Homogenitas Mixing dengan Microtracer

Mixer adalah vital bagi pabrik pakan, sehingga unjuk kerja mixing nya harus dipastikan homogen. Pengukuran homogenotgas mixer harus dilaksanakan secara reguler minimal 6 bulan sekali. Prakteknya haruslah bisa dikerjakan dengan mudah, efisien dan akurat. Ada beberapa cara untuk mengukur homogenitas mixer, di antaranya menggunakan substansi mikrotracer yaitu partikel besi yang diwarnai. Hasil analisanya bisa diolah secara statistika untuk mendapatkan kesimpulan yang benar.

Target Formulasi Ditentukan Hasil Homogenitas Mixing

Memastikan bahwa setiap unggas akan mendapatkan asupan nutrisi dan aditif yang cukup serta merata setiap harinya merupakan target dari sistem pemberian pakan yang baik. Dengan demikian kualitas formulasi mulai dari pemilihan bahan baku, matrix kandungan nutrisi, spesifikasi pakan, dosis bahan mikro vitamin mineral dan aditif diharapkan bisa terefleksikan secara utuh pada performans unggas yang mengkonsumsi pakan.

Memang tidak bisa dipungkiri bahwa sebagian besar bahan baku penyusun pakan merupakan hasil samping industri pertanian, sehingga variasi hasil analisa membutuhkan toleransi.  Variasi yang timbul akibat banyak factor seperti bahan baku, proses produksi dan lain – lain akan diminimalisir dampak negatifnya dengan diperolehnya keseragaman mixing yang baik. Artikel ini akan menjelaskan cara mengukur homogenitas mixing pakan dengan microtracer.

Formulasi pakan mengenal 3 kategori bahan baku yang berdasarkan tingkat penggunaannya yaitu bahan baku makro, mikro dan golongan aditif. Sumber – sumber enerji, protein ataupun bahan filler (pengisi) termasuk bahan baku makro di mana tingkat pemakaiannya > 5%. Sedangkan dikategorikan sebagai bahan baku mikro apabila tingkat pemakaiannya antara 1 sampai < 5%.

Asam amino sintetik, vitamin premix, mineral premix, enzyme, mold inhibitor, toxin binder, antikoksidia dengan tingkat pemakaian berkisar di bawah 0,5% digolongkan sebagai bahan aditif. Mempertimbangkan peran nya yang vital dan agar bahan aditif bisa diterima oleh unggas dalam jumlah yang cukup maka kerataan homogenitas mixing harus dapat mengakomodasinya.

Mixer Pengaduk Pakan

Dalam manufacturing pakan ternak, mixer merupakan salah satu perangkat yang paling vital di samping beberapa perangkat mesin lainnya seperti hammermill dan pelletmill. Ukuran mixer menentukan kapasitas produksi pabrik, dengan kata lain kemampuan produksi pabrik (ton/jam atau ribu ton / bulan). Diperhitungkan dengan mengetahui atau menetapkan ukuran mixer. Ukuran mixer biasa menggunakan satuan volume kerja (working volume) m3.

Secara operasional, kapasitas mixer diukur dengan satuan ton / batch yaitu dengan mengkonversikan volume kerja memperhitungkan densitas pakan. Juga beberapa feedmill menerapkan toleransi melebihkan kapasitas mixing dalam rangka efisiensi dengan tetap memperhitungkan nilai homogenitas yang didapat.

Mixer adalah alat pengaduk bahan – bahan pakan baik makro ataupun mikro termasuk aditif dan bahan cair dengan lama waktu tertentu untuk menghasilkan adukan pakan yang homogen. Hasil mixing yang baik akan menjamin ketersediaan setiap bahan, tersebar secara merata di setiap bagian pakan. Semakin kecil dosis atau porsi suatu bahan (misalnya bahan aditif) maka akan semakin besar resiko ketidakrataan. Oleh karena itu pengukuran homogenitas mixing pakan yang terbaik adalah dengan mengukur parameter yang dosis penggunaannya sangat kecil (50 gram / ton).

Jika suatu adukan pakan tidak sempurna akan menyebabkan tingginya variasi hasil ukur analisa parameter yang menjadi sarat kelolosan pakan. Nilai protein dan kalsium yang merupakan parameter yang umum digunakan untuk kontrol kualitas pakan. Akan berpeluang memberikan simpangan tinggi antar karung atau palet satu dengan lainnya. Ini pada akhirnya akan berdampak pada performans flok unggas yang mengkonsumsinya. Lagipula hasil homogenitas mixing yang jelek akan berakibat pada inefisiensi proses produksi dengan meningkatnya kasus cacat produksi yang mengharuskan proses ulang.

