2011

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PROSES TERMAL L t Lecture Note N t Principles of Food Engineering (ITP 330) Prof. Dr Dr.. Purwiyatno Hariyadi, Hariyadi, MSc Dept of Food Science & Technology Faculty of Agricultural Technology Bogor Agricultural University BOGOR

PROSES TERMAL Pustaka : Toledo, RT. 1991. P.315 - 390 Texas A&M Home page (http//aginfo.tamu.edu/classes/index/html)

Purwiyatno Hariyadi/ITP, Fateta, IPB

1

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PROSES TERMAL Instructional Objectives • Understand basic principles of thermal processing – kinetics of microbial decay (D, Z, LR) – determination of F0 – calculation of processing time

• Be able to list and discuss important applications of thermal processing in the food indusctry • Be able to list and discuss problems resulting to improper thermal processing of food products

Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

PROSES TERMAL - memasak makanan/cooking makanan/cooking - pengawetan makanan : 1810 : Nicholas Appert

8/24/2011 Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


2

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PROSES TERMAL ...................> ...................>

pengawetan makanan populer p p

Kenapa???

membunuh mikroba inaktivasi enzim menyebabkan perubahan warna, t k t fl tekstur, flavor menyebabkan perubahan daya cerna makanan awet 8/24/2011 Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

PROSES TERMAL : APLIKASI DI INDUSTRI PANGAN

-p pemasakan/cooking pemasakan/ cooking g - penghangatan kembali/ kembali/rewarming rewarming - pelelehan/thawing pelelehan/thawing - blansir/ blansir/blanching blanching - pasteurisasi - sterilisasi 8/24/2011 Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


3

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PROSES TERMAL : STERILISASI Proses termal yang dilakukan pada suhu tinggi, >100oC, dengan tujuan memusnahkan spora patogen dan pembusuk ”Pengalengan” makanan :

........>

Makanan dalam kaleng - trouble free - awet/tahan lama

STERILITAS KOMERSIAL •

Kondisi dimana telah tercapai pemusnahan • semua m.o. p patogen g dan pembentuk p racun • m.o yang dalam kondisi penyimpanan dan penanganan normal dapat menyebabkan kebusukan

•

Produk steril komersial mungkin masih mengandung “viable “viable spores”, spores”, tetapi tidak dapat tumbuh pada kondisi penyimpanan dan penanganan normal Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

PROSES TERMAL : STERILISASI

• Harus tahu kombinasi suhusuhuwaktu yang y g diperlukan p untuk memusnahkan “the most heat resistant pathogen and/or spoilage organism in the product of interest” interest”.

Perlu pengetahuan tantang kinetika - pemusnahan mikroba - kerusakan mutu

• Harus tahu karakteristik penetrasi panas produk yang dipanaskan

Perlu pengetahuan ttg pindah panas - pindah panas tak tunak - sifat termal

Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB


4

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KINETIKA 1. Pertumbuhan mikroorganisme


Factors Affecting the Growth of Some Foodborne Pathogens Organism

Growth Temp °C

Growth pH

Growth aw

Salmonella spp.

6.5 - 47

4.5 - ?

>0.95(a)

10 - 50

4.7 - 9

>0.93

5-?

(b)

NR(c)

3.3 - 15 15--30

(b)

>0.965

4-?

(b)

NR(c)

Staphylococcus p y aureus

7 - 45

4.2 - 9.3

>0.86

Campylobacter jejuni

25 - 42

5.5 - 8

NR

Clostridium botulinum A&B nonproteolytic B E F

Yersinia enterocolitica

1 - 44

4.4 - 9

NR

Y. pseudotuberculosis

5 - 43

(b)

NR

Listeria monocytogenes

2 - 45

4.8 - 9.6

>0.95(d)



5

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Factors Affecting the Growth of Some Foodborne Pathogens Organism

Growth Temp °C

Growth pH

Growth aw

Vibrio cholerae O1

8 - 42

6 - 9.6

>0.95

Vibrio parahaemolyticus

12.8 - 40

5 - 9.6

> .94

Clostridium perfringens

6 - 52

5.5 - 8

> .93

Bacillus cereus

10 - 49

4.9 - 9.3

> .95

Escherichia coli

2.5 - 45

4.6 - 9.5

> .935

Streptococcus pyogenes

> 10 - < 45

4.8 - < 9.2

NR

(a)

For a genus as large as Salmonella, the aw lower limit for species growth may vary, e.g., S. newport=0.941, newport=0.941, S. typhimurium=0.945. typhimurium=0.945.

