II. TINJAUAN PUSTAKA A. Pembekuan

Transkripsi

1 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Pebekuan Pebekuan berarti peindahan panas dari bahan yang disertai dengan perubahan fase dari cair ke padat dan erupakan salah satu proses pengawetan yang uu dilakukan untuk penanganan bahan pangan. Proses pebekuan dapat epertahankan rasa dan nilai gizi bahan pangan yang lebih baik daripada etode lain, karena pengawetan dengan suhu rendah (pebekuan) dapat enghabat aktivitas ikroba, enghabat terjadinya reaksi kiia, dan aktivitas enzi yang dapat erusak kandungan gizi bahan pangan. Proses pebekuan terdiri dari tahap penurunan suhu di atas titik beku bahan, perubahan fase cair enjadi fase padat yang ditandai dengan proses kristalisasi yaitu terjadinya bongkahan-bongkahan es kecil akibat perubahan fase dan penurunan suhu bahan bawah titik beku bahan. Dala proses pebekuan juga terjadi fenoena supercooling, suhu air enurun di bawah suhu bekunya. Suhu tinggi bersifat erusak utu sipan bahan pangan. Akan tetapi, kenaikan suhu produk tidak dapat dihindarkan. Penurunan suhu di atas titik beku bahan diaksudkan untuk enghilangkan dengan cepat kalor yang terdapat pada produk pangan. Penurunan suhu engakibatkan laju pertubuhan ikroorganise terhabat, enghabat reaksi kiia dala bahan pangan. Dengan deikian, proses penurunan suhu di atas titik beku bahan dilakukan seakin cepat seakin baik untuk enjaga utu bahan yang akan dibekukan. Prinsip penurunan suhu di atas titik beku bahan adalah eindahkan kalor bahan dengan cepat ke suatu edia berupa air. Waktu yang diperlukan dala proses penurunan suhu di atas titik beku bahan kurang lebih 30 enit, tetapi ungkin pula lebih dari 24 ja. Perbedaan suhu antara edia pebeku dan kooditas harus segera dikurangi agar proses penurunan suhu di atas titik beku bahan efektif (Syarief 1993). Setelah tahap penurunan suhu di atas titik beku bahan terjadi tahap perubahan fase, pada tahap ini terjadi pebentukan kristal es (Heldan dan Singh 1981). Kristalisasi air engakibatkan peningkatan konsentrasi larutan yang tersisa dan penurunan titik beku pada bagian tersebut. Proses ini berlangsung secara kontinu bersaaan dengan terbentuknya kristal es. Kristalisasi air akibat 3

2 pebekuan akan engurangi kadar air bahan dala fase cair di dala bahan pangan tersebut sehingga enghabat pertubuhan ikroba atau aktivitas sekunder enzi. Suhu pada saat terjadinya kristalisasi dari asing-asing zat terlarut engalai kesetibangan dengan es dan cairan tak terbekukan disebut dengan suhu eutectic. Identifikasi titik eutectic untuk asing-asing larutan pada bahan pangan sulit dilakukan, oleh karena itu digunakan istilah suhu akhir eutectic. Suhu akhir eutectic adalah suhu eutectic terendah dari asing-asing larutan yang terdapat di dala bahan pangan (Fellows 2000, diacu dala Kurniawan 2009). Pebekuan erupakan suatu usaha untuk epertahankan utu bahan pangan. Bahan pangan beku eiliki asa sipan yang jauh lebih panjang dari pada bahan pangan dingin. Dala proses pebekuan terjadi pelepasan panas dari dala produk dan selanjutnya produk akan engalai penurunan suhu seperti yang terlihat pada Gabar 1. Suhu A T f T s S B t f C D E R Gabar 1 Grafik suhu-waktu pada pebekuan. F Waktu Seperti ditunjukkan pada Gabar 1, ebagi pebekuan enjadi ena bagian sebagai berikut: AS : Bahan pangan didinginkan hingga encapai suhu di bawah titik bekunya (T f ). Pada titik S, air asih berada dala fase cair eskipun berada dala kondisi di bawah titik beku. Fenoena ini dikenal sebagai periode supercooling. SB : Peningkatan suhu bahan hingga encapai titik beku. Terjadinya peningkatan suhu diakibatkan karena adanya pelepasan panas laten bahan. 4

