LPP Sugar Knowledge Center

Menuju Industri Gula Berdayasaing, Bermartabat, Berkelanjutan dan Ramah Lingkungan.
 

Abstract

 

Reaksi maillard merupakan reaksi browning non enzymatis antara senyawa gula reduksi dengan senyawa amina, reaksi ini dipicu oleh suhu/panas.

 

Di Industri gula, reaksi ini dikenal sebagai penyebab pengembangan tetes (molasses frothing) yang disertai dengan pendidihan, pengeluaran gas-gas hingga pembetukan aliran tetes seperti lava. Akhir reaksi ini berupa pembentukan senyawa arang, Reaksi ini bersifat eksotermis dan awal reaksi dipicu oleh kenaikan suhu tetes. Reaksi ini terjadi karena adanya senyawa gula reduksi dan asam amino yang tinggi dalam tetes. Gula reduksi dan asam amino sebagian besar berasal dari nira mentah atau bahan baku tebu. Reaksi ini dipicu oleh suhu diatas 40 oC. Proses dekomposisi ini akan menghasilkan gas CO2 dan senyawa asam yang mudah menguap asam asetat (asam cuka) dan asam formiat (asam semut).

 

Warna kemerahan tetes dan buih yang timbul didalam tangki adalah merupakan tanda awal reaksi maillard. Lama penyimpanan tetes di tangki pabrik gula sebaiknya maksimal 3 minggu. Demi keamanan, tetes harus didinginkan ke suhu lingkungan (dibawah 40 oC) sebelum disimpan dalam tangki tetes.

 -  -  -

 

Maillard pada Roti

Browning pada Roti

Reaksi Maillard (baca: my-yar (eng.), mai-jar (prancis), Ma-Yar (Ind.)) ini dikenal juga sebagai reaksi browning non enzymatis. Reaksi ini terjadi antara senyawa gula reduksi dengan senyawa amina, reaksi ini membutuhkan panas. Reaksi ini sangat bermanfaat dalam penyiapan industri makanan seperti industry roti, hasil dari reaksi Maillard adalah produk roti dengan aroma dan warna kuning keemasan dipermukaannya.

 

Louis-Camille Maillard

Louis-Camille Maillard

Reaksi ini dinamakan reaksi Maillard setelah seorang ahli Kimia Prancis, Louis-Camille Maillard menemukan reaksi ini tahun 1912 pada saat mencoba memproduksi protein buatan secara biologi. Reaksi ini terjadi antara gugus karbonil yang reaktif dari senyawa gula bereaksi dengan gugus amino nukleophilik, hasilnya berupa campuran kompleks molekul yang bertanggung jawab untuk membentuk bau/aroma dan rasa. Proses ini akan dipercepat dalam kondisi basa.

 

Di pabrik gula, reaksi maillard bukanlah sesuatu yang dikehendaki namun harus dicegah sedini mungkin. Terminologi Maillard Rection atau reaksi maillard di pabrik gula diasosiasikan dengan reaksi perusakan tetes, dimana tetes mengalami pengembangan (molasses frothing) yang menyerupai aliran lava disertai pendidihan dan pengeluaran gas-gas menjadi senyawa arang, Reaksi ini dipicu oleh kenaikan suhu tetes . Akhir dari reaksi ini adalah terbentuknya senyawa inert (semacam karbon atau arang) yang keras dan berpori.

 

Reaksi maillard biasa dikenal juga sebagai froth fermentation di pabrik gula. Hal ini dikarenakan timbulnya buih seperti hasil fermentasi meskipun reaksi ini bukan dipicu oleh fermentasi oleh mikroba.

 

Banyak kasus dekomposisi mendadak tetes menjadi padatan Karbon telah ditemukan, Reaksi maillard disepakati sebagai penyebab utama dekomposisi tetes ini.