(b)

The value, though unreported, is probably close to other species of the genus.

(c)

NR denotes that no reported value could be found, but for most vegetative cells, an aw of >0.95 would be expected.

(d)

Minimum aw unknown. Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

Makanan berasam tinggi ph < 4,6 apel per plum buah beri

tomat aprikot sauerkraut

Makanan berasam rendah pH > 4.6 wortel bit buncis bayam asparagus aspa agus kacang aca g kapri ap jagung jamur .... daging ikan susu telur



6

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KINETIKA 2. Pemusnahan m.o oleh panas ..........> pada T konstan ..........> penurunan jumlah mikroba hidup mengikuti reaksi ordo I dN − = kN dt dimana, N= jumlah mikroba hidup k = konstanta laju reaksi (konstanta laju pemusnahan m.o.) dN = −kdt N dN ∫ = −k ∫ dt N ⎛N⎞ ln ⎜ ⎟ = −kt ⎝N ⎠ N

t

N0

0

0

Ln N Kemiringan =-k

Ln N = ln No - kt t

Microbial death, like microbial growth, is described by a logarithmic equation. Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB

KINETIKA Ingat ! Ln X = 2.303 log X ⎛N⎞ ln ⎜ ⎟ = −kt ⎝N ⎠

⎛N⎞ 2.303 log ⎜ ⎟ = −kt ⎝N ⎠

0

log N = log N 0

k t 2.303

0

Oleh para ahli teknologi pangan (termobakteriologi), persamaan tsb dinyatakan sebagai : log N = log N0 -

t D

atau

⎛ N ⎞ −t log ⎜ ⎟ = ⎝ N0 ⎠ D

D = Decimal Reduction Time = waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo dengan faktor 1 desimal = waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 1 siklus log = waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 90% populasi



7

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KINETIKA Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1 T1

10,000

1,000

100

D-value 10

D-value


Comparative Heat Resistance (D (D Values) for Different Classifications of Foodborne Bacteria Bacterial groups Low-acid and semi acid foods (pH above 4.5) LowThermophiles Flat--sour group ((B. Flat B. stearothermophilus) Gaseous--spoilage group ((C. Gaseous C. thermosaccharolyticum)) thermosaccharolyticum Sulfide stinkers (C. (C. nigrificans) nigrificans) Mesophiles Putrefactive anaerobes C. botulinum (types A dan B) C. sporogenes group (including P.A. 3679)

Approximate heat resistance D250 4.0 - 5.0 3.0 - 4.0 2.0 - 3.0

0.10 - 0.20 0.10 - 1.5



8

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Comparative Heat Resistance (D (D Values) for Different Classifications of Foodborne Bacteria Bacterial groups

Approximate heat resistance

Acid foods (pH 4.04.0-4.5) Thermophiles B. coagulants (facultative mesophilic) Mesophiles B. polimyxa and B. macerans Butyric anaerobes (C. (C. pasteurianum) pasteurianum) High--acid foods High Mesophilic nonnon-spore spore--bearing bacteria Lactobacillus spp, Leuconostoc spp., and yeast and mold

0.01 - 0.07 D212 0.10 - 0.50 0.10 - 0.50 D150 0.50 - 1.00

Source: Stumbo (1965) Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

Comparison of D250 Values for Specific Organisms in Selected Food Substrates Organism

Substrate

TDT Procedure

D250

P.A. 3679 P.A. 3679 P.A. 3679 P.A. 3679 F.S. 5010 F.S. 5010 F.S. 1518 F.S. 617 F.S. 617

CreamCream-style corn Whole Whole--kernel corn (1) Whole Whole--kernel corn (2) Phophate buffer CreamCream-style corn WholeWhole-kernel corn Phosphate buffer Whole milk Evaporated milk

Can Can Can Tube Can Can Tube Can Tube

2.47 1.52 1.82 1.31 1.14 1.35 3.01 0.84 1.05

Source: Stumbo (1965)



