2015. Topik 10a

4/23/2015

Program Studi Teknologi Pangan Internationally Recognized Undergraduate Program by IFT & IUFoST

FTP 200

Pengantar Teknologi Pertanian Program Studi Teknologi Pangan Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, FATETA‐IPB Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan – Fakultas Teknologi Pertanian – Institut Pertanian Bogor

Topik 10a

Sub Topik

Pengeringan (Drying) Capaian Pembelajaran Setelah menyelesaikan topik ini, mahasiswa diharapkan mampu :  menjelaskan prinsip pengeringan bahan pangan.  Menjelaskan berbagai prinsip teknologi pengeringan bahan pangan.

10.1. Prinsip Pengeringan

10.2. Proses Pindah Panas dan Massa  Selama Pengeringan

10.3. Beberapa Teknik Pengeringan

1

4/23/2015

Aw dan Keawetan

Pengeringan (Dehidrasi) • Cara pengawetan tertua • Pengurangan kadar air melalui penguapan • Pengurangan kadar air: • Menurunkan Aw dan peluang kerusakan • Penghambatan mikroba : Aw< 0.7 • Penghambatan reaksi kimia: Aw < 0.3 • menghemat volume • meningkatkan efisiensi • Produk “convenient” untuk konsumen. • Pengetahuan tentang sifat udara : psikrometrika

Aw vs Pertumbuhan Mikroba vs Reaksi Kimia Zone I

Zone II

Relative Reaction Rate 0.0

 Pencegahan mikroba : ganggu lingkungan hidupnya  Suhu, aw, pH, kadar oksigen, komposisi substrat,  penggunaan bahan anti mikroba  Pengeringan : penurunan aw bahan pangan

Pindah Panas dan Massa dalam Pengeringan

Zone III

Oksidasi lemak

Moisture Content

Reaksi hidrolisi Reaksi non‐ enzimatis browning

 Sejak bahan dipanen, dipungut, ditangkap, atau disembelih kerusakan sudah berlangsung  Penyebab : fisik, kimia, biologi  Kecepatan : lambat (biji‐bijian, kacang‐kacangan),  cepat (daging, ikan)

Moisture  sorption  isotherm

Uap air terbawa aliran udara

Bahan yg dikeringkan

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Water Activity

2

4/23/2015

Proses Pengeringan Konveksi • Udara panas dan kering dialirkan ke pengering  • Kontak bahan pangan udara panas • Peningkatan suhu air di dalam  • Bergerak ke permukaan • Di permukaan menguap, terbawa udara panas • Dari dalam bergerak lagi ke permukaan • Udara yang membawa uap air  keluar dalam  keadaan jenuh (saturated).  • Peran panas sensible dan panas laten 

Laju Pengeringan

Mengapa air bergerak ?  Air di permukaan bahan pindah ke udara  Perbedaan konsentrasi air antara permukaan dengan bagian dalam  Air didalam bahan bergerak ke permukaan bahan  Kapilaritas; mengisi ruang kapiler akibat perbedaan tekanan  Difusi akibat perbedaan konsentrasi  Perbedaan tekanan uap udara dengan permukaan bahan  Rangkaian proses secara sinkron  Kondisi untuk pergerakan air dari permukaan  Kondisi udara di ruang pengering !!!!!  Belajar PSIKROMETRIKA

Metode Pengeringan

 Secara simultan diatur oleh :  Transfer panas dari lingkungan untuk mengevaporasi air di permukaan (external  condition)  Perpindahan air dari dalam ke permukaan yang  dilanjutkan dengan evaporasi (internal condition)  Penting !!!!!   Kondisi udara masuk dan keluar

 Sinar Matahari (Penjemuran)  Alat pengering : kontrol Suhu, kelembaban udara,  kecepatan aliran udara dan waktu pengeringan  Media pemanas kontak langsung dengan bahan  Melalui permukaan logam atau penukar panas  Penting : Golongkan pengering yang dibahas dalam kuliah

 Dianalisis dengan bantuan psychrometric chart

3

4/23/2015

Penjemuran

Penjemuran 

 Sinar matahari langsung sebagai energi panas  Kerugian penjemuran :  Tergantung cuaca : kontinuitas  Suhu, kelembaban udara, kecepatan aliran udara tidak dapat diatur  Sanitasi tidak terjamin  Mutu hasil pengeringan lebih rendah  Membutuhkan tempat yang luas  Keuntungan penjemuran :  Biaya rendah  Alat‐alat lebih murah

Mesin Pengering Generasi Pertama

Tray / Cabinet Dryers

 Udara panas mengalir menyelimuti bahan yang dikeringkan  Cabinet and bed type dryers such as  tray,  truck tray, rotary flow conveyor and  tunnel dryers  Suitable for solid materials such as grains,  sliced fruits and vegetables, or chunked  products  Rak tempat bahan untuk kontak dengan udara panas (kecepatan tinggi)  Laju besar untuk efisiensi pindah massa & panas  Operasi “Batch”, kurang seragam, perlu rotasi rak

4

4/23/2015

Continuous Cabinet Dryer

Configuration of a cabinet air dryer (Barbosa‐Canovas &  Vega‐Mercado, 1996)

