Pendinginan & Pembekuan dengan Nitrogen Cair

Oleh Nuri Andarwulan

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan

Fakultas Teknologi Pertanian

IPB University

Beberapa kejadian keracunan nitrogen cair yang tertelan oleh anak-anak yang mengonsumsi makanan jajanan cikbul

(ciki ngebul) telah menjadi berita yang masif di media massa.

Penderita mengeluh mual, sakit kepala, sesak nafas, hingga beberapa harus dirawat di IGD maupun dioperasi lambungnya karena luka bakar dingin dan radang dingin yang hebat. Pemerintah (Kementerian

Kesehatan dan Badan Pengawas

Obat dan Makanan/BPOM) telah mengeluarkan pernyataan resmi untuk pengawasan yang ketat (beberapa pemerintah daerah telah bahkan melarang) terhadap penggunaan nitrogen cair pada pangan siap saji dan jajanan anak sekolah.

Nitrogen cair sering digunakan oleh penyaji makanan di restoran atau kafe saat menghidangkan makanan pencuci mulut dengan cara nitrogen cair dituang sedikit di atas permukaaan pudding/ mousse atau produk sejenisnya sehingga tekesan keluar asap tipis dan makanan menjadi sangat menarik tampilannya.

Akhir-akhir banyak ditemukan produk es krim yang ‘diolah’ dengan nitrogen yaitu nitrogen cair dicampurkan dalam adonan es krim dan dilakukan pengadukan sehingga es krim membeku dengan kepulan asap nitrogen. Kedua jenis makanan pencuci mulut ini sangat berisiko jika dikonsumsi karena ada kemungkinan terdapat nitrogen cair yang belum menguap dan terkonsumsi oleh konsumen.

Karakteristik nitrogen cair

Nitrogen cair (LN2 atau LIN atau LN) adalah nitrogen yang berada dalam keadaan cair pada suhu yang sangat rendah. LN berupa cairan jernih tak berwarna dengan massa jenis 0,807 g/mL pada titik didihnya [−195,79 °C (77 K; −320 °F)]. Karakteristik massa jenis ini yang menyebabkan LN berada di bagian atas minuman atau makanan pencuci mulut. Nitrogen berbentuk cair hingga suhu -209 °C dan pada suhu -210 °C berbentuk padat. Nitrogen cair adalah cairan diatomik, yang berarti bahwa karakter diatomik ikatan N kovalen dalam gas N2 tetap bertahan setelah likuifaksi.

LN dengan suhu titik didih (suhu saat fase cair berubah menjadi gas) sangat rendah (−195,79 °C) mempunyai perbedaan suhu yang sangat tinggi jika bersinggungan dengan permukaan kulit kita (36-37 °C). Saat LN dituangkan secara cepat di permukaan tangan atau dicipratkan ke permukaaan muka, akan terlihat butiran-butiran LN yang berhamburan dan menguap. Peristiwa ini sangat menarik, butiran-butiran

LN tidak melekat di permukaan kulit.

Fenomena fisika ini dikenal dengan nama efek Leidenfrost. Johann Gottlob

Leidenfrost pada tahun 1756 yang menemukan fenomena fisika ini di mana suatu cairan sedang berdekatan dengan permukaan materi yang secara signifikan jauh lebih panas (atau dengan kata lain suhunya jauh lebih tinggi) daripada titik didih cairan tersebut sehingga menghasilkan lapisan uap yang kemudian mengisolasi cairan tersebut dari materi panas agar tidak mendidih dengan cepat.

Karena “kekuatan repulsif” ini, tetesan terlihat melayang di atas permukaan daripada langsung melakukan kontak fisik dengan materi panas. Fenomena ini paling sering terlihat saat memasak, yaitu saat meneteskan air dalam panci untuk mengukur suhunya. Jika suhu panci berada di atau di atas titik

Leidenfrost, air bergerak dengan cepat melintasi panci dan memakan waktu lebih lama untuk menguap daripada panci yang suhunya berada di bawah titik

Leidenfrost (namun masih di atas titik didih).

LN merupakan cairan cryogenic (bahan atau zat bersuhu sangat rendah) untuk mempercepat pembekuan dan dapat menyebabkan radang dingin (frosbite) setelah kontak dengan jaringan hidup. Efek Leidenfrost dapat terjadi untuk LN yang dituang secara cepat ke permukaan tangan. Namun saat butiran LN bersentuhan dalam beberapa detik dengan permukaan kulit, maka radang dingin hingga luka bakar dingin yang parah akan terjadi karena perbedaan suhu antara LN dan permukaan kulit menjadi berkurang hingga dibawah titik Leidenfrost.