9

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KINETIKA ............> Contoh 1 Anggap suatu makanan dalam kaleng. Jika jumlah mo awal sebesar 106 mikroba pembusuk A/kaleng. Nilai D pada suhu 121.1oC = 15 detik. Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 1 menit pada 121.1 oC Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 2 menit pada 121.1 oC Jawab : t Ingat ...........> log N = log N0 D Untuk t = 1 menit : 60 detik log N = log 10 15 det ik log N = 6 − 4 = 2 N = 10 = 100 6

2

Untuk t = 2 menit : 120 detik 15 det ik log N = 6 − 8 = - 2 N = 10 = 0.01 Peluang kebusukan!!

log N = log 10 6

-2


KINETIKA

............>

Contoh 2

Suatu suspensi pangan mempunyai kandungan spora pembusuk A dan B. Spora A sebanyak 3 x 105 dan spora B sebanyak 8 x 106. Pada suhu 121.1oC, nilai D untuk spora A dan spora B adalah 1.5 dan 0.8 menit. Jika suspensi tsb dipanaskan pada suhu konstan 121.1oC, berapa lama untuk memperoleh peluang kebusukan sebesar 10-3. Jawab :

log N = log N0 -

t D

Peluang kebusukan 10-3; artinye N = 10-3. Untuk spora A : ⎛ 3 x 10 ⎞ ⎟ t = 1.5 log ⎜ ⎝ 10 ⎠ t = 1.5 (8.477) = 12.72 menit

⎛N⎞ t = - D log ⎜ ⎟ ⎝N ⎠ 0

5

-3

Untuk spora B : ⎛ 8 x 10 ⎞ ⎟ t = 0.8 log ⎜ ⎝ 10 ⎠ t = 0.8 (9.903) = 7.92 menit 6

-3

Jadi, untuk mendapatkan peluang kebusukan sebesar 10-3, maka pemanasan 121.1oC harus dilakukan selama 12.72 menit.



10

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KINETIKA Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1 T1

D1 D1

T2>T1

Bagaimana jika suhu pemanasan pada T2 >T1??? Semakin tinggi T .......> semakin kecil nilai D D=f(T) Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

KINETIKA

............>D

= f(T)

Secara empiris:

log

D 121 .1 - T = D0 Z ⎡ 121.1 - T ⎤ ⎢ ⎥ Z ⎦

D = D 0 10 ⎣

Nilai Z adalah perubahan suhu (ΔT) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus log

Nilai Z = 18oF = ? oC



11

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KINETIKA

............>D

= f(T)

• Reactions that have small Z values are highly temperature dependent, whereas those with large Z values require larger changes in temperature to reduce the time. • A Z value of 10° 10°C is typical for a spore forming bacterium • Heat induced chemical changes have much larger Z values than that microorganisms : Z ((°°C) D121 (min) bacteria enzymes vitamins pigments

5-10 30 30--40 20 20--25 40 40--70

1-5 1-5 150 150--200 15 15--50


KINETIKA D dan Z

............>

2 parameter kinetika

.................>

perlu selalu diketahui dua-duanya!

Misal Mikroba A mempunyai DA,250F = 0.5 menit Mikroba oba A mempunyai e pu ya DB,250F e t B 250F = 1 menit Apa artinya? 10000

ZA = 10oC; ZB = 20oC 80.1 90.1 101.1 111.1 121.1 131.1 141.1 151.1 161.1

DB (Menit)

5000 500 50 5 0.5 0.05 0.005 0.0005 0.00005

B

1000

100 10 1 0.1

DA=DB

DA
A

100

Nilai D N (m menit)

Suhu (C) DA (menit)

DA>DB

10 1 01 0.1

0.01 0.001 0.0001

0.01

0.00001 0

50

100

150

200

Suhu (oC) Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


12

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KECUKUPAN PROSES STERILISASI Perhitungan kecukupan proses sterilisasi

dN 2.303 =− N ........................................................ Pers. 1 dt D Persamaan ini dapat dipecahkan sebagai berikut:

dN 2 .303 =− dt N D Integrasi persamaan tersebut dari t = 0 (N = N0) sampai t = t (N = N) adalah sbb:

∫

t 2 .303 t dt dN ........................................ Pers. 2 = −∫ dt = − 2.303 ∫ 0 0 D D N0 N N


KECUKUPAN PROSES STERILISASI Sisi kiri dari persamaan 2 dapat dipecahkan sebagai berikut:

ln

N = - 2.303 N0

∫

t 0

dt D

atau

log

t dt N .................................................................. Pers. 3 = −∫ 0 N0 D

