Mesin Pengolahan Pangan
(Pengeringan, Pendinginan)
Tim Mekanisasi Pertanian Jurusan Keteknikan Pertanian
PENGERINGAN
DEFINISI Pengeringan merupakan metode pengawetan dengan cara pengurangan kadar air dari bahan sehingga daya simpan dapat diperpanjang Perpanjangan daya simpan terjadi karena aktivitas m.o. dan enzim menurun sebagai akibat jumlah air yang dibutuhkan untuk aktivitasnya tidak cukup Proses pengeringan bukan merupakan proses sterilisasi Produk yang sudah dikeringkan harus dijaga supaya kadar airnya tetap rendah
TUJUAN PENGERINGAN Pengawetan Mengurangi volume dan berat produk: transportasi dan penyimpanan Penganekaragaman produk seperti breakfast cereal, minuman instan
Prinsip Dasar Pengeringan Proses pemakaian panas dan pemindahan air dari bahan yang dikeringkan yang berlangsung secera serentak bersamaan
Pengeringan
Konduksi
media
Steam
contoh
Drum dryer
Konveksi
media
Udara Pemanas
contoh
Oven Spray Dryer Rotary dryer
Radiasi
media
Radiant Energy
contoh
Alat Pengering Energi Microwave
PROSES PENGERINGAN
Keberadaan Molekul Air
Parameter Kadar Air Dimensi Produk
Bound Water (molekul air terikat) : • Pada pipa2 kapiler • Terserap pd permukaan • di dlm dinding2 serat Air Bebas Tidak Terikat : • Biasanya berada di celah2 (voids) di dlm bahan pangan
Kesetimbangan Kadar Air yg bergantung pd: - Sifat bahan - Kondisi udara pengering
Suhu Pemanas Laju Perpindahan Permukaan
Laju Pengeringan - Bulk Density
Laju Pengeringan
Sifat Bahan
- Kadar Air awal - Kadar Air kesetimbangan
Cara Mengatasi Terjadinya Kerusakan Akibat Akumulasi Air
1.Membuat ventilasi secara alamiah dan mekanis 2.Mengalirkan udara panas 3.Menggerakkan hasil pertanian tsb secara periodik 4.Mengaduk-aduk permukaan butir hasil pertanian 5.Menutupi secara rapat tempat penyimpanan
Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Pengeringan : 1. Suhu & kelembaban nisbi udara selama proses pengeringan: suhu rendah, RH tinggi pengeringan lama 2. Kecepatan pergerakan udara yang melalui produk pertanian atau lamanya bahan melalui alat pengering 3. Kadar air produk pertanian yang dikeringkan 4. Varietas dari produk pertanian itu 5. Banyaknya bahan yang dimasukkan dalam alat pengering per menitnya 6. Suhu udara pengering pada awal dan akhir proses (keluar alat pengering)
Pengukuran Kadar Air
•
Basis Basah KA(bb)
•
Basis Kering KA(bk)
PEMILIHAN JENIS ALAT PENGERING
Bentuk bahan yang akan dikeringkan: cair, pasta, sluri, pulp, cairan kental, agregat besar atau kecil Sifat bahan: sensitif terhadap oksidasi, peka terhadap suhu, dll Sifat produk yang diinginkan: bubuk, instan, bentuk tidak berubah Harga produk akhir: murah, sedang, mahal
3 TIPE DASAR PROSES PENGERINGAN 1. 2.
3.
Pengeringan matahari Proses pengeringan atmosferik ◦ Batch: kiln, tower, cabinet dryers ◦ Kontinyu: tunnel, belt through conveyor fluidized bed, spray drum/roller dryers Pengeringan sub atmosferik: pengeringan vakum, pengeringan beku
KLASIFIKASI MESIN PENGERING MESIN PENGERING
Mesin Pengering Langsung
Continuous 1. Continuous tray 2. Continuous sheeting 3. Pneumatic conveying dryers 4. Rotary dryers 5. Spray dryers 6. Trough circulation dryers 7. Tunnel dryers 8. Fluid bed dryers
Mesin Pengering Infra red,radiant heat,dielectric
Batch 1. Batch trough circulation dryers 2. Tray and compartment 3. Fluid bed
Mesin Pengering Tak Langsung
Continuous 1. 2. 3. 4.
Cylinder dryers Drum dryers Screw conveyor Steam tube rotary dryers 5. Vibrating tray dryers
Batch 1. Agitated pan dryers 2. Freeze dryers 3. Vacuum rotary 4. Vacuum tray
PENGERINGAN LANGSUNG Pengeringan dilakukan dengan kontak langsung antara bahan yang akan dikeringkan dengan udara panas. Uap air akan terbawa oleh media pengeringan (udara panas) Tipe Batch Pengering didesain untuk dioperasikan dalam jumlah bahan tertentu dan dalam waktu tertentu. Kondisi kadar air dan dan suhu akan berubah pada tiap titik pengering
Tipe Continous Pengering didesain untuk mengeringkan bahan secara terus menerus selama masih ada suplai bahan basah.