Faktor Mempengaruhi Homogenitas Mixing

Kerja mixer dan bagaimana memperoleh hasil adukan yang homogen adalah kompleks. Homogenitas sangat dipengaruhi oleh beberapa factor yang bisa dibedakan atas 2 kategori yaitu (1) factor mixer dan (2) factor bahan baku. Faktor mixer adalah menyangkut disain mixer itu sendiri dan cara pengoperasiannya yaitu lama mixing dan urutan pemasukan bahan, yang mana semua faktor tersebut dikendalikan dari operasi sistem mesin.

Salah satu yang utama dari disain mixer adalah keberadaan titik mati (dead spot) yaitu suatu lokasi di dalam mixer yang karena keterbatasan kerja mixer tidak mengalami proses mixing. Tipe ribbon dari mixer horizontal memungkinkan mengaduk (mendorong dan menarik) partikel bahan keseluruhan batch kanan – kiri dan atas – bawah. Sehingga mengurangi titik mati. Sedangkan tipe paddle cenderung mengaduk partikel bahan dari atas ke bawah dan lebih sedikit frekuensi kanan – kiri. Akibatnya pertemuan partikel bahan lebih banyak terfokus pada sekitar paddle, yang menyebabkan lebih banyak kemungkinan terjadinya titik mati.

Lama mixing tidak mutlak sama untuk setiap mixer dan biasanya ditetapkan setelah melalui berbagai pengamatan / pengukuran homogenitas. Mixing yang terlalu cepat (mengejar kuantitas produksi) akan menyebabkan ketidakrataan sebaran partikel bahan. Sementara mixing yang terlalu lama akan menyebabkan over-proses. Kemungkinan degradasi nutrisi dan risiko partikel bahan yang sebenarnya sudah menyatu akan kembali terpecah.

Dry Mixing dan Wet Mixing

Faktor lain berupa urutan pemasukan bahan baku ke dalam mixer. Dry mixing di awal dengan penuangan bahan baku berdasarkan jumlah terbanyak (misal jagung). Densitas paling berat (misal tepung batu) di akhir dan terakhir sekali adalah penambahan premix. Wet mixing yaitu dimulainya penyemprotan bahan cair (CPO, aditif cair lainnya) dilakukan terakhir. Karena bahan cair cenderung menutupi permukaan partikel bahan, menutupi permukaan dalam mixer dan ribbon / paddle. Sehingga menghambat tercapainya mixing yang sempurna. Penyemprotan bahan cair idealnya sehalus mungkin dan harus dihindari menetes karena akan menyebabkan timbulnya oil ball.

Banyak hal dari dalam bahan baku yang mempengaruhi kualitas adukan mixer. Bahan baku makro pada umumnya digolongkan atas beberapa kelompok berdasarkan kontribusi nutrisi utamanya. Misalnya sebagai sumber protein, sumber enerji dan sumber mineral. Sementara bahan mikro dan aditif lebih spesifik kandungan aktifnya. Beberapa karakter dari bahan – bahan tersebut yang memberikan kontribusi terhadap kualitas adukan. Antara lain : ukuran partikel, densitas bahan, higroskopik, flowability dan muatan elektrostatik. Kebanyakan dari faktor tersebut bisa dikendalikan dengan proses grinding.

Semakin kecil ukuran partikel mendukung adukan yang komplit karena mengurangi resiko segregasi sewaktu mixing. Dengan catatan bahwa yang paling utama adalah keseragaman ukuran partikel semua bahan baku. Sebab dari sudut muatan elektrostatik, semakin kecil ukuran partikel akan semakin tinggi muatan dan ini tidak baik untuk homogenitas. Densitas bisa dikategorikan sebagai rendah, sedang dan tinggi. Di mana penanganannya bisa lebih dikendalikan melalui urutan penuangan. Higroskopik dan kadar air tinggi adalah buruk bagi homogenitas mixing sebab dapat menyebabkan penggumpalan.  

Prinsip Mengukur Homogenitas Mixing

Homogenitas menggambarkan kemampuan bahan – bahan baku penyusun pakan untuk menyebar secara merata di dalam pakan. Setiap jenis bahan mempunyai karakteristik fisik yang berbeda yang bisa secara positif atau negative mempengaruhi homogenitas yang ingin dicapai. Karakter fisik terutama ditentukan oleh berat jenis / densitas bahan dan ukuran partikel bahan. Jika berat jenis lebih merupakan sifat alami dan dalam porsi yang kecil dipengaruhi oleh kandungan air bahan. Tetapi ukuran partikel bisa dimanipulasi secara mekanis.

