Upload
duongdieu
View
257
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
1Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration)
Purwiyatno Hariyadi
• Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB• Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science &
Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University,
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
gy ( ) , g g y,BOGOR, Indonesia
• www.seafast.ipb.ac.id
Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration)
• Teknik pengawetan pangan kuno modern
• Operasi mengurangi/mengambil air dari suatu bahan (pangan) melalui proses evaporasi (penguapan) atau sublimasi.
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
(penguapan) atau sublimasi.
• Pengawetan? mengurangi akivitas air (aw).
2Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
PENGERINGAN … contoh produk kering
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Nuts
PENGERINGAN … contoh produk kering
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Apricot
3Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
PENGERINGAN … contoh produk kering
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Apple
PENGERINGAN … contoh produk kering
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Peach
4Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
PENGERINGAN … contoh produk kering
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Spinach
Kenapa mengawetkan?
PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?
Kenapa mengawetkan? • Menurunkan kadar air menurunkan
ketersediaan/aktivitas airMenurunkan aktivitas mikrobaMenurunkan reaksi perubahan (stabil
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Menurunkan reaksi perubahan (stabil selama penyimpanan)
5Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Zone I
Zone II
Zone III
Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan
PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?
(air terikat)
(Mono layer)
(air bebas)
Kad
ar A
ir
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Water Activity0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0
PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?
Zone I
Zone II
Zone III
Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan
Reaksi hidrolisis
Oksidasi lemak
Kad
ar A
ir
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Reaksi non-enzimatis browning
Water Activity0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0
6Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Produk dgn1
aw
Produk pangan yang biasanya rusak
PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan
Produk dgnaw < 0.75
gaw >0.75
0.75
karena aktivitas mikrobiologi
Produk pangan yang biasanya rusak karena perubahan kimia & fisik
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
0
kimia & fisik
7Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Produk dgn Resiko Keamanan PanganResiko1
aw
PENGERINGAN … kenapa mengawetkan?Aktivitas (kadar) air memegang peranan penting dalammenentukan keawetan pangan
Produk dgnaw < 0.75
gaw >0.75
gTinggi
ResikoSedang
Sedang
ResikoRendah
0.75
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
g
pH1410
0
4.5
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
8Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
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):
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
( )– kurva hubungan antara RH udara penyimpanan
dan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jikaproduk selama penyimpanan
.
• ISA: kurva hubungan antara RH udara penyimpanandan kadar air kesetimbangan yang diperoleh jika produkselama penyimpanan
Konsep Dasar Pengeringan
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
9Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
ISA dipengaruhi oleh suhu :
• Perlu kontrol suhu dalam melakukan percobaan
Konsep Dasar Pengeringan
ppenentuan ISA
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (1)
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
10Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Lakukan : penyimpanan produk pada berbagai kondisi RH penyimpanan yang berbeda-beda.
Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (2)
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Buat kurva kenaikan kadar air menuju ke kadar air kesetimbangan (selama penyimpanan pada berbagai kondisi RH)
Percobaan penentuan Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (3)
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
11Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (1)
Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Fenomena Histerisis Pada Kurva ISA
Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (2)
Hysteresis: loss of H20 binding sites
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
12Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Catatan ttg Isoterm Sorpsi Air (ISA) ... (3)
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
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
Udara kering, panas Udara basah,
dingin
• memberikan panas (sensible dan laten) yang diperlukan untuk proses pengeringan (evaporasi) secara konveksi
• Membawa uap air
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
BAHAN PANGAN d
13Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Mekanisme Pengeringan 3 tahap pengeringan :
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -2
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
• Tahap “penyesuaian” (settling down stage) ( A-B )• Tahap pengeringan dengan laju pengeringan konstan (Constant drying rate
stage) ( B-C )• Tahap pengeringan dengan laju pengeringan menurun (Falling drying rate
stage) ( C-D )
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -3
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
Tahap “penyesuaian” (A-B)Tahap awal; dimana permukaan bahan akan menyesuaian/ mencapai kesetimbangan dengan udara pengering
suhu permukaan meningkat mencapai suhu bola basah dari udara pengering.
14Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -4
Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C)
• Permukaan bahan selalu dalam keadaan basah (jenuh dengan air)(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) laju pengeringan
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
• (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.
