BOGOR, biem.co – Keberadaan Usaha Mikro, Kecil, dan Menengah (UMKM) memiliki peran yang penting dalam perekonomian nasional, terutama dalam menciptakan lapangan pekerjaan dan meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Salah satu sektor yang semakin berkembang di Indonesia yaitu industri minuman yoghurt yang menjadi olahan susu alternatif kaya probiotik dan antioksidan (Farag et al. 2022).
Prebiotik merupakan makanan mikroba hidup yang memiliki banyak manfaat untuk sistem pencernaan, seperti memperbaiki intoleransi laktosa, menurunkan kolesterol, dan meningkatkan kekebalan tubuh (Kerry et al. 2018). Prinsip pembuatan yoghurt yaitu adanya proses fermentasi komponen gula yang ada dalam susu, seperti laktosa menjadi asam laktat. Asam laktat yang dihasilkan selama fermentasi dapat meningkatkan citarasa, serta meningkatkan keasaman atau menurunkan pH. Semakin rendah pH pada susu setelah fermentasi akan menyebabkan pengurangan mikroba dan menghambat proses mikroba patogen, sehingga dapat meningkatkan umur simpan susu (Utami et al. 2020).
Masyarakat yang sadar akan kesehatan sering kali menyukai produk probiotik. Sehingga banyak UMKM yang mulai mengembangkan produk minuman yoghurt dengan menawarkan berbagai varian rasa dan kemasan yang menarik. Produk ini tidak hanya menarik perhatian konsumen lokal, namun berpotensi untuk diekspor, mengingat tren konsumsi makanan sehat yang terus berkembang secara global. Yoghurt yang bersifat mudah rusak karena sensitif terhadap suhu, pH, dan gas fermentasi.
Maka diperlukan inovasi pada produk yoghurt untuk memantau suhu dan gas dalam yoghurt selama pengiriman di wilayah dengan iklim panas untuk mencegah penurunan kualitas dan meningkatkan daya saing UMKM. Salah satu solusi yaitu menggunakan teknologi smart packaging berbasis nanosensor ZnO-Ca yang dikombinasikan dengan Internet of Thing (IoT). Kombinasi tersebut dapat menjadi solusi untuk memperbaiki pengemasan dan pengawasan produk yoghurt. Teknologi ini tidak hanya memperpanjang masa simpan produk, tetapi juga memberikan jaminan keamanan dan kualitas yang baik kepada konsumen sehingga dapat memenangkan persaingan pasar yang semakin ketat.
Yoghurt merupakan olahan yang dihasilkan dari fermentasi susu oleh bakteri asam laktat, terutama kultur Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus (Nontasan et al. 2012). Ketika proses penyimpanan dan terjadi fermentasi berlebih pada yoghurt, maka dapat menghasilkan gas karbondioksida (CO2) dalam jumlah yang tinggi. Hal tersebut dapat menyebabkan kualitas produk menurun dan kemasan menggembung. Oleh karena itu, penggunakan nanosensor berbasis ZnO dapat diterapkan untuk mengatasi masalah ini.
Nanopartikel ZnO cocok digunakan untuk aplikasi sensor gas karena memiliki karakteristik kimia dan fisik yang khas. ZnO memiliki karakteristik khusus untuk aplikasi penginderaan gas yaitu interaksi antara molekul gas dan permukaan sensor yang dapat meningkatkan selektivitas ZnO untuk melindungi CO2 dengan meningkatkan rasio permukaan ke volume dan lebih aktif untuk adsorpsi gas (Haygood et al. 2024).
Tetapi CO2 yang dihasilkan pada yoghurt merupakan gas yang relatif stabil dan oksidator lemak, sehingga tidak bereaksi secara langsung dengan ion oksigen di permukaan ZnO, oleh karena itu diperlukan material tambahan seperti kalsium (Ca). Penggunaan kalsium sebagai material tambahan pada ZnO untuk sensor akan lebih aman untuk makanan dan efektif pada suhu rendah atau mendekati suhu kamar sehingga cocok untuk yoghurt yang disimpan dalam kondisi dingin.
Adapula mekanisme penginderaan gas sensor berbasis ZnO-Ca antara lain adsorbsi oksigen yang mana ketika ZnO-Ca terpapar udara, oksigen dari udara akan diserap di permukaan ZnO dan menangkap elektron dari pita konduksi ZnO, membentuk ion-ion oksigen negatif yang berperan untuk mengurangi jumlah elektron di permukaan ZnO dan membentuk wilayah di permukaan yang kekurangan oksigen.
Kemudian dilanjutkan dengan interaksi dengan gas target yaitu CO2, ketika CO2 teradsorpsi pada permukaan ZnO-Ca maka gas yang bereaksi dengan oksigen akan membentuk ion karbonat. Reaksi ini mengembalikan elektron ke pita konduksi ZnO yang mengurangi ketebalan lapisan deplesi dan menyebabkan penurunan resistansi. Kalsium meningkatkan jumlah bagian aktif di permukaan untuk adsorbsi CO2, penambahan kalsium mendorong pembentukan kekosongan oksigen yang menambah jumlah elektron bebas dan meningkatkan interaksi permukaan dengan CO2 (Hijiri et al. 2024).