Ingat kembali Jadi

log

⎡ 121.1 - T ⎤ ⎥ ⎢ Z ⎦

D = D 0 10 ⎣

D=f(T)

t N = −∫ 0 N0

dt D 0 .10

⎡ 121 .1− T ⎤ ⎢ ⎥ z ⎣ ⎦



13

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KECUKUPAN PROSES STERILISASI NILAI STERILITAS/LETALITAS PROSES

log

S = Jml penurunan desimal =

N0 N

=

∫

dt

t 0

D 0 .10

⎡ 121 .1− T ⎤ ⎢ ⎥ z ⎣ ⎦

Jika; proses dilakukan pada suhu konstant (121.1oC), maka

N = N0

S = log

∫

dt

t 0

Analog : S =

D 0 .10

⎡ 121 .1− 121.1 ⎤ ⎢ ⎥ z ⎣ ⎦

FT DT

S=

t

D0

Waktu proses pada suhu konstan 121.1oC F121.1C = Fo D121.1 C = D0


KECUKUPAN PROSES STERILISASI NILAI STERILITAS YANG UMUM DIGUNAKAN ~ Sterilitas Komersial • Mikroorganisme kritis = Clostridium botulinum • Konsep 12 desimal (12 D) untuk C. C botulinum (Interpretasi Regulatory Agency sekarang: 12 D ⇒ peluang kebusukan 10-12) Contoh: Nilai F pada 121.1oC untuk memusnahkan 99.999% C. botulinum adalah 1.2 menit. Hitung D0. J Jawab: b P Pemusnahan h 99.999% 99 999%

S=

N0 1 = =5 N 0 .00001

D0 =

F0 1 .2 = = 0 .24 menit. S 5



14

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

KECUKUPAN PROSES STERILISASI Process Sterilizing Values (F0) for Commercial Sterilization of Selected Canned Foods Product

Can sizes

Approximate calculated sterilizing value, F0

Asparagus Green beans, brine packed

All No. 2 No. 10 All No. 2 No. 10 No. 2 No. 10 No. No 2 No. 10 301x411 No. 2 No. 2 No. 10 Various Various

2-4 3.5 3.5 6-8 9 15 5-6 2.3 12 6 2.92.9-3.6 6 7 11 5 6

Chicken, boned Corn, whole kernel, brine packed Cream style corn Dog Food Mackerel in brine Meat loaf Peas, brine packed Sausage, Vienna, in brine Chili con carne Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

PENETRASI PANAS PADA KALENG : Review teori pindah panas unsteady-state heat transfer



15

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer Uap panas TR=120oC RETORT

Makanan dlm kaleng TSHP,initial=35oC

Bagaimana perubahan suhu pada SHP? T = f(t,r), r=0……> TSHP=f(t) Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer

z Pentingnya tahanan pindah panas internal dan eksternal

Uap panas TR=120oC

= dominasi pindah panas konduksi atau konduksi? = Bilangan Biot, NBi = hD/k NBi =

D/k 1/ h

NBi =

Internal resistance to heat trans fer External resistant to heat trans fer



16

TPG330-Proses Panas

8/24/2011


z Tahanan internal dpt diabaikan ………….>N Bi

< 0.1

q = ρ V Cp dT/dt = h A (TR - T)

∫

dT TR-T

=

∫

t T

hAdt

ln(TR-T)

ρCpV

= Ti

TR - T

=e

hAdt ρCpV 0 hA t ρCpV

TR - Ti Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


z Tahanan ekstrenal (permukaan) dan tahana internal tdk dpt diabaikan ………….> 0.1
………..>

m=1/NBi

z Tahanan eksternal (permukaan) diabaikan : ………….>

NBi > 40 ………..> m=1/NBi = 0

Untuk bentuk lempeng tak berbatas, silinder tak berbatas dan bola : gunakan diagram Gurnie-Lurie dan/atau diagram Heisler …………> diagram hubungan antara suhu-waktu (T-t)

z Bilangan tak berdimensi : Bil Fourier (NFo) N Fo =

kt 2 ρ C pD

=

α t D2

D = characteristic dimension Dsphere = radius Dinf cylinder = radius Dinf slab = half thickness



17

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer Prosedur pengunaan diagram T-t 1. Untuk silinder tak berbatas

