Teknologi ultrasonik adalah teknologi yang memanfaatkan gelombang ultrasonik dalam penerapannya. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi teknologi ultrasonik, diantaranya intensitas daya, frekuensi, amplitudo, dan suhu. Teknologi ultrasonik telah banyak dimanfaatkan dalam proses industri seperti pengawetan makanan, ekstraksi, kristalisasi, dan menjaga kualitas makanan.
Suara ultasonik adalah suara yang memiliki frekuensi sebesar 20 Hz hingga 20 kHz, dan tidak dapat didengar oleh manusia. Pernahkah anda mendengar reaksi berbasis suara ultrasonik? Walaupun terdengar tak lazim, namun teknologi ini benar adanya. Pada artikel ini akan dijelaskan mengenai teknologi ultrasonik, faktor-faktor yang mempengaruhi, dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.
Apa itu Teknologi Ultrasonik
Sebelum mengenal teknologi ultrasonik, ada baiknya kita mengenal secara singkat tentang suara dan gelombang ultrasonik. Suara merupakan gelombang mekanik yang dihasilkan dari getaran partikel pada medium pembawanya. Getaran ini dihasilkan karena adanya energi yang mengalir. Energi inilah yang dimanfaatkan pada teknologi ultrasonik. Dengan menggunakan energi ini, teknologi ultrasonik dapat mempengaruhi karakteristik kimia dan fisika dari benda yang dialirinya.
Prinsip Kerja Teknologi Ultrasonik
Pada teknologi ultrasonik, suara ultrasonik diradiasikan melalui horn (sumber suara) menuju medium berupa cairan. Penyebaran ini menyebabkan medium merespon energi ultrasonik dengan dalam dua bentuk, kondensasi dan rarefaction. Pada saat kondensasi, partikel medium tertekan dan menyebabkan densitas dan tekanan dari fluida ini meningkat. Pada saat rarefaction, partikel-partikel ini saling berjauhan, dan menyebabkan densitas dan tekanan menurun. Perubahan tekanan ini menyebabkan pembentukan gelembung nano dan menyebabkan terjadinya kavitasi. Kavitasi yang dihasilkan oleh gelombang tekanan suara dihasilkan dalam bentuk gelembung yang tumbuh dan meledak dengan semburan aliran mikro dan dapat menghantam permukaan benda. Tekanan yang diberikan dalam proses ini sangat besar hingga mencapai mega pascal (MPa), sehingga memungkinkan rusaknya dinding sel dari target.
video berikut akan memberikan anda pemahaman lebih mendalam terkait peristiwa kavitasi :
Faktor-Faktor yang Berpengaruh Pada Teknologi Ultrasonik
- Amplitudo
Dalam ultrasonik, amplitudo menunjukkan kandungan energi yang diberikan oleh suara terhadap medium, dalam bahasa awam bisa juga disebut “kenyaringan”. Semakin besar amplitudo, maka energi yang dihasilkan akan semakin besar. Amplitudo biasanya akan terbaca pada ujung probe, yang merupakan perangkat yang menghasilkan suara.
- Intensitas Daya
Intensitas daya menunjukkan besarnya daya ultrasonik yang dikirimkan dari ujung probe menuju medium. Intensitas daya mewakili daya yang didistribusikan di atas luas permukaan. Hubunganya dapat dilihat pada rumus berikut :
Dimana luas permukaan adalah luas permukaan dari mulut probe. Sehingga semakin kecil mulut probe yang digunakan, semakin besar daya yang dihasilkan, yang artinya energi yang dihasilkan per satuan waktu jauh lebih besar.
- Frekuensi
Gelombang ultrasonik memiliki frekuensi diatas 16 kHz. Umumnya frekuensi pada proses pengolahan berbasis ultrasonik bervariasi, ada yang sebesar 20 kHz, 40 kHz, bahkan ada pula yang sangat tinggi mencapai MHz. Semakin besar frekuensi maka daya akan semakin turun, hal ini dapat menghambat pertumbuhan gelembung untuk proses kavitasi. Sehingga dalam produksi makanan, frekuensi tinggi cenderung dihindari.
- Suhu
Pada proses berbasis ultrasonik, proses kavitasi menyebabkan terbentuknya panas. Sehingga semakin lama waktu pemrosesan pada teknologi ultrasonik, suhu yang dihasilkan akan semakin besar.
