng) juga mengalami penurunan selama proses pemanasan (penggorengan).  Hal ini tergantung dari suhu yang digunakan.  Hasil penelitian melaporkan bahwa pemanasan minyak sawit merah pada suhu 150 ⁰C mampu mempertahankan kandungan ß-karoten yang lebih baik dibandingkan suhu yang lebih tinggi (160, 170 dan 180 ⁰C).  Penurunan kandungan vitamin yang terjadi pada pemanasan minyak goreng disebabkan terjadinya reaksi oksidasi minyak dan degradasi asam lemak akibat suhu pemanasan yang tinggi dan lama pemanasan.

Pengukusan dan perebusan adalah metode konvensional lainnya yang telah lama dikenal untuk memasak. Pada proses perebusan dapat menurunkan nilai gizi suatu bahan makanan lebih banyak dibandingkan dengan pengukusan. Bahan makanan yang langsung terkena air rebusan akan menurunkan nilai gizinya terutama vitamin-vitamin larut air (B kompleks dan C), sedangkan vitamin larut lemak (ADEK) kurang terpengaruh.

Pemanggangan juga bisa menyebabkan kerusakan zat gizi. Kerusakan zat gizi dalam bahan makanan yang dipanggang umumnya terkait dengan suhu yang digunakan dan lamanya pemanggangan.  Pada roti misalnya, tidak ada susut gizi yang berarti dalam tahap pencampuran adonan, fermentasi, maupun pencetakan.  Tetapi pada proses pemanggangan cukup banyak zat gizi yang mengalami kerusakan sehingga menurunkan nilai gizi.  Pemanggangan roti sampai kulitnya berwarna coklat akan menurunkan kadar tiamin 17 - 22%. Roti tawar akan kehilangan tiamin (vitamin B1) lebih sedikit dibandingkan roti berukuran kecil. Riboflavin (vitamin B2) dan niasin (asam nikotinat) relatif stabil dalam proses pemanggangan. Dilaporkan, susut niasin hanya kurang dari 5%, sementara riboflavin sedikit sekali yang hilang. Hanya saja, dalam proses penggorengan donat dengan minyak, susut riboflavin bisa mencapai 23%.

Blansir adalah perlakuan panas pendahuluan yang sering dilakukan dalam proses pengalengan buah dan sayuran dengan tujuan untuk memperbaiki mutunya sebelum dikenai proses lanjutan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses blansir dapat menurunkan nilai gizi suatu produk pangan terutama vitamin, mineral, dan komponen-komponen yang larut air lainnya.  Besarnya kerusakan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: 1) Varietas, 2) Tingkat kemasakan/kematangan, 3) Metode penanganan (terutama tingkat pemotongan, pengirisan, dan lain-lain, yang mempengaruhi rasio luas permukaan/ volume bahan), 4) Penggunaan medium pemanas dan pendingin, 5) Lama dan suhu pemanasan, dan 6) Rasio air/bahan yang diblansir (terutama jika digunakan air sebagai medium pemanas atau pun pendingin).  Pengaruh penggunaan metode blansir terhadap kandungan vitamin C pada beberapa bahan pangan dapat dilihat pada Tabel 1.

Selain vitamin C, pengolahan pangan dengan menggunakan panas juga dapat menurunkan vitamin larut air lainnya (vitamin B) tergantung pada metode dan suhu yang digunakan.  Kandungan vitamin larut air pada produk susu yang mengalami proses pengolahan dengan panas dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 1.  Pengaruh penggunaan metode blansir terhadap kandungan vitamin C

Sumber : Cumming et al. (1984)

Tabel 2.  Kandungan vitamin larut air pada susu

Sumber : Saleh (2004)

Kehilangan atau susut zat gizi mikro pada bahan pangan pada saat penggunaan panas dapat diminimalkan dengan cara membuat kondisi asam.  Zat-zat gizi mikro akan lebih stabil pada kondisi asam.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa vitamin C pada sari  buah murbei lebih stabil selama penyimpanan karena kondisi pH yang rendah walaupun mengalami proses pasteurisasi pada suhu 80 ⁰C selama 10 menit. 

Contoh lainnya adalah pada produk minuman susu.  Hampir semua produk yang telah dipasteurisasi mempunyai pH rendah (asam). Produk makanan yang tidak tahan panas umumnya stabil dalam kondisi asam, dengan demikian kondisi asam ini akan mencegah susut gizi yang mungkin terjadi. Susu yang dipasteurisasi akan kehilangan tiamin 10%, vitamin C 10 - 20%, dan vitamin B12 0 - 10%.

