Metode Kjeldahl dalam Industri Dairy berdasarkan Standar ISO
Tahukah Anda bahwa International Dairy Federation (IDF) dan International Organization for Standardization (ISO) telah bergabung untuk memperluas cakupan standar internasional yang digunakan di seluruh dunia dalam industri susu untuk mengukur kandungan protein susu sapi? Dalam mengukur kandungan protein tersebut pada produk industri dairy, metode Kjeldahl memainkan peran utama. Hal tersebut diperkuat dalam Standar ISO 8968-1:2014 yang direvisi (IDF 20-1:2014) yang menegaskan peran penting metode Kjeldahl dalam harmonisasi perdagangan dan meningkatkan perlindungan konsumen.
Komposisi susu (air, lemak, mineral, laktosa dan protein) merupakan parameter penting untuk evaluasi kualitasnya. Fraksi protein termasuk kasein (80%) dan protein whey (20% seperti laktalbumin, laktoglobulin) tidak hanya dilihat dari sudut pandang nutrisi, tetapi juga dari sudut pandang teknologi. Faktanya, protein susu memiliki sifat kimia tertentu yang berkontribusi untuk menciptakan fitur sensorik khas produk susu (yaitu keju dan yogurt), yang memengaruhi keseluruhan pemrosesan makanan.
Produk dairy yang berbeda dapat memiliki jumlah protein yang berbeda per porsi. Hal ini sering disebabkan oleh langkah-langkah pemrosesan yang digunakan untuk membuat setiap jenis produk. Tabel dibawah ini merangkum kandungan protein dari produk dairy yang berbeda:
Sekitar 95 persen nitrogen yang ditemukan dalam susu dianggap sebagai protein, sedangkan lima persen sisanya tidak terikat protein. Kandungan nitrogen yang digunakan untuk memastikan kandungan protein menggunakan faktor konversi 6,38. Dengan demikian, penentuan nitrogen memberikan ukuran kandungan protein yang akurat.
Berkat tingkat presisi dan reproduktifitas yang tinggi serta penerapannya yang sederhana, saat ini, metode Kjeldahl merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk menentukan kandungan nitrogen dan protein dalam makanan dan pakan. Metode Kjeldahl memainkan peran penting dalam perdagangan nasional dan internasional, misalnya dalam menghitung pembayaran susu yang adil bagi peternak sapi perah, mengendalikan proses manufaktur, dan dalam memeriksa kepatuhan terhadap peraturan.
Pakar IDF dan ISO kini telah berhasil memodifikasi dan memvalidasi metode Kjeldahl secara ilmiah sehingga dapat diterapkan pada berbagai produk susu. Selain susu murni sapi cair, metode ini sekarang dapat diterapkan pada susu sapi dengan kandungan lemak rendah, susu murni kambing, susu murni domba, keju, susu kering dan produk susu kering termasuk formula bayi berbahan dasar susu, konsentrat protein susu, whey konsentrat protein, kasein dan kaseinat
Metode Kjeldahl terdiri dari prosedur mineralisasi bahan organik yang didestruksi dengan campuran asam sulfat pekat dan kalium sulfat dengan menggunakan tembaga sulfat (II) sebagai katalis untuk mengubah nitrogen organik yang ada menjadi amonium sulfat. Fungsi kalium sulfat adalah untuk menaikkan titik didih asam sulfat dan menyediakan campuran pengoksidasi yang lebih kuat untuk proses destruksi. Kelebihan natrium hidroksida ditambahkan ke larutan destruksi yang didinginkan untuk membebaskan amonia. Amonia yang dibebaskan didistilasi dengan uap ke dalam larutan asam borat berlebih dan dilakukan titrasi dengan larutan volumetrik standar asam klorida. Kandungan nitrogen dihitung dari jumlah amoniak yang dihasilkan.
Gambar 1. Reaksi Metode Kjeldahl
Dalam ISO 8968-1:2014, reagen yang digunakan yaitu reagen dengan analytical grade yang diakui, kecuali ditentukan lain, dan air suling atau demineralisasi atau air dengan kemurnian setara. Terdapat catatan juga bahwa larutan yang ditentukan dalam prosedur ISO 8968-1:2014 mungkin berbeda dari yang diperlukan untuk pengoperasian titrator otomatis. Oleh karena itu, untuk mengatasinya merupakan tanggung jawab operator untuk mengikuti arahan dari produsen peralatan. Adapun alat - alat yang dibutuhkan yaitu:
-
Waterbath, penggunaan waterbath ini untuk produk dairy yang terdiri dari susu cair skim atau susu cair sebagian skim. Produk tersebut harus dihomogenkan dalam waterbath dengan suhu 38 - 40 °C.
-
Neraca Analitik dengan ketelitian hingga 0.1 mg
-
Pipet otomatis untuk pengambilan 1.0 mL reagen
-
Gelas ukur, kapasitas 25 ml, 50 ml, 100 ml dan 500 ml.