• (dw/dt)c = - Kg A ( ps-pa)
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -5
Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C)
( )c g ( ps pa)
Bisa dinyatakan dgn menggunakan nilai kelembahan absolute
kelembahan absolute = (berat uap air/satu satuan berat udara)
H = Mw pv /[Ma (P-pv)]karena pv << P P-pv ≅ P H = ( M /M ) ( p /P )
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
H = ( Mw/Ma) ( pv/P )• (dw/dt)c = - Kg
1 A(Hs - Ha), dimana Kg
1 = Kg( Ma P/ Mw)Hs kelembaban pada permukaan (kelembaban
jenuh pd suhu permukaan),
Ha kelembaban udara pengering
15Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
• (dw/dt) = - K A ( p -p )
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -6
Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C)
(dw/dt)c Kg A ( ps pa)Laju pindah panas di permukaan :• (dQ/dt)c = hc A (θa - θs)
(dQ/dt)c = laju pindah panashc = koef pindah panas konveksiθa = suhu udara pengering (suhu bola kering), danθs = suhu permukaan (suhu bola basah).
Panas yang ditransfer ke permukaan akan
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
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)
• (dw/dt)c = - (hc A/L)(θa - θs)
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -7
Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Konstan (Constant Rate Periode; CRP) (B-C)
Jika A’ adalah luas area pengeringan effektif per satu satuan masa bahan, maka
(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
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
pengkerutan/shrinkage), maka laju perubahan kadar air :
( dW/dt)c = - (hc/ρs L d) (θa - θs) ........CRP
Dimana : ρs = desnitas kamba produk kering.
Waktu pengeringan selama CRP integrasikan persamaan (CRP) dengan batas W: (W0→Wc), dan t:(0→tc).
16Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D)
• Mulai terjadi jika transfer uap air di
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -8
Mulai terjadi jika transfer uap air di dalam bahan mulai terhambat; shg tidak lagi cukup untuk mempertahan permukaan bahan tetap jenuhpermukaan mulai mengering.
• Kadar air dimana mulai terjadi perubahan ini disebut kadar air kritis critical moisture content Wc.
• Setelah titik ini; suhu permukaan bahan
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
• Setelah titik ini; suhu permukaan bahan mulai meningkat mendekati suhu bola kering udara pengering bahan mulai mngering.
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -9Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D)
Laju pengeringan :
(dW/dt)f = - K(W - We),
dimana
We = kadar air kesetimbangan
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
pada suhu dan kelembaban udara pengering (ISA)
17Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Laju pengeringan pd awal FRP = laju pengeringan pada akhir CRP
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -10Tahap Pengeringan dengan Laju Pengeringan Menurun (Falling Rate Periode; FRP - (C-D)
j p g g p
(-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) [ h (θ θ ) (W W )] / [ L d ( W W )]
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
(dW/dt)f = [-hc (θa - θs) (W - We)] / [ρs L d ( Wc- We )]
tFRP 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.
Penentuan Waktu Pengeringan (drying time) -11
Total waktu pengeringan= tcRP + tfRP
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
18Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
Kompleksitas proses pengeringan bahan pangan
1. Komponen bahan pangan ; protein, karbohidrat, lemak vitamin enzim garam-garam mempunyailemak, vitamin, enzim, garam garam, mempunyai sigat hidrasi yang berbeda-beda (aw, We, mekanisme pengeringan).
2. Selama pengeringan; total padatan terlarut berubah bersamaan berubahnya kadar air (hc, ρs )
3. Bahan pangan sering mengalami pengkerutan; shrinkage (h ρ d)
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
shrinkage (hc, ρs, d)4. Bahan pangan sering mengalami pengerasan;
case hardening (hc)
Metoda pengeringan bahan pangan :Cek : www.rpaulsingh.com
A. Pengeringan dengan udara kering1. Kiln drier2 Cabinet tray or compartment drier2. Cabinet, tray or compartment drier3. Tunnel drier4. Conveyor drier5. Bin drier6. Fluidized bed drier7. Pneumatic drier8. Rotary drier9. Spray drier
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
y
B. dengan kontak permukaan panas :1. Drum drier2. Vacuum shelf drier3. Vacuum band drier
19Purwiyatno Hariyadi …. [email protected]
C. Pengeringan dengan energi radiasi, microwave atau di l k ik
Metoda pengeringan bahan pangan :Cek : www.rpaulsingh.com
dielektrik.1. Radiant heating drying2. Continuous infra-red drier3. Microwave and dielectric heating drying
D. Pengeringan beku (pengeringan sublimasi, liofilisasi)1 Batch freeze driers
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
1. Batch freeze-driers2. Multicabinet freeze-driers3. Tunnel freeze-driers
Pengeringan (drying)/ Dehidrasi (dehydration)
Purwiyatno Hariyadi
• Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fateta, IPB• Director of Southeast Asian Food & Agricultural Science &
Technology (SEAFAST) Center, Bogor Agricultural University,
Purwiyatno [email protected]
ITP5302011
gy ( ) , g g y,BOGOR, Indonesia
• www.seafast.ipb.ac.id