Dehidrasi (dehydration)

Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration) Purwiyatno Hariyadi • Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB • Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science & Technology gy (SEAFAST) ( ) Center,, Bogor g Agricultural g University, y, BOGOR, Indonesia • www.seafast.ipb.ac.id

ITP530 2011

Purwiyatno Hariyadi [email protected]

Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration) • Teknik pengawetan pangan Æ kuno Æ modern • Operasi mengurangi/mengambil air dari suatu bahan (pangan) melalui proses evaporasi (penguapan) atau sublimasi. • Pengawetan? Æ mengurangi akivitas air (aw). ITP530 2011


Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]

1

PENGERINGAN

ITP530 Nuts 2011

PENGERINGAN

ITP530 Apricot 2011

… contoh produk kering





2

PENGERINGAN

ITP530 Apple 2011

PENGERINGAN

ITP530 Peach 2011






3

PENGERINGAN



ITP530 Spinach 2011

PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?

Kenapa mengawetkan? • Menurunkan kadar air Æ menurunkan ketersediaan/aktivitas air 9 Menurunkan aktivitas mikroba 9 Menurunkan reaksi perubahan (stabil selama penyimpanan)

ITP530 2011



4


0.0

Zone I

Zone II

Zone III

(air terikat)

(Mono layer)

(air bebas)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Water Activity

ITP530 2011

Kadar Air

Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan

1.0


PENGERINGAN … kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan Zone I

Zone II

Zone III

Oksidasi lemak

Kadar Air

Reaksi hidrolisis

Reaksi nonenzimatis browning 0.0

ITP530 2011

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Water Activity

0.8

0.9

1.0



5



ITP530 2011

PENGERINGAN … kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan 1

aw

Produk dgn g aw >0.75

0.75

Produk dgn aw < 0.75

Produk pangan yang biasanya rusak karena aktivitas mikrobiologi

Produk pangan yang biasanya rusak karena perubahan kimia & fisik

0 ITP530 2011



6

PENGERINGAN … kenapa mengawetkan? Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalam menentukan keawetan pangan 1

aw

Produk Resiko dgn g Resiko Keamanan Pangan g aSedang Tinggi w >0.75

0.75

Resiko dgn Produk Rendah aw < 0.75

Resiko Sedangg

pH

0 4.5

10

14

ITP530 2011


ITP530 2011



7

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 . Purwiyatno Hariyadi [email protected]

ITP530 2011

Konsep Dasar Pengeringan • ISA: kurva hubungan antara RH udara penyimpanan dan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jika produk selama penyimpanan

ITP530 2011



8

Konsep Dasar Pengeringan ISA Æ dipengaruhi oleh suhu : • Perlu kontrol suhu dalam melakukan ppercobaan penentuan ISA

ITP530 2011


Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (1)

ITP530 2011



9

Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (2) Lakukan : penyimpanan produk pada berbagai kondisi RH penyimpanan yang berbeda-beda.

ITP530 2011


Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (3) Buat kurva kenaikan kadar air Æ menuju ke kadar air kesetimbangan

(selama penyimpanan pada berbagai kondisi RH)

ITP530 2011



10

Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (1) Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA

ITP530 2011


Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (2) Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA

Hysteresis: loss of H20 binding sites

ITP530 2011



11

Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (3)


ITP530 2011

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) Æ secara konveksi • Membawa uap air

Udara kering, panas

Udara basah, dingin

BAHAN PANGAN d ITP530 2011



12

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -2

Mekanisme Pengeringan Æ 3 tahap pengeringan :

• • •

ITP530 2011

Tahap “penyesuaian” (settling down stage) Æ ( A-B ) Tahap pengeringan dengan laju pengeringan konstan (Constant drying rate stage) Æ ( B-C ) Tahap pengeringan dengan laju pengeringan menurun (Falling drying rate stage) Æ ( C-D ) Purwiyatno Hariyadi [email protected]


Tahap “penyesuaian” (A-B) Tahap awal; dimana permukaan bahan akan menyesuaian/ mencapai kesetimbangan dengan udara pengering Æ suhu permukaan meningkat mencapai suhu bola basah dari udara pengering. ITP530 2011



13

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -4 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) Æ (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 = - Kg A ( ps-pa) • • • • •

(dw/dt)c = laju pengeringan Kg = koeff pindah massa A = luas area pengeringan ps = tekanan uap air di permukaan, dan pa = tekanan parsial uap air di udara pengering. Purwiyatno Hariyadi [email protected]

ITP530 2011

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -5 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) Æ (B-C)

• ((dw/dt))c = - Kg A ( ps-ppa) Bisa dinyatakan dgn menggunakan nilai kelembahan absolute Æ kelembahan absolute = (berat uap air/satu satuan berat udara) H = Mw pv /[Ma (P-pv)] karena pv << P Æ P-pv ≅ P H = ( Mw/Ma) ( pv/P ) •