Produk cikbul yang ditawarkan selain menarik karena produk yang mempunyai karakteristik berasap, juga saat dikonsumsi dapat memberikan efek nafas yang berasap sehingga sering juga disebut menghasilkan nafas naga (dragon breath). Namun apabila konsumen tidak tahu cara mengeluarkan asapnya dan yang terjadi adalah menghirup asapnya, maka efek kesehatan karena menghirup nitrogen secara berlebihan dapat mengakibatkan pusing, mual, muntah, kehilangan kesadaran, pernapasan cepat, sesak napas tanpa peringatan dan kematian.

Produk pangan siap saji yang masih mengandung LN dapat terkonsumsi oleh konsumen. LN tidak berasa atau hambar sehingga jika konsumen tidak diinstruksikan untuk menunggu sebelum LN benar-benar menguap, konsumen mungkin secara tidak sengaja menelannya tanpa disadari.

Cedera paling serius yang dihadapi setelah menelan LN adalah barotrauma gastrointestinal, yang berkembang karena peningkatan tekanan di dalam perut. Hal ini terjadi karena, pada saat LN memasuki tubuh, LN akan segera menguap saat kontak dengan permukaan suhu yang lebih tinggi dari titik didihnya. Perjalanan LN dari mulut ke kerongkongan dan ke dalam perut, uap yang terbentuk di sepanjang jalan dapat menyebabkan peningkatan tekanan yang besar. LN memiliki rasio volume cair-ke-gas 1:694. Ini artinya, ketika LN menguap, volumenya akan bertambah sekitar 700 kali di dalam tubuh. Akibatnya, pasien mungkin mengalami distensi perut yang parah dan menyakitkan setelah konsumsi, karena peningkatan volume dan tekanan dalam saluran pencernaan. Kenaikan tekanan ini biasanya menyebabkan nekrosis jaringan dan pecahnya lambung di kelengkungan perut yang lebih rendah, yang membutuhkan pembedahan untuk memperbaiki.

Berhubungan dengan karakteristik bahaya LN, mengingat aplikasinya yang relatif baru dalam bidang penyajian makanan dan minuman, tidak/belum ada hubungan dosis-respons yang telah ditetapkan untuk menelan, menghirup, atau kontak dengan LN. Berdasarkan data yang ada, tingkat keparahan cedera tergantung pada durasi dan area kontak, serta volume LN yang tertelan/kontak.

Mitigasi risiko penggunaan LN untuk pangan siap saji telah dirancang untuk pemerintah, vendor/produsen makanan maupun untuk konsumen. Ketiga pilar keamanan pangan mempunyai tanggung jawab yang sama untuk mencegah terjadinya kasus keracunan atau ketidakamanan LN dari pangan siap saji.

US-FDA memberikan panduan untuk industri pangan dan produsen makanan siap saji untuk meminimalkan risiko terkait konsumsi yang tidak disengaja atau kontak kulit dengan LN dalam minuman dengan:

(1) Menyusun prosedur operasional baku (POB) dan melaksanakan pelatihan karyawan untuk penerimaan, penyimpanan, dan penanganan yang aman dari zat LN saat digunakan dalam penyiapan makanan dan minuman. Prosedur dan pelatihan tersebut harus mencakup: a. Arahan bagi karyawan bagian makanan untuk: tidak secara langsung menyentuh atau mengonsumsi LN, menghindari penambahan LN ke makanan dan minuman sesaat sebelum disajikan, dan memastikan penguapan LN secara sempurna sebelum disajikan dan/atau konsumsi. b. Pernyataan atau instruksi bahwa menyentuh atau mengonsumsi LN dapat mengakibatkan penurunan kondisi kesehatan, kelainan fisik, dan kemungkinan kematian. c. Petunjuk untuk menghindari kontak yang terlalu lama dengan LN di ruang tertutup, seperti lemari es atau ruang penyimpanan. d. Borang spesifikasi produk untuk peralatan yang digunakan untuk menyimpan atau mengeluarkan LN. e. Borang data keselamatan untuk LN.

(2) Pemberitahuan atau peringatan kepada karyawan di area penyimpanan LN dan di area penyiapan atau penyajian makanan atau minuman menggunakan LN.

Pemberitahuan/peringatan tersebut harus menginstruksikan karyawan untuk tidak secara langsung menyentuh atau mengkonsumsi LN dan untuk memastikan penguapan

LN telah sempurna sebelum penyajian. Pemberitahuan/ peringatan juga harus menyertakan pernyataan bahwa menyentuh atau mengonsumsi LN dapat mengakibatkan penurunan kondisi kesehatan, kelainan fisik, dan kemungkinan kematian.

(3) Peringatan tentang potensi bahaya

LN dipasang dengan jelas di mana konsumen dapat melihatnya.