-
Labu erlenmeyer 500mL
-
Alat grinding untuk sampel.
-
Batu didih
-
Labu ukur, kapasitas 50 ml, 250 ml and 1000 ml
-
Spatula
-
Kertas saring, digunakan untuk sampel keju keras, semi keras, dan olahan, dimana kertas saring ditempatkan bersama dengan sampel dalam labu destruksi. Namun untuk metode digestion block, kertas saring ini dapat dihilangkan.
- Metode tradisional:
a. Labu destruksi kjedahl, labu ini harus sesuai dengan spesifikasi produsen peralatan
b. Peralatan destruksi
c. Peralatan distilasi
d. Titrator otomatis dilengkapi dengan pengukur pH, disertai dengan buret kapasitas 20mL (resolusi 0.004 mL); atau buret manual kapasitas 50mL kelas A.
- Metode digestion block:
a. Digestion block , tabung destruksi, sistem exhaust untuk tabung destruksi.
b. Peralatan scrubber atau pompa filter atau aspirator.
c. Exhaust manifold.
d. Titrator otomatis dilengkapi dengan pengukur pH, disertai dengan buret kapasitas 20mL (resolusi 0.004 mL); atau buret manual kapasitas 50mL kelas A.
Alat - alat yang disebutkan dalam standar ISO tersebut merupakan gabungan dari preparasi larutan dan analisis 2 metode yaitu metode tradisional dan metode digestion block, dimana untuk metode digestion block dalah metode modern yang menggunakan unit destruksi dengan sistem block yang dilengkapi dengan peralatan scrubber, unit distilasi dan automatic titrator.
Bila ditinjau dari segi waktu, metode tradisional lebih lama untuk preparasi dibandingkan dengan metode digestion block. Estimasi waktu bila menggunakan peralatan manual (metode tradisional) untuk proses destruksi adalah berkisar 360 menit dan untuk proses distilasi akan sulit dipastikan karena waktu distilasi tidak dapat diprediksi untuk jangka waktu hingga destilat terakhir jatuh. Pada metode digestion block, estimasi waktu untuk proses destruksi menggunakan unit destruksi hanya membutuhkan waktu berkisar 120 menit dan untuk proses destilasi menggunakan unit distilasi hanya membutuhkan waktu 3- 5 menit. Pada tahap titrasi, standar ISO menyarankan untuk penggunakan titrator otomatis, dimana penggunaan automatic titrator lebih menguntungkan bila dibandingkan dengan cara manual. Sekarang ini, sudah ada unit distilator Kjeldahl yang dilengkapi dengan titrator dimana unit tersebut tentunya akan dapat mempermudah, mempercepat dan meningkatkan akurasi analisa yang dilakukan. Penggunaan baik automatic titrator maupun unit distilator Kjeldahl yang dilengkapi dengan titrator akan menguntungkan analis karena analis tidak perlu menghitung secara manual karena hasil yang didapatkan sudah dalam satuan konsentrasi yang sesuai dengan standar yaitu % total Nitrogen atau mg Nitrogen.
Gambar 2. (i) Unit Destruksi dilengkapi dengan Scrubber dan Pompa; (ii) Unit Distilasi
Selain dari segi waktu, tentunya metode digestion block lebih aman dibandingkan dengan metode tradisional karena pada penggunaan unit destruksi menggunakan sistem exhaust beserta peralatan scrubber dan pompa filter dimana penggunaan sistem ini bertujuan untuk mencegah keluarnya uap toksik ke lingkungan sehingga resiko terjadinya kebocoran dapat diminimalisir. Selain itu metode digestion block lebih aman untuk user karena menghindari kecelakaan kerja terhadap penggunaan bahan kimia ataupun alat kaca (glassware) yang mudah pecah.
Dari penjabaran diatas bisa disimpulkan bahwa penggunaan metode digestion block lebih menguntungkan dibandingkan dari metode tradisional baik dari segi efisiensi waktu, keakuratan, kemudahan dan keamanan. Oleh karena itu, penggunaan metode digestion block lebih direkomendasikan untuk mengukur kandungan protein pada produk industri dairy.
Referensi:
Saka. 2022. Analisa Protein : Optimalisasi Pengujian dan Keamanan Penggunaan Metode Kjeldahl. Saka: Indonesia.
Sexton, C. 2019. What exactly is in Cow's milk?. earth.com: Telluride.
Velp Scientifica. 2014. ISO Standard Kjeldahl Method in Dairy Industry. Highlights. Velp Scientifica: Italy.
Velp Scientifica. 2013. N/Protein Determination in Milk according to the Kjeldahl method. Application Note. Velp Scientifica: Italy.
Webster, A. 2020. The Power of Protein: Dairy. Food Insight: USA.