(dw/dt)c = - Kg1 A(Hs - Ha), dimana Kg1 = Kg( Ma P/ Mw) Hs kelembaban pada permukaan (kelembaban jenuh pd suhu permukaan), Ha kelembaban udara pengering

ITP530 2011



14

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -6 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) Æ (B-C)

• (dw/dt)c = - Kg A ( Laju pindah panas di permukaan :

ps-p pa)

• (dQ/dt)c = hc A (θa - θs) (dQ/dt)c = laju pindah panas hc = koef pindah panas konveksi θa = suhu udara pengering (suhu bola kering), dan θs = 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 = - (hc A/L)(θa - θs) Purwiyatno Hariyadi [email protected]

ITP530 2011

Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -7 Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) Æ (B-C) • (dw/dt)c = - (hc A/L)(θa - θs) Jika A’ adalah luas area pengeringan effektif per satu satuan masa bahan, maka Æ

(dW/dt )c = - (hc A'/L)(θa - θs)

Untuk pengeringan pada bak pengering dengan ketebalan d, dimana proses penguapan hanya terjadi melalui permukaan atas (asumsi tdk terjadi pengkerutan/shrinkage) maka laju pengkerutan/shrinkage), perubahan kadar air : Waktu pengeringan selama CRP ( dW/dt)c = - (hc/ρs L d) (θa - θs) ........CRP Æ integrasikan persamaan (CRP) dengan batas W: (W0→Wc), dan t: Dimana : ρs = desnitas kamba produk kering. (0→tc). ITP530 2011



15

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 jenuhÆ permukaan mulai mengering.

•

Kadar air dimana mulai terjadi perubahan ini disebut kadar air kritis Æ critical moisture content Wc.

•

Setelah titik ini; suhu permukaan bahan mulai meningkat mendekati suhu bola kering udara pengering Æ bahan mulai mngering.


ITP530 2011


Periode; FRP - (C-D)

Laju pengeringan : (dW/dt)f = - K(W - We), dimana We = kadar air kesetimbangan pada suhu dan kelembaban udara pengering (ISA)

ITP530 2011



16


Periode; FRP - (C-D) Laju pengeringan pd awal FRP = laju j p pengeringan g g p pada akhir CRP (-dW/dt)f = (-dW/dt)c (dW/dt)f = - K(Wc - We) (dW/dt)c = - (hc/ρs L d) (θa - θs)

...... CRP

K = (-dW/dt)c / (Wc - We) (dW/dt)f = [-h [ hc (θa - θs) (W - We)] / [ρ [ s L d ( Wc- We )] tFRP Æ intergrasikan dari t=0, W=Wc sampai t=tFRP, W=Wf Jika pengeringan terjadi dari dua permukaan (atas-bawah) maka d = 1/2 ketebalan lapisan. Purwiyatno Hariyadi [email protected]

ITP530 2011


Total waktu pengeringan = tcRP + tfRP

ITP530 2011



17

Kompleksitas proses pengeringan bahan pangan 1.

2. 3. 4.

Komponen bahan pangan ; protein, karbohidrat, lemak vitamin, lemak, vitamin enzim enzim, garam garam-garam garam, mempunyai sigat hidrasi yang berbeda-beda (aw, We, mekanisme pengeringan). Selama pengeringan; total padatan terlarut berubah bersamaan berubahnya kadar air (hc, ρs ) Bahan pangan sering mengalami pengkerutan; shrinkage (hc, ρs, d) Bahan pangan sering mengalami pengerasan; case hardening (hc) Purwiyatno Hariyadi [email protected]

ITP530 2011

Metoda pengeringan bahan pangan : Cek : www.rpaulsingh.com A. Pengeringan dengan udara kering 1. Kiln drier 2 2. Cabinet tray or compartment drier Cabinet, 3. Tunnel drier 4. Conveyor drier 5. Bin drier 6. Fluidized bed drier 7. Pneumatic drier 8. Rotary drier 9. Sprayy drier B. dengan kontak permukaan panas : 1. Drum drier 2. Vacuum shelf drier 3. Vacuum band drier ITP530 2011



18

Metoda pengeringan bahan pangan : Cek : www.rpaulsingh.com C. Pengeringan dengan energi radiasi, microwave atau di l k ik dielektrik. 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 1. freeze driers 2. Multicabinet freeze-driers 3. Tunnel freeze-driers


ITP530 2011

Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration) Purwiyatno Hariyadi • Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB • Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science & Technology gy (SEAFAST) ( ) Center,, Bogor g Agricultural g University, y, BOGOR, Indonesia • www.seafast.ipb.ac.id

ITP530 2011



19

Dehidrasi (dehydration)

Recommend Documents