Pokok Bahasan Dewi Maya Maharani, STP, M.Sc No. MATERI 1. Pengantar Sifat fisik dan thermal bahan pangan dan hasil pertanian. Rheologi 3. Evaporasi 4. Pengeringan pangan 5. Pengolahan Non Termal 6. Pemanasan (Pasteurisasi dan Sterilisasi, perhitungan Log D, dll) 7. Penggorengan 8. Modifikasi suhu dan tekanan pada pengolahan pangan 9. Mixing Referensi Lewis, M.J, 1987, Physical properties of foods and food processing systems, Ellis Horwood Ltd., England Mohsenin, N.N., 198, Thermal properties of foods and agricultural materials, Gordon and Breach, Science Publisher, Inc., New York Rao, M.A., Rizvi, S.S.H, and Datta, A.K., 5, Engineering properties of foods, Third Edition, Taylor & Francis Group Sahin, S and Sumnu, S. G., 6, Physical properties of foods, Middle East Technical University, Ankara, Turkey Barbosa-Cánovas G.V., Juliano P., Peleg M., (4/Rev.6), ENGINEERING PROPERTIES OF FOODS, in Food Engineering, [Ed. Gustavo V. Barbosa-Cánovas], in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford,UK, [http://www.eolss.net] Quiz % Tugas % UTS % UAS % Praktikum % Penilaian 1
OUTLINE SIFAT FISIK SIFAT THERMAL UKURAN, BENTUK, VOLUME, DENSITAS, POROSITAS & LUAS PERMUKAAN Sifat FISIK 1. Screening. Grading 3. Analisis & perhitungan efisiensi (penghitungan pindah panas dan massa) 4. Perancangan alsin 5. Pengembangan produk baru 6. Evaluasi kualitas bahan makanan
UKURAN 1. Diameter Mayor: dimensi terpanjang dari luas proyeksi maksimum. Diameter Intermediate: diameter minimum dari luas proyeksi maksimum atau diameter maksimum dari luas proyeksi minimum 3. Diameter minor, dimensi terpendek dari luas proyeksi minimum. Panjang Lebar - Ketebalan BENTUK Kebulatan adalah rasio volume padat terhadap volume sebuah bola yang memiliki diameter sama dengan diameter mayor obyek sehingga dapat membatasi sampel padat. 3
Volume Metode Penentuan Volume: 1. Karakteristik dimensi untuk bentuk yang umum. Displacement method Volume Displacement Method Liquid Cairan yang digunakan harus memiliki tegangan permukaan yang kecil dan harus diserap secara lambat oleh partikel Alkohol, Toluene (C 6 H 5 CH 3 ), Tetrachloroethylene (C Cl 4 ) Pelapisan dengan film tipis atau pengecatan mungkin diperlukan untuk mencegah penyerapan cairan ke dalam bahan Pycnometer Metode Langsung Volume = Vol. akhir Vol. awal V s = volume padatan (m 3 ), W pl = berat pycnometer yang dipenuhi cairan (kg), W p = berat pycnometer kosong (kg), W pls = berat pycnometer yang berisi padatan dan dipenuhi cairan (kg), W ps = berat pycnometer berisi padatan tanpa cairan (kg), ρ l = densitas cairan (kg/m 3 ). 4
Diperlukan untuk Proses separasi DENSITAS Densitas True Density Densitas bahan murni atau bahan komposit yang dihitung dari densitas masing-masing komponen dengan memperhatikan massa dan volume ρ i = densitas komponen i (kg/m 3 ), X i v = fraksi volume komponen i X i w = fraksi massa komponen i n = jumlah komponen CONTOH Tentukan densitas nyata bayam yang memiliki komposisi seperti pada tabel Komponen Komposisi (%) Densitas (kg/m 3 ) Air 91.57 995.74 Protein.86 1319.63 Lemak.35 917.4 Karbohidrat 1.7 159.89 Abu 3.5 418.19 5
Sifat THERMAL PENGOLAHAN PANGAN Sifat thermis memegang peranan penting dalam desain dan prediksi terjadinya pindah panas selama penanganan, proses pengolahan, pengalengan, penyimpanan dan distribusi makanan PENDINGINAN PEMANASAN Desain dan operasi proses melibatkan pindah panas memerlukan sensitivitas bahan terhadap panas Ex : specific heat, latent heat, thermal conductivity difusifitas termal Unit Surface Conductance (h) Definisi Unit surface conductance : Konduktivitas panas dari lapisan fluida yang relatif diam yang diasumsikan melekat pada permukaan bahan padat selama pemanasan atau pendinginan. Nama lainnya adalah koefisien perpindahan panas konveksi, unit film conductance, dan film coefficient. Unit Surface Conductance (h) h = q A.T Satuan h : W/m K, J/s.m.K, Btu/hr.ft o F Konversi : 1 Btu/hr.ft o F = 5,68 J/s.m.K Equivalent dengan k/l pada konduksi panas 6