Proses termal pada pengolahan pangan juga akan berpengaruh pada penyerapan zat gizi dalam tubuh.  Banyak faktor yang mempengaruhi penyerapan zat gizi mikro (terutama mineral) di dalam tubuh.  Sebagai contoh, adanya serat dan zat anti gizi (asam fitat, dan lain-lain) dapat menghambat penyerapan zat besi, kalsium, dan lain-lain.  Proses pemanasan dapat mendegradasi heme sehingga bioavailabilitas heme iron akan menjadi rendah. Semakin lama proses pemanasan akan menyebabkan solubiliti zat besi semakin rendah.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses perebusan yang dikombinasikan dengan kondisi asam dapat meningkatkan penyerapan zat besi.  Hanya saja faktor lama perebusan juga perlu diperhatikan.

Perbedaan Varietas Beras Indica Dengan Japonica

 Perbedaan varietas beras Indica dengan Japonica.

·      Beras Indica adalah beras berbulir panjang yang ketika dimasak mengahasilkan nasi yang tidak lengket, dapat mengembang, tidak lunak dan menjadi keras saat dingin. Mengandung amilosa sedang sampai tinggi (20-25,5%), memiliki indeks glikemik (IG) rendah dan  biasanya ditanam di daerah yang tropis yaitu Indonesia dan India. Beras Indica lebih enak dimakan dengan sendok atau tangan, dan diolah menjadi nasi goreng.

·      Beras Japonica adalah varietas beras berbulir pendek dan bulat, mengandung amilosa rendah (14,8%) sehingga ketika dimasak nasi yang dihasilkan lunak, mengkip, lengket dan menggumpal saat dingin. Varietas beras japonica biasanya ditanam di daerah sub tropis. contohnya Beras Jepang, mudah disantap dengan sumpit dan bisa digulung menjadi sushi.

Beras pera mengandung amilosa yang tinggi

Beras yang ada dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu “beras pulen (Japonica)” dan “beras pera (Indica)”. Beras pulen mengandung amilosa yang rendah dan amilopektin yang tinggi, sedangkan beras pera mengandung amilosa yang tinggi dan amilopetin yang rendah.

Perbedaan komposisi ini sangat dipengaruhi oleh kondisi tanah pertanian, pemupukan, lingkungan tempat tumbuhnya dan iklim.

Perbandingan antara amilosa dan amilopektin ini di jadikan dasar atau merupakan faktor tunggal dalam menentukan mutu rasa dan tekstur nasi.

Berdasarkan kandungan amilosanya, beras dibagi ke dalam empat golongan :

a.       Beras ketan yang sangat pulen (kadar amilosa sekitar 1-2 %),

b.      Beras pulen (kadar amilosa 7-20 %),

c.       Beras sedang (kadar amilosa 20-25 %) dan

d.      Beras pera (kadar amilosa lebih dari 25 %).

Kandungan amilosa tersebut berkorelasi positif dengan tingkat kelemahan, kelengketan, warna dan kilap. Semakin tinggi kadar amilosa volume nasi yang diperoleh makin besar tanpa kecenderungan mengempes, hal ini dikarenakan amilosa mempunyai kemampuan retrogadasi  yang  lebih  besar.

RUJUKAN

Enrico. 2011.  Varietas Vs  Komposisi beras. (online) (http://enricoenrico73.blogspot.com/20         11/02/varietas-vs-komposisi-beras.html).

Riwan Kusmiadi, STP. 2011. Hubungan Varietas dengan Komposisi Beras. (online) (http://fp       Hubungan pb.ubb.ac.id/?Page=artikel_ubb&&id=136).

Somantri,I.H.1983. Pewarisan Kadar Amilosa pada Beberapa Persilangan Padi. Tesis.       Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran, Bandung.

Biokonversi Selulose dari Limbah Tongkol Jagung Menjadi Glukosa Menggunakan Jamur Aspergilus Niger

Jagung termasuk tanaman pangan utama di Indonesia. Produksinya terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri maupun ekspor. Namun, sejauh ini bagian tanaman jagung yang dimanfaatkan masih terfokus terutama pada biji buahnya. Sedangkan limbahnya seperti kulit jagung, rambut jagung dan tongkol jagung dapat diolah kembali menjadi produk yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi. Salah satunya adalah tongkol jagung yang diolah menjadi glukosa dengan bantuan jamur Aspergilus Niger secara biokonversi oleh enzim selulose.                                

