Hollow fiber membrane merupakan salah satu jenis membran yang banyak digunakan dalam industri makanan.

Membran? Tentunya teknologi yang satu ini bukan merupakan hal yang asing di telinga teman-teman mahasiswa Teknik Kimia. Aplikasi dari teknologi membran ini tersebar luas mulai dari pengolahan air (yang paling umum), teknologi pengolahan gas (seperti yang telah dibahas oleh teman saya dalam artikel sebelumnya), bahkan pengolahan limbah (contohnya yang sedang ramai dibicarakan adalah membrane bioreaktor dengan banyak variannya).

Secara sederhana membran adalah lapisan yang dapat secara selektif memisahkan satu zat dari zat lainnya dengan driving force pada umumnya adalah beda tekanan, beda temperatur, beda konsentrasi, beda energi potensial listrik atau kombinasi diantara keempatnya. Bila teman-teman tertarik dengan teknologi membran dan ingin mendapatkan pemahaman lebih dalam baik dari konsep dasar teori dan beberapa penerapannya, teman-teman dapat membaca buku “Basic Principle on Membrane Technology” karangan Mulder yang diterbitkan oleh Kluwer Press.

Membran dalam Pemrosesan Pangan

Konfigurasi membran yang telah dipakai dalam teknologi pangan sangat bervariasi mulai dari hollow fiber hingga spiral wound. Aplikasinya pun sangat beragam mulai dari klarifikasi bahan pangan, konsentrasi/pemekatan bahan pangan, pengolahan air limbah industri pangan untuk dipakai kembali (reused water), dan masih banyak macamnya. Secara umum, keunggulan teknologi membran dalam pemrosesan pangan dapat digolongkan menjadi dua yaitu:

1. Peningkatan proses produksi, yang dicapai karena :
   • Tingginya kualitas retentate atau permeat secara konsisten
   • Mengurangi biaya operasi
   • Tidak terlalu ketat dalam maintenance
   • Rendahnya hilang tekan
   • Pada umumnya tidak melibatkan zat kimia dan/atau temperatur yang tinggi (yang dapat menurunkan kualitas makanan)
   • Umur operasi membran yang tahan lama
   • Tidak memakan tempat dan mengurangi biaya lahan
2. Dapat memberikan recovery bahan pangan yang masih berharga yang biasanya terbuang bersama limbah

Nah, apa saja sih teknologi membran yang sudah diterapkan di industri pemrosesan pangan? Marilah kita tinjau satu per satu:

Reverse osmosis. Teknologi reverse osmosis dapat digunakan untuk memproduksi air bersih dengan konsentrasi mineral yang konsisten untuk menjamin kualitas produk pangan.

Teknologi Membran. Implementasi teknologi membran pada industri pangan akan memberikan banyak keuntungan baik secara teknis maupun ekonomis.

1. Mikrofiltrasi (MF)

   Ini adalah salah satu teknologi pangan yang sudah dipakai secara luas di industri pemrosesan pangan umumnya dipakai dalam proses klarifikasi bahan pangan, bisa juga untuk sentrifugasi, alat sterilisasi, pemisahan suspended solid dan penyingkiran High Molecular Protein (HMW). Contoh aplikasi dari Teknologi MF ini adalah pada industri susu dan produk susu, dimana membran digunakan mengklarifikasi dadih keju, menghilangkan lemak (de-fat) dan mengurangi kandungan mikroba di dalam susu.

2. Ultrafiltrasi (UF)

   Teknologi UF dipakai dalam proses fraksionasi, konsentrasi/pemekatan, dan purifikasi. Contohnya dalam industri susu. UF dipakai untuk memfraksionasi susu untuk memproduksi susu dimana di dalam permeatnya terkandung protein, lemak, dan garam tak larut sedangkan di dalam retentate /konsentratnya terkandung laktosa dan garam terlarut. Contoh lainnya, masih dari industri susu, adalah konsentarasi dari susu skim sehingga mempunyai kandungan protein dan kalsium yang tinggi. Aplikasi lain yang juga populer (selain dalam industri susu) adalah dalam pengolahan jus buah. Dalam hal ini, teknologi UF digunakan untuk mengklarifikasi jus buah dari kontaminan-kontaminan seperti ragi, kapang, dan bakteri untuk meningkatkan kualitas dari jus buah tersebut.