Mesin Pengering Generasi Kedua

Tunnel Dryer

 Pergerakan udara panas dan bahan  Co‐current atau Counter current  Tergantung sensitivitas produk

Spray Drying

 Dryers which were designed for dehydration of  slurries and pastes    Spray dryers (pengering semprot)  Penyemprotan bahan, kontak dengan udara panas, penguapan air, pemisahan  Drum dryers,  intended for dehydrated powder  and flakes

5

4/23/2015

Spray Drying

Agglomerates

Agglomeration

Scaled up agglomerates (source: NIZO  food research)

Spray dryer with parallel flow (W.L. McCabbe &  J. C. Smith & P. Harriot ) 

Drum Drier

Double‐drum dryer with center feed (W.L.  McCabbe &  J. C. Smith & P. Harriot ) 

Pengering Generasi Ketiga  This generation was designed to overcome structural damages  and minimize losses of flavor and aroma compounds. The  most important example of this generation is freeze  dehydration  Mekanisme pengeringan beku:  Bahan pangan dibekukan  Tekanan uap diturunkan di bawah titik triple (610.5 Pa)  Saat diberi panas, es padat mengalami sublimasi menjadi uap air tanpa meleleh dulu  Uap air dikeluarkan dan kondensasikan  Saat direhidrasi, tekstur produk sangat baik  Sublimasi bahan padat, dalam vakum (P < 4 mmHg), 10oF (‐ 12,2 oC)

6

4/23/2015

Pengering Generasi Ketiga

Freeze Drying

 Kelebihan :  Bahan pangan terhindar dari kerusakan kimiawi dan mikrobiologis  Citarasa tetap  Daya rehidratasi baik  Nilai gizi tetap  Kelemahan :   Biaya mahal Freeze drying system (adapted from Liapis & Marchello, 1984 ). 

Freeze dryer

Pengering Generasi Keempat  This generation was mainly designed for increasing  of energy efficiency and capacity of drying. Among  this generation, the followings are more popular:  Microwave drying  Fluidized bed drying

7

4/23/2015

Microwave Drying  Polarisasi muatan pada taraf molekul/atom   Molekul bergerak jutaan kali/detik karena adanya medan magnet dan listrik bolak‐balik  Timbul panas  The heat dissipated in a product when exposed to  an alternating electromagnetic field depends on:  the voltage and frequency of the  electromagnetic field  the distance between electrodes  the dielectric constant of the drying material   the loss of energy.

Fluidized bed drying (FBD)  Advantages of FBD for drying of agro  foods:      

Large capacity Low construction costs Easy operability Low maintenance Easy and reliable control High thermal efficiency

Microwave Drying

A typical microwave system utilizing a conveyorized cavity applicator (Handbook of industrial drying. 1995)

Continuous microwave belt furnace 4.5m and 8 Kw (courtesy of Linn Therm Gmbh, 2000).

Fluidized bed drying (FBD) • Produk diapungkan oleh di udara panas • Pengeringan uniform seluruh permukaan produk • Pembatas: ukuran partikel

 FBD can be used for any non brittle  solid agro food including peas, beans,  diced vegetables, fruit granules,  onion flakes and fruit juice powders

8

4/23/2015

Drying Methods in Food Industry

Continuous Fluidized Bed Dryer 

• • • • • • • •

A typical continuous fluidized bed dryer (W.L. McCabbe & J. C. Smith & P. Harriot )

Sun drying or solar dryer Conventional tray drying Freeze drying Vacuum drying Spray drying Microwave drying Contact drying Drum Drying

5

Drying Conditions of various food drying system

Fruits and Vegetables suitable for drying Fruits  Apples  Apricots  Bananas  Berries (Cherries,  strawberry)  Citrus Peel  Coconuts  Figs  Grapes  Nectarines  Pears, Plums Peaches  Mango, Papaya

Vegetables Snap Beans Beets Carrots Sweet Corn

Garlic Pumpkin Mushrooms Okra Onions Parsley Peas Hot and Sweet  Pineapples  Peppers Ginger, star fruit, Guava Herbs Longan, lychee, Jackfruit Tomatoes

9

4/23/2015

2

Dehydrated‐ and Dried‐Fruits available on World Market

Osmotic Dehydration Process Fruits wash Peel and slice blanching Dip in osmotic soln 20-30-40°Brix 50-60-70° Brix

Prunes

CaCl2 + metabisulfite (KMS) + citric acid

Dates

Apricots

Apricots

Drying (Cabinet or tray drying) packing

4

Dehydrated‐ and Dried‐Fruits available on World Market

Dehydrated‐ and Dried‐Fruits sell on European Market Banana chip

Dried Tomato

Coconut chip

Dried Strawberry 

Apple Chip

Dried Mango

10

4/23/2015

Products from Spray and freeze drying Influence of Drying Air Temperature and Exposure Time on Colour  of Tomatoes

Ta 70°C  va 1.0 m/s 60 min

120 min

Ta 90°C va1.0 m/s 60 min

120 min

180 min

180 min

11