9/26/2012
Pokok Bahasan No. 1.
MATERI
Pengantar Sifat fisik dan thermal bahan pangan dan hasil pertanian
Dewi Maya Maharani, STP, M.Sc
2.
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., 1980, 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., 2005, Engineering properties of foods, Third Edition, Taylor & Francis Group Sahin, S and Sumnu, S. G., 2006, Physical properties of foods, Middle East Technical University, Ankara, Turkey Barbosa-Cánovas G.V., Juliano P., Peleg M., (2004/Rev.2006), 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]
Penilaian
Quiz 20% Tugas 20% UTS 20% UAS 20% Praktikum 20%
1
9/26/2012
OUTLINE
SIFAT FISIK
UKURAN, BENTUK, VOLUME, DENSITAS,
SIFAT THERMAL
POROSITAS & LUAS PERMUKAAN
Sifat FISIK
1. Screening 2. Grading 3. Analisis & perhitungan efisiensi (penghitungan pindah panas dan massa) 4. Perancangan alsin 5. Pengembangan produk baru 6. Evaluasi kualitas bahan makanan
2
9/26/2012
UKURAN
1. Diameter Mayor: dimensi terpanjang dari luas proyeksi maksimum 2. 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
9/26/2012
Volume
Metode Penentuan Volume: 1. Karakteristik dimensi untuk bentuk yang umum 2. Displacement method
Volume – Displacement Method Liquid
Cairan yang digunakan harus memiliki tegangan permukaan yang kecil dan harus diserap secara lambat oleh partikel Alkohol, Toluene (C6H5CH3), Tetrachloroethylene (C2Cl4)
Pelapisan dengan film tipis atau pengecatan mungkin diperlukan untuk mencegah penyerapan cairan ke dalam bahan
Pycnometer
Metode Langsung
Volume = Vol. akhir – Vol. awal
Vs = volume padatan (m3) , Wpl = berat pycnometer yang dipenuhi cairan (kg), Wp = berat pycnometer kosong (kg), Wpls = berat pycnometer yang berisi padatan dan dipenuhi cairan (kg), Wps = berat pycnometer berisi padatan tanpa cairan (kg), ρl = densitas cairan (kg/m3).
4
9/26/2012
DENSITAS
Densitas
Diperlukan untuk Proses separasi
True Density Densitas bahan murni atau bahan komposit yang dihitung dari densitas masing-masing komponen dengan memperhatikan massa dan volume
ρi = densitas komponen i (kg/m3), Xiv = fraksi volume komponen i Xiw = fraksi massa komponen i n = jumlah komponen
CONTOH Tentukan densitas nyata bayam yang memiliki komposisi seperti pada tabel Komponen Air
Densitas (kg/m3)
Komposisi (%) 91.57
995.74
Protein
2.86
1319.63
Lemak
0.35
917.24
Karbohidrat
1.72
1592.89
3.5
2418.19
Abu
5
9/26/2012
Sifat THERMAL
Sifat thermis memegang peranan penting dalam desain dan prediksi terjadinya pindah panas selama penanganan, proses pengolahan, pengalengan, penyimpanan dan distribusi makanan
PENGOLAHAN PANGAN 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)
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.
h=
q A.T
Satuan h : W/m2K, J/s.m2.K, Btu/hr.ft2oF Konversi : 1 Btu/hr.ft2oF = 5,68 J/s.m2.K Equivalent dengan k/L pada konduksi panas
6
9/26/2012
Unit Surface Conductance (h)
Contoh nilai h : Boiling liquid 400 – 4000 Btu/hr.ft2oF
evaporasi refrigerasi Moving air 10 Btu/hr.ft2oF air drying (pengeringan) Still air 1 Btu/hr.ft2oF
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 panas laten pembekuan 335 kj/kg
Latent heat (panas laten)
Contoh panas laten beberapa produk : Lettuce Ka : 94,8% 316,3 (317,6) kJ/kg Strawberries Ka : 94,0 316,5 (314,9) kJ/kg Kentang Ka : 77,8 258,0 (260,6) kJ/kg Persamaan Lamb (1976) L = 355 mw mw= fraksi berat k.a. L = panas latent (kJ/kg )
Uap
panas laten penguapan 2257 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.