3. Nanofiltrasi (NF)

   NF umumnya dipakai jika kita ingin memisahkan campuran komponen (desirable component dari undesirable component) yang pada umumnya akan sulit dipisahkan karena kecilnya ukuran partikel. Contohnya adalah pada proses pemekatan sirup jagung (corn syrup). Penerapan lain teknologi NF adalah untuk proses demineralisasi parsial dan pemekatan secara simultan, misalnya pada proses demineralisasi dari dadih susu.

4. Reverse Osmosis (RO)
   Pada umumnya teknologi RO digunakan dalam proses pemurnian air (tawar dan laut) serta desalinasi air laut, hal ini dikarenakan membran jenis RO dapat merejeksi partikel garam hingga 99% konsentrasi. Akan tetapi bagaimana penerapannya di dalam teknologi pangan? Dalam pemrosesan pangan, teknologi RO digunakan untuk proses pemekatan, pemurnian, dan recovery dari valuable product dalam bahan pangan. Keunggulan teknologi RO dibandingkan teknologi lainnya adalah:
   • Diperoleh produk yang berkualitas tinggi tanpa perlu melalui proses pemanasan (karena dapat merusak bahan pangan)
   • Mengurangi volume limbah, sehingga biaya pengolahan limbah berkurang secara signifikan
   • Biaya modal yang cenderung lebih murah dibandingkan proses untuk aplikasi sejenis
5. Electrodialysis (ED)
   Teknologi ED digunakan dalam proses demineralisasi susu dan dadih susu, pengurangan keasaman (de-acidfy) dalam jus buah, penghilangan komponen terlarut (de-ash) dari larutan gula (dextrose). ‘Saingan’ dari teknologi ED adalah teknologi ion-exchange (IEX). Akan tetapi, pada proses yang bersifat kontinyu, ED cenderung dipakai karena lebih ekonomis. Perkembangan terbaru dari teknologi ED adalah kombinasi/hybrid dari ED dengan IEX yang dikenal dengan istilah electrodeionization.

Selain teknologi-teknologi yang telah dijabarkan diatas masih banyak lagi teknologi membran di dalam industri pemrosesan pangan. Salah satu yang sedang populer sekarang ini adalah teknologi pervaporasi yang banyak dipakai dalam pemisahan campuran alkohol (etanol) dengan air dan campuran azeotrop lainnya.

Pada era 1960-1970an, ilmu teknik kimia banyak diaplikasikan dalam pembuatan pabrik-pabrik bahan kimia komoditas dimana pada umumnya pabrik-pabrik ini memiliki volume produksi yang besar. Bersamaan dengan itu pengetahuan tentang fenomena proses kimia yang terjadi dalam suatu plant faciilities dianggap sebagai salah satu keahlian utama dari insinyur kimia. Ini pula menjadi salah satu alasan insinyur kimia dikenal luas sebagai process engineer.

Pada perkembangan berikutnya, ilmu teknik kimia juga ‘berkolaborasi’ dengan ilmu biologi dan aplikasi-aplikasi dari ilmu tersebut melahirkan cabang ilmu teknik kimia yang dikenal dengan nama teknik bioproses (bioprocess engineering). Dewasa ini, ilmu teknik kimia tidak hanya menggandeng ilmu-ilmu murni namun juga ilmu terapan, salah satunya adalah ilmu pangan. Ilmu pangan dalam konteks ini tidak terkait dengan ilmu menanam bahan pangan atau ilmu bagaimana cara mengembangbiakan ternak namun lebih kearah karakteristik bahan pangan itu sendiri; entahkah itu masih berupa bahan mentah atau produk jadi yang siap untuk dikonsumsi dan tidak terbatas pada makanan akan tetapi bisa juga berupa produk-produk suplemen pangan seperti vitamin, zat penambah gizi, bahkan hingga produk-produk farmasi.