 

Sebelum reaksi ini disepakati sebagai penyebab utama dekomposisi tetes atau destruksi tetes, banyak studi dilakukan untuk mengetahui kesimpulan teoritis tentang reaksi ini. Pemahaman awal hanya menyebutkan bahwa reaksi destruktif ini dipicu oleh suhu penyimpanan diatas suhu kritis. Panas didalam tetes tidak seluruhnya berasal dari proses produksi tetapi berasal dari reaksi kimia eksotermis, yang sudah mulai terjadi didalam penyimpanan.(Chen,1993)

 

Berbagai studi sudah dilakukan untuk mempelajari penyimpanan tetes dan fenomena ini. Tetes selama dalam penyimpanan akan mengalami dekomposisi sehingga mengalami penurunan %pol, %sukrosa, Total Sugar (TSAI), dan Total Solids, dan menunjukkan peningkatan gula reduksi, zat organik bukan gula (organics non sugar), dan warna. Proses dekomposisi ini bukan merupakan proses dekomposisi biologi karena sampel tetes yang digunakan tidak menunjukkan adanya ragi, jamur, bakteri dan organisme lain. Perusakan ini kelihatan seperti froth fermentation (pengembangan buih) tapi bukan merupakan hasil aktifitas mikroorganisme. Destruksi ini merupakan hasil dari reaksi kimia secara spontan. Pembentukan asam yang mudah menguap juga terjadi dalam dekomposisi tetes ini, biasanya asam asetat (asam cuka) dan asam formiat (asam semut).

 

Dekomposisi kontinyu tetes dalam tangki penyimpan diduga berasal dari reaksi antara asam amino dengan gula reduksi dalam nira mentah. Gula reduksi dan asam amino berperan penting dalam dekomposisi tetes. (Chen,1985)

 

Honig (1959) menyatakan bahwa selama penyimpanan tetes di Jawa, kehilangan gula akibat dekomposisi pada suhu 30-35 oC adalah 2-3 % pertahun, tetapi jika suhu naik 10 oC maka dekomposisi tetes akan naik 4 kali lipat sehingga tidak boleh ada pemanasan tetes setelah meninggalkan centrifugal.

 

Dekomposisi tetes akan terjadi lebih cepat jika berada pada suhu diatas 40oC setelah meninggalkan centrifugal. Proses dekomposisi ini juga akan menghasilkan gas CO2 yang menyebabkan pengembangan dan mempengaruhi pengukuran tetes.

 

Contoh pengiriman 1,5 juta galon (5678m3) tetes 88 oBx dari kapal ke tangki penyimpan, awalnya tetes menunjukkan tinggi 20 ft (6m), setelah 20 hari menjadi 24 ft (7m) dan kembali ke tinggi semula setelah 35 hari. Bukti – bukti menunjukkan bahwa tetes telah dipanaskan diatas 45 oC dengan steaming selama pengeluaran.

 

Ledakan tangki tetes akibat reaksi maillard

Ledakan tangki tetes akibat reaksi maillard

Kadang kala penyebab dekomposisi tidak kelihatan. Sebagai contoh: Ada 2 mobil tangki tetes, dimana tetes dalam salah satu mobil mengembang setelah 10 hari sehingga tidak dapat disimpan dalam mobil tangki dengan ukuran 2 kali dari tangki semula. Sedang mobil tangki lain yang berasal dari tangki penyimpaan tetes yang sama tidak mengalami kejadian ini.

 

Kasus yang sama juga terjadi di pabrik gula beet, ada dua tangki penyimpan tetes yang disterilkan menggunakan uap sebelum digunakan untuk menyimpan tetes dengan mutu rendah. Satu tangki tetap stabil <75 oC selama 12 hari sedang tangki yang lain mengalami reaksi maillard pada hari keenam, menyebabkan suhu naik menjadi 105 oC, menghasilkan steam, gas-gas korosif, degradasi gula menjadi partikel arang dan padatan seperti resin.(Chen, 1985)

 

Kejadian lain terjadi di Jerman, pada tahun 1978, dimana ada dua tangki tetes beet yang dipanaskan untuk pengeluaran. Satu mobil mengalami aliran tetes seperti lava yang keluar dari retakan dan merusakkan mobil, awan uap keluar dari retakan tutup, menyemburkan partikel kecil hitam. sedang mobil yang lain yang dipanaskan dengan cara yang sama tidak mengalami kejadian seperti mobil pertama.