Dengan memanfaatkan sifat ZnO-Ca yang berubah saat bereaksi dengan gas, nanosensor dapat mendeteksi konsentrasi CO2 dalam yoghurt secara real-time. Ketika konsentrasi CO2 mencapai ambang tertentu, sensor akan memberikan sinyal yang menandakan bahwa produk berada dalam kondisi fermentasi berlebih.
Setelah nanosensor ZnO-Ca mendeteksi keberadaan gas CO2 yang berlebihan dalam kemasan yoghurt, sistem Internet of Thing (IoT) memungkinkan data tersebut dikirimkan secara real time ke platform pemantauan jarak jauh. Hal ini dapat mengurangi risiko kerusakan produk dan meningkatkan kepercayaan konsumen terhadap kualitas produk yang ditawarkan. D
ata dari sensor kemasan yang memiliki unique id seperti kode qr dan nomor seri dikirim ke gateway menggunakan protokol komunikasi jarak jauh seperti Global System for Mobile Communications (GSM), jaringan seluler, dan jaringan lora, sehingga kemasan dapat dipantau dari jarak jauh. Gateway berfungsi sebagai perangkat yang mengumpulkan dari node dan menghubungkan perangkat ke internet. Kemudian data dikirimkan ke cloud untuk dikumpulkan, dianalisis, dan dipantau secara real time. Di cloud, data dari sensor serta id khusus dari setiap kemasan akan dikumpulkan.
Hal ini berfungsi untuk mengetahui kemasan mana yang memiliki kandungan CO2 berlebih dan kapan yogurt tersebut diproduksi. Kemudian data akan ditampilkan di dashboard untuk memudahkan pengguna mengakses data dimana saja. Data dapat dipisahkan berdasarkan waktu produksi dan kandungan CO2 dalam setiap kemasan secara real time (Kuo et al. 2018).
Meskipun teknologi nanosensor ZnO-Ca pada smart packaging menawarkan berbagai keuntungan, tetapi terdapat kekurangan yang perlu diperhatikan. Salah satunya yaitu biaya awal implementasi yang relatif tinggi. Teknologi ini melibatkan sensor khusus yang terintegrasi dengan IoT, sehingga memerlukan biaya investasi awal yang besar bagi UMKM. Namun prospek keuntungan jangka panjang yang diperoleh dari kualitas produk yang terjamin dan peningkatan daya saing dapat menutupi biaya awal yang besar ini.
Adanya teknologi kombinasi nanosensor ZnO-Ca yang terintegrasi IoT, risiko kerusakan produk selama pengiriman dapat diminimalisir yang akhirnya mengurangi biaya produksi terkait dengan kerugian produk yang rusak. Prospek penggunaan teknologi ini sangat menjanjikan untuk memperluas pasar hingga ke pasar global, mengingat tren konsumsi produk sehat yang terus meningkat. Monitoring secara real time memungkinkan produsen untuk mendeteksi perubahan yang terjadi pada produk selama penyimpanan dan pengiriman, sehingga kualitas yoghurt tetap terjaga meskipun dikirim ke wilayah yang jauh. (Red)
Azzahra Issustiarani, Penulis adalah Mahasiswa Pascasarjana S2, Ilmu Pangan, IPB University
DAFTAR PUSTAKA
Farag, M.A., Saleh, H.A., El Ahmady, S. and Elmassry, M.M., 2022. Dissecting yoghurt: The impact of milk types, probiotics, and selected additives on yoghurt quality. Food Reviews International. 38(sup1): 634-650.
Haygood, K. J. F., Harnany, D., Santos, G. N. C., & Muflikhun, M. A. 2024. Promising CO2 gas sensor application of zinc oxide nanomaterials fabricated via HVPG technique. Heliyon. 10(17).
Hjiri, M., Algessair, S., Dhahri, R., Albargi, H. B., Mansour, N. B., Assadi, A. A., & Neri, G. 2024. Ammonia gas sensors based on undoped and Ca-doped ZnO nanoparticles. RSC advances. 14(8): 5001-5011.
Kerry, R.G., Patra, J.K., Gouda, S., Park, Y., Shin, H.S. and Das, G. 2018. Benefaction of probiotics for human health: A review. Journal of food and drug analysis. 26(3): 927-939.
Kuo, Y. W., Li, C. L., Jhang, J. H., & Lin, S. 2018. Design of a wireless sensor network-based IoT platform for wide area and heterogeneous applications. IEEE Sensors Journal. 18(12): 5187-5197.
Nontasan, S., Moongngarm, A., & Deeseenthum, S. 2012. Application of functional colorant prepared from black rice bran in yoghurt. Apcbee Procedia. 2: 62-67.
Utami, M.M.D., Pantaya, D., Subagja, H., Ningsih, N. and Dewi, A.C. 2020. Teknologi pengolahan yoghurt sebagai diversifikasi produk susu kambing pada kelompok ternak Desa Wonoasri Kecamatan Tempurejo Kabupaten Jember. PRIMA: Journal of Community Empowering and Services, 4(1): 30-35.