 Dari proses pengolahan ini produk yang akan dihasilkan adalah Glukosa yang melalui proses biokonversi enzim Selulose dari jamur Aspergilus Niger. Prosedur yang digunakan dimulai dengan tahap persiapan enzim kasar dari jamur Aspergilus niger dan tahap pengujian enzim selulose, kemudian dilanjutkan dengan analisa komposisi tongkol jagung dengan perlakuan secara fisika. Proses hidrolisa asam dilakukan dengan perendaman didalam larutan FeTNa dan hidrolisa enzim dari jamur Aspergilus niger. Proses hidrolisa asam bertujuan untuk menurunkan kadar hemiselulosa dan lignin, karena kedua senyawa ini dapat mennghambat degradasi selulosa menjadi glukosa. Sedangkan pada proses hidrolisa enzim bertujuan untuk menguraikan senyawa selulosa dalam tongkol jagung menjadi monomer glukosa sebagai penyusunnya dan menguraikan hemiselulose menjadi selulose. Dengan demikian selulose yang dikonversi menjadi glukose berasal dari hidrolisa asam dan hidrolisa enzim  dari hemiselulose.                                                                          Seperti yang dijelaskan di atas, selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan asam atau enzim. Hidrolisis menggunakan asam biasanya dilakukan pada temperatur tinggi. Proses ini relatif mahal karena kebutuhan energi yang cukup tinggi.  Baru pada tahun 1980-an, mulai dikembangkan hidrolisis selulosa dengan menggunakan  enzim selulase. Bukan hanya jamur Aspergillus niger yang dapat mendegradasi selulosa,  jamur lain seperti Actinomycetes dan Tricoderma adalah penghasil selulase dan  crude enzyme  secara komersial, fungi-fungi tersebut sangat efisien dalam memproduksi selulase . Namun tidak semua jenis fungi dan bakteri mampu memproduksi selulase dalam jumlah yang signifikan yang mampu menghidrolisa kristal selulosa secara  invitro.                                                                                                  Tongkol jagung bukan hanya dapat dikonversi menjadi glukosa, pada sumber lain ternyata tongkol jagung memiliki potensi yang sangat baik untuk memproduksi biomasa ethanol dan xilitol, Xilitol termasuk gula alkohol dengan lima karbon (1,2,3,4,5 pentahydroxy pentane) dengan formulasi molekul C₅H₁₂O₅. Sebetulnya beberapa jenis buah-buahan dan sayuran mengandung xilitol walaupun dalam jumlah kecil, misalnya strawberi. Namun demikian,  untuk mengekstrak xilitol dari bahan tersebut tidak ekonomis karena kandungannya terlalu kecil .                                                                                                                     

  Selama ini tongkol jagung hanya dijadikan sebagai pakan ternak, sebagai pengganti kayu bakar atau hasil industri minyak jagung yang tidak diolah kembali menjadi sesuatu yang memiliki nilai ekonomi tinggi. Untuk itulah dalam penelitian ini akan dimanfaatkan limbah pertanian yaitu tongkol jagung sebagai penghasil glukosa, sehingga limbah ini dapat bermanfaat bagi penigkatan nilai tambah limbah pertanian. Karena kebutuhan akan glukosa dalam industri semakin meningkat seiring dengan  pemenuhan kebutuhan makanan, minuman, dan bahan baku pembuatan bahan kimia maupun obat-obatan. Maka produksi glukosa merupakan langkah awal dan penting dari konversi selulose menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dan mempunyai berat molekul yang lebih rendah serta membuka lapangan yang luas bagi berbagai bahan kimia, termasuk potensi untuk mensitesa polimer – polimer yang pada saat ini produksinya bertumpu pada minyak bumi dan gas alam dengan proses petrokimia.                                                                                        