R

∞Jika ingin mengetahui suhu pusat (sumbu) silinder setelah pemanasan selama t a. hitung NFo, gunakan R sebagai D b. hitung NBi, gunakan R sebagai D ………> hitung 1/NBi=m=k/hD c. gunakan diagran untuk silinder tak berbatas, dari NFo dan NBi cari ratio T Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

1/Nbi = m

NFo

Diagram T-t yang menunjukkan hubungan antara suhu di sumbu silinder dan NFo Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


18

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Diagram Gurnie-Lurie: 1. menentukan suhu setelah pemanasan/pendnginan • cari nilai NFo=αt/δ2 • cari nilai Nbi dan m=1/Nbi • tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n = x/δ • cari ratio suhu Persamaan penetrasi panas : T-Tm Ti-T Tm

=

TP-TR Ti-T TR TR-TP TR-Ti

2) = exp p -(αt/L (

= exp -(α/L2)t

Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)-

α t L2(2,303)


PENETRASI PANAS Pemanasan kaleng dalam retort •Prosedur venting • Come up time

TR = f(t)


19

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PENETRASI PANAS Tp diukur pada titik terdingin pada kaleng : - posisi SHP/CP


PENETRASI PANAS Tp diukur pada titik terdingin pada kaleng : - posisi SHP/CP

“nesting”

8/24/2011


20

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PENETRASI PANAS

• Tipikal kurva penetrasi panas untuk makanan kaleng dan perubahan suhu retort (TR) selama proses seterilisasi

• Suhu retort di”set” pada 250oF

venting

• Untuk mencapai TR : CUT

Waktu Proses (Pt)

Pendinginan

CUT

1992 Thermal Process Calculation. Handbook of Food Eng.

Tipikal p data penetrasi p panas : hubungan antara suhu produk (SHP) dan waktu pemanasan



21

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI

1. Metoda Umum (grafik) t N = −∫ 0 N0

log g

N0 = N

Dolog

• Waktu proses yang harus dicapai untuk memperoleh tingkat sterilitas S • Nilai F0 • Ditentukan sebelum proses (by design)

∫

dt D 0 .10

⎡ 121 .1− T ⎤ ⎢ ⎥ z ⎣ ⎦

dt

t 0

10

⎡ 121 . 1− T ⎤ ⎢ ⎥ z ⎣ ⎦

• Perlakuan pemanasan harus cukup • integrasi dari awal pemanasan sampai pendinginan harus memberikan nilai F yang dikehendaki • T=f(t)



1. Metoda Umum F0 = Do log F0 = Do log

No = N

∫

N0 = N

∫

0

10 t

10

⎡ 121 . 1− T ⎤ ⎢ ⎥ z ⎣ ⎦

(LR)dt

0

1

LR = LV = Apa itu LR?? Pada T=121.1oC Pada T>121.1oC Pada T<121.1oC

dt

t

121.1 - T(t) z

= 10

T(t) - 121.1 z

……………….>

LR=1 LR>1 ……………….> LR<1 ……………….>



22

TPG330-Proses Panas

8/24/2011


1

LR = LV = 10

121.1 - T(t) z

= 10

T(t) - 121.1 z

T(oC)

T(oF)

LR(z=10 LR( 10oC)

90 95 100 105 110 115 120 121,1 125 129

194 203 212 221 230 239 248 250 257 264

0,000776247 0,002454709 0,007762471 0,024547089 0,077624712 0 245470892 0,245470892 0,776247117 1,000000000 2,454708916 6,165950019


PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI Pemanasan pada suhu konstant, 121,1oC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

121,1 121,1 121,1 121,1 121,1 121,1 121,1 121 1 121,1 121,1 121,1 121,1 121,1 121,1

120

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

S Suhu

100

LR(z=10oC)

80 60 40 20 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

Waktu

1,2 1,0 08 0,8 LR

t, min T(oC)

140

1 unit sterilisasi 12 unit sterilisasi F0=12

0,6 0,4 0,2 0,0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

Waktu



23

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI Pemanasan pada suhu konstant, 100oC

0,0100 0,0080

LR(z=10oC)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0 007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471 0,007762471

LR

t, min T(oC) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

0,0060 0,0040 0,0020 0,0000 0

1 2

3

4 5

6

7 8

9 10 11 12

Waktu

Total sterilitas

= 0.007762x12 unit = 0.10091 unit

hanya 0.00776 x pengaruh letal pada 121.1oC Total letalitas = F0 =??