 

Suhu yang tinggi akan mempercepat reaksi tapi bukan penyebab reaksi. Dekomposisi spontan yang terjadi selama penyimpanan bukan disebabkan pemanasan dari luar tapi disebabkan oleh panas dari dalam yang berasal dari reaksi eksotermis. Demi keamanan, direkomendasikan agar tetes didinginkan ke suhu lingkungan sebelum disimpan.

 

Pengunaan tubular cooler (pendingin pipa dengan mantel air) sudah dilakukan untuk mendinginkan tetes sampai suhu 35-40 oC. Jenis lain adalah cooler jenis plate heat exchanger dan penggunaan CO2 cair sebagai pendingin dalam pendingan tetes. CO2 cair ini disalurkan melalui susunan pipa dengan orifice yang terletak didasar tangki. Ekpansi gas CO2 dari cairan ke gas di dalam tangki menyebabkan teraduknya tetes dan akhirnya mendinginkan tetes dengan cepat.

 

Destruksi tetes tidak hanya terjadi dalam tangki penyimpan tetapi juga terjadi di reservoir (saluran terbuka) tanpa adanya pemanasan dari luar. Chen menyaksikan destruksi raw syrup di saluran terbuka di Thailand dimana 53 galon syrup dialirkan dari suatu pabrik gula kecil melalui saluran yang terbuat dari semen. Destruksi spontan ini terjadi dalam 36 jam, dimana tetes dalam saluran/parit berubah menjadi massa padat, hitam dan keras, seperti aspal.

 

Bongkahan senyawa karbon / arang, akhir dari reaksi maillard

Bongkahan senyawa karbon / arang, akhir dari reaksi maillard

Chen juga menyaksikan kejadian di Peru, dimana destruksi tetes juga terjadi open reservoir (saluran terbuka), kasus yang sama juga terjadi di Panama, dimana tetes yang disimpan dalam bak terbuka ukuran 50×20 m dengan kapasitas 255.000 galon. Pada tanggal 21 April 1977, diwaktu subuh, tetes mengeluarkan gas dan uap dari permukaan tetes, suhu permukaan tetes 77 oC. analisis terhadap tetes ini menunjukan adanya penurunan Pol. Pada jam 7 malam suhu tetes mencapai 83 oC dan tetes menunjukkan tanda-tanda terjadinya karbonisasi dengan mengeluarkan bau dan uap air. Pemompaan untuk mendinginkan tetes tidak berhasil mencegah reaksi destruksi tetes. Tetes berbuih hebat dan tumpah kesekitar area. Dalam 48 jam seluruh isi bak penampung berubah menjadi seperti arang.

 

Chen, memperingatkan bahwa warna kemerahan tetes dan tetes yang berbuih didalam tangki adalah merupakan tanda-tanda agar tetes tidak disimpan dalam waktu yang lama. Fakta dari beberapa kasus menunjukkan bahwa tetes sebaiknya disimpan maksimal 3 minggu, sebelum akan terjadi peristiwa destruksi tetes.

 

Sejak Reaksi Maillard disepakati sebagai penyebab utama, tidak hanya froth fermentation tapi juga destruksi spontan, Chen menyelidiki kandungan Nitrogen sebagai usaha untuk menemukan kriteria/tanda/sinyal untuk menangani dan menghindari destruksi tetes.

 

Pengeluaran bongkahan senyawa karbon / arang, akhir dari reaksi maillard

Pengeluaran bongkahan senyawa karbon / arang, akhir dari reaksi maillard

Reaksi maillard terjadi antara gula reduksi dengan asam amino. Tetes tebu banyak mengandung gula reduksi dan rendah kandungan nitrogen sedangkan kandungan tetes beet kebalikan dari tetes tebu yaitu rendah gula reduksi tetapi tinggi kandungan nitrogennya. Sehingga harus diamati kadar nitrogen untuk tetes tebu dan kadar gula reduksi untuk tetes beet. Analisa sampel terhadap tetes tebu normal dan tetes tebu yang rusak(telah terdekomposisi) menunjukkan adanya perbedaan kadar nitrogen (tabel 1.) juga analisa terhadap tetes yang berasal dari tebu normal dan tebu abnormal (rusak) menunjukkan bahwa kadar nitrogen tetes dari tebu abnormal lebih tinggi dari tetes tebu normal (tabel 2.). Tetes dari tebu abnormal akan berbuih baik di tangki tetes A dan B di pabrik.