Mesin Pengering Langsung Tipe Batch 1. Batch Through Circulation Dryers Material (granular atau bubuk) diletakan di screen pada bagian bawah tray kemudian dihembus dengan udara panas 2. Tray and Compartment Dryers Udara panas melewati material yang diletakkan di atas tray
Mesin Pengering Langsung Tipe Batch 3. Fluid beds
material padat difluidisasi di atas plenum chamber yang dibagian atasnya terdapat filter dan dust collector
FLUIDIZED BED DRYING Pada proses pengeringan ini udara panas dihembuskan pada partikel-partikel makanan sehingga partikel tersebut tersuspensi dengan gerakan lambat Partikel semi kering secara bertahap masuk ke bagian alat pengering yang berfungsi mengeringkan sampai kering (bin dryer) Contoh produk yang dikeringkan dengan metode ini adalah granula pati kentang dan kacang kapri
Mesin Pengering Langsung Tipe Kontinyu 1. Continuous Tray Dryers Untuk mengeringkan bahan yang bulky, fiber, polimer. Material dikeringkan di atas belt tak berujung. Udara panas dihembus dg arah tegak lurus belt Continuous tray dryer: (1) drying chamber, (2) endless belt, (3) driving drums, (4) driven drums, (5) heater, (6) feeder, and (7) support rollers
Mesin Pengering Langsung Tipe Kontinyu 2. Rotary Dryers
Untuk mengeringkan bahan yang halus, bijibijian. Bahan diletakkan di atas conveyor dan dihembus dengan udara panas yang berada di dalam rotating cylinder Direct rotary dryer: (1) cyclone, (2) blower, (3) product discharge chamber, (4) screw conveyor, (5) protruding rings, (6) support rollers, (7) drive, (8) girth gear, (9) spiral blades, (10) flights, (11) cylinder, and (12) feeder
Mesin Pengering Langsung Tipe Kontinyu
3. Spray Dryers Untuk bahan dengan viskositas tinggi seperti susu, sari buah. Bahan disemprotkan oleh sprayer sehingga luas permukaannya besar sehingga terjadi evaporasi dan menjadi kering Spray dryer: (1) drying chamber, (2) atomizer, (3) screw conveyor for removing dried material, (4) cyclone, (5) bag filter, (6) blower, and (7) heater
1. Pemanas dan fan untuk menghasilkan udara panas pada suhu dan kecepatan tertentu 2. Atomizer atau jet untuk menghasilkan partikel-partikel cair dengan ukuran tertentu 3. Chamber dimana partikel cair kontak dengan udara panas 4. Tempat produk kering
PENGERINGAN TAK LANGSUNG
Pengeringan dilakukan dengan mentransfer udara panas ke bahan yang masih basah melalui dinding penahan. Laju pengeringan tergantung pada kontak bahan basah dengan permukaan panas
Tipe Batch Biasanya dioperasikan pada kondisi vakum Tipe Continous pengeringan dicapai dengan melewatkan bahan secara kontinyu melalui kontak udara panas.
Mesin Pengering Tak Langsung Tipe Batch 1. Agitated Pan Dryer
Dapat dioperasikan pada tekanan normal dan vakum. Terdapat pemutar panas utk menambah efisiensi sistem. Aplikasinya untuk bahan pasta, cair, slurries (spt lumpur)
Mesin Pengering Tak Langsung Tipe Batch 2. Pengeringan beku (freeze-drier)
Bahan dibekukan terlebih dahulu untuk kemudian dikeringkan dalam pengering dengan tekanan vakum Freeze-drier bekerja dengan pembekuan material dan kemudian mengurangi takanan dan menambahkan panas yang cukup untuk memungkinkan air beku dalam material menguap langsung dari fasa padat ke fasa gas 4 Freeze Dehydrated.flv
Dried
vs
Air memiliki diagram fase yang tidak wajar dan kompleks, walaupun hal ini tidak memengaruhi pembahasan titik tripelnya. Pada temperatur yang tinggi, penambahan tekanan akan menghasilkan zat cair terlebih dahulu, barulah kemudian zat padat. (Di atas 109 Pa bentuk kristal es yang terbentuk lebih padat daripada zat cair.) Pada temperatur yang rendah dan kompresi, fase cair menghilang, dan air akan langsung berubah dari gas menjadi padat.