         Keunggulan dari proses  ini adalah menghasilkan glukosa  yang berasal dari hidrolisis β-oligomer oleh selobiase. Kita ketahui bahwa glukosa kini telah banyak digunakan sebagai bahan baku industri makanan dan minuman, salah satu contoh sirup glukosa. Menurut  Dziedzic and Kearsley, Industri makanan dan minuman memiliki kecenderungan untuk menggunakan sirup glukosa. Hal ini didasari oleh beberapa kelebihan sirup glukosa dibandingkan sukrosa, diantaranya sirup glukosa tidak mengkristal seperti halnya sukrosa jika dilakukan pemanasan pada suhu tinggi. Selain itu Sirup glukosa telah dimanfaatkan oleh industri permen, minuman ringan, biskuit, dan sebagainya. Pada pembuatan produk es krim, glukosa dapat meningkatkan kehalusan tekstur dan menekan titik beku . Dan untuk kue dapat menjaga kue tetap awet dalam waktu yang lama dan mengurangi keretakan. Untuk permen, glukosa lebih disenangi karena dapat mencegah kerusakan oleh mikrobiologis dan memperbaik tekstur . Penting diketahui bahwa karbohidrat glukosa merupakan karbohidrat terpenting dalam kaitannya dengan penyediaan energi di dalam tubuh.            Sedangkan kelemahannya adalah proses yang panjang dan membutuhkan waktu yang lama. Karena proses nya dimulai dari biakan jamur Aspergillus niger untuk menghasilkan enzim selulose dan kemudian tahap pengujian aktivitas enzim, dimana pada tahap ini enzim yang diperoleh dari biakan Aspergillus niger pada agar miring diuji apakah layak digunakan dan dapat mendegradasi selulosa menjadi glukosa setelah itu hidrolisa asam dan hidrolisa enzim.                                                

  Pada saat biakan kasar jamur Aspergillus niger harus benar diperhatikan faktor-faktornya, seperti suhu, Ph, substrat dan kondisi lingkungan. Karena jika faktor-faktor ini tidak sesuai dengan kebutuhan mikroorganisme (Aspergillus niger) maka biakan tidak akan berhasil dan enzim yang dibutuhkan tidak bisa digunakan untuk mendegradasi selulosa menjadi glukosa.                                                     

    Peluang dari hasil proses ini sangat bagus dan menjanjikan, karena dapat meningkatkan nilai ekonomi dari tongkol jagung menjadi produk baru yang lebih bermanfaat. Selain itu kebutuhan glukosa disetiap industri meningkat pesat setiap tahunnya. Hanya saja tantangannya kedepan adalah diharapkan hasil dari proses biokonversi selulose dari limbah tongkol jagung menjadi glukosa dengan bantuan jamur Aspergillus niger, benar-benar dapat  memenuhi hasil (glukosa) yang lebih baik dan meningkatkan rendemennya sehingga dapat dimaksimalkan dalam proses pengolahan glukosa menjadi produk lain selanjutnya. Diharapkan produk yang telah dihasilkan bisa dimanfaatkan oleh indusri-industri produk makanan dan minuman.                      

 Ide saya untuk produk ini yaitu glukosa dapat dijadikan sirup atau permen, karena sirup barbahan baku glukosa memeliki kelebihan yaitu tidak dapat mengkristal pada saat pemanasan pada suhu tinggi dan rendah kalori (4 kal/g), lain halnya dengan sirup yang berbahan baku sukrosa yang mudah mengalami kristalisasi pada saat pemanasan.        Sirup glukosa yang rendah kalori akan mudah untuk dicerna, dalam tubuh manusia glukosa yang telah  diserap oleh usus halus kemudian akan terdistribusi ke dalam semua sel tubuh melalui aliran darah. Di dalam tubuh, glukosa dapat tersimpan dalam bentuk glikogen di dalam otot .             Glukosa  (dekstrosa)  dan  sirup  glukosa dengan DE tinggi (68-98) banyak  digunakan  untuk  perbaikan  sifat fisik dan  kimia produk  (pangan dan non pangan), pengawet  jam dan jeli. bioplastik  (kimia  atau  fennentasi).  Oleh  karena  itu  produk-produk  tersebut  dipilah sebagai  produk industri berbasis jagung generasi ketiga. Sirup glukosa diproduksi melalui tahapan proses likuifikasi  dan  sakarifikasi.  Sakarifikasi dimulai saat hasil  likuifikasi mencapai DE = 15 20, dengan  penambahan enzim  AMG (amiloglukosidase),  pada  suhu  60°C,  pH  3,8  - 4,5.  Waktu  yang  digunakan  untuk mencapai DE optimal (97  98) berkisar antara 48 -72  jam. Proses pembuatan  sirup  glukosa  dapat  juga  merupakan  satu  kesatuan proses untuk memproduksi HFS (high  fructose  syrups) dengan melanjutka ke satu tahapan  proses berikutnya yaitu isomerisasi.