 

Untuk mendeteksi molasses frothing (pengembangan tetes), Brooks and Smith menentukan kadar N-amino untuk tetes Barbados. Mereka menemukan bahwa tetes yang mengandung asam amino >0,6 % akan mengalami reaksi hebat jika dipertahankan pada suhu 43 oC. Ini menunjukkan adanya jenis reaksi maillard. Mereka juga menemukan peran penting dari asam aspartic. (ISSCT,1980)

 

Tabel 1. Perbandingan antara Tetes Rusak dan Tetes Normal

maillard 6 tabel 1

 

Tabel 2. Perbandingan Tetes dari Tebu Normal dan Abnormal

maillard 7 tabel 2

 

Uraian diatas menunjukkan bahwa pemicu utama terjadinya reaksi maillard di tangki tetes adalah adanya senyawa asam amino ( > 0,6 %) dan gula reduksi dalam tetes. Reaksi spontan ini dipicu oleh suhu tetes yang diatas 40 oC. Antisipasi reaksi ini dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

  • Menjaga suhu tetes masuk tangki dibawah 40C dengan mengatur suhu air siraman puteran D1 (low grade). Air siraman sebaiknya menggunakan air dingin bukan air panas. Untuk hal hal emergency dimana masakan sulit diputar maka suhu air siraman maksimal sama dengan suhu masakan yang diputar.
  • Pemasangan pendingin tetes sebelum tetes masuk tangki penyimpan
  • Sirkulasi tetes dalam tangki penyimpan secara teratur  dengan menggunakan pompa sirkulasi yang terpasang di area tangki tetes
  • Pemberian gelembung udara kedalam tangki tetes untuk membantu sirkulasi dan mendinginkan mengeluarkan panas yang terkandung dalam tetes.
  • Pemberian venting udara disetiap tangki tetes agar membantu sirkulasi udara dalam tangki tetes
  • Pembuatan dinding baffle,  kanal (saluran) dan kolam penampung disekitar tangki tetes untuk mencegah aliran tetes yang terkena reaksi maillard masuk ke saluran air/irigasi dan sungai.
  • Pemantauan suhu tetes dalam setiap tangki secara teratur setiap jam, baik sisi bawah, tengah maupun atas tangki.
  • Apabila sudah terjadi pembuihan, dan panas keluar bersama gas dan uap air dari atas tangki maka lakukan sirkulasi tetes dalam tangki yang sudah terjadi reaksi dan lakukan pendinginan segera dengan menambahkan air dingin kedalam tangki tetes yang mengalami reaksi spontan.

 

Reaksi maillard yang sudah massif dimana tetes sudah mengembang dan keluar seperti lava akan sulit ditangani dan akan berakhir dengan terbentuknya bahan arang yang membatu baik didalam tangki maupun yang sudah keluar tangki.

 

Demikian sharing kami dari hasil menangani reaksi maillard di beberapa PG, semoga bermanfaat buat kita semua.

 

Referensi:

Chen,J.C.P and Chou,C.C, 1993, Cane Sugar Handbook,12ed.,John Wiley and Sons.Inc., New York

Honig, P.,1953, Principles of  Sugar Technology,Elshevier Publishing Co.,Amsterdam

Kern,D.Q., 1950,Process Heat Transfer, McGraw-Hill International Book Co.,New York

Daniyanto, 2002, Laporan Pendingin Tetes PG.NGadirejo, antisipasi dampak reaksi maillard, LPP Yogyakarta

Daniyanto, 2011, Laporan Reaksi Maillard PG. Modjo, LPP Yogyakarta

 

The following two tabs change content below.

Daniyanto

Professional Staff Coordinator, Sugar Technologist at LPP Yogyakarta | Sugar Technology Division

Latest posts by Daniyanto (see all)

(komentar anda cermin pribadi anda, mari budayakan komentar dengan bahasa yang baik)
Untuk berdiskusi, tulis komentar dengan login di akun FB anda :

Categories

Web Stats


institutions and administrations