F0 = Do log

N0 = N

∫

t 0

(LR)dt

F0 = LR.t


PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI Diketahui :

Mikroba A; D0 = 0,21 menit dikehendaki proses 1 D Pemanasan pada suhu 121.1oC ………> 12(0,21)=2.52 menit Pemanasan pada suhu 100oC ………> 1/LR 100C x 2.52 min = 1/0.00776 x 2.52=324.7 min (5.4 jam) Pemanasan pada suhu 129oC ………> 1/LR 129C x 2.52 min = 1/6,166 x 2.52=0.408 min (24.5 detik) Pemanasan pada suhu 50oC ………> 1/LR = 1/0. 000000078 x 2.52 50C x 2.52 min = 32307692.31 menit = 747.8 bulan????!!!!

Pada prakteknya : - efek letal panas, umumnya mulai dianggap nyata setelah T>90oC Teixeira (1992) : no appreciable lethality at T < 210oF(99oC) - suhu produk selama pemanasan tidak konstant …….> T=f(t) - Pemanasan produk dilakukan dalam retort …….> umum! - suhu produk diukur pada SHP/CP Purwiyatno Hariyadi/ITP/ Hariyadi/ITP/Fateta Fateta/IPB /IPB


24

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

140

Misal : t, min T(oC)

LR(z=10oC)

0 4 8 12 16 20 24

0,000776247 0,024547089 0,776247117 , 0,977237221 0,007762471 0,000007762 0,000000776

F0 = Do log

N0

=

N

∫

100 80 60 40 20 0 0

4

8

12

16

20

24

16

20

24

waktu

1,2 1,0

t

(LR)dt

0

0,8 LR

90 105 120 121 100 70 60

Suhu (C)

120

0,6 0,4 0,2

Fo = luas area dibawah kurva hubungan antara LR dan t Fo = jumlah area trapesium ⎛ LR1 + LR2 ⎞ ⎟ Δt 2 ⎝ ⎠

Luas trapesium = ⎜

0,0 0

4

8

12 Waktu

⎛ 0.776 + 0.977 ⎞ ⎟ (12 − 8) = 3.506 A=⎜ 2 ⎝ ⎠


Contoh Lihat

excel

Waktu (min) Suhu (SHP) 0 5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

50 60 70 80 90 100 103 107 112 116 120 121 121 121 105 90 75 65



25

TPG330-Proses Panas


8/24/2011

26

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

1000

2. Metoda Formula Persamaan perubahan suhu selama proses pemanasan : T - TR Ti - TR T-Tm Ti-Tm

=e

=

hA ρCpV

TP-TR Ti-TR

TR-Tp

t = e-kt

= exp -(αt/L2)

100

10

TR-TP TR-Ti

= exp -(k)t


k t (2,303)

1 t


Diagram Gurnie-Lurie: 1. menentukan suhu setelah pemanasan/pendnginan • cari nilai NFo=αt/δ2 • cari nilai Nbi dan m=1/Nbi • tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n = x/δ • cari ratio suhu Persamaan penetrasi panas : T-Tm Ti-Tm

=

TP-TR Ti-TR TR-TP TR-Ti

= exp -(αt/L2)

= exp -(α/L2)t



α t L2(2,303)

27

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Contoh : suhu 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125

TR-T 25 25,6 28,1 32,8 39,6 48,7 58 1 58,1 67,7 75,9 82,9 88,8 93,8 97,8 101,2 103,6 105,4 107,1 108 2 108,2 109,2 109,9 110,6 111,1 111,4 111,7 112 112,2

90 89,4 86,9 82,2 75,4 66,3 56 9 56,9 47,3 39,1 32,1 26,2 21,2 17,2 13,8 11,4 9,6 7,9 68 6,8 5,8 5,1 4,4 3,9 3,6 3,3

1000

T R -T (T R = 1 1 5 C )

waktu

100

10

1 0

50

100

150

waktu 3

2,8


Putar 180o

1000

150

100

100

50

0 1

10 10

TR-T (TR=115C)

TR-T C) (TR=115C

waktu

1 0

50

100

150

100

waktu 1000 Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


28

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

METODE FORMULA : Plot Data Penetrasi panas untuk suhu retort (Tr)= 250oF Jika Tr-T = 1 ……> maka T = 249 Tr-T = 5 ……> maka T = 245 dst