Proses grinding menggunakan hammer mill merupakan cara untuk memperkecil ukuran partikel dengan ukuran saringan yang dikehendaki. Umumnya saringan yang digunakan berukuran 3 – 10 mm tergantung bentuk pakan akhir. Jika pakan akan diproses pellet maka saringan 3 mm adalah yang paling umum dan ekonomis. Ukuran partikel berbagai jenis bahan yang semakin seragam akan mendukung hasil homogenitas mixing yang baik dan sebaliknya.

Beberapa jenis bahan / substansi biasa digunakan untuk menentukan tingkat homogenitas mixer, mulai dari asam amino, mineral mikro, garam sampai obat tertentu misalnya salinomycin. Pemilihan jenis substansi perlu mempertimbangkan biaya analisa, lama proses analisa dan tingkat akurasi dari hasil analisa atas substansi yang dipilih. Minimal dibutuhkan 10 sampel dari setiap hasil adukan mixer yang diperoleh dari (idealnya) 10 titik atau lokasi di dalam mixer pada kondisi statis / diam setelah proses pengadukan selesai.

Apabila tidak memungkinkan untuk mengambil dengan cara di atas, maka memungkinkan untuk mengambil sampel dari jalur setelah mixer dengan jeda waktu yang konsisten sehingga ke-10 sampel adalah rata dari awal pengeluaran sampai pengosongan mixer. Mengingat banyaknya jumlah sampel maka biaya analisa perlu diperhitungkan. Pengukuran homogenitas mixer bisa dilakukan minimal 6 bulan atau 1 tahun sekali.

Substansi Pengukur Homogenitas Mixing

Pengukuran homogenitas mixing sudah mengalami banyak perubahan. Ini menyangkut pemilihan tracer atau substansi yang akan dipakai termasuk metoda analisa yang digunakan dan tingkat ketelitian yang bisa diperoleh. Substansi garam (NaCl) biasa digunakan tetapi mengingat kandungan nya di pakan berkisar 0,5 % (atau setara 5000 gr/ton ~ 5000 ppm) tergolong tinggi sehingga memberikan akurasi homogenitas mixing yang lebih kasar. Analisa garam bisa dikerjakan dengan metoda titerasi ataupun dengan indikator warna, di mana tingkat akurasinya rendah dan menyumbang ‘kesalahan’ pada nilai CV.

Berikutnya parameter Na (sodium) atau Cl (chloride) juga mempunyai kelemahan yang sama dengan garam (NaCl) meskipun kadar nya lebih rendah (0,2 – 0,3 %). Hampir semua bahan baku mengandung Na dan Cl dalam jumlah yang bervariasi. Dan ini akan memberikan kontribusi terhadap hasil analisa sehingga akan menimbulkan bias dalam pengambilan kesimpulan.

Dalam formulasi pakan sudah banyak menambahkan bahan mikro yang tingkat penggunaannya berkisar 50 – 100 gr/ton. Sehingga jika dengan analisa garam memberikan CV <5 % tetapi itu belum menggaransi mampu mendistribusikan partikel aditif di level 50 gr/ton secara merata.

Beberapa kriteria yang perlu diperhatikan dalam memilih jenis tracer atau substansi adalah (1) harus berasal dari satu sumber saja sehingga hasil analisa yang diperoleh tidak bias terpengaruh oleh berbagai jenis bahan baku yang digunakan. (2) jenis tracer merupakan bagian dari bahan mikro sehingga hasil analisa nya secara jelas menggambarkan tingkat sebaran yang ada, dan juga bisa diandalkan untuk menjamin tingkat penggunaan yang kecil dalam satuan ppm. (3) metoda analisa harus baku untuk menjamin tingkat akurasi dan ketepatannya. (4) proses analisa tidak mahal dan cepat sebab membutuhkan pengulangan yang banyak. (5) pengerjaan nya bisa dilakukan di tempat, tidak tergantung pada ruangan laboratorium.

Kriteria Mikrotracer

Jenis tracer yang belakangan ini umum digunakan di feedmill untuk mengukur homogenitas mixing salah satunya adalah microtracer berupa partikel besi (Fe) yang diwarnai dengan warna biru atau oranye. Dengan tracer yang ditambahkan ke dalam adukan mixer, ada 2 hal yang bisa diperoleh. Yaitu tingkat homogenitas mixer dan tingkat kontaminasi (cross-contamination atau carry-over). Dosis penggunaan 10 – 50 gram per ton (ppm) tracer (Fe) yang sudah cukup kecil untuk mengakomodasi penggunaan bahan mikro seperti antibiotika, enzyme, dan bahan aditif lainnya.

