NIR dan Aplikasinya dalam Kendali Mutu Pangan

NIR dan Aplikasinya dalam Kendali Mutu Pangan

Pernahkah kamu perhatikan pada setiap kemasan dalam suatu produk yang kamu gunakan terlihat konsisten, baik itu dari komposisi maupun rasanya? Nah, untuk menjaga kekonsistennya, suatu perusahaan berusaha melakukan kendali mutu. Kendali mutu sangatlah penting guna memastikan setiap produk yang digunakan aman dan baik hingga sampai ke tangan konsumen. Terus, bagaimana caranya untuk melakukan kendali mutu tersebut? Kendali mutu dapat digunakan dengan melakukan beberapa teknik analisis yang sesuai. Salah satu teknik analisis yang dapat digunakan adalah teknik analisis berbasis spektroskopi, yaitu spektroskopi inframerah dekat (Near Infrared/NIR).

Apa itu NIR?

Spektroskopi inframerah dekat merupakan teknik analisis yang memanfaatkan sinar gelombang inframerah yang memiliki kisaran daerah panjang gelombang 750-2500 nm. Pada daerah tersebut umumnya terjadi vibrasi ikatan -CH, -OH, -SH, dan –NH (1). Dengan demikian, inframerah dekat dapat digunakan untuk analisis kandungan kimia bahan organik yang memiliki ikatan-ikatan tersebut. Spektroskopi NIR dapat digunakan dalam menjamin kualitas dari bahan baku maupun produk jadi dengan persiapan sampel yang mudah. Analisis menggunakan inframerah dekat juga memiliki beberapa keunggulan lain, diantaranya  non destruktif, akurat, waktu analisis cepat, serta tidak membutuhkan bahan kimia (2).

Prinsip NIR 

Prinsip NIR sebenarnya tidak jauh berbeda dengan prinsip spektroskopi inframerah pada umumnya. Sampel yang menyerap sinar inframerah akan mengalami vibrasi dan rotasi molekul pada ikatan tunggalnya. Getaran dan rotasi yang terjadi akan berdampak pada naiknya pita penyerapan sesuai dengan gugus fungsi dari molekul penyusunya (1). Suatu molekul dalam sampel akan menyerap sinar inframerah apabila ada perbedaan momen dipol akibat pergerakan vibrasi dan rotasi serta frekuensi vibrasi molekul sama dengan frekuensi radiasi. Secara sederhana, prinsip kerja NIR dapat dilihat melalui video berikut.

Video animasi prinsip kerja NIR

Sumber: youtube.com

Mode Pengukuran NIR

Dalam menggunakan suatu teknik analisis, kita harus mengetahui kesesuaian jenis sampel dengan instrument analisis yang digunakan. Hal ini tentunya dilakukan untuk mendapatkan hasil analisis terbaik. Umumnya terdapat 4 mode pengukuran pada NIR, yaitu transmisi, refleksi, transfleksi, dan interaksi.

Pada mode transmisi sumber sinar diteruskan ke dalam sampel. Sinar  yang mengenai sampel akan berinteraksi dan memberikan informasi yang terdapat pada sampel.  Sinar yang membawa informasi kemudian dideteksi oleh detektor. Ada kondisi khusus saat sampel berada pada bentuk padat, detektor ditempatkan pada sudut 90 dari sumber sinar. Mode pengukuran trasmisi untuk sampel padat juga dapat disebut transmisi baur (diffuse transmission).

Mode refleksi ditandai dengan sumber sinar dan detektor pada sisi yang sama. Sinar akan berinteraksi dengan sampel yang kemudian membawa informasi. Informasi tersebut selanjutnya diteruskan ke detektor. Dalam kasus tertentu, mode ini menggunakan suatu bidang diintergrasikan untuk memusatkan sinar yang dipantulkan dari sampel sebelum mencapai detektor. Permukaan sampel yang digunakan pada mode ini berupa permukaan yang bersifat kasar. Mode ini juga dikenal dengan refleksi baur (diffuse reflectance).

Gambar tersebut menunjukan mode transfleksi yang merupakan mode gabungan antara transmisi dengan refleksi.  Jika mode refleksi menempatkan sumber sinar dan detektor pada sisi yang sama, mode transfleksi juga serupa dengan mode refleksi. Namun, terdapat reflektor yang berfungsi memantulkan cahaya yang ditransmisikan melalui sampel. Jika sampel dalam bentuk cair, suatu holder dengan ukuran 0.1 hingga 0.3 mm ditempatkan sepanjang arah cahaya.