C
Satuan C : kj
kg 0 K
Konversi : 1 k.cal
q mT atau
k .cal
kg 0 K = 4,18
kg 0 K
kj kg 0 K
7
9/26/2012
Specific heat (panas spesifik)
Specific heat (panas spesifik)
Nilai C tergantung temperatur C turun dengan turunnya temperatur Contoh : - air T : 590F C : 4,18 kJ/kg.K - es T : 320F C : 2,04 kJ/kg.K - susu di atas T beku C : 3,89 kJ/kg.K - susu di bawah T beku C : 2,05 kJ/kg.K Air dipakai sebagai cooling medium karena C-nya besar
Specific heat (panas spesifik)
Bila data analisis tersedia C = mwCw + meCe + mpCp + mfCf air
karbohidrat
protein
- Cv - Cp
dan
Hubungan antara panas spesifik dan komposisi bahan. C = mw.Cw + ms Cs Cw = 4,18 kJ/kg.K Cs = 1,46 kJ/kg.K mw & ms = fraksi berat air dan bahan padatan
Cara lain
Miles et al (1983)
C = 0,5mf 0,3msnf mw x4,18 kj
m f msnf , mw
kg 0 K
fraksi berat lemak, padatan non lemak, dan air
Thermal conductivity (konduksi panas)
+
Secara matematis k adalah faktor pembanding pada aliran panas konduksi steady state.
maCa
lemak
Panas spesifik dari gas dan uap air.
CpCv
Cp ps Cv
= panas spesifik pada volume konstan = panas spesifik pada tekanan konstan
k abu
q dx A dT
Satuan Konversi
k
1 Btu
j dt.m K
j dt.m.0 C
hr. ft.0 F 1,731 j
atau Btu
hr. ft.0 F
dt.m.K
Faktor komposisi bahan k dapat dihitung berdasar komposisi bahan
8
9/26/2012
Thermal conductivity (konduksi panas)
Vs & Vw
Thermal conductivity (konduksi panas)
Model paralel q
Model tegak lurus/seri q
= fraksi volume dari padatan dan air A
k s & k w = konduksi panas padatan dan air
A
B B
Untuk sistem dengan n komponen
k V1k1 V2 k 2 .......... Vn k n V 1 V1 V2 ........... n k k1 k 2 kn
Bila sistem terdiri dari padatan dan air : paralel
k Vs k s Vw k w paralel
Tegak lurus
1 Vs Vw k ks kw
tegak lurus
Thermal conductivity (konduksi panas)
Thermal conductivity (konduksi panas)
Untuk sistem dengan n komponen :
k V1k1 V2 k 2 ............Vn k n paralel
1 V1 V2 V ............ n k k1 k 2 kn
tegak lurus
k udara = 0,025 k protein = 0,2 k es = 2,24 k solid = 0,26 k karbohidrat = 0,245 k air = 0,6 k lemak = 0,18 Satuan k dalam
J dt.m K
9
9/26/2012
Thermal conductivity (konduksi panas)
Thermal diffusivity ( )
Contoh soal: Bila diasumsikan komposisi apel dalam fraksi berat adalah 0,844 air dan 0,156 padatan serta berat satuan air dan padatan adalah 1000 kg/m3 dan 1590 kg/m3, hitung nilai konduktivitas panasnya.
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 mudah panas / dingin
Thermal diffusivity (
tinggi bahan
)
Penting pada proses unsteady state heat transfer. Contoh : es = 0,048 ft2/hr
apel = 0,0058 ft2/hr kedelai = 0,0049 ft2/hr
10