Food engineering atau ilmu rekayasa pangan dapat didefinisikan sebagai cabang dari ilmu teknik yang mempelajari konsep-konsep dan prinsip-prinsip rekayasa untuk mengubah bahan pangan mentah menjadi produk pangan yang memiliki nilai tambah lebih bagi konsumen dan juga aman untuk dikonsumsi. Lalu apa hubungan antara ilmu teknik kimia dengan food engineering? Sekilas memang akan tampak berbeda jika kita melihat bahwa aplikasi ilmu teknik kimia yang selama ini kita pelajari lebih banyak berkutat pada pembangunan pabrik-pabrik besar yang notabene tidak berhubungan dengan bahan pangan (misalnya pabrik pupuk, kilang minyak, pabrik likuefaksi gas alam, dan lain sebagainya). Akan tetapi, jika dilihat dari definisinya, terdapat dua kata kunci yang beririsan dengan kata kunci dari ilmu teknik kimia yaitu: 1) mengubah/konversi, 2) bahan dan produk. Inilah yang menjadi benang merah mengapa ilmu rekayasa pangan tidak dapat ‘dipisahkan’ dari ilmu teknik kimia.

Bidang penerapan ilmu rekayasa pangan kebanyakan berkaitan dengan kegiatan kegiatan sebagai berikut:

• perancangan alat–alat pemroses dan proses itu sendiri untuk menghasilkan makanan (foods),
• perancangan dan pengaplikasian dari prinsip-prinsip keamanan pangan (food safety) dan pengawetan makanan termasuk standar mutu dari kedua faktor tersebut dalam proses produksi pangan,
• proses bioteknologi dalam produksi pangan,
• pemilihan dan perancangan material pengemas produk pangan, dan
• kontrol kualitas dari proses produksi produk pangan.

Food engineering. Proses perancangan dan pengoperasian alat penyortir buah oleh beberapa food engineer

Sebagai contoh nyata, adalah seorang food engineer (FE) yang memiliki bahan baku berupa jagung dan dia akan membuat sup jagung kalengan siap saji bagi konsumen. Dalam konteks ini, sang FE dianggap mempunyai ide produk dan bahan baku sehingga dia harus mencari tahu proses apakah yang secara ekonomis dan teknikal layak untuk dirancang dan dioperasikan. Contoh lainnya adalah apabila sang FE mempunyai ide bahan baku berupa jagung yang didukung dengan ide proses pengolahan jagung menjadi pakan ternak olahan dan ide proses pengolahan jagung menjadi sup jagung kaleng siap saji. Seorang FE harus mampu menentukan manakah alternatif proses yang lebih baik dari antara dua pilihan yang ia miliki.

Deskripsi tersebut memang terkesan gampang dan sepele karena siapapun pasti bisa membuat sup jagung sendiri di rumah atau membuat pakan ternak sendiri dengan kondisi operasi yang relatif lebih lunak (kebanyakan tekanan dan temperatur atmosferik). Hal itu nampak amat berbeda dengan ilmu teknik kimia yang selama ini kita ketahui yang banyak melibatkan tekanan dan temperatur tinggi. Akan tetapi, pada kenyataannya, untuk membuat sup jagung kaleng siap saji dalam skala katakanlah 100 ton/hari, katering terbaik di kota besar sekalipun mungkin akan “angkat tangan” dan menyatakan hal itu sebagai sesuatu yang mustahil. Pada titik inilah food engineering berperan dalam mengimplementasikan ide (sup jagung kaleng) tadi menjadi kenyataan.

Berangkat dari hal tersebut, akan timbul banyak pertanyaan mengenai apa saja yang dipelajari di dalam ilmu pangan yang dapat membuat “ide” tadi menjadi kenyataan. Berikut ini adalah sebagian dari ilmu-ilmu yang akan dipelajari jika teman-teman masuk ke dalam jurusan food engineering:

• kalkulus (matematika)
• fisika, kimia, biologi molekular, kimia organik
• teknik-teknik rekayasa dasar (material dan mekanika dasar)
• termodinamika
• mekanika fluida
• peristiwa perpindahan (transport phenomena)
• pengendalian proses
• statistik
• ekonomi (cost engineering, project management)
• ilmu pangan, terkait dengan mikrobiologi pangan dan kimia pangan
• unit operasi (perpindahan massa, panas, dan momentum)
• teknik reaksi kimia (dan biokimia)
• bahasa dan humaniora

Jika kita perhatikan, “kurikulum sederhana” dari bidang food engineering ini tidaklah jauh berbeda kurikulum ilmu teknik kimia yang selama ini kita kenal; kecuali pada ilmu-ilmu yang digarisbawahi yang memang menjadi mata kuliah pembeda dengan ilmu teknik kimia pada umumnya. Perbedaan dan persamaan ilmu teknik kimia dengan food engineering terangkum dalam tabel berikut:

