Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration)

Transkripsi

1 Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration) Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science & Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University, BOGOR, Indonesia Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration) Teknik pengawetan pangan kuno modern Operasi mengurangi/mengambil air dari suatu bahan (pangan) melalui proses evaporasi (penguapan) atau sublimasi. Pengawetan? mengurangi akivitas air (a w ).. 1

2 PENGERINGAN contoh produk kering Nuts PENGERINGAN contoh produk kering Apricot. 2

3 PENGERINGAN contoh produk kering Apple PENGERINGAN contoh produk kering Peach. 3

4 PENGERINGAN contoh produk kering Spinach PENGERINGAN kenapa mengawetkan? Kenapa mengawetkan? Menurunkan kadar air menurunkan ketersediaan/aktivitas air Menurunkan aktivitas mikroba Menurunkan reaksi perubahan (stabil selama penyimpanan). 4

5 PENGERINGAN kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan Zone I (air terikat) Zone II (Mono layer) Zone III (air bebas) Kadar Air Water Activity PENGERINGAN kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan Zone I Zone II Oksidasi lemak Reaksi hidrolisis Zone III Kadar Air Reaksi nonenzimatis browning Water Activity. 5

6 PENGERINGAN kenapa mengawetkan? PENGERINGAN kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan a w 1 Produk dgn Produk pangan yang biasanya rusak karena aktivitas mikrobiologi a w > Produk dgn aw < 0.75 Produk pangan yang biasanya rusak karena perubahan kimia & fisik 0. 6

7 PENGERINGAN kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan a w 1 Produk Resikodgn Resiko Keamanan Pangan asedang w >0.75 Tinggi 0.75 Produk Resikodgn aw Rendah < 0.75 Resiko Sedang ph 14. 7

8 Konsep Dasar Pengeringan Kadar air = massa air/satuan massa padatan kering Kadar air keseimbangan = f (suhu, kelembaban) Isoterm Sorpsi Air (ISA) = Moisture Sorption isotherms(msi): kurva hubungan antara RH udara penyimpanan dan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jika produk selama penyimpanan. Konsep Dasar Pengeringan ISA: kurva hubungan antara RH udara penyimpanan dan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jika produk selama penyimpanan. 8

9 Konsep Dasar Pengeringan ISA dipengaruhi oleh suhu : Perlu kontrol suhu dalam melakukan percobaan penentuan ISA Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA)... (1). 9

10 Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA)... (2) Lakukan : penyimpanan produk pada berbagai kondisi RH penyimpanan yang berbeda-beda. Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA)... (3) Buat kurva kenaikan kadar air menuju ke kadar air kesetimbangan (selama penyimpanan pada berbagai kondisi RH). 10

11 Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA)... (1) Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA)... (2) Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA Hysteresis: loss of H 2 0 binding sites. 11

12 Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA)... (3) Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -1 Bahan pangan basah; dikeringkan dengan menggunakan udara kering, panas, pada suhu dan RH yang konstan. Udara kering, panas akan memberikan panas (sensible dan laten) yang diperlukan untuk proses pengeringan (evaporasi) secara konveksi Membawa uap air Udara kering, panas Udara basah, dingin BAHAN PANGAN d. 12

13 Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -2 Mekanisme Pengeringan 3 tahap pengeringan : Tahap penyesuaian (settling down stage) ( A-B ) Tahap pengeringan dengan laju pengeringan konstan (Constant drying rate stage) ( B-C ) Tahap pengeringan dengan laju pengeringan menurun (Falling drying rate stage) ( C-D ) Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -3 Tahap penyesuaian (A-B) Tahap awal; dimana permukaan bahan akan menyesuaian/ mencapai kesetimbangan dengan udara pengering suhu permukaan meningkat mencapai suhu bola basah dari udara pengering.. 13

14 Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -4 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C) Permukaan bahan selalu dalam keadaan basah (jenuh dengan air) Laju perpindahan air dari dalam bahan menuju permukaan > laju pengurangan air dari permukaan (oleh evaporasi) T permukaan tetap dipertahankan pada suhu bola basah udara pengering. (dw/dt ) c = - K g A ( p s -p a ) (dw/dt) c = laju pengeringan K g = koeff pindah massa A = luas area pengeringan p s = tekanan uap air di permukaan, dan p a = tekanan parsial uap air di udara pengering. Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -5 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C) (dw/dt) c = - K g A ( p s -p a ) Bisa dinyatakan dgn menggunakan nilai kelembahan absolute kelembahan absolute = (berat uap air/satu satuan berat udara) H = M w p v /[M a (P-p v )] karena p v << P P-p v P H=(M w /M a )(p v /P ) (dw/dt) c = - K g1 A(H s -H a ), dimana K g1 = K g ( M a P/ M w ) H s kelembaban pada permukaan (kelembaban jenuh pd suhu permukaan), H a kelembaban udara pengering. 14