Regulasi penggunaan

nitrogen cair

Join FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) menyebutkan nitrogen dapat berbentuk cair atau gas yang tidak berasa-tidak berbau dan dapat berfungsi sebagai zat pembeku, propelan dan pengisi gas pada kemasan. Indonesia mengatur penggunaan nitrogen sebagai bahan penolong golongan bahan kontak pangan pendingin dan pembeku dalam Peraturan Badan POM Nomor

20 Tahun 2020 tentang Perubahan atas Peraturan Badan POM Nomor 28

Tahun 2019 tentang Bahan Penolong dalam Pangan Olahan. Batas maksimum penggunaannya disebutkan sesuai cara pengolahan pangan yang baik (CPPB) dan disebutkan pula dihilangkan dengan cara tertentu. Pernyataan dalam regulasi ini dapat diartikan bahwa LN kontak dengan pangan dan kemudian terdapat upaya penghilangan LN sehingga produk pangan olahan tidak mengandung LN lagi. Regulasi BPOM diperuntukkan untuk indutri pangan olahan dalam kemasan dan bukan untuk pangan siap saji. Bagaimana sebenarnya penggunaan

LN sebagai bahan penolong proses pendinginan dan pembekuan pangan olahan?

Metode pendinginan dan pembekuan dengan nitrogen cair

LN merupakan cairan cryogenic yang sangat efektif untuk mendinginkan atau membekukan bahan selain suhunya sangat rendah juga karena ketersediaan, harga relatif murah dan inert (tidak bereaksi dengan bahan yang kontak dengan LN). Beberapa metode pendinginan dan pembekuan dengan LN untuk industri kimia dan farmasetikal adalah:

1. Pendingin permukaan langsung memberikan pendinginan melalui dinding konduktif tunggal. Permukaan dinding yang dingin membekukan atau mendinginkan bahan, cairan atau aliran gas (Gambar 1a).

2. Pendinginan langsung dengan penyemprotan LN (cryogenic spray freeze drying). LN disemprotkan ke bahan atau langsung ke proses (Gambar 1b). Pada prinsipnya, bahan didinginkan dengan panas laten penguapan LN. Proses pendinginan dengan penyemprotan LN dapat dihasilkan produk beku berbentuk tepung/bubuk dengan ukuran kurang dari 100 µm.

3. Pendinginan dengan perendaman dalam LN. Perendaman bahan langsung ke dalam LN akan mendinginkan atau membekukan bahan (Gambar1c). Contoh proses ini adalah penggilingan penggilingan dengan cairan cryogenic diperlukan untuk bahan yang tidak dapat digiling pada suhu ruang dan juga proses penggilingan menghasilkan kenaikan suhu bahan. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.

4. Pendinginan sirkuit sekunder (tidak langsung). LN disangga oleh heat-transfer fluid (HTF) dengan prinsip kerja seperti plate heat exchanger (PHE). HTF memberikan pendinginan/pembekuan melalui dinding konduktif ke bahan yang dibekukan atau cairan yang didinginkan (Gambar 3).

Pemilihan metode pendinginan atau pembekuan menggunakan LN sangat tergantung dari unit proses atau bahan yang akan didinginkan/dibekukan. Dari beberapa metode yang disebutkan di atas, terlihat peran LN sebagai bahan penolong proses untuk menghasilkan produk akhir di industri kimia dan farmasetikal dan bukan untuk pangan siap saji. Teknologi pendinginan dan pembekuan menggunakan LN untuk industri pangan mempunyai peluang dan tantangan. Peluangnya adalah suhu yang sangat rendah, ketersediaan, harga relatif murah dan inert. Namun untuk menggunakan LN sebagai bahan refrigerant dibutuhkan sistem pengendalian yang presisi terhadap suhu LN yang sangat rendah dan mungkin berbiaya tinggi.

Referensi:

Ali D., Farber JM, Hee Kim JH, Parto N and Copes R. 2021. A Qualitative Risk Assessment of Liquid Nitrogen in Foods and Beverages. Food Protection Trends, 41:3, pp. 293-304

Beteta O, Ivanova S. 2015. Cool down with liquid nitrogen. www.aiche.org/cep. pp. 30-35

JECFA. 1999. Nitrogen. Diakses dari https://www.fao. org/fileadmin/user_upload/jecfa_additives/docs/ Monograph1/Additive-296.pdf

Peraturan Badan POM No.20 Tahun 2020 Tentang Perubahan Atas Peraturan Badan POM No. 28 Tahun 2019 Tentang Bahan Penolong Dalam Pengolahan Pangan.

US-FDA. 2018. Reference Document: 2017 FDA Food Code.