MEKANISME PENGOLAHAN LIMBAH DENGAN LUMPUR AKTIF (ACTIVATED SLUDGE)

Limbah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga) yang kehadirannya pada saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki karena tidak memiliki nilai ekonomis. Kehadiran limbah dapat berdampak negatif bagi lingkungan terutama kesehatan manusia sehingga perlu dilakukan penanganan limbah. Tingkat bahaya keracunan yang ditimbulkan oleh limbah tergantung jenis dan karakteristik limbah (Sulaeman, 2009). Karakteristik limbah meliputi:

-       Berukuran mikro

-       Dinamis

-       Berdampak luas (penyebarannya)

-       Berdampak jangka panjang (antar generasi)

Berdasarkan karakteristiknya, limbah industri digolongkan menjadi:

1.    Limbah cair

2.    Limbah padat

3.    Limbah gas dan partikel

4.    Limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun)

Pengelolaan limbah adalah kegiatan terpadu yang meliputi kegiatan pengurangan (minimization), segregasi (segregation), penanganan (handling), pemanfaatan dan pengolahan limbah. Kegiatan pendahuluan pada pengelolaan limbah (pengurangan, segregasi dan penanganan limbah) dapat membantu mengurangi beban pengolahan limbah di IPAL (Instalasi Pengolahan Air Limbah). Saat ini, tren pengelolaan limbah di industri adalah menjalankan secara terintergrasi kegiatan pengurangan, segregasi dan handling llimbah sehingga menekan biaya dan menghasilkan output limbah yang lebih sedikit serta minim tingkat pencemarnya. Integrasi dalam pengelolaan limbah tersebut kemudian dibuat menjadi berbagai konsep seperti: produksi bersih (cleaner production), atau minimasi limbah (waste minimization) (Badjoeri et al., 2002).

Pengolahan limbah adalah upaya terakhir dalam sistem pengelolaan limbah setelah sebelumnya dilakukan optimasi proses produksi dan pengurangan serta pemanfaatan limbah. Pengolahan limbah dimaksudkan untuk menurunkan tingkat cemaran yang terdapat dalam limbah sehingga aman untuk dibuang ke lingkungan. Limbah yang dikeluarkan dari setiap kegiatan akan memiliki karakteristik yang berlainan. Hal ini karena bahan baku, teknologi proses, dan peralatan yang digunakan juga berbeda. Namun akan tetap ada kemiripan karakteristik diantara limbah yang dihasilkan dari proses untuk menghasilkan produk yang sama (Badjoeri et al., 2002).

Karakteristik utama limbah didasarkan pada jumlah atau volume limbah dan kandungan bahan pencemarnya yang terdiri dari unsur fisik, biologi, kimia dan radioaktif. Karakteristik ini akan menjadi dasar untuk menentukan proses dan alat yang digunakan untuk mengolah air limbah. Adapun tahapan dan jenis proses serta alat yang digunakan untuk mengolah air limbah adalah sebagai berikut:

a. Tahapan proses

Pengolahan air limbah biasanya menerapkan 3 tahapan proses yaitu pengolahan pendahuluan (pre-treatment), pengolahan utama (primary treatment), dan pengolahan akhir (post treatment). Pengolahan pendahuluan ditujukan untuk mengkondisikan alitan, beban limbah dan karakter lainnya agar sesuai untuk masuk ke pengolahan utama. Pengolahan utama adalah proses yang dipilih untuk menurunkan pencemar utama dalam air limbah. Selanjutnya pada pengolahan akhir dilakukan proses lanjutan untuk mengolah limbah agar sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan.

b. Jenis proses dan alat pengolahan

Ada tiga jenis proses yang dapat dilakukan untuk mengolah air limbah yaitu: 1. Proses secara fisik

Proses fisik dilakukan dengan cara memberikan perlakuan fisik pada air limbah seperti menyaring, mengendapkan, atau mengatur suhu proses dengan menggunakan alat screening, grit chamber, dan settling tank (settling pond).

2. Proses secara biologi

Proses biologi dilakukan dengan cara memberikan perlakuan atau proses biologi terhadap air limbah seperti penguraian atau penggabungan substansi biologi dengan lumpur aktif (activated sludge), attached growth filtration, aerobic process dan an-aerobic process.