• Pada tekanan konstan di atas titik tripel, pemanasan es akan menyebabkannya berubah dari bentuk padat menjadi cair, kemudian gas (atau uap). Pada tekanan di bawah titik tripel (biasa terjadi pada luar angkasa), bentuk cair air tidak akan ada, sehingga ketika dipanaskan, es akan langsung menyublim menjadi gas.
Mesin Pengering Tak Langsung Tipe Kontinyu 1.Cylinder dryer
Untuk bahan kertas, bahan textile Silinder berputar dan mengandung uap panas. Bahan dipompa melalui nozel kebagian antara silinder. Ketebalan bahan tergantung pengaturan jarak antara cylinder. Cocok untuk produk susu, detergent, yeast
Twin Cylinder Dryer with Nip Feed
Mesin Pengering Tak Langsung Tipe Kontinyu 2. Drum dryer • • • •
• •
Pemanas dapat berupa uap atau air panas Ada tipe single, dip feed, single fine film Roll aplikator terletak dibawah drum dryer dan teraliri bahan. Lapisan cairan akan ditransfer ke drum dryer. Bahan diputar untuk menghindari overheating Cocok untuk gelatin, lem, pestisida
Single Drum Dryer with Applicator Roll
Mesin Pengering Infra Red, Dielectric Heat Dryer Infra Red or Radiant Heat Dryer •
• •
Pengoperasian tergantung pada pembangkitan, transmisi dan absoprsi sinar inframerah Produk lebih bersih dan higienis Pada dielectric heat dryer, prinsip pembangkitan panas melalui penempatan bahan padat pada medan elektrik frekuensi tinggi
PENDINGINAN
PENDINGINAN Untuk mencegah kerusakan produk tanpa mengakibatkan
pematangan abnormal atau perubahan yang tidak diinginkan sehingga mempertahankan komoditas dalam kondisi yang dapat diterima konsumen selama mungkin Kegunaan umum pendinginan adalah untuk pengawetan,
penyimpanan dan distribusi bahan pangan yang rentan rusak Pendinginan maupun pembekuan tidak dapat meningkatkan
mutu bahan pangan, hasil terbaik yang dapat diharapkan hanyalah mempertahankan mutu tersebut pada kondisi terdekat dengan saat akan memulai proses pendinginan
*
Pembekuan sebagai cara pengawetan ◦ Suhu dingin menurunkan kecepatan reaksi kimia dalam bahan yang diawetkan ◦ Pembekuan mengurangi jumlah air berbentuk cairan yang dibutuhkan mikroba perusak bahan yang diawetkan ◦ Suhu dingin/pembekuan menurunkan aktivitas perusakan bahan yang diawetkan Suhu dingin hanya menghambat pertumbuhan mikroba perusak bahan yang diawetkan, tidak membunuhnya
Penurunan mutu produk segar dapat dipengaruhi oleh : Perubahan metabolik seperti penguapan, kadar ethylene, tekstur dan aroma Pertumbuhan dan pengembangan Transpiration Cacat Kerusakan fisik Busuk; pertumbuhan mikroba
Yang Harus Diperhatikan dalam Melakukan Proses Pendinginan yang Baik adalah:
Waktu antara panen dan “pre-cooling” Jenis karton, palet; ventilasi Cara pendinginan dan waktu yang dibolehkan Suhu produk sebelum didinginkan Suhu produk akhir Sanitasi dari sistem pendingin Pelihara suhu produk
Pendinginan bertujuan untuk mengurangi: Aktifitas respirasi dan metabolisme Proses penuaan (pematangan, pelunakan, perubahan warna dan tekstur Kehilangan air dan pelayuan Kerusakan karena aktivitas mikroba Proses pertunasan
a. Precooling Jenis pendingin
Aplikasi
Udara dingin
Room cooling Forced air cooling
Air dingin
Hydrocooling
Kontak es
Crushed ice Liquid ice Dry ice
Evaporasi dari permukaan air
Evaporative Vacuum cooling
ROOM COOLING • Mudah dioperasikan dg menempatkan produk dalam ruang pendingin • Suhu pendingin lebih dari 0C , debit udara 150m3/jam • Ruang dengan insulasi yang dilengkapi dengan alat pendingin • Umum digunakan tapi kurang efektif untuk segera memindahkan field heat produk
FORCED AIR COOLING •Udara pendingin didorong dengan kipas •Udara bersirkulasi dengan kecepatan tinggi •75-90% lebih cepat dibanding room cooling •Efektif untuk produk yang dikemas •Perlu mengontrol RH antara 90-98%
HYDROCOOLING •Panas produk dipindahkan melalui media air
•Banyak digunakan untuk sayuran untuk mempertahankan tekstur dan kesegaran daun •Sering terjadi mechanical injury •Untuk komoditi yang tidak sensitif terhadap air •Membantu membersihkan produk
•Bisa dicampur dengan klorin untuk disinfectant
Hydro cooler
ICE COOLING • Metode pendinginan yang paling tua •Bongkahan es ditempatkan di atas produk sebelum dikemas •Air dari es yang meleleh akan mendinginkan produk •Kelemahan : * tidak cocok untuk bahan yg tidak tahan dingin * butuh bahan pengemas yang besar mahal transportasi * area penyimpanan, kontainer akan basah dan lembab
DRY ICE • Dry Ice (es kering) adalah karbon dioksida beku. • Dry ice berguna untuk pembekuan dan menjaga pembekuan karena temperaturnya yang sangat dingin yaitu: -78.5C atau -109.3°F. • Dry ice berubah langsung dari bentuk solid menjadi gas sublimasi- dalam kondisi atmosfer normal tanpa melalui tahapan cairan basah es kering.