Perbedaan lain antara food engineering dan teknik kimia adalah pada aspek safety. Dalam ilmu teknik kimia, konsep safety hanya mengacu pada keselamatan kerja terkait dengan proses perancangan, konstruksi, dan pengoperasian pabrik. Sedangkan dalam food engineering, aspek safety tidak hanya ditinjau dari sisi tersebut melainkan juga dari sisi keamanan produk yang akan dikonsumsi oleh konsumen. Untuk aspek tersebut dikenal suatu prosedur yang dikenal sebagai Hazard Analytical Critical Control Point (HACCP) yang digunakan untuk memastikan bahwa produk yang dikonsumsi, beserta proses pembuatanya hingga sumber bahan bakunya, adalah aman untuk dikonsumsi dan terjamin mutunya.

Kita kembali ke acara makan siang saya tadi. Saat tukang mie lagi memasak, ternyata dia mengalami masalah dengan kompornya sehingga saya yang seharusnya bisa menikmati makanan dalam 10 menit terpaksa harus menunggu hingga 20 menit.
“I wonder kalau saja ada salah satu mahasiswa insinyur dipanggil untuk membetulkan kompor itu saat itu. Apakah dia bisa memperbaikinya?”

Di bayangan saya, kemungkinan besar si mahasiwa insinyur itu akan berkata, “Mas, makanannya lain kali saja,” sambil pergi berlalu meninggalkan si tukang mie yang kebingungan dengan masalah kompornya. Wajar bukan? Sang mahasiswa insinyur datang untuk makan dan bukan untuk memperbaiki kompor.

Berbicara tentang insinyur (engineer), apabila kita merujuk pada kamus Concise Oxford English Dictionary, definisi kata “engineer” ialah:
1) a person qualified in engineering,
2) a person who maintains or controls an engine or machine,
3) a skillful contriver.

Sedangkan definisi kata “engineering” ialah:
1) the branch of science and technology concerned with the design, building, and use of engines, machines, and structures; the practical application of scientific ideas and principles.
2) a field of study or activity concerned with modification or development in a particular area. eg. software engineering.

Saya sengaja mencetak tebal kata-kata di atas untuk menekankan masalah “pengetahuan praktis” yang dimiliki oleh sang engineer. Dulu, jauh sebelum saya kuliah di institut teknologi terkemuka di Bandung, saya begitu terkagum-kagum dengan sebuah film yang berjudul Macgyver. Di film itu diceritakan bahwa ada seseorang yang bernama Macgyver, yang notebene bukan seorang engineer, namun mampu mengakali situasi dengan pengetahuan praktis yang dimilikinya. Sejak menonton film itu, muncul keingingan di benak saya untuk menjadi seorang insinyur karena kesannya yang sangat keren dan cerdik. Bayangkan saja apabila kita di setiap kesulitan selalu mendapati cara untuk menyiasati masalah dengan “pengetahuan-pengetahuan praktis”. Sangat hebat, bukan? Dan ada film lain yang cukup berpengaruh terhadap pandangan saya: “Si Doel Anak Sekolahan 1″. Walaupun lebih banyak bercerita tentang si Doel dan Zaenab versus Sarah, di film inilah saya pertama kali mengenal istilah “insinyur”.

Kalau dipikir-pikir, saya sering bertanya kepada diri saya sendiri apakah pengetahuan yang saya terima di insitut tersebut masih kurang cukup memadai untuk menangani sekedar masalah “kompor”. Salah satu dosen saya pernah berkata bahwa know-how jauh lebih berharga ketimbang knowledge . Bahkan ada pepatah yang mengatakan: knowledge is not power, applied knowledge is real power. Terkadang saya berpikir apakah yang saya saya terima di bangku kuliah cenderung kurang menekankan hal-hal yang bersifat praktis dan terlalu njelimet — too much theory but less action.

