1/14/2014
PRODUK FABRIKASI GENERASI I : • Keripik kentang • Kerupuk konvensional • Dll
TEKNOLOGI PROSES EKSTRUSI
Tujuan Instruksional Khusus :
- Mahasiswa
mampu menjelaskan teknologi proses ekstrusi pada bahan pangan.
GENERASI II : PRODUK EKSTRUSI • Puffed (Chicki, Jetz, Chitoss dll) • Makanan sarapan (cereal flakes, dll) • Makanan bayi (modified cereal flour) • Pasta (makaroni, dll)
POPULER : Bentuk : bola, cincin, batang dll Flavor : keju, mentega, pizza, ayam bakar dll
Bentuk-bentuk produk ekstrusi yang populer
TEPUNG GORENG INSTAN
bumbu Tepung lain
Ekstrudat tidak layak jual
Tepung goreng instan
1
1/14/2014
SEJARAH • • • • • •
•
• • •
Berkembang dari : Teknologi Aluminium dan plastik Teknologi daging : gilingan daging 1900 teknologi makaroni 1930 single screw extruder pasta 1930 : General Mills Inc. RTE (Ready to Eat) Cereal 1936 : Adam Corp : Extruder Corn Colltes (High Shear) - No energi dari luar (Autogenous) - Mulai berkembang 1946 1940 : extruder untuk pakan - Kadar air mulai diatur - Suhu barel - dll Di atas tahun 1950-an banyak diaplikasikan dalam industri pangan 1960 : A Fast Moving Technology 1970 : A Wonderkind of Modern Food Processing
PENGERTIAN EKSTRUSI • Ekstrusi adalah proses dimana bahan dipaksa mengalir di bawah pengaruh satu atau lebih kondisi operasi seperti pencampuran (mixing), pemanasan dan pemotongan (shear), melalui suatu cekatan (die) yang dirancang untuk membentuk hasil ekstrusi yang bergelembung kering (puff-dry) • Berdasarkan cara kerjanya alat pengekstruksi (Extruder) dibedakan atas : - Cold Extruder - Extruder-cookers • Berdasarkan konstruksinya extruder dibedakan atas : - Single-screw extruders (extruder ulir tunggal) - Twin-screw extruder (extruder ulir ganda)
PROSES EKSTRUSI
panas
Penekanan & panas
2
1/14/2014
Proses Ekstrusi
Proses Menggembungnya produk pada ekstruder
• Prinsip kerja alat extruder hampir sama untuk semua type yaitu :
bahan mentah dimasukkan ke dalam laras (barrel) ulir (screw) akan membawa bahan tersebut sepanjang laras Di ujung laras, pengaliran yang lebih kecil membatasi volume dan meningkatkan daya tahan bahan untuk bergerak bahan akan memenuhi barrel dan ruangan diantara barrel dan screw akan terkompresi Ketika bahan melewati laras, ulir akan mengadoni bahan sehingga menjadi massa yang semi-padat dan plastis. Jika bahan dipanaskan > 100oC maka prosesnya disebut Extrussion Cooking (Hot Extrussion) Pemanasan menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dengan cepat bahan pangan dilewatkan ke bagian barrel yang mempunyai pengaliran lebih kecil sehingga tekanan meningkat Pada ujung barel terdapat die Ketika bahan keluar dari die dengan pengaruh tekanan maka terjadi pengembangan ukuran dan pendinginan karena airnya telah keluar dalam bentuk uap air.
• Fungsi pengekstrusi : Gelatinisasi/pemasakan Pemotongan molekuler Pencampuran Sterilisasi Pembentukan Penggelembungan/pengeringan (puffdry)
3
1/14/2014
• Berbagai bentuk produk ekstrusi : batang, bulat, donut, tube, strips • Tabel 1. Contoh-contoh produk ekstrusi Type of product
Examples
Ceral-based product
Expanded snackfoods, RTE and puffed breakfast cereals, soup and beverage bases. Instant drinks, weaning foods, pre-gelantinised and modified starches, dextrins, crispbread and croutons, pasta products, pre-cooked composite flour
Sugar-based product
Chewing gum, liquorice, toffee, caramel, peanut brittle, fruit gums
Protein-based product
Texturized vegetable protein (TVP), semi-moist and expanded petfoods and animal feeds and protein supplements, sausage product, hot dogs, surimi, caseinates, processed cheese
Keuntungan proses extrusi : • Versatility Aneka produk dengan alat yang sama o Variasi bahan baku o Variasi kondisi proses o Variasi die (pencetak) Produk ½ jadi produk baru o Pati termodifikasi o Meat analog/extender • Reduced cost
• Produk ektrusi dapat diolah lebih lanjut dengan cara pengeringan, penggorengan atau pengemasan, serta dapat dicoating atau enrobing. • Cold extrussion digunakan untuk pencampuran dan pembentukan bahan seperti pada pasta dan produk daging. • Extrusi tekanan rendah pada suhu < 100oC digunakan untuk menghasilkan liquorice, fosh pastes, surimi and pet foods.