15 Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -6 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C) (dw/dt) c =-K g A(p s -p a ) Laju pindah panas di permukaan : (dq/dt) c = h c A (θ a - θ s ) (dq/dt) c = laju pindah panas h c = koef pindah panas konveksi θ a = suhu udara pengering (suhu bola kering), dan θ s = suhu permukaan (suhu bola basah). Panas yang ditransfer ke permukaan akan digunakan untuk menguapkan air dari permukaan : (dw/dt) c L = -(dq/dt), dimana L = panas laten evaporasi. (dw/dt) c = - (h c A/L)(θ a - θ s ) Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -7 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C) (dw/dt) c = - (h c A/L)(θ a - θ s ) Jika A adalah luas area pengeringan effektif per satu satuan masa bahan, maka (dw/dt ) c = - (h c A'/L)(θ a - θ s ) Untuk pengeringan pada bak pengering dengan ketebalan d, dimana proses penguapan hanya terjadi melalui permukaan atas (asumsi tdk terjadi pengkerutan/shrinkage), maka laju perubahan kadar air : Waktu pengeringan selama CRP ( dw/dt) c = - (h c /ρ s Ld) (θ a - θ s )...CRP integrasikan persamaan (CRP) dengan batas W: (W 0 W c ), dan t: Dimana : ρ s = desnitas kamba produk kering. (0 t c ).. 15

16 Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -8 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D) Mulai terjadi jika transfer uap air di dalam bahan mulai terhambat; shg tidak lagi cukup untuk mempertahan permukaan bahan tetap jenuh permukaan mulai mengering. Kadar air dimana mulai terjadi perubahan ini disebut kadar air kritis critical moisture content W c. Setelah titik ini; suhu permukaan bahan mulai meningkat mendekati suhu bola kering udara pengering bahan mulai mngering. Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -9 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D) Laju pengeringan : (dw/dt) f = -K(W -W e ), dimana W e = kadar air kesetimbangan pada suhu dan kelembaban udara pengering (ISA). 16

17 Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -10 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D) Laju pengeringan pd awal FRP = laju pengeringan g pada akhir CRP (-dw/dt) f = (-dw/dt) c (dw/dt) f = - K(W c -W e ) (dw/dt) c = - (h c /ρ s Ld) (θ a - θ s )... CRP K = (-dw/dt) c / (W c -W e ) (dw/dt) f = [-hh c (θ a - θ s )(W - W e )] / [ρ s Ld(W c - W e )] t FRP intergrasikan dari t=0, W=W c sampai t=t FRP, W=W f Jika pengeringan terjadi dari dua permukaan (atas-bawah) maka d = 1/2 ketebalan lapisan. Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -11 Total waktu pengeringan = t crp + t frp. 17

18 Kompleksitas proses pengeringan bahan pangan 1. Komponen bahan pangan ; protein, karbohidrat, lemak, vitamin, enzim, garam-garam garam, mempunyai sigat hidrasi yang berbeda-beda (a w, W e, mekanisme pengeringan). 2. Selama pengeringan; total padatan terlarut berubah bersamaan berubahnya kadar air (h c, ρ s ) 3. Bahan pangan sering mengalami pengkerutan; shrinkage (h c, ρ s, d) 4. Bahan pangan sering mengalami pengerasan; case hardening (h c ) Metoda pengeringan bahan pangan : Cek : A. Pengeringan dengan udara kering 1. Kiln drier 2. Cabinet, tray or compartment drier 3. Tunnel drier 4. Conveyor drier 5. Bin drier 6. Fluidized bed drier 7. Pneumatic drier 8. Rotary drier 9. Spray drier B. dengan kontak permukaan panas : 1. Drum drier 2. Vacuum shelf drier 3. Vacuum band drier. 18

19 Metoda pengeringan bahan pangan : Cek : C. Pengeringan dengan energi radiasi, microwave atau dielektrik. ik 1. Radiant heating drying 2. Continuous infra-red drier 3. Microwave and dielectric heating drying D. Pengeringan beku (pengeringan sublimasi, liofilisasi) 1. Batch freeze-driers 2. Multicabinet freeze-driers 3. Tunnel freeze-driers Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration) Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science & Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University, BOGOR, Indonesia 19