Apakah kuliah 4 tahun kita bisa dikatakan tidak bermanfaat? Ya nggak juga sih.. Kuliah 4 tahun tidak bisa dibilang nggak ada manfaatnya. Hal yang justru harus diperhatikan ialah pentingnya dibangun rasa kepedulian terhadap hal-hal yang terlihat sepele; dan hal itu dipupuk dari masa kuliah. Saya percaya apabila kepedulian semacam ini sudah dibangun dalam setiap diri mahasiswa, maka kedepannya akan benar-benar ada practical engineer yang bisa memberi solusi bagi masalah rakyat. Bukan tidak mungkin bila di masa depan ada jurusan stove engineering, insinyur yang tahu cara membuat kompor menjadi efisien dan mudah dibetulkan, atau mungkin juga juice engineering, insinyur pangan yang ahli dalam membuat jus menjadi makanan yang sehat dan bergizi dan bukan untuk skala pabrik saja tapi juga untuk skala rumah tangga.

Kita sebagai engineer dan calon engineer harus bersikap rendah hati dan mau terus belajar. Jangan sampai kita tahu cara membuat pesawat tapi bingung kalang kabut ketika kompor di rumah sendiri rusak.

Safety dapat ditinjau dari dua sisi: 1) sisi teknikal dan 2) sisi manajemen. Dari sisi teknikal, topik bahasan tentunya akan menjadi sangat beragam. Sebagai contoh, sudut pandang safety dari sisi Teknik Kimia tentu saja akan berbeda jika diihat dari sudut pandang Teknik Industri. Teknik Kimia yang lebih banyak bergelut dengan industri proses tentu saja akan lebih banyak bersinggungan dengan faktor safety dari alat-alat (pressured vessel, flare stack, dan lain sebagainya). Dalam hal ini tentunya akan ada parameter-parameter standar yang harus dipatuhi seperti (GPSA, API, ASME, ASTM, dan lain-lain) serta mungkin teman-teman akan sering mendengar istilah MAWP (Maximum Allowable Working Pressure), Mach number (relativitas kecepatan linier fluida terhadap kecepatan suara) dan istilah-istilah lainnya. Sedangkan dari sisi Teknik Industri yang lebih banyak berhubungan dengan industri manufaktur, tentunya istilah dan acuan yang digunakan akan berbeda. Walaupun demikian, akan terdapat beberapa kesamaan prosedur apabila dilihat sisi manajemen. Hal ini didasari akan tujuan safety tiap industri yang tidak terlalu jauh berbeda. Berikut akan dibahas tentang safety procedure dari sisi manajemen.

Safe from the start

“Safe from the start” ialah suatu jargon yang diharapkan terjadi pada tiap proyek yang dilakukan mulai dari tahapan definition, planning, preliminary design, detailed design, construction, commissioning , dan hingga ke tahap production operation. Banyak parameter yang digunakan dalam menyatakan seberapa patuh dan aware sebuah perusahaan terhadap perihal keselamatan kerja. Salah satu parameter yang digunakan di Amerika Serikat adalah Total Case Incident Rate (TCIR) dimana nilai TCIR ini harus lebih kecil dari 1.0, parameter TCIR ini dikeluarkan oleh US. Occupational Safety and Health Admininstration dan dinyatakan sebagai standar pada tahun 2002.

TCIR sendiri dihitung berdasarkan kasus injury/illness yang terjadi selama 200,000 man-hour period (1 man-hour dapat didefinisikan sebagai 1 orang dikalikan dengan 1 jam). Pada konteks 200,000 man-hour period ini dianggap ada 100 orang pekerja dengan waktu kerja 50 minggu pertahunnya dan 40 jam perminggunya. TCIR juga dipakai oleh U.S. Bereau of Labor Statistics (semacam Biro Pusat Statistik untuk buruh) sebagai suatu sumber data untuk kasus kecelakaan kerja yang terjadi.