Aplikasi Ultrasonik pada Bidang Industri
- Pengawetan Makanan
Mengurangi laju kerusakan makanan, terutama dari pertumbuhan mikroorganisme pembusuk dan aktivitas enzim, dan menurunkan jumlah mikroba patogen ke tingkat rendah yang dapat diterima merupakan elemen kunci dalam strategi pengawetan makanan yang berhasil. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi ultrasonik telah dieksplorasi sebagai opsi pemrosesan alternatif untuk proses panas konvensional untuk pengawetan makanan. Ultrasonografi berdaya tinggi dapat diterapkan menggunakan probe yang tersedia dalam berbagai konfigurasi. Diketahui bahwa hal yang menyebabkan mikroba mati adalah gelombang kejut yang dihasilkan pada sat kavitasi, yang dapat membunuh mikroba.
- Menjaga Kualitas Makanan
Teknik ultrasonik relatif murah, sederhana dan hemat energi, dan dengan demikian menjadi teknologi baru untuk menyelidiki dan memodifikasi produk makanan. Ultrasonografi berdaya rendah (frekuensi tinggi) digunakan untuk memantau komposisi dan sifat fisikokimia komponen dan produk makanan selama pemrosesan dan penyimpanan, yang sangat penting untuk mengontrol sifat makanan dan meningkatkan kualitasnya.
- Kristalisasi
Teknologi ultrasonik digunakan dalam proses kristalisasi sebagai alternatif dari kristalisasi spontan konvensional dan kristalisasi pembenihan. Pengaruh positif Ultrasonik pada proses kristalisasi ditunjukkan oleh pengurangan dramatis periode induksi, kondisi jenuh dan lebar zona metastabil. Manipulasi pengaruh ini dapat dicapai dengan mengubah variabel terkait AS seperti frekuensi, intensitas, daya, dan bahkan karakteristik geometris perangkat ultrasonik (misalnya ukuran jenis probe). Hasil yang diperoleh sejauh ini dapat diprediksi bahwa distribusi ukuran kristal, dan bahkan bentuk kristal, dapat ‘disesuaikan’ dengan pemilihan kondisi sonikasi yang tepat.
- Ekstraksi
Proses ultrasonik banyak dimanfaatkan khususnya dalam ekstraksi minyak dari bahan bahan organik. Ekstraksi minyak berbasis ultrasonik menunjukkan banyak keuntungan diantaranya yield yang lebih besar, tidak ada limbah, dan waktu pemrosesan yang cenderung cepat. Namun ekstraksi berbasis ultrasonik ini masih belum ditingkatkan ke skala industri.
Kesimpulan
Teknologi ultrasonik adalah teknologi yang memanfaatkan gelombang ultrasonik dalam penerapannya. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi teknologi ultrasonik, diantaranya intensitas daya, frekuensi, amplitudo, dan suhu. Teknologi ultrasonik telah banyak dimanfaatkan dalam proses industri seperti pengawetan makanan, ekstraksi, kristalisasi, dan menjaga kualitas makanan.
Referensi
[1] Awad TS., Moharram HA., Shaltout OE., Asker D., Youssef MM. 2012. Applications of ultrasound in analysis, processing and quality control of food: A review. Food Research International, Vol 48 Issue 2 : 410-427.
[2] Feng H., Barbossa-Canovas GV., Weiss J. 2011. Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. Springer Science.
[3] Hayati P., Rezvani AR., Morsali A., Retailleau P., Garcia-Granda S. 2017. Influences of temperature, power ultrasound and reaction time on the morphological properties of two new mercury(II) coordination supramolecular compounds. Ultrasonic Sonochemistry, Vol. 34 : 968-977
[4] Huang G., Chen S., Dai C., Sun L., Sun W., Tang Y., Xiong F., He R., Ma H. 2017 . Effects of ultrasound on microbial growth and enzyme activity. Ultrasonic Sonochemistry, Vol. 37 : 144-149
[5] Luque de Castro MD., Priego-Capote F. 2007. Ultrasound-assisted crystallization (sonocrystallization). Ultrasonic Sonochemistry, Vol. 14, Issue 6 : 717-724
Seorang Mahasiswa Teknik Kimia yang Tertarik dan Sedang Mendalami Dunia Biokimia.