Unit Surface Conductance (h) Contoh nilai h : Boiling liquid 4 4 Btu/hr.ft o F evaporasi Still air 1 Btu/hr.ft o F refrigerasi Moving air 1 Btu/hr.ft o F air drying (pengeringan) Latent heat (panas laten) Panas laten adalah panas yang dibutuhkan untuk merubah wujud suatu bahan pada tekanan konstant tanpa perubahan temperatur. Untuk food - panas laten pembekuan - panas laten pencairan Untuk air pada tekanan atmosfer Es Cair Uap panas laten pembekuan 335 kj/kg panas laten penguapan 57 kj/kg Latent heat (panas laten) Contoh panas laten beberapa produk : Lettuce Ka : 94,8% 316,3 (317,6) kj/kg Strawberries Ka : 94, 316,5 (314,9) kj/kg Kentang Ka : 77,8 58, (6,6) kj/kg Persamaan Lamb (1976) L = 355 m w m w = fraksi berat k.a. L = panas latent (kj/kg ) Specific heat (panas spesifik) Panas spesifik merupakan ukuran yang menunjukkan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu satuan berat bahan sebesar satu satuan unit temperatur. q C mt Satuan C : kj kg atau kg K K k. cal Konversi : 1k. cal kj kg K = 4,18 kg K 7
Specific heat (panas spesifik) Nilai C tergantung temperatur C turun dengan turunnya temperatur Contoh : - air T : 59 F C : 4,18 kj/kg.k - es T : 3 F C :,4 kj/kg.k - susu di atas T beku C : 3,89 kj/kg.k - susu di bawah T beku C :,5 kj/kg.k Air dipakai sebagai cooling medium karena C-nya besar Specific heat (panas spesifik) Hubungan antara panas spesifik dan komposisi bahan. C = m w.c w + m s C s C w = 4,18 kj/kg.k C s = 1,46 kj/kg.k m w & m s = fraksi berat air dan bahan padatan Cara lain Miles et al (1983) C =,5mf,3m m x4,18 kj kg K snf w m f msnf, mw fraksi berat lemak, padatan non lemak, dan air Specific heat (panas spesifik) Bila data analisis tersedia C = m w C w + m e Ce + m p C p + m f C f + m a C a air karbohidrat protein lemak abu Panas spesifik dari gas dan uap air. CpCv dan Cp Cv - Cv = panas spesifik pada volume konstan - Cp = panas spesifik pada tekanan konstan ps Secara matematis k adalah faktor pembanding pada aliran panas konduksi steady state. q dx k A dt Satuan Konversi j dt. m K j dt. m. C Btu hr. ft. F k atau 1Btu hr. ft. F 1,731 j dt. m. K Faktor komposisi bahan k dapat dihitung berdasar komposisi bahan 8
V s & V w = fraksi volume dari padatan dan air k s & k w = konduksi panas padatan dan air Untuk sistem dengan n komponen k V 1k1 Vk... Vn k n 1 V1 V k k k 1 Vn... k n paralel Tegak lurus Model paralel A q B Bila sistem terdiri dari padatan dan air : k V k s s Vw k w paralel 1 Vs V k k k s w w Model tegak lurus/seri tegak lurus A B q k V 1 V1 k k 1 Untuk sistem dengan n komponen : 1k1 Vk...Vn kn V k Vn... k n paralel tegak lurus k udara =,5 k protein =, k es =,4 k solid =,6 k karbohidrat =,45 k air =,6 k lemak =,18 Satuan k dalam J dt. m K 9
Contoh soal: Bila diasumsikan komposisi apel dalam fraksi berat adalah,844 air dan,156 padatan serta berat satuan air dan padatan adalah 1 kg/m 3 dan 159 kg/m 3, hitung nilai konduktivitas panasnya. Thermal diffusivity ( ) Adalah laju dimana panas didifusikan masuk atau keluar bahan. Secara matematis adalah perbandingan antara k dengan hasil kali C dan Secara fisik Ukuran kecepatan perubahan temperatur dari bahan pada pemanasan / pendinginan bila tinggi bahan mudah panas / dingin Thermal diffusivity ( ) Penting pada proses unsteady state heat transfer. Contoh : es =,48 ft /hr apel =,58 ft /hr kedelai =,49 ft /hr 1