Tipikal plot data penetrasi panas : pemanasan

fh= waktu dalam menit yang dibutuhkan oleh kurva pemanasan untuk melewati 1 siklus log

j



29

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Istilah/notasi pada proses termal : CUT :

B

:

Pt

:

fh

:

j

:

jI

:

come up time yaitu waktu dari mulai uap dinyalakan sampai retort mencapai suhu proses. waktu proses dalam menit jika suhu retort langsung mencapai TR ……………> CUT = 0 waktu proses yang dihitung oleh operator retort (operator processing time), time), yaitu sama dengan B dikurangi 0.42 CUT (waktu proses dihitung sejak termometer menunjukkan suhu retort yang dikehendaki sampai mulai proses pendinginan) waktu dalam menit y yang g dibutuhkan kurva pemanasan p untuk melewati satu siklus faktor lag waktu sebelum kurva pemanasan menjadi lurus, atau j = jI/I suhu awal semu diambil pada titik potong kurva pemanasan dengan waktu 0 menit yang sebenarnya (waktu 0 menit ini besarnya sama dengan 0.58 x CUT)


Istilah/notasi pada proses termal : g : perbedaan suhu retort dengan produk di dalam kaleng pada akhir proses termal TR

suhu retort y yang g di “set” dan dipertahankan p pada p saat proses termal

Ti :

suhu awal produk

I

perbedaan suhu retort dengan suhu awal produk (TR-Ti)

:

F0 : jumlah menit yang dibutuhkan untuk memusnahkan sejumlah bakteri pada suhu 250oF Fi : jjumlah menit pada p suhu TR y yang g ekivaleng g dengan g 1 menit pada p suhu 250oF ………> F = 10(250 (250--TR)/z i U :

Waktu pada TR ekivalen dengan F0 U = FiF0



30

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

CONTOH Formula Ball : B = fh (log jI - log g) B = waktu proses (menit) jika suhu retort langsung mencapai TR (waktu proses jika CUT = 0) I =? = TR-Ti = 250-150=100oF jI = ? = 135oF fh = ? = 51 menit g=? = lihat kurva!!! Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

Penentuan nilai g??? g:

unaccomplished temperature difference at the end of a specified heating time (TR-TPe), ) dimana Tpe = suhu di akhir proses

Kita ingin menentukan waktu proses ……….> tidak diketahui T pe g = f(D, Z, F0, fh dan TR) Secara perhitungan + empiris ………..> nilai g telah ditabulasikan (Tabel + Diagram : hubungan fh/U dan log g, pada berbagai nilai z, jc) Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


31

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Penentuan nilai g?


Penentuan nilai g?



32

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Penentuan nilai g?

jc


Penentuan jc • Lakukan plot penetrasi panas selama pendinginan • kertas grafik tetap normal (tidak dibalik) • nilai di paling bawah = 1o diatas suhu air pendingin • jc = (Tpic-Tw)/(Tic-Tw) • nilai jc > j = jh • jika kurva pendinginan tidak dipunyai : dapat digunakan j (safety approach) approach)



33

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

EXAMPLE Suppose that for processing a particular product, the following heat penetration data are given: TR = 250oF TI = 170oF j = jh = 2 jc = 1.4 fh = 25 min What process time (B) will be required to achieve a specified sterilizing value F0 = 5.6 assuming that Z = 14oF? Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB

SOLUTION: TR = 250oF = reference temperature

………….>

Fi = 1

U = Fo = 5.6 Referring to the Ball formula, we have B = fh (log jhI - log g) I = (TR - TI) = (250 - 170) = 80 jhI = 2.00 x 80 = 160 log jhI = 2.778 Fi d log Find l g from f the th fh/U versus llog g graph h ffor Z = 14 14. fh = 25 = 4.46 U 5.6 Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta/IPB


34

TPG330-Proses Panas

8/24/2011

Penentuan nilai g? jc =1.4? Lihat antara jc= 1.2 dan jc=1.6, untuk fh/U =4.46 ….>

log g = 0.625;

4.46

B=? = fh(log jI - log g) = 25(2.778 - 0.625) = 25(2.153) = 54 min

0.625


Selesai ….………. Sekarang ke……. refrigerasi

8/24/2011


35

2011

Recommend Documents