VACUUM COOLING • Efek pendinginan melalui panas laten penguapan • Metode pendinginan paling cepat • Tekanan udara di ruang pendingin 4.6 mm Hg • Sayuran daun seperti lettuce, cabbage, wortel, pepper, jamur, cauliflower
Perkembangan ilmu yang terkait dengan cryobiology Cryobiology : adalah cabang biologi yang mempelajari
pengaruh suhu rendah pada makhluk hidup Cryogenics: Cabang ilmu fisika dan keteknikan yang mempelajari cara mendinginkan dan pemanfaatan dingin. Cryopreservation: Teknologi pengawetan sel, jaringan, atau embrio menggunakan pendinginan hingga suhu di bawah titik beku air. Cryonics: Pengawetan tubuh manusia dan hewan
Metoda Pembekuan Kriogenik Perbedaan utama antara pembeku mekanik dengan pembeku kriogenik adalah pada sistem peralatan dan refrigeran yang digunakan. Refrigeran atau zat kriogen yang paling sering digunakan untuk pembekuan kriogenik adalah nitrogen cair (LN2) dan karbon dioksida (CO2) cair atau padat 2. Pembekuan kriogenik biasanya dilakukan dalam suatu lemari pembeku atau ruang terinsulasi dan berlangsung secara kontinyu. 3. Pembekuan kriogenik mengalami perkembangan yang sangat pesat pada dekade belakangan ini dan telah diterima dengan baik oleh industri pangan 1.
4.
5.
6.
Keuntungan yang dapat diperoleh dari teknik pembekuan ini adalah sifatnya yang dapat membekukan bahan pangan secepat dan sesegera mungkin hingga suhu –196 oC, sehingga dehidrasi yang terjadi selama proses pembekuan pangan tersebut dapat ditekan hingga sekecil mungkin Laju pembekuan kriogenik yang sangat cepat menghasilkan bentuk kristal es yang kecil-kecil dan lembut seperti salju, sehingga kerusakan sel bahan dapat dikurangi Pembekuan kriogenik dapat juga digunakan untuk pengawetan sel-sel atau kultur bakteri. Semakin segera suatu bahan pangan dibekukan, maka semakin segera pula bakteri mati sehingga kerusakan alamiah bahan pangan tersebut dapat langsung dihambat.
Keunggulan pembekuan kriogenik: Peralatan yang relatif ringkas dan dapat beroperasi secara kontinyu, sehingga biaya modal relatif rendah (sekitar 30% dari biaya modal pembekuan mekanik) Kehilangan bobot karena dehidrasi sangat kecil, sekitar 0.5% (dibandingkan dengan 1-8% pada pembeku air blast). Pembekuan terjadi sangat cepat, sehingga memberikan perubahan karakteristik nutrisi dan sensori yang lebih kecil. Terjadi pengeluaran oksigen selama proses pembekuan. Waktu “start-up” cepat dan tidak memerlukan waktu khusus untuk menghilangkan es yang beku (defrost). Konsumsi energi lebih rendah
Kelemahan pembekuan kriogenik: Biaya operasi relatif tinggi, khususnya untuk
penyediaan zat kriogen. Kurang cocok digunakan untuk pembekuan sayuran hijau berdaun (leafy vegetables)
Metode pendinginan yang sesuai
Komoditi RH
Metode Pendinginan
Asparagus Broccoli Cabbage Cucumbers Eggplant Green onions Okra Peppers Sweet corn Tomatoes
R: room cooling
H H R, F F,H R, F H R, F R, F H R, F
Suhu (C) 2.2 0 0 7.2 - 10 7.8 - 12.2 0 7.2 - 10 7.2 - 10 0 7.2 - 10
(%) 95-100 95-100 98-100 95 90-95 95-100 90-95 90-95 95-98 90-95
H: hydro cooling F: forced-air cooling