3 BC : Pelepasan panas laten bahan. Pada tahap ini, suhu bahan cenderung konstan, dan terjadi penurunan titik beku dengan seakin eningkatnya konsentrasi larutan pada bagian air yang tak terbekukan. Periode ini erupakan periode pebentukan kristal es. CD : Salah satu koponen yang terdapat dala larutan enjadi sangat jenuh (supersaturated) dan engalai kristalisasi. Pelepasan panas laten kristalisasi engakibatkan terjadinya peningkatan suhu sapai encapai suhu eutectic dari koponen tersebut. DE : Kristalisasi air dan larutan pada bahan pangan terus berlangsung. EF : Penurunan suhu bahan pangan hingga encapai suhu pebekuan yang diinginkan. Pada kondisi yang sangat rendah, asih terdapat air yang tak terbekukan pada bahan pangan. Julah air yang tak terbekukan dipengaruhi oleh koposisi bahan pangan yang dibekukan. Makanan tidak epunyai titik beku yang pasti, tetapi akan ebeku pada kisaran suhu tertentu tergantung pada kadar air dan koposisi sel. Kurva suhu-waktu pebekuan uunya enunjukkan garis datar antara 0 o C dan -5 o C berkaitan dengan perubahan (fase) air enjadi es, kecuali kecepatan pebekuan sangat tinggi. Telah ditunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk elapaui daerah pebekuan ini epunyai pengaruh yang nyata pada utu beberapa akanan beku. Uunya telah diketahui bahwa pada tahapan ini terjadi kerusakan sel dan struktur yang irrevesible yang engakibatkan utu enjadi jelek setelah pencairan (thawing). Hal ini terjadi khususnya sebagai hasil pebentukan kristal es yang besar dan perpindahan air dari dala sel ke bagian luar sel selaa pebentukan es yang dapat engakibatkan kerusakan sel. Pebekuan yang cepat dan penyipanan dengan fluktuasi suhu yang tidak terlalu besar, akan ebentuk kristal-kristal es di dala sel dan akan epertahankan jaringan dengan kerusakan iniu pada ebran sel (Buckle et al. 1985). Proses pebekuan terjadi secara bertahap dari perukaan sapai pusat bahan. Pada peukaan bahan, pebekuan berlangsung cepat sedangkan pada bagian yang lebih dala proses pebekuan berlangsung labat (Brennan 1981, diacu dala Kurniawan 2009). 5

4 Metode pebekuan yang sering digunakan dala epertahankan utu bahan yang dibekukan adalah: 1. Penggunaan udara dingin yang ditiupkan atau gas dengan suhu rendah kontak langsung dengan akanan, isalnya dengan alat-alat pebeku (blast), terowongan (tunnel), bangku fluidisasi (fluidises bed), spiral, tali (belt), dan lain-lain. 2. Kontak tidak langsung isalnya alat pebeku lepeng (plate-freezer), diana akanan atau cairan yang telah dikeas kontak dengan perukaan loga (lepengan, silindris) yang telah didinginkan dengan ensirkulasikan cairan pendingin (alat pebeku berlepeng banyak). 3. Perendaan langsung akanan ke dala cairan pendingin atau enyeprotkan cairan pendigin di atas akanan (isalnya nitrogen cair dan freon, larutan, larutan gula, dan gara). Metode pebekuan yang dipilih untuk setiap produk tergantung pada (Buckle et al. 1985): 1. Mutu produk dan tingkat pebekuan yang diinginkan. 2. Tipe dan bentuk produk, pengeasan, dan lain-lain. 3. Fleksibilitas yang dibutuhkan dala operasi pebekuan. 4. Biaya pebekuan untuk teknik alternatif. Proses pebekuan terjadi dala tiga tahapan yaitu tahap pendinginan di atas titik beku, tahap pebekuan, dan tahap pendinginan di bawah titik beku. Pada pebekuan daging sapi, suhu awal bahan diturunkan hingga encapai suhu -2 C. Di Indonesia, daging yang banyak di konsusi adalah daging sapi (Soeparno 2005). Gabar 2 Daging sapi. 6