Ada beberapa jenis microtracer yang dijual di pasaran tetapi biasanya yang paling umum adalah Fe yang diwarnai biru atau oranye. Jenis ini diasumsikan jumlah partikel Fe dalam 1 gr berkisar 25.000 partikel. Sehingga jika dipilih dosis 50 ppm adalah akan diasumsikan 50 * 25000 = 1.250.000 partikel Fe per ton pakan. Jika sampel yang akan diukur adalah 100 gram. Maka nilai harapan untuk hasil perolehan Fe adalah 0,1 * 1.250.000 / 1000 = 125 partikel Fe.

Sampling Hasil Homogenitas Mixing

Dalam praktek pengukurannya, batch pertama yang ditambahkan microtracer untuk diukur tingkat homogenitasnya dan batch kedua (dan batch selanjutnya jika diinginkan) yang tanpa penambahan microtracer akan digunakan untuk mengukur cross contamination. Sampling yang benar dalam pengukuran homogenitas mixing adalah sangat penting. Pengambilan sampel dengan cara hand-grab sampling atau bisa menggunakan probe dan centong stainless. Berat sampel yang diperlukan adalah secukupnya untuk bisa dilakukan pengulangan apabila diperlukan.

Metoda pengukuran homogenitas mixing dengan microtracer membutuhkan perangkat tambahan yang bisa diperoleh, yaitu Rotary Detector magnetic separator untuk mengikat partikel Fe dari sampel (memisahkannya dari sampel) dan demagnitizer terhadap partikel Fe yang sudah berhasil dipisahkan, untuk menghilangkan sifat magnetiknya agar tidak bertumpuk sewaktu disemprotkan larutan ethanol sehingga mengurangi jumlah titik warna yang timbul. Jumlah titik warna (biru atau oranye) per sampel akan dihitung secara statistik.

Metoda Mengevaluasi Uji Homogenitas Mixing

Homogenitas mixing bisa diukur dengan 2 metoda pendekatan statistik untuk menginterpretasikan hasil yaitu metoda langsung dengan menghitung % Probabilitas (p) dan metoda tidak langsung dengan menghitung  % CV (koefisien variasi). Metoda langsung menggunakan analisa distribusi Poisson di mana homogenitas mixing diekspresikan sebagai probabilitas (p). Metoda pengukuran langsung didasarkan atas hasil penghitungan partikel – partikel.

Sedangkan pengukuran metoda tidak langsung didasarkan atas penentuan konsentrasi dari sebuah substansi. Dengan metoda tidak langsung ini akan mengarahkan hasil sebagai distribusi normal. Homogenitas mixing akan dinyatakan sebagai koefisien variiasi (CV). Selanjutnya sejalan dengan perkembangan teknologi mixing, tidak menutup kemungkinan bahwa batasan nilai CV untuk status kualitas mixing bisa / sudah berubah. Misal kualitas mixing dianggap baik jika CV ≤ 5%. Tergantung pada metoda yang digunakan (langsung atau tidak langsung), nilai hasil yang diperoleh tetap akan diinterpretasikan menggunakan batasan – batasan yang dimuat pada tabel di bawah ini.

Menentukan Homogenitas Mixing Metoda Langsung

Probability (p)	Penafsiran
p ≤ 1 %	Homogenitas mixing tidak cukup atau tidak baik
1% < p < 5%	Kemungkinan deviasi yang signifikan. Tidak dapat dibuat leputusan yang jelas dan pengukuran karenanya harus diulang.
p ≥ 5%	Mixing dengan homogenitas yang baik

Menentukan Homogenitas Mixing Metoda Tidak Langsung

Koefisien variasi (CV)	Penafsiran
CV ≤ 8%	Homogenitas mixing baik
8% < CV < 12%	Homogenitas mixing masih bisa diterima
CV ≥ 12%	Mixing tidak cukup atau kurang baik

Probabilitas dan Koefisien Variasi Homogenitas Mixing

Sebuah percobaan dilakukan oleh T. Sakhno et al (2020) untuk membandingkan pengaruh lama mixing pakan hewan kesayangan menggunakan microtracer biru (percobaan 1) dan merah (percobaan 2. Jumlah partikel Fe dari kedua jenis microtracer adalah sekitar 25.000 partikel / gram. Tingkat penggunaan dalam percobaan ini 20 gram / ton pakan dan jumlah sampel yang diambil sebanyak 20 sampel dengan berat 150 gram.