Keuntungan proses ekstrusi……………………….. • High production rates and automated production Produktivitas tinggi o Sistem kontiniu o Butuh ruang kecil o Butuh energi rendah • Product quality Kualitas produk tinggi o HTST kerusakan nutrisi rendah daya cerna tinggi gelatinisasi & denaturasi antinutrisi rusak • No process effluents Cinta lingkungan
4
1/14/2014
KOMPONEN PERALATAN EKSTRUSI
KOMPONEN PERALATAN EKSTRUSI ………….
1. Badan Ekstruder & perlengkapan : o Badan penyangga o Motor o Pengatur kecepatan, air dll 2. Feeder o Hoppers o Feeder : vibrator, auger, belt o Tangki cairan o Feeder cairan o Mixer o preconditioner
3. Extrusion Screw : o Feed Section : 10-25% dari panjang Screw o Compression Section : 50% dari panjang Screw (Granular : plastis dan amorphous) o Metering Section - bagian terkritis - mixing - energi gesekan tinggi masak 4. Barel 5. Extrudate discharge - die - pisau, dll
Drive, Gear Reducer & Thrust Bearing
Feed Hopper
Cooling water Jacket
Barrel Steam Jacket
Pressure Transducer
Die Discharge Thermocouple
Breaket Plate
Gambar. Penampang melintang Food Extruder
Barrel With Hardened Liner
5
1/14/2014
Single screw extruder
Gambar. Berbagai Variasi Screw dan Barrel
Twin screw extruder (Corotating)
Twin screw extruder (Counterrotating)
6
1/14/2014
Contoh 2 Tipe Die Pada Ekstruder
7
1/14/2014
EKSTRUDER • ESTRUDER ULIR TUNGGAL Operasi sederhana Tidak disertai injektor uap/air Kecepatan ulir (rpm) tinggi Suhu ekstrusi relatif tetap • EXTRUDER ULIR GANDA Laras dilengkapi jaket pemanas dan atau pendingin (dapat diganti) Dilengkapi pengukur suhu Dilengkapi lubang injeksi air/uap Ruang kondisioning dilengkapi injektor bahan cair Ulir bekerja saling membersihkan Ruang ulir sinambung dan arah berputar
Double Screw Extruder
8
1/14/2014
SYARAT BAHAN BAKU 1. Ekstruder Ulir tunggal • Berasan atau • Yang lebih besar 2. Ekstruder Ulir Ganda (intermeshing & Co-rotating) • tepung • Berasan • Biji
Klasifikasi Secara Umum Bahan Mentah Yang Digunakan Pada Proses Ekstrusi No
Deskripsi
Bahan Mentah
1
Bahan-bahan pembentuk struktur
Biji-bijian, kentang dan turunannya, protein nabati, gluten dan bahanbahan lain yang hampir sama
2
Bahan-bahan sebagai fase terdispersi
Berbagai macam protein, ekstrak, serat, selulosa
3
Bahan Pengental
Air, minyak, emulsifier
4
Bahan Pengembang
Baking powder dan bahan pengembang lainnya
5
Bahan Penambah Flavor
Garam, gula, bumbu-bumbu, flavor tambahan
6
Bahan Pewarna
Susu bubuk, gula pereduksi, proteinprotein, pewarna alami, sintetik
KEMUNGKINAN KOMBINASI PENGGUNAAN BAHAN BAKU DAN BAHAN SUPLEMEN UNTUK PRODUK EKSTRUSI Bahan Baku
Bahan Suplemen
Sumber Karbohidrat
Sumber Protein
Menir & Beras Sagu Bekatul Tepung Ubi Kayu Tepung Ubi Jalar Jagung Tepung Umbi-umbian
Ikan Kedele Kacang Tanah Kacang Merah Kacang Hijau Kacang Tolo Kecipir
Sumber : Frame, 1994
9
1/14/2014
PERUBAHAN I. FEEDER
Kemampuan volume angkut = q
tan tan W q 2 NHD ( D H ) tan tan W e q= kecepatan dorong (volume) D = diameter screw N = kecepatan screw H = kedalaman flight W = jarak antar flight e = lebar flight = sudut kemiringan flight (optimum 10-20o)