Untuk mencapai angka kecelakaan kerja yang kecil, sebagaimana dinyatakan dalam syarat TCIR diperlukan suatu safety procedure yang baik. Adapun tujuan dari prosedur safety ini antara lain:

• Menghindari kecelakaan, luka, atau penyakit akibat kelalaian dalam bekerja
• Menghindari adanya dampak buruk terhadap lingkungan
• Menghindari adanya pelanggaran terhadap undang – undang keselamatan kerja yang berlaku
• Menghindari adanya kehilangan aset, produk atau sistem bisnis perusahaan

The Safest Company Year 2003

Salah satu perusahaan yang mempunyai record TCIR yang baik adalah Honeywell Process Solution (HPS). Perusahaan ini dilaporkan memiliki nilai TCIR sebesar 0.29 dan 0.05 untuk Project Operation Group (bagian dari perusahaan tersebut yang khusus menangani proyek) pada tahun 2003. Berikut beberapa tahapan penerapan safety yang disadur dari Honeywell Process Solution (HPS):

1. Project Safety Assessment (PSA)
   Pada tahapan ini, perusahaan akan membentuk suatu tim khusus untuk meninjau dan mengevaluasi setiap faktor atau kejadian yang mungkin terjadi dan menyebabkan terjadinya hazard. Pada tahapan ini biasanya akan menghasilkan beberapa checklist yang akan ditinjau lebih lanjut oleh pihak-pihak terkait dalam proyek.
2. Data Gathering and Scope
   Checklist yang telah dihasilkan dari tahapan pertama selanjutnya akan diberikan kepada pihak terkait dalam proyek (construction manager) sebagai langkah awal dalam pengumpulan data. Pada tahap ini biasanya akan ada interview dari tim PSA untuk memastikan efek dan cakupan dari bahaya (hazard) yang mungkin terjadi pada tiap tahapan proses.
3. Defining The Action Plan
   Setelah semua data terkumpul tim PSA akan membandingkan hazard yang mungkin terjadi dengan regulasi dan standar operasi yang telah ada untuk mengembangkan safety action plan yang bersifat spesifik terhadap tiap bahaya. Dalam tahapan ini ada 4 langkah yang harus dilakukan :
   • Executive overview and project description
   • Administrative issues
   • Policies and procedures
   • forms
4. Management Sign-Off
   Rencana yang telah ditetapkan tidak akan berjalan dengan baik tanpa adanya dukungan dari pihak manajemen. Untuk itu perlu adanya komitmen dari pihak manajeman, kontraktor, dan pelanggan (customer) dalam mengimplementasikan safety didalam proyek tersebut. Salah satu cara adalah dengan membuat semacam nota kesepakatan yang ditandatangani oleh setiap stakeholder perusahaan yang menyatakan akan selalu mengikuti, menjalankan, dan mengutamakan safety dalam tiap tahapan proyek.
5. Safety Program Kickoff and Training
   Salah satu bentuk nyata dari komitmen perusahaan adalah dengan mengirimkan para pekerjanya ke dalam suatu bentuk safety training. Para pekerja diwajibkan untuk mengikuti pelatihan tersebut dan harus lulus dengan nilai memuaskan untuk memastikan bahwa safety knowledge telah diterima dengan baik oleh para pekerja tersebut. Daftar pihak – pihak yang terkait dalam pelatihan beserta jenis pelatihan dapat dilihat pada Figure 1.



6. Project Execution
   Tibalah saatnya untuk menjalankan proyek yang disepakati. Pada tahapan ini akan dilakukan pengontrolan terhadap proyek yang telah berjalan untuk memastikan apakah safety procedure yang telah ditetapkan dipatuhi atau tidak. Berikut salah satu formulir administratif yang harus diisi (contoh dari Honeywell Process Solution).



7. Reward and Recognition
   Tujuan dari tahapan ini adalah untuk memberikan ‘contoh’ kepada pekerja lain. Dimana pada tahapan ini akan dicari pekerja/tim yang ‘paling’ mematuhi safety procedure yang telah ditetapkan. Penghargaan akan diberikan untuk memicu prestasi dari tim/pekerja lain. Dalam tahapan ini reward juga dapat diberikan oleh project owner kepada contractor.
8. Project Review and Close
   Setelah proyek selesai akan ada evaluasi oleh tim PSA dengan pihak terkait dalam (konstruksi dan perancangan) proyek. Dalam evaluasi akan dibahas faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya kegagalan atau keberhasilan dalam menjalankan safety procedure atau lebih dikenal dengan istilah learned lessons dari suatu proyek.

Nah, bagaimanakah safety di perusahaan tempat teman-teman bekerja? Atau mungkin, perusahaan tempat teman-teman akan bekerja?

Artikel ini disadur dari Chemical Engineering Magazine (edisi April 2005) dan beberapa sumber terkait dengan beberapa perubahan.