Nilai pengembalian microtracer yang diharapkan menjadi 20 * 25.000 / 1000 * 0,150 = 75 partikel. Dilakukan sebanyak 2 kali percobaan masing-masing dengan lama mixing 3 menit dan 4 menit, menggunakan jenis microtracer yang berbeda (warna biru dan oranye).

Tabel 1. Hasil percobaan kualitas mixing menggunakan Microtracer F-Blue #1 dengan lama mixing 3 menit (T. Sakhno et al, 2020).

Jumlah sampel dianalisa (N) = 20.				Pengembalian Tracer (%)	96,27
99	61	64	79	Rata-rata	72,20
91	61	82	64	Standar deviasi	11,44
56	84	63	68	Koefisien variasi (%)	15,84
70	77	71	87	Koefisien variasi Poisson (%)	11,77
66	66	65	70	Chi-square	34,42
Probabilitas (%)					1,12

Tabel 2. Hasil percobaan kualitas mixing menggunakan Microtracer F-Red #40 dengan lama mixing 4 menit (T. Sakhno et al, 2020).

Jumlah sampel dianalisa (N) = 20.				Pengembalian Tracer (%)	105,80
78	61	83	101	Rata-rata	79,35
82	60	68	63	Standar deviasi	10,85
76	80	94	69	Koefisien variasi (%)	13,67
75	100	83	82	Koefisien variasi Poisson (%)	11,23
88	77	82	75	Chi-square	28,19
Probabilitas (%)					5,93

Data hasil percobaan memperlihatkan pengembalian tracer (recovery) sebanyak 72,70 / 75 * 100 = 96,27% (mixing 3 menit) dan 105,8% (mixing 4 menit), cukup dekat dengan nilai yang diharapkan (75 partikel). Selanjutnya berdasarkan pendekatan tidak langsung (CV %), keduanya memperlihatkan hasil adukan yang tidak baik. Dengan catatan bahwa dosis yang digunakan adalah sangat rendah yaitu 20 ppm.

Perhitungan lanjutan berdasarkan metoda langsung, lama mixing 4 menit memberikan probabilitas 5,93% yang menyimpulkan hasil homogenitas mixing yang baik. Penambahan waktu mixing memberikan hasil homogenitas mixing yang lebih baik dibandingkan lama mixing 3 menit.

Carry-over

Menentukan kontaminasi dengan cara melakukan pengambilan sampel terhadap batch kedua (tanpa microtracer) setelah batch pertama yang ditambahkan microtracer. Dengan jumlah sampel yang sama (minimal 10 sampel) dan proses analisa yang sama untuk menghitung jumlah partikel / sampel, maka bisa diukur status kontaminasi atau carry-over yang ada.

Kesimpulannya dikatakan tidak ada kontaminasi jika pada semua sampel batch kedua ini tidak didapatkan partikel Fe, dan sebaliknya. Tingkat carry-over dihitung sebagai persen nilai rata-rata jumlah partikel batch kedua terhadap nilai rata-rata jumlah partikel batch pertama. Apabila diperlukan carry over bisa diukur sampai dua batch setelah batch pertama, untuk memastikan seberapa jauh tingkat kontaminasi yang terjadi.

Daftar Pustaka

1. Olivera Djuragic et al., Evaluation of Homogeneity in Feed by Method of Microtracers. Archiva Zootechnica 12 : 4, 85 – 91. 2009
2. Sakho, T. A. Semenov, N. Barashkov. Assessing the Quality of Homogeneity of Pet Food Using Ferromagnetic Microtracers. Grain Products and Mixed Fodder’s, Vol 20, I.2 (78). 2020
3. GMP + International. TS1.11. Control of Residues & Homogeneity of Critical Feed Additives and Veterinary Medical Products. Version EN : 1 January 2022.
4. Nikolay Barashkov, David Eisenberg, Sylvan Eisenberg, and Joseph Mohnke. Ferromagnetic Microtracers and Their Use in Feed Applications. Micro Tracers., Inc, 1370 Van Dyke Ave., San Francisco, CA 94124, United States.  
5. Duro Vukmirovic et al. Determination of Working Accuracy as an Important Step for Implementation of Corrective Measures in Feed Plant. Food and Feed Research 1, 7 – 11. 2010
6. GMP+ Certification Scheme for the Animal Feed Sector 2006. Appendix 4 : Minimum Requirements for Sampling and Analysis. Version : 20.10.2009/corr. 09.11.09. 2009