PERUBAHAN…………… II. TRANSITION SECTION • Bentuk granular plastis (adonan) • Proses yang terjadi : Hidrasi dan denaturasi protein Hidrasi, gelatinisasi dan dekstrinasi pati Browning (Asam amino + gula) Denaturasi enzim Kerusakan vitamin Destruksi mikroorganisme Minyak Viskositas adonan meningkat • Akibat dekstrinasi : Kelarutan meningkat : Lengket dimulut (hindari coating dengan minyak) Mudah menyerap air melempem, lembek
PERUBAHAN YANG TERJADI SELAMA PROSES EKSTRUSI
PERUBAHAN YANG TERJADI SELAMA PROSES EKSTRUSI
1. Restrukturisasi Bahan Elastis/Plastis
2. Hilangnya zat Gizi (antitripsin) • Daya cerna meningkat • Berkembangnya citarasa • Kelarutan N-protein rendah
+H O 2
Pati
Gelatinisasi
Produk kering + H2O
(kekentalan adonan )
Protein
Denaturasi (liat, mampu memperangkap gas)
Produk kering
Jika terlalu banyak protein : - terlalu elastis - tekstur chewy Jika terlalu banyak minyak/lemak : - pengembangan rendah
10
1/14/2014
PERUBAHAN PENTING PADA EKSTRUSI • Gelatinisasi : Pati meleleh (plastis) dapat dibentuk & direstrukturisasi • 4 syarat terjadinya gelatinisasi : 1. energi 2. Air 3. Waktu 4. Gesekan
SUMBER PANAS PADA EKSTRUDER a. Jaket Pemanas ----------------- Konduksi (dengan uap super-panas) b. Perputaran Ulir ---------------- Konversi (gesekan antar bahan) c. Uap panas langsung --------- Konveksi yang disuntikkan pada laras
KONDISI OPERASIONAL EKSTRUDER yang menentukan texturisasi 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pengendalian kadar air & penentuan titik kritis penambahan air Pengendalian suhu Pemilihan ingradien & campuran Pengendalian pH ingradien campuran Pemilihan komponen ekstruder Bentuk dan ukuran die Laju aliran bahan (flowrate) - pengaturan input - pengaturan rpm ulir - pemilihan die
11
1/14/2014
KOMPONEN YANG MEMPENGARUHI MUTU PRODUK : 1. 2. 3. 4.
AIR (KADAR AIR) • Fungsi : - pereaksi - penurun panas - lubricant - medium pengembangan
AIR PROTEIN KARBOHIDRAT LEMAK
pengaruh SUPLEMEN ZAT GIZI : - Kacang-kacangan (protein)
1. Viskositas rendah, jika kadar air tinggi 2. Kadar air tinggi maka panas spesifik tinggi (perlu panas banyak) 3. Kadar air tinggi maka gelatinisasi tinggi 4. Kadar air tinggi maka kadar air produk tinggi 5. Kadar air tinggi, maka daya kembang tinggi 6. Produk (mutu dan struktur)
Gambar. Proses pembuatan produk ekstrusi
Gambar. Proses produksi dan neraca massa
12
1/14/2014
FLAVOURING FOR EXTRUDED SNACK FOODS • Flavouring types and forms tested out : 1. Suspension of powdered cheese in oil 2. Suspension of powdered artificial flavours in oil. Flavours are made from hydrolysed vegetable proteins such as chicken, meat, barbeque etc. 3. Suspension of powdered flavours in oil such as fish, prawn and clams. 4. Suspension of chicken and beef stock in oil 5. Suspension of soup stock in oil such as mushroom, romatoes, mixed vegetables, cream of chicken, etc 6. Suspension of mixture of spices and oleoresins in oils 7. Suspension of mixture of spices and powdered flavours in oil 8. Suspension of a mixture of flavours and its raw components in oil, e.g. prawn flavour and grounded fresh prawn 9. Solution of natural animal fat and oil flavours 10. Direct incorporation in feed, e.g. fish and prawn 11. Gravy and curry 12. Concentrated solution of honey 13. Syrups and cordials 14. Suspension of powdered fruit drinks and their essences in oil such as orange, mango, pineapple, cherry, strawberry, etc.