3. Proses kimia

Proses kimia dilakukan dengan cara membubuhkan bahan kimia atau larutan kimia pada air limbah agar dihasilkan reaksi tertentu.

Untuk suatu jenis air limbah tertentu, ketiga jenis proses dan alat pengolahan tersebut dapat diaplikasikan secara sendiri-sendiri atau dikombinasikan dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomi dan pengelolaannya. Sebagian besar limbah cair industri pangan dapat ditangani dengan mudah dengan sistem biologis, karena polutan utamanya berupa bahan organik, seperti karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin. Polutan tersebut umumnya dalam bentuk tersuspensi atau terlarut.

Tujuan dasar pengolahan limbah cair adalah untuk menghilangkan sebagian besar padatan tersuspensi dan bahan terlarut, kadang-kadang juga untuk pemisahan unsur hara (nutrien) berupa nitrogen dan fosfor. Secara umum, pengolahan limbah cair dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1.    Pengolahan Primer

Pengolahan primer merupakan pengolahan secara fisik untuk menyisihkan benda-benda terapung atau padatan tersuspensi terendapkan (seltleable solids). Pengolahan primer ini berupa penyaringan kasar, dan pengendapan primer untuk memisahkan bahan inert seperti butiran pasir (tanah). Saringan kasar digunakan untuk melewatkan benda berukuran relatif besar. Karena butiran pasir (tanah) merupakan bahan non-biodegradable dan dapat terakumulasi di dasar instalasi pengolahan limbah cair, maka bahan tersebut harus dipisahkan dari limbah cair yang akan diolah. Pemisahan butiran pasir (tanah) dapat dilakukan dengan bak pengendapan primer. Pengendapan primer ini umumnya dirancang untuk waktu tinggal sekitar 2 jam.

Pengolahan primer hanya dapat mengurangi kandungan bahan yang mengambang atau bahan yang dapat terendapkan oleh gaya gravitasi. Sebagian polutan limbah cair industri pangan terdapat dalam bentuk tersuspensi dan terlarut yang relatif tidak terpengaruh oleh pengolahan primer tersebut. Untuk menghilangkan atau mengurangi kandungan polutan tersuspensi atau terlarut diperlukan pengolahan sekunder dengan proses biologis (aerobik maupun anaerobik).

2.    Pengolahan Sekunder

Pengolahan sekunder (secara biologis) pada prinsipnya adalah pemanfaatan aktivitas mikroorganisme seperti bakteri dan protozoa. Mikroba tersebut mengkonsumsi polutan organik biodegradable dan mengkonversi polutan organik tersebut menjadi karbondioksida, air dan energi untuk pertumbuhan dan reproduksinya. Oleh karena itu, sistem pengolahan limbah cair secara biologis harus mampu memberikan kondisi yang optimum bagi mikroorganisme, sehingga mikroorganisme tersebut dapat menstabilkan polutan organik biodegradable secara optimum.

Upaya yang dilakukan untuk mempertahankan agar mikroorganisme tetap aktif dan produktif, mikroorganisme tersebut harus dipasok dengan oksigen yang cukup, cukup waktu untuk kontak dengan polutan organik, temperatur dan komposisi medium yang sesuai. Perbandingan BOD5 : N : P juga harus seimbang. BOD5 : N : P juga = 100 : 5 : I dianggap optimum untuk proses pengolahan limbah cair secara aerobik. Sistem pengolahan limbah cair yang dapat diterapkan untuk pengolahan sekunder limbah cair industri pangan skala antara lain adalah sistem lumpur aktif (activated sludge), trickling filter, Biodisc atau Rotating Biological Contactor (RBC), dan Kolam Oksidasi.

Mikroorganisme anaerobik telah dapat juga diterapkan untuk pengolahan limbah cair dengan kandungan padatan organik tersuspensi tinggi. Pengolahan limbah cair dengan sistem ini memiliki berbagai keuntungan seperti rendahnya produksi lumpur (Sludge), rendahnya konsumsi energi, dan dihasilkannya gas metana (gas bio) sebagai produk samping yang bermanfaat. Sistem anaerobik untuk pengolahan limbah cair industri pangan skala kecil, antara lain sistem septik dan UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket).