5 Pebekuan erupakan etode yang sangat baik untuk pengawetan daging. Proses pebekuan tidak epunyai pengaruh yang berarti terhadap sifat kualitatif aupun organoleptik seperti warna dan flavor daging setelah peasakan. Nilai nutrisi daging secara relatif tidak engalai perubahan selaa pebekuan dala jangka waktu terbatas (Soeparno 2005). Beberapa persyaratan untuk eperoleh daging beku yang baik adalah: (1) daging segar harus berasal dari daging yang sehat, (2) pengeluaran darah pada saat peotongan harus sesepurna ungkin, (3) teperatur karkas atau daging harus secepatnya diturunkan pada teperatur dingin (daging segar sudah engalai pendinginan), (4) periode pelayuan harus dibatasi, (5) karkas atau daging harus dibungkus dengan enggunakan aterial yang berkualitas baik, dan (6) teperatur pebekuan setidak-tidaknya -18 o C atau lebih rendah (Soeparno 2005). Kualitas daging beku dipengaruhi oleh faktor seperti: (1) laa waktu daging di dala penyipanan dingin sebelu pebekuan, (2) laju pebekuan, (3) laa penyipanan beku, (4) kondisi dala penyipanan beku, (5) tipe pakan ternak, (6) uur ternak, (7) ph daging, (8) kontainasi dengan loga berat, dan (9) julah ikrobia awal (Soeparno 2005). B. Titik Beku dan Laju Pebekuan Bahan Perubahan-perubahan fisik, kiia, dan biologis yang terjadi di dala bahan pangan selaa pebekuan dan pencairan erupakan proses yang sangat kopleks. Walaupun deikian sangat beranfaat epelajari perilaku perubahan-perubahan ini, sehingga dapat dirancang suatu proses pebekuan bahan pangan yang tepat untuk enangani perubahan-perubahan tersebut. Titik beku suatu cairan adalah suhu diana cairan tersebut dala keadaan seibang dengan bentuk padatnya. Suatu larutan dengan tekanan uap yang lebih rendah dari zat pelarut urni tidak akan seibang dengan zat pelarut yang padat pada titik beku noralnya. Siste tersebut harus didinginkan sapai suhu diana larutan dan zat pelarut yang padat epunyai tekanan yang saa. Titik beku suatu larutan lebih rendah daripada zat pelarut urni. Jika suatu cairan enguap, olekul-olekul yang lepas eberikan suatu tekanan yang dikenal dengan 7

6 tekanan uap. Tekanan total dari suatu siste akan saa dengan tekanan parsial dari tekanan tersebut. Penabahan zat terlarut yang bersifat tidak enguap (gula) ke dala air akan enurunkan tekanan uap air dari larutan gula dala air dan titik beku larutan tersebut akan enjadi lebih rendah daripada air urni. Oleh karena kebanyakan bahan pangan eiliki kandungan air yang tinggi, aka kebanyakan bahan pangan akan ebeku pada suhu 32 o F dan 25 o F. Selaa berlangsung pebekuan suhu bahan pangan tersebut relatif tetap sapai sebagian air dari bahan pangan tersebut ebeku dan setelah beberapa waktu suhu akan endekati ediu pebeku (Rohanah 2002). Salah satu pertibangan peilihan suatu proses dala industri pebekuan bahan pangan adalah laju pebekuan. Laju pebekuan tidak saja enentukan struktur akhir produk beku, tetapi juga epengaruhi laa pebekuan (Heldan dan Singh 1981). Menurut Tabunan et al. (2003), pebekuan cepat enghasilkan struktur kristal es yang kecil dan seraga dan endekati sifat-sifat segarnya bila dicairkan kebali. Menurut Lebaga Refrigerasi International 1971, diacu dala Kurniawan 2009, laju pebekuan suatu assa pangan adalah rasio antara jarak inial antara perukaan dengan titik pusat teral dibanding dengan waktu yang diperlukan oleh produk pangan untuk encapai suhu 0 o C pada perukaan bahan sapai encapai suhu -5 o C pada pusat teral bahan. Salah satu variasi terhadap definisi Lebaga Refrigerasi International adalah Theral Arrest Tie (TAR). Menurut definisi ini, laju pebekuan ialah pengukuran waktu yang dibutuhkan titik yang paling labat ebeku pada produk untuk enurunkan suhu dari 0 o C enjadi -5 o C. Sedangkan Heldan dan Singh (1981) engatakan laju pebekuan ialah pengukuran waktu yang dibutuhkan untuk enurunkan suhu produk pada titik yang paling labat enjadi dingin atau beku, dihitung dari saat tercapainya titik beku awal sapai tercapainya tingkat suhu yang diinginkan di bawah titik beku produk tersebut. Meskipun disadari bahwa definisi ini tidak terlepas dari kekurangan, agaknya asih erupakan koproi terbaik bila dibandingkan dengan keunggulan dan keleahan definisi lain (Heldan dan Singh 1981). 8