Sementara itu, mode interaksi juga gabungan antara transmisi dengan refkeksi, namun mode ini digunakan untuk sampel padat. Sampel pada mode ini disinari inframerah yang langsung mengenai permukaan sampel. Sinar tersebut akan berinteraksi dengan sampel yang membawa informasi sampel kemudian diteruskan ke detektor.

Aplikasi NIR untuk Kendali Mutu Pangan

Aplikasi teknik NIR telah banyak digunakan dalam kendali mutu pangan. Teknik NIR umumnya digunakan untuk menduga komposisi kimia, seperti kadar air, kadar lemak, gula, protein, dan senyawa lainnya. Teknik ini dapat digunakan untuk analisis secara kualitatif maupun kuantitatif. Selain itu, teknik ini juga biasa dikombinasikan dengan kemometrik (kimia statistika) untuk mendapatkan informasi lainnya yang berada pada sampel.

Beberapa aplikasi NIR yang digunakan untuk kendali mutu pangan, diantaranya:

• Penentuan kandungan padatan terlarut pada buah fuji (4)
• Penentuan kadar vitamin C, kadar gula, dan total polifenol (5)
• Penentuan komposisi asam amino pada kedelai (6)
• Penentuan kesegaran telur (7)
• Prediksi kadar lemak pada daging sapi (8)
• Analisis protein heme dan nonheme pada daging mentah (9)
• Autentikasi varietas kopi (10)
• Evaluasi kandungan karatenoid dalam maizena (11)
• Diskriminasi tepung talas, singkong, dan terigu (12)

Nah, sekarang kamu jadi tau kan, ternyata NIR bisa digunakan untuk kendali mutu pangan. Semoga dapat menjadi inspirasi kamu untuk mengeksplor lebih dalam lagi tentang teknik analisis yang digunakan untuk kendali mutu pangan.

Sumber:

1. Burns D, Ciurczak E. 2008. Handbook of Near-Infrared Analysis Third Edition. New York (US): CRC Press.
2. Poji M, Mastilovi J, Majcen N. 2012. Infrared Spectroscopy – Life and Biomedical Sciences. Rijeka(CR): InTech.
3. Alander JT, Bochko V, Martinkauppi B, Saranwong S, Mantere T. 2016. A Review of Optical Nondestructive Visual and Near-Infrared Methods for Food Quality and Safety A Review of Optical Nondestructive Visual and Near-Infrared Methods for Food Quality and Safety. Intrernational Journal of Spectroscopy. (2013):1–36. doi: 10.1155/2013/341402.
4. Shi B, Ji B, Zhu D, Tu Z, Qing Z. 2008. Study on genetic algorithms-based NIR wavelength selection for determination of soluble solids content in fuji apples. Journal of Food Quality. 31(2): 232-249.
5. Pissard A, Fernandez JA, Baeten V, Lateur M. 2013. Non-destructive measurement of vitamin C, total polyphenol, and sugar content in apples using near-infrared spectroscopy. Journal of the Science of Food and Agriculture. 93(2):238-244.
6. Kovalenko IV, Rippke GR, Hurburgh CR. 2006. Determination of amino acid composition of soybeans (Glycine max) by near-infrared spectroscopy. Journal of Agriculture and Food Chemistry. 54(10): 3485-3491.
7. Lin H, Zhao J, Sun L, Chen Q, Zhou F. 2011. Freshness measurement of eggs using near infrared (NIR) spectroscopy and multivariate data analysis. Innovative Food Science: Emerging Technologies. 12(2): 182-186.
8. Sierra V, Aldai N, Castro P, Osoro P, Coto-Montes, Olivan M. 2008. Prediction of the fatty acid composition of beef by near infrared transmittance spectroscopy. Meat Science. 78(3): 248-255.
9. Hong J dan Yasumoto K. 1996. Near-infrared spectroscopic analysis of heme and nonheme iron in raw meats. Journal of Food Composition and Analysis. 9(2):127-134.
10. Downey G, Briandet R, Wilson RH, Kemsley EK. Near and mid infrared spectroscopies in food authentication: coffee varietal identification. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 45(11): 4357-4361.
11. Brenna OV dan Berardo N. 2004. Application of near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS) to the evaluation of carotenoids content in maize. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 52(18): 5566-5582.
12. Fikriah SA. 2017. Diskriminasi tepung talas, singkong, dan terigu menggunakan spektrum inframerah dekat dan kemometrik. [skripsi]. Bogor. Institut Pertanian Bogor