SNACK FOOD FLAVORS AND FLAVORING (Oil, Gums, Coatings, Spices, Seasonings) • • • • • •
Flavors and shapes differentiate products Backgroun flavor is cereals and legumes Selected flavors must be complementary Pre-flavor product must be below 2% in moisture Product fines must be removed Application modes : o Spray oils then dust flavor powders o Spray-oil flavor liquid blends o Use encapsulated flavors for half-products o Borrow and modify breakfast foods technology • In-situ integated flavor development o Maillard type flavors o Seafood, meat, vegetable flavors
PARAMETER MUTU PUFFED SNACK • Rasio pengembangan : diameter produk Rp = x 100% diameter die • Indeks Absorpsi Air (WAI) dan Indeks Kelarutan dalam Air (WSI) • Derajat gelatinisasi • Derajat penyerapan minyak
13
1/14/2014
PARAMETER MUTU PUFFED SNACK………... • Indeks Absorbsi Air dan Indeks Kelarutan dalam Air : 3 gr contoh (A) dimasukkan ke dalam wadah yang telah diketahui beratnya (C) ditambah dengan 30 ml air dan disentrifuse selama 20’ dengan kecepatan 2000 rpm Supernatan dibuang dan tabung ditimbang (B) Untuk pengukuran WSI maka 2 ml supernatan di keringkan dengan oven suhu 100oC (Berat sampel + Air yang terserap) – berat sampel B-A-C WAI = = Berat sampel A ½ (volume supernatan) (Berat kering) WSI = berat sampel
TEKNOLOGI EKSTRUSI MAKARONI………… • Barrel dengan double jacket yang dapat diisi air untuk pendinginan • Suhu proses ± 50oC • Pre drying 45oC ±30-40% AIR HILANG - Bentuk stabil pengerasan kulit luar • Drying - Sangat kritis (cepat pecah, lambat mikroorganisme) - 40 – 50o C
TEKNOLOGI EKSTRUSI MAKARONI • Asal : Cina, dibawa ke Eropa oleh Marcopolo • S/d abad ke-20 dibuat secara manual dengan alat bernama GAMOLA • Tahun 1935 ditemukan Single-Screw untuk pembuatan makaroni • Pembuatan makaroni dengan sistem ekstrusi : Murah Kontiniu Variasi bentuk/ukuran (panjang = spagheti, pendek = soup) Tahan lama hygienis
TEXTURATED PLANT PROTEINS • By product industri minyak (kedelai) • Mempunyai textur, penampakan dan rasa/aroma seperti daging • Ada 2 jenis : 1.Meat extender oleh single screw extruder dengan suhu dan tekanan tinggi PIZZA 2.Meat analog berlapis-lapis seratnya seperti daging sapi multiple extrusi dengan die berpendingin
14
1/14/2014
TEXTURATED PLANT PROTEINS…………….. • Metode texturisasi : Metode perajutan/pemintalan (Fiber spinning) Konsentrat protein dalam basa pompa penambahan asam pemotonganpenambahan flavor/fat + binder (albumin) extruder/dipanaskan meat analog Extruder Texturisasi dengan uap Texturisasi dengan tekanan Bahan dengan ka 40%, dipanaskan dengan suhu 150oC pada tekanan 2.5 atm
TEXTURATED PLANT PROTEINS……………… • Bahan : Tepung kedelai (deffated) : protein > 50%, serat < 3%, lemak ± 1% Air + aditif lainnya (NaCl 3%, lesitin dll) kadar air adonan 20-40% Atur pH adonan (opt : 6.5 – 7.5), batas : minimum 5.5, maksimum 8.5 Sulfur : 100-5000 ppm • Proses : Preconditioning 60-90oC (Pada tahap ini bahan-bahan ditambahkan) Extrusi 150-200oC, tekanan 17-60 atm (waktu proses : 20-60 menit) produk Drying : dari ka 18-24% menjadi 6-8% - Bahan mengeras dan berkerut - suhu 130oC Hidrasi/rehidrasi - pada air panas ± 15menit - jumlah air 2-6 kali (berat akhir : berat awal)
Texturized Plant Protein
15