Pengolahan limbah secara sekunder dapat mengurangi BOD dan TSS secara signifikan, tetapi efluen masih mengandung amonium atau nitrat, dan fosfor dalam bentuk terlarut. Kedua bahan ini merupakan unsur hara (nutrien) bagi tanaman akuatik. Jika unsur nutrien ini dibuang ke perairan (sungai atau danau), akan menyebabkan pertumbuhan biota air dan pertumbuhan yang berlebih dapat mengakibatkan eutrofikasi dan pendangkalan badan air tersebut. Oleh karena itu, unsur hara tersebut perlu dieliminasi dari efluen.

Nitrogen dalam efluen instalasi pengolahan sekunder kebanyakan dalam bentuk senyawa amonia atau ammonium, tergantung pada nilai pH. Senyawa amonia ini bersifat toksik jika konsentrasinva cukup tinggi. Permasalahan lain yang berkaitan dengan amonia adalah penggunaan oksigen terlarut selama proses konversi dari amonia menjadi nitrat oleh mikroorganisme (nitfifikasi). Oleh karena itu, untuk meningkatkan kualitas efluen dibutuhkan pengolahan tambahan atau pengolahan tersier (advanced waste waten treatment) untuk mengurangi atau menghilangkan konsentrasi BOD, TSS dan nutrien (N,P).

3.    Proses Tersier

Proses pengolahan tersier yang dapat diterapkan antara lain adalah filtrasi pasir, eliminasi nitrogen (nitrifikasi dan denitrifikasi), dan eliminasi fosfor (secara kimia maupun biologis).

Sistem Lumpur Aktif

Sistem lumpur aktif adalah salah satu proses pengolahan air limbah secara biologi, dimana air limbah dan lumpur aktif dicampur dalam suatu reaktor atau  tangki aerasi. Padatan biologis aktif akan mengoksidasi kandungan zat di dalam air limbah secara biologis, yang di akhir proses akan dipisahkan dengan sistem pengendapan. Proses lumpur aktif mulai dikembangkan di Inggris pada tahun 1914 oleh Ardern dan Lockett (Metcalf dan Eddy, 1991), dan dinamakan lumpur aktif karena prosesnya melibatkan massa mikroorganisme yang aktif, dan mampu menstabilkan limbah secara aerobik.

Prinsip dasar sistem lumpur aktif yaitu terdiri atas dua unit proses utama, yaitu bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif, limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke tangki sedimentasi (tangki dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah). Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang telah terolah dibuang ke lingkungan (Badjoeri et al., 2002). Agar konsentrasi biomassa di dalam reaktor konstan (MLSS = 3 - 5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan dari sistem tersebut sebagai excess sludge. Skema proses dasar sistem lumpur aktif dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema proses lumpur aktif

Dalam sistem tersebut, mikroorganisme dalam biomassa (bakteri dan protozoa) mengkonversi bahan organik terlarut sebagian menjadi produk akhir (air, karbon dioksida), dan sebagian lagi menjadi sel (biomassa). Oleh karena itu, agar proses perombakan bahan organik berlangsung secara optimum syarat berikut harus terpenuhi bahwa:

1.    polutan dalam limbah cair harus kontak dengan mikroorganisme,

2.    suplai oksigen cukup,

3.    kecukupan nutnien,

4.    kecukupan waktu tinggal (waktu kontak),

5.    kecukupan biomasa (jumlah dan jenis).

Tujuan pengolahan limbah cair dengan sistem. lumpur aktif dapat dibedakan menjadi 4 (empat) yaitu:

1.    pemisahan senyawa karbon (oksidasi karbon)

2.    pemisahan senyawa nitrogen

3.    pemisahan fosfor

4.    stabilisasi lumpur secara aerobik simultan

Mekanisme Pengolahan Limbah dengan Sistem Lumpur Aktif

Aliran umpan air limbah atau subtrat, bercampur dengan aliran lumpur aktif yang dikembalikan sebelum masuk rektor. Campuran lumpur aktif dan air limbah membentuk suatu campuran yang disebut cairan tercampur (mixed liquor). Memasuki aerator, lumpur aktif dengan cepat memanfaatkan zat organik dalam limbah untuk didegradasi. Kondisi lingkungan aerobik diperoleh dengan memberikan

oksigen ke tangki aerasi. Pemberian oksigen dapat dilakukan dengan penyebaran udara tekan, aerasi permukaan secara mekanik, atau injeksi oksigen murni. Aerasi dengan difusi udara tekan atau aerasi mekanik mempunyai dua fungsi, yaitu pemberi udara dan pencampur agar terjadi kontak yang sempurna antara lumpur aktif dan senyawa organik di dalam limbah (Badjoeri et al., 2002).