7 Faktor penting yang berkaitan dengan proses pebekuan bahan pangan beku adalah suhu edia dan laju pebekuan. Laju pebekuan akan enentukan utu produk beku dan waktu pebekuan. Dengan eperkecil perbedaan antara suhu edia pebeku dengan suhu produk akan eperlabat laju pebekuan, yang berakibat enurunkan kualitas produk yang dibekukan (Kaal 2008). Laju pebekuan dapat diatur dan sangat enentukan sifat dan utu produk beku yang dihasilkan. Sifat produk yang diakibatkan oleh pebekuan yang sangat cepat berbeda dari produk yang dihasilkan dari pebekuan labat. Pebekuan yang sangat cepat akan enghasilkan kristal es yang kecil tersusun secara erata pada jaringan. Sedangkan pebekuan labat akan enyebabkan terbentuknya kristal es yang besar yang tersusun pada ruang antar sel dengan ukuran pori yang besar. Dari segi kecepatan berproduksi, pebekuan secara sangat cepat dianggap enguntungkan, selaa utu produk yang dihasilkan tidak dikorbankan (Heldan dan Singh 1981). King (1971), diacu dala Kaal (2008) ebagi laju pebekuan ke dala 3 golongan, yaitu ; 1. Pebekuan labat, jika waktu pebekuan adalah 30 enit atau lebih untuk 1 c bahan yang dibekukan. 2. Pebekuan sedang, jika waktu pebekuan adalah 20 sapai 30 enit atau lebih untuk 1 c bahan yang dibekukan. 3. Pebekuan cepat, jika waktu pebekuan adalah kurang dari 20 enit untuk 1 c bahan yang dibekukan. Pebekuan cepat didefinisikan sebagai proses diana suhu bahan pangan yang elapaui zona pebekuan kristal aksiu (25 o F sapai 32 o F) dala waktu 30 enit atau kurang. Prinsip dasar dari seua pebekuan cepat adalah cepatnya pengabilan panas dari bahan pangan. C. Kajian Energi Prinsip pebekuan suatu bahan adalah penurunan suhu bahan tersebut sapai di bawah titik bekunya, sehingga air di dala bahan akan ebeku. Dari terodinaika telah diketahui bahwa penurunan suhu erupakan suatu 9

8 pengabilan energi dala bentuk panas. Energi yang dilepaskan untuk endinginkan bahan sapai titik bekunya adalah: Q Cp. ( Ta T )... (1) b sensibel T bahan. 1 phc Energi yang dilepaskan untuk engubah fase cair enjadi padat (kristalkristal es) adalah Q laten. air. Lair... (2) Energi yang dilepaskan untuk enurunkan suhu bahan dari titik beku sapai suhu akhir yang dikehendaki adalah Q sensibel Tb bahan. Cp2.( T phc T spds )... (3) Dengan deikian energi total yang dilepaskan untuk ebekukan bahan pangan dan enurunkan suhunya sapai encapai suhu penyipanan beku adalah Q Q Q Q... (4) p sensibel Tb laten sensibel T b Maka energi total untuk ebekukan pangan dan enurunkan suhunya sapai encapai suhu penyipanan beku adalah Q. Cp.( Ta T ). air. Lair bahan. Cp 2. ( Tphc Tspds)... (5) p bahan 1 phc Fraksi air bebas yang erupakan air yang dapat ebeku selaa proses pebekuan. Fraksi air bebas ( ) dapat dihitung dengan enghitung fraksi air yang tidak dapat ebeku sebagai berikut: ln X a = H f. air. M a 1 1 R T T g phc air spds... (6) X a = a M a a M a s M s... (7) M b = = KA a... (8) KA b bahan air... (9) 10