Pada tangki pengendapan (clarifier ), padatan lumpur aktif mengendap dan terpisah dengan cairan sebagai effluent. Sebagian lumpur aktif dari dasar tangki pengendap dipompakan kembali ke reaktor dan dicampur dengan umpan (subtrat) yang masuk, sebagian lagi dibuang. Dalam reaktor mikroorganisme mendegradasi bahan-bahan organik dengan persamaan stoikiometri pada reaksi di bawah ini (Metcalf dan Eddy,1991):

Proses Oksidasi dan Sintesis :

bakteri

CHONS  +  O₂  +  Nutrien                      CO₂ + NH₃ + C₅H₇NO₂ + Produksi lainnya

sel bakteri baru

Proses Respirasi Endogenus :

C₅H₇NO₂ + 5 O₂                       5CO2 + 2H2O + NH3 + Energi

       sel

Pada pemisahan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam limbah cair. Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida. Eliminasi nutrien (nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk mencegah terjadinya eutrofikasi pada perairan (Badjoeri et al., 2002).
 

Bidang Aplikasi

Hampir semua jenis limbah cair industri pangan dapat diolah dengan sistem lumpur aktif seperti limbah cair industri tapioka, industri nata de coco, industri kecap, dan industri tahu. Sistem lumpur aktif dapat digunakan untuk mengeliminasi bahan organik dan nutrien (nitrogen dan fosfor) dari limbah cair terlarut (Anonim, 2007).

Desain dan Operasi

Parameter desain penting untuk sistem lumpur aktif adalah tingkat pembebanan, konsentrasi biomassa, konsentrasi oksigen terlarut, lama waktu aerasi, umur lumpur, dan suplai oksigen. Konsentrasi mikroorganisme (biomassa) diukur dari konsentrasi padatan tersuspensi (Mixed Liquor Suspended Solids/MLSS). Untuk pengolahan limbah cair dalam jumlah kecil, sistem lumpur aktif didesain dan dioperasikan pada beban rendah (< 0,05 kg BOD5/kgMLSS.hari) atau umur lumpur sangat tinggi (< 25 hari), sehingga tidak diperlukan pembuangan sludge (stabilisasi sludge), karena laju pertumbuhan sama dengan laju perombakan mikroorganisme (Anonim, 2007).

Selain tangki aerasi, unit operasi lain yang penting dalam sistem lumpur aktif adalah unit sedimentasi untuk memisahkan biomassa dari limbah cair yang telah diolah. Tangki sedimentasi untuk sistem lumpur aktif biasanya didesain untuk waktu tinggal hidrolik 2 sampai 3,5 jam dengan laju pembebanan sekitar 1 sampai dengan 2 m/jam (Anonim, 2007).

Kelebihan dan Kekurangan

Sistem lumpur aktif dapat diterapkan untuk hampir semua jenis limbah cair industri pangan, baik untuk oksidasi karbon, nitrifikasi, denitrifikasi, maupun eliminasi fosfor secara biologis. Kendala yang mungkin dihadapi oleh dalam pengolahan limbah cair industri pangan dengan sistem ini kemungkinan adalah besarnya biaya investasi maupun biaya operasi, karena sistem ini memerlukan peralatan mekanis seperti pompa dan blower. Biaya operasi umumnya berkaitan dengan pemakaian energi listrik (Anonim, 2007).

Referensi:

Anonim. 2007. Pengelolaan Limbah Industri Pangan. Direktorat Jenderal Industri Kecil Menengah Departemen Perindustrian. Jakarta.

Badjoeri, M., dan Suryono, T. 2002. Pengaruh Peningkatan Limbah Cair Organik Karbon terhadap Suksesi Bakteri Pembentuk Bioflok dan Kinerja Lumpur Aktif Beraliran Kontinyu. Jurnal LIMNOTEK, Vol IX no.1 (hal.13-22).

Sulaeman, Dede. 2009. Pengelolaan Limbah Agroindustri. Makalah disampaikan pada acara penyusunan “Pedoman Desain Teknik IPAL Agroindustri” di Bogor, Mei 2009.